История электромагнитной теории

История электромагнитной теории начинается с древних мер по пониманию атмосферного электричества , в частности молнии . [1] Люди тогда мало что понимали в электричестве и не могли объяснить эти явления. [2] Научное понимание и исследование природы электричества развивались на протяжении восемнадцатого и девятнадцатого веков благодаря работам таких исследователей, как Андре-Мари Ампер , Шарль-Огюстен де Кулон , Майкл Фарадей , Карл Фридрих Гаусс и Джеймс Клерк Максвелл .

В XIX веке стало ясно, что электричество и магнетизм связаны, и их теории были объединены: везде, где заряды находятся в движении, возникает электрический ток, а магнетизм обусловлен электрическим током. [3] Источником электрического поля является электрический заряд , тогда как источником магнитного поля является электрический ток (движущиеся заряды).

Древняя и классическая история

Знание статического электричества восходит к самым ранним цивилизациям, но на протяжении тысячелетий оно оставалось просто интересным и загадочным явлением, без теории, объясняющей его поведение, и его часто путали с магнетизмом. Древние были знакомы с довольно любопытными свойствами, которыми обладали два минерала, янтарь ( греч . ἤλεκτρον , ēlektron ) и магнитная железная руда ( μαγνῆτις λίθος magnētis lithos , [4] «магнезиальный камень, [5] магнит »). Янтарь, если его потереть, притягивает легкие предметы, такие как перья; магнитная железная руда обладает способностью притягивать железо. [6]

Открытие свойства магнитов .
Магниты были впервые обнаружены в естественном состоянии; в разных частях света, в частности в Магнезии в Малой Азии , были обнаружены некоторые оксиды железа, которые обладали свойством притягивать небольшие кусочки железа, что показано здесь.

Основываясь на своей находке гематитового артефакта ольмеков в Центральной Америке , американский астроном Джон Карлсон предположил, что «ольмеки могли открыть и использовать геомагнитный компас ранее 1000 г. до н. э.». Если это правда, то это «более чем на тысячу лет предшествует открытию китайцами геомагнитного компаса». [7] [8] Карлсон предполагает, что ольмеки могли использовать подобные артефакты в качестве устройства направления для астрологических или геомантических целей или для ориентации своих храмов, жилищ живых или захоронений мертвых. Самое раннее упоминание магнетизма в китайской литературе содержится в книге IV века до н. э. под названием «Книга мастера долины Дьявола» (鬼谷子): «Магнит заставляет железо прибывать или притягивает его». [9] [10]

Электрический сом водится в тропической Африке и реке Нил .

Задолго до того, как появились какие-либо знания об электромагнетизме , люди знали о воздействии электричества . Молния и другие проявления электричества, такие как огни Святого Эльма, были известны в древние времена, но не понималось, что эти явления имеют общее происхождение. [11] Древние египтяне знали о шоке при взаимодействии с электрическими рыбами (например, электрическим сомом ) или другими животными (например, электрическими угрями ). [12] Шок от животных был заметен наблюдателям с доисторических времен различными народами, которые вступали с ними в контакт. Тексты древних египтян от 2750 г. до н. э. называли этих рыб «громовержцами Нила » и видели в них «защитников» всех других рыб. [6] Другой возможный подход к открытию идентичности молнии и электричества из любого другого источника следует отнести к арабам, которые до 15-го века использовали одно и то же арабское слово для обозначения молнии ( barq ) и электрического ската . [11]

Фалес Милетский, писавший около 600 г. до н. э., отметил, что натирание меха различными веществами, такими как янтарь, заставляет их притягивать пылинки и другие легкие предметы. Фалес писал об эффекте, который теперь известен как статическое электричество . Греки отметили, что если они будут тереть янтарь достаточно долго, то они даже смогут заставить проскакивать электрическую искру . [13] [14]

Древний индийский медицинский текст «Сушрута Самхита» описывает использование магнитных свойств магнетита для удаления стрел, застрявших в теле человека. [15]

Эти электростатические явления были снова описаны тысячелетия спустя римскими и арабскими натуралистами и врачами . [16] Несколько древних писателей, таких как Плиний Старший и Скрибоний Ларгус , засвидетельствовали парализующий эффект электрических разрядов, производимых сомами и электрическими скатами. Плиний в своих книгах пишет: «Древние тосканцы по своей учености считают, что есть девять богов, которые посылают молнии, и те одиннадцати видов». Это было в целом ранним языческим представлением о молнии. [11] Древние придерживались некоторой концепции, что разряды могут распространяться по проводящим объектам. [17] Пациентам с такими недугами, как подагра или головная боль, было предписано прикоснуться к электрической рыбе в надежде, что мощный разряд может их вылечить. [18]

Группа объектов, найденных в Ираке в 1938 году и датируемых первыми веками нашей эры ( Сасанидская Месопотамия ), называемая Багдадской батареей , напоминает гальванический элемент и, как полагают некоторые, использовалась для гальванизации . [19] Эти утверждения являются спорными из-за подтверждающих доказательств и теорий относительно использования артефактов, [20] [21] физических доказательств того, что объекты способствуют электрическим функциям, [22] и были ли они электрическими по своей природе. В результате природа этих объектов основана на предположениях , а функция этих артефактов остается под вопросом. [23]

Магнитное притяжение когда-то объяснялось Аристотелем и Фалесом как действие души в камне. [24]

Средние века и эпоха Возрождения

Магнитный компас был разработан в 11 веке и повысил точность навигации, используя астрономическую концепцию истинного севера ( Dream Pool Essays , 1088). Китайский ученый Шэнь Куо (1031–1095) был первым человеком, который, как известно, написал о магнитном компасе, а к 12 веку китайцы, как известно, использовали компас на магните для навигации. В Европе первое описание компаса и его использования для навигации принадлежит Александру Некаму (1187), хотя использование компасов уже было распространено. Его развитие в европейской истории было связано с Флавио Джойей из Амальфи . [25]

В XIII веке Питер Перегрин , уроженец Марикура в Пикардии , проводил эксперименты по магнетизму и написал первый сохранившийся трактат, описывающий свойства магнитов и вращающихся стрелок компаса. [6] В 1282 году свойства магнитов и сухих компасов обсуждались Аль-Ашрафом Умаром II , йеменским ученым . [26] Сухой компас был изобретен около 1300 года итальянским изобретателем Флавио Джойей. [27] [ противоречиво ]

Архиепископ Евстафий Фессалоникийский , греческий ученый и писатель XII века, пишет, что Воливер , король готов , мог вытягивать искры из своего тела. Тот же писатель утверждает, что некий философ мог во время одевания вытягивать искры из своей одежды, результат, по-видимому, схожий с полученным Робертом Симмером в его экспериментах с шелковыми чулками, подробный отчет о которых можно найти в Philosophical Transactions , 1759. [11]

Итальянский врач Джероламо Кардано писал об электричестве в труде «De Subtilitate» (1550), возможно, впервые проведя различие между электрическими и магнитными силами.

17 век

Ближе к концу XVI века врач времен королевы Елизаветы Уильям Гилберт в своем труде «De Magnete » расширил работу Кардано и придумал неолатинское слово electrica от греческого слова ἤλεκτρον ( ēlektron ), означающего «янтарь». [28]

Гилберт провел ряд тщательных электрических экспериментов, в ходе которых он обнаружил, что многие вещества, помимо янтаря, такие как сера, воск, стекло и т. д. [29] , способны проявлять электрические свойства. Гилберт также обнаружил, что нагретое тело теряет свое электричество и что влага препятствует электризации всех тел из-за ныне общеизвестного факта, что влага ухудшает изоляцию таких тел. Он также заметил, что наэлектризованные вещества притягивают все другие вещества без разбора, тогда как магнит притягивает только железо. Множество открытий такого рода принесли Гилберту звание основателя электрической науки . [11] Исследуя силы на легкой металлической игле, уравновешенной на острие, он расширил список электрических тел и также обнаружил, что многие вещества, включая металлы и естественные магниты, не проявляют никаких сил притяжения при трении. Он заметил, что сухая погода с северным или восточным ветром является наиболее благоприятным атмосферным условием для проявления электрических явлений — наблюдение, подверженное неправильному толкованию, пока не будет понята разница между проводником и изолятором. [30]

Роберт Бойл .

Работа Гилберта была продолжена Робертом Бойлем (1627–1691), знаменитым натурфилософом, которого когда-то называли «отцом химии и дядей графа Корка». Бойль был одним из основателей Королевского общества, когда оно собиралось в частном порядке в Оксфорде, и стал членом совета после того, как общество было учреждено Карлом II в 1663 году. Он оставил подробный отчет о своих исследованиях под названием «Эксперименты по происхождению электричества» . [30] Он обнаружил, что электрифицированные тела притягивают легкие вещества в вакууме, указывая на то, что электрический эффект не зависит от воздуха как среды. Он также добавил смолу и другие вещества к известному тогда списку электриков. [11] [31] [32] [33]

В 1663 году Отто фон Герике изобрел устройство, которое сейчас признано ранним (возможно, первым) электростатическим генератором , но он не распознал его в первую очередь как электрическое устройство и не проводил с ним электрических экспериментов. [34] К концу 17-го века исследователи разработали практические способы получения электроэнергии путем трения с помощью электростатического генератора , но разработка электростатических машин началась всерьез только в 18-м веке, когда они стали основополагающими инструментами в исследованиях новой науки об электричестве .

Первое использование слова «электричество» приписывается сэру Томасу Брауну в его труде 1646 года «Pseudodoxia Epidemica» .

Термин «электромагнетизм» впервые был использован в работе Magnes [35] иезуитского светила Афанасия Кирхера в 1641 году. Глава озаглавлена ​​провокационным заголовком: « Elektro-magnetismos , то есть «О магнетизме янтаря, или электрическом притяжении и его причинах» ( ἠλεκτρο -μαγνητισμός id est sive De Magnetismo electrici, seu electricis attractionibus earumque causis ).

18 век

Улучшение электрической машины

Генератор, построенный Фрэнсисом Хоксби . [36]

Электрическая машина была впоследствии усовершенствована Фрэнсисом Хауксби , его учеником Литцендорфом и профессором Георгом Маттиасом Бозе около 1750 года. Литцендорф, проводя исследования для Христиана Августа Хаузена , заменил серный шар Герике стеклянным шаром . Бозе был первым, кто применил «первичный проводник» в таких машинах, он состоял из железного стержня, который удерживал в руке человек, чье тело было изолировано, стоя на блоке смолы. Ингенхауз в 1746 году изобрел электрические машины, сделанные из листового стекла. [37] Эксперименты с электрической машиной во многом были поддержаны открытием того, что стеклянная пластина, покрытая с обеих сторон фольгой, накапливала электрический заряд при подключении к источнику электродвижущей силы . Электрическая машина вскоре была дополнительно усовершенствована Эндрю Гордоном , шотландцем, профессором в Эрфурте, который заменил стеклянный цилиндр вместо стеклянного шара; и Гиссинг из Лейпцига, который добавил «резину», состоящую из подушки из шерстяного материала. Коллектор, состоящий из ряда металлических точек, был добавлен к машине Бенджамином Уилсоном около 1746 года, а в 1762 году Джон Кантон из Англии (также изобретатель первого электроскопа с пробковым шариком в 1754 году [38] ) улучшил эффективность электрических машин, распылив амальгаму олова по поверхности резины. [11]

Электрика и неэлектрика

В 1729 году Стивен Грей провел ряд экспериментов, которые продемонстрировали разницу между проводниками и непроводниками (изоляторами), показав, среди прочего, что металлическая проволока и даже шпагат проводят электричество, тогда как шелк — нет. В одном из своих экспериментов он пропустил электрический ток через 800 футов пеньковой нити, которая была подвешена с интервалами на петлях из шелковой нити. Когда он попытался провести тот же эксперимент, заменив шелк на тонко скрученную латунную проволоку, он обнаружил, что электрический ток больше не проходил через пеньковый шнур, а вместо этого, казалось, исчезал в латунной проволоке. Из этого эксперимента он разделил вещества на две категории: «электрики», такие как стекло, смола и шелк, и «неэлектрики», такие как металл и вода. «Неэлектрики» проводили заряды, в то время как «электрики» удерживали заряд. [11] [39]

Стекловидный и смолистый

Заинтригованный результатами Грея, в 1732 году К. Ф. Дюфе начал проводить несколько экспериментов. В своем первом эксперименте Дюфе пришел к выводу, что все предметы, за исключением металлов, животных и жидкостей, могут быть электрифицированы трением, а металлы, животные и жидкости могут быть электрифицированы посредством электрической машины, тем самым дискредитируя классификацию веществ Грея на «электрики» и «неэлектрики».

В 1733 году Дюфе открыл то, что он считал двумя видами фрикционного электричества: одно, генерируемое при трении стекла, другое — при трении смолы. [40] Исходя из этого, Дюфе выдвинул теорию, что электричество состоит из двух электрических жидкостей, «стеклянной» и «смолистой», которые разделяются трением и нейтрализуют друг друга при смешивании. [41] Эту картину электричества также поддерживал Христиан Готлиб Кратценштейн в своих теоретических и экспериментальных работах. Теория двух жидкостей позже привела к концепции положительных и отрицательных электрических зарядов, разработанной Бенджамином Франклином. [11]

лейденская банка

Питер ван Мушенбрук .

Лейденская банка , тип конденсатора для электрической энергии в больших количествах, была изобретена независимо Эвальдом Георгом фон Клейстом 11 октября 1744 года и Питером ван Мушенбруком в 1745–1746 годах в Лейденском университете (последнее место дало устройству его название). [40] [42] Уильям Уотсон , экспериментируя с лейденской банкой, обнаружил в 1747 году, что разряд статического электричества эквивалентен электрическому току . Емкость впервые наблюдал фон Клейст из Лейдена в 1754 году. [43] Фон Клейст случайно держал возле своей электрической машины небольшую бутылку, в горлышке которой был железный гвоздь. Случайно коснувшись железного гвоздя другой рукой, он получил сильный удар током. Примерно таким же образом Мушенбрук с помощью Кунаенса получил более сильный удар током от несколько похожей стеклянной бутылки. Сэр Уильям Уотсон из Англии значительно усовершенствовал это устройство, покрыв бутылку или банку снаружи и внутри фольгой. Этот электрический прибор легко узнать как известную лейденскую банку, названную так аббатом Нолле из Парижа по месту ее открытия. [11]

В 1741 году Джон Элликотт «предложил измерять силу электризации по ее способности поднимать груз на одной чаше весов, в то время как другая находилась над наэлектризованным телом и притягивалась к нему своей силой притяжения». Еще в 1746 году Жан-Антуан Нолле (1700–1770) проводил эксперименты по скорости распространения электричества. Привлекая 200 монахов-картезианцев, соединенных из рук в руки железными проводами [44] так, чтобы образовать круг около 1,6 км, он смог доказать, что эта скорость конечна, хотя и очень высока. [45] [46] В 1749 году сэр Уильям Уотсон провел многочисленные эксперименты, чтобы определить скорость электричества в проводе. Эти эксперименты, хотя, возможно, и не были так задуманы, также продемонстрировали возможность передачи сигналов на расстояние с помощью электричества. В этих экспериментах сигнал, казалось, мгновенно проходил 12 276 футов длины изолированного провода. Ле Монье во Франции ранее проводил несколько похожих экспериментов, посылая разряды через железную проволоку длиной 1319 футов. [11]

Около 1750 года были проведены первые эксперименты по электротерапии . Различные экспериментаторы проводили испытания, чтобы установить физиологические и терапевтические эффекты электричества. Типичным примером таких усилий был Кратценштайн в Галле , который в 1744 году написал трактат на эту тему. Деменбрей в Эдинбурге исследовал воздействие электричества на растения и пришел к выводу, что рост двух миртовых деревьев был ускорен электрификацией. Эти мирты были электрифицированы «в течение всего октября 1746 года, и они выпустили ветви и цветы раньше, чем другие кустарники того же вида, не электрифицированные». [47] Аббат Менон во Франции испытал воздействие постоянного применения электричества на людях и птицах и обнаружил, что испытуемые экспериментировали с потерей веса, таким образом, по-видимому, показывая, что электричество ускоряет выделения. [48] [49] Эффективность электрошока в случаях паралича была проверена в окружной больнице в Шрусбери, Англия , с довольно слабым успехом. [50]

Конец 18 века

Бенджамин Франклин .

Бенджамин Франклин продвигал свои исследования электричества и теории посредством знаменитого, хотя и чрезвычайно опасного, эксперимента, когда его сын запускал воздушного змея в грозовом небе. Ключ, прикрепленный к веревке воздушного змея, искрил и заряжал лейденскую банку, таким образом устанавливая связь между молнией и электричеством. [51] После этих экспериментов он изобрел громоотвод . Считается, что именно Франклин (чаще) или Эбенезер Киннерсли из Филадельфии (реже) установили условность положительного и отрицательного электричества.

