Главная   >>   Очерки по истории электротехники

Очерки по истории электротехники

2.5. Величественные и таинственные явления атмосферного электричества получают научное обоснование. Первый «электрический указатель»

Важным и вполне закономерным шагом на пути изучения электрических явлений был переход от качественных наблюдений к установлению количественных связей и закономерностей, к разработке основ теории электричества. Наиболее значительный вклад в решение этих проблем был сделан петербургскими академиками М. В. Ломоносовым и Г. В. Рихманом и американским ученым Б. Франклином.

Выдающийся ученый-энциклопедист XVIII в. Михаил Васильевич Ломоносов <1711—1765 гг.) явился в России основоположником изучения электрических явлений, автором первой теории электричества. При поддержке Ломоносова академик Георг Вильгельм Рихман <1711—1753 гг.) разработал в 1745 г. оригинальную конструкцию первого алектроизмерительного прибора непосредственной оценки «электрического указателя» (рис. 2.4), который принципиально отличался от уже известного электроскопа тем, что был снабжен деревянным квадрантом со шкалой, разделенной на градусы.

Именно это усовершенствование (по словал Рихмана) позволило измерять «большую и меньшую степень электричества»

Из постановления Академической канцелярии (март 1745 г.) следует, что Рихманом проводились весьма интересные электрические эксперименты, «которые при дворе и современном петербургском обществе обращали на себя внимание». Для этих экспериментов Рихману была предоставлена «при дворе особливая камеера», которая, по-видимому, была первой отечественной электрической лабораторией. До Рихмана в России систематическим изучением электрических явлений не занимались. «Электрический указатель» Ломоносов и Рихман использовали при создании «громовой машины» — первой стационарной установки для наблюдения за интенсивностью электрических разрядов в атмосфере. Атмосферное электричество, в середине XVIII в. еще совершенно неизученное загадочное проявление гигантских сил природы, привлекало особое внимание М. В. Ломоносова.

«Громовая машина» (рис. 2.5) в принципе отличалась от «электрического змея» Франклина и приспособлений других исследователей, так как позволяла непрерывно наблюдать за изменением электричества, содержащегося в атмосфере при любой погоде.

С помощью «громовой машины» Ломоносов и Рихман установили, что электричество содержится в атмосфере и при отсутствии грозы, они убедительно доказали, что молния — это электрические разряды в атмосфере. Описывая их эксперименты, газета «Санкт-Петербургские ведомости» (1752, № 58) сообщала: «Итак, совершенно доказано, что электрическая материя одинакова с громовою материею, и те раскаиваться будут, которые... доказывать хотят, что обе материи различны».

Летом 1753 г. М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман провели уникальный эксперимент и с помощью громовой машины доказали, что, как писала та же газета (1753, №45) «... сие наблюдение почитается за чрезвычайное. Из сего наблюдения явствует, что ... электрическая сила без действительного грому быть может. Ежели второе правда, то не гром и молния электрической силы в воздухе, но сама электрическая сила грому и молнии причина». Ученые, при огромном стечении народа, устроили пальбу из целой батареи пушек, гром «сотрясал небо», но «электрический указатель» ничего не показывал ("искусством произведенный гром электрической силы не показывает").

Выводы М. В. Ломоносова послужили одной из основ впервые разработанной им теории атмосферного электричества. На публичном собрании Академии наук в сентябре 1753 г. Рихман, — писал Ломоносов, — «будет предлагать опыты..., а я — теорию и пользу от оной происходящую...».

Как известно, 25 июня 1753 г., во время грозы Г. В. Рихман, приблизившись к «электрическому указателю», был убит ударом в лоб «бледно-синеватым огненным шаром».

Трагическая смерть ученого послужила поводом для нападок со стороны духовенства и реакционных кругов на ученых, стремившихся проникнуть в тайны природы. Опыты Ломоносова и Рихма-на называли кощунственными и требовали их прекратить, подчеркивая, что смерть Рихмана — это «наказание господне за вторжение в область божью».

Но огромный научный авторитет Ломоносова и поддержка прогрессивных отечественных ученых позволили ему доказать недопустимость нанесения ущерба «славе и престижу» России, и в ноябре 1753 г. он выступил со своим знаменитым докладом «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих, предложенное от Михайла Ломоносова». В этом докладе — который, отметим, был произнесен на русском языке, впервые была изложена разработанная им строго научная материалистическая теория атмосферного электричества, которая — по утверждению современных специалистов, в своей принципиальной основе вполне соответствует современному представлению об этих явлениях Кстати, Ломоносов подчеркивал, что он в своей теории «Франклину ничем не обязан», все у него «собственное и новое».

