Реферат: Ампер - заснавальнік сучаснай электрадынамікі

У 1629 году НикалаКабео апублікаваў працу пра магнітную філасофію, у якой упершыню указаў на існаванне электрычных адштурхванняў. Кабео, як іГільберт, выказваў думку пра “сферу дзеяння” магніта, якая абмяжоўваецца некаторай прасторай вакол цела. Так яшчэ невыразна з’яўляласяўяўленне пра магнітнае поле. Гэта думка з большай пэўнасцю была выказана Кеплерам, які прыйшоў да паняцця “лініідзеяння”, якія складаюць у сваёй сукупнасці “сферу дзеяння” вакол кожнага з палюсоў.

Тады з'явы электрычнасці і магнетызму тлумачыліся дзеяннем нябачнай найтонкай вадкасці – эфіру. У 1644 году Дэкарт апублікаваў сваю вядомую працу “Прынцыпы філасофіі”, дзе было нададзена месца пытанняммагнетызму і электрычнасці. Па Дэкарце, вакол кожнага магніта існуенайтонкае рэчыва, якое складаецца з нябачных віхраў.

Меркаванне Гільберта пра карэннае адрозненне паміж электрычнасцю і магнетызмамтрывала ўтрымлівалася ў навуцы больш чым паўтарастагоддзя.

Эпинус, які займаўся даследаваннем электрычнасці і магнетызму, прымусіў навукоўцаў звярнуцца да пытання пра падабенства гэтых дзвюх з'яў. Ён таксамапаклаў пачатак новаму этапу ў гісторыі тэарэтычных даследаванняў у дадзенайвобласці, – ён звярнуўся да разліковых метадаў даследавання.

На новым этапе развіцця тэорый электрычнасці і магнетызму, адкрытым працамі Эпинуса, асоба важнымі былі працы Кевендыша і Кулона. Кевендыш усваёй працы 1771 гада разгледзеў розныя законы электрычных дзеянняў з пункту гледжання зваротнай іх прапарцыйнасці адлегласці. Ён уводзіць паняцце пра ступень наэлектрызаванасці правадніка (гэта значыць ёмістасці) і пра ўраўнаванне гэтай ступені ў двух наэлектрызаваных цел, злучаных паміж сабой правадніком. Гэта першае колькаснае ўдакладненне пра роўнасць патэнцыялаў.

У 1785 году Кулон правёў свае знакамітыя даследаванні колькасных характарыстык узаемадзеяння паміж магнітнымі палюсамі, з аднаго боку, і паміж электрычнымі зарадамі – з іншага. Акрамя таго, ён увёў паняцце прамагнітны момант і прыпісаў гэтыя моманты матэрыяльным часціцам.

Вось прыкладна сукупнасць тых уяўленняў, якія маглі стварыцца ў Ампера да 1800 гада, калі ўпершыню быў атрыманы электрычны ток, і пачаліся даследаванні з'яў гальванізму.

Новая эпоха ў вобласці электрычнасці і магнетызму пачалася на мяжы 18 і 19 стагоддзяў, калі Аляксандра Вольта апублікаваў паведамленне пра спосабвырабляць бесперапынны электрычны ток. Услед за гэтым даволі хутка пагістарычных мерках былі адкрыты разнастайныя дзеянні гальванічнайэлектрычнасці, гэта значыць электрычнага пастаяннагатоку; у прыватнасціздольнасць току раскладаць ваду і хімічныя злучэнні, вырабляць цеплавыя дзеянні, награваючы праваднік і шматлікае іншае.

Гістарычнае адкрыццё, гэтак важнае для наступнага развіцця навукі пра электрычнасць і магнетызм якое атрымала назву электрамагнетызму, адбылося ў 1820 годзе. Яно прыналежала Эрстэду, якіупершыню заўважыў дзеянне правадніка з токам на магнітную стрэлку компаса.

Электрадынаміка Ампера

Да 1820 года Ампер звяртаўся да вывучэння электрычнасці толькі выпадкова.

