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WICHTIGSTEN WISSENSCHAFTLICHEN ENTDECKUNGEN
Elektrodynamik. Geschichte und Wesen der wissenschaftlichen Entdeckung
Verzeichnis / Die wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen Gleich nach Oersteds Entdeckungen Es schien den Physikern ganz natürlich, es damit zu erklären, dass, wenn ein elektrischer Strom durch einen Leiter fließt, dieser zu einem Magneten wird. Diese Erklärung wurde von Arago akzeptiert, sie wurde auch von Biot akzeptiert. Letzterer machte 1820 folgende Annahme. Wenn ein geradliniger Strom auf ein magnetisches Molekül wirkt, ist die Natur dieser Wirkung die gleiche wie bei einer magnetisierten Nadel, die in einer bestimmten Richtung, die in Bezug auf die Richtung des voltaischen Stroms konstant ist, auf den Umfang eines Leiters gelegt wird. Biot und andere Physiker, die seine Meinung teilten, erklärten die elektrodynamische Wirkung durch die Wechselwirkung von Elementarmagneten, die unter Stromeinwirkung in jedem Leiter entstehen: Jeder Leiter, durch den der Strom fließt, verwandelt sich in eine magnetische Röhre. Er bot eine ganz andere Erklärung an. Ampere... Aber zuerst ein paar Worte zu seiner Biographie. André-Marie Ampère (1775-1836) wurde auf dem kleinen Gut Polemier geboren, das sein Vater in der Nähe von Lyon gekauft hatte. Andres außergewöhnliche Fähigkeiten zeigten sich schon in jungen Jahren. Er ging nie zur Schule, lernte aber sehr schnell Lesen und Rechnen. Der Junge las der Reihe nach alles, was er in der Bibliothek seines Vaters fand. Bereits mit 14 Jahren las er alle XNUMX Bände der französischen Enzyklopädie. Andre zeigte besonderes Interesse an den physikalischen und mathematischen Wissenschaften. Aber gerade in diesem Bereich reichte die Bibliothek seines Vaters eindeutig nicht aus, und Andre begann, die Bibliothek des Lyon College zu besuchen, um die Werke großer Mathematiker zu lesen. Im Alter von 13 Jahren präsentierte Ampère seine erste mathematische Arbeit an der Lyoner Akademie. 1789 begann die große französische bürgerliche Revolution. Amperes Vater wurde hingerichtet, er blieb ohne Geld zurück. Andre musste über seinen Lebensunterhalt nachdenken und beschloss, nach Lyon zu ziehen und Privatunterricht in Mathematik zu geben, bis er einen Vollzeitlehrer an einer Bildungseinrichtung bekommen konnte. Die Lebenshaltungskosten sind stetig gestiegen. Trotz aller Bemühungen und Ersparnisse reichten die durch Privatunterricht erwirtschafteten Mittel nicht aus. Schließlich wurde Ampère 1802 eingeladen, Physik und Chemie an der Zentralschule der alten Provinzstadt Burkan Bres, 60 Kilometer von Lyon entfernt, zu lehren. Von diesem Moment an begann seine regelmäßige Lehrtätigkeit, die sein ganzes Leben lang andauerte. Am 4. April 1803 wurde Ampère zum Mathematiklehrer am Lyzeum von Lyon ernannt. Ende 1804 verließ Ampère Lyon und zog nach Paris, wo er einen Lehrauftrag an der berühmten Polytechnischen Schule erhielt. 1807 wurde Ampère zum Professor an der Polytechnischen Schule ernannt. 1808 erhielt der Wissenschaftler den Posten des Hauptinspektors der Universitäten. Zwischen 1809 und 1814 veröffentlichte Ampère mehrere wertvolle Arbeiten zur Reihentheorie. Die Blütezeit von Ampères wissenschaftlicher Tätigkeit fällt in die Jahre 1814–1824 und ist hauptsächlich mit der Akademie der Wissenschaften verbunden, in die er am 28. November 1814 für seine Verdienste auf dem Gebiet der Mathematik gewählt wurde. Fast bis 1820 konzentrierten sich die Hauptinteressen des Wissenschaftlers auf Probleme der Mathematik, Mechanik und Chemie. Seine Leistungen auf dem Gebiet der Chemie sollten die Entdeckung ungeachtet dessen umfassen Avogadro, das Gesetz der Gleichheit der Molvolumina verschiedener Gase. Es