§1. Изучение атмосферного электричества

Изучение любого физического явления требует измерения каких-либо его парамет-

ров, что невозможно без разработки измерительных приборов. В то же время такая разра-

ботка требует ясного понимания особенностей данного явления, что, опять же, требует измерения параметров этого явления.

Получается замкнутый круг, в который всякий раз попадают учёные, исследующие неведомое до сих пор физическое явление.

Поэтому исследования учёных нередко напоминают мелкие шажки слепого, кото-

рый, постукивая палочкой впереди себя и по сторонам, находит дорогу вперёд.

И лишь предельная концентрация усилий на решаемой проблеме, а нередко интуи-

ция, иногда переходящая в предвидение, позволяла и позволяет и сегодня, добиться успе-

ха.

Вот так же, с ничего, начинал в России исследования атмос­ферного электричества Г. В. Рихман.

Рихман Георг Вильгельм - выходец из Германии, русский физик. Положил начало исследованиям электричества в России.

Рихман Г.В. ( 1711-1753 )

В 1745 г. он изобрёл первый электрический измерительный прибор ( электрический указатель ) для измерения величины электрического заряда и широко использовал его в своих исследованиях , ввёл его количественные измерения ( рис. 3.1 ).

Рис. 3.1. Электрический указатель Рихмана, применявшийся при исследовании грозы

Открыл в 1748-1751 гг. явление электростатической индукции, что открыло ему до-

рогу к экспериментальному изучению электризации и электропроводности воздушной среды.

В 1752-1753 гг. исследовал атмосферное электричество, устроив у себя дома «гро-

мовую машину».

Погиб во время проведения опыта от удара молнии во время грозы.

§2. Основной закон электростатики

Начиная с XVIII cтолетия, электрические явления постепенно теряли свой первона-

начальный характер отдельных разрозненных забавных явлений природы и постепенно об

разовывали некое единство, которое существующие теории пытались охватить нескольки-

ми основными принципами.

Наступало время перехода от качественных исследований к количественным.

На пути к основному закону электростатики – закону Кулона, значительные иссле-

дования выполнили петербургский академик Ф. Эпинус ( 1724-1802), английский физик и химик Г. Кавендиш ( 1731-1810 ) и английский естествоиспытатель Дж. Робайсон (1739 -1805). Последний ближе всех подошёл к основному закону электростатики.

Однако этот закон не носит имя Робайсона. Дело в том, что о полученных результа

тах ученый сообщил лишь в 1801 году, а подробно описал еще позднее.

В то время уже повсеместное распространение получили труды французского уче-

ного Кулона.

Кулон Ш. О.( 1736-1806 ).

Кулон Шарль Огюстен - французский физик и военный инженер. Работы по элект-

ричеству, магнетизму и прикладной механике. Экспериментально установил ( 1785 ) ос-

новной закон электростатики ( закон Кулона ). Заложил основы электро- и магнитостати-

ки.

Кулон Ш.О. родился в городе Ангулеме. После окончания средней школы он посту

пил на военную службу. В Париже прошел инженерную подготовку и в 1758 г. был на­правлен на остров Мартинику ( французская колония в Вест-Индии, в Карибском море ) для строительства укреплений.

В 1772 г. Кулон вернулся во Францию и был назначен инженером по крепостным и водным сооружениям. Одновременно со службой он проводил научные ис­следования.

Вначале его привлекли проблемы трения, кручения и сопро­тивления материалов. Его имя стало известно в научном мире в 1777 г., когда он опубликовал ряд работ, в кото-

рых представил результаты экспериментов по измерению кручения волос, шелковых и металлических нитей. За эти работы в 1781 г. Кулона избрали членом Парижской акаде­мии наук.

Пользуясь изобретенными им кру­тильными весами, Кулон детально ис­следовал взаимодействие одноимен­ных и разноименных точечных электрических зарядов. Эти экспери­менты привели к открытию в 1785 г. основного закона электростатики - закона Кулона.

В его честь названа единица измерения количества электрического заряда – кулон

( Кл ).

Закон Кулона формулируется так:

Сила взаимодействия ( т.е. притяжения или отталкивания ) двух электрических за-

рядов прямо пропорциональна произведению величин этих зарядов, обратно пропорцио-

нальна квадрату расстояния между ними и зависит от электрических свойств среды, в ко-

торой находятся заряды:

, ( 3.1 )

где , - значение зарядов, Кл;

- абсолютная диэлектрическая проницаемость среды, в которой взаимодей-

ствуют ( притягиваются или отталкиваются ) заряды, Ф/м ( фарад на метр );

ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды, безразмерный коэффици-

ент, показывающий, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в данной среде меньше, чем в вакууме ( например, для воды ε = 81. Это означает, что сила взаимодействия зарядов в воде в 81 раз меньше, чем в вакууме );

= 8,85*10^-12 Ф/м ( фарад на метр ) – абсолютная диэлектрическая проницаемость

вакуума, или, иначе, электрическая постоянная вакуума.

расстояние между зарядами, м.

Значение найдено опытным путём и есть величина постоянная.

Сам закон был получен в результате измерения силы взаимодействия зарядов иссле

дования при помощи крутильных весов ( рис. 3.2 ).

Рис. 3.2. Крутильные весы Кулона

В этих весах использовались неподвижный заряд В и подвижный А, закрепленный на стрелке К. Сила взаимодействия этих зарядов преобразовывалась в отсчёт на шкале М весов.

Для истории физики эксперименты Кулона с крутильными весами имели важней-

шее значение потому, что они дали в руки физиков метод определения единицы электриче

ского заряда через величины, использовавшиеся в механике: силу и расстояние, что позво-

лило проводить количественные исследования электри­ческих явлений