Винахід електричних машин

У дослідах Кавендіша використовуються дві півсфери, поміщені на підвішені рами. Внутрішній куля закріплений на горизонтальному стрижні. Заряд кулі визначається за допомогою скляної палички, обмотаною станіолем в точці дотику. Зі станіолю звішуються два пробкових кульки. Внутрішній кулю і сфери були покриті станіолем, щоб провідність була хорошою. За допомогою електричної машини заряжалась батарея-конденсатор, а від неї – півсфери, з’єднані з кулею. Після цього послідовно: віддалявся провід, що з’єднує півсфери з батареєю, витягали провідник, що з’єднує півсфери з кулею, півсфери роз’єднувались і кулі стосувалися скляною паличкою.
Кавендіш був гранично уважний до експерименту. Електрика на півсферах і провіднику віддалялося негайно після роз’єднання, в іншому випадку, дія цього електрики могло змусити пробкові кульки розійтися, якби всередині куля ні наелектризоване. У всіх дослідах зарядка півсфер проводилася від батареї, зарядженої “до однаковою мірою”, що контролювалося спеціальним електрометром. Це забезпечувало відтворюваність результатів. Далі для підвищення чутливості Кавендіш використовував попередню електризацію кульок. Сенс цього в наступному. Припустимо, що півсфери заряджені позитивно. Нехай спочатку пробкові кульки теж заряджені позитивно. Після видалення півсфер паличка стосується кулі і расходимость кульок зменшується, оскільки велику частину заряду вони віддають кулі. Те ж, якщо кульки попередньо зарядити негативно. Однак, якщо на кулю переходить заряд від півсфер, то розбіжність у першому випадку збільшиться, у другому – зменшиться.
Найважливішою особливістю роботи Кавендіша є перевірка за допомогою додаткового експерименту. Для цього Кавендіш розробив методику порівняння ємностей різних провідників. За допомогою цієї методики він встановив, що внутрішньому кулі міг бути переданий заряд заряду зовнішніх півсфер. Оскільки передача заряду не спостерігалося, він приходить до висновку, що. Таким чином, Кавендіш коректно встановив закон “зворотних квадратів”.
Ще за його життя здобули популярність його досліди з електричними рибами – він створив “електричного ската”. Експериментально досліджував провідність різних речовин і в значній мірі передбачив Ома. У електростатики він одним з перших використав поняття електроємності провідника (термін не ввів), як еталон він вибрав ємність кулі. Завдяки цьому він міг проводити кількісні виміри в області електрики. У своїх електричних дослідженнях Кавендіш набагато випередив час.

Ідеалом вченого Англії того часу був учений-любитель. В Англії того часу не було вчених-професіоналів, навіть Лондонське Королівське Товариство (ЛКО) було громадською організацією. Значимість будь-якого наукового дослідження визначалася громадською думкою. Мабуть, у своїх дослідженнях з електрики Кавендіш не міг розраховувати на суспільне визнання, тому він не опублікував їх результати. Тільки завдяки статті Максвелла “Електричні дослідження високоповажного Генрі Кавендіша”, опублікованій в 1779 р, вчений світ познайомився з його творчістю.
Кавендіш ні любителем, він був поглинений дослідженнями. Він створив в своєму будинку прекрасну електричну лабораторію, де і був встановлений закон “зворотних квадратів” в експерименті із зарядженою сферою, покритої знімною поверхнею.
Знову закон взаємодії електричних зарядів був відкритий Шарлем Огюстом Кулоном в 1775 р Виникає питання: якщо б робота Кавендіша була опублікована, були б поставлені досліди Кулона? Мабуть, так. Справа в тому, що у своїх роботах Кавендіш користувався поняттями, які тепер називаються “потенціал” і “ємність”. Ці поняття не вкладалися в суворі рамки механічних уявлень, поширених у другій половині XVIII в. Для їх широкого впровадження необхідно було побудова “містка”, що зв’язує електричні поняття з механічними. Таким “містком” могли стати досліди, в яких електричні величини (наприклад, заряд) визначаються за допомогою механічних (відстань, сила та ін.). Це було зроблено Кулоном.
У 1777 р Кулон отримав премію Паризької АН за створення гранично чутливого приладу для реєстрації найменших змін магнітного поля Землі. У цій роботі він запропонував замість голки на опорі використовувати магнітну стрілку, підвішену на довгій шовкової нитки. Такий підвіс виключав тертя. Ця робота викликала ряд інших досліджень у різних галузях фізики. Система підвісу була використана в обсерваторії при дослідженні добових і вікових змін магнітного поля Землі. Пристрій підвісу поставило питання про закон кручення, який він встановив. Закінчивши роботу з вивчення крутіння, він став думати про можливі застосування крутильного підвісу. В результаті він створив електричні ваги, які спочатку пропонувалися для демонстрації можливості вимірювання малих електричних сил.