Аднак з моманту, калі з'явіліся першыя звесткі пра адкрыццё Эрстэдам дзеянняў току на магніт, і да канца 1826 годаАмпер вывучаў з'явы электрамагнетызму настойліва і мэтанакіравана. Ампер сам заяўляў, што галоўны штуршок яго даследаванням у вобласці электрадынамікі дало адкрыццёЭрстэда. Да адкрыцця Амперам механічных узаемадзеянняў паміж праваднікамі,па якіх працякае электрычны ток, навукоўца прывялі лагічныя перадумовы: дваправаднікі, на якія дзейнічае магнітная стрэлка і кожны з якіх усваю чаргу па закону дзеяння і процідзеяння дзейнічае на яе, павіннынейкім чынам дзейнічаць і адзін на аднаго. Матэматычныя ж ведыдапамаглі яму выявіць, якім чынам узаемадзеянне токаў залежыць ад іхразмяшчэння і формы.

У пратаколе Акадэміі навук ад 18 верасня 1820 года, праз тыдзень пасля таго, як Амперу стала вядома пра досведы Эрстэда, былі запісаны наступныясловы Ампера: “Я звёў з'явы, якія назіраліся Эрстэдам, да двух агульных фактаў.

Я паказаў, што ток, які знаходзіцца ў слупе, дзейнічае на магнітную стрэлку, як і ток у злучальным дроце. Я апісаў досведы, пасродкам якіх канстатаваў прыцягненне ці адштурхванне ўсёй магнітнай стрэлкі злучальным провадам. Я апісаў прыборы, якія я намерваюся пабудаваць, і, сярод іншых, гальванічныя спіралі і завіткі. Я выказаў тую думку, што гэтыя апошнія павінны вырабляць ва ўсіх выпадках такі ж эфект, як магніты.

Праходзіць яшчэ тыдзень. На паседжанні 25 верасня 2001 годаАмпер ізноўвыступае з паведамленнем, у якімён развівае раней выкладзеныя меркаванні. Пратакольны запіс Акадэміі навук абвяшчае: ”Я надаў вялікае развіццё гэтай тэорыі і апавясціў пра новы факт прыцягнення і адштурхвання двух электрычных токаў без удзелу якога-небудзь магніта, а таксама пра факт,які я назіраў са спіралепадобнымі праваднікамі. Я паўтарыў гэтыя досведыпадчас гэтага паседжання.”

Затым выступы Ампера ў Акадэміі навук вынікалі адно за іншым. Гэта быўу жыцці Ампера час, калі ён увесь быў паглынуты досведамі і распрацоўкайтэорыі.

Працы Ампера, якія адносяцца да электрадынамікі, развіваліся лагічна і прайшлі праз некалькі этапаў, быўшы цесна паміж сабой звязанымі.

Пачатковыя яго даследаванні ў гэтай вобласці дакраналіся высвятленнядзеянняўэлектрычнага ланцуга, па якім праходзіць ток, на іншы ланцуг і ацэньваліз'яву толькі якасна. Ампер быў першым, хто выявіў дзеянне току наток, ён быў першым, хто паставіў досведы для высвятлення гэтага.

Раннія працы Ампера па электрадынаміцы дазваляюць меркаваць, што яго пачатковыя ўяўленні пра электрычнасць зводзілася да “макраскапічных” токаў: часціцы ў стрыжні сталёвага магніта дзейнічалі як пары, што складаюць вольтаў слуп, і, такім чынам, вакол стрыжня апыняўся саленоідападобны электрычны ток. Думка пра малекулярныя электрычныя токі ў яго паўстала пазней.

Зыходным матэрыялам для Ампера служылі досведы і назіранні.

Эксперыментуючы, ён карыстаўся разнастайнымі прыёмамі і апаратурай, пачынальна з простых камбінацый праваднікоў ці магнітаў і канчаючы пабудовайдаволі складаных прыбораў. Вынікі досведаў і назіранняў служылі для ягопадставай для тлумачэння характарыстак ці ўласцівасцяў з'яў, стварэння тэорыі і ўказання магчымых практычных высноў. Затым Ампер матэматычнаабгрунтоўваў выказаную ім тэорыю; гэта часам патрабавала адмысловыхматэматычных метадаў, чым Амперу і даводзілася адначасна займацца. Увыніку Ампер стварыў трывалую падставу для новага раздзелуфізікі, названагаім электрадынамікай.

Асноўныя ідэі электрадынамікі Ампера такія.

