ЗМІСТ

ЗМІСТ 1

ДОСЛІДЖЕННЯ ПО Електростатика І магнітостатики 2

Перші відомості про електрику і магнетизм 2
Перші успіхи в дослідженні магнітних явищ в середні століття 3
Розвиток вчення про електрику в XVII і XVIII ст. до винаходу лейденської банки 3
Винахід лейденської банки і перші електричні прилади 4
Перші кроки в практичному застосуванні вчення про електричні явища 6
Перші теорії електрики 8
Історія відкриття закону Кулона 10
Введення поняття потенціалав електростатика 13

РОЗВИТОК ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ 16

Історія винаходу гальванічного елемента 16
Відкриття електромагнетизму 20
Відкриття електромагнітної індукції 22
Початок розвитку електротехніки 24

РОЗВИТОК ОПТИКИ 27

Перші кроки у розвитку геометричної оптики 27
Розвиток поглядів на природу світла і перші відкриття в галузі фізичної оптики 29
Оптика Ньютона 33

РОЗВИТОК ХВИЛЬОВИЙ ТЕОРІЇ СВІТЛА 36

Відродження хвильової теорії світла 36
Дослідження Френеля з інтерференції та дифракції світла 38
Боротьба за визнання хвильової теорії світла 39

Список використаної літератури 42

ДОСЛІДЖЕННЯ ПО Електростатика І магнітостатики

Перші відомості про електрику і магнетизм

Вивчення електричних і магнітних явищ по-справжньому починаєтьсялише у XVIII ст. Але перші відомості про ці явища були відомі вжедревнім.

Стародавні греки знали властивість натертого бурштину притягати дрібніпредмети. Саме слово «електрику» походить від грецького слова
«Електрон», що означає по-русски бурштин.

Стародавні греки знали також, що існує особливий мінерал - залізнаруда (магнітний залізняк), здатний притягувати залізні предмети. 3алежіцього мінералу знаходилися біля міста Магнесом. Назва цього містапослужило джерелом терміну «магніт».

Старовинні не досліджували ні електричних, ні магнітних явищ. Однаквони спробували дати пояснення цим явищам.

Найперше пояснення властивостей магніту притягувати залізо полягалов тому, що магніту приписувалася «душа», яка змушувала магнітпритягати залізо або притягатися до заліза.

При цьому магніт представляли подібно до живої істоти. Живе істота,наприклад собака, бачить шматок м'яса і прагне до нього наблизитися. Подібноцього магніт як би бачить залізо і прагне до нього притягти.

Це пояснення дуже примітивно з нашої точки зору. Однак такогороду пояснення, коли предмети неживої природи одушевляється, булихарактерними для давніх, які вірили в існування цілої низки богів,духів і т.д.

Але в давнину почала розвиватися і матеріалістична філософія.
Філософи-матеріалісти Стародавньої Греції відкидали існування духів інамагалися пояснити всі явища природи природними законами.

Вони вчили, що всі тіла складаються з дрібних матеріальних неподільнихчасток - атомів. На їхню думку, крім атомів і порожнечі, в якій атомирухаються, нічого не існує. Всі явища природи пояснюються рухоматомів. Саме слово «атом» грецького походження. Воно означає
«Неподільний».

Філософи, які вірили в існування атомів, з яких складається природа,отримали назву атомістів. Одним з родоначальників цієї філософії бувдавньогрецький філософ Демокріт (460 - 370 до н.е.). Філософи-атомістинамагалися дати пояснення електричним і магнітним явищ без звернення доспеціальним «душ» і «духам».

Перші успіхи в дослідженні магнітних явищ в середні століття

У середні віки вивчення магнітних явищ набуває практичнезначення. Це відбувається у зв'язку з винаходом компаса.

Уже в XII в. в Європі став відомий компас як прилад, за допомогоюякого можна визначити напрям на частини світла. Про компасі європейцідізналися від арабів, яким було вже до цього часу відомо властивістьмагнітної стрілки. Ще раніше, ймовірно, така властивість знали в Китаї.

Починаючи з XII ст. компас все ширше застосовувався в морські подорожі длявизначення курсу корабля у відкритому морі.

Практичне застосування магнітних явищ призводило до необхідності їхвивчення. Поступово з'ясовується цілий ряд властивостей магнітів.

В 1600 р. вийшла книга англійського вченого Гільберта «Про магніті,магнітних тілах і великому магніті - Землі ». У ній автор описав вжевідомі властивості магніту, а також власні відкриття.

