Ампер - заснавальнiк сучаснай электрадынамiкi
Мiнiстэрства адукацыi РБ
Брэсцкi Дзяржаўны унiверсiтэт iмя А. С. Пушкiна
Рэферат
А. Ампер – заснавальнiк сучаснай электрадынамiкi
групы ФІ-21
Пашкевiч Анатоль
Брэст 2009
Змест:
Электрадынамiка Ампера
Іншыя працы Ампера
Спiс лiтаратуры
Пачатак навуковай дзейнасцi навукоўца
Андрэ-Мары Ампер нарадзiўся 20 студзеня 1775 года ў Лiёне ў сям'i
Адукаванага камерсанта. Бацька яго неўзабаве перасялiўся з сям'ёй у маёнтак Палем’е, размешчанае ў наваколлях Лiёна, i асабiста кiраваў выхаваннем сына. Ужо к 14 гадам Ампер прачытаў усе 20 тамоў знакамiтай “Энцыклапедыi” Дзiдро i д’Аламбера. Выяўляючы з дзяцiнства вялiкую схiльнасць да матэматычных навук, Ампер к 18 гадам у дасканаласцi вывучыў асноўныя працы Эйлера, Бярнулi i Лагранжа. Да таго часу ён добра валодаў латынню, грэчаскайiiтальянскаймовамi. Іншымi словамi, Амператрымаўглыбокуюiэнцыклапедычную адукацыю.
У 1793 годзе ў Лiёне ўспыхнуў контррэвалюцыйны мяцеж. Бацька Ампера–жырандыст, якi выконваў абавязкi суддзi пры мяцежнiках, пасля прыгнечаннямецяжу быў пакараны як саўдзельнiк арыстакратаў. Маёмасць яго была канфiскавана. Тады юны Ампер пачаў сваю працоўную дзейнасць з прыватных урокаў.
У 1801 годзе ён заняў пасадувыкладчыкафiзiкiiхiмii цэнтральнай школы ў горадзе Бурзе. Тут ён напiсаў першую навуковую працу, прысвечаную тэорыi верагоднасцi “Досвед матэматычнай тэорыi гульнi”. Гэта праца прыцягнулаўвагу д’Аламбера i Лапласа. І Ампер стаў выкладаць матэматыку iастраномiю ў Лiёнскiм лiцэi. У 1805 годзеАмпербыў прызначаны рэпетытарам паматэматыцы ў знакамiтай Полiтэхнiчнай школе ў Парыжы i з 1809 гаду заведаў кафедрай вышэйшай матэматыкi i механiкi. У гэты перыяд Ампер публiкуе шэраг матэматычных прац па тэорыi радо ў. У 1813 годзе яго абiраюць членам Інстытута (Парыжскай Акадэмii навук) на месца памёршага Лагранжа. Неўзабаве пасля абрання Ампер паклаў у Акадэмiю сваёдаследаванне пра прыламленне святла. Да гэтага ж часу адносiцца ягознакамiты “Лiст да г. Бертолле”, у якiм Ампер сфармуляваў адкрыты iмнезалежна ад Авагадра хiмiчны закон, якi цяпер называецца законам Авагадра-Ампера.
У 1816 годзе Ампер апублiкаваў сваю класiфiкацыю хiмiчных элементаў - першую ў гiсторыi хiмii сур'ёзную спробу размясцiць хiмiчныя элементы па iх падабенстве памiж сабой.
Адкрыццё Эрстэдам у 1820 годзе дзеяння электрычнага току на магнiтную стрэлку прыцягвае ўвага Ампера да з'яў электрамагнетызму.
З 1820 па 1826 год Ампер апублiкаваў шэраг тэарэтычных i эксперыментальных прац па электрадынамiцы i амаль штотыдзень выступаў здакладамi да Акадэмii навук. У 1822 годзе ён выпусцiў “Зборнiк назiранняў паэлектрамагнетызме”, у 1823 году – “Канспект тэорыi электрадынамiчныхз'яў” i, нарэшце, у 1826 годзе – знакамiтую “Тэорыю электрадынамiчныхз'яў, выведзеных выключна з досведу”. Амператрымлiвае сусветнуювядомасць як выдатны фiзiк.
