Кабинет физики СПбАППО

 

К ИСТОРИИ ПОНЯТИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА
И ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ЗАРЯДА

Открытие факта конденсации. В 1745 г. голландский ученый Питер Мушенбрек (1692 — 1761) разослал из Лейдена сообщения об эксперименте, который вошел в физику под специальным названием «лейденского опыта».
Интересно отметить, что Мушенбрек — выдающийся исследователь электричества и магнетизма — энергично содействовал Петру I в оснащении Кунсткамеры физическими приборами.
«Я делал некоторые исследования над электрической силой,— писал Мушенбрек,— и для этой цели подвесил на двух шелковых шнурах железный прут и передавал ему электричество от стеклянного шара, который приводился в быстрое вращение и натирался прикосновением рук. На другом конце (левом) свободно висела медная проволока, конец которой был погружен в круглый стеклянный сосуд, отчасти наполненный водою. В правой руке я держал сосуд, левой же пробовал извлечь искры из наэлектризованного прута. Вдруг моя правая рука была поражена с такой силой, что все тело содрогнулось, как от удара молнии...»
Через тело Мушенбрека прошел ток разряда первого конденсатора, названного впоследствии лейденской банкой. «Я не согласился бы подвергнуться еще раз такому испытанию даже за королевский трон Франции»,— писал Мушенбрек Реомюру. Винклер, повторивший опыты Мушенбрека, после удара получил сильные конвульсии и кровотечение из носа.
Лейденский опыт имел шумный успех и не только в кругах исследователей, но и в залах королевских дворцов.
Очень быстро выяснилось, что вода вовсе не обязательна для скапливания электричества, что существенно лишь наличие двух проводников, разделенных слоем диэлектрика. Около года понадобилось для того, чтобы лейденская банка приняла ту форму, которую она имеет уже более 200 лет.
В стремлении усилить электрические действия, Винклер начал соединять лейденские банки в батареи. Ему удалось таким путем получить искры, которые были видны и слышны на расстоянии до двухсот шагов.
В 1838 г. Фарадей ставит вопрос: «Имеет ли электричество реальное и независимое существование в виде жидкости или жидкостей?»
Ход рассуждений Фарадея таков: если существуют электрические жидкости, то, очевидно, количества их можно произвольно изменять независимо друг от друга. Можно также сообщить телу только положительный или только отрицательный заряд, В изолированном объеме' можно хотя бы в некоторый момент возбудить одно электричество без другого.
И Фарадей ставит серию разнообразных опытов с целью обнаружить указанные возможности. Он детально описывает их в первом томе «Экспериментальных исследований по электричеству». Однако во всех случаях он получает отрицательный результат. На этом основании формулируется следующее обобщение: «Невозможно ни создать; ни уничтожить одну из электрических сил без равного и соответствующего изменения другой».
Такова была первая формулировка закона сохранения электрического заряда.

Методические замечания. 1. Нужно разъяснить, почему Фарадей говорит не о сохранении заряда, а о сохранении силы. Не зная, как электрические заряды связаны с атомами вещества, он обращается к абстрактной форме, которая гармонировала со всей системой его физических воззрений. Фарадей исходил из философской концепции взаимной превращаемости сил природы и сохранения сил при их превращении. Электрический заряд он понимает как источник электрической силы. Таких источников два — положительный и отрицательный. Как будет видно из дальнейшего, такое представление перейдет в теорию поля, где заряд рассматривается как источник силового поля.
Строгая формулировка закона сохранения электрического заряда кристаллизовалась только после открытия факта взаимной превращаемости элементарных частиц материи.
2. Раздел «Основы электродинамики»* начинается с рассмотрения электрических зарядов и их взаимодействия. Здесь исторический экскурс является необходимым элементом логики изложения. Нужно иметь в виду также то обстоятельство, что в начале изложения следует напомнить изученное в VII классе.
Цель может быть достигнута надлежащим подбором исторического материала. Здесь будет только следующая трудность. В раскрытии природы электричества центральную роль сыграло открытие факта накопления заряда и электрической природы молнии. Понятие электрической емкости вводите* только в конце рассматриваемого раздела, а искровой разряд еще дальше. Очевидно, о возможности накопления электрических зарядов необходимо говорить в VII классе.
Электростатический генератор (электрофорная машина) с лейденскими банками до сих пор используется в кабинетах физики. Естественно, что перед демонстрацией опытов по электростатике необходимо в общих чертах пояснить принцип действия генератора. Здесь и придется говорить о факте конденсации, о происхождении слов «лейденская банка».
В связи с конденсацией заряда находится и происхождение молнии. Два заряженных облака или заряженное облако и Земля являются обкладками гигантского конденсатора, и, показав искру от электростатического генератора, можно обратиться к молнии, как к искровому разряду.
Таким образом, в VII классе нужно рассказать о знаменитом лейденском опыте и опытах Франклина.

* Название раздела учебной программы и нумерация классов сохранены в соотвествии с датой издания книги (В.Ф.)

Оглавление     Предыдущий раздел    Следующий раздел

Рекомендуем использовать новую версию сайта!

Рейтинг@Mail.ru www.EduSpb.com Объединение учителей Санкт-Петербурга www.PackAndCandle.com Индекс цитирования


Hosted by DELFA