Ще раніше дізналися, що магніт завжди має два полюси. Вони булиназваний так на честь частин світу - північний полюс і південний полюс. У числівластивостей магніту Гільберт вказував на те, що однакові полюсивідштовхуються, а різнойменні притягаються.

Гільберт припускав, що Земля являє собою великий магніт.
Щоб підтвердити це припущення, Гільберт виконав спеціальний досвід. Вінвиточив з природного магніту велику кулю. Наближаючи до поверхні кулімагнітну стрілку, він показав, що вона завжди встановлюється впевному положенні, так само як стрілка компаса на 3емле.

Гільберт описав явище магнітної індукції, способи намагнічуваннязаліза і сталі і т. д. Книга Гільберта стала першим науковим дослідженняммагнітних явищ.

Розвиток вчення про електрику в XVII і XVIII ст.

до винаходу лейденської банки

У своїй книзі Гільберт торкнувся і електричних явищ. Потрібновідзначити, що хоча в той час магнетизм та електрику розглядалися якявища різної природи, проте дуже давно вчені помітили в нихбагато спільного. Тому не випадково в багатьох роботах досліджувалисяодночасно і магнітні й електричні явища. Зокрема, вивченнямагнетизму викликало інтерес до дослідження електричних явищ.

Так було і в Гільберта. Вивчаючи магнітні явища, що, як миговорили, мало практичний інтерес, він приділив увагу і електрики,хоча воно в той час у практиці не використовувалося.

Гільберт відкрив, що наелектризована можна не лише бурштин, а йалмаз, гірський кришталь і ряд інших мінералів. На відміну від магніту,який здатний притягувати тільки залізо (інших магнітних матеріалів утой час не знали), наелектризовані тіло притягує багато тіл.

Новий крок до вивчення електричних явищ був зроблений німецьким вченим
Геріке. У 1672 р. вийшла його книга, в якій були описані досліди поелектрики. Найбільш цікавим досягненням Геріке був винахід їм
«Електричної машини». «Електрична машина» була куля,зроблений з сірки і посаджений на залізний засув. Геріке обертав цю кулю інатирав його долонею руки. Згодом вчений кілька разівудосконалив свою «машину».

Незважаючи на простоту приладу, Геріке зміг з його помощио зробитидеякі відкриття. Так, він виявив, що легкі тіла можуть не тількипритягатися до наелектризованими кулі, але і відштовхуватися від нього.

У XVIII ст. вивчення електричних явищ пішло швидше. У першуполовині цього століття були відкриті нові факти.

У 1729 р. англієць Грей відкрив явище електропровідності. Вінвстановив, що електрика здатне передаватися від одних тел до інших пометалевої дроті. За шовкової нитки електрика непоширювалося. У зв'язку з цим Грей розділив всі тіла на провідники інепроводнікі електрики.

3атем французький вчений Дюфе через п'ять років з'ясував, що існуєдва роди електрики. Один вид електрики виходить при натиранняскла, гірського кришталю, вовни та деяких інших тіл. Це електрику
Дюфе назвав скляним електрикою.

Другий вид електрики виходить при натирання бурштину, шовку,паперу та інших речовин. Цей вид електрики Дюфе назвав смоляним.
Вчений встановив, що тіла, наелектризовані одним видом електрики,відштовхуються, а різними видами, - притягаються.

Згодом скляне електрику було названо позитивним, асмоляної - негативним. Цю назву запропонував американський вчений ігромадський діяч Франклін. При цьому він виходив з своїх поглядів наприроду електрики.

Винахід лейденської банки і перші електричні прилади

Дуже важливим кроком у розвитку вчення про електрику був винахідлейденської банки, тобто електричного конденсатора.

лейденська банку була винайдена майже одночасно німецьким фізиком
Клейста і голландським фізиком Мушенбрук в 1745 - 1746 рр.. Свою назвувона отримала на ім'я міста Лейдена, де Мушенбрук вперше виконав з неюдосліди з вивчення електричних явищ.

Мушенбрук так описував свій винахід у листі до французькоговченому Реомюр: «Хочу повідомити Вам новий, але жахливий досвід, який нераджу повторювати. Я займався вивченням електричної січи. Для цього япідвісив на двох шовкових блакитних нитках залізний стовбур, який одержуєелектрику від скляного кулі, що швидко обертався навколо осі інатирався руками. На іншому кінці висіла мідний дріт, кінець якоїбув занурений в скляний круглий посудину, заповнений наполовину водою,який я тримав у правій руці; лівої ж рукою я намагався витягати зелектричного стовбура іскру. Раптом моя права рука була вражена ударом зтакою силою, що все тіло здригнулося, як від удару блискавки.

