В первые два десятилетия XIX в. были получены также первые результаты в изучении тепловых и световых действий тока, а также результаты, относящиеся к законам постоянного тока

Развитие классической физики в XIX веке

 

РАЗВИТИЕ УЧЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЯВЛЕНИЯХ

1. Аналитические теории электростатики и магнитостатики.

В развитии аналитической теории электростатики и магнитостатики первые шаги были сделаны французским математиком и физиком Симеоном Дени Пуассоном (1781-1840). При разработке аналитической теории электростатики Пуассон исходил из представления о существовании двух электрических жидкостей, частицы которых взаимодействуют на расстоянии с силами, обратно пропорциональными квадратам расстояния, причем с силами отталкивания для одноименных частиц и силами притяжения для разноименных частиц.

Распределение плотности электрических зарядов на поверхности проводников определяет потенциальную функцию, получившую название силовой функции, которая должна удовлетворять уравнению, известному как уравнение Пуассона.

При разработке аналитической теории магнетизма Пуассон полностью разделял взгляды Кулона. Намагниченное тело он представлял себе как тело, состоящее из элементарных магнитиков – диполей. Вводя магнитный момент для диполя, а затем для единицы объема магнетика, Пуассон определяет потенциал магнитного поля в какой-либо точке пространства. Зная потенциал как функцию координат, можно найти слагающие напряженности магнитного поля.

Аналитическая теория равновесия электрических зарядов и магнитов была разработана независимо друг от друга английским математиком Джорджем Грином (1793-1841) и немецким математиком Карлом Гауссом (1777-1855).

Грин разработал общий метод аналитической теории электричества и магнетизма, в основу которого положил принцип, согласно которому электрические и магнитные силы могут быть определены через некоторую функцию координат, так что слагающие этих сил равны частным производным от этой функции, взятыми с обратным знаком. Грин дал этой функции название потенциальной. Он показал, что значение потенциала внутри любой поверхности или вне ее выражается через значение потенциальной функции и ее нормальной производной на этой поверхности. Таким образом, задача равновесного распределения электричества получила аналитическое решение в трудах Грина.

Аналитическая теория электростатики и магнитостатики была развита также в работах Гаусса, который изложил общую теорию потенциала.

Гаусс доказал теорему, связывающую величину потока напряженности поля сил тяготения или электрического поля с общей массой или зарядом, находящимся внутри поверхности, через которую берется поток. Эта теорема в настоящее время носит название теоремы Гаусса-Остроградского.

Аналитические теории электростатики и магнитостатики Пуассона, Грина, Гаусса основаны на континуалистской концепции электричества и магнетизма и представлениях теории дальнодействия.

 

2. Изучение законов электрического тока.

Следующий этап в развитии науки об электричестве связан с изучением движения электричества – электрическим током. В первой половине XIX в. началось изучение электрического тока и его действий. Был создан источник постоянного электрического тока — гальванический элемент, исследовались химические, тепловые, магнитные действия тока. Возникла и начала развиваться новая область учения об электричестве и магнетизме, названная одним из ее основоположников Ампером электродинамикой.

Открытие итальянским врачом Гальвани так называемого «гальванизма» привело к изобретению гальванического элемента, что сделало возможным исследования действий электрического тока.

Луиджи Гальвани (1737 — 1798) был профессором медицины в Болонье. Занимаясь физиологией и медициной, Гальвани заинтересовался физиологическим действием электрического тока и ролью электричества в деятельности живого организма. Гальвани наблюдал сокращения мышц препарированной лягушки при прикосновении к ним металлических предметов, когда вблизи проскакивали искры от кондуктора электрической машины или от лейденской банки.

Этот факт Гальвани рассматривал как открытие «животного» электричества, вырабатываемого организмом лягушки и являющегося одновременно «нервным флюидом».

Открытие Гальвани и его теория животного электричества, опубликованная им в 1791 г., вызвали большой интерес ученых. Среди них был и итальянский физик Алессандро Вольта (1745—1827). Проводя целый ряд исследований, он пришел к иному выводу, чем Гальвани. Экспериментируя с различными металлами, он заметил, что сокращение мышц лягушки определяется главным образом тем, какие употребляются металлы, и что однородные металлы или не вызывают, или почти не вызывают реакции. Отсюда Вольта заключил, что источником электричества являются не процессы, происходящие в организме лягушки: оно возникает в результате соединения разнородных металлов, лягушка же в данном случае играет роль только регистрирующего прибора. Вольта показал, что простое соприкосновение разнородных металлов приводит к их электризации, как будто электричество под действием какой-то силы перегоняется из одного металла в другой, в результате чего один металл заряжается положительно, а другой — отрицательно. Это было не что иное, как открытие контактной разности потенциалов у металлов (этот термин Вольта не употреблял).

Исследования Вольта гальванического электричества привели его к изобретению первого гальванического элемента, получившего название вольтова столба. В отличие от лейденской банки, действие столба непрерывно.

Таким образом, открытие гальванического элемента явилось важнейшим этапом в развитии учения об электричестве и магнетизме. С этого времени стало возможным исследование явлений, связанных с протеканием электрического тока.

Первые успехи в этом направлении были получены при исследовании химических действий тока ( Гроттгус, Дэви, Паррот).

Борьба между приверженцами контактной и химической теорий длилась довольно долгое время и закончилась окончательно победой химической теории вместе с установлением закона сохранения и превращения энергии.

В первые два десятилетия XIX в. были получены также первые результаты в изучении тепловых и световых действий тока, а также результаты, относящиеся к законам постоянного тока.

Петров получил результаты, относящиеся к законам постоянного тока, что позволяет считать Петрова предшественником Ома, установившего законы постоянного тока.