Текст книги "История электротехники"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 78 страниц) [доступный отрывок для чтения: 28 страниц]

2.3. ОБНАРУЖЕНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Первые же опыты с электрическим током[1]1
  Термин «электрический ток» был введен A.M. Ампером (см. § 2.5).


[Закрыть] не могли не привести к открытию некоторых присущих ему свойств. Поэтому рассматриваемый период в истории электричества характеризуется главным образом обнаружением и изучением различных действий электрического тока. Исследования электрического тока, производившиеся в большом масштабе в первые годы XIX в., привели к открытию химических, тепловых, световых и магнитных его действий.

В 1800 г. вскоре после получения известия об изобретении вольтова столба члены Лондонского Королевского общества Антони Карлейль (1768–1840 гг.) и Вильям Никольсон (1753–1815 гг.) [1.6] произвели ряд опытов с вольтовым столбом, которые привели их к открытию нового явления: при прохождении тока через воду имело место выделение газовых пузырьков; исследовав выделявшиеся газы, они правильно установили, что это кислород и водород. Таким образом впервые был осуществлен электролиз воды. Вскоре после опубликования работ А. Карлейля и В. Никольсона (июль 1800 г.) немецкий физик Иоганн В. Риттер (1776–1810 гг.) также осуществил разложение воды током. После открытия действия тока на воду ряд ученых заинтересовался вопросом о том, к каким результатам приведет пропускание тока через другие жидкости. В том же 1800 г. голландский химик Вильям Крейкшенк (1745–1800 гг.), пропуская ток через раствор поваренной соли, получил на отрицательном полюсе едкий натр, не подозревая, что здесь имела место вторичная реакция: поваренная соль разлагалась на Na и Сl, причем натрий, жадно соединяясь с водой, образовывал едкий натр.

Указанные эксперименты положили начало исследованию химических действий гальванического тока, получивших впоследствии важное практическое применение.

Тепловые действия тока были обнаружены в результате накаливания тонких металлических проводников и воспламенения посредством искр легко воспламеняющихся веществ. Световые явления наблюдались в виде искр различной длины и яркости.

В 1802 г. итальянский ученый Джовани Д. Романьози (1761–1835 гг.) обнаружил, что электрический ток в проводнике вызывает отклонение свободно вращающейся магнитной стрелки, находящейся вблизи этого проводника. Однако тогда, в первые годы изучения электрического тока, явление, открытое Д. Романьози, имевшее, как впоследствии выяснилось, громадное значение, не получило должной оценки. Только позднее, в 1820 г., когда наука об электричестве достигла более высокого уровня, магнитное действие тока, описанное датским физиком Гансом Христианом Эрстедом (1777–1851 гг.), стало предметом глубокого и всестороннего изучения.

Среди многочисленных исследований явлений электрического тока, произведенных в первые годы после построения вольтова столба, наиболее выдающимися были труды первого русского электротехника, профессора физики Санкт-Петербургской Медико-хирургической Академии, академика Василия Владимировича Петрова (1761–1834 гг.), так как в них впервые была показана и доказана возможность практического применения электричества [2.1; 2.2; 2.20].

Поистине трагическая судьба постигла этого выдающегося ученого, который в истории русской физики, по словам бывшего президента Академии наук СССР академика СИ. Вавилова, по значению своих трудов «непосредственно следует за М.В. Ломоносовым». Какими же заслугами нужно было обладать сыну скромного приходского священника в г. Обояни (Курской губернии), чтобы удостоиться звания академика Петербургской Академии наук, значительная часть членов которой имела знатное происхождение, а многие были иностранцами. Несмотря на то что В.В. Петров был не только талантливым физиком и химиком, но и блестящим педагогом, основателем первого крупного физического кабинета, «превосходнейшего во всей Российской империи», он постоянно испытывал враждебное отношение официальных кругов. После смерти В.В. Петрова делается все для того, чтобы имя его было забыто. И это удалось. Целое поколение русских физиков в течение полувека (1834–1886 гг.) ничего не знали о своем выдающемся соотечественнике. И только в 1886 г. был обнаружен его главный труд «Известия о гальвани-вольтовских опытах» (СПб., 1803). Книга вызвала огромный интерес. Видные физики выступают с докладами о вкладе В.В. Петрова в отечественную электротехнику, в 1887 г. в журнале «Электричество» появляется первая статья о забытом русском электротехнике.