sollte zu Recht das Avogadro-Ampère-Gesetz genannt werden. Der Wissenschaftler unternahm auch den ersten Versuch, chemische Elemente anhand eines Vergleichs ihrer Eigenschaften zu klassifizieren. Was die Mathematik angeht, so erzielte er auf diesem Gebiet Ergebnisse, die ihn als Kandidat für die Akademie in der mathematischen Abteilung aufstellten. Ampere betrachtete die Mathematik immer als ein mächtiges Werkzeug zur Lösung verschiedener angewandter Probleme der Physik und Technologie. Zu dieser Zeit beschäftigte er sich kaum mit physikalischen Fragen: Nur zwei Arbeiten aus dieser Zeit sind bekannt, die sich der Optik und der molekularkinetischen Gastheorie widmen. Im Jahr 1820 gründete der dänische Physiker G.-H. Oersted entdeckte, dass eine Magnetnadel in der Nähe eines stromdurchflossenen Leiters abweicht. So wurde eine bemerkenswerte Eigenschaft des elektrischen Stroms entdeckt – ein Magnetfeld zu erzeugen. Ampère untersuchte dieses Phänomen eingehend. Als Ergebnis einer ganzen Reihe von Experimenten entstand bei ihm eine neue Sicht auf die Natur magnetischer Phänomene. Bereits am Ende der ersten Woche harter Arbeit machte er eine Entdeckung, die nicht weniger wichtig war als Oersted – er entdeckte das Zusammenspiel von Strömungen. Am 18. September 1820 informierte er die Pariser Akademie der Wissenschaften über seine Entdeckung der Ponderomotorischen Wechselwirkung von Strömen, die er elektrodynamisch nannte. Genauer gesagt nannte Ampère diese Vorgänge in seinem ersten Bericht „voltaische Anziehung und Abstoßung“, begann dann aber, sie „Anziehung und Abstoßung elektrischer Ströme“ zu nennen. 1822 prägte er den Begriff „Elektrodynamik“. Dann demonstrierte er seine ersten Experimente und schloss sie mit den Worten: "In dieser Hinsicht habe ich alle magnetischen Phänomene auf rein elektrische Effekte zurückgeführt." Bei einem Treffen am 25. September entwickelte er diese Ideen weiter und demonstrierte Experimente, bei denen stromumflossene Spiralen (Solenoide) wie Magnete miteinander wechselwirkten. Amperes Erklärung ist sein herausragender Beitrag zur Wissenschaft: Nicht ein Leiter, durch den ein Strom fließt, wird zu einem Magneten, sondern im Gegenteil, ein Magnet ist eine Ansammlung von Strömen. In der Tat, sagt Ampere, wenn wir annehmen, dass es im Magneten eine Reihe von kreisförmigen Strömen gibt, die in den Ebenen genau senkrecht zu seiner Achse in derselben Richtung fließen, dann wird der parallel zur Achse des Magneten fließende Strom gerichtet sein einen Winkel zu diesen kreisförmigen Strömen, Strömen, die eine elektrodynamische Wechselwirkung verursachen, die dazu neigt, alle Ströme parallel und in die gleiche Richtung zu richten. Ist der gerade Leiter fest und der Magnet beweglich, so wird der Magnet ausgelenkt; Wenn der Magnet fest und der Leiter beweglich ist, bewegt sich der Leiter. Wie Mario Gliozzi in seinem Buch schreibt: „Er (Amp. - Approx. Aut.) dachte, wenn man unter einem Magneten ein System kreisförmiger paralleler Ströme versteht, die in eine Richtung gerichtet sind, dann muss eine Spirale aus Metalldraht durch die der Strom fließen muss sich wie ein Magnet verhalten, das heißt, es muss unter dem Einfluss des Erdmagnetfelds eine bestimmte Position einnehmen und zwei Pole haben. Das Experiment bestätigte die Annahmen über das Verhalten einer solchen Spirale unter der Wirkung eines Magneten, aber die Ergebnisse der Versuche zum Verhalten der Spirale unter dem Einfluss des Erdmagnetfeldes nicht ganz klar waren, entschied sich Ampère, zur Klärung dieser Frage eine einzelne Windung eines stromdurchflossenen Leiters zu nehmen, die sich genau wie eine verhält Magnetfolie. So wurde ein unverständliches Phänomen entdeckt: Eine einzelne Spule verhält sich wie eine