10.Электрический указатель ломоносова и рихмана громовая машина

Выдающийся ученый-энциклопедист XVIII в. Михаил Васильевич Ломоносов <1711—1765 гг.) явился в России основоположником изучения электрических явлений, автором первой теории электричества. При поддержке Ломоносова академик Георг Вильгельм Рихман<1711—1753 гг.) разработал в 1745 г. оригинальную конструкцию первого алектроизмерительного прибора непосредственной оценки «электрического указателя» (рис. 2.4), который принципиально отличался от уже известного электроскопа тем, что был снабжен деревянным квадрантом со шкалой, разделенной на градусы.

Именно это усовершенствование (по словалРихмана) позволило измерять «большую и меньшую степень электричества» Из постановления Академической канцелярии (март 1745 г.) следует, что Рихманом проводились весьма интересные электрические эксперименты, «которые при дворе и современном петербургском обществе обращали на себя внимание». Для этих экспериментов Рихману была предоставлена «при дворе особливая камеера», которая, по-видимому, была первой отечественной электрической лабораторией. До Рихмана в России систематическим изучением электрических явлений не занимались. «Электрический указатель» Ломоносов и Рихман использовали при создании «громовой машины» — первой стационарной установки для наблюдения за интенсивностью электрических разрядов в атмосфере. Атмосферное электричество, в середине XVIII в. еще совершенно неизученное загадочное проявление гигантских сил природы, привлекало особое внимание М. В. Ломоносова.

«Громовая машина» (рис. 2.5) в принципе отличалась от «электрического змея» Франклина и приспособлений других исследователей, так как позволяла непрерывно наблюдать за изменением электричества, содержащегося в атмосфере при любой погоде.

С помощью «громовой машины» Ломоносов и Рихман установили, что электричество содержится в атмосфере и при отсутствии грозы, они убедительно доказали, что молния — это электрические разряды в атмосфере. Описывая их эксперименты, газета «Санкт-Петербургские ведомости» (1752, № 58) сообщала: «Итак, совершенно доказано, что электрическая материя одинакова с громовою материею, и те раскаиваться будут, которые... доказывать хотят, что обе материи различны». Летом 1753 г. М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман провели уникальный эксперимент и с помощью громовой машины доказали, что, как писала та же газета (1753, №45) «... сие наблюдение почитается за чрезвычайное. Из сего наблюдения явствует, что ... электрическая сила 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». Ученые, при огромном стечении народа, устроили пальбу из целой батареи пушек, гром «сотрясал небо», но «электрический указатель» ничего не показывал ("искусством произведенный гром электрической силы не показывает").

11.Теория ломоносова о возникновении атмосферного электричества. Эфирная теория электричества. Громоотвод

Особенного внимания заслуживают взгляды Ломоносова на природу статического электричества. Ломоносова не удовлетворяют многочисленные теории электричества, разработанные зарубежными исследователями, так как в большинстве из них, как о подчеркивал, «некоторые  составлению электрической теории самые нужнейшие вещи не довольно наблюдены были». Ломоносов явился инициатором объявления Академий наук конкурса на тему «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». В отличие от большинства своих современнике Ломоносов полностью отрицает существование особой электрической материи и рассматривает электричество как форму движения эфира. В его труде нет ни слова о различных субстанциях, с помощью которых многие ученые того времени пытались объяснить электрические явления. «Электрическая сила есть действие, вызванное легким трением... оно состоит в силах отталкивательных и притягательных, а также в произведении света и огня», пишет Ломоносов в своем труде. «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 Эйлера, а позднее, в XIX в., ее придерживались Фарадей и другие крупнейшие ученые, Фарадей, например, считал электричество движением некоей, заполняющей все пространство, пронизывающей все тела упругой среды. Северные сияния, по мнению Ломоносова, также имеют электрическую природу. Он рассматривал их как свечение, вызываемое электрическими зарядами в верхних слоях атмосферы. «... Весьма вероятно, — писал Ломоносов в своем "Слове о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих", что северные сияния рождаются от происшедшей на воздухе электрической силы». М. В. Ломоносовым были проделаны интересные опыты 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». Опыты Ломоносова по воспроизведению северных сияний на моделях были повторены только спустя 175 лет. Наблюдавшееся Ломоносовым свечение было по существу явлением электрического разряда в разреженном воздухе. В поисках более безопасных методов измерения «электрической громовой силы» Ломоносов разработал своеобразный автоматический регистратор максимальной вели чины грозового разряда (рис. 2.6 ) После удара молнии по прибор; «сему увидеть можно коль велик; была самая большая громовая си ла». Основываясь на многочислен ных опытах, Ломоносов пришел выводу о целесообразности широкого применения громоотводов. Он писал: «Такие стрелы на местах от обращения человеческого по мере удаленных, ставить за небесполезное дело почитаю, дабы ударяющая молния больше на них, нежели на головах человеческих и на храминах, силы свои изнуряла». В отличие от Франклина Ломоносов правильно указал на решающую роль заземления в устройстве громоотвода.