Теории относительно природы электричества в этот период были довольно расплывчаты, а те, что были распространены, были более или менее противоречивы. Франклин считал, что электричество было невесомой жидкостью, пронизывающей все, и которая в своем нормальном состоянии была равномерно распределена во всех веществах. Он предполагал, что электрические проявления, полученные при трении стекла, были вызваны образованием избытка электрической жидкости в этом веществе, а проявления, полученные при трении воска, были вызваны дефицитом жидкости. Это объяснение было отвергнуто сторонниками теории «двух жидкостей», такими как Роберт Симмер в 1759 году. В этой теории стекловидное и смолистое электричество рассматривались как невесомые жидкости, причем каждая жидкость состояла из взаимно отталкивающихся частиц, в то время как частицы противоположных электричеств взаимно притягивались. Когда две жидкости объединялись в результате их притяжения друг к другу, их воздействие на внешние объекты нейтрализовалось. Процесс трения тела разлагает жидкости, одна из которых остается в избытке на теле и проявляет себя как стекловидное или смолистое электричество. [11]

До исторического эксперимента Франклина с воздушным змеем [ 52] идентичность электричества, вырабатываемого трением и электростатическими машинами ( фрикционное электричество ), с молнией не была общепризнанной. Доктор Уолл [53], Эббот Ноллет , Хоксби [54], Стивен Грей [55] и Джон Генри Уинклер [56] действительно предположили сходство между явлениями «электричества» и «молнии», Грей намекнул, что они различаются только по степени. Однако, несомненно, именно Франклин первым предложил тесты для определения одинаковости явлений. В письме Питеру Комлинсону из Лондона от 19 октября 1752 года Франклин, ссылаясь на свой эксперимент с воздушным змеем, писал:

«Этим ключом можно зарядить фиал (лейденскую банку); и от полученного таким образом электрического огня можно зажечь спирт, а также провести все другие электрические эксперименты, которые обычно проводятся с помощью натертого стеклянного шара или трубки, и таким образом полностью продемонстрировать тождественность электрической материи с молнией». [57]

10 мая 1742 года Тома-Франсуа Далибар в Марли (недалеко от Парижа), используя вертикальный железный стержень длиной 40 футов, получил результаты, соответствующие тем, что были записаны Франклином и несколько более ранние, чем дата эксперимента Франклина. Важная демонстрация Франклином тождественности фрикционного электричества и молнии добавила остроты усилиям многих экспериментаторов в этой области во второй половине 18 века, чтобы продвинуть прогресс науки . [11]

Наблюдения Франклина помогли более поздним учёным [ нужна ссылка ], таким как Майкл Фарадей , Луиджи Гальвани , Алессандро Вольта , Андре-Мари Ампер и Георг Симон Ом , чья коллективная работа легла в основу современной электротехники и в честь которых названы основные единицы электрических измерений. Среди других, кто продвинул эту область знаний, были Уильям Уотсон , Георг Маттиас Бозе , Смитон, Луи-Гийом Ле Монье , Жак де Рома , Жан Жаллабер, Джованни Баттиста Беккариа , Тиберий Кавалло , Джон Кантон , Роберт Симмер , аббат Нолле , Джон Генри Винклер, Бенджамин Уилсон , Эбенезер Киннерсли , Джозеф Пристли , Франц Эпинус , Эдвард Хасси Делаваи, Генри Кавендиш и Шарль-Огюстен де Кулон . Описания многих экспериментов и открытий этих ранних учёных-электриков можно найти в научных публикациях того времени, в частности в Philosophical Transactions , Philosophical Magazine , Cambridge Mathematical Journal , Natural Philosophy Янга , Priestley's History of Electricity , Franklin's Experiments and Observations on Electricity , Cavalli's Treatise on Electricity и De la Rive's Treatise on Electricity . [11]

Генри Эллес был одним из первых, кто предположил связь между электричеством и магнетизмом. В 1757 году он утверждал, что в 1755 году он написал Королевскому обществу о связи между электричеством и магнетизмом, утверждая, что «есть некоторые вещи в силе магнетизма, очень похожие на вещи электричества», но он «ни в коем случае не считал их одинаковыми». В 1760 году он также утверждал, что в 1750 году он был первым, «кто задумался о том, как электрический огонь может быть причиной грома». [58] Среди наиболее важных исследований и экспериментов в области электричества в этот период были исследования Франца Эпинуса , известного немецкого ученого (1724–1802) и Генри Кавендиша из Лондона, Англия. [11]

Франц Эпинус считается первым, кто сформулировал взгляд на взаимную связь электричества и магнетизма. В своей работе Tentamen Theoria Electricitatis et Magnetism [59] , опубликованной в Санкт-Петербурге в 1759 году, он дает следующее развитие теории Франклина, которая в некоторых своих чертах в значительной степени соответствует современным взглядам: «Частицы электрической жидкости отталкиваются друг от друга, притягиваются и притягиваются частицами всех тел с силой, которая уменьшается пропорционально увеличению расстояния; электрическая жидкость существует в порах тел; она беспрепятственно движется через неэлектрические (проводники), но с трудом движется в изоляторах; проявления электричества обусловлены неравномерным распределением жидкости в теле или сближением тел, неравномерно заряженных жидкостью». Эпинус сформулировал соответствующую теорию магнетизма, за исключением того, что в случае магнитных явлений жидкости действовали только на частицы железа. Он также провел многочисленные электрические эксперименты, очевидно, показывающие, что для проявления электрических эффектов турмалин должен быть нагрет до температуры от 37,5 °C до 100 °C. Фактически, турмалин остается неэлектрифицированным, когда его температура однородна, но проявляет электрические свойства, когда его температура повышается или понижается. Кристаллы, которые проявляют электрические свойства таким образом, называются пироэлектрическими ; наряду с турмалином, к ним относятся сульфат хинина и кварц. [11]

Генри Кавендиш независимо придумал теорию электричества, почти родственную теории Эпинуса. [60] В 1784 году он, возможно, был первым, кто использовал электрическую искру для создания взрыва водорода и кислорода в правильных пропорциях, которые создали бы чистую воду. Кавендиш также открыл индуктивную способность диэлектриков (изоляторов) и еще в 1778 году измерил удельную индуктивную способность пчелиного воска и других веществ путем сравнения с воздушным конденсатором.

Рисунок крутильных весов Кулона. С листа 13 его мемуаров 1785 года.

Около 1784 года К. А. Кулон изобрел крутильные весы , открыв то, что сейчас известно как закон Кулона : сила, действующая между двумя небольшими наэлектризованными телами, изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния, а не так, как предполагал Эпинус в своей теории электричества, а просто обратно пропорционально расстоянию. Согласно теории, выдвинутой Кавендишем, «частицы притягиваются и притягиваются обратно пропорционально некоторой меньшей степени расстояния, чем куб». [11] Большая часть области электричества была фактически присоединена к открытию Кулоном закона обратных квадратов.

Благодаря экспериментам Уильяма Уотсона и других, доказавших, что электричество может передаваться на расстояние, идея практического использования этого явления начала, около 1753 года, поглощать умы любознательных людей. С этой целью были сделаны предложения относительно использования электричества для передачи информации. Первый из методов, разработанных для этой цели, был, вероятно, методом Жоржа Лесажа в 1774 году. [61] [62] [63] Этот метод состоял из 24 проводов, изолированных друг от друга, и каждый имел шарик, присоединенный к своему дальнему концу. Каждый провод представлял собой букву алфавита. Чтобы отправить сообщение, нужный провод на мгновение заряжался электричеством от электрической машины, после чего шарик, присоединенный к этому проводу, вылетал. Были также испробованы другие методы телеграфирования, в которых использовалось фрикционное электричество, некоторые из которых описаны в истории телеграфа . [11]

Эра гальванического или вольтаического электричества представляла собой революционный прорыв от исторического фокуса на фрикционном электричестве. Алессандро Вольта обнаружил, что химические реакции могут быть использованы для создания положительно заряженных анодов и отрицательно заряженных катодов . Когда между ними был присоединен проводник, разница в электрическом потенциале (также известная как напряжение) вызывала ток между ними через проводник. Разность потенциалов между двумя точками измеряется в единицах вольт в знак признания работы Вольты. [64] [11]

Первое упоминание о гальваническом электричестве, хотя и не признанное таковым в то время, вероятно, было сделано Иоганном Георгом Сульцером в 1767 году, который, поместив небольшой диск цинка под язык и небольшой диск меди над ним, наблюдал своеобразный вкус, когда соответствующие металлы соприкасались своими краями. Сульцер предположил, что когда металлы соприкасались, они приходили в вибрацию, действуя на нервы языка, чтобы произвести отмеченные эффекты. В 1790 году профессор Луиджи Алиизио Гальвани из Болоньи, проводя эксперименты по « животному электричеству », заметил подергивание ног лягушки в присутствии электрической машины. Он заметил, что мышца лягушки, подвешенная на железной балюстраде медным крючком, проходящим через ее спинной столб, претерпевала живые судороги без какой-либо посторонней причины, поскольку электрическая машина в это время отсутствовала. [11]

Чтобы объяснить это явление, Гальвани предположил, что электричество противоположных видов существует в нервах и мышцах лягушки, мышцы и нервы составляют заряженные покрытия лейденской банки. Гальвани опубликовал результаты своих открытий вместе со своей гипотезой, которая привлекла внимание физиков того времени. [64] Самым выдающимся из них был Вольта, профессор физики в Павии , который утверждал, что результаты, наблюдаемые Гальвани, были результатом действия двух металлов, меди и железа, как электромоторов , и что мышцы лягушки играли роль проводника, замыкая цепь. Это вызвало долгую дискуссию между приверженцами конфликтующих взглядов. Одна группа согласилась с Вольтой, что электрический ток был результатом электродвижущей силы контакта двух металлов; другая приняла модификацию взгляда Гальвани и утверждала, что ток был результатом химического сродства между металлами и кислотами в куче. Майкл Фарадей писал в предисловии к своим «Экспериментальным исследованиям» относительно вопроса о том, производит ли металлический контакт часть электричества гальванического столба: «Я пока не вижу причин менять высказанное мною мнение; ... но сам этот вопрос имеет такое большое значение, что я намерен при первой же возможности возобновить исследование и, если смогу, представить доказательства как с одной, так и с другой стороны, неоспоримые для всех». [11]

Однако даже сам Фарадей не уладил спор, и хотя взгляды сторонников обеих сторон вопроса претерпели изменения, как того требовали последующие исследования и открытия, вплоть до 1918 года по этим вопросам продолжали возникать различные мнения. Вольта провел многочисленные эксперименты в поддержку своей теории и в конечном итоге разработал столб или батарею, [65] которая была предшественником всех последующих химических батарей и обладала отличительным достоинством быть первым средством, с помощью которого можно было получить длительный непрерывный ток электричества. Вольта передал описание своего столба Лондонскому королевскому обществу , и вскоре после этого Николсон и Кавендиш (1780) произвели разложение воды с помощью электрического тока, используя столб Вольты в качестве источника электродвижущей силы. [11]

19 век

Начало 19 века

Алессандро Вольта .

В 1800 году Алессандро Вольта построил первое устройство для получения большого электрического тока, позже известное как электрическая батарея . Наполеон , проинформированный о его работах, вызвал его в 1801 году для командного представления его экспериментов. Он получил множество медалей и наград, включая орден Почетного легиона .

Дэви в 1806 году, используя гальванический столб из приблизительно 250 элементов, или пар, разложил поташ и соду, показав, что эти вещества были соответственно оксидами калия и натрия, металлами, которые ранее были неизвестны. Эти эксперименты были началом электрохимии , исследованием которой занялся Фарадей, и относительно которой в 1833 году он объявил свой важный закон электрохимических эквивалентов, а именно: « Одинаковое количество электричества — то есть, один и тот же электрический ток — разлагает химически эквивалентные количества всех тел, через которые он проходит; следовательно, веса элементов, разделенных в этих электролитах, относятся друг к другу как их химические эквиваленты ». Используя батарею из 2000 элементов гальванического столба, Хэмфри Дэви в 1809 году дал первую публичную демонстрацию электрического дугового света , используя древесный уголь, заключенный в вакууме. [11]

Важно отметить, что только через много лет после открытия вольтова столба было ясно осознано и продемонстрировано сходство животного и фрикционного электричества с вольтовым электричеством. Таким образом, еще в январе 1833 года мы находим Фарадея, пишущего [66] в статье об электричестве электрического ската . « После изучения экспериментов Уолша, [67] [68] Ингенхауза , Генри Кавендиша , сэра Х. Дэви и доктора Дэви у меня не осталось никаких сомнений относительно тождества электричества торпеды с обычным (фрикционным) и гальваническим электричеством; и я предполагаю, что у других не останется и тени сомнения, чтобы оправдать мое воздержание от подробного философского доказательства этого тождества. Сомнения, высказанные сэром Хэмфри Дэви, были развеяны его братом, доктором Дэви; результаты последнего оказались противоположными результатам первого. ... Общий вывод, который, я думаю, следует сделать из этого собрания фактов (таблицы, показывающей сходство свойств по-разному названных видов электричества), заключается в том, что электричество, каков бы ни был его источник, идентично по своей природе ». [11]

Однако следует отметить, что до времен Фарадея сходство электричества, полученного из разных источников, было более чем предполагаемым. Так, Уильям Хайд Волластон [ 69] писал в 1801 году: [70] « Это сходство в способах, которыми, по-видимому, возбуждаются как электричество, так и гальванизм (вольтаическое электричество), в дополнение к сходству, которое было прослежено между их эффектами, показывает, что они оба по сути одинаковы, и подтверждает мнение, которое уже было выдвинуто другими, что все различия, обнаруживаемые в эффектах последнего, могут быть обусловлены его меньшей интенсивностью, но производимым в гораздо большем количестве ». В той же статье Волластон описывает некоторые эксперименты, в которых он использует очень тонкую проволоку в растворе сульфата меди, через которую он пропускал электрический ток от электрической машины. Это интересно в связи с более поздним использованием почти аналогично расположенных тонких проволок в электролитических приемниках в беспроводной или радиотелеграфной связи. [11]

Ганс Христиан Эрстед .

В первой половине 19 века было сделано много очень важных дополнений к мировым знаниям об электричестве и магнетизме. Например, в 1820 году Ганс Христиан Эрстед из Копенгагена открыл отклоняющий эффект электрического тока, проходящего по проводу на подвешенной магнитной игле. [11]

Это открытие дало ключ к доказанной впоследствии тесной связи между электричеством и магнетизмом, которую вскоре развил Ампер , несколько месяцев спустя, в сентябре 1820 года, представивший первые элементы своей новой теории, которую он развивал в последующие годы, достигнув кульминации в публикации в 1827 году его « Mémoire sur la théorie mathématique des phénomènes électrodynamiques uniquement déduite de l'experience » («Мемуары о математической теории электродинамических явлений, однозначно выведенной из опыта»), в которой он изложил свою знаменитую теорию электродинамики, касающуюся силы, которую один ток оказывает на другой посредством своих электромагнитных эффектов, а именно [11]

  1. Два параллельных участка цепи притягиваются, если токи в них текут в одном направлении, и отталкиваются, если токи текут в противоположных направлениях.
  2. Два участка цепи, пересекающие друг друга наклонно, притягиваются, если оба тока текут либо к точке пересечения, либо от нее, и отталкиваются, если один течет к этой точке, а другой — от нее.
  3. Когда элемент цепи оказывает силу на другой элемент цепи, эта сила всегда стремится подтолкнуть второй элемент в направлении, перпендикулярном его собственному направлению.
Андре-Мари Ампер .

Ампер ввел множество явлений в теорию, исследуя механические силы между проводниками, поддерживающими ток, и магнитами. Джеймс Клерк Максвелл в своем « Трактате об электричестве и магнетизме » назвал Ампера «Ньютоном электричества». [ требуется ссылка ]

Немецкий физик Зеебек в 1821 году обнаружил, что при нагревании соединения двух спаянных металлов возникает электрический ток. Это называется термоэлектричеством . Устройство Зеебека состоит из полоски меди, согнутой с каждого конца и припаянной к пластине висмута. Магнитная стрелка располагается параллельно медной полоске. При нагревании лампы соединение меди и висмута возникает электрический ток, который отклоняет иглу. [11]

Примерно в это же время Симеон Дени Пуассон атаковал сложную проблему индуцированной намагниченности, и его результаты, хотя и выраженные по-разному, все еще являются теорией, как важнейшим первым приближением. Именно в применении математики к физике были выполнены его заслуги перед наукой. Возможно, наиболее оригинальными и, безусловно, наиболее постоянными по своему влиянию были его мемуары по теории электричества и магнетизма, которые фактически создали новую ветвь математической физики .

Джордж Грин написал «Очерк о применении математического анализа к теориям электричества и магнетизма» в 1828 году. В очерке было введено несколько важных концепций, среди которых теорема, похожая на современную теорему Грина, идея потенциальных функций, которые в настоящее время используются в физике, и концепция того, что сейчас называется функциями Грина . Джордж Грин был первым человеком, создавшим математическую теорию электричества и магнетизма, и его теория легла в основу работ других ученых, таких как Джеймс Клерк Максвелл, Уильям Томсон и другие.

Пельтье в 1834 году открыл эффект, противоположный термоэлектричеству, а именно, что при пропускании тока через пару разнородных металлов температура на стыке металлов понижается или повышается в зависимости от направления тока. Это называется эффектом Пельтье . Изменения температуры оказываются пропорциональными силе тока, а не квадрату силы тока, как в случае тепла из-за обычного сопротивления проводника. Этот второй закон — закон I 2 R , экспериментально открытый в 1841 году английским физиком Джоулем . Другими словами, этот важный закон заключается в том, что тепло, выделяемое в любой части электрической цепи, прямо пропорционально произведению сопротивления R этой части цепи и квадрату силы тока I, протекающего в цепи. [11]

В 1822 году Иоганн Швейгер изобрел первый гальванометр . Этот прибор впоследствии был значительно усовершенствован Вильгельмом Вебером (1833). В 1825 году Уильям Стерджен из Вулвича, Англия, изобрел подковообразный и прямой стержневой электромагнит, получив за это серебряную медаль Общества искусств. [71] В 1837 году Карл Фридрих Гаусс и Вебер (оба известные деятели этого периода) совместно изобрели отражающий гальванометр для телеграфных целей. Он был предшественником отражающего гальванометра Томсона и других чрезвычайно чувствительных гальванометров, когда-то использовавшихся в подводной сигнализации и до сих пор широко используемых в электрических измерениях. Араго в 1824 году сделал важное открытие, что когда медный диск вращается в своей собственной плоскости, и если магнитная стрелка свободно подвешена на оси над диском, стрелка будет вращаться вместе с диском. Если же игла зафиксирована, она будет стремиться замедлить движение диска. Этот эффект был назван вращениями Араго . [11] [72] [73]

Георг Симон Ом .

