Кусок янтаря изолятор или проводник

Первые исследователи электричества: от Уильяма Гильберта до Михаила ломоносова Текст научной статьи по специальности «История и археология»

Аннотация научной статьи по истории и археологии, автор научной работы — Геворкян Сергей Георгиевич

Статья посвящена истории исследования электричества. Показана роль М.В. Ломоносова в создании отечественной науки об электричестве .

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

FIRST RESEARCHERS OF THE ELECTRICITY: FROM WILLIAM GILBERT TO MIKHAIL LOMONOSOV

The article is devoted to the first studies of electricity . The role of M.V. Lomonosov in the creation of the national science of electricity is shown.

Текст научной работы на тему «Первые исследователи электричества: от Уильяма Гильберта до Михаила ломоносова»

Прибор для демонстрации «почти волшебной силы, называемой электричеством». ГравюраXVIII в.

Первые исследователи электричества: от Уильяма Гильберта до Михаила Ломоносова

Геворкян С.Г., кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, ОАО «Фунда-ментпроект», Sergev99@yandex.ru

Ключевые слова: Ломоносов, электричество, электризация, молнии, северное сияние.

С простейшими электрическими и магнитными явлениями человечество знакомо с незапамятных времён. В античную эпоху область Магнесия, расположенная в приморской части Фессалии, была знаменита на всю Элладу богатыми залежами минералов, известных под общим названием «камни из Магнесии» или «магнесийские камни». В числе этих «камней» были и такие, которые обладали способностью притягивать железо2. Их-то и назвали по месту обнаружения магнитными камнями, или просто — магнитами. «Этот камень не только притягивает железное кольцо,

— он одаряет своей силой и кольцо, так что оно в свою очередь может притягивать другое кольцо, и таким образом может висеть друг на друге множество колец или кусков железа; это происходит благодаря силе магнитного камня»,

— так описывал Сократ свойства «камня из Магнесия».

Любознательные греки обнаружили также, что кусочек янтаря (по-гречески — электрон), будучи потёртым о шерсть, может поднимать пушинки, соломинки, маленькие кусочки папируса и льняных ниток. Именно древним грекам обязаны своим происхождением термины «магнетизм» и «электричество».

2 Ныне этот минерал называется магнетитом.

Первым (и единственным в последующие две тысячи лет) автором, упомянувшим в научном труде явление электризации янтаря трением был знаменитый «отец философии» — Фалес из Милета (640-545 до н.э.). Трудно поверить, но до самого конца Средневековья человечество никакого интереса к электрическим явлениям не проявляло вовсе, хотя в быту замечательное свойство янтаря использовалось достаточно широко — янтарные палочки применялись, чтобы собирать пыль с одежды. Что же касается молний, то об их электрической природе ещё никто ничего не знал.

Однако к «камню из Магнесии» люди проявляли повышенный интерес уже в древние времена. В Китае и Индии с ним было связано немало легенд. Считалось, что применяемый в небольших количествах он сохраняет молодость, а также что с его помощью можно определять целомудренность женщин. Там же, на Востоке, впервые придумали использовать намагниченную иглу в качестве указателя направления на север или на юг. Так появился компас. Наблюдения за поведением компасной стрелки показывали, что от направления «север — юг» она порой может отклоняться, — и весьма значительно. Шэнь Гуа (он же Шэнь Ко, Шэнь Цунь-чжун) (1031-1095), китайский энциклопедист и видный государственный деятель эпохи Северная Сун, в своей книге «Беседы с кистью у Ручья грёз» («Мэнси битань») отметил, что стрелка компаса не точно совпадает с направлением север — юг, а несколько отклоняется от него1. Это было первым документальным описанием явления магнитного склонения, которое объясняется несовпадением магнитного и географического меридианов, расположенных под углом друг другу. Однако само открытие магнитного склонения было сделано в Китае еще раньше2, предположительно, в эпоху Тан (618-907). В Европе явление магнитного склонения было впервые подмечено Христофором Колумбом во время его плавания через Атлантический океан, т. е. на четыре столетия позже, чем его описал Шэнь Гуа. При этом Колумб открыл, что магнитное склонение не остается постоянным, а претерпевает изменения с изменением географических координат. «Во время плавания из Испании в Индии,

— писал Колумб, — я обнаружил, что сразу же после того, как пройдено было 100 лиг к западу от Азорских островов, наступили величайшие перемены в небе, в звездах, в температуре воздуха и морской воды. Я приложил много стараний, чтобы проверить это наблюдение. Оказалось, что тотчас же после того, как пройдены были 100 лиг от упомянутых островов, стрелки компаса, которые до того отклонялись к северо-востоку, стали отклоняться на целую четверть к северо-западу, так что, достигая этой линии, совершаешь переход, подобный переходу через горную гряду»3.

До эпохи Великих географических открытий никто и нигде не проводил никаких исследований причин отклонения компаса. Человечеству просто было не до того. Нужды строительства, мореплавания, военного дела требовали в первую очередь развития механики, математики и астрономии, да ещё — химии и медицины. Прочие науки могли и подождать. Однако после того, как был открыт Новый Свет и боевые корабли и транспортные суда европейцев вышли из внутренних морей и прибрежных вод в открытый океан, морякам понадобились точные навигационные приборы. Непредсказуемые капризы компасных стрелок, наподобие тех, о которых упоминал Колумб, отныне были нетерпимы. Изучение магнетизма стало настоятельной необходимостью. Появление научных трудов, посвящённых исследованию этой проблемы, было теперь лишь делом времени.

Семнадцатый век: Западная Европа

В частности, это именно Гильберт первым установил, что любой магнит имеет два полюса, и что при этом одноименные полюсы отталкиваются, а разноименные притягиваются; причем, сколько ни разламывай магнит, каждый вновь полученный кусочек всегда будет иметь два полюса. Гильберт первый обнаружил, что железные предметы под влиянием магнита приобретают магнитные свойства (это явление впоследствии получило название магнитной индукции); это он первый установил, что силу естественного магнита можно увеличить, либо приложив к магниту железный брусок, либо опоясав его стальной лентой, проходящей через оба полюса, либо тщательно обработав его поверхность. Гильберт показал также, что при нагревании до определенной температуры магнит теряет свои свойства5. Гильберт заметил, что при намагничивании железный стержень удлиняется6. Изучая магнитные свойства намагниченного железного шара, Гиль-

1 Корякин В.И., Хребтов А.А. От астролябии к навигационным комплексам. СПб: Судостроение, 1994. 240 с.; Еремеев В.Е. Шэнь Ко // Духовная культура Китая: энциклопедия. Т. 5. Наука, техническая и военная мысль, здравоохранение и образование. М.: «Восточная литература», 2009. С. 960-964.

Ван А.В. Сотворенное Небом и познанное людьми. Путями открытий и изобретений древнего и средневекового Китая. Новосибирск: Изд. дом «Манускрипт», 2001. 141 с.

3 Колумб Х. Письмо католическим королям Изабелле и Фердинанду о третьем путешествии // Путешествия Христофора Колумба: дневники, письма, документы / Пер. и коммент. Я.М. Света. М.: Эксмо, 2010. 512 с.

4 Гильберт В. О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле. Новая физиология, доказанная множеством аргументов и опытов / Пер. с латинского А.И. Доватура, редакция, статья и комментарии А.Г. Калашникова. М.: Издательство академии наук СССР, 1956. 412 с.

В 1895 г. Пьер Кюри установил зависимость магнитных свойств магнетиков от температуры, и в учении о магнетизме появилась точка Кюри.

6 В 1847 г. Джеймс Джоуль исследовал и обосновал закономерности магнитострикции — попеременного удлинения и укорачивания металлического стержня при перемагничивании.

берт показал, что этот шар действует на стрелку компаса точно так же, как и Земля. Отсюда он пришел к выводу, что, во-первых, Земля является гигантским магнитом, и, во-вторых, что магнитные полюсы Земли могут совпадать с её географическими полюсами. Но это было ещё не всё.

В своей книге Г ильберт коснулся и электрических явлений. Хотя в то время магнетизм и электричество рассматривались как явления разной природы, тем не менее, существующее между ними сходство было замечено очень давно. Поэтому не случайно, изучая магнитные явления, Г ильберт уделил внимание и электричеству.

В исследовании электрических явлений он оказался абсолютным первопроходцем. Г ильберт создал первый в истории электроскоп, названный им «версором», и с помощью этого прибора установил, что наэлектризовать трением можно не только янтарь, но и алмаз, сапфир, горный хрусталь, стекло, серу, сургуч, — всего насчиталось свыше двух десятков таких веществ, которые он в честь янтаря-электрона назвал «электрическими», впервые введя этот термин в науку. Он выявил вещества, которые не способны электризоваться трением, открыл явление утечки электричества во влажной атмосфере, его уничтожение в пламени, экранирующее действие на электрические заряды бумаги, ткани или металлов, изолирующие свойства некоторых материалов. Гильберт был первым, кто отделил электрические явления от магнитных, и сумел чётко сформулировать различия между ними. По Гильберту, магнитная сила постоянна. Она — свойство, присущее телу. Притяжение же электрической силой создается лишь трением. Кроме того, магнит притягивает только железо. Его сила не зависит ни от воды, ни от погоды. Электрическая же сила притягивает многие вещи, но она капризна и зависит от погоды, уничтожаясь при влажности.

Исследования Гильберта заложили основы новой науки — науки об электричестве и магнетизме. Его трактат привлек к себе огромное внимание европейских естествоиспытателей, получив у них высокую оценку. В разных странах Европы тщательно воспроизводили эксперименты Г ильберта и перепроверяли их результаты1.

Впрочем, продолжалось это не очень долго, ибо в Европе разразилась Тридцатилетняя война (1618-1648), которая по своей разрушительности уступала только мировым войнам двадцатого столетия. Центральной Европе был нанесён колоссальный людской и материальный ущерб. Многие города были разрушены и сожжены, голод и эпидемии косили людей, выжившие становились добычей банд мародёров2.

Если не считать скоротечной ла-рошельской авантюры Бэкингема3, то можно сказать, что Англия, явившая миру первый научный труд по электричеству и магнетизму, счастливо избежала участия в общеевропейской бойне. Но очень скоро англичане получили собственную войну — конфликт между королём и парламентом перерос в гражданскую войну и на долгие годы вверг Англию в кровавую смуту.

Стоит ли удивляться, что при таком положении дел Европа узнала о новых успехах в изучении электричества спустя лишь семьдесят с лишним лет после выхода в свет книги Уильяма Г ильберта4. Этими успехами человечество обязано военному инженеру Отто Г ерике (1602-1686), уроженцу города Магдебурга.

Герике был личностью замечательной. Сын пивовара, он много лет изучал право в Лейпцигском, Хельмштадском и Йенском университетах, а в Лейденском университете — механику и математику. Во время Тридцатилетней войны он служил инженером в шведских войсках; побывал и в боях, и в плену.

В годы Тридцатилетней войны Магдебург был разрушен до основания, но спустя некоторое время отстроен вновь и уже через двадцать лет стал опять одним из важных экономических, культурных и университетских центров Германии. В его возрождении немалую роль сыграл инженер Герике, который, едва возвратившись с войны, сразу же принял самое деятельное участие в восстановлении родного Магдебурга. Кроме того, пришлось ему как знатоку юриспруденции заниматься ещё и дипломатической деятельностью, защищая интересы своего города. За заслуги перед Магдебургом в 1646 г. горожане избрали Герике бургомистром. В течение 32 лет Герике занимал этот пост. В 1666 г. он получил дворянский титул и с тех пор именовался «фон Герике». Горожане долго не отпускали своего бургомистра на покой. Лишь после многочисленных просьб об отставке, будучи уже в очень почтенных летах, Отто фон Герике, наконец, добился её.

Хоть и вынужден был Герике заниматься делами городского управления, но свои занятия естественными науками он никогда не оставлял. Физические эксперименты были подлинной страстью инженера Г ерике. Поскольку научные увлечения бургомистра не мешали городским делам, то горожане не возражали против его занятий. А в 1654 г. бургомистр на всю Германию прославил Магдебург своим знаменитым опытом с «магдебургскими полушариями», показав силу давления атмосферного воздуха. Когда же, показав некоторые из своих опытов при дворе Саксонского курфюрста, Герике сумел добиться новых льгот для Магдебурга, то он стал гордостью и достопримечательностью родного города.

В 1657 г. Герике построил первый в мире водяной барометр и использовал его для предсказания погоды. Спустя три года он поразил своих сограждан, предсказав сильную бурю всего за два часа до её начала.

1 Книга итальянского священника Никколо Кабео (№ссо1о СаЬео, 1585-1650) «РЫЬзорЫа magnetica», напечатанная в Ферраре в 1629 г., не выходит за пределы фактов, указанных Гильбертом, за исключением незначительных частностей. В своей книге Кабео безуспешно пытался опровергнуть представления Г ильберта о Земле как о большом магните. Дав довольно путаное объяснение сущности электрического притяжения легких тел, Кабео привёл при этом описание опыта, который является первым доказательством существования электрического отталкивания. Кабео преподавал теологию и математику в Иезуитском колледже в г. Парма, изучал физику, метеорологию и гидрологию. Его именем в 1935 г. назван кратер СаЬеш на Луне (диаметр 98 км с центром в 84,9° ю.ш., 35,5° з.д.)