12. О «сходстве и подобии» электрических и магнитных явлений. Новые открытия. Закон Кулона

Мировую известность приобрел трактат петербургского академика Франца Ульриха Теодора Эпинуса (1724—1802 гт.) «Опыты теории электричества и магнетизма», изданный в Петербурге в 1759 г. Эпинус впервые указал на связь между электрическими и магнитными явлениями. К этому выводу он пришел в результате многочисленных экспериментов с электризацией кристаллов тур малина при их нагревании и охлаждении (1752 г.). Это явление позднее получило название пироэлектричества. Образование разноименных зарядов на противоположных концах кристаллов он уподоблял двум противоположным полюсам магнита. В своей речи на общем собрании Академии наук в 1758 г. Эпинус говорил не только о некоем союзе и сходстве магнитной и электрической силы, но и сокровенном обеих сил точном подобии». И будто испугавшись дерзости своих мыслей о «подобии» этих различных (по утверждениям его многих современников) явлений, он в конце речи добавил: «Но я таким образом заключать не отважусь». И не удивительно, прошло почти три четверти столетия, пока «сходство и подобие» электрических и магнитных явлений было убедительно доказано М. Фарадеем. Независимо от Эпинуса итальянский ученый Д. Беккарня (1716— 1781 гг.) в 1758 г. выдвинул гипотезу о существовании тесной связи между «циркуляцией электрического флюида и магнетизмом». Ф. Эпинусу принадлежит открытие явления электростатической индукции. Он впервые отверг утверждение Франклина об особой роли стекла в лейденской банке и применил плоский конденсатор с воздушной прослойкой. Он правильно утверждал, что чем меньше расстояние между обкладками банки и чем больше их поверхность, тем выше «степень электричества». Предполагая, что «сила электрического потрясения» зависит главным образом от степени «сгущения электрической жидкости», Эпинус близко подошел к понятиям о потенциале и емкости. Эпинусом были поставлены эксперименты, воспроизводящие явления, имеющие место в приборе, названном позднее «электрофором». Изобретение электрофора обычно приписывают А. Вольта, но сам Вольта отмечал, что Эпинус осуществил на практике идею элекрофора, «хотя и не сконструировал законченного лабораторного прибора». В своем сочинении Эпинус предложил свою теорию электрических и магнитных явлений, которая основывалась на существовании электрической и магнитной жидкостей. Заслуживает внимания его попытка впервые применить математические расчеты для характеристики взаимодействия заряженных тел. При этом он задолго до Кулона высказал предположение о том, что силы взаимодействия электрических и магнитных зарядов изменяются обратно пропорционально квадратам расстояния между ними. Эпинусом также была высказана правильная мысль о сохранении количества электричества. Для увеличения «количества электрической материи» в одном теле ее «неизбежно нужно взять вне его и, следовательно, уменьшить ее в каком-либо другом теле»:

Но наибольших успехов сумел достичь французский военный инженер Шарль О постен Кулон (1736—1806 гг.). В течение нескольких лет он проводил эксперименты с помощью прибора, который вначале был предназначен для изучения законов закручивания шелковых и волосяных нитей, а также металлических проволок.

В 1785 г. Кулон установил, что «сила кручения пропорциональна углу закручивания». Он решил использовать этот прибор для измерения «малых электрических и магнитных сил». Прибор позволял измерять «мельчайшие степени силы», и Кулон назвал его «крутильными весами» (рис. 2.8). В результате многочисленных экспериментов он установил, что сила взаимодействия наэлектризованных тел пропорциональна «количеству электричества» (этот термин был им впервые введен в науку) заряженных тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Так был открыт Кулоном знаменитый закон, носящий его имя. Этот закон Кулон распространил и на взаимодействие магнитных полюсов. Кулоном аналитически и экспериментально было доказано, что электричество распространяется по поверхности проводника, а также равномерно распределяется по поверхности изолированной проводящей сферы. Исследования Кулона способствовали применению математического анализа в теории электричества и магнетизма, распространению математического понятия потенциала (ранее введенного в механику) на электрическое и магнитное поля.