В 30-х годах нашего века были проведены более полные исследования трудов В.В. Петрова, а в 1935 г. Президиум ЦИК СССР принял постановление «Об ознаменовании столетия со дня смерти первого русского электротехника академика В.В. Петрова». В своих трудах по электричеству В.В. Петров собрал обширный опытный материал, который им был тщательно проанализирован. В.В. Петров глубоко понимал значение эксперимента для всестороннего изучения явлений природы. Он писал: «… гораздо надежнее искать настоящего источника электрических явлений не в умствованиях, к которым доселе только прибегали почти все физики, но в непосредственных следствиях самих опытов».

Будучи хорошо знакомым с опытами, производящимися с вольтовым столбом как в России, так и за границей, В.В. Петров пришел к правильному выводу о том, что наиболее полное и всестороннее изучение гальванических явлений возможно только при условии создания большой батареи, т.е. по современной терминологии источника электрической энергии высокого напряжения. Поэтому он добивается у руководства Медико-хирургической Академии выделения средств для постройки «такой огромной величины батареи, чтобы оною можно было надежнее производить такие новые опыты», каких не производил никто из физиков.

^{Рис. 2.3. Примерное расположение и соединение элементов в батарее Петрова} 

В апреле 1802 г. батарея В.В. Петрова, состоявшая из 4200 медных и цинковых кружков, или 2100 медно-цинковых элементов (В.В. Петров называл ее «огромная наипаче батарея»), была готова. Она располагалась в большом деревянном ящике, разделенном по длине на четыре отделения (рис. 2.3). Стенки ящика и разделяющих его перегородок были покрыты сургучным лаком. Общая длина гальванической батареи В.В. Петрова составляла 12 м – это был крупнейший в мире источник электрического тока. Как показали современные экспериментальные исследования с моделью батареи В.В. Петрова, электродвижущая сила этой батареи составляла около 1700 В, а максимальная полезная мощность 60–85 Вт. Ток короткого замыкания батареи не превышал 0,2 А. В.В. Петров вначале производил, как он указывал, уже известные опыты других физиков, а потом старался производить и такие опыты, «… о которых дотоле не имел … никакого известия».

Долгое время точная дата первых экспериментов с «огромной наипаче батареей» была неизвестна. Но в 1950 г. была обнаружена статья в журнале «Северный вестник» (1804 г.), в которой указывается дата первых публичных опытов В.В. Петрова – 1802 г. (рис. 2.4) [2.2].

Свои разнообразные опыты В.В. Петров подробно описал в своем труде – первой книге на русском языке, посвященной исследованиям в области гальванизма «Известие о галвани-вольтовских опытах …» (рис. 2.5).

Следует отметить, что и за границей не только до выхода в свет книги В.В. Петрова, но и в течение двух десятилетий после ее публикации не появилось не одного оригинального сочинения, в котором были бы с такой полнотой освещены явления электрического тока.

В.В. Петрову было хорошо известно, с каким интересом относятся в России к изучению явлений электрического тока. Поэтому он в своей книге подробно описал не только опыты с гальванической батареей, но и способы ее изготовления, ухода за ней, методику экспериментов и т.п. Важно подчеркнуть, что книга написана на русском языке, в первую очередь для тех русских людей, которые не владеют иностранными языками и живут в «отдаленных от обеих столиц местах».

^{Рис. 2.4. Страница из журнала «Северный вестник»}

^{Рис. 2.5. Титульный лист книги В.В. Петрова}

В книге В.В. Петрова описаны его опыты по электролизу различных жидкостей, исследованию явлений прохождения электрического тока в разреженном воздухе, наблюдению «светоносных» явлений, сопровождающих действие электрического тока, изучению тепловых действий тока.

В.В. Петров впервые подошел к пониманию того, что действие батареи основано на химических процессах, происходящих в гальваническом элементе медь – цинк, и правильно установил роль крайних металлических кружков, которые служили лишь проводниками электричества. В.В. Петров также верно указал на то, что окисление поверхности металлических кружков вызывает ослабление действия батареи.

