Реферати українською » История техники » Взаємодія електричного струму і магніту. Розробка основ електродинаміки


Реферат Взаємодія електричного струму і магніту. Розробка основ електродинаміки

Розширення та поглиблення досліджень електричних явищ сприяли відкриттю і вивченню саме нових властивостей електричного струму. У 1820 р. були опубліковані і продемонстровані досліди Р. X.Эрстеда стеження дії струму на магнітну стрілку,возбудившие великий інтерес серед учених різних країн люди, отримавши у тому працях подальші поглиблення та розвитку.

Невелика (менш 5 сторінок) брошураЭрстеда «Досліди, що стосуються дії електричного конфлікту на магнітну стрілку» стала сенсацією серед європейських фізиків.

Заслуговує на увагу висновокЭрстеда у тому, що «електричний конфлікт» (тобто. зустрічний рух позитивної й негативним «електричної матерії») в провіднику «...необмежений проводить дротом, однак має велику сферу активності довкола цієї дроту... Цей конфлікт утворює вихор навколо дроту».

Вочевидь, щоЭрстед помилявся, вважаючи, що у магнітну стрілку діє зіткнення різноріднихелектричеств. Але зв'язок між електричними і магнітними явищамиЭрстед висловлював припущення у одному з своєї праці, виданому ще 1812 р.: «Слід спробувати, не виробляє чи електрику у своїй самої прихованої стадії будь-яких дій на магніт, як такої».

Невдовзі опісля опублікування цієї брошури (в 1820 р.) німецький фізикИоган X. З.Швейггер (1779—1857 рр.) запропонував використовувати відхилення магнітної стрілки електричним струмом до створення першого вимірювального приладу — індикатора струму.

Його прилад, який отримав назву «мультиплікатора» (тобто.умножающего) був магнітну стрілку, вміщену всередині рамки, що з витків дроту. Проте внаслідок впливу земного магнетизму на магнітну стрілку мультиплікатора його були неточними.

Ампер в 1821 р. показав можливість усунення впливу земного магнетизму з допомогоюастатической пари, що є дні магнітні стрілки, укріплені на загальної мідної осі розташовані паралельно одна одній, з полюсами, зверненими в супротивники.

У 1825 р. флорентійський професорЛеопольдоПобили (1784—1835 рр.) скомбінувавастатическою пару з мультиплікатором і влаштував в такий спосіб дошкульнішого прилад — прообраз гальванометра.

У 1820 р. Д. Ф. Араго було знайдено нове явище — намагнічування провідникапротекающим у ній струмом. Якщо мідна дріт, сполучена з полюсами вольтова стовпа, занурювалася в залізні тирса, то останні рівномірно до неї прилипали. При вимиканні струму тирсу відставали. КолиАра го брав замість мідної дроту залізну (з місцевого м'якого заліза), вона тимчасовонамагничивалась. Шматочок стали в такомунамагничивании ставав постійним магнітом.

За рекомендацієюАмпера Араго замінивпрямолинейную дріт дротяною спіраллю, у своїй намагнічування голки, вміщеній всередині спіралі, посилювалося. Так створилисоленоид. Досліди Араго вперше довели електричну природу магнетизму і можливістьнамагничивания стали електричним струмом.

У процесі досліджень Араго виявив (в 1824 р.) ще одне нове явище, що його їм «магнетизмом обертання» і яке у цьому, що з обертанні металевої (мідної) пластини, яка перебуває над магнітної стрілкою (або під ній), остання також розпалюється під обертання. Пояснити це явище ми змогли ні сам Араго, ні Ампер. Правильне що цього явища далиФарадеем тільки після відкриття явища електромагнітної індукції.

Новим кроком від якісних спостережень дії струму на магніт до визначення кількісних залежностей стало встановлення французькими вченими ЖаномБатистомБио (1774— 1862 рр.) і ФеліксомСаваром (1791 — 1841 рр.) закону дії струму на магніт.

Провівши ряд експериментів, вони встановили (1820 р.) таке: «якщо необмеженої довжини провід зпроходящнм у нійвольтовим струмом діє частку північного чи південного магнетизму, що знаходиться на відомому відстані від середини дроти, то рівнодіюча всіх сил, що виходять з дроти, спрямована перпендикулярно до щонайкоротшого відстані частки від дроти, і несе спільний дію дроти про всяк (південний йди північний) магнітний елемент назад пропорційно відстані останнього до дроти».