Уяўленнi пра сувязь памiж электрычнасцю i магнетызмам
да Ампера
Ампер ўпершыню прапанаваў тэрмiн “электрадынамiка” i адмовiўся ад паняцця “электрамагнетызм”, якое тады ўжофiгуравалаўтэрмiналогii фiзiкi. Ампер адкiнуў паняцце “электрамагнетызм”, вiдаць таму, што лiчыў, што з'явы, якiя адбываюцца пры ўзаемадзеяннi токаў, не можа растлумачыць гiпотэза таго часу пра магнiтную вадкасць. Ён лiчыў, што пакуль гаворка iдзе толькi пра ўзаемадзеяннi памiж токам i магнiтам, тэрмiн “электрамагнiтныя з'явы” быў цалкам дарэчы, бо апiсваў адначасовую праяву электрычных i магнiтных эфектаў, адкрытых Эрстэдам.
Але калi было ўстаноўленана ўзаемадзеянне памiж токамi, гонар адкрыцця якога належыць Амперу, тое стала ясна, што тут удзельнiчаюць не магнiты, а два цi некалькi электрычных токаў.
“Паколькi з'явы,- пiсаў ён,- пра якiя тут iдзе гаворка, могуць быць выклiканы толькi электрычнасцю, што рухаецца, я палiчыў патрэбным абазначыць iх тэрмiнам электрадынамiчныя з'явы”.
Упершыню ўласцiвасцi магнiтнага жалязняку i бурштыну апiсаў Фалес Мiлецкi у шостым стагодзi да н. э., якi сабраў значны матэрыял па гэтай тэме. Яго доследы былi чыста абстрактнымi, i нiчым не пацверджанымi. Фалес даў малапераканальнае тлумачэнне ўласцiвасцям магнiта цi нацёртага бурштыну, прыпiсваючы iм “адушаўлёнасць”. Праз стагоддзе пасля яго Эмпедокл тлумачыў прыцягненне жалеза магнiтам “зцячэннямi”. Пазней падобнае ж тлумачэнне ў больш вызначанай форме было прадстаўлена ў кнiзе Лукрэцыя “Пра прыроду рэчаў”. Выказваннi пра магнiтныя з'явы мелiся i ў працах Платона, дзе ён апiсваў iх у паэтычнай форме.
Уяўленнi пра iстоту магнiтных дзеянняў былi ў навукоўцаў блiжэйшага да нас часу – Дэкарта, Гюйгенса i Эйлера, прычым гэтыя ўяўленнi ў некаторых адносiнах не занадта адрознiвалiся ад уяўленняў старажытных фiлосафаў.
З часоў антычнасцi да эпохi Рэнесансу магнiтныя з'явы выкарыстоўвалiся або як сродак забаўкi, або як карысная прылада для ўдасканалення навiгацыi. Праўда, у Кiтаi бусоль ужывалася для навiгацыi яшчэ да нашай эры. У Еўропе яна стала вядомая толькi ў 13 стогодзi,хоць упершыню згадваецца ў працах сярэднявечных аўтараў.
Першым эксперыментатарам, якi заняўся магнiтамi, быў Пётр Перэгрын з Марыкура (13 стагоддзе). Ён дасведчаным шляхам усталяваў iснаванне магнiтных палюсоў, прыцягненне рознаiменных палюсоў i адштурхванне аднайменных.
Разразаючы магнiт, ён выявiў немагчымасць iзаляваць адзiн полюс ад iншага. Ён вывастрыў сфероiд з магнiтнага жалязняку i спрабаваў эксперыментальна паказаць аналогiю ў магнiтным стаўленнi памiж гэтым сфероiдам i зямлёй. Гэты досвед пасля яшчэ больш вiдавочна паказаўГiльберт у 1600 годзе.
Затым у вобласцi вывучэння магнiтных з'яў наступiла амаль трохвяковае зацiшша.