Петровым была впервые установлена важнейшая закономерность в электрической цепи – зависимость тока в проводнике от площади поперечного сечения проводника. Он правильно указал на то, что при увеличении площади поперечного сечения проводника ток в нем возрастает. Поэтому В.В. Петров раньше всех предшественников Г. Ома, сформулировавшего в 1826 г. известный закон, носящий его имя, установил, что через вещества, обладающие большим сопротивлением, гальвани-вольтовская жидкость (так он называл электрический ток. – Авт.) может протекать лишь тогда, когда «количество ее весьма знатно увеличится», т.е. по современной терминологии при повышении напряжения в цепи. Термин «сопротивление» впервые введен в электротехнический язык В.В. Петровым.

2.4. ОТКРЫТИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ И ЕЕ ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Наибольший интерес из всех работ В.В. Петрова представляет открытие им в 1802 г. явления электрической дуги между двумя угольными электродами, соединенными с полюсами созданного им источника высокого напряжения. Создание источника высокого напряжения явилось необходимым условием для получения устойчивой электрической дуги при небольших токах. Указывая на возможность широкого практического применения электрической дуги, В.В. Петров писал, что пламенем дуги «темный покой довольно ясно освещен быть может», что в пламени дуги различные «металлы иногда мгновенно расплавляются, сгорают…», что «посредством огня» дуги он превращал оксиды различных металлов в «металлический вид». Следовательно, опыты В.В. Петрова давали прямое указание на возможность применения электричества для целей освещения, плавки металлов и восстановления металлов из их оксидов.

Широкая практическая реализация этих прогрессивных идей В.В. Петрова началась лишь спустя 75–80 лет. Но ни изобретатель первой широко распространенной дуговой электрической лампы («электрические свечи») П.Н. Яблочков, ни изобретатели электросварки и электроплавки металлов Н.Н. Бернардос и Н.Г. Сла-вянов ничего не знали о трудах В.В. Петрова, имя и труды которого, как уже упоминалось, в течение полувека после его смерти умышленно замалчивались реакционным руководством Министерства просвещения и Академии наук России. А открытие электрической дуги приписывалось X. Дэви, и она была известна под названием «вольтовой дуги», хотя А. Вольта к ее открытию не имел никакого отношения.

До В.В. Петрова никто так ясно и четко не указывал на возможность практического применения электричества. Поэтому В.В. Петров является одним из основоположников электротехники.

До В.В. Петрова физики не могли наблюдать явления дуги, так как они использовали небольшие гальванические батареи, состоявшие большей частью из 100–200 элементов; ЭДС таких батарей были недостаточны для получения устойчивой дуги при огромных внутренних сопротивлениях батарей того времени. Известному английскому ученому Хэмфри Дэви (1778–1829 гг.) удалось получить электрическую дугу только в 1808 г., когда им была построена большая гальваническая батарея, состоявшая из 2000 элементов. Подробное описание явления электрической дуги X. Дэви дал в 1812 г., при этом он сам ни в какой степени не претендовал на первенство в открытии этого явления.

В.В. Петровым было положено начало всестороннему исследованию явлений электрического разряда в вакууме. Он установил зависимость этих явлений от материала, формы и полярности электродов, расстояния между ними и степени вакуума. Позднее эти выводы получили подтверждение и развитие в трудах других ученых, в частности М. Фарадея.

Пропуская электрический ток через разные жидкости и тела, В.В. Петров внимательно исследовал влияние материала и формы электродов на протекающие процессы; он применял самые разнообразные электроды: железные, серебряные, медные, оловянные, золотые, древесно-угольные, графитовые, марганцевые и др. В.В. Петровым была правильно определена степень электропроводности некоторых веществ (древесного угля, льда, серы, фосфора, растительных масел) и выявлены их физико-химические свойства.

В.В. Петров впервые применил параллельное соединение электродов для демонстрации явления электролиза в нескольких трубках с водой, происходящего одновременно при пропускании электрического тока через жидкости (рис. 2.6).

