А. Ампер-основатель современной электродинамики

Як аўтар падкрэслівае, што першым эксперыментатарам, які заняўся магнітамі, быў Пётр Перэгрын з Марыкура (13 стагоддзе). Ён дасведчаным шляхам усталяваў існаванне  магнітных палюсоў,  прыцягненне  рознаіменных  палюсоў  і адштурхванне аднайменных.

Аўтар звяртае ўвагу на тое, што разразаючы магніт, ён выявіў немагчымасць ізаляваць адзін полюс ад іншага. Ён вывастрыў сфероід з магнітнага жалязняку і спрабаваў эксперыментальна паказаць аналогію ў магнітным стаўленні паміж гэтым сфероідам і зямлёй. Гэты досвед пасля яшчэ больш відавочна паказаў Гільберт у 1600 годзе.

Затым адзначаецца,  што ў вобласці вывучэння магнітных з'яў наступіла амаль трохвяковае зацішша.

Далей аўтар  вылучае,Старажытныя (напрыклад, Тэафраст) у 4 стагодзі да н.э. выявілі, што, акрамя бурштыну, і некаторыя іншыя рэчывы (гагат, анікс) здольныя ў выніку трэння набываць уласцівасці, пасля названыя электрычнымі. Аднак на працягу доўгага часу ніхто не супаставіў магнітныя і электрычныя дзеянні і не выказаў думкі пра іх агульнасць.

На думку П.С.Кудраўцава, адным з першых сярэднявечных навукоўцаў (а магчыма, і самым першым), хто вёў спадарожнае назіранне фактаў, якія могуць навесці на ўяўленні пра ўзаемадзеянні, падабенства ці адрозненне электрычных і магнітных з'яў, быў Кардан, які ўнёс у гэта пытанне некаторую ўпарадкаванасць. У сваёй працы “Пра дакладнасць” 1551 гада ён эксперыментальна паказвае безумоўнае адрозненне паміж электрычнымі і магнітнымі прыцягненнямі. Калі бурштын здольны прыцягваць усякія лёгкія целы, то магніт прыцягвае толькі жалеза. Наяўнасць перашкоды (напрыклад, экрана) паміж целамі спыняе дзеянне электрычнага прыцягнення лёгкіх прадметаў, але не перашкаджае магнітнаму прыцягненню. Бурштын не прыцягваецца тымі кавалачкамі, якія ён сам прыцягвае, а жалеза здольна прыцягваць сам магніт. Далей: магнітнае прыцягненне накіравана пераважна да палюсоў, лёгкія ж целы прыцягваюцца ўсёй паверхняй нацёртага бурштыну. Для стварэння электрычных прыцягненняў неабходны, па меркаванні Кардана, трэнне і цеплыня, у той час як прыродны магніт выяўляе сілу прыцягнення без якой-небудзь яго папярэдняй падрыхтоўкі.

Як сцвярджае Л.Д. Белькінд, найбольш яркі эксперыментальны метад менавіта ў вобласці магнітных і электрычных з'яў асвоіў Уільям Гільберт, які аднавіў прыёмы Пятра Перэгрына, што развіў іх. Яго праца, якая выйшла ў 1600 годзе пра магніты ўключала шэсць кніг і склала цэлую эпоху ў навуковай літаратуры. Яна стала крыніцай, якой карыстаўся Галілей і Кеплер, калі тлумачылі эксцэнтрычнасць арбіт прыцягненнямі і адштурхваннямі паміж сонечнымі і планетарнымі магнітамі. Гільберт выкладае меркаванні пра падабенствы і адрозненні магнітных і электрычных з'яў і прыходзіць да высновы, што электрычныя з'явы адрозніваюцца ад з'яў магнітных.

Аўтарам зазначаецца, што ў 1629 году Нікала Кабео апублікаваў працу пра магнітную філасофію, у якой упершыню указаў на існаванне электрычных адштурхванняў. Кабео, як і Гільберт, выказваў думку пра “сферу дзеяння” магніта, якая абмяжоўваецца некаторай прасторай вакол цела. Так яшчэ невыразна з’яўлялася ўяўленне пра магнітнае поле. Гэта думка з большай пэўнасцю была выказана Кеплерам, які прыйшоў да паняцця “лініі дзеяння”, якія складаюць у сваёй сукупнасці “сферу дзеяння” вакол кожнага з палюсоў.

П.С.Кудраўцаў адзначае, што 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 пытанням магнетызму і электрычнасці. Па Дэкарце, вакол кожнага магніта існуе найтонкае рэчыва, якое складаецца з нябачных віхраў.

