Факты побуждают к размышлениям

В истории науки не раз происходило так, что разрозненные и, казалось бы, ничего не имеющие общего явления вдруг объединялись в одно целое. И это служило основой для нового революционного скачка в научном познании мира. Одним из таких примеров является история познания электрических и магнитных явлений, которые людьми наблюдались в течение тысячелетий, но никто даже не подозревал, что это всего лишь две стороны одного из секретов природы. И чтобы люди это поняли, нужно было накопить достаточное количество их проявлений в самых различных условиях. Эти явления должны проявиться в самых разных обличьях, а любознательные исследователи должны были это подметить и зафиксировать в преданиях, отчетах или научных трактатах. Критическими моментами созерцания и практического управления электрическими явлениями связаны между собой открытия и конструкции Отто фон Герике, Мушенбрука, Б.Франклина, М.Ломоносова, Л. Гальвани, А.Вольта. То же самое можно сказать о заслугах В.Гумбольдта и др. в части магнетизма. И хотя не раз природа подносила людям факты взаимного влияния электрических процессов и магнетизма (перемагничивание компаса после удара молнии и др.), люди еще не были готовы эту связь “узнать в лицо”, подметить и зафиксировать.

Критическая ситуация возникла в связи с получением второго рода электричества – непрерывного протекания электрических зарядов по проводнику, полученного вначале в элементах Гальвани, а затем – с помощью батарей Вольта. Человечество вынуждено было взглянуть на электрические явления по-новому. Раскрывались новые возможность для познания. Многое зависело, да и сейчас зависит, от сильных мира сего. Поэтому совершенно справедливо в историографии электротехники отмечаются заслуги Наполеона Бонапарта в создании именно тех условий, которые и требовались науке, чтобы она смогла, наконец, в электрических явлениях распознать признаки магнетизма и – наоборот.

В послереволюционной Франции наблюдался небывалый подъем научных исследований. Именно с легкой руки Наполеона во Франции ученые-исследователи сумели объединиться в невиданную ранее по плодовитости группу. В деревушке Аркюэль под Парижем собрались: Гей-Люсак, Гумбольдт, Араго, Бертоле, Лаплас и другие. Это общество назвали “Аркюэльским”, каждый из его членов оставил в науке неизгладимый след.

Наполеон посулил крупные суммы за важные исследования в области “вольтаического электричества”. За результаты на уровне исследований Франклина и Вольта сумма премии была повышена до 60 тыс. франков. Он призывал ученых, работающих в области электричества, к объединению. В комиссию по оценке результатов исследований вошли: Лаплас, Кулон, Био.

Успех не заставил долго ждать. Уже в 20-х годах ХIХ века были открыты “закон Био-Савара-Лапласа”, создан “диск Араго”, сформулировано “правило Ампера”.Амперу было шестнадцать, когда своими экспериментами и громоотводом прославился Франклин. Ему было двадцать пять, когда вышел труд Вольта о гальваническом электричестве. Все это привлекало внимание талантливого и пытливого юноши. Уже к двадцать семи годам в его голове стали возникать контуры новой науки – электродинамики. Считают, окончательно этот неожиданный успех (превращение контуров в науку) был подтвержден буквально в течение двух недель. Все началось с демонстрации удивительного эксперимента некоего датчанина Эрстеда (Ганс Христиан Эрстед), профессора химии столичного университета. В Аркюэле его знали и ранее, он там бывал и хорошо знал, чем занимаются члены общества. На него большое впечатление произвели опыты Вольта. Поэтому он был готов увидеть и оценить явление, послужившее толчком к созданию электродинамики.