Работа В.В. Петрова с источником тока высокого напряжения не могла не привести его к выводу о важном значении изоляции проводов; им было предложено изготовлять электрические проводники, покрытые сургучом или воском. Разработанный В.В. Петровым принцип изоляции проволочных проводников, заключающийся в покрытии их поверхности изолирующим слоем, нашел дальнейшее развитие в производстве кабельных изделий. В.В. Петров пришел к правильному выводу о высоких электроизоляционных свойствах жирных (растительных) масел.

В.В. Петров явился одним из первых физиков, высказавших правильный взгляд на общность и различие в проявлениях статического и гальванического электричества. Он сделал попытку выяснить сущность электрических явлений, установить причины образования электричества, однако при состоянии науки того времени такую задачу решить было невозможно. Заслуживает внимания мысль В.В. Петрова о том, что электрические явления обусловлены определенными физико-химическими процессами.

В своем труде [2.1] В.В. Петров пытается решить вопрос о скорости и направлении электрического тока.

Отдельная глава его книги посвящена действию тока «на тела живых, особливо животных», и даются рекомендации для врачей. Использование гальванических батарей дает новый толчок развитию электромедицины.

Труды В.В. Петрова были хорошо известны его современникам и изучались русскими физиками первой трети XIX в. Широкое распространение трудов В.В. Петрова в России оказало большое влияние на развитие науки об электричестве, на расширение его практического применения.

^{Рис. 2.6. Схема опыта с параллельным соединением электродов}

^{1 – стеклянные трубки с водой; 2 – металлические проволоки; 3 – батарея}

Первые электрохимические опыты, произведенные вскоре после изобретения вольтова столба, вызвали значительный интерес к этим вопросам. Специальному исследованию электрохимических явлений были посвящены труды X. Дэви, имевшие важное значение для практики. X. Дэви доказал своими опытами несостоятельность мнений, господствовавших в то время среди ученых, что при электролизе соды на одном полюсе получается кислота, а на другом основание. Он показал, что кислоты и основания, получаемые при электролизе, являются продуктами последующих вторичных реакций. Повторив опыты разложения воды в разных условиях (стеклянные, агатовые и золотые сосуды; в воздухе и в атмосфере водорода), X. Дэви доказал, что пресная вода разлагается при электролизе только на кислород и водород, причем объем водорода, образовавшегося при этом, вдвое больше объема кислорода. Он установил, что химически чистая вода не поддается электролизу и что электрический ток только разлагает соединения, но не создает никаких новых соединений. X. Дэви одним из первых высказал правильные взгляды на то, что электрический ток, полученный от вольтова столба, возникает в результате химических процессов между металлами и электролитом [1.6].

^{Рис. 2.7. Схема опыта Страхова. При опускании рук в чаши цепь замыкается и человек ощущает прохождение тока} 

В 1807 г. X. Дэви впервые получил электролитическим путем щелочные элементы – калий и натрий, ранее неизвестные в чистом виде; в 1808 г. им были также получены магний, бор, барий, стронций и кальций. Эти открытия наглядно иллюстрировали практическую ценность электролиза и еще больше усилили интерес ученых к химическим действиям тока.

В 1802–1807 гг. ряду ученых, в том числе профессору Московского университета Петру Ивановичу Страхову (1756–1827 гг.), удалось установить опытным путем, что земля и вода являются проводниками тока (рис. 2.7). Этим открытием была показана возможность применения земли и воды в качестве обратного (второго) провода при осуществлении установок и устройств для передачи электрического тока от генератора к приемникам [1.6].

В 1807 г. профессор Московского университета Федор Федорович Рейс (1778–1852 гг.) обнаружил явление, получившее впоследствии название электроосмоса. В выводах из своих опытов Ф.Ф. Рейс указывает, что под действием электричества жидкость может переноситься сквозь пористые тела. Явление электроосмоса в современной технике получило практическое применение, в частности при осушке намывных плотин (электродренаж).

