Основний закон електростатики. Історія та суть наукового відкриття

ВАЖЛИВІ НАУКОВІ ВІДКРИТТЯ
Безкоштовна бібліотека / Довідник / Найважливіші наукові відкриття

Основний закон електростатики. Історія та суть наукового відкриття

Найважливіші наукові відкриття

Довідник / Найважливіші наукові відкриття

Електричні явища поступово втрачали свій первісний характер окремих розрізнених кумедних явищ природи та поступово утворювали певну єдність, яку існуючі теорії намагалися охопити кількома основними принципами. Настав час переходу від якісних досліджень до кількісних.

Такий напрям досліджень чітко виражений у роботі 1859 петербурзького академіка Ф. Епінуса (1724-1802).

Епінус в основу свого математичного розгляду кладе такі принципи: кожне тіло має у своєму природному стані цілком певну кількість електрики. Частинки електричного флюїду взаємно відштовхуються та притягуються до звичайної матерії. Електричні ефекти виявляються, коли кількість електричного флюїду в тілі більша або менша за ту, яка повинна бути в природному стані.

Епінус робить припущення: "...визначити ці функціональні залежності я поки що не наважуюсь. Втім, якби знадобилося зробити вибір між різними функціями, то я охоче стверджував би, що ці величини змінюються обернено пропорційно квадратам відстаней. Це можна припустити з деякою правдоподібністю". , Бо на користь такої залежності, очевидно, каже аналогія коїться з іншими явищами природи " . Дорогою Епінуса пішов Генрі Кавендіш (1731-1810), який у своїй статті від 1771 приймає гіпотези Епінуса з однією зміною: тяжіння двох електричних зарядів вважається назад пропорційним деякою мірою відстані, поки не уточнюється.

Кавендиш з допомогою математичних міркувань робить висновок: якщо сила взаємодії електричних зарядів підпорядковується закону зворотних квадратів, то " майже весь " електричний заряд зосереджений самій поверхні провідника. Тим самим намічається непрямий шлях встановлення закону взаємодії зарядів.

Головна труднощі встановлення "закону електричної сили" полягала в тому, щоб знайти експериментальну ситуацію, в якій пондеромоторні сили збігалися б із силами, що діють між елементарними зарядами.

Можливо, правильний підхід до цієї проблеми було знайдено насамперед англійським натуралістом Дж. Робайсоном (1739–1805).

Експериментальний метод, використаний Робайсоном, ґрунтувався на ідеї про те, що взаємодіючі заряди можна вважати точковими, коли розміри сфер, на яких вони локалізовані, набагато менші за відстань між центрами сфер.

Установку, за допомогою якої англієць проводив виміри, описано в його фундаментальній праці "Система механічної філософії". Твір видано вже після його смерті, 1822 року.

Враховуючи похибки вимірювань, Робайсон зробив висновок:

"Дія між сферами точно пропорційно зворотному квадрату відстані між їх центрами".

Проте основний закон електростатики не має імені Робайсона. Справа в тому, що про отримані результати вчений повідомив лише 1801 року, а докладно описав ще пізніше. У той час вже повсюдне поширення набули праці французького вченого Кулона.

Шарль Огюстен Кулон (1736-1806) народився в Ангулемі на південному заході Франції. Після народження Шарля родина переїхала до Парижа.

Спочатку хлопчик відвідував Колеж чотирьох націй, відомий також як Колеж Мазаріні. Незабаром батько збанкрутував і поїхав від родини в Монпельє, на південь Франції. Конфлікт між матір'ю та сином призвів до того, що Шарль залишив столицю та переїхав до батька.

У лютому 1757 року на засіданні Королівського наукового товариства Монпельє молодий аматор математики прочитав свою першу наукову працю "Геометричний нарис середньопропорційних кривих". Надалі Кулон брав активну участь у роботі суспільства та представив ще п'ять мемуарів – два з математики та три з астрономії.