Тщетные попытки объяснить это явление были предприняты Чарльзом Бэббиджем , Питером Барлоу , Джоном Гершелем и другими. Истинное объяснение было зарезервировано для Фарадея, а именно, что электрические токи индуцируются в медном диске путем разрезания магнитных силовых линий иглы, которые в свою очередь реагируют на иглу. Георг Симон Ом выполнил свою работу по сопротивлению в 1825 и 1826 годах и опубликовал свои результаты в 1827 году в книге Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet . [74] [75] Он черпал значительное вдохновение из работы Фурье по теплопроводности в теоретическом объяснении своей работы. Для экспериментов он изначально использовал гальванические столбы , но позже использовал термопару, поскольку она обеспечивала более стабильный источник напряжения с точки зрения внутреннего сопротивления и постоянной разности потенциалов. Он использовал гальванометр для измерения тока и знал, что напряжение между клеммами термопары пропорционально температуре спая. Затем он добавил тестовые провода различной длины, диаметра и материала, чтобы завершить цепь. Он обнаружил, что его данные можно смоделировать с помощью простого уравнения с переменной, состоящей из показаний гальванометра, длины тестового проводника, температуры спая термопары и константы всей установки. Из этого Ом определил свой закон пропорциональности и опубликовал свои результаты. В 1827 году он объявил ныне известный закон, который носит его имя , а именно:

Ом привел в порядок множество загадочных фактов, связывающих электродвижущую силу и электрический ток в проводниках, которые все предыдущие электрики смогли только слабо связать качественно под некоторыми довольно расплывчатыми утверждениями. Ом обнаружил, что результаты можно суммировать в таком простом законе, и благодаря открытию Ома большая часть области электричества была присоединена к теории.

Фарадей и Генри

Джозеф Генри .

Открытие электромагнитной индукции было сделано почти одновременно, хотя и независимо, Майклом Фарадеем , который первым сделал это открытие в 1831 году, и Джозефом Генри в 1832 году. [77] [78] Открытие Генри самоиндукции и его работа над спиральными проводниками с использованием медной катушки были обнародованы в 1835 году, как раз перед работами Фарадея. [79] [80] [81]

В 1831 году начались эпохальные исследования Майкла Фарадея , знаменитого ученика и преемника Гемфри Дэви во главе Королевского института в Лондоне, касающиеся электрической и электромагнитной индукции. Замечательные исследования Фарадея, короля экспериментаторов , по электростатике и электродинамике и индукции токов. Они были довольно длительными, чтобы перейти от грубого экспериментального состояния к компактной системе, выражающей действительную сущность. Фарадей не был компетентным математиком, [82] [83] [84] но если бы он был таковым, он получил бы большую помощь в своих исследованиях, избавил бы себя от многих бесполезных спекуляций и предвосхитил бы многие более поздние работы. Он, например, зная теорию Ампера, своими собственными результатами легко пришел бы к теории Неймана и связанным с ней работам Гельмгольца и Томсона. Исследования и занятия Фарадея продолжались с 1831 по 1855 год, и подробное описание его экспериментов, выводов и размышлений можно найти в его сборнике статей под названием «Экспериментальные исследования электричества». Фарадей был по профессии химиком. Он не был ни в малейшей степени математиком в обычном смысле — действительно, вопрос в том, есть ли во всех его трудах хотя бы одна математическая формула. [11]

Майкл Фарадей .

Эксперимент, который привел Фарадея к открытию электромагнитной индукции, был проведен следующим образом: он сконструировал то, что сейчас и тогда называлось индукционной катушкой , первичный и вторичный провода которой были намотаны на деревянную бобину, бок о бок, и изолированы друг от друга. В цепь первичного провода он поместил батарею приблизительно из 100 элементов. Во вторичный провод он вставил гальванометр. При проведении своего первого испытания он не наблюдал никаких результатов, гальванометр оставался неподвижным, но при увеличении длины проводов он заметил отклонение гальванометра во вторичном проводе, когда цепь первичного провода была замкнута и разомкнута. Это был первый наблюдаемый случай развития электродвижущей силы посредством электромагнитной индукции. [11]

Он также обнаружил, что индуцированные токи устанавливаются во второй замкнутой цепи, когда сила тока изменяется в первом проводе, и что направление тока во вторичной цепи противоположно направлению тока в первой цепи. Также, что ток индуцируется во вторичной цепи, когда другая цепь, несущая ток, перемещается в первую цепь и из нее, и что приближение или удаление магнита к замкнутой цепи или из нее индуцирует мгновенные токи в последней. Короче говоря, в течение нескольких месяцев Фарадей экспериментально открыл практически все законы и факты, известные сейчас относительно электромагнитной индукции и магнитоэлектрической индукции. От этих открытий, за редким исключением, зависит работа телефона, динамо- машины и, в связи с динамо-электрической машиной, практически все гигантские электрические отрасли промышленности мира, включая электрическое освещение , электрическую тягу, работу электродвигателей для энергетических целей, а также гальванопокрытие , гальванопластику и т. д. [11]

В своих исследованиях особого способа, которым железные опилки располагаются на картоне или стекле вблизи полюсов магнита, Фарадей задумал идею магнитных « силовых линий », простирающихся от полюса к полюсу магнита и вдоль которых опилки стремятся расположиться. После открытия того, что магнитные эффекты сопровождают прохождение электрического тока в проводе, было также предположено, что подобные магнитные силовые линии закручиваются вокруг провода. Для удобства и для учета индуцированного электричества тогда предполагалось, что когда эти силовые линии «перерезаются » проводом, проходящим через них, или когда силовые линии, поднимаясь и опускаясь, пересекают провод, возникает ток электричества, или, если быть более точным, в проводе возникает электродвижущая сила, которая создает ток в замкнутой цепи. Фарадей выдвинул то, что было названо молекулярной теорией электричества [85], которая предполагает, что электричество является проявлением особого состояния молекулы натертого тела или эфира, окружающего тело. Фарадей также экспериментально открыл парамагнетизм и диамагнетизм , а именно, что все твердые тела и жидкости либо притягиваются, либо отталкиваются магнитом. Например, железо, никель, кобальт, марганец, хром и т. д. являются парамагнитными (притягиваются магнетизмом), в то время как другие вещества, такие как висмут, фосфор, сурьма, цинк и т. д., отталкиваются магнетизмом или являются диамагнитными . [11] [86]

Бруганс из Лейдена в 1778 году и Ле Байлиф и Беккерель в 1827 году [87] ранее открыли диамагнетизм в случае висмута и сурьмы. Фарадей также заново открыл удельную индуктивную емкость в 1837 году, результаты экспериментов Кавендиша в то время не были опубликованы. Он также предсказал [88] замедление сигналов на длинных подводных кабелях из-за индуктивного эффекта изоляции кабеля, другими словами, статической емкости кабеля. [11] В 1816 году пионер телеграфа Фрэнсис Рональдс также наблюдал замедление сигнала на своих подземных телеграфных линиях, приписывая это индукции. [89] [90]

25 лет, последовавших сразу за открытиями Фарадеем электромагнитной индукции, были плодотворны в обнародовании законов и фактов, касающихся индуцированных токов и магнетизма. В 1834 году Генрих Ленц и Мориц фон Якоби независимо друг от друга продемонстрировали теперь известный факт, что токи, индуцированные в катушке, пропорциональны числу витков в катушке. Ленц также объявил в то время о своем важном законе , что во всех случаях электромагнитной индукции индуцированные токи имеют такое направление, что их реакция стремится остановить движение, которое их производит, закон, который, возможно, был выведен из объяснения Фарадеем вращений Араго. [11] [91]

Индукционная катушка была впервые разработана Николасом Калланом в 1836 году. В 1845 году Джозеф Генри , американский физик, опубликовал отчет о своих ценных и интересных экспериментах с индуцированными токами высокого порядка, показывающий, что токи могут быть индуцированы из вторичной обмотки индукционной катушки в первичную обмотку второй катушки, оттуда в ее вторичный провод и так далее в первичную обмотку третьей катушки и т. д. [92] Генрих Даниэль Румкорф продолжил разработку индукционной катушки, катушка Румкорфа была запатентована в 1851 году, [93] и он использовал длинные обмотки медной проволоки для достижения искры длиной приблизительно 2 дюйма (50 мм). В 1857 году, после изучения значительно улучшенной версии, сделанной американским изобретателем Эдвардом Сэмюэлем Ричи , [94] [95] [ необходим неосновной источник ] Румкорф усовершенствовал свою конструкцию (как и другие инженеры), используя стеклянную изоляцию и другие инновации, которые позволили производить искры длиной более 300 миллиметров (12 дюймов). [96]

Середина 19 века

Электромагнитная теория света добавляет к старой волновой теории огромную область трансцендентного интереса и важности; она требует от нас не просто объяснения всех явлений света и лучистого тепла поперечными колебаниями упругого твердого тела, называемого эфиром, но также включения электрических токов, постоянного магнетизма стали и магнита , магнитной силы и электростатической силы во всеобъемлющую эфирную динамику ».

До середины XIX века, фактически до 1870 года, электрическая наука была, можно сказать, запечатанной книгой для большинства электриков. До этого времени было опубликовано несколько руководств по электричеству и магнетизму, в частности, исчерпывающий « Трактат об электричестве » Огюста де Ла Рива [98] в 1851 (на французском) и 1853 (на английском) годах; « Введение в электростатику», «Учение о магнетизме и электродинамике» Августа Бира [ 99] , « Гальванизм » Видемана и «Труды по электричеству» Рейсса [ 100] . Но эти работы в основном состояли из подробностей экспериментов с электричеством и магнетизмом и лишь в малой степени из законов и фактов этих явлений. Генри д'Абриа [101] [102] опубликовал результаты некоторых исследований законов индуцированных токов, но из-за сложности исследования они не дали заметных результатов. [103] Примерно в середине 19 века были опубликованы работы Флеминга Дженкина по электричеству и магнетизму [104] и « Трактат об электричестве и магнетизме » Клерка Максвелла . [11]

Эти книги были отходом от проторенного пути. Как утверждает Дженкин в предисловии к своей работе, наука школ была настолько непохожа на науку практической электрики, что было совершенно невозможно дать студентам достаточные или хотя бы приблизительно достаточные учебники. Студент, по его словам, мог освоить большой и ценный трактат де ла Рива и все же чувствовать себя как будто в незнакомой стране и слушать незнакомый язык в компании практиков. Как сказал другой писатель, с появлением книг Дженкина и Максвелла все препятствия на пути студентов-электриков были устранены, « полный смысл закона Ома становится ясным; электродвижущая сила, разность потенциалов, сопротивление, ток, емкость, силовые линии, намагниченность и химическое сродство были измеримы и могли быть обоснованы, и расчеты могли быть сделаны по ним с такой же уверенностью, как расчеты в динамике ». [11] [105]

Около 1850 года Кирхгоф опубликовал свои законы, касающиеся разветвленных или разделенных цепей. Он также математически показал, что согласно господствовавшей тогда электродинамической теории, электричество будет распространяться по идеально проводящему проводу со скоростью света. Гельмгольц математически исследовал влияние индукции на силу тока и вывел из этого уравнения, которые подтвердил эксперимент, показав среди других важных моментов замедляющий эффект самоиндукции при определенных условиях цепи. [11] [106]

Сэр Уильям Томсон .

В 1853 году сэр Уильям Томсон (позже лорд Кельвин ) предсказал в результате математических расчетов колебательную природу электрического разряда конденсаторной цепи. Генри, однако, принадлежит заслуга различения в результате его экспериментов в 1842 году колебательной природы разряда лейденской банки . Он писал: [107] Явления требуют от нас допустить существование основного разряда в одном направлении, а затем нескольких рефлекторных действий назад и вперед, каждое более слабое, чем предыдущее, пока не будет достигнуто равновесие . Эти колебания впоследствии наблюдал Б. В. Феддерсен (1857) [108] [109], который с помощью вращающегося вогнутого зеркала проецировал изображение электрической искры на чувствительную пластину, тем самым получая фотографию искры, которая ясно указывала на переменную природу разряда. Сэр Уильям Томсон был также первооткрывателем электрической конвекции тепла ( эффект «Томсона» ). Он разработал для электрических измерений точности свои квадрантный и абсолютный электрометры. Отражающий гальванометр и сифонный самописец , применяемые для подводной кабельной сигнализации, также принадлежат ему. [11]

Около 1876 года американский физик Генри Август Роуленд из Балтимора продемонстрировал важный факт, что статический заряд, переносимый вокруг, производит те же магнитные эффекты, что и электрический ток. [110] [111] Важность этого открытия состоит в том, что оно может предоставить правдоподобную теорию магнетизма, а именно, что магнетизм может быть результатом направленного движения рядов молекул, несущих статические заряды. [11]

После открытия Фарадеем того, что электрические токи могут быть получены в проводе, заставляя его пересекать силовые линии магнита, можно было ожидать, что будут предприняты попытки построить машины, которые воспользуются этим фактом для разработки гальванических токов. [112] Первая машина такого рода была изобретена Ипполитом Пикси в 1832 году. Она состояла из двух катушек железной проволоки, напротив которых вращались полюса подковообразного магнита. Поскольку это создавало в катушках провода переменный ток , Пикси построил коммутирующее устройство (коммутатор), которое преобразовывало переменный ток катушек или якоря в постоянный ток во внешней цепи. За этой машиной последовали усовершенствованные формы магнитоэлектрических машин благодаря Эдварду Сэмюэлю Ритчи , Джозефу Сакстону , Эдварду М. Кларку в 1834 году, Эмилю Стореру в 1843 году, Флорису Ноллету в 1849 году, Шепперду [ кто? ] 1856, Ван Мальдерн [ кто? ] , Вернер фон Сименс , Генри Уайльд и другие. [11]

Заметный прогресс в искусстве строительства динамо был достигнут Сэмюэлем Альфредом Варли в 1866 году [113] и Сименсом и Чарльзом Уитстоном [114], которые независимо друг от друга открыли, что когда катушка провода, или якорь, динамо-машины вращается между полюсами (или в «поле») электромагнита, в катушке возникает слабый ток из-за остаточного магнетизма в железе электромагнита, и что если цепь якоря соединить с цепью электромагнита, слабый ток, возникающий в якоре, увеличивает магнетизм в поле. Это еще больше увеличивает магнитные силовые линии, в которых вращается якорь, что еще больше увеличивает ток в электромагните, тем самым производя соответствующее увеличение магнетизма поля, и так далее, пока не будет достигнута максимальная электродвижущая сила, которую способна развить машина. С помощью этого принципа динамо-машина развивает свое собственное магнитное поле , тем самым значительно увеличивая свою эффективность и экономичность работы. Однако в то время динамо-электрическая машина еще не была усовершенствована. [11]

В 1860 году доктор Антонио Пачинотти из Пизы сделал важное усовершенствование, изобретя первую электрическую машину с кольцевым якорем. Эта машина сначала использовалась как электродвигатель, а затем как генератор электричества. Открытие принципа обратимости динамо-электрической машины (по-разному приписываемое Валенну 1860; Пачинотти 1864; Фонтену , Грамму 1873; Депре 1881 и другим), благодаря которому она может использоваться как электродвигатель или как генератор электричества, было названо одним из величайших открытий 19-го века. [11]

Siemens Hefner-Alteneck Dynamomaschine

В 1872 году Хефнер-Альтенек изобрел барабанный якорь . Эта машина в модифицированной форме впоследствии стала известна как динамо-машина Сименса. За этими машинами в настоящее время последовали машины Шукерта , Гульхера, [115] Фейна, [116] [117] [118] Браша , Хоххаузена, Эдисона и динамо-машины многих других изобретателей. [119] На заре строительства динамо-машин машины в основном были устроены как генераторы постоянного тока, и, возможно, наиболее важным применением таких машин в то время была гальванизация, для которой использовались машины низкого напряжения и большой силы тока. [11] [120]

Начиная примерно с 1887 года генераторы переменного тока стали широко использоваться, а коммерческое развитие трансформатора, посредством которого токи низкого напряжения и большой силы тока преобразуются в токи высокого напряжения и малой силы тока, и наоборот, со временем произвело революцию в передаче электроэнергии на большие расстояния. Аналогично введение вращающегося преобразователя (в сочетании с «понижающим» трансформатором), который преобразует переменный ток в постоянный (и наоборот), привело к большой экономии в работе электроэнергетических систем. [11] [121]

До появления динамо-электрических машин гальванические, или первичные, батареи широко использовались для гальванопокрытия и в телеграфии. Существует два различных типа гальванических элементов, а именно, «открытый» и «закрытый», или «постоянный», тип. Открытый тип вкратце — это тот тип, который работает на замкнутой цепи и становится через короткое время поляризованным; то есть в ячейке выделяются газы, которые оседают на отрицательной пластине и создают сопротивление, которое снижает силу тока. После короткого периода разомкнутой цепи эти газы удаляются или поглощаются, и ячейка снова готова к работе. Ячейки с замкнутой цепью — это те, в которых газы в ячейках поглощаются так же быстро, как и выделяются, и, следовательно, выход ячейки практически равномерен. Ячейки Лекланше и Даниэля , соответственно, являются известными примерами «открытого» и «закрытого» типа гальванических элементов. Батареи типа Даниэля или «гравитационные» использовались почти повсеместно в Соединенных Штатах и ​​Канаде в качестве источника электродвижущей силы в телеграфии до того, как появилась динамо-машина. [11]

В конце 19 века термин luminiferous aether , означающий светоносный эфир , был предполагаемой средой для распространения света. [122] Слово aether происходит через латынь от греческого αιθήρ, от корня, означающего зажигать, гореть или светить. Он обозначает субстанцию, которая, как считалось в древние времена, заполняет верхние области космоса, за облаками.

