Первые электрические машины
Следует отметить работу немецкого ученого Отто Герике (1602—1686) опубликованную в 1672 году.
Герике построил первую «электрическую машину», которая представляла собой большой шар, изготовленный из серы с железной осью. Герике, вращая шар вокруг оси, наэлектризовывал его ладонью руки.
Затем этот прибор был усовершенствован — ось шара помещена в деревянный штатив. Несмотря на примитивность прибора, Герике с его помощью открыл новое явление: обнаружил, что легкие тела не только притягиваются наэлектризованным телом, но и отталкиваются.
В 1705 году английский экспериментатор Френсис Хоксби (? - 1713), прикасаясь руками к вращающемуся стеклянному шару, из которого удален воздух, получил фосфорическое свечение, и убедился в том, что стеклянный шар сильно электризуется. Последовали многочисленные эксперименты с электричеством, основное значение которых состоит в том, что Хоксби ввел в употребление применяющуюся и поныне стеклянную палочку, электризуемую при натирании тканью.
Вращающийся шар Хоксби вскоре был усовершенствован Иоганном Винклером (1703-1770), профессором латинской литературы Лейпцигского университета. Винклер заменил шар стеклянной трубкой, вращавшейся с помощью педального механизма и натиравшейся уже не руками, а кожаными подушечками, отделанными конским волосом. Подушечки были соединены с землей с помощью проводящих столбиков. Эта машина давала столь сильные искры, что они были способны воспламенять эфир.
Уже значительно позже, между 1755 и 1766 гг., цилиндр был заменен более удобным стеклянным диском. Приоритет этого изобретения оспаривали Мартин Планта (1727-1802), Джон Ингенгоуз (1730-1799) и Джессе Рамсден (1735-1800). Сейчас эта машина известна как машина Рамсдена, который построил ее и распространил
Стивен Грей
В первой половине XVIII в. были сделаны новые шаги в изучении электрических явлений. Во-первых, англичанин Стивен Грей (1670—1736) в 1729 году открыл явление электропроводности.
Он обнаружил, что электричество способно передаваться некоторыми телами, и все тела были разделены им на проводники и непроводники. Грей открыл также явление электростатической индукции и подтвердил его многочисленными опытами, из которых наибольшее восхищение вызвал опыт с ребенком, которого усаживали на веревочные качели и наэлектризовывали приближением заряженной стеклянной палочки к его рукам или ногам.
Лейденская банка
Следующим важным шагом в изучении электрических явлений было изобретение лейденской банки, которое было сделано почти одновременно немецкими учеными Клейстом и Мушенбруком. Название связано с городом Лейденом, где Мушенбрук проделал первые опыты. Важность этого изобретения заключалась в том, что теперь физики могли получать значительные электрические заряды и экспериментировать с ними.
В 1745 году немецкий каноник Эвальд Юрген фон Клейст, пытаясь, по-видимому, изготовить себе электризованную воду, которая считалась полезной для здоровья, и независимо от него лейденский физик Мушенбрук, продев в горлышко банки с водой гвоздь, дотронулись им до проводника действующей электрической машины; затем, прервав контакт, они притронулись другой рукой к гвоздю и испытали очень сильный удар, вызвавший онемение руки и плеча, а у Мушенбрука даже «все тело содрогнулось, как от молнии».
Весть об этом опыте быстро распространилась. Его стали повторять во многих местах. Уже в следующем году бутылка с водой была заменена банкой с обкладками из металлической фольги с обеих сторон — внутри и снаружи. Был создан плоский конденсатор, а для увеличения эффекта Винклер в Германии, а Франклин в Америке соединили банки в параллель, получив мощные «батареи», как их назвал Франклин.
Бенджамин Франклин
Практическое значение исследования электрических явлений приобрели также в связи с открытием электрической природы молнии. Мысль об электрической природе молнии высказывалась и до изобретения лейденской банки. Однако только после того, как стало возможным искусственно получать большие заряды, она получила достаточное основание. Известный американский ученый и общественный деятель Бенджамин Франклин (1706—1790) предложил экспериментальный метод проверки этой гипотезы.
Бенджамин Франклин занялся исследованиями электрических явлений почти случайно. Когда он приступил к первым опытам по электричеству, ему было 40 лет, и менее чем в три года он достиг изумительных успехов. Качественное сходство между электрической искрой и молнией было-замечено сразу уже при первых экспериментах. Но применение лейденских банок позволило установить дополнительные сходные стороны: искра убивает животных, плавит металлы, вызывает запах фосфора. Франклин отмечает это сходство, но замечает также, что есть по крайней мере один факт, не позволяющий пока утверждать, что искра и молния — это одно и то же.
«Надо бы поставить опыт», записывает Франклин в своей записной книжке. 29 июля 1750 году в письме к своему другу Питеру Коллинсону (1694—1768) — письма были одной из форм распространения научных трудов в то время — Франклин сообщает об опыте, который он намерен поставить: установить на высокой башне или на колокольне в Филадельфии длинный железный шест с острием и наблюдать, не удастся ли из него извлечь искры при прохождении над острием грозовых облаков. Коллинсон был членом Королевского общества и пытался опубликовать работы Франклина в «Philosophical transactions» («Философских трудах»), но эти работы были отвергнуты как недостойные публикации, а проект извлечения искр из облаков был признан фантастическим.
Получив отказ от Королевского общества, Коллинсон опубликовал письма Франклина за свой счет. Их успех был огромен, они почти сразу же были переведены на французский язык и вызвали во Франции восхищение ученого мира и одобрение двора. Поощряемые королем, Бюффон, Далибар и Делор поставили опыт, предложенный Франклином. В одном из садов в Марли, в шести лье от Парижа, 10 мая 1752 году из шеста, воздвигнутого вертикально, приставленный к его охране солдат извлек искру во время прохождения грозовых облаков.
Весть об опыте в Марли быстро распространилась по Европе и сделала знаменитым имя Франклина, который до того не был известен по эту сторону океана. Опыт почти сразу же и с тем же результатом повторили Джузеппе Вератти и Томмазо Марино в Болонье. Обрадованный полученными из Европы известиями, Франклин повторил опыт, запустив змей с железным острием, связанный с землей бечевкой. Позже он повторил эти опыты в более удобной форме, установив над своим домом высокий шест.
В результате многочисленных наблюдений Франклин пришел к выводу, что грозовые облака заряжены большей частью отрицательно, хотя несколько раз они оказывались и положительно заряженными.
Во Франции Луи Гийом Лемонье в том же 1752 году открыл новое явление — наэлектризованность атмосферы даже при ясной погоде. А в Петербурге Георг Вильгельм Рихман произвел ценные калориметрические измерения, экспериментируя с молнией. В Италии эти исследования послужили причиной нового подъема в науке.
Экспериментальное подтверждение наличия атмосферного электричества способствовало франклиновскому проекту громоотвода. Несмотря на возражения ряда физиков и некоторых местных властей, уже в 1753 году громоотвод был сооружен Винклером. В 1769 году великий герцог Тосканский приказал оборудовать громоотводами все склады пороха в герцогстве. В 1770 году Джироламо Мариа Фонда предложил конструкцию громоотвода со щеточкой, справедливо полагая, что предохраняющее действие острия будет сильнее при большом числе острий.