Наибольший урон был нанесён Германии: сожжены и разрушены практически все её металлургические и литейные заводы, рудные копи, а также треть немецких городов. В последние десятилетия войны Германия была охвачена непрекращающимися вспышками дизентерии и сыпного тифа. Многие регионы страны были опустошены и надолго обезлюдели. Демографические потери войны были восполнены в Германии лишь спустя 100 лет.

Англо-французская война 1627-1629 гг.

В 1644 г. Рене Декарт опубликовал свой известный труд «Principia РЫ1о8орЫае» («Первоначала философии»), где также уделил внимание вопросам магнетизма и электричества. Декарт выделил обширный класс невидимых «тонких материй», с помощью которых пытался объяснить действие теплоты, тяготения, электричества и магнетизма.

Познакомившись с трактатом Гильберта, Герике решил повторить и проверить описанные там опыты, но уже с гораздо большими зарядами. Гильберт получал электрические заряды, натирая зерна янтаря и серные шарики, насаженные на палочки. Герике сделал очевидный вывод, что количество добываемого трением электричества будет тем больше, чем будет больше натираемый серный шар. Осуществив эту идею, Герике создал одну из первых электростатических машин (генераторов), производящих электричество трением

— вращающийся шар из серы, натираемый руками1.

С помощью этой машины Герике в 1663 г. открыл явление электростатического отталкивания однополярно заряженных предметов, а 1672 г. он обнаружил явление, названное впоследствии электролюминесценцией — заряженный шар потрескивал и светился в темноте. Результаты своих исследований Герике опубликовал только в 1672 г. в своей книге «Новые, так называемые магдебург-ские, опыты о пустом пространстве» («Experimenta nova, ut vocantur, Magdeburgica de vacuo spatio»), изданной в Амстердаме на латыни2.

Книга Отто фон Герике быстро разошлась по всей Европе и, в свою очередь, побудила теперь уже других естествоиспытателей воспроизводить и проверять описанные в ней опыты. При этом исследователи невольно изменяли условия эксперимента и получали новые результаты. Так, в Англии воспроизведением опытов Герике по электричеству и магнетизму занимался сам Роберт Бойль, президент Лондонского Королевского Общества3. Исследуя поведение наэлектризованных тел в безвоздушной среде, Бойль обнаружил, что действие электрической силы не зависит от наличия воздуха.

Накапливались новые факты, возникали новые вопросы, нужны были новые опыты и новые исследования.

Первая половина восемнадцатого века:

Западная Европа и Северная Америка В XVIII в. изучение электрических явлений пошло быстрее. В области электричества были сделаны новые важные открытия. Английские исследователи снова были впереди.

В самом начале наступившего нового века член Лондонского Королевского общества доктор Уильям Уолл (William Wall) впервые наблюдал и ощутил на себе действие электрической искры от большого куска янтаря, наэлектризованного трением, — искра проскочила ему в палец. В своём сообщении Лондонскому Королевскому обществу, опубликованном в 1708 г., У. Уолл прямо указывает, что «свет и треск наэлектризованных тел можно до некоторой степени уподобить молнии и грому» .

Племянник Уолла, также член Лондонского Королевского общества, Френсис Хоксби (Francis Hauksbee, 1666-1713)5 в 1706 г. показал, что сильно натертый шерстью полый стеклянный шар приобретает электрические свойства и светится каким-то слабым светом6. Такой же свет ранее наблюдал Ж.-Ф. Пикар, когда встряхивал ртуть в стеклянной трубке барометра, причем в той части трубки, где была «торричеллиева пустота», вспыхивало холодное свечение7. Хоксби установил, что стекло — более подходящее вещество для устройства

1 Изготовление большого шара из серы было непростой технологической задачей для того времени. Но Герике сумел найти весьма изящное её решение. Из стекла выдули большую сферическую ёмкость, «величиной не меньше чем с детскую голову». В эту ёмкость залили расплавленную серу, и когда та охладилась и затвердела, стекло разбили и получили требуемый серный шар. Шар насадили на железную ось с рукояткой и укрепили на станине. При касании вращающегося шара сухой ладонью он электризовался трением.

Отто фон Герике, наряду с Иоганном Кеплером, вошёл в историю науки как величайший из немецких физиков XVII в. Его имя носит Магдебургский Университет (Otto-von-Guericke-Universitat).

Лондонское Королевское Общество по Развитию Знаний о Природе (The Royal Society of London for the Improvement of Natural Knowledge, в повседневной речевой практике — Королевское Общество, The Royal Society) — ведущее научное общество Великобритании, одно из старейших научных обществ в мире; созданное в 1660 г. и утверждённое Королевской хартией в 1662 г. Лондонское Королевское Общество является частной организацией, не зависящей от правительственных научных учреждений. Общество играет важную роль в организации и развитии научных исследований в Великобритании, входит в британский Совет по науке и действует как совещательный орган при решении основных вопросов научной политики, выступая в качестве национальной академии наук. Девизом Королевского Общества было и остается «Nullius in verba» («Не верь ничьим словам»). В 1665 г. Ученый секретарь Общества Генри Ольденбург начал издавать «Философские труды Королевского Общества» (The Philosophical Transactions of the Royal Society), которые выходят и по сей день. Это один из старейших научных журналов мира.

Dr. Wall W. Experiments of the Luminous Qualities of Amber, Diamonds, and Gum Lac, by Dr. Wall, in a Letter to Dr. Sloane, R.S. Secr. // Philosophical Transactions. 1708-1709. Vol. 26. N 314. Р. 69-76. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.jstor.org/stable/103226

5 Ф. Хоксби был учеником Р. Бойля. По инициативе И. Ньютона Хоксби стал преемником покойного Роберта Гука (1635-1703) на посту Учёного секретаря Королевского Общества.

6 Hauksbee Fr. An Account of an Experiment, Showing That an Object May Become Visible through Such an Opake Body as Pitch in the Dark, While It is under the Circumstances of Attrition and a Vacuum. By Mr. Fr. Hauksbee, F. R. S. // Philosophical Transactions. 1708. Vol. 26. N 322. Р. 391-392. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.jstor.org/stable/103276; Hauksbee Fr. An Account of an Experiment, Touching an Attempt to Produce Light on the Inside of a Globe-Glass Lin’d with Melted Flowers of Sulphur, as in the Experiments of Sealing-Wax and Pitch. By Mr. Fr. Hauksbee, F. R. S. // Philosophical Transactions. 1708. Vol. 26. N 323. Р. 439-443. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.jstor.org/stable/103285

7 Жан-Феликс Пикар (Jean-Felix Picard, 1620-1682) — французский естествоиспытатель, астроном; один из инициаторов создания Парижской обсерватории. Был в числе первых членов Парижской Академии наук.

Отто фон Герике и его электростатическая машина. Гравюра XVII-XVIII вв.

Магдебургский эксперимент О. фон Герике. Иллюстрация из книги «Experimenta nova, ut vocantur, Magdeburgica de vacuo spatio»

Опыт С. Грея. Гравюра. 1754.

электрических машин, чем сера, и в 1706 г. сконструировал первую стеклянную электрическую машину1. Он же обнаружил отталкивание наэлектризованных предметов, показал, что воздух при низком давлении и пропускании электрических разрядов начинает светиться. Позже, в 1709 г., он опубликовал сочинение «Физикомеханические опыты по различным вопросам, содержащим обзор некоторых удивительных явлений, относящихся к свету и электричеству, вызываемых посредством взаимного трения тел».

В 1729 г. член Лондонского Королевского общества Стивен Грей (1666-1736) экспериментально установил возможность передачи электричества на расстояние2.

Сущность его открытия состояла в том, что электричество представляет собой нечто, могущее перетекать с одного места на другое без внешнего проявления какого-либо движения материи. Причём, это «нечто» не имело веса и, по мнению Грея, представляло собой «невесомую жидкость». Кроме того, Грей нашёл, что электричество можно было накапливать и хранить в веществах, подобных стеклу или шелку, в которых оно возбуждалось. Эти вещества, через которые электричество проходить не могло, Грей назвал «электриками» (сейчас их называют изоляторами, или диэлектриками). Вместе с тем, через металлы или влажную веревку электричество проходило,

но возбуждаться в них не могло. Такие вещества Грей назвал неэлектриками (ныне их называют проводниками). Эксперименты Грея стали шагом в направлении разделения всех веществ на изоляторы и проводники электричества. Грей открыл также явление электростатической индукции и под- л

твердил это открытие многочисленными опытами. Именно Грей проводил опыты с электризацией человеческого тела: он наэлектризовал ребенка, подвесив его на шнурах из волос, а затем и поставив его на изолятор — смоляной диск. За свои исследования Грей два года подряд (в 1731 и 1732 гг.) награждался Медалью Копли, став первым лауреатом этой существующей до наших дней высшей награды Лондонского Королевского Общества.

В поисках теоретического объяснения опытов Грея их продолжил Директор Парижского Королевского Ботанического сада, член Парижской Академии Наук и Лондонского Королевского общества Шарль Франсуа Дюфэ. В своих экспериментах Дюфе использовал электрометр, который он построил на основе «версора»

Гильберта, сделав тот намного более чувствительным. Сконструированный прибор позволял измерять, хоть и довольно грубо, величину заряда. Повторив опыт Грея,

Дюфе сумел по нитке передать электричество на огромное, по тем временам, расстояние в 1256 футов. Ему удалось наблюдать электрические искры от наэлектризованного человеческого тела3. Он же впервые высказал мысль об электрической природе молнии. А в 1733 г. Дюфэ открыл два рода электрического заряда — «стеклянный» и «смоляной» (отрицательный и положительный в современной терминологии) и доказал, что одноименно наэлектризованные тела отталкиваются друг от друга, а наэлектризованные разноименно — притягиваются4. Он писал, что открыл принцип, «проливающий новый свет на электрическую материю. Этот принцип заключается в том, что существует два рода электричества, одно из которых я называю стеклянным электричеством, другое — смоляным электричеством. Первое имеет место в стекле, горном хрустале, драгоценных камнях, волосах, шерсти и во многих других телах. Второе — в янтаре, в камеди, шелке, нити, бумаге и в большом количестве других веществ. Характерным для этих двух электричеств является способность отталкивать и притягивать одно другое. Так, если тело обладает стеклянным электричеством, оно отталкивает тела, содержащие такое же электричество, и, наоборот, притягивает все то, что имеет смоляное электричество. Соответственно смоляное электричество отталкивает смоляное и притягивает стеклянное».

Коль скоро, согласно взглядам С. Грея, электричество представляет собой «невесомую жидкость», то сама собой напрашивалась мысль, что электричество, как и любую другую жидкость, следует хранить в бутылках, банках и прочих подобных ёмкостях. Энергичные поиски способов хранения «электрической жидкости» начались как в Старом, так и в Новом Свете.

Шарль Франсуа Дюфэ (Charles Francois de Cisternay du Fay; 1698-1739)

Питер ван Мушенбрук (Pieter (Petrus) van Musschenbroek, 1692-1761)

1 «Стекляной тощей шар, обращающийся на станке, токарному подобном, от трения легко приложенной к нему руки приобретает себе следующие свойства и действия», — описывает М.В. Ломоносов подобный прибор в VI Прибавлении («О электрической силе») ко второму изданию своего перевода «Вольфианской экспериментальной физики» (2-е изд. СПб., 1760). См.: Ломоносов М.В. Прибавления к Волфианской экспериментальной физике. Прибавление VI. О электрической силе // Полное собрание сочинений М.В. Ломоносова. Т. 3. Труды по физике. 1753-1765. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1952. С. 438-439.

2 Gray S. A Letter to Cromwell Mortimer, M. D. Secr. R. S. Containing Several Experiments concerning Electricity; By Mr. Stephen Gray // Philosophical Transactions. 1731. Vol. 37. N 417. Р. 18-44. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.jstor.org/stable/104056

Вейтков Ф. Летопись электричества. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1946. 320 с.

Du Fay Ch.F. A Letter from Mons. Du Fay, F. R. S. and of the Royal Academy of Sciences at Paris, to His Grace Charles Duke of Richmond and Lenox, concerning Electricity. Translated from the French by T. S. M D. // Philosophical Transactions. 1734. Vol. 38. N 431. Р. 258-266. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.jstor.org/stable/103851

В 1745 г. немецкий каноник Эвальд Юрген фон Клейст и знаменитый Питер ван Мушенбрук1, лейденский естествоиспытатель и владелец предприятия по изготовлению научной аппаратуры, независимо друг от друга изобрели первый электрический конденсатор. По имени города Лейдена, где Мушенбрук проводил свои опыты, новый прибор был назван «лейденской банкой». Исключительная важность изобретения «лейденской банки» заключалась в том, что теперь естествоиспытатели могли получать и накапливать значительные электрические заряды и экспериментировать с ними.

Сами того не желая, ван Мушенбрук и фон Клейст оказались первыми, кто испытал на себе разряд «лейденской банки». Оба исследователя сообщали о сильном ударе, вызвавшем онемение руки и плеча, при этом Мушенбрук уточняет, что у него «все тело содрогнулось, как от удара молнии» . Именно Мушенбрук первым обратил внимание на физиологическое действие электрического разряда, сравнив его с ударом ската. Термин «электрическая рыба» первым ввёл в научный оборот также Питер ван Мушенбрук.