Старажытныя (напрыклад, Тэафраст) у 4 стагодзi да н. э. выявiлi, што, акрамябурштыну, i некаторыя iншыя рэчывы (гагат, анiкс) здольныя ў вынiкутрэння набываць уласцiвасцi, пасля названыяэлектрычнымi. Аднак на працягу доўгага часу нiхто не супаставiў магнiтныя i электрычныя дзеяннi i не выказаў думкi пра iх агульнасць.
Адным з першых сярэднявечных навукоўцаў (а магчыма, i самым першым), хтовёў спадарожнае назiранне фактаў, якiя могуць навесцi на ўяўленнi праўзаемадзеяннi, падабенства цi адрозненне электрычных i магнiтных з'яў,быў Кардан, якi ўнёс у гэта пытанне некаторуюўпарадкаванасць. У сваёй працы“Пра дакладнасць” 1551 гадаён эксперыментальна паказвае безумоўнаеадрозненнепамiж электрычнымi iмагнiтнымi прыцягненнямi. Калi бурштын здольны прыцягваць усякiя лёгкiяцелы, то магнiт прыцягвае толькi жалеза. Наяўнасць перашкоды (напрыклад,экрана) памiж целамi спыняе дзеянне электрычнага прыцягнення лёгкiхпрадметаў, але не перашкаджае магнiтнаму прыцягненню. Бурштын непрыцягваецца тымi кавалачкамi, якiя ён сам прыцягвае, а жалеза здольнапрыцягваць сам магнiт. Далей: магнiтнае прыцягненне накiраванапераважна да палюсоў, лёгкiя ж целы прыцягваюцца ўсёй паверхняйнацёртага бурштыну. Для стварэння электрычных прыцягненняў неабходны, памеркаваннi Кардана, трэнне i цеплыня, у той час як прыродны магнiт выяўляесiлу прыцягнення без якой-небудзь яго папярэдняй падрыхтоўкi.
эксцэнтрычнасць арбiт прыцягненнямi i адштурхваннямi памiж сонечнымi iпланетарнымi магнiтамi. Гiльберт выкладае меркаваннi пра падабенствы iадрозненнi магнiтных i электрычных з'яў i прыходзiць да высновы, што электрычныя з'явы адрознiваюцца ад з'яў магнiтных.
У 1629 году НикалаКабео апублiкаваў працу пра магнiтную фiласофiю, у якой упершыню указаў на iснаванне электрычных адштурхванняў. Кабео, як iГiльберт, выказваў думку пра “сферу дзеяння” магнiта, якая абмяжоўваецца некаторай прасторай вакол цела. Так яшчэ невыразна з’яўляласяўяўленне пра магнiтнае поле. Гэта думка з большай пэўнасцю была выказана Кеплерам, якi прыйшоў да паняцця “лiнiiдзеяння”, якiя складаюць у сваёй сукупнасцi “сферу дзеяння” вакол кожнага з палюсоў.
i электрычнасцi. Па Дэкарце, вакол кожнага магнiта iснуенайтонкае рэчыва, якое складаецца з нябачных вiхраў.
Меркаванне Гiльберта пра карэннае адрозненне памiж электрычнасцю i магнетызмамтрывала ўтрымлiвалася ў навуцы больш чым паўтарастагоддзя.
Эпинус, якi займаўся даследаваннем электрычнасцi i магнетызму, прымусiў навукоўцаў звярнуцца да пытання пра падабенства гэтых дзвюх з'яў. Ён таксамапаклаў пачатак новаму этапу ў гiсторыi тэарэтычных даследаванняў у дадзенайвобласцi, – ён звярнуўся да разлiковых метадаў даследавання.
з пункту гледжання зваротнай iх прапарцыйнасцi адлегласцi. Ён уводзiць паняцце пра ступень наэлектрызаванасцi праваднiка (гэта значыць ёмiстасцi) i пра ўраўнаванне гэтай ступенi ў двух наэлектрызаваных цел, злучаных памiж сабой праваднiком. Гэта першае колькаснае ўдакладненне пра роўнасць патэнцыялаў.