Незважаючи на те що посудина, зроблений з тонкого скла, не розбиваєтьсяі кисть руки зазвичай не зміщується при такому потрясіння, тим не менше лікотьі все тіло уражаються настільки страшним чином, що я не можу висловитисловами, я думав, що прийшов кінець ».

Незабаром лейденська банку була вдосконалена: зовнішню і внутрішнюповерхню скляної посудини стали обклеювати металевою фольгою. Укришку банки вставляли металевий стрижень, який зверху закінчувавсяметалевим кулькою, а нижній кінець стрижня за допомогою металевоїланцюжка поєднувався з внутрішньої обкладкою.

лейденська банку є звичайним конденсатором. Коли зовнішнюобкладку її заземляють, а металева кулька з'єднують з джереломелектрики, то на обкладках банки накопичується значнийелектричний заряд і при її розряді може протікати значний струм.
Отримання великих зарядів з допомогу лейденської банки значносприяло розвитку вчення про електрику.

Перш за все вдосконалювалася апаратура для дослідженняелектричних явищ, зокрема електричні маслини. Це були, як іперша машина Геріке, такі пристрої, в яких електричний зарядвиходив в результаті натирання скляного або ебонітового диска шкіроюабо іншими подібними матеріалами.

3атем з'явився перший електровимірювальні прилади - електрометрії. Йогоісторія починається з електричного покажчика, створеного Ріхманом незабаромпісля винаходу лейденської банки. Цей прилад складався з металевогопрута, до верхнього кінця якого підвішувалися лляна нитка певноїдовжини і ваги. При електризації прута нитка відхилилася. Кут відхилення ниткивимірювався за допомогою шкали, прикріпленою до стрижня і розділеної наградуси.

У наступний час були винайдені різної конструкціїелектрометрії. Так, наприклад, електрометрії, створений італянцем Беннет,мав два золотих листочка, повсещенних в стетслянний судину. Приелектризації листочки розходилися. Будучи забезпечений шкалою, такий прилад мігвимірювати, як тоді казали, «електричну силу. Але що таке
«Злектріческая сила», цього ще ніхто не знав, тобто невідомо було, якуфізичну величину вимірює цей прилад. Дане питання було з'ясованозначно пізніше.

Перші кроки в практичному застосуванні навчання

про електричні явища

Хоча вчення про електричні явища почало відігравати істотну рольв практичному житті лише починаючи з середини XIX ст., проте першимспроби практичного застосування злектрічества відносяться вже до середини
XVIII ст.

Після винаходу лейденської банки, коли вчені змогли спостерігатипорівняно великі іскри при електричному розряді, виникла думка проелектричної природі блискавки.

Відомий американський вчений і громадський діяч Бенджамін
Франклін (1706 - 1790) висловив цю ідею в листі до Лондонського королівськоготовариство в 1750 р.

У цьому листі він пояснював також, як можна перевірити висловленеприпущення. Він пропонував поставити на вежу будку, на дах якоївивести залізний шест. Поміщений всередині будки чоловік у випадку грози мігб видобувати з жердини електричні іскри.

Зміст листа Франкліна стало відомо у Франції. Про нього дізнавсяфранцуз Далібар, який у травні 1752 проробив досвід, про який писав
Франклін.

У себе в саду, біля Парижа, Далібар встановив високий залізний шест,ізолювавши його від землі. У той час коли збиралася гро: за, він спробуваввитягти електричні іскри з жердини. Досвід вдався. Дійсно, Далібарувдалося отримати електричні іскри.

У тому ж році, влітку, Франклін в Америці зробив схожий досвід. Разомзі своїм сином він запустив змій під час грози. Коли нитка, якою бувприв'язаний змій, намокла, то з неї можна було витягати електричні іскри.
Франкліну навіть вдалося зарядити при цьому лейденську банку.

Після того як про досліди Франкліна стало відомо в Петербурзі,подібними ж дослідами зайнялися російські академіки Ріхман і Ломоносов. Вонивлаштували більш зручну установку для вивчення атмосферної електрики,названу громовий машиною.

Громова машина представляла собою загострений залізний шест,встановлений на даху будинку. Від залізного жердини до дому йшла дріт. Кінецьцієї дроту був сполучений з електрцческім покажчиком, тобто з простимелектрометрії, винайденим Ріхманом.