Известие о лейденском эксперименте, столь простом, сколь и интересном, скоро широко распространилось. Его стали повторять во многих местах. Уже в следующем году конструкция «лейденской банки» была усовершенствована, а для увеличения эффекта Иоганн Винклер3 в Германии и Бенджамин Франклин4 в Пенсильвании5 впервые соединили «лейденские банки» в параллель, получив мощные «:батареи» (по терминологии Франклина).

Теперь, когда стало возможным искусственно получать и накапливать большие электрические заряды, можно было приступить к изучению природы молнии.

Мысль об электрической природе молнии высказывалась и до изобретения лейденской банки. Качественное сходство между электрической искрой и молнией было замечено сразу уже при первых экспериментах с электричеством. Но применение лейденских банок позволило установить дополнительные сходные стороны: электрическая искра, как и молния, убивает животных, плавит металлы, вызывает запах фосфора. Экспериментальный метод проверки гипотезы об электрической природе молнии предложил Бенджамин Франклин.

Рассуждая о причинах электризации тел при трении, Франклин предположил, что существует не два рода электричества, а только один. Он представлял себе электричество как своего рода невещественную жидкость, которая существует во всех телах и не обнаруживает себя до тех пор, пока тела эти насыщены им. Избыток электричества не может находиться внутри тел и выступает на их поверхность. Если количество электричества в телах увеличивается, то они становятся положительно заряженными (что соответствует «стеклянному электричеству»), если уменьшается, — то отрицательно6 (что соответствует «смоляному электричеству»). Стремление электрической жидкости достичь своего подлинного уровня является причиной электрического притяжения и, когда оно бывает достаточно сильным, возникают искры и разряды. Названия двух родов электричества — положительное (плюс) и отрицательное (минус) — стали общепризнанными, но гипотеза Франклина об одном лишь роде электричества оказалась впоследствии неверной7.

Теория статического электричества помогла Франклину сделать вывод, что грозовая молния — это всего лишь электрическая искра, подобная той, которую получают с помощью лейденской банки, но только гораздо большего масштаба. Франклин определенно указывает, что «вещество молнии» и «вещество электричества» «тождественны». Вот что писал он 1 ноября 1749 г.8: «Электрическая жидкость имеет с молнией следующее сходство: 1. Дает свет. 2. Тот же цвет света. 3. Ломаное направление. 4. Быстрота движения. 5. Проводится металлами. 6. Создает треск или шум при взрыве. 7. Встречается в воде или во льду. 8. Разрывает предметы, через которые проходит. 9. Убивает животных. 10. Плавит металлы. 11. Зажигает легко воспламеняющиеся вещества. 12. Серный запах».

29 июля 1750 г. в письме к своему другу, ботанику Питеру Коллинсону (1694-1768), Франклин сообщил об опыте, который он намерен был поставить: установить на высокой башне или на колокольне в Филадельфии длин-

1 P. van Musschenbroek. Institutiones Physicae conscripta in usus academicos. Leiden, Lugduni Batavorum, apud Samuelem Luchtmans et filium, 1748. 476 p.; P. van Musschenbroek. Introductio ad philosophiam naturalem. V. 1-2, Lugduni Batavorum, 1762. 655 p.

2 Веселовский О.Н., Шнейберг Я.А. Очерки по истории электротехники. М.: Изд-во МЭИ, 1993. 252 с.

3 Иоганн Генрих Винклер (1703-1770) — профессор физики Лейпцигского университета, член Лондонского Королевского общества. В 1744 г. построил электрическую машину и показал, что земля проводит электричество и вода — хороший проводник. В 1746 г. усовершенствовал лейденскую банку, выполнил с ней ряд экспериментов и первый наряду с Б. Франклином применил параллельное соединение банок в батарею, создав батарею из трех банок. В 1753 г. построил молниеотвод. Основные труды: «Gedanken von den Eigenschaften, Wir-kungen und Ursachen der Electricitat, nebst Beschreibung zweier elektrischen Maschinen» (Leipzig, 1744) и «Die Eigenschaften der elektrichen Materie und des elektrischen Feuers, nebst etlichen neuen Maschinen zum Elektrisiren» (Leipzig, 1745)

Бенджамин Франклин (1706-1790) занимался физикой всего лишь семь лет — с 1747 по 1753 гг. Приобретя благодаря своим опытам по электричеству мировую известность, он затем занялся политической деятельностью.

5 В то время Пенсильвания была одной из британских колоний в Северной Америке.

Франклин ввел в науку не только понятие положительного и отрицательного электричества. Он также автор терминов «электрическая батарея», «конденсатор», «проводник», «заряд», «разряд», «обмотка».

Натирая и электризуя тела, исследователи долго не обращали внимание на то, что электризуются при этом оба тела, причем противоположными зарядами. Когда же это заметили, то стало ясно: электризация тел — это не создание электрических зарядов, а их разделение.

Дягилев Ф.М. Из истории физики и жизни ее творцов. М. Просвещение, 1986. 255 с.; Карцев В.П. Приключения великих уравнений. М.: Знание, 1986. 102 с.; Кудрявцев П.С. Курс истории физики. М.: Просвещение, 1982. 448 с.

Бенджамин Франклин (Benjamin Franklin, 17061790)

Опыт Мушенбрука («лейденская банка»)

ный железный шест с острием и наблюдать, не удастся ли извлечь из него искры при прохождении над острием грозовых облаков. Коллинсон был членом Лондонского Королевского общества и представил письма Франклина к опубликованию в трудах Общества («The Philosophical Transactions of the Royal Society»). Но представленный материал был отвергнут как недостойный публикации, а проект извлечения искр из облаков был признан фантастическим.

Получив отказ от Общества, Коллинсон опубликовал письма Франклина за свой счет. Они имели большой успех, и почти сразу же были переведены на французский язык1 по инициативе выдающегося естествоиспытателя Ж.-Л. де Бюффона (1707-1788), преемника покойного Дюфе на посту директора Парижского Ботанического сада. Бюффон убедил переводчика книги Т.-Ф. Далибара2 воспроизвести описанные Франклином опыты. Людовик XV поддержал начинание Бюффона, и 10 мая 1752 г. эксперимент, ставший вскоре знаменитым, был, наконец, проведен. В одном из садов в Марли, в шести лье от Парижа, на открытом месте был установлен железный стержень высотой около 13 м, который стоял на небольшом табурете со стеклянными ножками. Во время грозы, держа в руках кусок железа, ручка которого быта сделана из стеклянной бутылки, Далибар извлекал из стержня сверкающие искры. Этот опыт принес первое бесспорное доказательство электрической природы молнии.

Весть об опыте в Марли быстро распространилась по Европе и сделала знаменитым имя Франклина, который до того не был известен по эту сторону океана. Опыт почти сразу же и с тем же результатом повторили Джузеппе Вератти и Томмазо Марино в Болонье.

Сам Франклин в том же 1752 г. экспериментально исследовал электризацию облаков с помощью воздушного змея, снабжённого железным наконечником, к которому была привязана длинная пеньковая веревка в качестве проводника. На другом конце этой верёвки был прикреплён массивный железный ключ, из которого и извлекались электрические искры3. «Когда змей и веревка намокнут от дождя и вследствие этого станут проводить электричество, — писал Франклин, — то поток его обильно исходит из ключа при приближении суставов пальцев. От него можно зарядить банку. Электрическим огнем, полученным таким образом, можно зажечь спирт и сделать все опыты, совершаемые обычно с натираемым шаром или трубкой. Этим полностью доказывается тождество электрического вещества с веществом молнии».

Франклин многократно затем повторил этот опыт в более удобной форме, используя длинный железный стержень, вертикально поставленный на крыше своего дома. Он объяснил, каким образом такой стержень может защитить от ударов молнии, и описал способ расположения этого стержня для осуществления подобной защиты. В результате многочисленных наблюдений Франклин пришел к выводу, что грозовые облака заряжены большей частью отрицательно, хотя несколько раз они оказывались и положительно заряженными.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Между тем, спустя менее месяца после опытов в Марли, 7 июня 1752 г., Луи Гийом Лемонье открыл совершенно новое явление — наэлектризованность атмосферы даже при ясной погоде4. В апреле следующего, 1753 г. М.В. Ломоносов, действуя совершенно самостоятельно, подтвердил это открытие Лемонье.

Свой первый молниеотвод Франклин установил в 1760 г. в Филадельфии на доме купца Веста5. Но задолго до этого события И.Г. Винклер в 1753 г. в Германии, и в 1754 г. Прокоп Дивиш6 в Чехии (бывшей тогда частью Австрийской империи) построили первые в Европе молниеотводы.

А в это время в России.

Исследования электрических явлений велись в России с сороковых годов XVIII в. У этих исследований была одна существенная особенность. Во-первых, среди тогдашних западноевропейских естествоиспытателей, изучавших электричество (и внёсших большой вклад в эту науку), были нередки представители профессий от физики весьма далёких. Так, например, Дивиш был священником, Далибар — ботаником, Винклер, прежде чем заняться физикой, преподавал греческую и латинскую грамматику, а самоучка Франклин возглавлял почтовую службу (сначала Пенсильвании, а затем и всех североамериканских колоний Англии). Во-вторых, эти исследования велись, по большей части, в порядке личной инициативы. В России же исследования электричества с самого начала проводились именно физиками-профессионалами — М.В. Ломоносовым и Г.В. Рихманом, и, самое главное, выполнялись они по

1 Benjamin Franklin. Experiences et observations sur l’electricite. Traduction de Dalibard. 1752, 2e edition. 1756.

2 Тома-Франсуа Далибар (Thomas-Fran9ois Dalibard, 1709-1799) — французский натуралист и естествоиспытатель, последователь Карла Линнея. Король Франции Людовик XV, перед которым Далибар повторил опыт по извлечению электричества из грозового облака, назначил ему пожизненную пенсию в 1200 ливров.

Франклин В. Опыты и наблюдения над электричеством / Пер. с англ. Б.С. Алексеева. М.: Изд-во АН СССР, 1956. 271 с.

4 Le Monnier L.G. Observations sur l’electricite de l’air // Memoires de l’Academie Royale des Sciences. A Paris, de l’imprimerie royale. MDCCLVI. Р. 233-243.

5 Карцев В.П. Приключения великих уравнений. М.: Знание, 1986. 102 с.

6 Прокоп Дивиш, чешский священник, доктор богословия и естествоиспытатель, своими исследованиями электрических явлений заслуживший прозвание «волшебник электричества» (magus electricus). В 1754 г. он установил на своем доме в Прендице (Богемия) десятиметровый заземленный железный шест. Окрестные крестьяне разрушили молниеотвод Дивиша, полагая, что именно это сооружение явилось причиной случившегося в тех краях неурожая. (См.: Крыжановский Л. Громоотвод, политика и. шляпки // Квант. 1989. № 1. С. 13, 20, 33; Цверава Г.К. Прокоп Дивиш. М.-Л.: «Наука», 1965. 102 с.)

Один из громоотводов Франклина (а); Франклин «ловит» молнию (б)

заданию Санкт-Петербургской Академии Наук и за счёт государственных средств.

Ещё в 1743 г. М.В. Ломоносов осуществил регулярные научные наблюдения над северным сиянием. Тогда же, буквально на одном дыхании, Ломоносов написал небольшую оду «Вечернее размышление о Божием величестве при случае великого северного сияния»1, где в стихотворной форме сформулировал вопросы, на которые, по его мнению, следует в первую очередь найти ответы при изучении такого впечатляющего явления, как северное сияние. Ответы на ряд поставленных вопросов Ломоносов дал очень скоро -всего через десять лет, в своём «Слове о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих»2. Атмосферное электричество привлекало особое внимание М.В. Ломоносова. При этом им двигало отнюдь не праздное любопытство — он изучал закономерности возникновения молний с целью «отвратить от храмин наших гром».

В 1744 г. Академическое Собрание3 Санкт-Петербургской Академии Наук обсудило обращение Леонарда Эйлера, в котором он призывал заняться исследованием причин электрических явлений, и приняло решение: «Произвести также и здесь исследования над явлениями электричества и тщательно изучить все сочинения, написанные по этому вопросу, а те, коих нет здесь, как можно скорее добыть». Выполнение этого задания было возложено на заведовавшего кабинетом физики Академии Наук академика Г.В. Рихмана4. В исследованиях, которые начал Рихман, и в обсуждении полученных им результатов деятельное участие принял Ломоносов: Рихман составил программу работ, а Ломоносов перевел ее на русский язык; Ломоносов же помог Рихману наметить и круг вопросов, на которые надлежало получить ответы.

Рихман был первым, кто применил в исследованиях электричества количественные методы, тем самым превратив учение об электричестве в точную науку, и в этом его величайшая заслуга перед отечественной физикой. В ходе совместных с М.В. Ломоносовым исследований Г.В. Рихман в 1745 г. сконструировал первый электроизмерительный прибор прямого наблюдения — «электрический указатель или электрический гномон», который, в отличие от уже использовавшегося электроскопа, был «снабжён деревянным квадрантом со градусной шкалой для измерения степени электричества»5.

«Электрический указатель» Ломоносов и Рихман использовали при создании «громовой машины» — первой стационарной установки для наблюдения за интенсивностью электрических разрядов в атмосфере. «Громовая машина» принципиально отличалась от «электрического змея» Франклина и кустарных приспособлений других исследователей, поскольку позволяла непрерывно наблюдать за атмосферным электричеством при любой погоде. Описывая электрические эксперименты Ломоносова и Рихмана, «Санкт-Петербургские ведомости» сообщали: «Итак, совершенно доказано, что электрическая материя одинакова с громовою материею, и те раскаиваться будут, которые. доказывать хотят, что обе материи различны» б.