Аўтар вылучае, што меркаванне Гільберта пра карэннае адрозненне паміж электрычнасцю і магнетызмам трывала ўтрымлівалася ў навуцы больш чым паўтара стагоддзя.

Далей П.С.Кудраўцаў зазначае, што Эпінус, які займаўся даследаваннем электрычнасці і магнетызму, прымусіў навукоўцаў звярнуцца да пытання пра падабенства гэтых дзвюх з'яў. Ён таксама паклаў пачатак новаму этапу ў гісторыі тэарэтычных даследаванняў у дадзенай вобласці, – ён звярнуўся да разліковых метадаў даследавання.

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

Г.М.Голіным звяртаецца ўвага на тое, што 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 пра магнітны момант і прыпісаў гэтыя моманты матэрыяльным часціцам.

Як адзначае аўтар, 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.

На думку аўтара, новая эпоха ў вобласці электрычнасці і магнетызму пачалася на мяжы 18 і 19 стагоддзяў, калі Аляксандра Вольта апублікаваў паведамленне пра спосаб вырабляць бесперапынны электрычны ток. Услед за гэтым даволі хутка па гістарычных мерках былі адкрыты разнастайныя дзеянні гальванічнай электрычнасці, гэта значыць электрычнага пастаяннага току; у прыватнасці здольнасць току раскладаць ваду і хімічныя злучэнні, вырабляць цеплавыя дзеянні, награваючы праваднік і шматлікае іншае.

Далей Г.М.Голін зазначае, што гістарычнае адкрыццё, гэтак важнае для наступнага развіцця навукі пра электрычнасць і магнетызм якое атрымала назву электрамагнетызму, адбылося ў 1820 годзе. Яно прыналежала Эрстэду, які упершыню заўважыў дзеянне правадніка з токам на магнітную стрэлку компаса.

2.2. Электрадынаміка Ампера

Л.Д. Белькінд  сцвярджае, што 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 года Ампер вывучаў з'явы электрамагнетызму настойліва і мэтанакіравана. Ампер сам заяўляў, што галоўны штуршок яго даследаванням у вобласці электрадынамікі дало адкрыццё Эрстэда. Да адкрыцця Амперам механічных узаемадзеянняў паміж праваднікамі, па якіх працякае электрычны ток, навукоўца прывялі лагічныя перадумовы: два праваднікі, на якія дзейнічае магнітная стрэлка і кожны з якіх у сваю чаргу па закону дзеяння і процідзеяння дзейнічае на яе, павінны нейкім чынам дзейнічаць і адзін на аднаго. Матэматычныя ж веды дапамаглі яму выявіць, якім чынам узаемадзеянне токаў залежыць ад іх размяшчэння і формы.

Я.Г. Дорфман адзначае, што ў пратаколе Акадэміі навук ад 18 верасня 1820 года, праз тыдзень пасля таго, як Амперу стала вядома пра досведы Эрстэда, былі запісаны наступныя словы 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 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. ” [1, с. 411]

Як аўтар зазначае, праходзіць яшчэ тыдзень. На паседжанні 25 верасня1820 года Ампер ізноў выступае з паведамленнем, у якім ён 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 досведы падчас гэтага паседжання.”[1, с. 272]

Г.М.Голінам звяртаецца ўвага на тое, што затым выступы Ампера ў Акадэміі навук вынікалі адно за іншым. Гэта быў у жыцці Ампера час, калі ён увесь быў паглынуты досведамі і распрацоўкай тэорыі.

Л.Д. Белькінд вылучае, што 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 высвятлення дзеянняў электрычнага ланцуга, па якім праходзіць ток, на іншы ланцуг і ацэньвалі з'яву толькі якасна. Ампер быў першым, хто выявіў дзеянне току на ток, ён быў першым, хто паставіў досведы для высвятлення гэтага.

Аўтар паказвае, што 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.

На думку аўтара, зыходным матэрыялам для Ампера служылі досведы і назіранні. Эксперыментуючы, ён карыстаўся разнастайнымі прыёмамі і апаратурай, пачынальна з простых камбінацый праваднікоў ці магнітаў і канчаючы пабудовай даволі складаных прыбораў. Вынікі досведаў і назіранняў служылі для яго падставай для тлумачэння характарыстак ці ўласцівасцяў з'яў, стварэння тэорыі і ўказання магчымых практычных высноў. Затым Ампер матэматычна абгрунтоўваў выказаную ім тэорыю; гэта часам патрабавала адмысловых матэматычных метадаў, чым Амперу і даводзілася адначасна займацца. У выніку Ампер стварыў трывалую падставу для новага раздзелу фізікі, названага ім электрадынамікай.