По утверждению Ломоносова атмосферное электричество возникает в результате трения пылинок и других взвешенных частичек воздуха с капельками воды, происходящего при вертикальны: перемещениях воздушных потоков. Он указывал, что существуют вертикальные восходящие и нисходящие потоки воздуха, которые «не только гремящей на воздухе электрической силы, но и многих других явлений в атмосфере и вне оной суть источник и начало».

Процесс электризации Ломоносов объяснял так: поток теплого воздуха, устремляющийся вверх (восходящий поток), увлекает за собой различные «жирные и горючие пары» и другие примеси, на холящиеся в воздухе. Частицы этих паров Ломоносов называл «шаричками». Эти «шарички», по его мнению, имеют свойству близкие к свойствам твердого тела, и не могут поэтому смени ваться с частичками воды (капли дождя), встречающимися на и пути. В результате трения между «шаричками» и капельками воды возникают электрические заряды как на тех, так и на других. Ломоносов писал: ... «жирные шарички горючих паров, которы ради разной природы с водяными слиться не могут, и ради безмерной малости к свойствам твердого тела подходят, скорым ветреным движением сражаются, трутся, электрическую силу рождаю которая,распространяясь по облаку, весь оный занимает».

В разработке этой теории Ломоносов ближе, чем кто-либо из его предшественников, подошел к современным теориям грозы.

Особенного внимания заслуживают взгляды Ломоносова на природу статического электричества. Ломоносова не удовлетворяют многочисленные теории электричества, разработанные зарубежными исследователями, так как в большинстве из них, как о подчеркивал, «некоторые  составлению электрической теории самые нужнейшие вещи не довольно наблюдены были». Ломоносов явился инициатором объявления Академий наук конкурса на тему «Сыскать подлинную электрической силы причину и составить точную ее теорию».


Свои воззрения на явления электричества Ломоносов сформулировал в 1756 г. в неопубликованном и сохранившемся лишь в виде тезисов труде «Теория электричества, разработанная математическим путем». В отличие от большинства своих современнике Ломоносов полностью отрицает существование особой электрической материи и рассматривает электричество как форму движения эфира. В его труде нет ни слова о различных субстанциях, с помощью которых многие ученые того времени пытались объяснить электрические явления. «Электрическая сила есть действие, вызванное легким трением... оно состоит в силах отталкивательных и притягательных, а также в произведении света и огня», пишет Ломоносов в своем труде.

«Эфирная» теория электричества, разработанная Ломоносовым, была передовой для своего времени. Она являлась новым шагом к материалистическому объяснению явлений природы. Эфирная теория получила дальнейшее развитие в трудах Эйлера, а позднее, в XIX в., ее придерживались Фарадей и другие крупнейшие ученые, Фарадей, например, считал электричество движением некоей, заполняющей все пространство, пронизывающей все тела упругой среды.

Северные сияния, по мнению Ломоносова, также имеют электрическую природу. Он рассматривал их как свечение, вызываемое электрическими зарядами в верхних слоях атмосферы. «... Весьма вероятно, — писал Ломоносов в своем "Слове о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих", что северные сияния рождаются от происшедшей на воздухе электрической силы».

М. В. Ломоносовым были проделаны интересные опыты со свечением разряженного воздуха в стеклянном наэлектризованном шаре — это свечение он сравнивал с северным сиянием: «Возбужденная электрическая сила в шаре, из которого воздух вытянут, внезапные лучи испускает». Опыты Ломоносова по воспроизведению северных сияний на моделях были повторены только спустя 175 лет. Наблюдавшееся Ломоносовым свечение было по существу явлением электрического разряда в разреженном воздухе.
В поисках более безопасных методов измерения «электрической громовой силы» Ломоносов разработал своеобразный автоматический регистратор максимальной вели чины грозового разряда (рис. 2.6 ) После удара молнии по прибор; «сему увидеть можно коль велик; была самая большая громовая си ла». Основываясь на многочислен ных опытах, Ломоносов пришел выводу о целесообразности широкого применения громоотводов. Он писал: «Такие стрелы на местах от обращения человеческого по мере удаленных, ставить за небесполезное дело почитаю, дабы ударяющая молния больше на них, нежели на головах челове ческих и на храминах, силы свои изнуряла».