Во время наблюдений 25-28 апреля 1753 г. Ломоносов установил, что его «громовая машина» показывает существование электричества в атмосфере при отсутствии каких-либо грозовых явлений. «. сие наблюдение почитается за чрезвычайное. Из сего наблюдения явствует, что . электрическая в воздухе сила далее громового треску распространяется или без действительного грому быть может. Ежели второе правда, то не гром и молния электрической силы в воздухе, но сама электрическая сила грому и молнии причина», — сообщали «Санкт-Петербургские ве-домости»7. Тем самым Ломоносов не только подтвердил открытие Лемонье, которое тот совершил чуть менее года назад, но и сделал далеко идущие выводы о том, что причиной грома и молнии является «сама электрическая сила». Рихман и Ломоносов провели любопытный эксперимент — при огромном стечении народа орудийная батарея вела стрельбу, гром «сотрясал небо», но электрический указатель ничего не показывал. Так было доказано, что «искусством произведенный гром электрической силы не показывает»8.

В конце июля 1753 г. Рихман был убит молнией во время одного из своих опытов. Трагическая гибель Рихмана вызвала широкий резонанс как в России, так и за её пределами9 и привела к почти повсеместному прекращению иссле-

1 Ломоносов М.В. Вечернее размышление о Божием величестве при случае великого северного сияния // Ломоносов М.В. ПСС. Т. 8. Поэзия. Ораторская проза. Надписи. 1732-1764 гг. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1959. С. 120-123.

Ломоносов М.В. Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих // Торжество Академии наук. празднованное публичным собранием. ноября, 26 дня, 1753 года. СПб., при Акад. наук, 1753. См. также: Ломоносов М.В. ПСС. Т. 3. Труды по физике. 1753-1765 г.г. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1952. С. 15-100.

Академические Собрания — это проводимые не реже раза в неделю собрания академиков и адъюнктов Санкт-Петербургской АН, на которых докладывались и обсуждались их работы. Ведение протоколов Академических Собраний возлагалось на секретаря, который должен был ежегодно или раз в два года печатать то, что достойно опубликования, и вместе с библиотекарем Академии вести ученую корреспонденцию.

Георг Вильгельм Рихман (Georg Wilhelm Richmann, 1711-1753) — один из крупнейших естествоиспытателей своего времени, друг и сподвижник М.В. Ломоносова, действительный член Санкт-Петербургской Академии Наук, с 1744 г. заведовал кабинетом физики Академии Наук. Именно Рихман вывел ныне широко известную формулу для определения температуры смеси однородных жидкостей, имеющих разные температуры. Погиб при проведении опытов с атмосферным электричеством.

5 Рихман Г.В. Труды по физике. М.: Изд-во АН СССР, 1956. 711 с.

Санкт-Петербургские ведомости. 1752. № 58.

7 Там же. 1753. № 45.

8 Костюкова Т.П., Мастюков К.Ю. М.В. Ломоносов и атмосферное электричество. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://elektrobgau.narod.ru/CHAST1/lomonosov/Lomoonos.htm

Watson W. An Answer to Dr. Lining’s Query Relating to the Death of Professor Richman. By Mr. William Watson, F. R. S. // Philosophical Transactions. 1754. Vol. 48. Р. 765-772. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.jstor.org/stable/105203; An Account of the Death of Mr. George William Richman, Professor of Experimental Philosophy, a Member of the Imperial Academy of Sciences at Petersburg. Translated from the High-Dutch // Philosophical Transactions. 1755. Vol. 49. Р. 61-69. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.jstor.org/stable/104909

Георг Вильгельм Рихман (Georg Wilhelm Richmann, 1711-1753)

дований атмосферного электричества. Однако Ломоносов продолжал работу. Её результаты стали основой написанного Ломоносовым большого сочинения «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих», которое было доложено им в Академии Наук в ноябре 1753 г.

Ломоносов выдвинул свою собственную теорию грозовых процессов. Возникновение атмосферного электричества он связал с восходящими и нисходящими потоками воздуха1, создающимися в результате различия давления и температур в верхних и нижних слоях атмосферы. Зимою они бывают оттого, что холодные и, следовательно, более тяжелые массы воздуха из верхних слоев атмосферы падают вниз, — именно потому зимою иногда внезапно наступают великие морозы сразу после оттепели.

Летом, наоборот, нижняя часть атмосферы нагревается от земли, становится более легкой и оттого быстро поднимается вверх. Это происходит обычно около трех часов дня, то есть сразу после полуденной жары. Как раз в эти часы чаще всего и бывают грозы, потому что в восходящем потоке воздуха частички насыщающих воздух паров «скорым встречным движением сражаются, трутся, электрическую силу рождают, которая, распространяясь по облаку, весь оный занимает». Разряды накопленного таким образом электричества и есть грозовые молнии и зарницы.

Одновременно с теорией грозы Ломоносов выдвинул и теорию северных сияний. Северные сияния, по его мнению, также имеют электрическую природу. «. Весьма вероятно, — отмечает Ломоносов , — что северные сияния рождаются от происшедшей на воздухе электрической силы». Он рассматривал северные сияния как свечение, вызываемое электрическими зарядами в крайне разреженной атмосфере на очень большой высоте над землей. Ломоносов приводит результаты своих специальных опытов со свечением разряженного воздуха в стеклянном наэлектризованном шаре — это свечение он сравнивал с северным сиянием: «Возбужденная электрическая сила в шаре, из которого воздух вытянут, внезапные лучи испускает». Наблюдавшееся Ломоносовым свечение было по существу явлением электрического разряда в разреженном воздухе. Только в конце XIX в. впервые после Ломоносова опыты по лабораторному воспроизведению полярных сияний повторил норвежский физик проф. Х. Биркеланд .

«Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих» разослали для отзыва крупнейшим русским и зарубежным ученым. 22 января 1754 г. Леонард Эйлер, высоко оценивший этот труд, писал4: «То, что остроумнейший Ломоносов предложил относительно течения этой тонкой материи в облаках, должно принести величайшую помощь тем, кто хочет приложить свои силы для выяснения этого вопроса. Отличны его размышления об опускании верхнего воздуха и о внезапно происходящем от этого жесточайшем морозе».

Неотъемлемую часть Ломоносовского «Слова» составляют обстоятельные «Изъяснения, надлежащие к слову о электрических воздушных явлениях», являющиеся ответом М.В. Ломоносова на замечания академиков АН Гришова, НИ Попова и И.А Брауна. В этой работе Ломоносов убедительно показывает, что его теория атмосферного электричества основана на результатах исследований, которые он начал задолго до Франклина. «. Я в моей теории о причине электрической силы в воздухе ему [Бенджамину Франклину — С.Г.] ничего не должен. Франклиновы письма увидел впервые, когда уже моя речь была почти готова, в чём я посылаюсь на своих господ товарищей. .Я свою теорию произвёл из наступающих внезапно великих морозов, то есть из обстоятельств, в Филадельфии, где живёт Франклин, неизвестных. .Истолкованы мною многие явления, с громовою силою бывающие, которых у Франклина нет и следу», -отмечает он5. Далее он вновь подчёркивает: «. Как выше упомянуто, сие слово было уже почти готово, когда я о Фран-клиновой догадке уведал. Сверх сего, ода моя о северном сиянии , которая сочинена 1743 года, а в 1747-м году в Риторике напечатана, содержит моё давнейшее мнение, что северное сияние движением эфира произведено быть может»7.

В своём ответе академику А.Н Гришову, который указывал на приоритет Б. Франклина, Ломоносов пишет8: «а) . Винить меня не станет никто, так как произведения учёных столь поздно доходят до нас, особенно из Америки. в) Нисхождение верхней атмосферы Франклин только предполагал по догадке; я же вывожу его из внезапного наступления холодной погоды, о чём у Франклина нет никакого упоминания. у) Я также произвёл расчёт и доказал, что верхний воздух не только может, но и должен стекать вниз, чего у Франклина нет и следа. 5) Мнение Франклина о северном сиянии совершенно расходится с моим. Ведь электрическую материю, необходимую для образования северного сияния, он старается привлечь с тропиков к полюсам; я же нахожу её в изобилии на месте; он не излагает, каким образом это происходит, а мимоходом в нескольких словах намечает свою догадку, а я подробнейшим образом изъясняю свою теорию; он не обосновал никакими аргументами, а я подкрепляю не только аргументами, но и объяснением явления».

Ломоносов весьма критически оценивал современные ему многочисленные теории электричества. Он справедливо отмечал, что в большинстве из них «некоторые к составлению электрической теории самые нуж-

1 Только в 1929 г. возглавлявший метеорологическую службу Великобритании Дж.К. Симпсон (1878-1965) доказал, что атмосферное электричество действительно возникает в восходящих воздушных потоках. (См. его работу: Симпсон Дж.К. Молния // Успехи физических наук. 1930. Т. Х. Вып. 5-6. С. 757-780.

2 Ломоносов М.В. Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих» // Торжество Академии наук.

3 Крылов АН. Северные сияния и магнитные бури. (Речь председателя в январском 1917 общем собрании членов Русского физикохимического общества). Впервые опубликовано в «УФН» в апреле 1918 г. // Успехи физических наук. 1993. Т. 163. № 4. С. 3-14.

4 Цит. по: Данилевский В.В. Указ. соч.

Ломоносов М.В. Изъяснения, надлежащие к слову о электрических воздушных явлениях // Ломоносов М.В. ПСС. Т. 3. Труды по физике. 1753-1765. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1952. С. 101-134.

Имеется в виду ода М.В. Ломоносова «Вечернее размышление о Божием величестве при случае великого северного сияния».

Ломоносов М.В. Изъяснения, надлежащие к слову о электрических воздушных явлениях // Полное собрание сочинений М.В. Ломоносова. Т. 3. Труды по физике. 1753-1765 г.г. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1952. С. 123.

8 Материалы обсуждения «Слова о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих». Перевод Я.М. Боровского // Полное собрание сочинений М.В. Ломоносова. Т. 3. Труды по физике. 1753-1765. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1952. С. 134-180.

Рисунок из работы М.В. Ломоносова «Слово о явлениях воздушных. ». 1753.

нейшие вещи не довольно наблюдены были». Поэтому Ломоносов ставил перед исследователями задачу «сыскать подлинную электрической силы причину и составить точную ее теорию».

Свои воззрения на явления электричества Ломоносов сформулировал в 1756 г. в неопубликованном и сохранившемся лишь в виде тезисов труде «Теория электричества, разработанная математическим путем»1. В отличие от большинства своих современников Ломоносов полностью отвергает выдвинутую Греем и подхваченную Франклином гипотезу мифической «электрической жидкости». Он объясняет электрические явления свойствами мирового эфира, колебаниями которого объясняется и распространение света по волновой теории Гюйгенса. Тем самым Ломоносов одним из первых отметил общий характер электрических и световых явлений: «Электрическая сила есть действие, вызванное легким трением. оно состоит в силах отталкивательных и притягательных, а также в произведении света и огня».

Эфирная теория электричества, разработанная Ломоносовым, была передовой для своего времени. Она являлась новым шагом к материалистическому объяснению явлений природы. Эфирная теория получила дальнейшее развитие в трудах Л. Эйлера2, а позднее, в XIX в., этой теории придерживался сам великий М. Фарадей3, который в 1830 г. ввёл в физику понятие электрического поля. Здесь очень важен следующий момент: Ломоносов пророчески предупреждал, что «. вероятнейшей причиной электричества будет движение эфира. если потом не найдется какая-нибудь другая материя. ». Вот этой-то «другой материей» и оказалось электрическое поле Фарадея.

Надобно заметить, что существует глубоко неверное мнение, будто труды М.В. Ломоносова были незнакомы его зарубежным коллегам. Наоборот, изложенные в латинских изданиях Санкт-Петербургской Академии Наук, работы Ломоносова очень скоро становились известны крупнейшим естествоиспытателям Европы4. Исключительно высокую оценку давал Ломоносову Эйлер: «Все записки Ломоносова по части физики и химии не только хороши, но превосходны, ибо он с такой основательностью излагает любопытнейшие, совершенно неизвестные и неизъяснимые для величайших гениев предметы, что я вполне убежден в верности его объяснений. При этом случае я готов отдать г. Ломоносову справедливость, что он обладает счастливейшим гением для открытия физических и химических явлений, и желательно было бы, чтобы все прочие академики были в состоянии проводить открытия, подобные тем, которые совершил г. Ломоносов». Неоспоримым свидетельством европейского признания Ломоносова является избрание его в 1760 г. почетным членом Шведской Академии Наук, а в 1764 г. — членом Болонской Академии.

Для продолжения работ безвременно погибшего Рихмана в Петербург был приглашён из Берлинского университета профессор Франц Эпинус , ученик Леонарда Эйлера. Когда же не стало Ломоносова, то Петербургская Академия Наук пригласила самого Л. Эйлера, с коим Ломоносов издавна дружил и переписывался. Не было в то время в Европе никого, кроме великого Эйлера, кто по мощи своего таланта и по разносторонности своих дарований мог бы сравниться с Ломоносовым. Заняв пост вице-президента Санкт-Петербургской Академии Наук, Эйлер в течение многих лет, до самой своей кончины, трудился во славу российской науки. Восемь его учеников стали действительными членами Санкт-Петербургской Академии.