Як вылучае аўтар, асноўныя ідэі электрадынамікі Ампера такія. Па-першае, узаемадзеянні электрычных токаў. Тут робіцца спроба размежаваць дзве характарыстыкі станаў, 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 электрычнага току”. Для канстатавання наяўнасці току і для вызначэння яго кірунку і “энергіі” Ампер прапануе карыстацца прыборам, якому ён даў назву гальванометра. Такім чынам, Амперу прыналежыць ідэя стварэння такога вымяральнага прыбора, які мог бы служыць для вымярэння сілы току.

Г.М.Голін адзначае, што Ампер лічыў патрэбным унесці таксама ўдакладненне ў назву палюсоў магніта. Ён назваў паўднёвым полюсам магнітнай стрэлкі той, які звернуты на поўнач, а паўночным той, які накіраваны на поўдзень.

Аўтар зазначае, што 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 у паветры.

Л.Д. Белькінд  даказвае, што пяройдучы да даследавання ўзаемадзеянняў паміж токам і магнітам, а таксама паміж двума магнітамі, Ампер прыходзіць да высновы пра тое, што магнітныя з'явы выклікаюцца вылучна электрычнасцю. Засноўваючыся на гэтай сваёй ідэі, ён выказвае думку пра тоеснасць прыроднага магніта і контуру з токам, названага ім саленоідам, гэта значыць замкнёны ток павінен лічыцц эквівалентным элементарнаму магніту, які можна сабе прадставіць у выглядзе “магнітнага лістка” – бясконца тонкай пласціны магнітнага матэрыялу.Ампер фармулюе наступную тэарэму: колькі заўгодна малы замкнёны ток дзейнічае на любы магнітны полюс 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 просты інтэграл па контуры.

Затым даследуецца, што 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 пра кірунак зямных электрычных токаў, і ўсё апынулася ў поўнай згодзе з Амперавай тэорыяй магнетызму.

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

Я.Г. Дорфман звяртае ўвагу на тое, што 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 вальтаічных правадніках і магнітах. Я размяшчаю лічанымі хвілінамі”,- паведамляе ён у адным з лістоў.[1, c.429]

Такім чынам, Ампер аўтар самага тэрміна “электрадынаміка” як найменні вучэння пра электрычнасць і магнетызм,  адзін з заснавальнікаў гэтага вучэння. Па істоце, была створана новая навука пра электрычнасць і магнетызме.

ВЫВАДЫ

Наша даследаванне паказала наступнае:

1. Андрэ-Мары Ампер выбітны французскі навуковец, фізік, матэматык і хімік, у гонар якога названа адна з асноўных электрычных велічынь — адзінка сілы току — ампер. Аўтар самага тэрміна «электрадынаміка», як найменні вучэння пра электрычнасць і магнетызме, адзін з заснавальнікаў гэтага вучэння. Чалец Парыжскай акадэміі навук, Лонданскага і Эдынбургскага каралеўскіх грамадстваў, замежны чалец шматлікіх акадэмій, у тым ліку Пецярбургскай і шэрагу іншых навуковых устаноў.

2. Асноўныя працы Ампера ў вобласці электрадынамікі. Аўтар першай тэорыі магнетызму. Прапанаваў правіла для вызначэння кірунку дзеяння магнітнага поля на магнітную стрэлку ( правіла Ампера). Правёў шэраг эксперыментаў па даследаванні ўзаемадзеяння паміж электрычным токам і магнітам, для якіх сканструяваў вялікую колькасць прыбораў. Выявіў дзеянне магнітнага поля Зямлі на рухомыя праваднікі з токам. Адкрыў ме-ханічнае ўзаемадзеянне токаў і ўсталяваў закон гэтага ўзаемадзеяння(закон Ампера).  Зводзіў усе магнітныя ўзаемадзеянні да ўзаемадзеяння ўтоеных у целах кругавых малекулярных электрычных токаў, эквівалентных плоскім магнітам (тэарэма Ампера). Сцвярджаў, што вялікі магніт складаецца з велі-зарнай колькасці элементарных плоскіх магнітаў. Паслядоўна праводзіў чыс-та токавую прыроду магнетызму. Адкрыў магнітны эфект шпулькі з токам (саленоіда). Выказаў ідэю пра эквівалентнасць саленоіда з токам і сталага магніта. Прапанаваў змяшчаць металічны стрыжань з мяккага жалеза для ўзмацнення магнітнага поля. Выказаў ідэю выкарыстання электрамагнітных з'яў для перадачы інфармацыі. Вынайшаў камутатар, электрамагнітны тэлег-раф. Сфармуляваў паняцце «кінематыка».