Виявленнятангенциальной складової сили дозволило пояснити обертальний характер руху провідника щодо магніту. Французький учений П'єр СимонЛаплас (1749—1827 рр.) показав згодом, що сила дії, створювана невеликим ділянкою провідника, змінюється назад пропорційно квадрату відстані.

Найважливіша наукове і методологічне значення в розширенні дослідження нових явищ мали праці однієї з найбільших французьких учених — Андре МаріАмпера (1775—1836 рр.), заклали основи електродинаміки.

Ампер був надзвичайно обдарованою від природи людиною. Попри те що що довелося навчатися у шкільництві, в нього був вчителів, крім його — дуже освіченого комерсанта, разом з разючою завзятістю, самостійно здобуваючи знання, став однією зобразованнейших людей свого часу.

Та фізика і математика, астрономія і хімія, зоологія і філософія — в усіх цих науках яскраво проявилися енциклопедичні знанняАмпера. Йому було тільки 13 років, що він подавЛионскую Академію наук, літератури і мистецтва свою першу математичну роботу. До 14 років він вивчив усього 20 томів знаменитої «Енциклопедії» Дідро ід'Аламбера, а до 18-ти — досконало вивчив праці Л.Эйлера, Д.Бориулли і Ж.Лагранжа, знав латинь і кілька іноземної мов.

Особисте життяАмпера була сповнена подій: 18-річним юнаком, він був приголомшений стратою на гільйотини його, як прибічника жирондистів (1793 р.), через кілька років він поховав улюблену дружину; дуже сумної була доля його дочки — це викликало серйозну серцеву хвороба, яка звела його зі світу.

Але, попри величезне нервову напругу, Ампер знайти у собі, щоб невпинно займатися фундаментальними науковими дослідженнями і зробити немеркнуче внесок у скарбницю світової цивілізації.

Його дослідження у сфері електромагнетизму відкрили нову сторінку історія електротехніки. І за вивченні цих явищ яскраво проявилися вражаючі здібностіАмпера.

Він першим дізнався про дослідахЭрстеда на засіданні Паризької Академії наук, де з їхніми повторив під час своєї повідомлення Араго. Разом із захопленням Ампер інтуїтивно відчув важливість цього відкриття, хоча раніше не займався вивченням електромагнітних явищ.

І за тиждень (усього за тиждень!) 18 вересня 1820 р. Ампер виступає на засіданні Академії з доповіддю про взаємодії струмів і магнітів, та був майже поспіль — тиждень за тижнем (засідання Академії наук проводилися щотижня) він викладає перед найбільшими французькими вченими результати своїх експериментальних і теоретичних узагальнень, які згодом позначилися на його знаменитій праці по електродинаміки.

У одному із листів Ампер підкреслює, що він «створив нову теорію магніту,сводящую все явища явищгальванизма». Вражаюча логіка його узагальнень: якщо струм — це магніт, то через два струму мають подібно магнітам. Нині це здається очевидним, але доАмпера ніхто так чітко цього не зазначив. Блискучі знання у галузі математики дозволилиАмперу теоретично узагальнити свої дослідження та сформулювати відомий закон, який його ім'я.

Заслуговує на увагу філософська працяАмпера «Досвід філософії наук, чи аналітичне виклад природною класифікації всіх людських знань» (1834 р.). Нині видано багато робіт, присвячених наукознавства «науці про науках». Своєю «>Классификацией» Ампер понад сто тому заклав підвалини цій важливій області наукових знань.

Розглянемо докладніше роботиАмпера у сфері електромагнетизму.

Зазначимо передусім, щоАмпером вперше запроваджено термін «електричний струм» і поняття про повернення електричного струму. До речі, це запропонував вважати за напрям струму "рух позитивного електрики" (від плюси до мінусу у зовнішній ланцюга).

Спостерігаючи відхилення магнітної стрілки під впливом викликаного по провідника струму, Ампер зумів сформулювати правило, що дозволяє визначити напрям відхилення стрілки залежно від напрямку струму в провіднику.

Це було на той час відоме під назвою «правила плавця» і формулювалось воно так: «Якщо подумки розміститися людині те щоб струм проходив па напрямку від ніг спостерігача до голови і щоб обличчя його була до магнітної стрілці, то під впливом струму північний полюс магнітної стрілки завжди буде відхилятися вліво».