Уместно вспомнить здесь, что сам М.В. Ломоносов был учеником знаменитого немецкого просветителя Христиана фон Вольфа (1679-1754), лекции которого Михаил Васильевич слушал в 1736-1739 гг. в бытность свою студентом Марбургского университета. Ломоносов испытал сильное воздействие идей и взглядов этого мыслителя и до конца своих дней неизменно относился к своему учителю с трепетным уважением.

Х. Вольф был основателем самой влиятельной философской школы в Германии. Его ученики и последователи занимали большинство важнейших кафедр в германских университетах, а вся система образования, преподавание различных наук, так или иначе основывались на его общефилософских принципах. Величайшей научной заслугой Х. Вольфа считается систематизация им основных положений философии Г.В. Лейбница, с которым Х. Вольф был лично знаком, считал своим учителем и вёл переписку. До середины XVIII столетия философия Лейбница была известна в Германии только в интерпретации Х. Вольфа.

Х. Вольф постоянно подчеркивал, что главная цель науки («метафизики») -это счастье людей, однако эта цель не будет достигнута, пока в ней, в науке, отсутствуют основательные, ясные, отчетливые и подтверждаемые в опыте понятия о каждой вещи.

В своём беззаветном стремлении найти и дать науке эти самые «основательные, ясные, отчетливые и подтвер-

1 Ломоносов М.В. Теория электричества, изложенная математически // Ломоносов М.В. ПСС. Т. 3. Труды по физике. 1753-1765. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1952. С. 265-313.

Не следует при этом упускать из виду, что теории Эйлера и Ломоносова, справедливо отрицающие существование электрической жидкости, являлись чисто электростатическими и поэтому приводили к неправильному представлению о грозозащите и об устройстве молниеотводов.

Фарадей, в частности, считал электричество движением некоей, заполняющей все пространство, пронизывающей все тела упругой среды.

4 Данилевский В.В. Указ. соч.

Франц Ульрих Теодор Эпинус (Аертш, 1724-1802) — математик, астроном и физик; действительный член Санкт-Петербургской Академии Наук. Эпинус был одним из первых естествоиспытателей, чьи исследования электричества строились не только на опытах и наблюдениях, но и на математических расчётах. Эпинус впервые объяснил явления электростатической индукции, поляризации, предложил идею электрофора. Он же первый дал полное объяснение свойств лейденской банки, указав на некоторые ошибки, допущенные Б. Франклином; разработал теорию электрических и магнитных явлений, подчеркнув их сходство. Ф. Эпинус с 1764 г. в течение 33-х лет возглавлял шифровальный отдел при Коллегии Иностранных Дел России, разрабатывая новые шифры для Екатерины II, дипломатической службы, армии и флота, а также вскрывая иностранные дипломатические шифры. Он вошел в историю России как создатель государственной системы народного просвещения, а в историю США — как автор текста знаменитой «Декларации о вооруженном нейтралитете», оказавшей решающую политическую помощь североамериканским английским колониям в их борьбе за независимость. (См.: Эпинус Ф.У.Т. Теория электричества и магнетизма. М.: Изд-во АН СССР, 1951. 564 с.; Новик В.К. Академик Франц Эпинус (1724-1802): краткая биографическая хроника // Вопросы истории естествознания и техники. 1999. № 4. С. 4-35).

Христиан фон Вольф (Christian Freiherr von Wolff, 1679-1754)

ждаемые в опыте понятия о каждой вещи» ученик Х. Вольфа и «научный внук»1 великого Г.В. Лейбница Михаил Ломоносов сделал всё, что мог. Пусть другие придут и попытаются сделать больше.

1. Ван А.В. Сотворенное Небом и познанное людьми. Путями открытий и изобретений древнего и средневекового Китая. Новосибирск: Изд. дом «Манускрипт», 2001. 141 с.

2. Вейтков Ф. Летопись электричества. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1946. 320 с.

3. Веселовский О.Н., Шнейберг Я.А. Очерки по истории электротехники. М.: Изд-во МЭИ, 1993. 252 с.

4. Гильберт В. О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле. Новая физиология, доказанная множеством аргументов и опытов / Пер. с латинского А.И. Доватура, редакция, статья и комментарии А.Г. Калашникова. М.: Издательство академии наук СССР, 1956. 412 с.

5. Данилевский В.В. Русская техника. Л.: Ленгиз, 1947. 484 с.

6. Дягилев Ф.М. Из истории физики и жизни ее творцов. М.: Просвещение, 1986. 255 с.

7. Еремеев В.Е. Шэнь Ко // Духовная культура Китая: энциклопедия. Т. 5. Наука, техническая и военная мысль, здравоохранение и образование. М.: Восточная литература, 2009. С. 960-964.

8. Карцев В.П. Приключения великих уравнений. М.: Знание, 1986. 102 с.

9. Колумб Х. Письмо католическим королям Изабелле и Фердинанду о третьем путешествии // Путешествия Христофора Колумба: дневники, письма, документы / Пер. и коммент. Я.М. Света. М.: Эксмо, 2010. 512 с.

10. Корякин В.И., Хребтов А.А. От астролябии к навигационным комплексам. СПб: Судостроение, 1994. 240 с.

11. Костюкова Т.П., Мастюков К.Ю. М.В. Ломоносов и атмосферное электричество. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://elektrobgau.narod.ru/CHAST1/lomonosov/Lomonos.htm

12. Крыжановский Л. Громоотвод, политика и. шляпки // Квант. 1989. № 1.

13. Крылов А.Н. Северные сияния и магнитные бури. (Речь председателя в январском 1917 г. общем собрании членов Русского физико-химического общества). Впервые опубликовано в «УФН» в апреле 1918 г. // Успехи физических наук. 1993. Т. 163. № 4. С. 3-14.

14. Кудрявцев, П.С. Курс истории физики. М.: Просвещение, 1982. 448 с.

15. Ломоносов М.В. Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих // Торжество Академии наук. празднованное публичным собранием. ноября, 26 дня, 1753 года. СПб., при Акад. наук, 1753.

16. Ломоносов М.В. ПСС Т. 3: Труды по физике. 1753-1765. М.-Л.: Изд-во Ан СССР, 1952; Т. 8: Поэзия. Ораторская проза. Надписи. 1732-1764. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1959.

17. Материалы обсуждения «Слова о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих». Перевод Я.М. Боровского // Полное собрание сочинений М.В. Ломоносова. Т. 3. Труды по физике. 1753-1765. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1952. С. 134-180.

18. Новик В.К. Академик Франц Эпинус (1724-1802): краткая биографическая хроника // Вопросы истории естествознания и техники. 1999. № 4. С. 4-35.

19. Рихман Г.В. Труды по физике. М.: Изд-во АН СССР, 1956. 711 с.

20. Симпсон Дж.К. Молния // Успехи физических наук. 1930. Т. Х. Вып. 5-6. С. 757-780.

21. Франклин В. Опыты и наблюдения над электричеством / Пер. с англ. Б.С. Алексеева. М.: Изд-во АН СССР, 1956. 271 с.

22. Цверава Г.К. Прокоп Дивиш. М.-Л.: «Наука», 1965. 102 с.

23. Эпинус Ф.У.Т. Теория электричества и магнетизма. М.: Изд-во АН СССР, 1951. 564 с.

24. An Account of the Death of Mr. George William Richman, Professor of Experimental Philosophy, a Member of the Imperial Academy of Sciences at Petersburg. Translated from the High-Dutch // Philosophical Transactions. 1755. Vol. 49. Р. 61-69. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.jstor.org/stable/104909

25. Du Fay Ch.F. A Letter from Mons. Du Fay, F. R. S. and of the Royal Academy of Sciences at Paris, to His Grace Charles Duke of Richmond and Lenox, concerning Electricity. Translated from the French by T.S.M.D. // Philosophical Transactions. 1734. Vol. 38. N 431. Р. 258-266. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.jstor.org/stable/103851

26. Franklin B. Experiences et observations sur l’electricite. Traduction de Dalibard 1752, 2nd edition. 1756.

27. Gray S. A Letter to Cromwell Mortimer, M.D. Secr. R.S. Containing Several Experiments concerning Electricity; By Mr. Stephen Gray // Philosophical Transactions. 1731. Vol. 37. N 417. Р. 18-44. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.jstor.org/stable/104056.

28. Hauksbee Fr. An Account of an Experiment, Showing That an Object May Become Visible through Such an Opake Body as Pitch in the Dark, While It is under the Circumstances of Attrition and a Vacuum. By Mr. Fr. Hauksbee, F.R.S. // Philosophical Transactions. 1708. Vol. 26. N 322. Р. 391-392. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.jstor.org/stable/103276.

29. Hauksbee Fr. An Account of an Experiment, Touching an Attempt to Produce Light on the Inside of a Globe-

Glass Lin’d with Melted Flowers of Sulphur, as in the Experiments of Sealing-Wax and Pitch. By Mr. Fr.

Hauksbee, F.R.S. // Philosophical Transactions. 1708. Vol. 26. N 323. Р. 439-443. [Электронный ресурс]. Ре-

жим доступа: http://www.jstor.org/stable/103285.

30. Le Monnier L.G. Observations sur l’electricite de l’air // Memoires de l’Academie Royale des Sciences. A Paris, de l’imprimerie royale, MDCCLVI. Р. 233-243.

31. van Musschenbroek P. Institutiones Physicae conscripta in usus academicos. Leiden, Lugduni Batavorum, apud Samuelem Luchtmans et filium, 1748. 476 p.

32. van Musschenbroek P. Introductio ad philosophiam naturalem. V. 1-2. Lugduni Batavorum, 1762. 655 p.

33. Dr. Wall W. Experiments of the Luminous Qualities of Amber, Diamonds, and Gum Lac, by Dr. Wall, in a Letter to Dr. Sloane, R. S. Secr. // Philosophical Transactions. 1708-1709. Vol. 26. N 314. Р. 69-76. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.jstor.org/stable/103226.

34. Watson W. An Answer to Dr. Lining’s Query Relating to the Death of Professor Richman. By Mr. William Watson, F.R.S. // Philosophical Transactions. 1754. Vol. 48. Р. 765-772. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.jstor.org/stable/105203.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1 «Научными внуками» какого-либо учёного принято называть учеников ученика этого учёного.

БИЛИМ БУЛАГЫ

Билим булагы may not look as expected in this version of Internet Explorer. We recommend you upgrade to a newer version of Internet Explorer or switch to a browser like Firefox or Chrome.

Физика: Движение заряженных частиц

Что такое электричество

В повседневной жизни мы часто сталкиваемся с таким понятием, как «электричество».

Что же такое электричество, всегда ли люди знали о нём? Без электричества представить нашу современную жизнь практически невозможно. Трудно обойтись без освещения и тепла, без телефона, компьютера и телевизора. Электричество настолько глубоко проникло в нашу жизнь, что мы порой и не задумываемся, что это за волшебник помогает нам в работе. Этот волшебник – электричество. В чём же заключается его суть?

Суть электричества сводится к тому, что поток заряженных частиц движется по проводнику (проводник – это вещество, способное проводить электрический ток) в замкнутой цепи от источника тока к потребителю. Двигаясь, поток частиц выполняет определённую работу. Это явление называется «электрический ток». Силу электрического тока можно измерить.

Единица измерения силы тока — Ампер, получила своё название в честь французского ученого, который первым исследовал свойства тока. Имя ученого-физика – Андре Ампер.

Наблюдали первые электрические явления люди ещё в пятом веке до нашей эры. Они замечали, что потёртый мехом или шерстью кусок янтаря притягивает к себе лёгкие тела, например, пылинки. Древние греки даже научились использовать это явление – для удаления пыли с дорогих одежд. Ещё они заметили, что, если сухие волосы расчесать янтарным гребнем, они встают, отталкиваясь друг от друга. Ток – направленное движение заряженных частиц. Если мы имеем дело с металлом, то заряженные частицы – это электроны. Слово «янтарь» по-гречески – это электрон. Таким образом, известное всем понятие «электричество» имеет древние корни.

Как и многое в нашей жизни, электричество имеет не только положительную, но и отрицательную сторону. Электрический ток, как волшебника-невидимку, нельзя рассмотреть, учуять его по запаху. Определить наличие или отсутствие тока можно только, используя приборы, измерительную аппаратуру. Может произойти трагедия при непреднамеренном соприкосновении человека с токоведущими частями.

Что не нужно делать взрослым и детям? Не дотрагивайтесь руками, не подходите близко к проводам и электрокомплексам. Недалеко от линий электропередачи, подстанций не останавливайтесь на отдых, не разводите костры, не запускайте летающие игрушки. Лежащий на земле провод может таить в себе смертельную опасность. Электрические розетки, если в доме маленький ребёнок, – объект особого контроля.

Физики «дали доступ» человечеству к электричеству. Ради будущего учёные шли на лишения, тратили состояния, чтобы вершить великие открытия и дарить результаты своих трудов людям. Давайте бережно относиться к трудам физиков, к электричеству, будем помнить о той опасности, которую оно потенциально несёт в себе.