Па-першае, узаемадзеянніэлектрычных токаў. Тут робіцца спробаразмежаваць дзве характарыстыкістанаў, назіраемых у электрычным ланцугу, і даць ім вызначэнне: гэта –электрычная напруга і электрычны ток. Ампер упершыню ўводзіць паняцце“электрычны ток”, і ўслед за гэтым паняцце “кірунак электрычнагатоку”. Для канстатавання наяўнасці току і для вызначэння яго кірунку і“энергіі” Ампер прапануе карыстацца прыборам, якому ён даў назвугальванометра. Такім чынам, Амперу прыналежыць ідэя стварэння такогавымяральнага прыбора, які мог бы служыць для вымярэння сілы току.

Ампер лічыў патрэбным унесці таксама ўдакладненне ў назвупалюсоў магніта. Ён назваў паўднёвым полюсам магнітнай стрэлкі той, які звернуты напоўнач, а паўночным той, які накіраваны на поўдзень.

Ампер выразна паказвае на адрозненне паміж узаемадзеяннем зарадаў і ўзаемадзеяннем токаў: узаемадзеянне токаў, спыняецца з разрывам ланцуга; у электрастатыцы прыцягненне выяўляецца пры ўзаемадзеянні рознаіменных электрычнасцей, адштурхванне– пры аднайменных; пры ўзаемадзеянні токаў карціна зваротная: токі аднаго кірунку прыцягваюцца, а розных знакаў – адштурхваюцца. Акрамя таго, ён выявіў, што прыцягненне і адштурхванне токаў у вакууме адбываецца гэтак жа, як упаветры.

Пяройдучы да даследавання ўзаемадзеянняў паміж токам і магнітам, а таксамапаміж двума магнітамі, Ампер прыходзіць да высновы пра тое, што магнітныя з'явывыклікаюцца вылучна электрычнасцю. Засноўваючыся на гэтай сваёй ідэі, ёнвыказвае думку пра тоеснасць прыроднага магніта і контуру з токам,названага ім саленоідам, гэта значыць замкнёны ток павінен лічыццэквівалентным элементарнаму магніту, які можна сабе прадставіць у выглядзе“магнітнага лістка” – бясконца тонкай пласціны магнітнага матэрыялу.

Ампер фармулюе наступную тэарэму: колькізаўгодна малы замкнёны токдзейнічае на любы магнітныполюс гэтак жа, як будзе дзейнічаць малы магніт, змешчаны на месцы току, які мае тую ж магнітную вось і той жа магнітны момант. Думка пра тоеснасць дзеяння магнітнага лістка і элементарнага кругавога току пацвердзілася матэматычна пасродкам тэарэмы Ампера пра пераўтварэнне падвойнага інтэграла па паверхні ў простыінтэграл па контуры.

Іншы параграф разгляданага мемуара прысвечаны арыентоўцы электрычных токаў пад дзеяннем зямнога шара. Ампер жадаў праверыць пасродкам электрычных токаў ужо добра вядомы эфект: як дзеянне зямнога поля ўплывае на скланенне і лад магнітнай стрэлкі. Досведы пацвердзілі, што Зямля ёсць вялікі магніт, які мае свае палюсы, здольны дзейнічаць на іншы магніт і на токі. Пацвердзілася меркаванне Ампера пракірунак зямных электрычных токаў, і ўсё апынулася ў поўнай згодзе з Амперавай тэорыяй магнетызму.

Ампер таксама стаў аўтарам метадаў вымярэння электрадынамічных дзеянняў і адпаведных прыбораў, якія не страцілі свайго значэння і ў наш час.

Велізарная праца Ампера над “Тэорыяй” працякала ў вельмі цяжкіх умовах. “Я прымушаны не спаць глыбокай ноччу…Быўшы нагружаны чытаннем двух курсаў лекцый, я тым не менш не жадаю цалкам закінуць мае працы аб вальтаічныхправадніках і магнітах. Я размяшчаю лічанымі хвілінамі”,- паведамляе ён у адным з лістоў. Лекцыі Ампера па вышэйшай матэматыцы карысталіся шырокай вядомасцю і прыцягвалі шматлікіх слухачоў.

Іншыя працы Ампера