Широкое применение вольтовых столбов и других источников электрического тока не могло не усилить интереса к вопросу о том, в результате каких действий в них появляется электрический ток. Все яснее становилось, что химические реакции в гальванических элементах являются первичными, а возникновение тока есть их следствие, т.е. явление вторичное. Контактная теория А. Вольта становилась малоубедительной, и ей все энергичнее стали противопоставлять химическую теорию гальванизма, согласно которой возникновение электричества определяется химическими процессами. Эта теория впервые наиболее четко была разработана петербургским академиком Георгом Парротом (1767–1852 гг.), считавшим, что явления в вольтовом столбе и других гальванических элементах происходят исключительно за счет окисления металлов, т.е. за счет изменения одного из веществ элемента. М. Фарадей также выступал против контактной теории электричества, указывая, что нет такого случая, даже при ударах электрического угря и ската, когда электричество получалось бы без затраты какого-либо другого вида энергии.

Многочисленные опыты по электролизу различных жидкостей вскоре привели к необходимости объяснения механизма электролиза, вызвали потребность в теоретических обоснованиях происходящих явлений. Теории электролиза были предложены рядом ученых, но наиболее приближающейся к современным воззрениям на процессы электролиза явилась теория электролиза литовского профессора Теодора Гротгуса (1785–1822 гг.), которая была, по существу, первой ионной теорией электролитических явлений. Т. Гротгус в 1805 г. опубликовал «Мемуар о разложении при помощи гальванического электричества воды, а также растворенных в ней тел» [1.2; 1.6].

Теория Т. Гротгуса была передовой для своего времени, она продержалась в науке более 70 лет, уступив место теории электролитической диссоциации. Известные законы электролиза были сформулированы М. Фарадеем в 1833–1834 гг. Им же были предложены термины электрод, анод, катод.

2.5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И МАГНИТА

Расширение и углубление исследований электрических явлений привели к открытию и изучению новых свойств электрического тока. О связи электрических и магнитных явлений говорили многие факты, наблюдавшиеся, в частности, при ударах молнии в компас: магнитная стрелка перемагничивалась. В 1775 г. два английских корабля шли параллельным курсом из Лондона на запад и на широте Бермудских островов попали в сильный шторм с грозой. В один из кораблей ударила молния, сломавшая мачту и порвавшая паруса. Капитан второго судна, которое не пострадало, с удивлением увидел, что первое судно почему-то повернуло назад и направляется в Англию. После проверки компасов обоих судов было установлено, что полярность стрелки компаса пострадавшего корабля изменилась на противоположную, и капитан судна полагал, что он плывет на запад, а в действительности плыл на восток, в Англию.

Первым ученым, убедительно показавшим связь между электричеством и магнетизмом, был Г.Х. Эрстед. Хотя, как уже отмечалось, значительно ранее эту связь обнаружил Д. Романьози [1.1; 1.6].

Г.Х. Эрстед, будучи доктором философии, размышляя о взаимодействии различных физических явлений, пришел к заключению, что должна быть связь между теплотой, светом, магнетизмом и электричеством. Еще в 1812 г. в одном из своих трудов Г.Х. Эрстед высказывал предположение о связи между электрическими и магнитными явлениями: «Следует испробовать, не произведет ли электричество в своей самой скрытой стадии каких-либо действий на магнит как таковой». Поэтому когда во время его лекции студентам Копенгагенского университета он демонстрировал нагревание проволоки электрическим током и стрелка компаса, случайно находившегося рядом, отклонилась, Г.Х. Эрстед убедился в справедливости своей давней догадки.

В 1820 г. после дополнительных экспериментов Г.Х. Эрстед опубликовал результаты своих наблюдений действия тока на магнитную стрелку, возбудившие большой интерес среди ученых разных стран и получившие в их трудах дальнейшее углубление и развитие. Небольшая брошюра (менее пяти страниц) Г.Х. Эрстеда «Опыты, касающиеся действия электрического конфликта на магнитную стрелку» произвела сенсацию среди европейских физиков. Секретарь Парижской академии наук Д.Ф. Араго, узнав об опытах Г.Х. Эрстеда, воскликнул: «Господа! Произошел переворот!».

Заслуживает внимания заключение Г.Х. Эрстеда о том, что «электрический конфликт» (т.е. встречное движение положительной и отрицательной «электрической материи») в проводнике «… не ограничен проводящей проволокой, но имеет обширную сферу активности вокруг этой проволоки …. Этот конфликт «образует вихрь вокруг проволоки» (курсив мой – Я.Ш.). Очевидно, конечно, что Эрстед заблуждался, полагая, что на магнитную стрелку действует столкновение разнородных электричеств. Но дорога к новым открытиям для других ученых была уже проложена!

