Шпаргалка по "Электротехнике"

В средние века были обнаружены новые магнитные  явления. Арабский средневековый ученый Джабир ибн Хайан (латинизированное имя Гебер) обнаружил явление старения магнитов. Он писал: «У меня был магнит, поднимавший 100 драхм железа. Я дал ему полежать некоторое время и поднес к нему другой кусок железа. Магнит его не поднял. В куске оказалось 80 драхм. Значит, сила магнита ослабла». (Драхма – старинная единица веса, составляющая в разное время и в разных странах 3–6 граммов).

С электрическими и магнитными явлениями связывались самые  невероятные фантазии и домыслы. Загадочная, таинственная сила магнита  породила множество мифов и легенд. Так, в средневековье о магните  «были известны» следующие факты:

– под хвостом Большой  Медведицы имеется магнитный  камень;

– приём магнита внутрь в малых дозах продлевает молодость;

– магнит открывает запоры и замки;

– днем магнит притягивает  сильнее, чем ночью;

– если потереть магнит чесноком или положить рядом с ним бриллианты, его сила исчезнет;

– если же помазать магнит кровью козла, его сила восстанавливается;

– магнит, хранимый в рассоле  из рыбы-прилипалы, обладает силой извлекать  золото, упавшее в самые глубокие колодцы;

– если положить магнит под  голову спящей женщины так, чтобы  она об этом не знала, он сбросит  с постели прелюбодейку;

– если держать магнит в  руке, он вылечит боли в ногах  и судороги;

– есть магниты, притягивающие  серебро, алмазы, стекло и даже «мясные» и «деревянные» магниты и т. п.

Разобраться в наблюдаемых  фактах, мифах и легендах, отделить зерна от плевел предстояло последующим  поколениям ученых на базе строгих  научных экспериментов.

 

4. происхождение слова  электричество. Первое практическое  применение магнитов

Происходит от нов.-лат. electricus от др.-греч. ἤλεκτρον «электр, блестящий металл; янтарь» (дальнейшая этимология неясна) Русск. эле́ктрик, электрический заимств. через нем. elektrisch или франц. électrique; электри́к — из франц.

Первое практическое применение магнит получил в Китае :и Индии еще  до нашей эры. Китайцами был создан первый компас; индийцы пользовались магнитом для извлечения железных наконечников стрел из тел раненых. В IV в. н. э. китайские морские суда пользовались компасом при плавании в Индию и в Африку. Через арабов компас попал в Европу. Самое ранее упоминание о применении в Европе магнитной стрелки относится к 1181 г. С XIII в. европейские мореплаватели начинают более широко пользоваться компасом.

 

5. начало экспериментальных  исследований электричества и  магнетизма

Значительный перелом  в представлениях об электрических  и магнитных явлениях наступил в  самом начале XVII в., когда вышел  в свет фундаментальный научный  труд видного английского ученого  Вильяма Гильберта (1554—1603 гг.) О магните, магнитных телах и о большом  магните — Земле» (1600 г.). Будучи последователем экспериментального метода в естествознании. В. Гильберт провел более 600 искусных опытов, открывших ему тайны «скрытых причин различных явлений».

В отличие от многих своих  предшественников Гильберт считал, что  причиной действия на магнитную стрелку  является магнетизм Земли, которая  является большим магнитом. Свои выводы он основывал на оригинальном эксперименте, впервые им осуществленным.

Он изготовил из магнитного железняка небольшой шар —  «маленькую Землю — тереллу» и доказал, что магнитная стрелка принимает у поверхности этой «тереллм» такие же положения, какие она принимает в поле земного магнетизма. Он установил возможность намагничивания железа посредством земного магнетизма.

Исследуя магнетизм, Гильберт занялся также и изучением  электрических явлений. Он доказал, что электрическими свойствами обладает не только янтарь, но и многие другие тела — алмаз, сера, смола, горный хрусталь, электризующиеся при их натирании. Эти тела он называл «электрическими», в соответствии с греческим названием  янтаря (электрон).

Но Гильберт безуспешно пытался  наэлектризовать металлы, не изолируя их. Поэтому он пришел к ошибочному выводу о невозможности электризации металлов трением. Это заключение Гильберта  было убедительно опровергнуто спустя два столетия выдающимся русским  электротехником академиком В. В. Петровым.