З громовий машиною і Ріхман і Ломоносов проробили багато дослідів.
Ломоносов відкрив, що електричні заряди в атмосфері з'являються не тількипід час грози, але і без неї. На основі своїх дослідів Ломоносов створивпершу наукову теорію утворення електрики в атмосфері.

Влітку 1753 спіткало лихо. Збиралася гроза, і Ріхман прийшов догромовий своїй машині, щоб спостерігати електрич орієн розряди. Раптом укімнаті з'явилася кульова блискавка відбувся електричний розряд - і вченийбув убитий.

враженням від трагічної смерті Ріхман негайно скористалосядуховенство з метою боротьби з безбожництва. Попи і ченці стали поширюватидумка про те, що Ріхман був покараний Богом за зухвалі досліди.

Після того як була з'ясована електрична природа грози виникла ідеяпристрої громовідвід для запобігання будівель від пожеж в результатіпопадання в них блискавки.

громовідводи швидко увійшли в практику. Це було перше практичнезастосування вчення про електричні явища. Воно сприяло розвиткунаукових досліджень з електрики взагалі.

Слід зазначити, що духовенство і пізніше вороже ставилося додослідженням атмосферної електрики і до використання громовідводів,вважаючи, що захист від ударів блискавок - безбожна заняття.

Другою спробою використання електрики для практичних цілейбуло застосування його для лікування хвороб.

Як ми бачили вище, уже Мушенбрук, описуючи винахід лейденськоїбанки, звернув увагу на сильне і незвичайне дію електричногорозряду на людину.

Незабаром цим дією зацікавилися лікарі. Виникла думка про те,що в живому організмі існують електричні струми, які грають у ньомуякусь важливу роль. Разом з цим прийшло переконання про можливістьзастосування електрики для лікування хвороб.

З цією метою стали проводити досліди з електризації людей,пропускання через тіло людини електричного струму і т. д. Був написаний рядкниг з дослідження дії електрики на організм людини. УЯк приклад можна вказати на книгу Марата, відомого діячафранцузької революції, лікаря за фахом. Він написав у 1783 р.
«Трактат про медичне електриці», який був удостоєний спеціальноїпремії. Однак усі такі дослідження в той час не привели до яких-небудьпозитивним практичних результатів. Дійсне застосуванняелектрики для лікування хвороб почалося набагато пізніше. Але такідослідження відіграли велику роль у посиленні інтересу до дослідженьелектричних явищ взагалі. Більше того, як ми побачимо нижче, самедослідження впливу електрики на живий організм призвело до відкриттяіталійським лікарем Гальвані так званого гальванічного електрики.

Історія застосування електричних явищ в медицині дуже цікаватим, що вона показує, як нові відкриття в галузі фізичних наукбувають викликані завданнями інших наук (в даному випадку медицини).

Перші теоріїелектрики

Разом з прискорився, розвитком досвідченого дослідження електричнихявищ виникають і теорії цих явищ.

Звичайно, ще до середини XVIII ст. існували деякі міркування проприроді електрики. Але вони були досить примітивними. У більшостівипадків електричні дії пояснювалися наявністю навколо заряджених тілякихось електричних атмосфер.

У середині XVIII ст. з'являються вже більш змістовні теоріїелектричних явищ. Ці теорії можна розділити на дві основні групи.

Перша група - це теорії злектріческіх явищ, засновані напринципі дальнодії.

Друга група - це теорії, в основу яких покладено принципбнізкодействія.

Зупинимося спочатку на розвитку теорії дальнодії, якаотримала у XVIII ст. майже загальне визнання. Основоположниками теоріїдальнодії були Франклін і петербурзький академік Епінус.

Франклін ще в 40-х р. XVIII ст. побудував теорію електричних явищ.
Він припустив, що існує особлива електрична матерія, що представляєсобою якусь тонку, невидиму рідина. Частинки цієї матерії володіютьвластивістю відштовхуватися один від одного і притягатися до часткам звичайноїматерії, тобто частинок речовини, за сучасними поняттями.

Електрична матерія присутня в тілах в певних кількостях,і в зтом разі її присутність не виявляється. Але якщо в тілі з'являєтьсянадлишок цієї матерії, то тіло електризується позитивно; наборот, якщо втілі буде недолік цієї матерії, то тіло електризується негативно.
Назва ( «позитивне і негативне електрику», яке так ізалишилося в науці, належить Франкліну.