У 1785 году Кулон правёў свае знакамiтыя даследаваннi колькасных характарыстык узаемадзеяння памiж магнiтнымi палюсамi, з аднаго боку, i памiж электрычнымi зарадамi – з iншага. Акрамя таго, ён увёў паняцце прамагнiтны момант i прыпiсаў гэтыя моманты матэрыяльным часцiцам.
Новая эпоха ў вобласцi электрычнасцi i магнетызму пачалася на мяжы 18 i 19 стагоддзяў, калi Аляксандра Вольта апублiкаваў паведамленне пра спосабвырабляць бесперапынны электрычны ток. Услед за гэтым даволi хутка пагiстарычных мерках былi адкрыты разнастайныя дзеяннi гальванiчнайэлектрычнасцi, гэта значыць электрычнага пастаяннагатоку; у прыватнасцiздольнасць току раскладаць ваду i хiмiчныя злучэннi, вырабляць цеплавыя дзеяннi, награваючы праваднiк i шматлiкае iншае.
дзеянне праваднiка з токам на магнiтную стрэлку компаса.
Электрадынамiка Ампера
Да 1820 года Ампер звяртаўся да вывучэння электрычнасцi толькi выпадкова.
Аднак з моманту, калi з'явiлiся першыя звесткi пра адкрыццё Эрстэдам дзеянняў току на магнiт, i да канца 1826 годаАмпер вывучаў з'явы электрамагнетызму настойлiва i мэтанакiравана. Ампер сам заяўляў, што галоўны штуршок яго даследаванням у вобласцi электрадынамiкi дало адкрыццёЭрстэда. Да адкрыцця Амперам механiчных узаемадзеянняў памiж праваднiкамi,па якiх працякае электрычны ток, навукоўца прывялi лагiчныя перадумовы: дваправаднiкi, на якiя дзейнiчае магнiтная стрэлка i кожны з якiх усваю чаргу па закону дзеяння i процiдзеяння дзейнiчае на яе, павiннынейкiм чынам дзейнiчаць i адзiн на аднаго. Матэматычныя ж ведыдапамаглi яму выявiць, якiм чынам узаемадзеянне токаў залежыць ад iхразмяшчэння i формы.
У пратаколе Акадэмii навук ад 18 верасня 1820 года, праз тыдзень пасля таго, як Амперу стала вядома пра досведы Эрстэда, былi запiсаны наступныясловы Ампера: “Я звёў з'явы, якiя назiралiся Эрстэдам, да двух агульных фактаў.
Я паказаў, што ток, якi знаходзiцца ў слупе, дзейнiчае на магнiтную стрэлку, як i ток у злучальным дроце. Я апiсаў досведы, пасродкам якiх канстатаваў прыцягненне цi адштурхванне ўсёй магнiтнай стрэлкi злучальным провадам. Я апiсаў прыборы, якiя я намерваюся пабудаваць, i, сярод iншых, гальванiчныя спiралi i завiткi. Я выказаў тую думку, што гэтыя апошнiя павiнны вырабляць ва ўсiх выпадках такi ж эфект, як магнiты.
Праходзiць яшчэ тыдзень. На паседжаннi 25 верасня 2001 годаАмпер iзноўвыступае з паведамленнем, у якiмён развiвае раней выкладзеныя меркаваннi. Пратакольны запiс Акадэмii навук абвяшчае: ”Я надаў вялiкае развiццё гэтай тэорыi i апавясцiў пра новы факт прыцягнення i адштурхвання двух электрычных токаў без удзелу якога-небудзь магнiта, а таксама пра факт,якi я назiраў са спiралепадобнымi праваднiкамi. Я паўтарыў гэтыя досведыпадчас гэтага паседжання.”
Затым выступы Ампера ў Акадэмii навук вынiкалi адно за iншым. Гэта быўу жыццi Ампера час, калi ён увесь быў паглынуты досведамi i распрацоўкайтэорыi.
Працы Ампера, якiя адносяцца да электрадынамiкi, развiвалiся лагiчна i прайшлi праз некалькi этапаў, быўшы цесна памiж сабой звязанымi.