Вскоре после опубликования этой брошюры (в 1820 г.) немецкий физик Иоган Х.С. Швейггер (1779–1857 гг.) предложил использовать отклонение магнитной стрелки электрическим током для создания первого измерительного прибора – индикатора тока. Его прибор, получивший название «мультипликатора» (т.е. умножающего) представлял собой магнитную стрелку, помещенную внутри рамки, состоящей из нескольких витков проволоки (рис. 2.8) [1.6].

^{Рис. 2.8. Схема мультипликатора Швейггера} 

Однако вследствие влияния земного магнетизма на магнитную стрелку мультипликатора его показания были неточными. А. Ампер в 1821 г. показал возможность устранения влияния земного магнетизма с помощью астатической пары, представляющей собой две магнитные стрелки, укрепленные на общей медной оси и расположенные параллельно, с полюсами, обращенными в противоположные стороны. В 1825 г. флорентийский профессор Леонардо Нобили (1784–1835 гг.) скомбинировал астатическую пару с мультипликатором и построил таким образом более чувствительный прибор – прообраз гальванометра.

В 1820 г. Д.Ф. Араго было обнаружено новое явление – намагничивание проводника протекающим по нему током. Если медная проволока, соединенная с полюсами вольтова столба, погружалась в железные опилки, то последние равномерно к ней прилипали; при выключении тока опилки падали. Когда Д.Ф. Араго брал вместо медной проволоки железную (из мягкого железа), то она временно намагничивалась; кусочек стали при таком намагничивании становился постоянным магнитом. По рекомендации А. Ампера Д.Ф. Араго заменил прямолинейную проволоку проволочной спиралью, при этом намагничивание иголки, помешенной внутри спирали, усиливалось. Так был создан соленоид. Опыты Д.Ф. Араго дали первое указание на электрическую природу магнетизма и показали возможность намагничивания стали электрическим током [1.6].

В процессе своих исследований Д.Ф. Араго обнаружил (в 1824 г.) еще одно новое явление, названное им «магнетизмом вращения», правильное объяснение которого, как будет показано далее, было дано М. Фарадеем только после открытия явления электромагнитной индукции.

Новым шагом от качественных наблюдений действия тока на магнит к определению количественных зависимостей явилось установление французскими учеными Жаном Батистом Био (1774–1862 гг.) и Феликсом Саваром (1791–1841 гг.) закона действия тока на магнит. Проведя ряд экспериментов, они в 1820 г. установили следующее: если неограниченной длины провод с проходящим по нему током действует на частицу северного или южного магнетизма, находящуюся на известном расстоянии от середины провода, то равнодействующая всех сил, исходящих из провода, направлена перпендикулярно к кратчайшему расстоянию частицы от провода и общее действие провода на любой, южный или северный, магнитный элемент обратно пропорционально расстоянию от последнего до провода. Обнаружение тангенциальной составляющей силы позволило объяснить вращательный характер движения проводника относительно магнита.

Французский ученый Пьер Симон Лаплас (1749–1827 гг.) показал впоследствии, что сила действия, создаваемая небольшим участком проводника, изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния.

Важнейшее научное и методологическое значение в расширении исследования новых явлений имели труды одного из крупнейших французских ученых – Андре Мари Ампера (1775–1836 гг.), заложившие основы электродинамики [1.1; 1.6; 2.3].

А. Ампер был необыкновенно одаренным от природы человеком и, несмотря на плохое состояние здоровья, сумел найти в себе силы, чтобы неустанно заниматься фундаментальными научными исследованиями и сделать немеркнущий вклад в сокровищницу мировой цивилизации.

Его исследования в области электромагнетизма открыли новую страницу в истории электротехники. И при изучении этих явлений ярко проявились поразительные способности А. Ампера.