Електрична матерія, по Франкліну, складається з особливо тонких частинок,тому вона може проходити крізь речовину. Особливо легко вона проходитьчерез провідники.

З теорії Франкліна слід дуже важливе положення про збереженняелектричного заряду. Дійсно, для створення, наприклад,негативного заряду на будь-якому тілі потрібно від нього забрати деякийкількість електричної рідини, яка повинна перейти на інше тіло іутворити там позитивний заряд такої ж величини. Після з'єднання цихтел електрична матерія знову розподілиться між ними так, щоб цітіла стали електрично нейтральними.

Це положення Франклін демонстрував на досвіді. Двоє людей стоять насмоляним диску (для ізоляції їх від навколишніх предметів і землі). Одинлюдина натирає скляну трубку. Другий стосується цієї трубки пальцем івитягує іскру. Обидва людини тепер виявляються наелектризованими: один --негативним електрикою, інший - позитивним. Але при цьому їх зарядирівні за абсолютною величиною. Після зіткнення люди втратять своїзаряди і стануть електрично нейтральними.

Теорія Франкліна була розвинена Францем Епінусом (1724 - 1802). При цьому
Епінус як би брав за зразок теорію тяжіння Ньютона.

Ньютон припустив, що між усіма частинками звичайних тел діютьдальнодействующіх сили. Ці сили центральні, тобто вони діють по прямій,сполучає частинки.

Епінус ж припускає, що між частинками електричної матеріїтакож діють центральні дальнодействующіх сили. Тільки сили тяжінняє силами тяжіння, але сили, які діють між частинкамиелектричної матерії, - силами відштовхування. Крім того, між частинкамиелектричної матерії і частками звичайного речовини, так само як і у
Франкліна діють сили тяжіння. І ці сили аналогічно силам тягогеніяє дальнодействующіх і центральними.

Далі Епінус подібно Ньютону каже, що введені їм сили потрібновизнати як факт і що в даний час не можна пояснити, яким чиномвони діють через простір. Придумувати ж необгрунтовані гіпотези вінне бажає. Тут він повністю копіює Ньютона.

Епінус йде далі, порівнював сили тяжіння і електричні сили. Вінприпускає, що сили, які діють між частинками електричної матерії,
«Змінюються обернено пропорційно до квадрату відстані. Так можнапогодитися з деякими правдоподібністю, бо на користь такої залежності, по -Мабуть, говорить аналогія з іншими явищами природи ». Ця передбачуванааналогія і дає можливість Епінусу побудувати теорію електріческйх явищ.

Однією з цікавих його робіт було дослідження електричноїіндукції. Епінус показав, що якщо до провідника наблизити заряджене тіло,то на провіднику з'являються електричні заряди. При цьому сторона його, наякій підносять заряджене тіло, електризується зарядом протилежногознака. І навпаки, на віддаленій частині провідника утворюється заряд того жзнака, що й на піднесеної тілі.

Якщо прибрати заряджене тіло, то провідник знову стаєнезарядженим. Але якщо провідник може бути розділений на дві частини вприсутності зарядженого тіла, то вийдуть два провідники, зарядженірізнойменними зарядами, які залишаться і при видаленні індукуютьзаряду.

Епінус підтвердив і закон збереження електричного заряду. Він писав:
«Якщо я хочу в будь-якому тілі збільшити кількість електричної матерії,я повинен неминуче взяти її поза ним і, отже, зменшити її в будь -якому іншому тілі ».

Одночасно з теорією електричних явищ, заснованої науявленні про дальнодействующіх, з'являються теорії цих явищ, в основіяких лежить принцип блізкодействія. Одним з родоначальників цієї теоріїможна вважати Ломоносова.

Ломоносов був супротивником теорії дальнодії. Він вважав, що тілоне може діяти на інші миттєво через порожній або заповнений чимосьнебудь простір.

Він вважав, що електричне взаємодія передається від тіла до тілачерез особливе середовище, що заповнює всі порожній простір, зокрема йпростір між частками, з яких складається «вагома матерія», тобторечовина.

Електричні явища, на Ломоносову, слід розглядати якпевні мікроскопічні руху, що відбуваються в ефірі. Те ж самевідноситься і до магнітних явищ.

На точці зору блізкодействін в теорії електрики і магнетизмустояв і інший петербурзький академік - Л. Ейлер. У середині XVIII ст., Які Ломоносов, він виступив за теорію блізкодействія. Він припускавіснування ефіру, рухом і властивостями якого пояснював спостерігаютьсяелектричні явища.