Действия тока

Можно выделить три основных действия электрического тока:

Тепловое. При прохождении тока проводник нагревается. Это одно из самых главных действий тока, которое используется человеком. Самый простой пример – некоторые бытовые обогреватели

Химическое. Проводник может изменять химический состав при прохождении по нему тока. В частности, при помощи электрического тока добывают некоторые металлы в чистом виде, выделяя их из различных соединений. К примеру, таким образом получают алюминий

Магнитное. Если по проводнику течёт ток, то магнитная стрелка вблизи такого проводника изменит своё положение.

https://bb.edu.gov.kg/index.php/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%9C%D1%83%D0%B2%D0%B8_%D0%9C%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%84%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%BC%D1%8B_%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%82%D0%BE%D0%BA_3.45-5.59.mp4
https://bb.edu.gov.kg/index.php/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%9C%D1%83%D0%B2%D0%B8_%D0%9C%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%84%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%BC%D1%8B_%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%82%D0%BE%D0%BA_7.06-7.51.mp4
https://bb.edu.gov.kg/index.php/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%9C%D1%83%D0%B2%D0%B8_%D0%9C%D1%83%D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%84%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%BC%D1%8B_%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%82%D0%BE%D0%BA_9.01-9.58.mp4

Проводники и диэлектрики

Проводник — это тело, внутри которого содержится достаточное количество свободных электрических зарядов, способных перемещаться под действием электрического поля.

В проводниках возможно возникновение электрического тока под действием приложенного электрического поля. Все металлы, растворы солей и кислот, влажная почва, тела людей и животных — хорошие проводники электрических зарядов.

Проводники. Диэлектрики

Изолятор (или диэлектрик) – тело, не содержащее внутри свободные электрические заряды. В изоляторах электрический ток невозможен.

К диэлектрикам можно отнести стекло, пластик, резину, картон, воздух. Тела, изготовленные из диэлектриков, называют изоляторами.

Абсолютно непроводящая жидкость – дистиллированная, т.е. очищенная, вода (любая другая вода (водопроводная или морская) содержит какое-то количество примесей и является проводником).

Направление тока

За направление электрического тока принимается направление движения положительных электрических зарядов.

Мы говорили о том, что ток в металлах создают движущиеся электроны, которые имеют отрицательный заряд. Почему же возникает такое противоречие?

Направление тока

Tok direction.png

Когда возник вопрос о направлении электрического тока, ещё никто не знал о существовании электронов. Было решено считать, что ток движется в направлении движения положительных зарядов. Прошло время, учёные выяснили, что в металлах, в частности, движутся электроны, но было решено оставить всё в прежнем виде. Это связано с тем, что знак заряда нас практически не интересует, гораздо больше нас интересует само действие тока.

Движение электронов в проводнике противоположно направлению электрического поля

Электрический ток в металлах

Рассмотрим металлические проводники. Носителями свободных зарядов в металлах являются электроны, концентрация которых велика — порядка 1028 в кубическом метре. Эти электроны участвуют в хаотическом тепловом движении. Под влиянием же электрического поля они начинают перемещаться упорядоченно со средней скоростью примерно 0,5 мм/с. А скорость распространения электрического поля внутри металлического проводника приближается к 300 000 км/с. Именно эту скорость и связывают с распространением электрического тока в металлах. Проводимость металлов обусловлена движением свободных электронов. Это экспериментально доказали Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси в 1913 г., затем Б. Стюарт и Р. Толмен в 1916 г.

При движении в проводнике электроны проводимости испытывают столкновения с ионами кристаллической решетки и при этом теряют часть энергии, приобретенной в электрическом поле. Такие столкновения и обусловливают сопротивление проводника. С повышением температуры проводника растет средняя скорость теплового движения электронов и увеличивается амплитуда колебаний ионов в узлах решетки. Это приводит к увеличению количества столкновений электронов с ионами. Таким образом, сопротивление металлов зависит от температуры.

В 1911 г. голландский физик Х. Камерлинг-Оннес открыл чрезвычайное явление — сверхпроводимость. Он обнаружил, что при охлаждении ртути в жидком гелии ее сопротивление сначала меняется постепенно, а затем, с достижением температуры 4,1 К, резко падает до нуля. Явление уменьшения сопротивления до нуля при температуре, отличной от абсолютного нуля, назвали сверхпроводимостью. Впоследствии сверхпроводимость была обнаружена во многих других металлах. Металлы, которые имеют свойство сверхпроводимости, практически не нагреваются при прохождении через них тока, а это дает возможность передавать энергию без потерь.

https://bb.edu.gov.kg/index.php/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%82%D0%BE%D0%BA_%D0%B2_%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%B0%D1%85.mp4
https://bb.edu.gov.kg/index.php/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%82%D0%BE%D0%BA_%D0%B2_%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%B0%D1%85_1.mp4

Электрический ток в полупроводниках

Полупроводники относятся к металлам, к твердым телам. К их числу принадлежат германий, кремний, мышьяк и др., а также различные сплавы и химические соединения.

Полупроводники — вещества, удельное сопротивление которых убывает с увеличением температуры и зависит от наличия примесей и изменения освещенности. В этих кристаллах атомы соединены между собой ковалентной связью. При нагревании ковалентная связь нарушается, атомы ионизируются. Это обусловливает возникновение свободных электронов и «дырок» — вакантных положительных мест с недостающим электроном.

Собственная проводимость.. В чистом кристалле электрический ток создается равным количеством электронов и «дырок». Проводимость, обусловленную движением свободных электронов и равного им количества «дырок» в полупроводниковом кристалле без примесей, называют собственной проводимостью полупроводника.

Примесная проводимость.. Проводимость проводников зависит от наличия примесей. Примеси бывают донорные и акцепторные. Донорная примесь — примесь с большей валентностью. Например, для четырехвалентного кремния донорной примесью является пятивалентный мышьяк. Четыре валентных электрона атома мышьяка участвуют в создании ковалентной связи, а пятый станет электроном проводимости.

Акцепторная примесь — примесь с меньшей валентностью. Например, для четырехвалентного кремния акцепторной примесью является трехвалентный индий. Три валентных электрона атома индия участвуют в создании ковалентной связи с тремя атомами кремния, а на месте четвертой незавершенной ковалентной связи образуется «дырка».

Электрический ток в жидкостях

В зависимости от рода жидкости могут быть разные носители. В расплавах металлов – это те же электроны, в электролитах или растворах – ионы, в расплавах полупроводников – электроны и дырки. Чистые растворители, вода, спирт, масло, бензин и т. д. плохо проводят электрический ток.

Анод

Анод.png

Явление распада молекул солей, щелочей и кислот в воде на ионы противоположных знаков называют электролитической диссоциацией. Полученные вследствие распада ионы служат носителями заряда в жидкости, а сама жидкость становится проводником.

Вне электрического поля ионы движутся хаотически. Под действием внешнего электрического поля ионы, продолжая хаотичные движения, вместе с тем смещаются в направлении действия сил электрического поля: катионы к катоду, анионы — к аноду. Следовательно, электрический ток в растворах (расплавах) электролитов — это направленное перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях.

Прохождение электрического тока через раствор электролита всегда сопровождается выделением на электродах веществ, входящих в его состав. Это явление называют электролизом.

Электролиз широко применяют в различных целях в технике. С помощью электролитического способа покрывают поверхности одного металла тонким слоем другого (никелирование, хромирование, омеднения и т. д.). Это надежное покрытие защищает поверхность металлов от коррозии.

При движении внутри электролитов ионы взаимодействуют с молекулами воды и другими ионами, т.е. электролиты оказывают некоторое противодействие движению, а, следовательно, обладают сопротивлением. Электрическое сопротивление электролитов зависит от концентрации ионов, величины заряда иона, от скорости движения ионов обоих знаков. При увеличении температуры электролита уменьшается его вязкость, что ведет к увеличению скорости движения ионов. Т.е. при повышении температуры сопротивление электролита уменьшается.

Электрический ток в газах

Газы в естественном состоянии не проводят электричества (являются диэлектриками), так как состоят из электрически нейтральных атомов и молекул. Проводником может стать ионизированный газ, содержащий электроны, положительные и отрицательные ионы.

Ионизация может возникать под действием высоких температур, различных излучений (ультрафиолетового, рентгеновского, радиоактивного), космических лучей, столкновения частиц между собой.

Ионизированное состояние газа получило название плазмы. В масштабах Вселенной плазма — наиболее распространенное агрегатное состояние вещества. Из нее состоят Солнце, звезды, верхние слои атмосферы.

Прохождение электрического тока через газ называется газовым разрядом.

В «рекламной» неоновой трубке протекает тлеющий разряд. Светящийся газ представляет собой «живую плазму».

Янтарь: физические и химические свойства

Янтарь хрупок, легко разбивается от удара или при падении, но вместе с тем пластичен. И это очень ценное его качество, благодаря которому камень хорошо поддается механической обработке. Янтарь можно пилить, резать, сверлить, шлифовать, полировать. Твердость янтаря по шкале Мооса находится в пределах от 2 до 3. Для сравнения: твердость гипса – 2, кварца – 7, алмаза – 10.

Ещё в VII-VI в.в. до н.э. Фалесу Милетскому была известна способность янтаря электризоваться при трении и притягивать разные мелкие и лёгкие предметы. Описывая в начале XVII века природу этого явления, английский учёный В.Джильберт назвал его электризацией, от греческого названия янтаря – электрон.

По мнению китайского учёного Тао Хунчин (452 – 536 гг. н.э.) только тот янтарь является настоящим, который, если его потереть рукой и согреть, притягивает горчичные зёрна.

В первой монографии, посвящённой янтарю, A.Aurifaber указал, что способностью притягивать различные предметы обладает только обработанный янтарь (без окисленной корки), предварительно потёртый о сукно, кожу и т.п. Причём, чем сильнее разогревается при трении янтарь, тем большей силой он обладает, притягивая не только древесные стружки, но также железные, серебряные и золотые опилки.

Янтарь плохо проводит электрический ток, поэтому его раньше использовали для изготовления изоляторов. Однако при трении о шерстяную ткань янтарь электризуется, и продолжительное время сохраняет отрицательные электрические заряды. Свойство притягивать к себе кусочки бумаги, соломинки, волосы присуще всем смолам, но ни одна из них не обладает такой притягательной силой, как янтарь. От янтаря пошло представление об электричестве. В Древней Греции в обиходе были янтарные прялки и веретёна: электризуясь при трении, они очищали пряжу от различных примесей.

Янтарь использовался даже для янтарной оптики (стекла для очков, лупы), изготовленной впервые в 1691 году знаменитым немецким мастером Христианом Першином (Савкевич С. С.).

Развитие физических методов в XVII – XVIII веках позволило сделать интересные наблюдения. Так F.Hauksbee в 1705 году обнаружил, что янтарь при трении о шерсть даёт яркое свечение в вакууме, причём его интенсивность возрастает при увеличении скорости трения. На воздухе это явление почти не было замечено.

В 1816 году J.F.John одним из первых подробно изучил физико-химические свойства янтаря: степень прозрачности, цвет, морфологию, блеск, излом, твёрдость, хрупкость, способность электризоваться при трении, запах, вкус, цвет порошка, оптические свойства, удельный вес. Автор описал действие на янтарь воздуха, воды, тепла, различных реактивов, спирта, щелочей, кислот, эфира, масел.

В 1902 году появляется работа В.К.Агафонова, в которой автор рассматривает особенности поглощения ультрафиолетовой области спектра в янтаре. С. С. Савкевич установил, что окисление янтаря происходит более интенсивно при повышенных температурах, на свету и, особенно, в ультрафиолетовых лучах. Автор подробно изучил спектры испускания балтийского янтаря. Регистрировалась люминесценция как плоско-полированной поверхности, так и порошка с размером частиц около 2 мм.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что спектр люминесценции балтийского янтаря характеризуется широкой полосой испускания в области 390 – 610 нм с нечётким максимумом около 510 нм. Таким образом, спектр испускания балтийского янтаря лежит в спектре электромагнитного поля видимого света.

Исследования Г.К.Сергановой с соавторами показали, что при окислении янтаря присоединение кислорода происходит с образованием гидроперекисей и перекисей.

К числу наиболее характерных химических особенностей янтаря относится наличие в продуктах его сухой перегонки янтарной кислоты.

Таким образом, была доказана проницаемость янтаря для жидких и газообразных агентов.

1. До сих пор не известно ни одного растворителя, в котором бы янтарь без разложения полностью растворялся. Янтарь не растворяется в воде. В кипящей воде размягчается (при температуре 100 С). Частично может растворяться в таких органических соединениях как спирт (20-25 % ), эфир (18-23 % ), хлороформ (до 20 % ), бензол (9,8%), скипидар (25%), льняное масло (18%). Но он полностью распадается в горячей концентрированной азотной кислоте. В кипящей воде янтарь размягчается при температуре 100˚ С.
2. Одним из особых свойств является способность янтаря разбухать в воде. За небольшой промежуток времени объём измельчённого янтаря, помещенного в воду, увеличивается на 8%. Способность поглощать определенный объём воды (0,1 – 0,4%) была отмечена также у прозрачного янтаря, не содержащего микроскопических пустот. Ранее считали, что вода проникает в янтарь по трещинам, однако в 1962 году Kawasaki был доказан факт диффузии воды в янтарь. Чрезвычайно важным является способность янтаря к набуханию в различных веществах при комнатной температуре, т.е., фактически, способность к абсорбции различных органических и неорганических соединений.