Максвелл

Джеймс Клерк Максвелл .

В 1864 году Джеймс Клерк Максвелл из Эдинбурга объявил о своей электромагнитной теории света, которая, возможно, была величайшим шагом в мировом знании электричества. [123] Максвелл изучал и комментировал область электричества и магнетизма еще в 1855/6, когда работа «О силовых линиях Фарадея» [124] была зачитана Кембриджскому философскому обществу . В статье была представлена ​​упрощенная модель работы Фарадея и то, как эти два явления были связаны. Он свел все текущие знания к связанному набору дифференциальных уравнений с 20 уравнениями с 20 переменными. Эта работа была позже опубликована как «О физических силовых линиях» в марте 1861 года. [125] Чтобы определить силу, действующую на любую часть машины, мы должны найти ее импульс, а затем вычислить скорость, с которой этот импульс изменяется. Эта скорость изменения даст нам силу. Метод расчета, который необходимо использовать, был впервые дан Лагранжем , а затем развит, с некоторыми изменениями, уравнениями Гамильтона . Обычно его называют принципом Гамильтона ; когда используются уравнения в исходной форме, они известны как уравнения Лагранжа . Теперь Максвелл логически показал, как эти методы расчета могут быть применены к электромагнитному полю. [126] Энергия динамической системы частично кинетическая , частично потенциальная . Максвелл предполагает, что магнитная энергия поля является кинетической энергией , электрическая энергия — потенциальной . [127]

Около 1862 года, читая лекции в Королевском колледже, Максвелл вычислил, что скорость распространения электромагнитного поля приблизительно равна скорости света. Он считал это не просто совпадением, и прокомментировал: « Мы едва ли можем избежать вывода, что свет состоит из поперечных волн той же среды, которая является причиной электрических и магнитных явлений » . [128]

Работая над проблемой дальше, Максвелл показал , что уравнения предсказывают существование волн колеблющихся электрических и магнитных полей, которые распространяются через пустое пространство со скоростью, которую можно было предсказать из простых электрических экспериментов; используя данные, доступные в то время, Максвелл получил скорость 310 740 000 м/с . В своей статье 1864 года «Динамическая теория электромагнитного поля » Максвелл писал: «Согласие результатов, по-видимому, показывает, что свет и магнетизм являются проявлениями одной и той же субстанции, и что свет является электромагнитным возмущением, распространяющимся через поле в соответствии с электромагнитными законами» . [129]

Как уже отмечалось здесь, Фарадей, а до него Ампер и другие, имели подозрения, что светоносный эфир пространства также является средой для электрического действия. Из расчетов и экспериментов было известно, что скорость электричества составляет приблизительно 186 000 миль в секунду; то есть равна скорости света, что само по себе предполагает идею связи между электричеством и «светом». Ряд ранних философов или математиков, как их называет Максвелл, 19-го века придерживались мнения, что электромагнитные явления можно объяснить действием на расстоянии. Максвелл, следуя Фарадею, утверждал, что место явлений находится в среде. Методы математиков при достижении их результатов были синтетическими, в то время как методы Фарадея были аналитическими. Фарадей мысленно видел линии силы, пересекающие все пространство, тогда как математики видели центры силы, притягивающие на расстоянии. Фарадей искал место явлений в реальных действиях, происходящих в среде; они были удовлетворены тем, что нашли его в способности действовать на расстоянии на электрические жидкости. [130]

Оба эти метода, как указывает Максвелл, преуспели в объяснении распространения света как электромагнитного явления, в то время как в то же время фундаментальные концепции того, что такое величины, радикально различались. Математики предполагали, что изоляторы являются барьерами для электрических токов; что, например, в лейденской банке или электрическом конденсаторе электричество накапливалось на одной пластине и что посредством какого-то оккультного действия на расстоянии электричество противоположного рода притягивалось к другой пластине.

Максвелл, посмотрев дальше Фарадея, рассуждал, что если свет является электромагнитным явлением и передается через диэлектрики, такие как стекло, то это явление должно быть по своей природе электромагнитным токам в диэлектриках. Поэтому он утверждал, что при зарядке конденсатора, например, действие не останавливается на изоляторе, но что в изолирующей среде устанавливаются некоторые токи «смещения», которые продолжаются до тех пор, пока сила сопротивления среды не сравняется с силой заряда. В замкнутой цепи проводника электрический ток также является смещением электричества.

Проводник оказывает определенное сопротивление, похожее на трение, перемещению электричества, и в проводнике вырабатывается тепло, пропорциональное квадрату тока (как уже было сказано здесь), который течет до тех пор, пока продолжается движущая электрическая сила . Это сопротивление можно сравнить с сопротивлением, с которым сталкивается корабль, перемещаясь по воде в своем движении. Сопротивление диэлектрика имеет иную природу и сравнивается со сжатием множества пружин, которые при сжатии поддаются растущему противодавлению, вплоть до точки, где общее противодавление становится равным начальному давлению. Когда начальное давление снимается, энергия, затраченная на сжатие «пружин», возвращается в цепь, одновременно с возвращением пружин в их первоначальное состояние, что вызывает реакцию в противоположном направлении. Следовательно, ток, вызванный смещением электричества в проводнике, может быть непрерывным, в то время как токи смещения в диэлектрике являются мгновенными, а в цепи или среде, содержащей лишь небольшое сопротивление по сравнению с емкостной или индуктивной реакцией, токи разряда имеют колебательный или переменный характер. [131]

Максвелл распространил этот взгляд на токи смещения в диэлектриках на эфир свободного пространства. Предполагая, что свет является проявлением изменений электрических токов в эфире, и вибрируя со скоростью световых колебаний, эти колебания посредством индукции создают соответствующие колебания в смежных частях эфира, и таким образом волны, соответствующие колебаниям света, распространяются как электромагнитный эффект в эфире. Электромагнитная теория света Максвелла, очевидно, включала существование электрических волн в свободном пространстве, и его последователи поставили перед собой задачу экспериментально продемонстрировать истинность теории. К 1871 году Максвелл уже мог размышлять о философии науки. [132] [133] : 214 

Конец 19 века.

Генрих Герц .

В 1887 году немецкий физик Генрих Герц в серии экспериментов доказал реальное существование электромагнитных волн , показав, что поперечные электромагнитные волны в свободном пространстве могут распространяться на некоторое расстояние, как и предсказывали Максвелл и Фарадей. Герц опубликовал свою работу в книге под названием: Электрические волны: исследования распространения электрического действия с конечной скоростью через пространство . [134] Открытие электромагнитных волн в космосе привело к развитию радио в последние годы 19 века.

Электрон как единица заряда в электрохимии был предложен Г. Джонстоном Стоуни в 1874 году, который также ввел термин « электрон» в 1894 году. [135] Плазма была впервые обнаружена в трубке Крукса и описана сэром Уильямом Круксом в 1879 году (он назвал ее «лучистой материей»). [136] Нельзя упускать из виду роль электричества в открытии прекрасных явлений трубки Крукса (благодаря сэру Уильяму Круксу), а именно катодных лучей, [137] а позднее и в открытии рентгена или рентгеновских лучей , поскольку без электричества как возбудителя трубки открытие лучей могло бы быть отложено на неопределенный срок. Здесь было отмечено, что д-р Уильям Гилберт был назван основателем электрической науки. Однако это следует рассматривать как сравнительное утверждение. [11]

Оливер Хевисайд

Оливер Хевисайд был ученым-самоучкой, который переформулировал уравнения поля Максвелла в терминах электрических и магнитных сил и потока энергии, а также независимо сформулировал векторный анализ .

В конце 1890-х годов ряд физиков предположили, что электричество, как это наблюдалось в исследованиях электропроводности в проводниках, электролитах и ​​электронно-лучевых трубках , состоит из дискретных единиц, которым были даны различные названия, но реальность этих единиц не была подтверждена убедительным образом. Однако были также указания на то, что катодные лучи имеют волнообразные свойства. [11]

Фарадей, Вебер , Гельмгольц , Клиффорд и другие имели проблески этой точки зрения; и экспериментальные работы Зеемана , Гольдштейна , Крукса, Дж. Дж. Томсона и других значительно укрепили эту точку зрения. Вебер предсказал, что электрические явления были обусловлены существованием электрических атомов, влияние которых друг на друга зависело от их положения и относительных ускорений и скоростей. Гельмгольц и другие также утверждали, что существование электрических атомов вытекало из законов электролиза Фарадея , а Джонстон Стоуни, которому принадлежит термин «электрон», показал, что каждый химический ион разложившегося электролита несет определенное и постоянное количество электричества, и поскольку эти заряженные ионы разделяются на электродах как нейтральные вещества, должен быть момент, каким бы кратким он ни был, когда заряды должны были быть способны существовать отдельно как электрические атомы; в то время как в 1887 году Клиффорд писал: «Есть веские основания полагать, что каждый материальный атом несет на себе небольшой электрический ток, если он не полностью состоит из этого тока» [11] .

Дж. Дж. Томсон

В 1896 году Дж. Дж. Томсон провел эксперименты, показывающие, что катодные лучи действительно являются частицами, нашел точное значение для их отношения заряда к массе e/m и обнаружил, что e/m не зависит от материала катода. Он сделал хорошие оценки как заряда e, так и массы m, обнаружив, что частицы катодных лучей, которые он назвал «корпускулами», имеют, возможно, одну тысячную массы наименее массивного известного иона (водорода). Он также показал, что отрицательно заряженные частицы, производимые радиоактивными материалами, нагретыми материалами и освещенными материалами, являются универсальными. Природа вещества « катодных лучей » трубки Крукса была определена Томсоном в 1897 году. [138] [ необходим непервичный источник ]

В конце 19 века эксперимент Майкельсона-Морли был выполнен Альбертом А. Майкельсоном и Эдвардом В. Морли в том, что сейчас называется Университетом Кейс Вестерн Резерв . Обычно его считают доказательством против теории светоносного эфира . Эксперимент также называют «отправной точкой для теоретических аспектов Второй научной революции». [139] В первую очередь за эту работу Майкельсон был удостоен Нобелевской премии в 1907 году. Дейтон Миллер продолжил эксперименты, проведя тысячи измерений и в конечном итоге разработав самый точный интерферометр в мире на тот момент. Миллер и другие, такие как Морли, продолжают наблюдения и эксперименты, связанные с концепциями. [140] Ряд предложенных теорий увлечения эфиром могли бы объяснить нулевой результат, но они были более сложными и имели тенденцию использовать произвольно выглядящие коэффициенты и физические предположения. [11]

К концу 19 века инженеры-электрики стали отдельной профессией, отдельной от физиков и изобретателей. Они создали компании, которые исследовали, разрабатывали и совершенствовали методы передачи электроэнергии, и получили поддержку правительств по всему миру для запуска первой всемирной электрической телекоммуникационной сети, телеграфной сети . Пионеры в этой области включали Вернера фон Сименса , основателя Siemens AG в 1847 году, и Джона Пендера , основателя Cable & Wireless .

Уильям Стэнли провел первую публичную демонстрацию трансформатора , который позволил коммерческую поставку переменного тока в 1886 году. [141] Большие двухфазные генераторы переменного тока были построены британским электриком Дж. Э. Гордоном [142] [ необходим непервичный источник ] в 1882 году. Лорд Кельвин и Себастьян Ферранти также разработали ранние генераторы переменного тока, производящие частоты от 100 до 300 герц. После 1891 года были введены многофазные генераторы переменного тока для подачи токов нескольких различных фаз. [143] Более поздние генераторы переменного тока были разработаны для изменения частот переменного тока от шестнадцати до примерно ста герц для использования с дуговым освещением, лампами накаливания и электродвигателями. [144]

Возможность получения электрического тока в больших количествах и экономично с помощью динамо-электрических машин дала толчок развитию ламп накаливания и дугового освещения. Пока эти машины не достигли коммерческой основы, гальванические батареи были единственным доступным источником тока для электрического освещения и питания. Однако стоимость этих батарей и трудности поддержания их в надежном состоянии не позволяли использовать их для практических целей освещения. Датой использования дуговых ламп и ламп накаливания можно считать около 1877 года. [11]

Однако даже в 1880 году было сделано лишь небольшое продвижение к общему использованию этих источников света; быстрый последующий рост этой отрасли является общеизвестным фактом. [145] Использование аккумуляторных батарей , которые изначально назывались вторичными батареями или аккумуляторами, началось около 1879 года. Такие батареи в настоящее время используются в больших масштабах в качестве вспомогательных устройств для динамо-машин на электростанциях и подстанциях, в электромобилях и в огромных количествах в системах зажигания и запуска автомобилей, а также в пожарной телеграфии и других сигнальных системах. [11]

Для Всемирной Колумбийской международной выставки 1893 года в Чикаго компания General Electric предложила обеспечить всю ярмарку постоянным током . Westinghouse немного сбила предложение GE и использовала ярмарку для дебюта своей системы на основе переменного тока, показав, как их система может питать многофазные двигатели и все другие экспонаты переменного и постоянного тока на ярмарке. [146] [147] [148]

Вторая промышленная революция

Вторая промышленная революция, также известная как технологическая революция, была фазой быстрой индустриализации в последней трети 19-го века и начале 20-го. Наряду с расширением железных дорог , производством чугуна и стали , широким использованием машин в производстве, значительным ростом использования паровой энергии и нефти , в этот период расширилось использование электричества и была адаптирована электромагнитная теория для разработки различных технологий.

1893 г. На Всемирной Колумбийской выставке в Чикаго демонстрируется патент Теслы на индукционные двигатели переменного тока

В 1880-х годах произошло распространение крупномасштабных коммерческих электроэнергетических систем, сначала использовавшихся для освещения, а затем для электродвижущей силы и отопления. Системы изначально использовали переменный и постоянный ток . Крупная централизованная генерация электроэнергии стала возможной, когда было признано, что линии электропередач переменного тока могут использовать трансформаторы, чтобы воспользоваться тем фактом, что каждое удвоение напряжения позволит кабелю того же размера передавать то же количество энергии в четыре раза больше. Трансформаторы использовались для повышения напряжения в точке генерации (репрезентативным числом является напряжение генератора в диапазоне низких киловольт) до гораздо более высокого напряжения (от десятков тысяч до нескольких сотен тысяч вольт) для первичной передачи, за которым последовало несколько понижающих преобразований для коммерческого и бытового использования. [11] Между 1885 и 1890 годами были разработаны многофазные токи в сочетании с электромагнитной индукцией и практическими асинхронными двигателями переменного тока . [149]

Международная электротехническая выставка 1891 года, на которой была представлена ​​передача на большие расстояния мощного трехфазного электрического тока. Она проходила с 16 мая по 19 октября на заброшенном месте трех бывших «Westbahnhöfe» (Западных железнодорожных станций) во Франкфурте-на-Майне. На выставке была представлена ​​первая передача на большие расстояния мощного трехфазного электрического тока, который был произведен в 175 км в Лауффене-на-Неккаре. В результате этого успешного полевого испытания трехфазный ток был утвержден для сетей электропередачи по всему миру. [11]

Многое было сделано в направлении улучшения железнодорожных терминалов, и трудно найти хотя бы одного инженера паровой железной дороги, который бы отрицал, что все важные паровые железные дороги этой страны не будут работать на электричестве. В других направлениях ожидалось, что развитие событий в отношении использования электроэнергии будет столь же быстрым. В каждой части света сила падающей воды, вечный двигатель природы, которая тратилась впустую с момента возникновения мира, теперь преобразуется в электричество и передается по проводам на сотни миль в пункты, где она используется с пользой и экономически выгодно. [11] [150]

Чарльз Протеус Штейнмец, теоретик переменного тока.

Первая ветряная мельница для производства электроэнергии была построена в Шотландии в июле 1887 года шотландским инженером-электриком Джеймсом Блайтом . [151] По ту сторону Атлантики, в Кливленде, штат Огайо, в 1887–1888 годах Чарльзом Ф. Брашем была спроектирована и построена более крупная и сложная машина , [152] [ необходим непервичный источник ] она была построена его инжиниринговой компанией у него дома и эксплуатировалась с 1886 по 1900 год. [153] Ветряная турбина Браша имела ротор диаметром 56 футов (17 м) и была установлена ​​на 60-футовой (18 м) башне. Несмотря на большие размеры по сегодняшним меркам, машина имела мощность всего 12 кВт; она вращалась относительно медленно, поскольку имела 144 лопасти. Подключенная динамо-машина использовалась либо для зарядки блока батарей, либо для работы до 100 ламп накаливания , трех дуговых ламп и различных двигателей в лаборатории Браша. Машина вышла из употребления после 1900 года, когда электричество стало доступно на центральных станциях Кливленда, и была заброшена в 1908 году. [154]

20 век

Различные единицы электричества и магнетизма были приняты и названы представителями электротехнических институтов мира, и эти единицы и названия были подтверждены и легализованы правительствами Соединенных Штатов и других стран. Так, вольт, от итальянского Volta, был принят как практическая единица электродвижущей силы, ом, от автора закона Ома, как практическая единица сопротивления; ампер , в честь выдающегося французского ученого с таким же именем, как практическая единица силы тока, генри как практическая единица индуктивности, в честь Жозефа Генри и в знак признания его ранней и важной экспериментальной работы по взаимной индукции. [155]

Дьюар и Джон Амброуз Флеминг предсказали, что при абсолютном нуле чистые металлы станут идеальными электромагнитными проводниками (хотя позже Дьюар изменил свое мнение об исчезновении сопротивления, полагая, что некоторое сопротивление всегда будет). Вальтер Герман Нернст разработал третий закон термодинамики и заявил, что абсолютный ноль недостижим. Карл фон Линде и Уильям Хэмпсон , оба коммерческие исследователи, почти в одно и то же время подали заявки на патенты на эффект Джоуля-Томсона . Патент Линде стал кульминацией 20 лет систематического исследования установленных фактов с использованием метода регенеративного противотока. Конструкция Хэмпсона также была регенеративным методом. Объединенный процесс стал известен как процесс сжижения Линде-Хэмпсона . Хайке Камерлинг-Оннес приобрел машину Линде для своих исследований. Зигмунт Флорентий Врублевский проводил исследования электрических свойств при низких температурах, хотя его исследования были прекращены преждевременно из-за его случайной смерти. Около 1864 года Кароль Ольшевский и Врублевский предсказали электрические явления падения уровней сопротивления при сверхнизких температурах. Ольшевский и Врублевский задокументировали доказательства этого в 1880-х годах. Важная веха была достигнута 10 июля 1908 года, когда Оннес в Лейденском университете в Лейдене впервые получил сжиженный гелий и добился сверхпроводимости .