току наток, ён быў першым, хто паставiў досведы для высвятлення гэтага.
Раннiя працы Ампера па электрадынамiцы дазваляюць меркаваць, што яго пачатковыя ўяўленнi пра электрычнасць зводзiлася да “макраскапiчных” токаў: часцiцы ў стрыжнi сталёвага магнiта дзейнiчалi як пары, што складаюць вольтаў слуп, i, такiм чынам, вакол стрыжня апыняўся саленоiдападобны электрычны ток. Думка пра малекулярныя электрычныя токi ў яго паўстала пазней.
Зыходным матэрыялам для Ампера служылi досведы i назiраннi.
Эксперыментуючы, ён карыстаўся разнастайнымi прыёмамi i апаратурай, пачынальна з простых камбiнацый праваднiкоў цi магнiтаў i канчаючы пабудовайдаволi складаных прыбораў. Вынiкi досведаў i назiранняў служылi для ягопадставай для тлумачэння характарыстак цi ўласцiвасцяў з'яў, стварэння тэорыi i ўказання магчымых практычных высноў. Затым Ампер матэматычнаабгрунтоўваў выказаную iм тэорыю; гэта часам патрабавала адмысловыхматэматычных метадаў, чым Амперу i даводзiлася адначасна займацца. Увынiку Ампер стварыў трывалую падставу для новага раздзелуфiзiкi, названагаiм электрадынамiкай.
Асноўныя iдэi электрадынамiкi Ампера такiя.
Па-першае, узаемадзеяннiэлектрычных токаў. Тут робiцца спробаразмежаваць дзве характарыстыкiстанаў, назiраемых у электрычным ланцугу, i даць iм вызначэнне: гэта –электрычная напруга i электрычны ток. Ампер упершыню ўводзiць паняцце“электрычны ток”, i ўслед за гэтым паняцце “кiрунак электрычнагатоку”. Для канстатавання наяўнасцi току i для вызначэння яго кiрунку i“энергii” Ампер прапануе карыстацца прыборам, якому ён даў назвугальванометра. Такiм чынам, Амперу прыналежыць iдэя стварэння такогавымяральнага прыбора, якi мог бы служыць для вымярэння сiлы току.
Ампер лiчыў патрэбным унесцi таксама ўдакладненне ў назвупалюсоў магнiта. Ён назваў паўднёвым полюсам магнiтнай стрэлкi той, якi звернуты напоўнач, а паўночным той, якi накiраваны на поўдзень.
Ампер выразна паказвае на адрозненне памiж узаемадзеяннем зарадаў i ўзаемадзеяннем токаў: узаемадзеянне токаў, спыняецца з разрывам ланцуга; у электрастатыцы прыцягненне выяўляецца пры ўзаемадзеяннi рознаiменных электрычнасцей, адштурхванне– пры аднайменных; пры ўзаемадзеяннi токаў карцiна зваротная: токi аднаго кiрунку прыцягваюцца, а розных знакаў – адштурхваюцца. Акрамя таго, ён выявiў, што прыцягненне i адштурхванне токаў у вакууме адбываецца гэтак жа, як упаветры.
на гэтай сваёй iдэi, ёнвыказвае думку пра тоеснасць прыроднага магнiта i контуру з токам,названага iм саленоiдам, гэта значыць замкнёны ток павiнен лiчыццэквiвалентным элементарнаму магнiту, якi можна сабе прадставiць у выглядзе“магнiтнага лiстка” – бясконца тонкай пласцiны магнiтнага матэрыялу.
Ампер фармулюе наступную тэарэму: колькiзаўгодна малы замкнёны токдзейнiчае на любы магнiтныполюс гэтак жа, як будзе дзейнiчаць малы магнiт, змешчаны на месцы току, якi мае тую ж магнiтную вось i той жа магнiтны момант. Думка пра тоеснасць дзеяння магнiтнага лiстка i элементарнага кругавога току пацвердзiлася матэматычна пасродкам тэарэмы Ампера пра пераўтварэнне падвойнага iнтэграла па паверхнi ў простыiнтэграл па контуры.
