Тепловые и световые действия тока
Тепловые и световые действия тока первоначально были обнаружены при Накаливании металлического проводника током й в в«де искр различных длин и яркостей. Наиболее эффективным проявлением тепловых и световых дей-218 ствий тока была электрическая дуга. В труде В. В. Петрова «Известие о гальвани-вольтовских опытах», изданном з 1803 г., мы впервые находим прямое указание на возможность применения электрической дуги для целей освещения, плавки металлов и восстановления металлов из их окислов. До этого никто так ясно и четко не указывал и не доказывал возможность практического применения электричества.
Существенное значение для вьнявления взаимосвязей между различными явлениями природы и, в частности, для открытия закона сохранения и превращения энергии имело открытие термоэлектричества (1821 г., Т. Зеебек). Это явление заключалось ъ том, что при подогревании или охлаждении одного из спаев двух разнородных металлических пластинок возникает электрический ток в контуре, образованном этими пластинками. Вскоре было установлено (А. С. Беккерелем), что термоэлектрический ток может возникнуть не только при употреблении разнородных металлов, но и при различии в структуре и плотности проводника по обе стороны от нагреваемого места.
В течение длительного времени термоэлементы) вследствие их крайней неэкономичности и малой удельной производительности получали применение лишь для измерения температур (термопары). Только в последние годы благодаря успехам в области науки о полупроводниках созданы предпосылки" для разработки более экономичных термоэлементов.
В 1834 г. (Ж. Ш. Лельтье) была установлена обратимость термоэлектрических процессов, что при прохождении электрического тока через спай двух различных металлов имеет место выделение или поглощение тепла в зависимости от направления тока. Успехи в области техники электрических измерений позволили в начале 40-х годов XIX в. найти количественные характеристики теплового действия тока. Эта задача была решена в 1841 — '842 гг. в законе теплового действия тока, открытого независимо друг от друга Дж. П. Джоулем и Э. X. Ленцем. Закон Джоуля — Ленца явился частным случаем закона сохранения и превращения энергии в электрической цепи. Особенно важное значение для развития электротехники имело открытие магнитных действий тока. Первые наблюдения отклонения свободно подвешенной Магнитной стрелки,.находящейся вблизи лроводиика с током, относятся к 1802 г. (итальянский физик Д. Д, Романь-ози), однако в то время это явление не получило должной оценки. Расширение и углубление исследований электрического тока позволили по-новому оценить опубликованную в 1820 г. брошюру датского физика Г. X. Эрсте-. да, в которой описывались наблюдавшиеся им отклонения магнитной стрелки под действием электрического тока. Интерес, проявленный к открытию магнитных действий' тока со стороны ученых разных стран, способствовал более глубокому изучению этих явлений и установлению ряда ?важных закономерностей. Уже в том же 1820 г. были обнаружены (Д. Ф. Араго) явление намагничивания проводника протекающим по нему током, а также усиление эффекта намагничивания при замене прямолинейного проводника проволочной спиралью — соленоидом.
Новым важным шагом от качественных наблюдений магнитных действий электрического тока к определению количественных зависимостей и закономерностей явилось установление в 1820 г. французскими учеными Ж- Б. Био и Ф. Саваром закона действия тока на магнит. Этот закон вскрывал новый, ранее неизвестный в науке характер взаимодействий между двумя материальными телами, определяя «равнодействующую всех сил, исходящих из провода», как вектор, направленный перпендикулярно плоскости, в которой находится проводник с током. Установленная закономерность позволила объяснить вращательный характер движения проводника относительно магнита или магнита относительно проводника.
Крупным научным событием рассматриваемого периода явились разработка основ электродинамики и установление электрической природы магнетизма А. Ампером. Основываясь на том, что катушка или кольцевой проводник с током, аналогичны магниту, Ампер пришел к выводу об идентичности взаимодействия кольцевых проводников и взаимодействия магнитов. Эксперименты подтвердили выводы Ампера. От кольцевых токов Ампер перешел к линейным токам и показал, что в зависимости от направления токов, протекающих в двух, проводниках, эти проводники будут или,прИтягиваться друг к другу, или отталкиваться. Обнаруженные явления были названы Ампером «электродинамическими» в отличие от электростатических явлений.
Обобщая результаты своих экспериментальных работ, Ампер вывел математическое выражение, характеризующее силу взаимодействия двух токов (уравнение Ампера), подобно тому как это сделал Кулон в отношении взаимодействия электрических зарядов. Электродинамическая теория Ампера изложена им в сочинении «Теория электродинамических явлений, выведеная исключительно из ольи-та,» изданном в Париже в 1826—1827 гг.
На основании результатов своих исследований, а также трудов предшественников Ампер пришел к принципу ально новому выводу о причине явлений магнетизма. Он отрицал существование особых магнитных жидкостей и утверждал, что магнитное поле имеет электрическое происхождение. Основываясь на тождестве действий круговых токов и магнитов, Ампер утверждал, что магнетизм какой-либо частицы обусловлен наличием круговых токов в этой частице, а свойства магнита в целом обусловлены электрическими токами, расположенными в плоскостях, перпендикулярных его оси. Разработанная Ампером гипотеза молекулярные круговых токов явилась новым прогрессивным шагом на пути к материалистической трактовке природы магнитных явлений.