Однак теоретичні уявлення Ломоносова і Ейлера в той час немогли отримати розвитку. Незабаром був відкритий закон Кулона. Він був за своєюформи таким же, як і закон всесвітнього тяжіння, і, природно, йогорозуміння було таким же, як і розуміння закону тяжіння. Таким чином,закон Кулона був сприйнятий як доказ теорії дальнодії.

Після відкриття закону Кулона теорія дапьнодействія зовсім витісняєтеорію блізкодействія. І тільки в XIX ст. Фарадей відроджує теоріюблізкодействія. Однак її загальне визнання починається з другої половини
XIX ст., Після експериментального доказу теорії Максвелла.

Історія відкриття закону Кулона

Основний закон електростатики - закон Кулона - був встановленийфранцузьким фізиком Кулоном в 80-х рр.. XVIII ст.

Однак історія його відкриття починається раніше. Ця історія показуєодин із шляхів, за яким розвивається фізика, - шлях застосування аналогії,про який ми згадували вище.

Ми бачили, що Епінус вже здогадувався про те, що сила взаємодіїміж електричними зарядами обернено пропорційна квадрату відстаніміж ними. І ця думка виникла на основі деякої аналогії міжсилами тяжіння і електричними силами.

Але аналогія не є доказом. Висновок з аналогії завждивимагає перевірки. Спираючись тільки на аналогію,. можна прийти і до невірнихрезультатами. Епінус не перевірив справедливість даній аналогії, і томуйого висловлювання мало тільки Можливий характер.

Інакше надійшов англійський вчений Генрі Кавендіш (1731 - 1810). Вінтакож виходив з аналогії між силами тягогенія і силами електричноговзаємодії. Але він пішов далі, ніж Епінус, і перевірив на досвідівисновки, що випливають з неї.

Дамо уявлення про дослідження, виконаному Кавендіш.

Було відомо, що якщо взяти порожниста куля з рівномірно розподілениммасою, тобто з постійною щільністю, то мила тяжіння діє всерединікулі на будь-яку масу, буде дорівнює нулю. Це випливає з просаміркувань. Спробуємо їх зрозуміти.

Уявімо собі дуже тонкий кульовий шар, утворений двома дужеблизькими сферами, що мають один і той же центр. Нехай, наприклад, радіусзовнішньої сфери буде R, а товщина шару?. Щільність матеріалу, з якогоскладається кульовий шар,?.

Визначимо силу тяжіння, що діє з боку нашого шару наматеріальну точку, вміщену всередині нього в якійсь точці а.

Для цієї мети проведемо через точку а і центр 0 пряму). Ця прямаперетне зовнішню сферу в двох точках С і С '. Побудуємо тепер наповерхні сфери навколо точки З дуже маленький чотирикутник 1,настільки маленький, що його можна розглядати як плоский квадрат.
Позначимо кути цього квадрата d1, d2, d3, d4. Нехай його площа S, обсягвідповідного елемента шарового шару V.

Проведемо потім прямі лінії через точку а та точки d1, d2, d3, d4. Ціпрямі перетнуть сферу вдруге в точках d1 ', d2', d3 ', d4'. Поєднавши ціточки, ми отримаємо другий чотирикутник 2, який також можна будерозглядати як плоский квадрат. Нехай його площа буде S ', авідповідний елемент об'єму шарового шару буде V '.

Легко бачити, що сила тяжіння, яка діє на масу m, вміщену вточці a, з боку елементів шарового шару V і V ', буде рівна нулю.
Дійсно, маси цих елементів будуть ставитися як площі квадратів
S і S '. У свою чергу, площі квадратів S і S 'будуть прямопропорційні квадратах їх сторін, отже, прямо пропорційніквадратах відстаней цих елементів до точки а - Са і С'а.

Таким чином, сили тяжіння, що діють на масу з бокуелементів 1 і 2, будуть прямо пропорційні квадратах відстаней цихелементів до точки а. Але з іншого боку, ці сили за законом всесвітньоготяжіння повинні бути, навпаки, обернено пропорційні квадратахвідстаней цих елементів до точки а.

огляду на те, що сили, що діють з боку протилежних елементів,мають протилежні напрямки, приходимо до висновку, що сума цих силповинна дорівнювати нулю.

Звідси зараз же слід і загальний висновок про рівність нулю силитяжіння, що діє на масу, вміщену всередину шарового шару.