В 1900 году Уильям Дюбуа Дадделл разработал « Поющую дугу» и стал издавать с помощью этой дуговой лампы мелодичные звуки от низкого до высокого тона.

Лоренц и Пуанкаре

Хендрик Лоренц

Между 1900 и 1910 годами многие ученые, такие как Вильгельм Вин , Макс Абрахам , Герман Минковский или Густав Ми, считали, что все силы природы имеют электромагнитное происхождение (так называемое «электромагнитное мировоззрение»). Это было связано с электронной теорией, разработанной между 1892 и 1904 годами Хендриком Лоренцом . Лоренц ввел строгое разделение между материей (электронами) и эфиром, в соответствии с чем в его модели эфир полностью неподвижен, и он не будет приведен в движение в окрестности весомой материи. В отличие от других электронных моделей ранее, электромагнитное поле эфира выступает в качестве посредника между электронами, и изменения в этом поле могут распространяться не быстрее скорости света.

В 1896 году, через три года после представления своей диссертации об эффекте Керра , Питер Зееман не подчинился прямому приказу своего руководителя и использовал лабораторное оборудование для измерения расщепления спектральных линий сильным магнитным полем. Лоренц теоретически объяснил эффект Зеемана на основе своей теории, за что оба получили Нобелевскую премию по физике в 1902 году. Фундаментальной концепцией теории Лоренца в 1895 году была «теорема о соответствующих состояниях» для членов порядка v/c. Эта теорема утверждает, что движущийся наблюдатель (относительно эфира) делает те же наблюдения, что и покоящийся наблюдатель. Эта теорема была распространена на члены всех порядков Лоренцом в 1904 году. Лоренц заметил, что необходимо изменять переменные пространства-времени при смене систем отсчета, и ввел такие понятия, как физическое сокращение длины (1892) для объяснения эксперимента Майкельсона–Морли и математическое понятие локального времени (1895) для объяснения аберрации света и эксперимента Физо . Это привело к формулировке так называемого преобразования Лоренца Джозефом Лармором (1897, 1900) и Лоренцом (1899, 1904). [156] [157] [158] Как позже заметил Лоренц (1921, 1928), он считал время, указанное часами, покоящимися в эфире, «истинным» временем, в то время как локальное время рассматривалось им как эвристическая рабочая гипотеза и математическое ухищрение. [159] [160] Таким образом, теорема Лоренца рассматривается современными историками как математическое преобразование из «реальной» системы, покоящейся в эфире, в «фиктивную» систему, находящуюся в движении. [156] [157] [158]

Анри Пуанкаре

Продолжая работу Лоренца, Анри Пуанкаре между 1895 и 1905 годами неоднократно формулировал принцип относительности и пытался согласовать его с электродинамикой. Он объявил одновременность всего лишь удобным соглашением, которое зависит от скорости света, в силу чего постоянство скорости света было бы полезным постулатом для максимально возможного упрощения законов природы. В 1900 году он интерпретировал локальное время Лоренца как результат синхронизации часов световыми сигналами и ввел электромагнитный импульс, сравнив электромагнитную энергию с тем, что он назвал «фиктивной жидкостью» массы . И, наконец, в июне и июле 1905 года он объявил принцип относительности общим законом природы, включая гравитацию. Он исправил некоторые ошибки Лоренца и доказал лоренц-ковариантность электромагнитных уравнений. Пуанкаре также предположил, что существуют неэлектрические силы для стабилизации электронной конфигурации и утверждал, что гравитация также является неэлектрической силой, вопреки электромагнитному мировоззрению. Однако историки указали, что он все еще использовал понятие эфира и различал «кажущееся» и «реальное» время и, следовательно, не изобрел специальную теорию относительности в ее современном понимании. [158] [161] [162] [163] [164] [165] m = E / c 2 {\displaystyle m=E/c^{2}}

ЭйнштейнаГод чудес

Альберт Эйнштейн , 1905 г.

В 1905 году, работая в патентном бюро, Альберт Эйнштейн опубликовал четыре статьи в Annalen der Physik , ведущем немецком физическом журнале. Это статьи, которые история назвала статьями Annus Mirabilis :

  • Его статья о корпускулярной природе света выдвинула идею о том, что некоторые экспериментальные результаты, в частности фотоэлектрический эффект , можно просто понять из постулата, что свет взаимодействует с материей как дискретные «пакеты» ( кванты ) энергии, идея, которая была введена Максом Планком в 1900 году как чисто математическая манипуляция и которая, казалось, противоречила современным волновым теориям света (Эйнштейн 1905a). Это была единственная работа Эйнштейна, которую он сам назвал «революционной».
  • Его статья о броуновском движении объяснила случайное движение очень маленьких объектов как прямое доказательство молекулярного действия, тем самым подтвердив атомную теорию . (Эйнштейн 1905b)
  • Его статья об электродинамике движущихся тел ввела радикальную теорию специальной теории относительности , которая показала, что наблюдаемая независимость скорости света от состояния движения наблюдателя требует фундаментальных изменений в понятии одновременности . Последствия этого включают в себя замедление и сжатие пространственно-временной системы движущегося тела (в направлении движения) относительно системы наблюдателя. В этой статье также утверждалось, что идея светоносного эфира — одной из ведущих теоретических сущностей в физике того времени — была излишней. (Эйнштейн 1905c)
  • В своей статье об эквивалентности массы и энергии (ранее считавшихся отдельными концепциями) Эйнштейн вывел из своих уравнений специальной теории относительности то, что позже стало известным выражением: , предполагая, что крошечные количества массы могут быть преобразованы в огромные количества энергии. (Эйнштейн 1905d) E = m c 2 {\displaystyle E=mc^{2}}

Все четыре работы сегодня признаны огромными достижениями, и поэтому 1905 год известен как « чудесный год » Эйнштейна. Однако в то время большинство физиков не заметили их важности, а многие из тех, кто их заметил, отвергли их напрочь. Некоторые из этих работ, такие как теория световых квантов, оставались спорными в течение многих лет. [166] [167]

Середина 20 века

Поль Дирак

Первая формулировка квантовой теории, описывающей взаимодействие излучения и материи, принадлежит Полю Дираку , который в 1920 году впервые смог вычислить коэффициент спонтанного излучения атома . [ 168] Поль Дирак описал квантование электромагнитного поля как ансамбль гармонических осцилляторов , введя концепцию операторов рождения и уничтожения частиц. В последующие годы, с вкладом Вольфганга Паули , Юджина Вигнера , Паскуаля Йордана , Вернера Гейзенберга и элегантной формулировкой квантовой электродинамики, созданной Энрико Ферми , [169] физики пришли к убеждению, что, в принципе, можно выполнить любое вычисление для любого физического процесса с участием фотонов и заряженных частиц. Однако дальнейшие исследования Феликса Блоха с Арнольдом Нордсиком [ 170] и Виктором Вайскопфом [ 171] в 1937 и 1939 годах показали, что такие вычисления надежны только в первом порядке теории возмущений , проблема, на которую уже указывал Роберт Оппенгеймер . [172] В более высоких порядках в ряду появлялись бесконечности, что делало такие вычисления бессмысленными и вызывало серьезные сомнения во внутренней согласованности самой теории. Поскольку в то время не было известно решения этой проблемы, казалось, что между специальной теорией относительности и квантовой механикой существует фундаментальная несовместимость .

В декабре 1938 года немецкие химики Отто Ган и Фриц Штрассман отправили рукопись в Naturwissenschaften, в которой сообщалось, что они обнаружили элемент барий после бомбардировки урана нейтронами ; [173] одновременно они сообщили эти результаты Лизе Мейтнер . Мейтнер и ее племянник Отто Роберт Фриш правильно интерпретировали эти результаты как ядерное деление . [174] Фриш подтвердил это экспериментально 13 января 1939 года. [175] В 1944 году Ган получил Нобелевскую премию по химии за открытие ядерного деления. Некоторые историки, документировавшие историю открытия ядерного деления, считают, что Мейтнер должна была получить Нобелевскую премию вместе с Ганом. [176] [177] [178]

Трудности с квантовой теорией возросли к концу 1940 года. Усовершенствования в микроволновой технологии позволили провести более точные измерения сдвига уровней атома водорода , [179] теперь известного как сдвиг Лэмба и магнитный момент электрона. [180] Эти эксперименты недвусмысленно выявили несоответствия, которые теория не могла объяснить. С изобретением пузырьковых камер и искровых камер в 1950-х годах экспериментальная физика элементарных частиц открыла большое и постоянно растущее число частиц, называемых адронами . Казалось, что такое большое число частиц не может быть все фундаментальными .

Вскоре после окончания войны в 1945 году Bell Labs сформировала группу физики твердого тела под руководством Уильяма Шокли и химика Стэнли Моргана; другие сотрудники, включая Джона Бардина и Уолтера Браттейна , физика Джеральда Пирсона, химика Роберта Гибни, эксперта по электронике Гильберта Мура и нескольких техников. Их заданием было найти твердотельную альтернативу хрупким стеклянным ламповым усилителям. Их первые попытки основывались на идеях Шокли об использовании внешнего электрического поля на полупроводнике для воздействия на его проводимость. Эти эксперименты каждый раз терпели неудачу во всех видах конфигураций и материалов. Группа была в тупике, пока Бардин не предложил теорию, которая вызывала поверхностные состояния , которые препятствовали проникновению поля в полупроводник. Группа изменила свое направление, чтобы изучать эти поверхностные состояния, и они встречались почти ежедневно, чтобы обсудить работу. Взаимопонимание в группе было превосходным, и идеи свободно обменивались. [181]

Что касается проблем в электронных экспериментах, путь к решению был указан Гансом Бете . В 1947 году, когда он ехал на поезде из Нью-Йорка в Скенектади , [182] после выступления на конференции в Шелтер-Айленде по этой теме, Бете завершил первое нерелятивистское вычисление сдвига линий атома водорода, измеренного Лэмбом и Резерфордом. [183] ​​Несмотря на ограничения вычислений, согласие было превосходным. Идея состояла в том, чтобы просто приписать бесконечности поправкам к массе и заряду , которые фактически были зафиксированы до конечного значения экспериментами. Таким образом, бесконечности поглощаются этими константами и дают конечный результат, хорошо согласующийся с экспериментами. Эта процедура была названа перенормировкой .

Ричард Фейнман

Основываясь на интуиции Бете и фундаментальных работах по этой теме Синъитиро Томонаги [184] , Джулиана Швингера [185] [186], Ричарда Фейнмана [187] [188] [189] и Фримена Дайсона [190] [191] , наконец-то стало возможным получить полностью ковариантные формулировки, которые были конечны в любом порядке в ряду теории возмущений квантовой электродинамики. Синъитиро Томонага, Джулиан Швингер и Ричард Фейнман были совместно награждены Нобелевской премией по физике в 1965 году за свою работу в этой области. [192] Их вклад, а также вклад Фримена Дайсона , касался ковариантных и калибровочно-инвариантных формулировок квантовой электродинамики, которые позволяют вычислять наблюдаемые в любом порядке теории возмущений . Математическая техника Фейнмана, основанная на его диаграммах , изначально казалась сильно отличающейся от теоретико-полевого, основанного на операторах подхода Швингера и Томонаги, но Фримен Дайсон позже показал, что эти два подхода эквивалентны. [190] Перенормировка , необходимость придавать физический смысл определенным расхождениям, появляющимся в теории, посредством интегралов , впоследствии стала одним из фундаментальных аспектов квантовой теории поля и стала рассматриваться как критерий общей приемлемости теории. Несмотря на то, что перенормировка очень хорошо работает на практике, Фейнман никогда не был полностью доволен ее математической обоснованностью, даже называя перенормировку «игрой в наперстки» и «фокус-покусом». [193] КЭД ​​послужила моделью и шаблоном для всех последующих квантовых теорий поля. Питер Хиггс , Джеффри Голдстоун и другие, Шелдон Глэшоу , Стивен Вайнберг и Абдус Салам независимо друг от друга показали, как слабое ядерное взаимодействие и квантовая электродинамика могут быть объединены в единое электрослабое взаимодействие .

Роберт Нойс приписал Курту Леховцу принцип изоляции p–n-перехода , вызванный действием смещенного pn-перехода (диода), как ключевую концепцию интегральной схемы . [194] Джек Килби записал свои первоначальные идеи относительно интегральной схемы в июле 1958 года и успешно продемонстрировал первую работающую интегральную схему 12 сентября 1958 года. [195] В своей патентной заявке от 6 февраля 1959 года Килби описал свое новое устройство как «корпус из полупроводникового материала... в котором все компоненты электронной схемы полностью интегрированы». [196] Килби получил Нобелевскую премию по физике 2000 года за свою часть изобретения интегральной схемы. [197] Роберт Нойс также придумал свою собственную идею интегральной схемы на полгода позже Килби. Чип Нойса решил множество практических проблем, которые не решил Килби. Чип Нойса, созданный в Fairchild Semiconductor , был изготовлен из кремния , тогда как чип Килби был изготовлен из германия .

Фило Фарнсворт разработал фузор Фарнсворта-Хирша , или просто фузор, аппарат, разработанный Фарнсвортом для создания ядерного синтеза . В отличие от большинства контролируемых систем термоядерного синтеза, которые медленно нагревают магнитно-удерживаемую плазму , фузор впрыскивает высокотемпературные ионы непосредственно в реакционную камеру, тем самым избегая значительной сложности. Когда фузор Фарнсворта-Хирша был впервые представлен миру исследований термоядерного синтеза в конце 1960-х годов, фузор был первым устройством, которое могло ясно продемонстрировать, что оно вообще производит реакции термоядерного синтеза. В то время были большие надежды на то, что его можно будет быстро превратить в практический источник энергии. Однако, как и в других экспериментах по термоядерному синтезу, разработка в источник энергии оказалась сложной. Тем не менее, фузор с тех пор стал практическим источником нейтронов и производится коммерчески для этой роли. [198]

Нарушение паритета

Зеркальное изображение электромагнита создает поле с противоположной полярностью. Таким образом, северный и южный полюса магнита имеют ту же симметрию, что и левый и правый. До 1956 года считалось, что эта симметрия идеальна, и что техник не сможет отличить северный и южный полюса магнита, кроме как по отношению к левому и правому. В том году Т. Д. Ли и К. Н. Янг предсказали несохранение четности в слабом взаимодействии. К удивлению многих физиков, в 1957 году Ч. С. Ву и его коллеги из Национального бюро стандартов США продемонстрировали, что при подходящих условиях для поляризации ядер бета-распад кобальта -60 преимущественно высвобождает электроны в направлении южного полюса внешнего магнитного поля и несколько большее количество гамма-лучей в направлении северного полюса. В результате экспериментальная установка ведет себя несопоставимо со своим зеркальным изображением. [199] [200] [201]

Теория электрослабого взаимодействия

Первым шагом к Стандартной модели было открытие Шелдоном Глэшоу в 1960 году способа объединения электромагнитных и слабых взаимодействий . [202] В 1967 году Стивен Вайнберг [203] и Абдус Салам [204] включили механизм Хиггса [205] [206] [207] в электрослабую теорию Глэшоу , придав ей современную форму. Считается, что механизм Хиггса приводит к появлению масс всех элементарных частиц в Стандартной модели. Сюда входят массы W- и Z-бозонов , а также массы фермионов , т. е. кварков и лептонов . После того, как нейтральные слабые токи, вызванные
З
Бозонный обмен был открыт в ЦЕРНе в 1973 году, [208] [209] [210] [211] электрослабая теория получила широкое признание, и Глэшоу, Салам и Вайнберг разделили Нобелевскую премию по физике 1979 года за ее открытие. Бозоны W и Z были обнаружены экспериментально в 1981 году, и было обнаружено, что их массы соответствуют предсказаниям Стандартной модели. Теория сильного взаимодействия , в которую внесли свой вклад многие, приобрела свою современную форму около 1973–74 годов, когда эксперименты подтвердили, что адроны состоят из дробно заряженных кварков. С созданием квантовой хромодинамики в 1970-х годах был завершен набор фундаментальных и обменных частиц, что позволило создать « стандартную модель », основанную на математике калибровочной инвариантности , которая успешно описала все силы, за исключением гравитации, и которая остается общепринятой в области, к которой она предназначена для применения.

«Стандартная модель» группирует теорию электрослабого взаимодействия и квантовую хромодинамику в структуру, обозначенную калибровочной группой SU(3)×SU(2)×U(1) . Формулировка объединения электромагнитных и слабых взаимодействий в стандартной модели принадлежит Абдусу Саламу , Стивену Вайнбергу и, впоследствии, Шелдону Глэшоу . После открытия, сделанного в ЦЕРНе , существования нейтральных слабых токов , [212] [213] [214] [215], опосредованных
З
бозон
, предсказанный в стандартной модели, физики Салам, Глэшоу и Вайнберг получили Нобелевскую премию по физике 1979 года за свою теорию электрослабого взаимодействия. [216] С тех пор открытия нижнего кварка (1977), верхнего кварка (1995), тау-нейтрино (2000) и бозона Хиггса (2012) подтвердили достоверность Стандартной модели.

