Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике  
ElectricalSchool.info - большой образовательный проект на тему электричества и его использования. С помощью нашего сайта вы не только поймете, но и полюбите электротехнику, электронику и автоматику!
Электрические и магнитные явления в природе, науке и технике. Современная электроэнергетика, устройство электрических приборов, аппаратов и установок, промышленное электрооборудование и системы электроснабжения, электрический привод, альтернативные источники энергии и многое другое.
 
Школа для электрика | Правила электробезопасности | Электротехника | Электроника | Электрические аппараты | Электрические машины
Автоматизация | Робототехника | Возобновляемая энергетика | Тренды, актуальные вопросы | Научно-популярные статьи | Контакты



 

База знаний | Избранные статьи | Эксплуатация электрооборудования | Электроснабжение
Электрические аппараты | Электрические машины | Электропривод | Электрическое освещение

 Школа для электрика / История электричества / Развитие представлений о природе электричества в 18 веке


 Школа для электрика в Telegram

Развитие представлений о природе электричества в 18 веке


Шарль Дюфе

Молодой, талантливый и разносторонний исследователь французский химик и физик, смотритель королевских садов в Париже Шарль Франсуа де Систерне Дюфе (1698 – 1739) за свою недолгую жизнь (41 год) постепенно сместил свои научные интересы с химии на ботанику, и, естественно, был вовлечен в изучение магнетизма и электричества.

Фокус исследований электрических явлений и загадок в то время был сосредоточен в Париже. После предшествующих исследований в области магнетизма Дюфе изучал электричество (1733 – 1737) и опубликовал свои результаты в основном в мемуарах Парижской академии наук.

Развитие представлений о природе электричества в 18 веке

Отчет Стивена Грея о его экспериментах с Уиллером пробудил его интерес к этому вопросу. Дюфе начал электрифицировать тела в пределах досягаемости. Это способствовало значительному расширению перечня материалов, которые можно электрифицировать.

Затем он обратил внимание на опубликованные попытки Грея провести электричество из одного места в другое на определенном расстоянии.

Дюфе исследовал все доступные ему материалы. Он пришел к выводу, что стекло является одним из лучших изоляционных материалов, и подтвердил вывод Грея о том, что что металл, если его правильно изолировать, также может быть легко наэлектризован. В этом контексте Дюфе первым использовал термин «isoleе» (изолированный).

Шарль Франсуа Дюфе

Шарль Франсуа Дюфе

По сравнению с опытами Грея опыты Дюфе были точнее и глубже. Используя металлическое волокно, закрепленный на стеклянных или восковых опорах, он передал электричество на 1256 футов (около 383 метров).

Однако его главный вклад в исследования электричества был результатом простого эксперимента: он наблюдал за поведением крохотных золотых листочков, к которым подходил к наэлектризованной трубке.

Он обнаружил, что электрифицированные листочки притягивают неэлектрифицированные до тех пор, пока они не соприкоснутся друг с другом — затем происходит взаимное отталкивание, пока электрифицированный листочек не коснется третьего, неэлектрифицированного, затем снова притягивается первоначальным, первым листочком.

Однако, к своему большому удивлению, Дюфе обнаружил, что золотой листочек, который отталкивался от наэлектризованной трением стеклянной трубки, притягивается натертым кусочком смолы.

В дальнейших экспериментах он подтвердил, что тела, притягиваемые наэлектризованными материалами, такими как янтарь, каучук и воск, отталкиваются наэлектризованной стеклянной трубкой или кристаллом.

В своем докладе, опубликованном В «Философских трудах» (1733, № 431, стр. 258) говорилось: «... и это приводит меня к заключению, что есть два возможных типа различного электричества».

Следуя этому выводу, он обнаружил, что наэлектризованные стекла отталкивают друг друга, но притягивают наэлектризованный янтарь. Это относится и ко всем телам, наэлектризованным тем или иным материалом.

Он утверждал, что тела, наэлектризованные стеклом, также отталкиваются друг от друга, а тела, наэлектризованные янтарем, притягиваются.

Чтобы упростить этот фундаментальный закон, он назвал стеклянное электричество «vitree», как стеклянное электричество, и янтарное электричество, «resineuse», как электричество смолы.

Гипотеза Дюфе была первой двойной гипотезой электричества: согласно ей, существовало два типа веществ, которые были источником двойного электричества. Таким образом, Дюфе придумал две разные электрические жидкости, которые отталкиваются и притягиваются друг к другу.

В то время он понятия не имел, что оба типа жидкостей существуют при электрификации тел и что и стекло, и смолы всегда генерируют оба типа электричества.

Когда это открытие было уточнено экспериментами и было подтверждено, что электричество в материале, используемом для трения, противоположно электричеству в объекте трения, и оказалось, что оба типа электричества генерируются одновременно, исследователи, в том числе и сам Дюфе, пришли к выводу, что оба этих электричества являются модификациями одной и той же жидкости. Первая двойная гипотеза была в целом отвергнута.