3. Термические свойства янтаря обусловлены его аморфным строением. При нагревании янтаря выше определенной температуры, которая обусловлена видом янтаря, наступает процесс его расплавления, сопровождающийся химическими реакциями с образованием простых веществ. При этом наблюдается потеря веса исходного материала от 40 до 30%. Плавлению янтаря предшествует размягчение. Уже при температуре около 50°С на стенках колбы, в которой находится янтарь, конденсируются пары воды, а при 125 – 130°С идёт выделение паров жёлтого цвета с запахом янтаря (ароматических соединений – терпенов и сесквитерпенов). Фактически термическая деструкция янтаря начинается после 100°С. Она сопровождается потерей веса, обусловленной выделением летучих продуктов и газов (СО2, СО, Н2, Н2S, О2; предельных и непредельных углеводородов, янтарной кислоты и др.).

По данным Э. Фракей, янтарь плавится при температуре 350 – 380°С. При нагревании до 1000° С янтарь почти полностью улетучивается, издавая при этом характерный запах серы и битумов. При нагревании без доступа воздуха до 140-150°С янтарь делается пластичным. Эти его свойства используют для каления и прессования янтаря. При калении замутнённый янтарь становится прозрачным, а в процессе прессования мелкие кусочки янтаря переходят в заготовки любой формы. При сгорании янтарь выделяет пары с ароматным запахом. В связи с этим в средние века его употребляли для благовонных курений в храмах и церквах. Именно благодаря этому свойству в древней Руси янтарь называли “морским ладаном”.

4. Янтарь под действием ультрафиолетового облучения люминесцирует. Прозрачный янтарь светится бледно-голубым, облачный, бастард и костяной – молочно-белым со слабым голубоватым оттенком. Интенсивность голубого свечения зависит от степени прозрачности янтаря. Чем прозрачнее янтарь, тем гуще в нем цвета люминесценции. Причинами люминесценции янтаря являются особенности внутреннего строения и наличие различных примесей.

Исследования С.С.Савкевич показали, что янтарь обладает довольно ярко выраженной фотолюминесценцией под действием ультрафиолетового излучения. Кроме того, янтарь обладает триболюминесценцией (люминесценция, возникающая при растирании, раздавливании или раскалывании кристаллических люминофоров; вызывается электрическим разрядами, происходящими между образовавшимися наэлектризованными частями кристаллов — свет разряда вызывает фотолюминесценцию кристаллического люминофора). Она проявляется в виде слабого желтоватого свечения во время растирания янтаря в ступке в хорошо затемнённом помещении.

5. Янтарь плохо проводит электрический ток, однако при трении о шерстяную ткань он электризуется и продолжительное время сохраняет отрицательные электрические заряды, притягивая к себе кусочки бумаги, соломинки, волосы. Это свойство присуще всем смолам, но ни одна из них не обладает такой притягательной силой, как янтарь. От янтаря пошло представление об электричестве. В древней Греции в обиходе были янтарные прялки и веретена; электризуясь при трении, они очищали пряжу от различных примесей. Диэлектрическая постоянная янтаря равна 2,863.

6. При продолжительном пребывании на воздухе поверхность янтаря изменяется. Если разломить или распилить кусок янтаря, то можно увидеть, что поверхность его окрашена более интенсивно, чем центральная часть. На воздухе янтарь окисляется сравнительно быстро, образуя при этом корочку. Толщина самой корочки во многом зависит от места находки образца. У янтаря, извлеченного из земли, корочка толще, она шероховатая и покрыта трещинами. У янтаря, подвергшегося воздействию морских волн, значительно тоньше, иногда едва заметная, светлая, прозрачная, без трещин.

Ещё одним важным обстоятельством для понимания целебных свойств янтаря является обнаружение при помощи электронного парамагнитного резонанса в тёмно-коричневых янтарях парамагнитных центров. Число парамагнитных центров в этих разновидностях янтаря в 100 раз больше, чем в светлых янтарях. В выветрелой корке по сравнению с неизмененным янтарём (в одном куске) парамагнитных центров меньше. Зато корка выветривания содержит по сравнению с неизмененным янтарём больше химических элементов, в том числе солей янтарной кислоты.

Электричество составная часть природы

Бехтольд Людмила Григорьевна

На протяжении многих веков люди не подозревали о существовании электричества. А молния воспринималась как проявление необъяснимых божественных сил. Как же удавалось людям, живущим в окружении электрических и магнитных полей, совершенно их не замечать?

Замечали, конечно, замечали, но не находили объяснения. Меня эта тема впервые заинтересовала на уроке окружающего мира, когда учитель рассказывал, как электричество приходит к нам в дом? А дома? Встречаемся мы с электричеством? Нет, не тем, что приходит по проводам с электростанций? Мне стало интересно, а как объяснить явления, которые наблюдают многие люди, причесываясь перед зеркалом, когда волосы притягиваются к расчёске. А когда снимаешь свитер в темноте, можно увидеть, как между человеком и свитером проскакивают искры, и слышится тихий треск. А сверкающая молния?

Оказалось причина этого явления — электричество.

Скачать:

Вложение	Размер
НОУ	122 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №29»

Электричество составная часть природы

исследовательский проект по физике

Лазукова Татьяна, ученица 2-б класса

Бехтольд Людмила Григорьевна,

Учитель начальных классов

1.1. История электричества…………………………………………… 4-6 стр.

1.2. Что такое электричество? ………………………………………… 6-8 стр.

1.3. Источники тока . …………. ……………………………………… 8-9 стр.

1.4. Где живёт электричество? ………………………………………… 9-10стр.

2.1 Эксперименты с электричеством…………………………………..10-16стр.

Список литературы …………………………………………………… 18 стр.

Оказалось причина этого явления — электричество. А можно ли самой, опытным путем, «добывать» электричество? Что это такое?

Цель проекта: выяснить, что такое электричество, что такое электрический ток, что такое электрическое напряжение, когда оно возникает, как образуется электричество, как оно попадает в дома.

Объектом исследования является электричество.

Предметом исследования является технология получения электричества в домашних условиях на основе: опытов, наблюдений, сравнений и обобщений.

Мы выдвигаем следующую гипотезу: что электричество является составной частью природы, окружающего мира.

1. Изучить и проанализировать литературу по данному вопросу;

2. Провести опыты, доказывающие существование электричества .

3. Сформулировать ответы на поставленные в начале вопросы.

Теоретический ( анализ литературы)
эксперимент

Провести эксперименты с телами из разных веществ (стекло, пластмасса, дерево) и легкими предметами (бумажные кусочки произвольной формы).

Провести опыты со «спрутом» и «трусишкой», объясняющие существование двух видов электрических зарядов.

Механизм работы разных видов электрического тока проверить на опытах с полиэтиленом и тетрадным листом.

Провести опыт с электрической цепью, объясняющий, как и где живёт электричество, почему горит электрическая лампочка

Экспериментально доказать, что электричество – волшебник..

Практическая значимость работы определяется возможностью использования материалов при проведение опытов на уроках окружающего мира, во внеурочной деятельности учащихся.

1.1 История изучения электричества

Электричество было известно людям с самых давних времен.

Знания о таком явлении как электричество были у людей уже много тысяч лет назад. Ведь ещё древний человек заметил удивительное свойство натертой янтарём шерсти притягивать нитки, пыль и другие мелкие предметы.

Мы узнали, что древние греки очень любили украшения и мелкие поделки из янтаря. Этот камень они называли за его цвет и блеск «ЭЛЕКТРОН», что значит « солнечный камень». О том, что янтарь мог электризоваться знали давно. Впервые исследованием этого явления занялся знаменитый философ древности ФАЛЕС МИЛЕТСКИЙ. Об этом есть даже легенда.

«Дочь Фалеса пряла шерсть янтарным веретеном. Как-то, уронив его в воду, девушка стала обтирать его краем своего шерстяного хитона и заметила, что к веретену пристало несколько шерстинок. Думая, что они прилипли, она принялась вытирать его ещё сильнее. И что же? Шерстинок налипало тем больше, чем сильнее натиралось веретено. Девушка обратилась за разъяснением к отцу. Фалес понял, что причина в веществе, из которого сделано веретено. В следующий раз он накупил различных янтарных изделий и убедился, что все они, будучи натёрты шерстяной материей, притягивают лёгкие предметы, как магнит притягивает железо».

Гораздо позже данное свойство было замечено и за другими веществами, такими как сера, сургуч и стекло. И по причине того, что «янтарь» по-гречески звучал как «электрон», эти свойства начали называться электрическими.

Первые шаги к пониманию природы электричества были сделаны в середине XVIII века, когда французский физик Кулон открыл закон о взаимодействии электрических зарядов.

Упорядоченное движение свободных электрически заряженных частиц называется электрическим током .

В конце XVIII века итальянский физик Алессандро Вольта создал первый источник тока и дал физикам возможность проводить опыты с электрическим током.

Правда, практически измерять электричество человек научился только в начале 19 века. Потом понадобилось еще 70 лет до того момента, когда в 1872 году русский ученый А.Н. Лодыгин изобрел первую в мире электрическую лампочку накаливания.

1.2 Что такое электричество

Электричество – это одна из форм энергии. Оно вырабатывается, например, в батарейках, но главный его источник – электростанции, откуда оно поступает в наши дома по толстым проводам, или кабелям. Попробуй представить себе, как течет вода в реке. Точно так же движется по проводам электричество. Вот почему электричество называется электрическим током. Электричество, которое никуда не движется, называется статическим.

Вспышка молнии – это мгновенный разряд статического электричества, скопившегося в грозовых тучах. В таких случаях электричество движется по воздуху от тучи к туче или от тучи – вниз, к земле.

Возьми пластмассовую расческу и несколько раз быстро и энергично проведи ею по волосам. Теперь поднеси расческу к кусочкам бумаги, и ты увидишь, что она притянет их, как магнит. Когда ты причесываешься, в расческе накапливается статическое электричество. Предмет, заряженный статическим электричеством, может притягивать другие предметы.

Электрически ток движется по проводам только в том случае, если они соединены в замкнутое кольцо – электрическую цепь. Возьмем, например, фонарик: провода, соединяющие батарейку, лампочку и выключатель, образуют замкнутую цепь. Электрическая цепь на расположенном выше рисунке действует по тому же принципу. Пока по цепи идет ток, лампочка горит. Если цепь разомкнуть – скажем, отсоединить провод от батарейки, – лампочка погаснет.

Материалы, которые пропускают электрический ток, называются проводниками. Из таких материалов – в частности, из меди, которая хорошо проводит электричество, – делают электрические провода. Провод под током представляет опасность для человека (наше тело – тоже проводник!), поэтому провода покрывают пластмассовой оплеткой. Пластмасса – это изолятор , то есть материал, который не пропускает ток.

ВНИМАНИЕ! Электричество опасно для жизни. С электроприборами и розетками следует обращаться очень осторожно.

Как узнать, какие материалы являются проводниками, а какие изоляторами? Проведем один несложный опыт. Все, что тебе для этого понадобится, показано на рисунке выше. Сначала соберём электрическую цепь.

Отсоединим один из проводов. В результате цепь разомкнется и лампочка погаснет. Теперь возьмём скрепку и положим ее так, чтобы восстановить цепь. Загорелась лампочка или нет?

Попробуем положить вместо скрепки что-нибудь другое, например вилку или ластик. Если лампочка загорится, значит, это проводник, если не загорится – изолятор.

Электричество вырабатывается на электростанциях. Оттуда оно поступает в города и села по линиям электропередачи – проводам, которые натянуты на высоких мачтах. Непосредственно в дома электричество поступает по проводам, проложенным под землей.

Выяснилось, что электричество возникает, когда при трении веществ происходит разделение зарядов на два вида — положительные и отрицательные. Одноименные (одинаковые) заряды отталкиваются, разноимённые (противоположные) —притягиваются.

Двигаясь по металлической проволоке — проводнику — заряды создают электрический ток.

Ток бежит по проводам, Свет несет в квартиру нам. Чтоб работали приборы, Холодильник, мониторы. Кофемолки, пылесос, Ток энергию принес.

Вывод: Учёные установили, что электричество – это поток мельчайших заряженных частиц – электронов.

Поток заряженных частиц в одном направлении учёные назвали электрическим током.

1.3 Источники тока или откуда берется электричество

Первый химический источник тока был создан итальянским ученым Алессандро Вольта приблизительно в 1800 году. Первая электрическая батарея (рисунок) Батарея Вольта, или Вольтов столб, была составлена из медных и цинковых кружков,

Сейчас мы получаем электричество благодаря большим электростанциям. На электростанциях есть генераторы — большие машины, которые работают от источника энергии. Обычно источник — это тепловая энергия, которую получают при нагревании воды (пар). А для нагревания воды используют уголь, нефть, природный газ или ядерное топливо. Пар, который образуется при нагревании воды, приводит в действие огромные лопасти турбины, а те в свою очередь запускают генератор.

Энергию можно получить, используя силу воды, падающей с большой высоты: с плотин или водопадов (гидроэнергетика).

Как источник питания для генераторов можно использовать силу ветра или тепло Солнца, но к ним прибегают не часто.

Далее работающий генератор при помощи огромного магнита создаёт поток электрических зарядов (ток), который проходит по медным проводам. Чтобы передавать электричество на большие расстояния, необходимо увеличить напряжение. Для этого используют трансформатор — устройство, которое может повышать и понижать напряжение. Теперь электричество с большой мощностью (до 10000 вольт и более) по огромным кабелям, которые находятся глубоко под землёй или высоко в воздухе, движется к месту назначения. Перед тем, как попасть в квартиры и дома, электричество проходит через другой трансформатор, который понижает его напряжение. Теперь готовое к использованию электричество движется по проводам к необходимым объектам. Количество использованного электричества регулируется специальными счётчиками, которые прикрепляются к проводам, которые проложенные через стены и полы. Подводят электричество в каждую комнату дома или квартиры.