21 век

Электромагнитные технологии

Существует ряд новых энергетических технологий . К 2007 году твердотельные микрометровые электрические двухслойные конденсаторы на основе усовершенствованных суперионных проводников были предназначены для низковольтной электроники, такой как глубоко-субвольтовая наноэлектроника и связанные с ней технологии (22 нм технологический узел КМОП и далее). Кроме того, в 2007 году группа под руководством доктора И Цуя изобрела нанопроводную батарею , литий-ионную батарею.

Магнитный резонанс

Отражая фундаментальную важность и применимость магнитно-резонансной томографии [217] в медицине, Пол Лаутербур из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне и сэр Питер Мэнсфилд из Ноттингемского университета были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине 2003 года за их «открытия, касающиеся магнитно-резонансной томографии». Нобелевская премия признала проницательность Лаутербура в использовании градиентов магнитного поля для определения пространственной локализации , открытие, которое позволило быстро получать двухмерные изображения.

Беспроводное электричество

Беспроводное электричество — это форма беспроводной передачи энергии , [218] возможность обеспечивать электроэнергией удаленные объекты без проводов. Термин WiTricity был придуман в 2005 году Дэйвом Гердингом и позже использовался для проекта под руководством профессора Марина Солячича в 2007 году. [219] [220] Исследователи Массачусетского технологического института успешно продемонстрировали возможность беспроводного питания лампочки мощностью 60 Вт с помощью двух 5-витковых медных катушек диаметром 60 см (24 дюйма) , которые находились на расстоянии 2 м (7 футов), с эффективностью примерно 45%. [221] Эта технология потенциально может использоваться в самых разных областях, включая потребительскую, промышленную, медицинскую и военную. Ее цель — снизить зависимость от батарей. Другие приложения для этой технологии включают передачу информации — она не будет мешать радиоволнам и, таким образом, может использоваться как дешевое и эффективное устройство связи без необходимости получения лицензии или разрешения правительства.

Единые теории

Великая унифицированная теория (GUT) — это модель в физике элементарных частиц, в которой при высокой энергии электромагнитная сила объединяется с двумя другими калибровочными взаимодействиями Стандартной модели , слабыми и сильными ядерными силами. Было предложено много кандидатов, но ни один из них не подкреплен напрямую экспериментальными доказательствами. GUT часто рассматриваются как промежуточные шаги к « Теории всего » (TOE), предполагаемой теории теоретической физики, которая полностью объясняет и связывает воедино все известные физические явления и, в идеале, имеет предсказательную силу для результата любого эксперимента, который может быть проведен в принципе. Ни одна такая теория пока не принята физическим сообществом.

Открытые проблемы

Магнитный монополь [222] в квантовой теории магнитного заряда начался с работы физика Поля А. М. Дирака в 1931 году. [223] Обнаружение магнитных монополей является открытой проблемой экспериментальной физики. В некоторых теоретических моделях магнитные монополи вряд ли будут наблюдаться, поскольку они слишком массивны, чтобы быть созданными в ускорителях частиц , а также слишком редки во Вселенной, чтобы попасть в детектор частиц с большой вероятностью.

После более чем двадцати лет интенсивных исследований происхождение высокотемпературной сверхпроводимости все еще не ясно, но кажется, что вместо механизмов притяжения электронов и фононов , как в обычной сверхпроводимости, мы имеем дело с подлинными электронными механизмами (например, с антиферромагнитными корреляциями ), и вместо спаривания s-волн существенными являются спаривания d-волн [224] . [225] Одной из целей всех этих исследований является сверхпроводимость при комнатной температуре . [226]

Смотрите также

Истории
История электромагнитного спектра , История электротехники , История уравнений Максвелла , История радио , История оптики , История физики
Общий
Закон Кулона , Закон Био-Савара , Закон Гаусса , Закон Ампера для круговой индукции , Закон Гаусса для магнетизма , Закон индукции Фарадея , Пондеромоторная сила , Теллурические токи , Земной магнетизм , Ампер-часы , Поперечные волны , Продольные волны , Плоские волны , Показатель преломления , Крутящий момент , Обороты в минуту , Фотосфера , Вихрь , вихревые кольца ,
Теория
диэлектрическая проницаемость , скалярное произведение , векторное произведение , тензор , расходящийся ряд , линейный оператор , единичный вектор , параллелепипед , соприкасающаяся плоскость , стандартная свеча
Технологии
Соленоид , электромагниты , призмы Николя , реостат , вольтметр , провод с гуттаперчевым покрытием , электрический проводник , амперметры , машина Грамма , клеммы , асинхронный двигатель , грозоотводы , технологическая и промышленная история Соединенных Штатов , Western Electric Company ,
Списки
Общая схема развития энергетики
Хронология
Хронология электромагнетизма , Хронология светоносного эфира