Он впервые узнал об опытах Г.Х. Эрстеда на заседании Парижской академии наук, где их повторил во время своего сообщения Д.Ф. Араго. Вместе с восхищением А. Ампер интуитивно почувствовал важность этого открытия, хотя ранее он не занимался изучением электромагнитных явлений. И ровно через неделю 18 сентября 1820 г. А. Ампер выступает на заседании академии с докладом о взаимодействии токов и магнитов, а затем почти подряд – неделю за неделей (заседания Парижской академии наук проводились еженедельно) он излагает перед крупнейшими французскими учеными результаты своих экспериментальных и теоретических исследований, которые позднее были отражены в его знаменитом труде по электродинамике.

В одном из писем А. Ампер подчеркивает, что он «создал новую теорию магнита, сводящую все явления к явлениям гальванизма».

Поразительна логика его обобщений: если ток – это магнит, то два тока должны взаимодействовать подобно магнитам. Теперь это кажется очевидным, но до А. Ампера никто так четко на это не указал. Блестящие познания в области математики позволили А. Амперу теоретически обобщить результаты своих исследований и сформулировать известный закон, носящий его имя.

Рассмотрим более подробно работы А. Ампера в области электромагнетизма.

Отметим прежде всего, что А. Ампером впервые были введены термин «электрический ток» и понятие о направлении электрического тока. Он предложил считать за направление тока направление движения «положительного электричества».

Наблюдая отклонение магнитной стрелки под влиянием тока в проводнике, А. Ампер сформулировал правило, позволяющее определить направление отклонения стрелки в зависимости от направления тока в проводнике. Это правило было в то время широко известно под названием «правило пловца».

^{Рис. 2.9. Станок Ампера}

^{1 – подвижная рамка; 2 – неподвижный проводник} 

Особенно важное значение имели исследования А. Ампером взаимодействия круговых и линейных проводников с токами. К этим исследованиям он подошел, основываясь на следующих рассуждениях: если магнит по своим свойствам аналогичен катушке или кольцевому проводнику, обтекаемым током, то два круговых тока должны действовать друг на друга подобно двум магнитам.

Открыв взаимодействие круговых проводников с током, А. Ампер начал исследование взаимодействия линейных проводников с токами. С этой целью он построил так называемый «станок Ампера» (рис. 2.9), в котором один проводник мог изменять положение относительно другого проводника. В ходе этих опытов было установлено, что два линейных проводника с токами притягиваются или отталкиваются в зависимости от того, имеют токи одинаковое направление или различное. Серия опытов этого рода позволила А. Амперу открыть закон взаимодействия линейных проводников с токами: два параллельных и одинаково направленных тока взаимно притягиваются, между тем как два параллельных и противоположно направленных тока взаимно отталкиваются. Обнаруженные явления А. Ампер предложил назвать электродинамическими в отличие от электростатических явлений.

Обобщая результаты своих экспериментальных работ, А. Ампер установил математическое выражение количественных соотношений взаимодействующих токов подобно тому, как это сделал Ш. Кулон по отношению к взаимодействию статических зарядов. Эту задачу А. Ампер решил аналитическим приемом, исходя из принципов И. Ньютона о взаимодействии масс и уподобляя этим массам два элемента тока, произвольно расположенных в пространстве. При этом А. Ампер предположил, что взаимодействие элементов тока происходит по прямой, соединяющей середины этих элементов, и что оно пропорционально длине элементов тока и самим токам. Первый труд А. Ампера о взаимодействии электрических токов был опубликован в 1820 г.

Электродинамическая теория А. Ампера изложена им в сочинении «Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта», изданном в Париже в 1826–1827 гг.

Опираясь на труды предшественников, а также на важные результаты своих исследований, А. Ампер пришел к принципиально новому выводу о причине явлений магнетизма. Отрицая существование особых магнитных жидкостей, А. Ампер утверждал, что магнитное поле имеет электрическое происхождение. Основываясь на тождестве действия круговых токов и магнитов, А. Ампер пришел к выводу о том, что магнетизм какой-либо частицы обусловлен наличием круговых токов в этой частице, а свойства магнита в целом обусловлены электрическими токами, расположенными в плоскостях, перпендикулярных к его оси. Разработанная А. Ампером гипотеза молекулярных круговых токов явилась новым, прогрессивным шагом на пути к материалистической трактовке природы магнитных явлений.