В отличие от Франклина Ломоносов правильно указал на решающую роль заземления в устройстве громоотвода.

Весьма оригинальные представления о сущности электрически: явлений были высказаны в уже упоминавшемся фундаментально» труде русского ученого А. Т. Болотова. Он в частности, писал «...но а том сумневаться не можно, что она ("электрическая материя" авт.) по примеру других состоит из частичек (выделено Болотовым) и что частичкам сим надобно быть чрезвычайной и непостижимой для нас мализны, причем эти частички способны к движению, которое происходит с «непостижимой скоростью». За тем Болотов задает вопрос: «А какой они — эти частички — фигуры, то есть формы?» И отвечает, что по их действию и способности к быстрому передвижению «... догадываться только можем, что надлежит им быть только круглыми». Примечательно, что в этом произведении мы не находим стандартных упоминаний об электрической жидкости — ведь с этого начинали изложение сути электрических явлений почти все физики того времени.Отметим кстати, что Болотов подчеркивает, что одна и та же электрическая материя есть повсюду и в атмосфере, и в недрах земли, и во всех телах, но не возле она находится в равных количествах и поэтому по-разному себя проявляет.

Большой вклад в изучение электрических явлений, в особенностью атмосферного электричества, был сделан известным американским ученым и общественным деятелем Бенджамином Фраклином (1706—1790 гг.). Им были произведены (1747—1752 гг.) многочисленные опыты по улавливанию и изучению атмосферного электричества, усовершенствован молниеотвод, разработана так называемая «унитарная» теория электричества (1747 г.)

Франклин высказал правильные предположения о материальном характере электричества, считая, что оно представляет собой элемент, состоящий из «частиц, чрезвычайно тонких». Ему удалось подойти к представлению об «электризации через влияние», т.е. к явлению электростатической индукции. Он впервые (1749) экспериментально доказал электрическую природу молнии и всё тождество с уже известными свойствами «электрической жидкости». Знаменитый опыт Франклина с воздушным ("электрическим") змеем убедительно показал возможность «извлечения» электричества из облаков, которым он заряжал лейденскую банку подобно тому, как это осуществлялось посредством электростатической машины. Предполагается, что им впервые были введены такие термины, как «батарея», «заряд», «разряд», а также он первым соорудил батарею из лейденских банок.

Вот некоторые подробности из истории громоотвода. Франклин рассуждал о заостренных, устремленных к небу проводниках, еще не имея возможности провести эксперимент. Его письма к английскому ученому Коллинсону, будучи прочитанными в Лондонском королевском обществе, вызвали насмешки и небыли опубликованы. В 1752 г. книга Франклина была опубликована во Франции, и переводчик книги Далибар реализовал проект Франклина, установив в своем загородном поместье вертикальный прут. Вслед за тем такие «громоотводы» были установлены в Марли близ Версаля и близ Парижа. Но вот что интересно: все эти стержни опирались на изоляторы и не были заземлены. Это обстоятельство позволило 10 марта 1752 г. во время грозы в Марли наблюдать разряды между железным стержнем и землей. В июне 1752 г. Франклин провел, наконец, вблизи Филадельфии свой знаменитый опыт со змеем, запущенным под облака. Намокнувший шнур, на котором удерживался змей, стал проводником, и Франклин экспериментально подтвердил свои гипотезы об атмосферном электричестве, громоотводе и единстве природы атмосферного ("естественного") и искусственного электричества, зарядив лейденскую банку.    

Надо сказать, что идея громоотвода с очень большим трудом пробивала себе дорогу в быт городов главным образом из-за религиозных опасений "вмешательства в небесные дела". История сохранила свидетельство о том, как в 1783 г. один из жителей С.-Омера (Франция) установил на своем доме громоотвод и тем вызвал волнение среди жителей города. Только решением суда удалось сохранить громоотвод: судебный процесс между муниципальными властями и домовладельцем получил большую огласку и положи начало карьере блестящего адвоката, ставшего известным всей Франции. Вскоре о нем узнал весь мир: имя адвоката было Робеспьер.

Среди ученых, занимавшихся изучением электрических явле ний, следует отметить чешского естествоиспытателя Прокопа Дивиша (1698—1765). Он соорудил большую электростатическую машину, предложил несколько типов молниеотводов, изучал влияние электрических разрядов на рост посевов различных культур.



Решебник и ГДЗ http://megabotan.me/gdz-3-klass/russkij-jazik/ - русский язык 3 класс.