Особливо важливого значення мали дослідженняАмпером взаємодій кругових і лінійних струмів. До цих дослідженням він підійшов, виходячи з наступних міркуваннях: якщо магніт за своїми властивостями аналогічний котушці чи кільцевому провідника, обтічним струмом, то через два кругових струму має діяти друг на друга подібно двом магнітам.

Відкривши взаємодія кругових струмів, Ампер почав дослідження лінійних струмів. Для цього він він побудував так званий «верстатАмпера», у якому один провідник міг змінювати положення щодо іншого провідника. У результаті цих дослідів було встановлено, що дві лінійних струму притягають чи відштовхують одне одного у залежність від того, чи мають струми однакове напрям чи різне.

Серія цих дослідів дозволилаАмперу встановити закон взаємодії лінійних струмів: "Два паралельних і однаково спрямованих струму взаємно прибиваються, тоді як два паралельних і протилежно спрямованих струму взаємно відштовхуються". Виявлені явища Ампер запропонував назвати "електродинамічними" на відміну електростатичних явищ.

Узагальнюючи результати своїх експериментальних робіт, Ампер вивів математичне вираз для сили взаємодії струмів аналогічно, як це зробивКулон стосовно взаємодії статичних зарядів. Це завдання Ампер вирішив аналітичним прийомом, виходячи з того Ньютона про взаємодії мас і уподібнюючи цим масам два елемента струму, довільно розміщених у просторі. У цьому Ампер припустив, що взаємодія елементів струму іде за рахунок прямий, що з'єднує середини цих елементів, і воно пропорційно довжині елементів струму і між струмів. ПершиймемуарАмпера про взаємодії електричних струмів опублікований 1820 р.

>Электродинамическая теоріяАмпера викладено їм у творі "Теорія електродинамічних явищ, виведена лише з досвіду", виданий Парижі 1826—1827 рр.Ампером виводився відоме математичне вираз закону взаємодії між двома елементами струму.

Маючи праці попередників, і навіть на важливі результати своїх досліджень, Ампер дійшов принципово новому висновку причину явищ магнетизму.

Заперечуючи існування особливих магнітних рідин, Ампер стверджував, що магнітне полі має електричне походження. Усі магнітні явища зводилися їм до «суто електричним діям». Базуючись на тотожність дії кругових струмів і магнітів, Ампер дійшов висновку у тому, що магнетизм будь-якої частки обумовлений наявністю кругових струмів у цій частинки, а властивості магніту загалом обумовлені електричними струмами, розташованими в площинах, перпендикулярних для її осі.

Ампер підкреслював, що «... ці струми навколо осі магніту реально існують, чи, скоріш, що намагнічування є операцією, з якої частинкам стало повідомлятися властивість порушувати тих струмів таку желектродвижущее дію, яке є увольтовом стовпі... Магнітні явища викликаються виключно електрикою ... немає різниці між двома полюсами магніту, як його положення щодо струмів, у тому числі цей магніт полягає».

РозробленаАмпером гіпотеза молекулярних кругових струмів стала новим прогресивним кроком шляху до матеріалістичної трактуванні природи магнітних явищ.

>Ампером в 1820 р. пролунала думку про можливість створення електромагнітного телеграфу, заснованого на взаємодії провідника із течією і магнітної стрілки. Проте Ампер пропонував взяти «стільки провідників і магнітних стрілок, скільки є літер..., поміщаючи кожну букву на окремої стрілці». Вочевидь, що така конструкція телеграфу було б дуже громіздкої та дорогий, що, очевидно, завадило практичної реалізації пропозиціїАмпера. Знадобилося кілька днів у тому, щоб знайти реальний шлях творення телеграфу.

Значення робітАмпера науці був дуже велике. Своїми дослідженнями Ампер довів єдність електрики і магнетизму і переконливо спростував що запанувала перед ним ставлення до магнітної рідини. Встановлені ним закони механічного взаємодії електричних струмів належать до числа найбільших відкриттів у сфері електрики.

Видатний внесокАмпера отримав найвищу оцінку (в 1881 р.). Перший Міжнародний конгрес електриків присвоїв одиниці сили струму найменування «Ампер». Його заслужено називали «Ньютоном електрики». Він входив до Паризької Академії наук (з 1814 р.), і багатьох інших академій світу, зокрема і Петербурзької (з 1830 р.).

Список літератури

Веселовський Про. М.Шнейберг А. Я "Нариси з історії електротехніки"

Для підготовки даної праці були використані матеріали із сайтуelectrolibrary.info


Схожі реферати:

Навігація