Ссылки

Цитаты и примечания
  1. ^ Бруно Кольбе, Фрэнсис и Легге, Джозеф Скеллон, пер., « Введение в электричество ». Кеган Пауль, Trench, Trübner, 1908. 429 страниц. Страница 391. (ср. «[...] высокие столбы, покрытые медными пластинами и с позолоченными верхушками, были возведены «для того, чтобы разбивать камни, летящие сверху». J. Dümichen, Baugeschichte des Dendera-Tempels, Strassburg, 1877»)
  2. ^ Урбаницкий, А. ф. и Вормелл, Р. (1886). Электричество на службе у человека: популярный и практический трактат о применении электричества в современной жизни. Лондон: Cassell &.
  3. ^ Lyons, TA (1901). Трактат об электромагнитных явлениях, о компасе и его отклонениях на борту корабля. Математическое, теоретическое и практическое . Нью-Йорк: J. Wiley & Sons.
  4. ^ Платонис Опера, Мейер и Целлер, 1839, с. 989.
  5. ^ Местоположение Магнезии является предметом споров; это может быть регион в материковой Греции или Магнезия ад Сипилум . См., например, "Магнит". Блог Language Hat . 28 мая 2005 г. Получено 22 марта 2013 г.
  6. ^ abc Whittaker, ET (1910). История теорий эфира и электричества от эпохи Декарта до конца XIX века . Серия Dublin University Press. Лондон: Longmans, Green and Co.; [и т. д.].
  7. ^ Карлсон, Джон Б. (1975). «Lodestone Compass: Chinese or Olmec Primacy?: Мультидисциплинарный анализ ольмекского гематитового артефакта из Сан-Лоренцо, Веракрус, Мексика». Science . 189 (4205): 753–760 [760]. Bibcode :1975Sci...189..753C. doi :10.1126/science.189.4205.753. PMID  17777565. S2CID  33186517.
  8. ^ Карлсон, Дж. Б. (1975). «Lodestone Compass: Chinese or Olmec Primacy?: Мультидисциплинарный анализ ольмекского гематитового артефакта из Сан-Лоренцо, Веракрус, Мексика». Science . 189 (4205): 753–760. Bibcode :1975Sci...189..753C. doi :10.1126/science.189.4205.753. PMID  17777565. S2CID  33186517.
  9. Ли Шу-хуа, стр. 175
  10. ^ "Ранний китайский компас – 400 г. до н.э.". Magnet Academy . National High Magnetic Field Laboratory . Получено 21 апреля 2018 г.
  11. ^ abcdefghijklmnopqrstu vwxyz aa ab ac ad ae af ag ah ai aj ak al am an ao ap aq ar as at au av aw ax ay az ba bb bc bd Мавер, Уильям-младший: «Электричество, его история и прогресс», The Американская энциклопедия; библиотека универсальных знаний, вып. X, стр. 172 и далее. (1918). Нью-Йорк: Американская энциклопедия Corp.
  12. Генрих Карл Бругш-Бей и Генри Дэнби ​​Сеймур, « История Египта при фараонах ». Дж. Мюррей, 1881. Страница 422. (ср. [... символ] «змеи» скорее рыба, которая до сих пор служит в коптском языке для обозначения электрической рыбы [...])
  13. ^ Бэйгри, Брайан (2007), Электричество и магнетизм: историческая перспектива , Greenwood Publishing Group, стр. 1, ISBN 978-0-313-33358-3
  14. ^ Стюарт, Джозеф (2001), Промежуточная электромагнитная теория , World Scientific, стр. 50, ISBN 9-8102-4471-1
  15. ^ Кумар Гоял, Раджендра (2017). Наноматериалы и нанокомпозиты: синтез, свойства, методы характеризации и применение . CRC Press. стр. 171. ISBN 9781498761673.
  16. ^ Моллер, Питер; Крамер, Бернд (декабрь 1991 г.), «Обзор: Электрическая рыба», BioScience , 41 (11), Американский институт биологических наук: 794–6 [794], doi : 10.2307/1311732, JSTOR  1311732
  17. ^ Буллок, Теодор Х. (2005), Электрорецепция , Springer, стр. 5–7, ISBN 0-387-23192-7
  18. ^ Моррис, Саймон С. (2003), Решение жизни: Неизбежные люди в одинокой Вселенной , Cambridge University Press, стр. 182–185, ISBN 0-521-82704-3
  19. Загадка «багдадских батарей». BBC News .
  20. ^ После Второй мировой войны Уиллард Грей продемонстрировал производство тока путем реконструкции предполагаемой конструкции батареи, заполненной виноградным соком. У. Янсен экспериментировал с 1,4-бензохиноном (некоторые жуки производят хиноны ) и уксусом в ячейке и получил удовлетворительные результаты.
  21. ^ Альтернативное, но все еще электрическое объяснение было предложено Полом Кейзером. Было высказано предположение, что священник или целитель, используя железный шпатель для приготовления зелья на основе уксуса в медном сосуде, мог почувствовать электрическое покалывание и использовать это явление либо для электроакупунктуры, либо для того, чтобы поразить молящихся, электризуя металлическую статую.
  22. ^ Медь и железо образуют электрохимическую пару, так что в присутствии любого электролита будет возникать электрический потенциал (напряжение). Кёниг наблюдал ряд очень тонких серебряных предметов из древнего Ирака, которые были покрыты очень тонкими слоями золота, и предположил, что они были покрыты гальваническим способом с использованием батарей этих «ячеек».
  23. ^ Кордер, Грегори, «Использование нетрадиционной истории батареи для вовлечения студентов и изучения важности доказательств», Virginia Journal of Science Education 1
  24. ^ История электричества. Парк Бенджамин. Стр. 33
  25. ^ Гаргано, Джузеппе. История делла Буссола .
  26. ^ Шмидл, Петра Г. (1996–1997). «Два ранних арабских источника о магнитном компасе». Журнал арабских и исламских исследований . 1 : 81–132.
  27. ^ Лейн, Фредерик К. (1963) «Экономическое значение изобретения компаса», The American Historical Review, 68 (3: апрель), стр. 605–617
  28. Бенджамин, Парк (1898), История электричества (Интеллектуальный рост электричества) от античности до дней Бенджамина Франклина, Нью-Йорк: J. Wiley, стр. 315, ISBN 978-1-313-10605-4
  29. ^ см. «Историю электричества» Пристли, Лондон, 1757 г.
  30. ^ ab Dampier, WCD (1905). Теория экспериментального электричества. Кембриджская физическая серия. Кембридж [Eng.: University Press.
  31. ^ Роберт Бойль (1675). Опыты и заметки о механическом происхождении или создании особых качеств.
  32. ^ Бенджамин, П. (1895). История электричества: (Интеллектуальный рост электричества) от античности до дней Бенджамина Франклина. Нью-Йорк: J. Wiley & Sons.
  33. ^ См. «Эксперименты по происхождению электричества» Бойля и «Историю электричества» Пристли.
  34. ^ Heathcote, NH de V. (1950). «Серный шар Герике». Annals of Science . 6 (3): 304. doi :10.1080/00033795000201981. Heilbron, JL (1979). Электричество в 17-м и 18-м веках: исследование ранней современной физики. University of California Press . стр. 215–218. ISBN 0-520-03478-3.
  35. ^ Магнит, или О магнетической науке (Magnes sive de arte magnetica)
  36. Из «Физико-механических экспериментов» , 2-е изд., Лондон, 1719 г.
  37. См. работу доктора Карпью «Введение в электричество и гальванизм», Лондон, 1803 г.
  38. ^ Дерри, Томас К.; Уильямс, Тревор И. (1993) [1961]. Краткая история технологий: с древнейших времен до 1900 г. н. э. Довер. стр. 609. ISBN 0-486-27472-1.
  39. ^ Кребс, Роберт Э. (2003), Новаторские научные эксперименты, изобретения и открытия XVIII века , Greenwood Publishing Group, стр. 82, ISBN 0-313-32015-2
  40. ^ ab Guarnieri, M. (2014). «Электричество в эпоху Просвещения». Журнал промышленной электроники IEEE . 8 (3): 60–63. doi :10.1109/MIE.2014.2335431. S2CID  34246664.
  41. ^ Кейтли, Джозеф Ф. (1999), История электрических и магнитных измерений: от 500 г. до н.э. до 1940-х годов , Wiley, ISBN 0-7803-1193-0
  42. Биография Питера (Петрус) ван Мусшенбрука. Архивировано 26 марта 2009 г. в Wayback Machine.
  43. Согласно Пристли («История электричества», 3-е изд., т. I, стр. 102)
  44. Электричество в XVII и XVIII веках: исследование ранней современной физики, Джон Л. Хейлброн ; опубликовано в 1979 году издательством Калифорнийского университета
  45. ^ Гундерсен, П. Эрик (октябрь 1998 г.). The Handy Physics Answer Book. Visible Ink Press. стр. 233. ISBN 978-1-57859-058-2.
  46. ^ Гварниери, М. (2016). «Расцвет света – открытие его секретов». Proc. IEEE . 104 (2): 467–473. doi : 10.1109/JPROC.2015.2513118 . S2CID  207023221.
  47. «История электричества» Пристли, стр. 138.
  48. Католические церковники в науке. (Вторая серия) Джеймса Джозефа Уолса. Стр. 172.
  49. История и современное состояние электричества с оригинальными экспериментами Джозефа Пристла. Стр. 173.
  50. Чейни Харт: «Часть письма Чейни Харта, доктора медицины, Уильяму Уотсону, члену Королевского общества, в котором описывается воздействие электричества в окружной больнице в Шрусбери», Phil. Trans. 1753:48 , стр. 786–788. Прочитано 14 ноября 1754 г.
  51. ^ Эксперимент с воздушным змеем (2011). Глобальная историческая сеть IEEE .
  52. ^ см . атмосферное электричество
  53. ^ Доктор (1708). «Эксперименты по светящимся качествам янтаря, алмазов и гуммилака, доктор Уолл, в письме к доктору Слоану, RS Секретарь». Философские труды Лондонского королевского общества . 26 (314): 69–76. Bibcode : 1708RSPT...26...69W. doi : 10.1098/rstl.1708.0011 .
  54. ^ Физико-механические эксперименты по различным предметам; с объяснениями всех машин, выгравированных на меди
  55. ^ Вейл, А. (1845). Американский электромагнитный телеграф: С докладами Конгресса и описанием всех известных телеграфов, использующих электричество или гальванизм. Филадельфия: Ли и Бланшар
  56. ^ Хаттон, К., Шоу, Г., Пирсон, Р. и Королевское общество (Великобритания). (1665). Философские труды Лондонского королевского общества: с момента их основания в 1665 году до 1800 года. Лондон: К. и Р. Болдуин. Стр. 345.
  57. ^ Франклин, « Эксперименты и наблюдения над электричеством »
  58. Документы Королевского общества, т. IX (BL. Add MS 4440): Генри Эллес из Лисмора, Ирландия, Королевскому обществу, Лондон, 9 августа 1757 г., лист 12б; 9 августа 1757 г., лист 166.
  59. ^ Тр ., Тестовая теория электричества и магнетизма
  60. Философские труды 1771 г.
  61. ^ Электрический телеграф, аппарат, с помощью которого сигналы могут передаваться на расстояние с помощью гальванических токов, распространяющихся по металлическим проводам; открыт на опытах Грея (1729), Нолле, Уотсона (1745), Лесажа (1774), Ламона (1787), Рейссерля (794), Кавалло (1795), Бетанкура (1795), Зоммеринга (1811), Гаусса и Вебера (1834) и т. д. Телеграфы, сконструированные Уитстоном и независимо Штейнгелем (1837), усовершенствованные Морзе, Куком, Вуластоном и т. д.
  62. Миниатюрная энциклопедия Касселла. Автор сэр Уильям Лэрд Клоуз. Страница 288.
  63. ^ Die Geschichte Der Physik in Grundzügen: th. In den letzten hundert jahren (1780–1880) 1887–90 (тр. История физики в широком смысле: т. н. За последние сто лет (1780–1880) 1887–90) Фердинанда Розенбергера . Ф. Vieweg und sohn, 1890. Стр. 288.
  64. ^ ab Guarnieri, M. (2014). «Большой прыжок с ног лягушки». Журнал промышленной электроники IEEE . 8 (4): 59–61+69. doi :10.1109/MIE.2014.2361237. S2CID  39105914.
  65. ^ См . Вольтов столб
  66. ^ «Философские труды», 1833 г.
  67. О торпедах, найденных на побережье Англии. В письме Джона Уолша, эсквайра; члена Королевского общества Томасу Пеннанту, эсквайру; член Королевского общества Джона Уолша. Философские труды, том 64 (1774), стр. 464-473
  68. Труды Бенджамина Франклина: содержащие несколько политических и исторических трактатов, не вошедших ни в одно из предыдущих изданий, и множество официальных и частных писем, до сих пор не опубликованных; с примечаниями и биографией автора, том 6, страница 348.
  69. ^ еще один известный и внимательный экспериментатор в области электричества и первооткрыватель палладия и родия
  70. Философский журнал, т. III, стр. 211
  71. ^ «Перевод Общества искусств», 1 1825 г.
  72. Метеорологические очерки Франсуа Араго , сэра Эдварда Сабина . Страница 290. «О вращательном магнетизме. Procesverbal , Академия наук, 22 ноября 1824 г.»
  73. ^ Подробнее см. Вращающееся магнитное поле .
  74. ^ Тр., « Гальваническая цепь, исследованная математически ».
  75. ^ Г.С. Ом (1827). Die galvanische Kette, mathematisch Bearbeitet (PDF) . Берлин: Т.Х. Риман. Архивировано из оригинала (PDF) 26 марта 2009 г. Проверено 20 декабря 2010 г.
  76. Энциклопедия Американа: библиотека универсальных знаний, 1918.
  77. ^ «Краткая история электромагнетизма» (PDF) .
  78. ^ "Электромагнетизм". Архив Смитсоновского института .
  79. ^ Цверава, Г.К. 1981. "ФАРАДЕЙ, ГЕНРИЙ, И ОТКРЫТИЕ ИНДУКТИРОВАННЫХ ТОКОВ." Вопросы истории естествознания и техники №. 3:99-106. Исторические рефераты, EBSCOhost. Проверено 17 октября 2009 г.
  80. ^ Боуэрс, Брайан. 2004. «Лай на неправильное (электродвигательное) дерево». Труды IEEE 92, № 2: 388-392. Computers & Applied Sciences Complete, EBSCOhost. Получено 17 октября 2009 г.
  81. ^ 1998. "Джозеф Генри". Issues in Science & Technology 14, № 3: 96. Источник Associates Programs, EBSCOhost. Получено 17 октября 2009 г.
  82. ^ По словам Оливера Хевисайда
  83. Оливер Хевисайд, Электромагнитная теория: Полное и несокращенное издание т. 1, № 2 и: Том 3. 1950.
  84. Оливер Хевисайд, Электромагнитная теория, т.1. Издательская и типографская компания «Электрик», 1893.
  85. Трактат об электричестве в теории и практике, том 1 Огюста де Ла Рива. Страница 139.
  86. ^ «Фил. Перев.», 1845.
  87. Элементарные уроки электричества и магнетизма Сильвануса Филлипса Томпсона. Страница 363.
  88. Phil. Mag-., март 1854 г.
  89. ^ Рональдс, Б. Ф. (2016). Сэр Фрэнсис Рональдс: Отец электрического телеграфа . Лондон: Imperial College Press. ISBN 978-1-78326-917-4.
  90. ^ Рональдс, Б. Ф. (2016). «Сэр Фрэнсис Рональдс и электрический телеграф». Международный журнал истории техники и технологий . 86 : 42–55. doi :10.1080/17581206.2015.1119481. S2CID  113256632.
  91. ^ Подробнее см. Противоэлектродвижущая сила .
  92. Философский журнал, 1849.
  93. ^ Катушка Румкорфа имела такой успех, что в 1858 году Наполеон III наградил его премией в 50 000 франков за важнейшее открытие в области применения электричества.
  94. Американская академия искусств и наук, Труды Американской академии искусств и наук , том XXIII, май 1895 г. – май 1896 г., Бостон: University Press, John Wilson and Son (1896), стр. 359-360: Самая мощная версия индукционной катушки Ричи, использующая ступенчатые обмотки, позволяла получать электрические разряды длиной 2 дюйма (5,1 см) и более.
  95. ^ Пейдж, Чарльз Г., История индукции: Американские претензии на индукционную катушку и ее электростатические разработки , Бостон: Гарвардский университет, типография Intelligencer (1867), стр. 104-106
  96. ^ Американская академия, стр. 359-360
  97. ^ Lyons, TA (1901). Трактат об электромагнитных явлениях, о компасе и его отклонениях на борту корабля. Математическое, теоретическое и практическое. Нью-Йорк: J. Wiley & Sons. Страница 500.
  98. ^ La, RA (1853). Трактат об электричестве: в теории и на практике. Лондон: Longman, Brown, Green, and Longmans.
  99. ^ тр., Введение в электростатику, изучение магнетизма и электродинамики
  100. ^ Возможно, это Иоганн Филипп Рейс из Фридрихсдорфа, Германия.
  101. ^ "О постоянном отклонении стрелки гальванометра под влиянием быстрой серии равных и противоположных индуцированных токов". Лорд Рэлей, член Королевского общества. Философский журнал, 1877. Страница 44.
  102. ^ Annales de chimie et de physique , Страница 385. «Sur l'aimantation par les courants» (тр. «О намагничивании токами»).
  103. ^ 'Энн. де Шими III, I, 385.
  104. ^ Дженкин, Ф. (1873). Электричество и магнетизм. Учебники наук. Лондон: Longmans, Green, and Co.
  105. Введение в книгу «Электричество на службе человека».
  106. ^ «Poggendorf Ann.1 1851.
  107. ^ Учеб. Являюсь. Филос. Соц., Том. II, стр. 193.
  108. Annalen der Physik, том 103. Вклад в знакомство с электрической искрой , Б. В. Феддерсен. Страница 69+.
  109. ^ Специальную информацию о методе и аппарате можно найти в инаугурационной диссертации Феддерсена, Киль, 1857 г. (В Комиссии der Schwers'sehen Buchhandl Handl. В Киле.)
  110. ^ Роуленд, HA (1902). Физические документы Генри Августа Роуленда: Университет Джонса Хопкинса, 1876–1901. Балтимор: Издательство Джонса Хопкинса.
  111. ^ LII. Об электромагнитном эффекте конвекционных токов Генри А. Роуленд; Кэри Т. Хатчинсон Philosophical Magazine Series 5, 1941-5990, том 27, выпуск 169, страницы 445 – 460
  112. ^ См. электрические машины , электрический постоянный ток , электрические генераторы .
  113. ^ см. его британский патент того года
  114. ^ см. «Записки Королевского общества», 1867 г., том 10—12.
  115. ^ Р. Дж. Гульчер из Бялы, близ Белица, Австрия.
  116. ^ "Иллюстрированная динамо-электрическая машина Фейна". The Electrical Journal . 7 : 117–120. 1881.
  117. ^ ETA: Журнал Electrical: A. Ed, Том 1
  118. ^ Dredge, James, ed. (2014) [1882]. Электрическое освещение, том 1. Cambridge University Press. стр. 306–308. ISBN 978-1-108-07063-8.
  119. ^ Томпсон, С. П. (2011) [1888]. Машины динамо-электричества: руководство для студентов-электротехников (3-е изд.). Cambridge University Press. ISBN 978-1-108-02687-1.
  120. ^ См. электрический постоянный ток .
  121. ^ См. Электрические машины переменного тока.
  122. ^ Научная книга XIX века «Руководство к научному познанию знакомых вещей» представляет собой краткое изложение научных представлений в этой области того времени.
  123. ^ См. книгу Максвелла «Электричество и магнетизм», т. II, гл. xx.
  124. ^ "О силовых линиях Фарадея" Джеймса Клерка Максвелла, 1855 г. (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 15.12.2010 . Получено 28.12.2010 .
  125. Джеймс Клерк Максвелл, О физических силовых линиях , Philosophical Magazine, 1861
  126. В ноябре 1847 года Клерк Максвелл поступил в Эдинбургский университет, где изучал математику у Келланда, естественную философию у Дж. Д. Форбса и логику у сэра У. Р. Гамильтона.
  127. ^ Glazebrook, R. (1896). Джеймс Клерк Максвелл и современная физика. Нью-Йорк: Macmillan. С. 190
  128. Дж. Дж. О'Коннор и Э. Ф. Робертсон, Джеймс Клерк Максвелл. Архивировано 28 января 2011 г. в Wayback Machine , Школа математики и статистики, Университет Сент-Эндрюс, Шотландия, ноябрь 1997 г.
  129. Джеймс Клерк Максвелл, Динамическая теория электромагнитного поля , Философские труды Лондонского королевского общества 155, 459-512 (1865).
  130. ^ «Электричество и магнетизм» Максвелла, предисловие
  131. ^ См . колебательный ток , телеграфия , беспроволочная связь .
  132. ^ Клерк-Максвелл, Дж. «Замечания о математической классификации физических величин». Труды Лондонского математического общества 1.1 (1869): 224-233.
  133. ^ Бунге, Марио (1973). Философия физики. Дордрехт: Springer Netherlands. doi :10.1007/978-94-010-2522-5. ISBN 978-94-010-2524-9.
  134. ^ Генрих Герц (1893). Электрические волны: исследования распространения электрического воздействия с конечной скоростью в пространстве. Dover Publications.
  135. ^ Гварниери, М. (2015). «Как появился джин электроники». Журнал промышленной электроники IEEE . 9 (1): 77–79. doi :10.1109/MIE.2014.2387945. S2CID  9232535.
  136. Крукс прочитал лекцию Британской ассоциации содействия развитию науки в Шеффилде в пятницу, 22 августа 1879 г. [1] Архивировано 9 июля 2006 г. в Wayback Machine [2]
  137. ^ см. «Proc. British Association», 1879 г.
  138. Объявлено в его вечерней лекции в Королевском институте в пятницу, 30 апреля 1897 года, и опубликовано в Philosophical Magazine , 44, 293 [3]
  139. Эрл Р. Гувер, Колыбель величия: национальные и мировые достижения Западного резерва Огайо (Кливленд: Shaker Savings Association, 1977).
  140. Дейтон С. Миллер, «Эксперименты по эфирному ветру в солнечной обсерватории Маунт-Вильсон», Physical Review , S2, V19, N4, стр. 407-408 (апрель 1922 г.).
  141. ^ Блэлок, Томас Дж. (31 декабря 2015 г.). «Электрификация переменного тока, 1886 г.». История инженерии и технологий Wiki . United Engineering Foundation . Получено 22 апреля 2018 г."Трансформатор Стэнли – 1886". Magnet Academy . National High Magnetic Field Laboratory. 10 декабря 2014 г. Получено 22 апреля 2018 г.
  142. ^ Гордон прочитал четыре лекции по статической электрической индукции (S. Low, Marston, Searle, and Rivington, 1879). В 1891 году он также опубликовал « Трактат об электричестве и магнетизме] ). Том 1. Том 2. (S. Low, Marston, Searle & Rivington, limited).
  143. ^ Томпсон, Сильванус П., Динамо-электрические машины . стр. 17
  144. ^ Томпсон, Сильванус П., Динамо-электрические машины . стр. 16
  145. ^ См . электрическое освещение .
  146. ^ Ричард Моран, «Ток палача: Томас Эдисон, Джордж Вестингауз и изобретение электрического стула» , Knopf Doubleday Publishing Group – 2007, стр. 222
  147. ^ Америка на ярмарке: Всемирная Колумбийская выставка 1893 года в Чикаго (электронная книга Google) Хаим М. Розенберг Arcadia Publishing, 20 февраля 2008 г.
  148. ^ Дэвид Дж. Бертука; Дональд К. Хартман и Сьюзен М. Ноймейстер (1996). Всемирная Колумбийская выставка: библиографический путеводитель к столетию. Bloomsbury Academic. стр. xxi. ISBN 978-0-313-26644-7. Получено 10 сентября 2012 г.
  149. ^ Джованни Доси, Дэвид Дж. Тис, Джозеф Читри, Понимание промышленных и корпоративных изменений, Oxford University Press , 2004, стр. 336. Google Books .
  150. ^ См . Электрическая передача энергии .
  151. ^ «Джеймс Блит – первый современный пионер ветроэнергетики в Британии», Тревор Прайс, 2003, Wind Engineering, т. 29, № 3, стр. 191-200
  152. ^ [Анон, 1890, «Ветряная мельница-динамо мистера Браша», Scientific American, т. 63, № 25, 20 декабря, стр. 54]
  153. ^ Пионер ветроэнергетики: Чарльз Ф. Браш. Архивировано 08.09.2008 в Wayback Machine , Датская ассоциация ветроэнергетики. Получено 02.05.2007.
  154. ^ История ветроэнергетики в Катлер Дж. Кливленд, (ред.) Энциклопедия энергетики, т. 6 , Elsevier, ISBN 978-1-60119-433-6 , 2007, стр. 421-422 
  155. ^ См. электрические единицы , электрические термины .
  156. ^ ab Miller 1981, Гл. 1
  157. ^ ab Pais 1982, гл. 6b
  158. ^ abc Янссен, 2007
  159. ^ Лоренц, Хендрик Антун (1921), «Deux Mémoires de Henri Poincaré sur la Physique Mathématique»  [Две статьи Анри Пуанкаре по математической физике], Acta Mathematica , 38 (1): 293–308, doi : 10.1007/BF02392073
  160. ^ Лоренц, HA; Лоренц, HA (1928), «Конференция по эксперименту Майкельсона-Морли», The Astrophysical Journal , 68 : 345–351, Bibcode : 1928ApJ....68..341M, doi : 10.1086/143148
  161. ^ Галисон 2002
  162. ^ Дарригол 2005
  163. ^ Кацир 2005
  164. ^ Миллер 1981, гл. 1.7 и 1.14
  165. Pais 1982, гл. 6 и 8
  166. ^ О восприятии теории относительности во всем мире и различных спорах, с которыми она столкнулась, см. статьи в книге Томаса Ф. Глика, ред., The Comparative Reception of Relativity (Kluwer Academic Publishers, 1987), ISBN 90-277-2498-9 . 
  167. ^ Паис, Авраам (1982), Тонкий есть Господь. Наука и жизнь Альберта Эйнштейна , Oxford University Press, стр. 382–386, ISBN 0-19-520438-7
  168. ^ PAM Dirac (1927). «Квантовая теория испускания и поглощения излучения». Труды Лондонского королевского общества A. 114 ( 767): 243–265. Bibcode :1927RSPSA.114..243D. doi : 10.1098/rspa.1927.0039 .
  169. ^ Э. Ферми (1932). «Квантовая теория излучения». Reviews of Modern Physics . 4 (1): 87–132. Bibcode :1932RvMP....4...87F. doi :10.1103/RevModPhys.4.87.
  170. ^ F. Bloch ; A. Nordsieck (1937). «Заметка о поле излучения электрона». Physical Review . 52 (2): 54–59. Bibcode :1937PhRv...52...54B. doi :10.1103/PhysRev.52.54.
  171. ^ VF Weisskopf (1939). «О собственной энергии и электромагнитном поле электрона». Physical Review . 56 (1): 72–85. Bibcode : 1939PhRv...56...72W. doi : 10.1103/PhysRev.56.72.
  172. ^ Р. Оппенгеймер (1930). «Заметка о теории взаимодействия поля и материи». Physical Review . 35 (5): 461–477. Bibcode : 1930PhRv...35..461O. doi : 10.1103/PhysRev.35.461.
  173. ^ О. Хан и Ф. Штрассманн . Über den Nachweis und das Verhalten der bei der Bestrahlung des Urans mittels Neutronen entstehenden Erdalkalimetalle («Об обнаружении и характеристиках щелочноземельных металлов, образующихся при облучении урана нейтронами»), Naturwissenschaften Volume 27, Number 1, 11–15 (1939). ). Авторы были идентифицированы как сотрудники Института химии кайзера Вильгельма в Берлине-Далеме. Поступило 22 декабря 1938 г.
  174. ^ Лиза Мейтнер и О. Р. Фриш . «Распад урана нейтронами: новый тип ядерной реакции», Nature , том 143, номер 3615, 239–240 (11 февраля 1939 г.). Статья датирована 16 января 1939 г. Мейтнер указана как находящаяся в Физическом институте Академии наук в Стокгольме. Фриш указан как находящаяся в Институте теоретической физики Копенгагенского университета.
  175. ^ O. R. Frisch . "Physical Evidence for the Division of Heavy Nuclei under Neutron Bombardment", Nature , Volume 143, Number 3616, 276–276 (18 February 1939) Архивировано 2009-01-23 в Wayback Machine . Статья датирована 17 января 1939 года. [Эксперимент для этого письма редактору был проведен 13 января 1939 года; см. Richard Rhodes The Making of the Atomic Bomb . 263 и 268 (Simon and Schuster, 1986).]
  176. ^ Рут Левин Сайм . От исключительной известности к выдающемуся исключению: Лиза Мейтнер из Института химии кайзера Вильгельма Ergebnisse 24 Forschungsprogramm Geschichte der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft im Nationalsozialismus (2005).
  177. ^ Рут Левин Сайм. Лиз Мейтнер: Жизнь в физике (Калифорнийский университет, 1997).
  178. Элизабет Кроуфорд, Рут Левин Сайм и Марк Уокер. «Нобелевская история о послевоенной несправедливости», Physics Today , том 50, выпуск 9, 26–32 (1997).
  179. ^ WE Lamb ; RC Retherford (1947). «Тонкая структура атома водорода с помощью микроволнового метода». Physical Review . 72 (3): 241–243. Bibcode :1947PhRv...72..241L. doi : 10.1103/PhysRev.72.241 .
  180. ^ P. Kusch ; HM Foley (1948). "О собственном моменте электрона". Physical Review . 73 (4): 412. Bibcode :1948PhRv...73..412F. doi :10.1103/PhysRev.73.412.
  181. ^ Браттейн цитируется в книге Майкла Риордана и Лилиан Ходдесон; Crystal Fire: The Invention of the Transistor and the Birth of the Information Age . Нью-Йорк: Norton (1997) ISBN 0-393-31851-6 pbk. стр. 127 
  182. ^ Швебер, Сильван (1994). "Глава 5". QED и люди, которые это сделали: Дайсон, Фейнман, Швингер и Томонага . Princeton University Press. стр. 230. ISBN 978-0-691-03327-3.
  183. ^ H. Bethe (1947). «Электромагнитный сдвиг уровней энергии». Physical Review . 72 (4): 339–341. Bibcode : 1947PhRv...72..339B. doi : 10.1103/PhysRev.72.339. S2CID  120434909.
  184. ^ S. Tomonaga (1946). «О релятивистски инвариантной формулировке квантовой теории волновых полей». Progress of Theoretical Physics . 1 (2): 27–42. Bibcode :1946PThPh...1...27T. doi : 10.1143/PTP.1.27 .
  185. ^ Дж. Швингер (1948). «О квантовой электродинамике и магнитном моменте электрона». Physical Review . 73 (4): 416–417. Bibcode :1948PhRv...73..416S. doi : 10.1103/PhysRev.73.416 .
  186. ^ Дж. Швингер (1948). «Квантовая электродинамика. I. Ковариантная формулировка». Physical Review . 74 (10): 1439–1461. Bibcode :1948PhRv...74.1439S. doi :10.1103/PhysRev.74.1439.
  187. ^ RP Feynman (1949). «Пространственно-временной подход к квантовой электродинамике». Physical Review . 76 (6): 769–789. Bibcode :1949PhRv...76..769F. doi : 10.1103/PhysRev.76.769 .
  188. ^ RP Feynman (1949). "Теория позитронов". Physical Review . 76 (6): 749–759. Bibcode :1949PhRv...76..749F. doi :10.1103/PhysRev.76.749. S2CID  120117564. Архивировано из оригинала 2022-08-09 . Получено 2021-12-09 .
  189. ^ RP Feynman (1950). "Математическая формулировка квантовой теории электромагнитного взаимодействия" (PDF) . Physical Review . 80 (3): 440–457. Bibcode : 1950PhRv...80..440F. doi : 10.1103/PhysRev.80.440.
  190. ^ ab F. Dyson (1949). "Теории излучения Томонаги, Швингера и Фейнмана". Physical Review . 75 (3): 486–502. Bibcode :1949PhRv...75..486D. doi : 10.1103/PhysRev.75.486 .
  191. ^ Ф. Дайсон (1949). «S-матрица в квантовой электродинамике». Physical Review . 75 (11): 1736–1755. Bibcode : 1949PhRv...75.1736D. doi : 10.1103/PhysRev.75.1736.
  192. ^ "Нобелевская премия по физике 1965 года". Нобелевский фонд . Получено 2008-10-09 .
  193. ^ Фейнман, Ричард (1985). QED: Странная теория света и материи . Princeton University Press. стр. 128. ISBN 978-0-691-12575-6.
  194. Патент Курта Леховца на изолирующий pn-переход: патент США 3,029,366, выдан 10 апреля 1962 г., подан 22 апреля 1959 г. Роберт Нойс упоминает Леховца в своей статье – «Микроэлектроника», Scientific American , сентябрь 1977 г., том 23, номер 3, стр. 63–9.
  195. Чип, который построил Джек, (ок. 2008 г.), (HTML), Texas Instruments, дата обращения 29 мая 2008 г.
  196. ^ Уинстон, Брайан. Медиатехнологии и общество: история: от телеграфа до Интернета, (1998), Routeledge, Лондон, ISBN 0-415-14230-X ISBN 978-0-415-14230-4 , стр. 221   
  197. ^ Nobel Web AB, (10 октября 2000 г.), Нобелевская премия по физике 2000 г., получено 29 мая 2008 г.
  198. ^ Картлидж, Эдвин. «Тайный мир любительского термоядерного синтеза». Physics World , март 2007: IOP Publishing Ltd, стр. 10-11. ISSN  0953-8585.
  199. ^ Р. Нейв. «Паритет». HyperPhysics/Университет штата Джорджия.
  200. ^ "Обращение закона сохранения четности в ядерной физике" (PDF) . NIST.
  201. ^ «Четность не сохраняется!». Калтех/Лекции Фейнмана. 1963.
  202. ^ SL Glashow (1961). "Частичные симметрии слабых взаимодействий". Nuclear Physics . 22 (4): 579–588. Bibcode :1961NucPh..22..579G. doi :10.1016/0029-5582(61)90469-2.
  203. ^ S. Weinberg (1967). "Модель лептонов". Physical Review Letters . 19 (21): 1264–1266. Bibcode :1967PhRvL..19.1264W. doi : 10.1103/PhysRevLett.19.1264 .
  204. ^ А. Салам (1968). Н. Свартхольм (ред.). Физика элементарных частиц: релятивистские группы и аналитичность . Восьмой Нобелевский симпозиум. Стокгольм: Almquvist and Wiksell. стр. 367.
  205. ^ Ф. Энглерт; Р. Браут (1964). «Нарушенная симметрия и масса калибровочных векторных мезонов». Physical Review Letters . 13 (9): 321–323. Bibcode : 1964PhRvL..13..321E. doi : 10.1103/PhysRevLett.13.321 .
  206. ^ PW Higgs (1964). «Нарушенные симметрии и массы калибровочных бозонов». Physical Review Letters . 13 (16): 508–509. Bibcode : 1964PhRvL..13..508H. doi : 10.1103/PhysRevLett.13.508 .
  207. ^ GS Guralnik; CR Hagen; TWB Kibble (1964). «Глобальные законы сохранения и безмассовые частицы». Physical Review Letters . 13 (20): 585–587. Bibcode : 1964PhRvL..13..585G. doi : 10.1103/PhysRevLett.13.585 .
  208. ^ FJ Hasert; et al. (1973). "Поиск упругого рассеяния электронов мюон-нейтрино". Physics Letters B. 46 ( 1): 121. Bibcode :1973PhLB...46..121H. doi :10.1016/0370-2693(73)90494-2.
  209. ^ FJ Hasert; et al. (1973). "Наблюдение нейтрино-подобных взаимодействий без мюона или электрона в эксперименте с гаргамельными нейтрино". Physics Letters B. 46 ( 1): 138. Bibcode :1973PhLB...46..138H. doi :10.1016/0370-2693(73)90499-1.
  210. ^ FJ Hasert; et al. (1974). "Наблюдение нейтрино-подобных взаимодействий без мюона или электрона в эксперименте с нейтрино Гаргамеля". Nuclear Physics B . 73 (1): 1. Bibcode :1974NuPhB..73....1H. doi :10.1016/0550-3213(74)90038-8.
  211. ^ Д. Хайдт (4 октября 2004 г.). «Открытие слабых нейтральных токов». CERN Courier . Получено 2008-05-08 .
  212. ^ Хасерт, Ф. Дж. и др. (1973). "Поиск упругого рассеяния электронов мюон-нейтрино". Phys. Lett . 46B (1): 121. Bibcode :1973PhLB...46..121H. doi :10.1016/0370-2693(73)90494-2.
  213. ^ Хасерт, Ф.Дж. и др. (1973). «Наблюдение нейтрино-подобных взаимодействий без мюона или электрона в эксперименте с нейтрино Гаргамель». Phys. Lett . 46B (1): 138. Bibcode :1973PhLB...46..138H. doi :10.1016/0370-2693(73)90499-1.
  214. ^ Хасерт, Ф. Дж. и др. (1974). «Наблюдение нейтрино-подобных взаимодействий без мюона или электрона в эксперименте с нейтрино Гаргамеля». Nucl. Phys . B73 (1): 1. Bibcode :1974NuPhB..73....1H. doi :10.1016/0550-3213(74)90038-8.
  215. ^ Открытие слабых нейтральных токов, CERN courier, 2004-10-04 , получено 2008-05-08
  216. Нобелевская премия по физике 1979 года, Нобелевский фонд , получено 10 сентября 2008 г.
  217. ^ Метод медицинской визуализации, используемый в радиологии для визуализации подробных внутренних структур. Хороший контраст, который он обеспечивает между различными мягкими тканями тела, делает его особенно полезным при исследовании мозга, мышц, сердца и рака по сравнению с другими методами медицинской визуализации, такими как компьютерная томография (КТ) или рентген.
  218. ^ Беспроводная энергия — это передача электрической энергии от источника питания к электрической нагрузке без соединительных проводов. Беспроводная передача полезна в случаях, когда соединительные провода неудобны, опасны или невозможны.
  219. ^ «Беспроводное электричество может питать бытовую и промышленную электронику». MIT News . 2006-11-14.
  220. ^ "Прощайте, провода…". MIT News . 2007-06-07.
  221. ^ "Wireless Power Demonstrated". Архивировано из оригинала 2008-12-31 . Получено 2008-12-09 .
  222. ^ Гипотетическая частица в физике элементарных частиц , которая является магнитом с одним магнитным полюсом. В более технических терминах магнитный монополь имел бы чистый «магнитный заряд». Современный интерес к этой концепции проистекает из теорий частиц , в частности, теории великого объединения и теории суперструн , которые предсказывают их существование. См. резюме Particle Data Group по поиску магнитного монополя; Wen, Xiao-Gang; Witten, Edward, Electric and magnetic charges in superstring models , Nuclear Physics B, Volume 261, p. 651-677; и Coleman, The Magnetic Monopole 50 years Later , перепечатано в Aspects of Symmetry для получения дополнительной информации
  223. ^ Поль Дирак , «Квантованные сингулярности в электромагнитном поле». Proc. Roy. Soc. (Лондон) A 133 , 60 (1931). Бесплатная веб-ссылка.
  224. ^ Спаривание волн d. musr.ca.
  225. ^ Мотивация альтернативного механизма спаривания. musr.ca.
  226. ^ A. Mourachkine (2004). Сверхпроводимость при комнатной температуре (PDF) . Кембридж, Великобритания: Cambridge International Science Publishing. arXiv : cond-mat/0606187 . Bibcode : 2006cond.mat..6187M. ISBN 1-904602-27-4.
Атрибуция
  • Общественное достояниеВ этой статье использован текст из этого источника, который находится в общественном достоянии : « Электричество, его история и прогресс » Уильяма Мейвера-младшего — статья, опубликованная в The Encyclopedia Americana; библиотека универсальных знаний , т. X, стр. 172 и далее. (1918). Нью-Йорк: Encyclopedia Americana Corp.