Дійсно, адже ми можемо весь кульовий шар розбити на маленькіелементи, подібні елементам 1. І для будь-якого елемента завжди знайдетьсяінший елемент, дія якого на масу буде прямо протилежним. Урезультаті цього сила тяжіння, що діє всередині шарового шару на масу,буде дорівнює нулю. Такий результат, до якого ми прийшли. Потрібно тількипідкреслити, що цей результат справедливий для випадку, коли сила назадпропорційна саме квадрату відстані. Якби сила булапропорційна відстані в іншій мірі, такого результату ми б неотримали.

Отриманий висновок ми можемо зараз же перенести на випадок електричнихсил.

Уявімо собі знову тонкий кульовий шар, на поверхні якогорівномірно розподілений електричний заряд. Помістимо всередину цього шаруінший заряд. Якщо сила взаємодії між зарядами назадпропорційна квадратах відстаней між ними, то за аналогією з п сила,діюча на нього до ст по шарового шару, буде дорівнює нулю. Якщопомістити усередину шару другий такий же заряд того ж знака, то вони будутьвідштовхуватися один від одного і рухатися в протилежні сторони.

Кавендіш в 70-х рр.. XVIII ст. проробив такий досвід. Він взяв зарядженийметалева куля і помістив його в середину порожнього металевого кулі,утвореного двома півкулями. Зовнішній порожниста куля спочатку був не заряджений.

3атем внутрішній шар тонким дротом з'єднувався із зовнішнім шаром, длячого було зроблено в останньому маленький отвір. Через деякий часпівкулі роз'єднували і звільняли внутрішній шар. Після цього з'єднувалийого з електроскопом.

Що показував електроскоп? Якщо правильно припущення, що силивзаємодії між зарядами (в даному випадку сили оттанківанія) назадпропорційні квадрату відстані між ними, то електроскоп покажевідсутність заряду.

Дійсно, як тільки внутрішній шар з'єднували дротом зпівкулями, то зараз електрику починало перетікати з кулі задроті на півкулі, рівномірно розподіляючись на них. Адже міжзарядами, що знаходяться на тарі, діяла сила відштовхування, але поки куляізольований, заряди не могли його покинути. Потрапивши ж на зовнішній шар, зарядирівномірно розподілялися на його поверхні, і їх дія на заряд,що знаходиться всередині кулі, припинявся.

Перетікання зарядів з внутрішнього кулі на зовнішній буде відбуватися дотих пір, поки вони все не залишать внутрішній шар. Звідси Кавендіш і зробиввисновок про те, що сили взаємодії між електричними зарядами назадпропорційні квадрату відстані між ними.

Таким чином, ми повинні сказати, що Кавендіш перших експериментальновстановив закон взаємодії електричних зарядів. Однак він неоприлюднив свого відкриття. І ця робота залишалася за його життяневідомою. Про неї дізналися набагато пізніше, тільки в середині минулогостоліття, після того, як Максвелл опублікував її. Звичайно, до цього часувона мала вже суто історичний інтерес.

Не знаючи про дослідження Кавендіша, французька ученимй Шарль Кунон
(1736 - 1806) у 80-х рр.. XVIII ст. виконав ряд дослідів і встановив основнийзакон електростатики, що одержав його ім'я.

Кулон встановив, по-перше, що сила взаємодії між точковимизарядами обернено пропорційна квадрату відстані між ними. Ця силабуде силою відштовхування, якщо однойменні заряди, і силою тяжіння, якщозаряди різнойменні.

По-друге, Кулон ввів поняття кількості електрики і визначив,що сила взаємодії між зарядами пропорційна їх величині.

Кулон також експериментально досліджував сили взаємодії міжмагнітами. На підставі даних експерименту і вважаючи, що поряд зелектричними існують і магнітні заряди, Кулон прийшов до висновку,що сили взаємодії між магнітними зарядами або магнітними масамитакож обернено пропорційні квадрату відстані між ними.

У зв'язку з цим закон Кулона для взаємодії магнітів стали висловлюватияк закон взаємодії між магнітними масами m1 і m2 у вигляді формули:

У подальшому, вже в XIX ст. з'ясувалося, що магнітних зарядів неіснує. Але законом Кулона для магнітів продовжували користуватися, хочайому вже надавали інший зміст, ніж той, який вкладав у нього Кулон.

