Бенджамин Франклин

Переход к принципиально новому этапу исследований стал возможен лишь после создания более или менее последовательной теории электрических явлений. Такая теория была впервые сформулирована Бенджамином Франклином в 1750 году.

Один из первых опытов Франклина заключался в электризации чугунного шара, помещенного на горлышке стеклянной бутылки. Электризация исследовалась с помощью легкого пробкового шарика, подвешенного на шелковой нити. В этих опытах Франклин установил, что электричество равномерно обволакивает шар; если же форма электризуемого тела несферична, то электричество легче отобрать с острия, причем разряд в темноте сопровождается свечением. При этом Франклин обнаружил, что «пробковые шарики не подвергались вовсе действию электричества металлического сосуда, внутри которого они находились». То есть, говоря современным языком, он открыл, что электрическое поле не проникает в проводник.

Важным шагом в изучении электрических явлений явилось изобретение лейденской банки – первого цилиндрического конденсатора – сделанное практически одновременно немецкими физиками Клейстом и Мушенбруком. Имея в своем распоряжении лейденские банки, естествоиспытатели могли получать значительные по величине электрические заряды и экспериментировать с ними.

Франклин объяснил действие лейденской банки, построил первый плоский конденсатор, состоящий из двух параллельных металлических пластин, разделенных стеклянной прослойкой, осуществил еще ряд экспериментальных исследований, результатом которых и явилась созданная им теория.

В этой теории Франклином было впервые введено понятие положительного и отрицательного электричества (заряда) и их обозначение: «+» и «». Электричество Франклин мыслил как особую тонкую жидкость, пронизывающую все тела:

«1. Электрическая субстанция состоит из чрезвычайно малых частиц, так как она способна проникать в обыкновенную материю, даже в самые плотные металлы.

..........................................................................................................

3. Электрическая субстанция отличается от обыкновенной материи в том отношении, что частицы последней взаимно притягиваются, а частицы первой отталкиваются друг от друга.

4. И хотя частицы электрической субстанции взаимно отталкивают друг друга, они сильно притягиваются всей прочей материей.

.......................................................................................................

7. Но в обыкновенной материи содержится (как правило) столько электрической субстанции, сколько она может заключать в себе. Если прибавить ей этой субстанции еще, то она разместится снаружи, на поверхности, и образует то, что мы называем электрической атмосферой; в этом случае говорят, что предмет наэлектризован.

........................................................................................................

15. Электрическая атмосфера принимает форму того предмета, который она обволакивает …».

Как видно из цитируемой работы, Франклин предполагал, что существует специальная электрическая материя, универсальная для любого вида вещества. Для каждого тела, по Франклину, существует строго определенное количество электрической материи, содержание которого внутри тела обеспечивает его электронейтральность. Превышение же этого количества приводит к образованию вокруг тела «электрической атмосферы», при этом тело наэлектризовано положительно. Если же у тела отобрать некоторое количество электрической материи, оно наэлектризуется отрицательно. В любом случае Франклин говорит о существовании электрической материи одного типа, поэтому теория Франклина получила название «унитарной теории электричества».

Существенно, что в теории Франклина электричество является субстанцией, которую нельзя создать или уничтожить, а можно только перераспределить. Таким образом, в этой теории впервые содержался закон сохранения электрического заряда.

Франклин высказал гипотезу, что молния представляет собой разряд наэлектризованных грозовых облаков, и произвел опыт с воздушным змеем, запуская его при приближении грозы. К змею крепилась заостренная проволока, соединенная с бечевой, к нижнему концу которой Франклин привязывал металлический ключ и шелковую ленту, которую держал рукой. «Как только грозовая туча окажется над змеем, заостренная проволока станет извлекать из нее электрический огонь, – писал Франклин, – и змей вместе с бечевой наэлектризуется ... А когда дождь смочит змей вместе с бечевой, сделав их тем самым способными свободно проводить электрический огонь, вы увидите, как он обильно стекает с ключа при приближении Вашего пальца».

Франклин критиковал термины «электрик» и «неэлектрик». По его теории электричество содержится во всех телах, поэтому термины «электрик» и «неэлектрик» должны быть отброшены как неверные и заменены понятиями «проводник» и «непроводник». Единственное отличие одних тел от других состоит в том, что некоторые проводят электричество, а другие нет.

Франклину удалось успешно объяснить многие электрические явления, но его теория имела существенный недостаток – она была чисто качественной.