В. Гильберт правильно установил, что «степень электрической силы»  бывает различна, что влага снижает  интенсивность электризации тел  посредством натирания.

Сравнивая магнитные и  электрические явления, Гильберт утверждал, что они имеют разную природу: например, «электрическая сила» происходит только от трения, тогда как магнитная  — постоянно воздействует на железо, магнит поднимает тела значительной тяжести, электричество — только легкие тела. Этот ошибочный вывод  Гильберта продержался в науке  более 200 лет.

Пытаясь объяснить механизм воздействия магнита на железо, а  также способность наэлектризованных  тел притягивать другие легкие тела, Гильберт считал магнетизм как особую «силу одушевленного существа», а электрические явления, «истечениями»  тончайшей жидкости, которая вследствие трения «выливается из тела» и  непосредственно действует на другое притягиваемое тело.

Представления Гильберта  об электрическом «притяжении» было более правильным, чем у многих современных ему исследователей. По их утверждениям при трении из тела выделяется «тончайшая жидкость» которая  отталкивает воздух, прилегающий  к предмету: более отдаленные слои воздуха, окружающие тело, оказывают  сопротивление «истечениям» и возвращают их вместе с легкими телами обратно  к наэлектризованному телу.

В течение многих веков  магнитные явления объясняли  действием особой магнитной жидкости, и как это будет показано далее - фундаментальный труд Гильберта  выдержал в течение XVII в. несколько  изданий, он был настольной книгой многих естествоиспытателей в разных странах  Европы и сыграл огромную роль в  развитии учения об электричестве и  магнетизме.

 

6.первые шаги  в изучении электростатических  явлений. Первые теории электричества

Развитие экспериментальной науки  в XIII—XVI вв. способствовало расширению исследований в области электричества  и магнетизма. Первое научное сочинение  о магнитных и электрических  явлениях принадлежит английскому  ученому У. Гильберту, выпустившему в 1600 г. свой труд «О магните, магнитных  телах и о большом магните— Земле». Гильберт ввел в науку термин «электричество», Назвав «электрическими» тела, способные электризоваться.

Дальнейшее изучение электрических  явлений привело к созданию разнообразных  электростатических машин и птриборов. Среди них следует отметить: первую электростатическую машину (1650 г.), лейденскую банку (конденсатор) (1745 г.), электроизмерительный прибор Ломоносова, электрический указатель Г. В. Рихмана— первый прибор непосредственной оценки (1745 г.), крутильные весы Ш. О. Кулона1 (1785 г.,) —один из наиболее точные приборов своего времени.

К концу XVIII в. уже был установлен закон взаимодействия электрических  зарядов и магнитных полюсов (закон  Кулона), открыто явление электростатической индукции, доказан электрический  характер грозовых явлений в атмосфере, разработан ряд теорий электричества, обнаружено действие электричества  на живые организмы, сделаны попытки  установления связи между электрическими и магнитными явлениями. Наметился  переход от качественных наблюдений к установлению количественных связей и закономерностей.

Несмотря на значительный интерес  к изучению электрических явлений  и некоторые успехи в -этой области, достигнутые к концу XVIM в., они  в то-время не могли еще получить заметного практического применения. Это объясняется с одной стороны, тем, что запросы производства вполне удовлетворялись механической системой распределения энергии; с другой стороны, электростатические машины, Дававшие ничтожные количества электричества, не могли Служить в качестве источника  электрической энергии; кроме того, степень /познания законов природы, в частности закономерностей  электромагнитных явлений, была совершенно недостаточной для того, чтобы  эффективно использовать электроэнергию.