15 февраля 1820 года. Профессор Г. Эрстед читает студентам лекцию, по ходу которой ему пришлось демонстрировать нагревание проволочки, по которой походит электрический ток. Один из студентов обратил внимание на то, что при прохождении тока по проводнику стрелка оказавшегося рядом компаса изменяла свое положение. Профессор мгновенно оценил открытие. Придя домой после лекции, Эрстед детально описал эффект. Четыре странички текста по латыни на три четверти содержали ошибочное толкование явления. Но главная ценность труда – описание самого опыта. Работа вышла в свет 21 июля 1820 года. Через несколько дней ее увидел Араго в Женеве. Араго повторяет опыт Эрстеда и на первом же заседании общества (уже – Академии) 4 сентября 1820 года выступает с докладом. Ампер был потрясен услышанным. Ведь он шел к этому 20 лет. Ему уже 45 лет. Уже через неделю он соорудил дома лабораторный стол. Здесь были и вольтов столб, и проводник, и компас. Оказывается, стрелка чувствует магнетизм не только возле проводника, но и возле самого вольтова столба, если цепь замкнута. Но стоит цепь разомкнуть, эффект исчезает. Следовательно, компас реагирует только на гальваническое электричество, то есть, только при наличии тока. Ампер первым произнес слова “сила тока”. Не удивительно поэтому, что именно “ампером” названа единица тока.

Уже 18 сентября Ампер решил выступить на заседании Академии. Вот его слова: “Я описал приборы, которые я намереваюсь построить, и среди прочих – гальванические спирали и завитки. Я высказал ту мысль, что эти последние должны производить во всех случаях такой же эффект, как магниты… я свел все эффекты к чисто электрическим эффектам”.

Только через неделю он продемонстрировал две спирали с током, которые взаимодействовали между собой, как два магнита. До конца 1820 года он провел множество опытов, сделал множество докладов. Ампер был уверен, что замкнутые токи эквивалентны магнитам. Поместив рядом два прямоугольных провода с током, Ампер установил, что они тоже взаимодействуют, как магниты. Но он еще обратил внимание, что эти две рамки притягиваются, если толки направлени одинаково, и отталкиваются, если токи имеют различное направление. Ампер создал прообраз электромагнита, обнаружив, что кусок железа, помещенный внутрь спирали с током, приобретает свойства магнита и многократно усиливает магнитное поле тока. Был сделан вывод, что движущиеся заряды создают вокруг себя магнитное поле, однако направление его действия зависит от направления движения зарядов (тока). Если компас поднести к проводу с током, то магнитная стрелка располагается перпендикулярно к проводу. Но если направление тока в проводнике поменять, то стрелка поворачивается на пол-оборота. Новая наука родилась. Электричество и магнетизм стали в представлении людей единым явлением природы. И это послужило мощным толчком для открытий в самых различных отраслях физической науки.

Ампер создал все предпосылки для того, чтобы наука об электричестве и магнетизме, как наблюдаемых человеком явлениях природы, переросла из фундаментальной науки в новую науку – прикладную, в науку под названием “Электротехника” - науку о практическом использовании электрических и магнитных явлений в интересах человека.

В мае 1831 года к плодотворным опытам по исследованию электромагнитных явлений приступил недавно избранный адъюнктом Петербургской академии наук Начало было положено изобретением и усовершенствованием измерительных приборов. Потребность в таких приборах стала особенно актуальной, поскольку на первый план была поставлена задача точных количественных и качественных исследований более понятных теперь электромагнитных явлений. До этого времени исследователи имели в своем распоряжении только три прибора: компас, позволяющий выявить магнитное поле и определить направление его действия, электрометр Рихмана-Ломоносова и крутильные весы Кулона. Не существовало единиц измерения и эталонов электрических и магнитных величин. Узнав об открытии Фарадеем закона электромагнитной индукции, а также проявив убежденность в справедливости открытого к этому времени закона Ома, Ленц решает установить количественные характеристики электромагнитных явлений. С этой целью он уже в 1832 году создает теорию баллистического гальванометра и строит первый прибор. Это был высокоточный прибор для измерения тока и напряжения. Его особенностью являлось то, что даже при прохождении короткого импульса угол отклонения стрелки был пропорционален количеству электричества. Современные гальванометры в основных чертах удивительно напоминают гальванометр Ленца. Прибор содержал постоянный магнит и железный якорь с обмоткой в виде рамки.