Существенным толчком к рождению других гипотез стало изобретение в 1745 году лейденской банки.

Другие гипотезы

Сверстником Дюфе был другой француз, Жан-Антуан Нолле (1700 – 1770), широко известный как аббат Нолле. Он был одним из самых важных исследователей и популяризаторов электричества во Франции. Особенно в период после смерти Дюфе он стал ведущей фигурой в европейских исследованиях электричества.

Жан-Антуан Нолле

Жан-Антуан Нолле

Более сорока книг и трактатов по электричеству, исключительное положение при французском королевском дворе, личные знакомства с выдающимися европейскими учеными того времени и, что не менее важно, его талант, личное обаяние и честолюбие также способствовали его известности.

Эксперимент с подвешенным мальчиком

Экспериментатор с наэлектризованным стеклянным стержнем, касающимся мальчика, подвешенного на шелковых шнурах, который, в свою очередь, становится наэлектризованным (1746 г.)

До 1745 года изучение электричества в основном основывалось исключительно на экспериментальных результатах, недавно полученных Френсисом Хоксби, Стивеном Греем и Шарлем Франсуа Дюфе. Однако в феврале 1745 г. аббат Нолле узнал об опытах немецкого профессора Георга Матиаса Бозе (1710 – 1761) с зажиганием спирта электрической искрой и о его развлекательных постановках.

Эти эффектные произведения были близки характеру Нолле, поэтому он очень интересовался ими. Он погрузился в изучение немецких экспериментов и через три месяца выдвинул свою, неудачную, гипотезу электричества.

Это была смесь общих картезианских выводов (картезианство – философия, развивающая темы и способы философствования Р. Декарта), фрагменты более ранних гипотез и суждений из его экспериментального опыта.

Суть гипотезы Нолле заключалась в действии особой жидкости, находящейся в постоянном движении, в то время как во всех электрических процессах эта жидкость движется в двух противоположных направлениях.

С одной стороны, эта жидкость должна была вытекать из тела, поэтому это был «отток», называемый Нолле-эффлюенс, и в то же время он должен был вытекать, т.е. «приток», называемый избытком.

Эти потоки отличались только направлением, но не характером. Однако они всегда должны присутствовать в теле, но когда они были выровнены, тело оказывалось нейтральным.

Электростатическая машина Нолле со стеклянным шаром

Электростатическая машина Нолле со стеклянным шаром. Стеклянный шар удерживается между двумя деревянными стойками, чтобы его можно было легко заменить в случае повреждения. Большой шкив со спицами приводит в движение шар, позволяя ему быстро вращаться. У шкива есть большая ручка с каждой стороны, поэтому его могут поворачивать два человека, что позволяет проводить длительные эксперименты.

Согласно гипотезе Нолле, электрические силы притяжения и отталкивания возникают в результате непосредственного столкновения движущегося электрического флюида. Отток должен был быть расходящимся, а приток - однородным, что создавало локальный дисбаланс.

Основная слабость гипотезы Нолле заключалась в том, что эффекты притока и оттока не компенсируют друг друга при любых обстоятельствах. Чтобы преодолеть эту трудность своей гипотезы, Нолле прибегнул к предположению, что каждое тело имеет два типа пор - одни должны были служить оттоком, а другие - притоком жидкости.

Несмотря на явную подозрительность гипотезы, сам остроумный аббат считал ее не гипотезой, а вполне доказанным фактом. Кредо Нолле о том, что «только механические объяснения способны изменить экспериментальную физику», естественно, соответствовало широко распространенному и принятому в то время философскому взгляду.

Гипотезу аббата Нолле усовершенствовал Этьен Франсуа Дютур (1711 – 1784), предположив, что существует разница между притоком и оттоком и что частицы жидкости вступают в колебания различного рода. Это приводит к тому, что один из этих потоков сильнее другого, и возникающий в результате дисбаланс приводит к силовым эффектам.

Впрочем, аббат Нолле никогда не отказывал себе в игре в «шоумена». Перед королем Франции Людовиком XV (1710 – 1774) в 1739 году в Версале совершил одну из своих знаменитых демонстраций.

У него был большой круг из 180 солдат Королевской гвардии, держащихся за руки. Прыжок всех солдат в воздух после удара током был с благодарностью воспринят смеющимися лордами.

Подобное представление было повторено позднее перед простым парижским народом, когда предметом забавы были семьсот монахов-картезианцев, выскочивших все одновременно после удара током.

Аббат Нолле демонстрирует возможность передачи электрического тока с помощью солдат Королевской гвардии

Аббат Нолле демонстрирует возможность передачи электрического тока с помощью солдат Королевской гвардии

Возможно, аббат Нолле черпал вдохновение для этих постановок у Георга Матиаса Бозе, который также поставил аналогичный спектакль в Германии. Он использовал для них двадцать солдат, взявшись за руки, которых подверг электрошоку.