Первоначально были сделаны попытки  применить одно из замечательных  свойств электричества — способность  распространяться по проводнику с большой  скоростью. Были разработаны конструкции  электростатических телеграфов. Для 'передачи сигналов на расстояние. Однако такие  телеграфы успеха не имели вследствие значительных трудностей, связанных  с передачей и использованием электростатических зарядов. Из всех попыток  практического применения статического электричества наиболее удачными были; опыты использования его для  целей медицины. В многочисленных трудах конца XVIII—начала XIX вв. описывались  разнообразные электростатические машины и приборы, предназначенные  для электролечения. Эти работы имели  большое значение для расширения познаний, в области электричества, способствовали выявлению электроизоляционных  свойств некоторых материалов (стекло, сургуч, смола, хлопчатобумажные ткани, шелк), вызывали интерес к более  углубленному изучению электрических  явлений. Подобное же значение имело  и устройство молниеотводов, получивших большое распространение с середины XVIII в. благодаря главным образом  трудам В. Франклина в Америке, М. В. Ломоносова и Г. Рихмана в России, Прокопа Дивиша (Чехия) и др. Успехи в изучении электрических и магнитных явлений, достигнутые к концу XVIII в., явились базой для последующих, более глубоких исследований в этой области.

В середине XVIII в. появляются уже более  содержательные теории электрических  явлений. Эти теории можно разделить  на две основные группы.

Первая группа - это теории электрических  явлений, основанные на принципе дальнодействия.

Вторая группа - это теории, в  основу которых положен принцип  близкодействия.

Остановимся сначала на развитии теории дальнодействия, которая получила в XVIII в. почти всеобщее признание. Основоположниками  теории дальнодействия были Франклин и петербургский академик Эпинус.

Франклин еще в 40-х г. XVIII в. построил теорию электрических явлений. Он предположил, что существует особая электрическая  материя, представляющая собой некую  тонкую, невидимую жидкость. Частицы  этой материи обладают свойством  отталкиваться друг от друга и  притягиваться к частицам обычной  материи, т.е. к частицам вещества, по современным понятиям.

Электрическая материя присутствует в телах в определенных количествах, и в этом случае ее присутствие  не обнаруживается. Но если в теле появляется избыток этой материи, то тело электризуется  положительно; наоборот, если в теле будет недостаток этой материи, то тело электризуется отрицательно. Название "положительное и отрицательное  электричество", которое так и  осталось в науке, принадлежит Франклину.

Электрическая материя, по Франклину, состоит из особо тонких частиц, поэтому она может проходить  сквозь вещество. Особенно легко она  проходит через проводники.

Из теории Франклина следует  очень важное положение о сохранении электрического заряда. Действительно, для создания, например, отрицательного заряда на каком-либо теле нужно от него отнять некоторое количество электрической  жидкости, которая должна перейти  на другое тело и образовать там  положительный заряд такой же величины . После соединения этих тел  электрическая материя вновь  распределится между ними так, чтобы  эти тела стали электрически нейтральными.

Ломоносов был противником теории дальнодействия. Он считал, что тело не может действовать на другие мгновенно  через пустое или заполненное  чем-либо пространство.

Он полагал, что электрическое  взаимодействие передается от тела к  телу через особую среду, заполняющую  все пустое пространство, в частности  и пространство между частицами, из которых состоит "весомая материя", т.е. вещество.

Электрические явления, по Ломоносову, следует рассматривать как определенные микроскопические движения, происходящие в эфире. То же самое относится  и к магнитным явлениям.

На точке зрения близкодействия в теории электричества и магнетизма стоял и другой петербургский  академик - Л. Эйлер. В середине XVIII в., как и Ломоносов, он выступил за теорию близкодействия. Он предполагал существование  эфира, движением и свойствами которого объяснял наблюдаемые электрические  явления.

Однако теоретические представления  Ломоносова и Эйлера в то время  не могли получить развития. Вскоре был открыт закон Кулона. Он был  по своей форме таким же, как  и закон всемирного тяготения, и, естественно, его понимание было таким же, как и понимание закона тяготения. Таким образом, закон  Кулона был воспринят как доказательство теории дальнодействия.

После открытия закона Кулона теория дальнодействия совсем вытесняет теорию близкодействия. И только в XIX в. Фарадей  возрождает теорию близкодействия. Однако ее всеобщее признание начинается со второй половины XIX в., после экспериментального доказательства теории Максвелла.

 

7.Электростатическая  машина

Исследователи электрических  явлений при проведении экспериментов  делали попытки создать приспособления и устройства, которые позволяли  бы получать электричество в больших  количествах.

Первым таким  устройством был прибор, построенный  Герике в 1660 г. Он представлял собой шар из серы «величиной с детскую голову», закрепленный на железном стержне между двумя вертикально стоящими деревянными дощечками (см. рис. 2). Натирание шара производилось ладонями рук.