Библиография

  • Бэйквелл, ФК (1853). Электрическая наука; ее история, явления и приложения. Лондон: Ингрэм, Кук.
  • Бенджамин, П. (1898). История электричества (Интеллектуальный рост электричества) от античности до времен Бенджамина Франклина. Нью-Йорк: J. Wiley & Sons.
  • Дарригол, Оливье (2005), «Происхождение теории относительности» (PDF) , Séminaire Poincaré , 1 : 1–22, Бибкод : 2006eins.book....1D, doi : 10.1007/3-7643-7436- 5_1, ISBN 978-3-7643-7435-8, получено 2009-06-21
  • Durgin, WA (1912). Электричество, его история и развитие. Чикаго: AC McClurg.
  • Эйнштейн, Альберт: «Эфир и теория относительности» (1920), переиздано в Sidelights on Relativity (Довер, Нью-Йорк, 1922).
  • Эйнштейн, Альберт, Исследование состояния эфира в магнитных полях , 1895. ( Формат PDF )
  • Эйнштейн, Альберт (1905a), «Об эвристической точке зрения относительно производства и преобразования света», Annalen der Physik , 17 (6): 132–148, Bibcode : 1905AnP...322..132E, doi : 10.1002/andp.19053220607. Эта статья annus mirabilis о фотоэлектрическом эффекте была получена Annalen der Physik 18 марта.
  • Эйнштейн, Альберт (1905b), «О движении — требуемом молекулярно-кинетической теорией тепла — малых частиц, взвешенных в неподвижной жидкости» (PDF) , Annalen der Physik , 17 (8): 549–560, Bibcode :1905AnP...322..549E, doi : 10.1002/andp.19053220806. Эта статья annus mirabilis о броуновском движении была получена 11 мая.
  • Эйнштейн, Альберт (1905c), «К электродинамике движущихся тел», Annalen der Physik , 17 (10): 891–921, Бибкод : 1905AnP...322..891E, doi : 10.1002/andp.19053221004. Эта статья annus mirabilis по специальной теории относительности была получена 30 июня.
  • Эйнштейн, Альберт (1905d), «Зависит ли инерция тела от его энергетической ценности?», Annalen der Physik , 18 (13): 639–641, Bibcode : 1905AnP...323..639E, doi : 10.1002/andp.19053231314. Эта статья annus mirabilis об эквивалентности массы и энергии была получена 27 сентября.
  • Лармор, Джозеф (1911), «Эфир»  , в Чисхолм, Хью (ред.), Encyclopaedia Britannica , т. 1 (11-е изд.), Cambridge University Press, стр. 292–297
  • Encyclopedia Americana; библиотека универсальных знаний; « Электричество, его история и прогресс ». (1918). Нью-Йорк: Encyclopedia Americana Corp. Страница 171
  • Галисон, Питер (2003), Часы Эйнштейна, Карты Пуанкаре: Империи времени , Нью-Йорк: WW Norton, ISBN 0-393-32604-7
  • Гибсон, CR (1907). Электричество сегодня, его работа и тайны, описанные нетехническим языком. Лондон: Seeley and co., limited
  • Хевисайд, О. (1894). Электромагнитная теория. Лондон: "The Electrician" Print. and Pub.
  • Ирландские комиссары по природ. образованию (1861). Электричество, гальванизм, магнетизм, электромагнетизм, тепло и паровая машина. Оксфордский университет.
  • Janssen, Michel; Mecklenburg, Matthew (2007). "От классической к релятивистской механике: Электромагнитные модели электрона" (PDF) . В VF Hendricks; et al. (ред.). Взаимодействия: Математика, Физика и Философия, 1860–1930 . Dordrecht: Springer. стр. 65–134. Архивировано из оригинала (PDF) 2017-07-13 . Получено 2018-04-21 .
  • Джинс, Дж. Х. (1908). Математическая теория электричества и магнетизма. Кембридж: University Press.
  • Кацир, Шауль (2005), «Релятивистская физика Пуанкаре: ее истоки и природа», Phys. Perspect. , 7 (3): 268–292, Bibcode : 2005PhP.....7..268K, doi : 10.1007/s00016-004-0234-y, S2CID  14751280
  • Лорд Кельвин (сэр Уильям Томсон), « О вихревых атомах ». Труды Королевского общества Эдинбурга, т. VI, 1867, стр. 197–206. (ред., перепечатано в Phil. Mag. т. XXXIV, 1867, стр. 15–24.)
  • Кольбе, Бруно; Фрэнсис и Легге, Джозеф Скеллон, пер., «Введение в электричество». Кеган Пол, Trench, Trübner, 1908.
  • Лодж, Оливер , « Эфир », Энциклопедия Британника , тринадцатое издание (1926).
  • Лодж, Оливер, «Эфир пространства». ISBN 1-4021-8302-X (мягкая обложка) ISBN 1-4021-1766-3 (твердый переплет)  
  • Лодж, Оливер, «Эфир и реальность». ISBN 0-7661-7865-X 
  • Lyons, TA (1901). Трактат об электромагнитных явлениях, о компасе и его отклонениях на борту корабля. Математическое, теоретическое и практическое. Нью-Йорк: J. Wiley & Sons.
  • Максвелл, Джеймс Клерк (1878), «Эфир»  , в Baynes, TS (ред.), Encyclopaedia Britannica , т. 8 (9-е изд.), Нью-Йорк: Charles Scribner's Sons, стр. 568–572
  • Максвелл, Дж. К. и Томпсон, Дж. Дж. (1892). Трактат об электричестве и магнетизме. Серия Clarendon Press. Оксфорд: Clarendon.
  • Миллер, Артур И. (1981), Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна. Возникновение (1905) и ранняя интерпретация (1905–1911) , Чтение: Addison–Wesley, ISBN 0-201-04679-2
  • Паис, Авраам (1982), Тонкий Господь: Наука и жизнь Альберта Эйнштейна , Нью-Йорк: Oxford University Press, ISBN 0-19-520438-7
  • Пристли, Дж. и Майнд, Дж. (1775). История и современное состояние электричества с оригинальными экспериментами. Лондон: Напечатано для К. Батерста и Т. Лаундеса; Дж. Ривингтона и Дж. Джонсона; С. Краудера [и 4 других в Лондоне].
  • Шаффнер, Кеннет Ф.: Теории эфира девятнадцатого века, Оксфорд: Pergamon Press , 1972. (содержит несколько переизданий оригинальных статей известных физиков)
  • Slingo, M., Brooker, A., Urbanitzky, A., Perry, J., & Dibner, B. (1895). The cyclopaedia of electrical engineering: содержащая историю открытия и применения электричества с его практикой и достижениями с древнейшего периода до настоящего времени: в целом являющаяся практическим руководством для ремесленников, инженеров и студентов, интересующихся практикой и развитием электричества, электрического освещения, двигателей, термобатарей, телеграфа, телефона, магнитов и всех других отраслей применения электричества. Филадельфия: The Gebbie Pub. Co., Limited.
  • Steinmetz, CP, "Переходные электрические явления". Страница 38. (ред., содержится в: General Electric Company. Обзор General Electric. Скенектади: General Electric Co..)
  • Новая система двигателей и трансформаторов переменного тока , Никола Тесла , 1888 г.
  • Томпсон, С. П. (1891). Электромагнит и электромагнитный механизм. Лондон: E. & FN Spon.
  • Уиттекер, ET , « История теорий эфира и электричества от эпохи Декарта до конца XIX века ». Серия Dublin University Press. Лондон: Longmans, Green and Co.;
  • Урбаницкий, А. ф. и Вормелл, Р. (1886). Электричество на службе у человека: популярный и практический трактат о применении электричества в современной жизни. Лондон: Cassell &.
  • Electrickery, дискуссия на BBC Radio 4 с Саймоном Шаффером, Патрисией Фара и Иваном Морусом ( В наше время , 4 ноября 2004 г.)
  • Магнетизм, обсуждение на BBC Radio 4 со Стивеном Памфри, Джоном Хейлброном и Лизой Джардин ( In Our Time , 29 сентября 2005 г.)
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=History_of_electromagnetic_theory&oldid=1251300780"