Впрочем, эти постановки, вероятно, были весьма популярны в то время. Их также демонстрировал английский врач и ученый Уильям Уотсон (1715 – 1787).

Аббат Нолле в колледже Наварры

Аббат Нолле в колледже Наварры

Однако аббат Нолле в основном занимался серьезными экспериментами. Среди прочего, он проверял воздействие электричества на живые организмы, растения и животных. Целью одного из его экспериментов было выяснить, какое влияние оказывает присутствие электрически заряженного тела на рост семян горчицы.

Он обнаружил, что электрифицированные растения растут более чем в четыре раза быстрее, чем неэлектрифицированные, но имеют меньшую высоту.

Он использовал кошек, голубей и мелких птиц для опытов над животными. Он отметил, что действие электричества у них обычно проявлялось в потере веса. Но Нолле не был уверен в причинно-следственной связи этих попыток. И это далеко не вся научная деятельность аббата Нолле, справедливо пользовавшегося всеобщим уважением.

Священник ордена лазаритов Пьер Бертолон (1741 – 1800), занимал аналогичное положение на юге Франции. Благодаря своим собственным экспериментам, лекциям и общей поддержке, которую он посвятил изучению электрических явлений, он в значительной степени способствовал прогрессу зарождающейся новой науки.

Бертолон занимался атмосферными явлениями и, подобно аббату Нолле, изучал влияние электричества на рост растений. Для этой цели он изобрел и сконструировал измерительный прибор, так называемый электровегетометр. 

Исследование электричества в Германии

В Германии Георг Матиас Бозе, вышеупомянутый вдохновитель Нолле, был важным представителем раннего периода исследования электричества. В своей инаугурационной речи в 1738 году в Виттенбергском университете он сосредоточился в основном на полемике с точки зрения действия электричества на расстоянии.

Изучив труды Дюфе, в период с 1742 по 1745 год он приложил значительные усилия для поддержки исследований электричества в Германии, которые до этого там не культивировались.

Титульный лист книги Георга Бозе

Титульный лист книги Георга Бозе, 1745 год

Христиан Фридрих Людольф (1707–1763) был первым, кто занялся взаимосвязью между электричеством и огнем.

В январе 1744 года он продемонстрировал в Берлинской академии наук прохождение электрических искр, полученных при протирании стеклянной трубки, через сосуд с водой. Он удивил зрителей, поднеся наэлектризованный стержень ближе к серной ложке, которая воспламенилась в пламени.

В первой половине 18 века Христиан Август Хаузен (1693–1743), профессор математики Лейпцигского университета, производил подобные опытам Стивена Грея. Однако вместо мальчика он наэлектризовал девочку, висевшую на шелковых бечевках, и наблюдал за взрывами, исходящими из ее пальцев.

После его смерти его преемником стал профессор Иоганн Генрих Винклер (1703 – 1770). Помимо конструирования фрикционных электрических машин и экспериментов с лейденскими банками, он также рассматривал природу электричества, включая попытки измерения скорости его распространения, однако это ему не удалось.

В 1744 году Берлинская академия наук объявила конкурсный вопрос, ответ на который должен был прояснить причину возникновения электричества.

Награду получил Якоб Сигизмунд Вайц (1698 – 1777), который выдвинул гипотезу о том, что тело было заполнено электрическими телами до фактической электрификации.  Далее он предположил, что теплота также состоит из подобных тел.

Курьезом в книге был расчет, с помощью которого Вайтц пришел к выводу, что электричество в восемьдесят пять тысяч раз легче воздуха.

Электростатический генератор из французской публикации 1767 года

Электростатический генератор из французской публикации 1767 года

Другие явления, другие гипотезы

Если бы с электричеством были связаны только силы притяжения и отталкивания, то вышеуказанных гипотез было бы достаточно.

Общее притяжение всех тел ко всем телам - гравитация стала объяснением для более поверхностных исследователей и для электрических и магнитных сил, которые они считали лишь разновидностью гравитации, свойственной определенным телам.

Однако когда дело дошло до других его различных проявлений — света, звука, сильного запаха фосфора и болезненных ощущений при прикосновении к наэлектризованному телу, — стало распространяться представление о том, что электрическая жидкость тождественна принципу огня. Это часто отражалось в названии электричества: «электрический огонь».

Французский ученый Никола Антуан Буланже (1722 – 1759) и его последователи утверждали, что электрический флюид есть не что иное, как тончайшие частицы атмосферы, которые накапливаются на поверхности наэлектризованных тел, когда более грубые частицы атмосферы выбрасываются трением.

Английский художник и физик Бенджамин Уилсон (1721 – 1788) считал эфир главной причиной всех электрических явлений.

Многие исследователи пытались объяснить многие электрические явления неким тонкодисперсным веществом на поверхности всех тел, которое вызывает преломление и отражение лучей света и, кроме того, препятствует доступу и проникновению эфира. Согласно Уилсону, это вещество, которое должно было распространяться на небольшое расстояние от тела, имело ту же природу, что и электрический флюид.