magnetische Platte, und eine Spirale, die Ampère als genau gleichbedeutend mit einem System magnetischer Platten ansah, verhielt sich nicht ganz wie ein Magnet. Als Ampère versuchte herauszufinden, was los war, stellte er überrascht fest, dass sich ein spiralförmiger Leiter bei elektrodynamischen Phänomenen genau wie ein gerader Leiter mit den gleichen Enden verhält. Daraus schloss Ampère, dass im Hinblick auf elektrodynamische und elektromagnetische Wirkungen Stromelemente nach der Parallelogrammregel addiert und erweitert werden können. Daher kann das Stromelement in zwei Komponenten zerlegt werden, von denen eine parallel zur Achse und die andere senkrecht zur Achse gerichtet ist. Wenn wir die Ergebnisse der Wirkung verschiedener Elemente der Spirale zusammenfassen, entspricht das Ergebnis einem geradlinigen Strom, der entlang der Achse fließt, und einem System kreisförmiger Ströme, die senkrecht zur Achse angeordnet und in eine Richtung gerichtet sind. Damit sich die Spirale, durch die der Strom fließt, genau wie ein Magnet verhält, muss daher die Wirkung des geradlinigen Stroms kompensiert werden. Wie Sie wissen, hat Ampere dies ganz einfach dadurch erreicht, dass die Enden des Leiters entlang der Achse gebogen wurden. Dennoch gab es einen Unterschied zwischen der Spirale, durch die der Strom fließt, und dem Magneten: Die Pole der Spirale befanden sich nur an den Enden, während sich die Pole des Magneten an inneren Punkten befanden. Um diesen letzten Unterschied zu beseitigen, gab Ampère seine ursprüngliche Hypothese über Ströme direkt senkrecht zur Achse des Magneten auf und nahm an, dass sie in Ebenen in unterschiedlichen Winkeln zur Achse verlaufen. Amperes neue Ideen wurden nicht von allen Wissenschaftlern verstanden. Einige seiner hervorragenden Kollegen stimmten ihnen auch nicht zu. Zeitgenossen sagten, dass sich nach dem ersten Bericht von Ampere über die Wechselwirkung von Leitern mit Strom die folgende merkwürdige Episode ereignete. „Was ist eigentlich neu an dem, was Sie uns erzählt haben?" fragte einer seiner Gegner Ampere. „Wenn zwei Ströme auf eine Magnetnadel wirken, dann wirken sie selbstverständlich auch aufeinander." Auf diesen Einwand fand Ampère nicht sofort eine Antwort. Aber dann kam ihm Arago zu Hilfe. Er holte zwei Schlüssel aus seiner Tasche und sagte: „Jeder von ihnen hat auch eine Wirkung auf den Pfeil, aber sie wirken in keiner Weise aufeinander ein, und deshalb ist Ihre Schlussfolgerung falsch.“ Ampère entdeckte im Wesentlichen a neues Phänomen von viel größerer Bedeutung als die von mir respektierte Entdeckung des Professors Oersted." Trotz der Angriffe seiner wissenschaftlichen Gegner setzte Ampère seine Experimente fort. Er beschloss, das Gesetz der Wechselwirkung von Strömen in Form einer strengen mathematischen Formel zu finden und fand dieses Gesetz, das heute seinen Namen trägt. So entstand in den Werken von Ampère Schritt für Schritt eine neue Wissenschaft – die Elektrodynamik, basierend auf Experimenten und mathematischer Theorie. Alle Grundgedanken dieser Wissenschaft im Ausdruck Maxwell, in der Tat "kam aus dem Kopf dieses Newtons der Elektrizität" in zwei Wochen. Von 1820 bis 1826 veröffentlichte Ampère eine Reihe theoretischer und experimenteller Arbeiten zur Elektrodynamik, und bei fast jeder Sitzung der Physikabteilung der Akademie hielt er einen Bericht zu diesem Thema. 1826 wurde sein letztes klassisches Werk The Theory of Electrodynamic Phenomena Derived Exclusively from Experience veröffentlicht. Der Effekt der Wechselwirkung von Drähten mit Strom und Magnetfeldern wird heute in Elektromotoren, in elektrischen Relais und in vielen elektrischen Messgeräten genutzt. Autor: Samin D. K.
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