Измерения, связанные с электромагнетизмом

 

В области электричества со времен древнегреческого открытия свойств электризации янтаря (янтарь по-гречески электричество) никаких открытий до нового времени практически не было. Средневековые ученые лишь накапливали список материалов, которые можно наэлектризовать трением.

Магнитные вещества также были древними греками, но компас был открыт китайцами лишь в 6 веке, но до арабского мира и Европы это открытие дошло лишь в начале 2-го тысячелетия. Примерно тогда же средневековые философы также набирают статистику поведения магнитных материалов. Для магнитного и электрического притяжения были введены теории истечения эфира или специальной невидимой жидкости, т.е. в теоретическом отношении до 19 в. особых успехов не было.

В 17-18 вв ученые постепенно накапливают опытные данные связанные с электростатикой и магнетизмом. Отто фон Герике создает первый источник электрических зарядов, прообраз электростатической машины. Далее ученые открывают проводники и диэлектрики электричества, 2 вида электрических зарядов, лейденские банки – 1-й конденсатор. У магнита обнаруживаются разные свойства: имеется ровно 2 полюса, при нагревании магнит теряет свои свойства, у планеты обнаруживаются подвижные магнитные полюса отличные от географических. Уже в 18 в. Франклин заметил, что при ударе молнии намагнитилась иголка.

1785 г. – Кулон открывает закон взаимодействия зарядов, он оказался похожим на закон тяготения. Из чего он сделал вывод о подобии природы этих сил

Гальвани, экспериментируя с лягушками в момент, когда рядом его помощник крутил электростатическую машину, заметил, что при прикосновении к нерву лягушачьей лапки 2-х разных металлических предметов лапка сокращается! Он назвал это явление животным электричеством.

Итальянский ученый Алесандро Вольта, узнав об этих опытах Гальвани, повторяет их и приходит к выводу, что дело не в электричестве самой лягушки, а в наличии 2-х разных металлов, которые создают электрический ток самостоятельно, а он уже в свою очередь заставляет сокращаться мышцу лягушки. Через 1-2 года после этой догадки Вольта изобретает первый постоянный источник тока – Вольтов столб, или, как он сам его называл, гальванический элемент. Поэтому, не смотря на то, что Гальвани раньше заметил этот эффект, именно Вольта считается первооткрывателем химического источника питания, т.к. правильно объяснил эффект «животного электричества» и сделал электрический ток доступным для применения в лабораториях и на производстве.

Есть также версия что первый источник тока – Багдадская батарейка (Ирак, 3в до н.э.). На это указывает устройство батарейки очень похожее на современное устройство. Но доказательств использования этой батарейки в каких-либо практических целях пока нет ни в письменных источниках, ни в предметах, которые бы могли быть получены только с помощью электрического тока (например, электролизом). Поэтому ученые считают более вероятным, что это всего лишь некие специальные сосуды для хранения жидкости в бытовых или ритуальных целях. В любом случае, даже если это действительно были первые батарейки, секрет их использования был получен совершенно случайно без научных изысканий и был быстро потерян, никак не повлияв на дальнейшее развитие науки.

С появлением надежного источника постоянного тока ученые совершают все новые и новые открытия. Никольсон и Карлайл открывают электролиз, а Хэмфри Дэви вплотную занимается его изучением, и ученые получают первый индикатор и измеритель тока – масса осажденного на электроде металла пропорциональна времени электролиза и току в цепи.

В 1802 г. русский ученый Павлов, экспериментируя с вольтовым столбом изобретает по сути, прообраз лампочки и одновременно электросварки – электрическую дугу между угольными стержнями подключенными к высоковольтному источнику тока; однако до появления приемлемых источников света прошло еще много десятков лет.

В 1820 г Эрстед читал лекцию в университете по электричеству и магнетизму. После опыта с магнитными явлениями, на столе был оставлен компас. Когда далее Эрстед проводил опыт с электрическим током, его студенты воскликнули, что стрелка, лежащая возле проводника, слегка отклоняется при включении электрического тока. До этого опыта многие были уверены, что магнитные и электрические явления не взаимодействуют друг с другом, т.к. действие одиночного провода на компас довольно слабое, и потому вызваны разными по природе силами. Так было открыто магнитное поле вокруг тока.

Фарадей открывает электродвигатель гальванометр, трансформатор электромагнитную индукцию (формула), вводит понятие поля вокруг эл. зарядов токов и магнитов.

Телеграф пытаются использовать еще в 1790-х гг с использованием еще электростатической машины. Но лишь в 1830-е гг. появился удобный образец с электромагнитами и постоянным источником тока, и к 1840 г распространяется по многим странам Европы.

Закон ома. Закон Джоуля-Ленца. Формула для электролиза.

Якоби изготовил первый практический электродвигатель из неподвижных и подвижных электромагнитов.

Яблочков П. Н. в 1976 впервые использовал трансформатор собственной конструкции для преобразования переменного поля с повышением или понижением напряжения.

В 1855 г. Максвелл публикует свои знаменитые уравнения, которые он скромно называет математическим пересказом идей Фарадея.

Герц в 1887 с помощью своего искрового разрядника – первого приемника и передатчика электромагнитных волн – изучает свойства этих волн: преломление, отражение, измеряет их скорость.

Попов и маркони совершенствуют грозоотметчики других ученых и получают первые приемники радиосигналов на несколько километров. Далее радиоприемники передатчики очень быстро совершенствуются и увеличивают свою дальность работы.

 

Принятие системы СИ

 

Появилась из практических потребностей торговли между разными странами и городами и ее предпосылки задумывались еще в эпоху возрождения. Первой эту систему приняла Франция в ходе многочисленных реформ после великой французской революции. Метр – 1/40000000 часть земного меридиана. Килограмм – масса одного кубического дециметра воды. Секунда появилась давно, во времена древнего мира и потому менять ее уже было неудобно из-за множества часов, используемых в то время.

В 19 в. решили, что одна из электромагнитных величин должна быть связана с механическими, т.к. в то время не придумали еще естественных природного их аналога. Сейчас это ампер, он определяется так: 2 параллельных проводника с током в 1А притягиваются с силой 2*10^-7 Н. В то же время ввели Вольт, Ом, Тесла, Вебер, А/м.