Назва перших мемуарів Кулона – “Конструкція і застосування електричних ваг, заснованих на властивості металевого дроту мати силу кручення, пропорційну кутку кручення” (1785 г.). Дослідження в результаті привели його до формули “фундаментального закону електрики”.
Кулон починає виклад з докладним описом створених ним крутильних ваг, що представляють для свого часу шедевр експериментального мистецтва. Далі описує експеримент і вказує похибка в 12%. У перших мемуарах Кулон не дав повного вирішення проблеми. Як і його попередники Прістлі і Кавендіш, він досліджував силу відштовхування і потім перейшов до вивчення тяжіння.
Спосіб дослідження сил тяжіння описаний в наступних мемуарах (1785 г.). Кулон знайшов, що. Слід сказати, що Кулон брав як очевидний той факт, що сила електричного взаємодії пропорційна добутку “електричних мас”, і не намагався обґрунтувати це твердження за допомогою досвіду. В останніх мемуарах Кулон вже використав це твердження. Причина в тому, що не сформувалася чітко система понять для кількісного опису. Крім того, закон Кулона сам став визначенням для введення одиниці заряду. Досліди Кулона з’явилися важливим етапом у розвитку фізичного експерименту. Крутильні ваги до сих пір використовуються для проведення прецизійних експериментів.
Однак, якщо порівняти методи Кулона і Кавендіша, то слід зауважити більш витончений експеримент Кавендіша – його досліди дуже близькі до сучасних точним експериментів. Досліди Кулона більш традиційні і характерні “інженерної” точністю (до недоліків слід віднести витік зарядів, апериодический режим крутильних коливань коромисла, труднощі фіксації рівноважного положення коромисла і т.д.). Надалі Кулон досліджував процес витікання електричного заряду, вивчив розподіл заряду по поверхні провідника різної форми, що послужило експериментальним обгрунтуванням теорії електричних явищ, розвиненою С. Пуассоном на початку XIX ст. Кулон ставив досліди з вивчення магнітних сил, проте результати не порівнянні за значенням з дослідженнями електричного взаємодії.
Усі найважливіші роботи в галузі електрики і магнетизму були завершені Кулоном до 1789, тобто до Великої французької революції. Будучи офіцером, він боявся, що революційний терор торкнеться і його, тому він віддалився в свій маєток Блуа. Там він не міг проводити експерименти, тому тематика його досліджень змінилася. Він вивчає рух соків в деревах, ставить досліди з вивчення ефективності мускульних зусиль людини. Він опублікував ці роботи після повернення в Париж, де в 1797 році був організований Французький національний інститут, в який його обрали академіком. З 1802 по 1806 рр. (Рік смерті) Кулон викладав та працював інспектором народної освіти. Т. Юнг так відгукнувся про нього: “Його моральний вигляд був таким же бездоганним, як і його математичні роботи”.

Посилання на основну публікацію