У лютому 1760 року Шарль вступив до Мезьєрської школи військових інженерів. У листопаді наступного року Шарль закінчив Школу та отримав призначення у великий порт на західному узбережжі Франції Брест. Потім він потрапив на Мартініка. За вісім років, проведених там, він кілька разів серйозно хворів, але щоразу повертався до виконання своїх службових обов'язків. Хвороби ці не пройшли безвісти. Після повернення до Франції Кулон вже не міг вважатися цілком здоровою людиною.

Незважаючи на всі ці труднощі, Кулон дуже добре справлявся зі своїми обов'язками. Його успіхи у справі будівництва форту на Монт-Гарньє були відзначені підвищенням у чині: у березні 1770 року він отримав чин капітана - на ті часи це можна було розглядати як дуже швидке просування по службі. Незабаром Кулон знову серйозно захворів і нарешті подав рапорт із проханням про переведення до Франції.

Після повернення на батьківщину Кулон отримав призначення до Бушену. Тут він завершує дослідження, розпочате ще під час служби у Вест-Індії. Багато ідей, сформульовані ним у першій науковій роботі, досі розглядаються фахівцями з опору матеріалів як основоположні.

У 1774 Кулона переводять у великий порт Шербур, де він і служив до 1777 року. Там Кулон займався ремонтом низки фортифікаційних споруд. Ця робота залишала досить багато часу на дозвілля, і молодий вчений продовжив свої наукові дослідження. Основною темою, якою цікавився тим часом Кулон, була розробка оптимального методу виготовлення магнітних стрілок для точних вимірів магнітного поля Землі. Ця тема була поставлена на конкурсі, оголошеному Паризькою академією наук.

Переможцями конкурсу 1777 року було оголошено відразу двоє - шведський вчений ван Швінден, що вже висував роботу на конкурс, та Кулон. Однак для історії науки найбільший інтерес представляє не глава мемуару Кулона, присвячена магнітним стрілкам, а наступний розділ, де аналізуються механічні властивості ниток, на яких стрілки підвішують. Вчений провів цикл експериментів і встановив загальний порядок залежності моменту сили деформації кручення від кута закручування нитки та її параметрів: довжини і діаметра.

Мала пружність шовкових ниток і волосся по відношенню до кручення дозволяла знехтувати пружних сил, що виникають, і вважати, що магнітна стрілка в точності слідує за варіаціями відмінювання. Ця обставина і послужило Кулона поштовхом до вивчення кручення металевих ниток циліндричної форми. Результати його дослідів були узагальнені у роботі "Теоретичні та експериментальні дослідження сили кручення та пружності металевих дротів", закінченої в 1784 році.

Дослідження кручення тонких металевих ниток, виконане Кулоном для конкурсу 1777 року, мало важливе практичне наслідок - створення ваги. Цей прилад міг використовуватися для вимірювання малих сил різної природи, причому забезпечував чутливість, безпрецедентну для XVIII століття.

Розробивши найточніший фізичний прилад, Кулон почав шукати йому гідне застосування. Вчений починає роботу над проблемами електрики та магнетизму.

Найважливішим результатом, отриманим Кулоном у галузі електрики, було встановлення основного закону електростатики – закону взаємодії нерухомих точкових зарядів. Вчений так формулює фундаментальний закон електрики:

"Сила відштовхування двох маленьких кульок, наелектризованих електрикою однієї природи, обернено пропорційна квадрату відстані між центрами кульок".

Кулон почав із вимірювання залежності сили відштовхування однойменних зарядів від відстані та провів численні експерименти. Вчений наводить результати трьох вимірів, за яких відстані між зарядами відносилися як 36:18:172, а відповідні сили відштовхування - як 36:144:5751, тобто сили майже точно пропорційні квадратам відстаней. Насправді експериментальні дані дещо відрізняються від теоретичного закону. Кулон вважає основними причинами розбіжності, крім прийнятих під час розрахунку деяких спрощень, витік електрики під час досвіду.