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 i лад магнiтнай стрэлкi. Досведы пацвердзiлi, што Зямля ёсць вялiкi магнiт, якi мае свае палюсы, здольны дзейнiчаць на iншы магнiт i на токi. Пацвердзiлася меркаванне Ампера пракiрунак зямных электрычных токаў, i ўсё апынулася ў поўнай згодзе з Амперавай тэорыяй магнетызму.
Ампер таксама стаў аўтарам метадаў вымярэння электрадынамiчных дзеянняў i адпаведных прыбораў, якiя не страцiлi свайго значэння i ў наш час.
аб вальтаiчныхправаднiках i магнiтах. Я размяшчаю лiчанымi хвiлiнамi”,- паведамляе ён у адным з лiстоў. Лекцыi Ампера па вышэйшай матэматыцы карысталiся шырокай вядомасцю i прыцягвалi шматлiкiх слухачоў.
Іншыя працы Ампера
З 1827 года Ампер амаль не займаецца пытаннямi электрадынамiкi, вычарпаўшы, свае навуковыя задумы ў гэтым кiрунку. Ёнвяртаецца да праблем матэматыкi, i ў наступныя дзевяць гадоў жыццяпублiкуе “Выклад прынцыпаў варыяцыйнага вылiчэння” i шэрагiншыхвыдатных матэматычных прац.
Але творчасць Ампера нiколi не абмяжоўвалася матэматыкай i фiзiкай.
Энцыклапедычная адукацыя i рознабаковыя iнтарэсы раз-пораз падахвочвалi яго займацца самымi разнастайнымi галiнамi навук. Так, напрыклад, ён шмат займаўся параўнальнай заалогiяй i прыйшоў да цвёрдага пераканання пра эвалюцыю жывёльных арганiзмаў. На гэтай глебе Ампер вёў разлютаваныя спрэчкi зКюў’е i яго прыхiльнiкамi. Калi аднойчы яго супернiкi спыталi, цi сапраўды ён лiчыць, што “чалавек адбыўся ад слiмака”, Ампер адказаў: ”Пасля стараннага даследавання я пераканаўся ў iснаваннi закона, якi вонкава здаецца дзiўным, але якi з часам будзе прызнаны. Я пераканаўся, што чалавек паўстаў па закону, агульнаму для ўсiх жывёл”.
Але разам з навуковымi праблемамi Ампер надаваў нямала ўвагi багаслоўю. У гэтым адбiўся ўплыў клерыкальнага хатняга асяроддзя. Ужо з маладых гадоў Ампер патрапiў у чэпкiя лапы езуiтаў, якiя не адпускалi яго да канца жыцця. Адзiн час ён спрабаваў пераадолець уплыў, аднак пазбавiцца ад гэтага асяроддзя ў яго не атрымалася.
У лiстахАмпера разам з тым утрымоўваюцца самыя недарэчныя развагi пра догмыкаталiцкай царквы i да т. п. Гэта дваiстасць i супярэчлiвасць гледжанняўАмпера рэзка адбiваецца ва ўсiх яго працах, дзе закранаюцца грамадскiяi фiласофскiя пытаннi.
Заслугоўвае ўвагi вялiкая праца Ампера “Досвед фiласофскiх навук цi аналiтычны выклад натуральнай класiфiкацыi ўсiх чалавечыхведаў”. Першы том гэтай працы выйшаў у 1834 годзе, другi том застаўся няскончаным i быў выдадзены пасля смерцi Ампера, у 1843 годзе.
Падчас адной са сваiхпаездак па iнспектаваннi школ Ампер цяжка захварэў i памер 10 чэрвеня1836 гада ў Марсэлi.
Спiс лiтаратуры
:
2. Ампер А. М. Электродинамика. – Изд-во Акад. Наук СССР, 1954.
3. Голин Г. М., Филонович С. Р. Классики физической науки (С древнейших времйн до начала ХХ века). – М.: Высшая школа, 1989. – 576 с.
| 