Введення поняття потенціалав електростатика

Відкриття закону Кулона було дуже важливим кроком у розвитку вчення проелектрику і магнетизм. Це був перший фізичний закон, що виражаєкількісні співвідношення між фізичними величинами у навчанні проелектрику і магнетизм.

За допомогою цього закону можна було вирішувати задачі про знаходження сил,що діють на заряди з боку інших зарядів, як завгодно розташованих упросторі. Якщо це були точкові заряди, то подібні завдання вирішувалисявідразу безпосереднім застосуванням закону Кулона. Якщо ж зарядирозподілялися в тілах безперервно за обсягом або по поверхні, то потрібнобуло ввести поняття об'ємної або поверхневої щільності зарядів. Самеколи заряди безперервно розподілялися за обсягом, то щільність заряду?визначалася величиною? q /? V, де? V - елемент обсягу, а? q - заряд,що знаходиться у цьому обсязі, зовсім так само, як визначається щільністьречовини у випадку нерівномірного розподілу мас у тілі.

Аналогічно і поверхнева щільність заряду? Визначається за формулою:
? =? Q /? S, де? S - елемент поверхні, а? S - заряд, який припадає на цейзлемент поверхні.

Далі, для визначення сил, що діють на заряджені тіла у випадкунеперервного розподілу зарядів, надходили аналогічно тому, якнадходили в теорії тяжіння для випадку безперервно розподілених мас.

Обсяг або поверхня розглянутих тел розбивали на елементи обсягуабо елементи поверхні і для взаємодії зарядів, що знаходяться в цихелементах об'єму або на цих елементами поверхні, застосовувалибезпосередньо закон Кулона, оскільки такі заряди можна було вважатиточковими.

Однак такогпро роду завдання не представляли великого інтересу. Набагатобільш цікавими і важливими були завдання, в яких було потрібно визначитирозподіл зарядів на провідниках.

Така, наприклад, задача про розподіл електрики на провідникузаданої форми.

Є провідник заданої форми. Йому повідомляють певнийелектричний заряд. Потрібно знайти, як розподілиться цей заряд напровіднику і яка буде «електрична сила» в просторі, що оточуєцей провідник. Ми сказали «електрична сила»), а не напруженістьелектричного поля тому, що ще жодного поняття поля, ні поняттянапруженості не було. Говорили про силу, яка діє на заряд,поміщений в будь-яку точку простору.

Для вирішення цього завдання відразу застосовувати закон купона не можна, томущо розподіл зарядів невідомо. Як же бути в цьому випадку?

Вже Кулон намітив шлях вирішення цього завдання. Він встановив, щоелектричний заряд розташовується тільки на поверхні провідника, але зрізної поверхневою щільністю. При цьому, як уже було ясно,
«Електричні сили», що діють усередині провідника, повинні бути рівнінулю.

Цей принцип поклав у основу розробленої ним теорії розподілузарядів по провіднику французький вчений Пуассон на початку XIX ст.

Пуассон (так само як і Кулон) вважав на противагу думкам
Франкліна і Епінуса, що існують два електричні рідини
(позитивне і негативне електрика). Частинки однієї і тієї жрідини відштовхуються, а різних - притягаються. Сили тяжіння івідштовхування визначаються законом Кулона.

У незарядженим стані в тілі є рівні кількостіелектрики обох знаків. Вони розподілені рівномірно і не виявляютьсебе. Тіло набуває електричний заряд, якщо йому повідомляєтьсядодаткову кількість електрики того чи іншого знака.

У провідниках електричні частки пересуваються вільно, внепроводніках їх пересування утруднене.

Якщо проводить електрику тіла повідомляють електричний заряд, тоелектричні частинки, відштовхуючись один від одного, будуть прагнути доповерхні провідника. І так як провідник оточений непроводящая повітрям,то електрика буде накопичуватися тонким шаром на його поверхні. Цейпроцес йтиме до тих пір, поки всі частинки електричної матерії незберуться на поверхні. І в цьому випадку електричні сили всерединіпровідника стануть рівними нулю, якими вони були і до того, як провідникуповідомили електричний заряд.

Рівність нулю «електричної сили» всередині провідника є головнимумовою, на основі якого можна вирішувати задачу про розподілелектричного заряду в провіднику. І тому що цей заряд розташовується найого поверхні, то визначають поверхневу щільність електрики наце провіднику.

Користуючись зазначеним принципом, Пуассон вирішує задачу про розподілщільності електричного заряду на провідниках, що мають форму кулі,еліпсоїда, двох дотичних куль. Що стосується розподілу за