1.4 Где живет электричество

Электрические явления были непонятны и опасны для жизни, они вселяли страх. Но постепенно опыт накапливался, и люди начали понимать некоторые из них, научились создавать и использовать электричество в своих нуждах.

Мы знаешь, где оно живет: в проводах, подвешенных на высоких мачтах, в комнатной электропроводке и еще в батарейке карманного фонаря. Но все это электричество домашнее, ручное. Человек его изловил и заставил работать. Оно потрескивает в никелированном теле электроутюга. Сияет в лампочке. Гудит в электродвигателях. Весело распевает в радиоприемниках. Да мало ли что еще может делать электричество.

Современная жизнь немыслима без радио и телевидения, телефонов и телеграфа, осветительных и нагревательных приборов, машин и устройств, в основе которых лежит возможность использования электрического тока.

Возможности электричества поражали: передача энергии и разнообразных электрических сигналов на большие расстояния, превращение электрической энергии в механическую, тепловую, световую …

Ну, а есть ли на свете электричество дикое, неприрученное? Такое, которое живет само по себе? Да, есть. Оно вспыхивает ослепительным зигзагом в грозовых тучах. Оно светится на мачтах кораблей в душные тропические ночи. Но оно есть не только в облаках, и не только под тропиками. Тихое, незаметное, оно живет всюду. Даже у тебя в комнате. Ты часто держишь его в руках и сам об этом не знаешь. Но его можно обнаружить.

II. Экспериментальная часть

2.1 Эксперименты с электричеством

Методики и методы исследования

Цели: получить знания об электризации тел.

Цель всей нашей исследовательской работы – не столько добиться собственных научных результатов, сколько получить основные знания, умения, навыки в области методики и методов научного исследования.

Опыт № 1 — Опыт с расческой и волосами.

Вы наверняка расчесывали пластмассовой расческой только что просохшие после мытья волосы и слышали легкое потрескивание, а если проделаете этот опыт в темноте перед зеркалом, то увидите, как между волосами и расческой проскакивают небольшие искорки. В результате можно услышать слабое потрескивание, а сами волосы встают дыбом. Это интересное явление заметили давно. Впервые его описал Фалес Милетский. Древние ткачи заметили удивительную особенность янтаря — янтарное веретено для пряжи, если его потереть о шерсть, притягивает пушинки и мелкие предметы. Древние считали, что это особый дух. «Янтарь» — по-гречески «электрон». От этого слова и произошло название «электричество». Также этим свойством обладают и многие другие вещества.

Опыт № 2 — Опыт со стеклянной палочкой и листом бумаги или с тонкой полиэтиленовой пленкой.

Потрите стеклянную палочку о лист бумаги или о тонкую полиэтиленовую пленку. Тела станут прилипать друг к другу. Это взаимодействие называется электростатическим, а палочка стала называться наэлектризованной. Электризуются сразу два тела: лист бумаги (или полиэтиленовая пленка) и палочка.

Опыт № 3 — Опыт со стеклянной палочкой и кусочками бумаги.

Разорвите на мелкие части небольшой кусок тонкой бумаги. Стеклянной палочкой прикоснитесь к кусочкам бумаги, лежащим на столе, и поднимите палочку — бумажные кусочки останутся лежать на столе. Теперь зарядим стеклянную палочку, потерев её о лоскуток или лис газеты. Поднесем палочку к листочкам бумаги. Что мы видим! Листочки прилипают к палочке, причем они начинают «реагировать» ещё до соприкосновения с ней. Значит, в результате соприкосновения и трения палочка приобрела новое качество — она стала притягивать к себе легкие тела с силой, значительно превышающей силу гравитации.

«Что же это за явление? Это взаимодействие называется электростатическим, а палочка стала наэлектризованной. Электризуются два тела: лист бумаги (или полиэтиленовая пленка) и палочка. (Мы проводили Опыт №2). А также, заряд, создавая вокруг себя электрическое поле, действует на расстоянии на эти листочки бумаги и электризует их

Опыт № 4 — Электрический спрут

Делать спрута будем из газеты. Отрежем от края газетного листа полосу шириной 8 см и нарежь из нее восемь «щупалец». Только не до конца режем, иначе получится не спрут, а лапша!

Настоящий спрут без воды гибнет. А наш бумажный спрут совершенно не терпит даже малейшей сырости. Разложим расправленного сухого спрута на сухом столе и наэлектризуем его, проводя платяной щеткой по ходу щупалец.

Наэлектризованного спрута поднимем левой рукой, свернув неразрезанную сторону листа в колечко. Щупальца будут висеть книзу… И что мы видим! Что это с ними? Смотрите, они растопырились колоколом, словно готовясь захватить добычу!

А теперь засунем правую руку снизу внутрь этого колокола! Конечно же, щупальца спрута немедленно ее схватят, облепят.

Этот веселый опыт заставляет кое о чем задуматься. Наэлектризованные щупальца схватили руку? Правильно, они к ней притянулись: ведь электричество притягивает. Но вот почему они с самого начала колоколом растопырились? Они же ведь должны бы были один к другому притянуться, слипнуться?

Опыт № 5 — Трубочки с карандашами

Возьмем две пластиковые трубочки и два карандаша. Положим карандаши на стол параллельно на расстоянии 5-6 сантиметров. Две трубочки протрем шерстяной тканью. Одну из трубочек положим поперек карандашей, а вторую трубочку вертикально поднесем (не касаясь) к первой трубочке. Важно хорошо натереть именно тот участок трубочки, который ближе всего к лежащей трубочке. Что мы видим! Первая трубочка будет катиться по карандашам, как по рельсам.

А если взять стеклянную палочку, которую натерли о лоскуток. Как ведет себя трубочка? Изменилось ли направление движения? Да! Трубочка покатиться вслед за стеклянной палочкой, даже если мы отведем её подальше.

Это происходит потому, что трубочки зарядились отрицательно, а стекло — положительно.

Мы сделаем вывод, одинаково заряженные предметы отталкиваются, а разно заряженные — притягиваются.

Опыт № 6 — Две гильзы.

Из упругой металлизированной пленки – для упаковки цветов, печенья, чипсов и т.п. – вырежьте небольшую полоску 3,5-4 см. Оберните ее вокруг незаточенного конца круглого карандаша, а кончик скрутите фантиком. Привяжите к кончику нитку длиной 30–40 см. Второй конец нитки закрепите на ковровом колечке или скрепке. Сделайте две такие гильзы. Сделайте также две гильзы из папиросной бумаги и еще один комплект – из пенопласта или пластика. В пенопласт легко воткнуть булавку, а к головке булавки удобно крепить нитку.

Подвесим на стойке на небольшом расстоянии друг от друга две гильзы. Для каждой сделаем отдельное узкое крепёжное кольцо из изоленты (клейкой стороной наружу). Отрегулируйте длину нити – гильзы должны висеть на одном уровне. Зарядите одну из них. Другую начинайте приближать. Если гильзы закреплены на кольцах, то это нетрудно сделать. В первый момент они притянутся друг к другу, прикоснутся и резко разлетятся в разные стороны. Продолжайте сближать колечки до полного их соприкосновения, однако гильзы останутся разведенными, под углом друг к другу. Еще раз убеждаемся: одинаково заряженные тела отталкиваются.

Между гильзами поместите палочку, имеющую тот же знак заряда, – гильзы разойдутся на больший угол. Перемещайте палочку – и гильзы будут ее “сопровождать”. В этом опыте мы имеем три одинаково заряженных тела, отталкивающихся друг от друга.

Поместите гильзы на некотором расстоянии друг от друга. Зарядите одну из них. Чтобы определить, какая из них заряженная, достаточно поднести к гильзе руку: незаряженная гильза не будет реагировать на руку, а заряженная притянется к руке!

Опыт №7 Электрический шарик

Очень зрелищны опыты с воздушными шариками.

— Наэлектризуйте шарик, потерев его о волосы. Приподнимая шарик над головой, вы почувствуете, как за ним тянутся волосы. Чем не султанчик?

— Проверьте, как прилипают к наэлектризованному шарику мелкие предметы: бумажки, нитки, металлическая фольга и пр. Эффект получается больше, чем от наэлектризованной палочки. Если вы будете проводить опыт с сахарным песком, солью, мукой, то шарик покроется “снегом”.

— Наэлектризованный шарик прислоните к вертикальной стенке или к потолку – он будет долго висеть в таком положении.

— Возьмите два воздушных шарика. Наэлектризуйте их и положите на гладкую поверхность стола. Шарики будут отталкиваться друг от друга и препятствовать сближению. Обратите внимание: на стол они ложатся наэлектризованной стороной.

— Возьмите нитки наэлектризованных шариков в одну руку. “Строптивые” шарики разлетаются в разные стороны. (Этот опыт может не получиться с “тяжелыми” воздушными шариками.)

Опыт № 8. Батарейки зажигают лампочку.

Нарежем три одинаковых куска медного провода и удалим около половины сантиметра изоляции с обоих концов.
Подключим один провод к положительной стороне сухой батарейки и закрепим его изолентой.
Другой конец подключим к правой стороне лампочки.
Подключим еще один провод к отрицательной стороне сухой батарейки и закрепим его изолентой.
Другой конец провода подключим к левой стороне лампочки.
Разрежем третий кусок проволоки на две равные части и подключим один конец к правой стороне переключателя.
Далее приложим другой конец к левой стороне лампочки.

Наблюдение: Как открывать и закрывать электрическую цепь? Когда Вы выключаете переключатель, что происходит?

Результат: Частями электрической цепи в физическом опыте «Электрическая цепь» являются: сухая батарейка, провода, переключатель и лампочка. Вы можете открывать и закрывать электрическую цепь с помощью переключателя. Когда какая-либо часть отсутствует, электричество не будет течь и физический опыт «Электрическая цепь» будет не возможен.

Опыт № 9 Проводники и изоляторы.

Материалы, которые пропускают электрический ток, называются проводниками. Из таких материалов – в частности, из меди, которая хорошо проводит электричество, – делают электрические провода. Провод под током представляет опасность для человека (наше тело – тоже проводник!), поэтому провода покрывают пластмассовой оплеткой. Пластмасса – это изолятор, то есть материал, который не пропускает ток.

Как узнать, какие материалы являются проводниками, а какие изоляторами? Попробуй провести один несложный опыт. Используем материалы из опыта № 8.

Отсоединим один из проводов. В результате цепь разомкнется и лампочка погаснет. Теперь возьмем скрепку и положим ее так, чтобы восстановить цепь. Загорелась лампочка или нет?

Электричество является составной частью ПРИРОДЫ, окружающего МИРА. Оно присутствует во всём: в каждой частичке нашей ПЛАНЕТЫ, в пространстве, в самом человеке.

Объединёнными усилиями всего человечества процесс познания электричества происходит стремительно.

Используя свойства электричества, человек создаёт приборы, приспособления и оборудования для улучшения условий жизни, труда, для познания окружающего мира.

Оказывается, рядом с нами столько неизвестных нам явлений!

1. Изучив и проанализировав литературу по данной теме, мы познакомились с понятиями « электричество», «электрический ток», «электрическое напряжение»

2. Проведя эксперименты узнали как и когда образуется электричество, как оно попадает в дома.

3.Проведя исследовательскую работу мы доказали, что электричество является составной частью природы, окружающего мира. Оно присутствует во всём: в каждой частичке нашей планеты, в пространстве, в самом человеке.

Наша гипотеза верна.

Горев Л. Занимательные опыты по физике. Просвещение. М. 1985г.
Интернет. Занимательная физика, Электричество
Интернет Урок по окружающему миру «Откуда в наш дом приходит электричество?»
Исследовательский проект «Удивительное электричество»
Клуб “Маленькие находчивые физики”
Ланина И.Я. Внеклассная работа по физике. Просвещение
Национальный научно-учебный центр физики частиц и высоких энергий (БГУ) 2012.March.15
Поваляев О.А, Надольская Я.В. Юный физик 1 Электричество.

1.Опыт с расческой 2. Опыт листом бумаги или с тонкой полиэтиленовой пленкой

3.Опыт со стеклянной палочкой и листом тонкой бумаги.

Кусок янтаря изолятор или проводник

Первые исследователи электричества: от Уильяма Гильберта до Михаила ломоносова Текст научной статьи по специальности «История и археология»

Аннотация научной статьи по истории и археологии, автор научной работы — Геворкян Сергей Георгиевич

Похожие темы научных работ по истории и археологии , автор научной работы — Геворкян Сергей Георгиевич

FIRST RESEARCHERS OF THE ELECTRICITY: FROM WILLIAM GILBERT TO MIKHAIL LOMONOSOV

Текст научной работы на тему «Первые исследователи электричества: от Уильяма Гильберта до Михаила ломоносова»

БИЛИМ БУЛАГЫ

Физика: Движение заряженных частиц

Что такое электричество

Действия тока

Проводники и диэлектрики

Направление тока

Электрический ток в металлах

Электрический ток в полупроводниках

Электрический ток в жидкостях

Электрический ток в газах

Янтарь: физические и химические свойства

Электричество составная часть природы

Скачать:

Предварительный просмотр:

Добавить комментарий Отменить ответ