Більш важким виявилося завдання вимірювання сили тяжіння, оскільки дуже складно перешкодити рухомій кульці терезів увійти в зіткнення з іншим зарядом протилежного знака. І все-таки Кулону досить часто вдавалося домогтися рівноваги між силою тяжіння двох кульок і силою дії закрученої нитки, що протидіє їй. Отримані експериментальні дані вказували, що сила тяжіння також підпорядковується закону зворотних квадратів.

Але й цими результатами Кулон не задовольнився. "Для підтвердження цього закону, який, як він передчував, відіграє фундаментальну роль у вченні про електрику, - пише М. Льоцці, - Кулон вдався до нового оригінального методу вимірювання малих сил, застосованого вже раніше для вимірювання магнітної сили сталевого вістря. Цей метод виявився вельми ефективним і відомий зараз як "метод коливань" Він заснований на тому факті, що, подібно до того як частота коливань маятника залежить від величини сили тяжіння в даному місці, так само і частота коливань наелектризованої стрілки, що коливається в горизонтальній площині, залежить від інтенсивності діючої на неї електричної сили, так що за кількістю коливань в секунду можна знайти цю силу.Для здійснення цього задуму Кулон змусив коливатися ізолюючий стрижень, забезпечений на кінці маленької вертикальної зарядженої пластинкою і знаходиться перед ізольованою металевою кулею, зарядженим протилежно заряду пластинки що один з його горизонтальних діаметр ов проходить через центр платівки, коли вона знаходиться в рівновазі. Цим шляхом також повністю підтверджено закон зворотних квадратів".

Таким чином Кулон заклав основи електростатики. Їм отримали експериментальні результати, мають як фундаментальне, і прикладне значення. Для історії фізики його експерименти з крутильними вагами мали найважливіше значення ще й тому, що вони дали до рук фізиків метод визначення одиниці електричного заряду через величини, що використовувалися в механіці: силу та відстань, що дозволило проводити кількісні дослідження електричних явищ.

Автор: Самін Д.К.

Рекомендуємо цікаві статті розділу Найважливіші наукові відкриття:

▪ Інтерференція

▪ Основні початки геології

▪ Фізіологія вищої нервової діяльності

Дивіться інші статті розділу Найважливіші наукові відкриття.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Найвища автономна овочева ферма 07.12.2023

У південно-західній провінції Китаю Сичуань введено в експлуатацію унікальну сільськогосподарську споруду – найвищу у світі безпілотну вертикальну ферму.

Запуск найвищої безпілотної вертикальної ферми в Китаї не лише наголошує на прагненні технологічних інновацій у сільському господарстві, а й відображає важливість забезпечення продовольчої безпеки в умовах глобальних викликів. Ефективність таких агротехнологічних рішень стає ключовим елементом забезпечення стабільного постачання їжі в майбутньому.

Ця інноваційна ініціатива спрямована на забезпечення продовольчої самодостатності для 1,4 мільярда китайців і стає актуальною в умовах геополітичних напруженостей, які можуть торкнутися імпорту та ланцюга поставок.

Вертикальні ферми, що успішно застосовуються в Японії, Сінгапурі та Сполучених Штатах, є ефективними агротехнологічними системами, що забезпечують цілорічний виробництво продуктів у багатоповерхових спорудах. Вони можуть успішно функціонувати в різних умовах, від міських територій до пустель, забезпечуючи стабільне постачання їжі в областях, де традиційне землеробство є неефективним.

Інші цікаві новини:

▪ Віруси схожі на людей

▪ IGBT-модулі для трирівневих інверторів UPS

▪ Нова електроніка витримає радіацію та нагрівання

▪ Принцип пристрою камери – око комахи

▪ Світлодіодне табло попередить водія про появу пішохода

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Регулятори тембру, гучності. Добірка статей

▪ стаття Три доби крокувати, три доби не спати заради кількох рядків у газеті. Крилатий вислів

▪ стаття Який спортсмен-інвалід виграв Олімпіаду у здорових атлетів? Детальна відповідь

▪ стаття Начальник вузла зв'язку. Посадова інструкція

▪ стаття Частотомір як генератор фіксованих частот. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Незвичайна фотографія. Хімічний досвід

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт