Реферат: А.М.Ампер – основоположник электродинамики

Министерство образования РФ

Санкт-Петербургский Государственный ЭлектротехническийУниверситет (ЛЭТИ)

Факультет электротехники иавтоматики

Кафедра электротехнологическойи преобразовательной техники

РЕФЕРАТ

на тему: А.М.Ампер – основоположник электродинамики

Студент гр.7421

Горохов Н.А.

Руководитель

ЛюбомировА.М.

Санкт — Петербург

2001
СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Начало научной деятельности учёного………………………………….

Представления о связи между электричеством и магнетизмом до Ампера……………………………………………………………………..

Электродинамика Ампера………………………………………………...

Другие труды Ампера……………………………………………………..

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………….…………..

Начало научной деятельности учёного

Андре-МариАмпер родился 20 января 1775 годав Лионе в семье образованного коммерсанта. Отец его вскоре переселился с семьёйв имение Полемье, расположенное в окрестностях Лиона,и лично руководил воспитанием сына. Уже к 14 годам Ампер прочитал все 20 томов знаменитой“Энциклопедии” Дидро и д’Аламбера. Проявляя с детства большую склонность кматематическим наукам, Ампер к 18 годам в совершенстве изучил основные труды Эйлера, Бернулли и Лагранжа. К томувремени он хорошо владел латынью, греческим и итальянским языками. Инымисловами, Ампер получил глубокое и энциклопедическое образование.

В1793 году в Лионе вспыхнул контрреволюционный мятеж. Отец Ампера – жирондист,исполнявший обязанности судьи при мятежниках, после подавления мятежа былказнён как сообщник аристократов. Имущество его было конфисковано. Юный Амперначал свою трудовую деятельность с частных уроков. В 1801 году он занялдолжность преподавателя физики и химии центральной школы в городе Бурге. Здесь он написал первый научный труд, посвящённыйтеории вероятности “Опыт математической теории игры”. Эта работа привлеклавнимание д’Аламбера и Лапласа. И Ампер стал преподаватьматематику и астрономию в Лионском лицее. В 1805 годуАмпер был назначен репетитором по математике в знаменитой Политехнической школев Париже и с 1809 года заведовал кафедрой высшей математики и механики. В этотпериод Ампер публикует ряд математических трудов по теории рядов. В 1813 годуего избирают членом Института (т.е. Парижской Академии наук) на местоскончавшегося Лагранжа. Вскоре после избрания Ампер доложил в Академию своёисследование о преломлении света. К этому же времени относятся его знаменитое “Письмо к г.Бертолле”, в котором Ампер сформулировал открытый им независимоот Авогадро химический закон, именуемый ныне законом Авогадро-Ампера.

В1816 году Ампер опубликовал свою классификацию химических элементов, первую вистории химии серьёзную попытку расположить химические элементы по их сходствумежду собой.

ОткрытиеЭрстедом в 1820 году действия электрического тока на магнитную стрелкупривлекает внимание Ампера к явлениям электромагнетизма. Ампер ставитмногочисленные опыты, изобретает для этой цели сложные приборы, которыеизготавливает за свой счёт, что сильно подрывает его материальное положение.

С1820 по 1826 год Ампер опубликовал ряд теоретических и экспериментальных трудовпо электродинамике и почти еженедельно выступал с докладами к Академии наук. В1822 году он выпустил “Сборникнаблюдений по электромагнетизму”, в 1823году – “Конспект теории электродинамическихявлений” и, наконец, в 1826 году –знаменитую “Теориюэлектродинамических явлений, выведенных исключительно из опыта”. Ампер получает всемирную известность как выдающийсяфизик.

Представления о связи между электричеством имагнетизмом

до Ампера

Ампердал название “электродинамика”совокупности новых электрических явлений и отказалсяот понятия “электромагнетизм”, которое тогда уже фигурировало в терминологиифизики. Ампер отбросил понятие “электромагнетизм”, по-видимому, по той причине,что считал теорию явлений, происходящих при взаимодействии токов, ненуждающихся в гипотезе того времени о магнитной жидкости. Он считал, что покаречь идёт только о взаимодействиях между током и магнитом, наименование“электромагнитные явления” было вполне уместно, так как оно подразумевалоодновременное проявление электрических и магнитных эффектов, открытых Эрстедом.Но когда было установлено взаимодействие между токами, честь открытия которогопринадлежит Амперу, то стало ясно, что здесь участвуют не магниты, а два илинесколько электрических токов. “Поскольку явления,- писал он,- о которыхздесь идёт речь, могут быть вызваны лишь электричеством, находящемся вдвижении, я счёл нужным обозначить их наименованием электродинамические явления”.

Историяэлектричества и магнетизма богата наблюдениями и фактами, различными взглядамии представлениями о сходстве и различии электричества и магнетизма.

Впервыесвойства магнитного железняка и янтаря описал Фалес Милетскийв 6 веке до н.э., собравший значительный материалнаблюдений. Его опыты были чисто умозрительными, не подтверждёнными опытами.Фалес дал малоубедительное объяснение свойствам магнита или натёртого янтаря,приписывая им “одушевлённость”. Через столетие после него Эмпедокл объяснялпритяжение железа магнитом “истечениями”. Позднееподобное же объяснение в более определённой форме было представлено в книгеЛукреция “О природевещей”. Высказывания о магнитных явленияхимелись и в сочинениях Платона, где он описывал их в поэтической форме.

Представленияо существе магнитных действий были у учёных более близкого к нам времени –Декарта, Гюйгенса и Эйлера, причём эти представления в некоторых отношениях неслишком отличались от представлений древних философов.

Современи античности до эпохи Ренессанса магнитные явления использовались либокак средство развлечения, либо как полезное устройство для усовершенствованиянавигации. Правда, в Китае буссоль применялась для навигации ещё до нашей эры.В Европе она стала известна лишь в 13 веке, хотя впервые упоминается в трудахсредневековых авторов – англичанина Некаме и французаГио де Провенс в конце 12века.

Первымэкспериментатором, занявшимся магнитами, был Петр Перегриниз Марикура (13 век). Он опытным путём установилсуществование магнитных полюсов, притяжение разноимённых полюсов и отталкиваниеодноимённых. Разрезая магнит, он обнаружил невозможность изолировать один полюсот другого. Он выточил сфероид из магнитного железняка и пыталсяэкспериментально показать аналогию в магнитном отношении между этим сфероидом иземлёй. Этот опыт впоследствии ещё более наглядно воспроизвёл Гильберт, 1600год.

Затемв области изучения магнитных явлений наступило почти трёхвековое затишье.

Древние(например, Теофраст) в 4 веке до н.э. обнаружили,что, кроме янтаря, и некоторые другие вещества (гагат, оникс) способны врезультате трения приобретать свойства, впоследствии названный электрическими.Однако в течение долгого времени никто не сопоставил магнитные и электрическиедействия и не высказал мысли об их общности.

Однимиз первых средневековых учёных (а возможно, и самым первым), кто вёл попутноенаблюдение фактов, могущих навести на представления о взаимодействиях, сходствеили различии электрических и магнитных явлений, был Кардан, который внёс в этотвопрос некоторую упорядоченность. В сочинении “О точности”1551 годаон указывает на установлении им в результате экспериментов безусловногоразличия между электрическими и магнитными притяжениями.Если янтарь способен притягивать всякие лёгкие тела, то магнит притягиваеттолько железо. Наличие препятствия (например, экрана) между телами прекращаетдействие электрического притяжения лёгких предметов, но не препятствуетмагнитному притяжению. Янтарь не притягивается теми кусочками, которые он сампритягивает, а железо способно притягивать сам магнит. Далее: магнитноепритяжение направлено преимущественно к полюсам, лёгкие же тела притягиваютсявсей поверхностью натёртого янтаря. Для создания электрических притяжений необходимы, по мнению Кардана, трение и теплота,в то время как природный магнит проявляет силу притяжения без какой-либо егопредварительной подготовки.

Наиболееяркий экспериментальный метод и именно в области магнитных и электрическихявлений освоил Уильям Гильберт, возобновивший приёмыПетра Перегрина и развивший их. Вышедшее в 1600 годуего сочинение о магнитах включало шесть книг и составило эпоху в научнойлитературе. Оно стало источником, которым пользовался Галилей и Кеплер, когдаобъясняли эксцентричность орбит притяжениями и отталкиваниями между солнечными и планетарными магнитами.Гильберт излагает соображения о сходствах и различиях магнитных и электрическихявлений и приходит к выводу, что электрические явления отличны от явлениймагнитных.

В1629 году Николо Кабео опубликовал сочинение омагнитной философии, в котором впервые указал на существование электрических отталкиваний. Кабео, как иГильберт, высказывал мысль о “сфередействия”магнита,которая ограничивается некоторым пространством вокруг тела. Так ещё неяснонамечалось представление о магнитном поле. Эта мысль с большей определённостьюбыла высказала Кеплером, который пришёл к понятию“линии действия”,составляющих в своей совокупности “сферудействия”вокругкаждого из полюсов.

Тогдаявления электричества и магнетизма объяснялись действием невидимой тончайшейжидкости – эфира. В 1644 году Декарт опубликовал свой известный труд “Принципы философии”, где было уделено место вопросам магнетизма и электричества.По Декарту, вокруг каждого магнита существует тончайшее вещество, состоящее изневидимых вихрей.

МнениеГильберта о коренном различии между электричеством и магнетизмом прочноудерживалось в науке более полутора столетий.

Ф.У.Т.Эпинус, занимавшийся исследованиемэлектричества и магнетизма, заставил учёных обратиться к вопросу о сходствеэтих двух явлений. Он также положил начало новому этапу в истории теоретическихисследований в данной области, – он обратился к расчётным методам исследования.

Нановом этапе развития теорий электричества и магнетизма, открытом трудами Эпинуса, особо важными были работы Кевендишаи Кулона. Кевендиш в своём сочинении 1771 годарассмотрел разные законы электрических действий с точки зрения обратной ихпропорциональности расстоянию ( 1/rn ). Величину nон утвердилравной 2. Он вводит понятие о степени наэлектризованности проводника (то естьёмкости) и об уравнивании этой степени у двух наэлектризованных тел,соединённых между собой проводником. Это первое количественное уточнение оравенстве потенциалов.

В1785 году Кулон произвёл свои знаменитые исследования количественныххарактеристик взаимодействия между магнитными полюсами, с одной стороны, имежду электрическими зарядами – с другой. Кроме того, он ввёл понятие омагнитном моменте и приписал эти моменты материальным частицам.

Вотпримерно совокупность тех представлений, которые могли создаться у Ампера до1800 года, когда впервые был получен электрический ток, и начались исследованияявлений гальванизма.

Новаяэпоха в области электричества и магнетизма началась на рубеже 18 и 19 веков,когда Александро Вольта опубликовал сообщение оспособе производить непрерывный электрический ток. Вслед за этим довольнобыстро по историческим меркам были открыты разнообразные действиягальванического электричества, то есть электрического постоянного тока; вчастности способность тока разлагать воду и химические соединения (Карлейль и Никольсон, 1800;Петров, 1802; Гей-Люссак и Готро, 1808; Дэви, 1807);производить тепловые действия, нагревая проводник (Тенар,1801, и другие); и многое другое.

Историческоеоткрытие, столь важное для последующего развития науки об электричестве имагнетизме и получившее название электромагнетизма, произошло в 1820 году. Онопринадлежало Г.Х.Эрстеду, впервые заметившемудействие проводника с током на магнитную стрелку компаса.

Электродинамика Ампера

До1820 года Ампер обращался к изучению электричества лишь случайно. Однако смомента, когда появились первые сведения об открытии Эрстедом действий тока намагнит, и до конца 1826 года Ампер изучал явления электромагнетизма настойчивои целеустремлённо. Ампер сам заявлял, что главный толчок его исследованиям вобласти электродинамики дало открытие Эрстеда. К открытию Ампером механическихвзаимодействий между проводниками, по которым протекает, учёного привели логическиепредпосылки: два проводника, на которые действует магнитная стрелка и каждый изкоторых в свою очередь по закону действия и противодействия действует на неё,должны каким-то образом действовать и друг на друга. Математические же знанияпомогли ему выявить, каким образом взаимодействие токов зависит от ихрасположения и формы.

Впротоколе Академии наук от 18 сентября 1820 года, через неделю после того, какАмперу стало известно об опытах Эрстеда, были записаны следующие слова Ампера: “Я свёл явления, наблюдавшиеся Эрстедом, к двум общимфактам. Я показал, что ток, который находится в столбе, действует на магнитнуюстрелку, как и ток в соединительной проволоке. Я описал опыты, посредствомкоторых констатировал притяжение или отталкивание всей магнитной стрелкисоединительным проводом. Я описал приборы, которые я намереваюсь построить, и,среди прочих, гальванические спирали и завитки. Я высказал ту мысль, что этипоследние должны производить во всех случаях такой же эффект, как магниты. Язанимался также некоторыми подробностями поведения, приписываемого мноюмагнитам, как исключительного свойства, происходящего от электрических токов вплоскостях, перпендикулярных к их оси, и от подобных же токов, существованиекоторых я допускаю в земном шаре, в связи с этим я свёл все магнитные явления кчисто электрическим эффектам.”

Проходитещё неделя. На заседании 25 сентября 2001 года Ампер вновь выступает ссообщением, в котором он развивает ранее изложенные соображения. Протокольнаязапись Академии наук гласит: ”Я придалбольшое развитие этой теории и известил о новом факте притяжения и отталкиваниядвух электрических токов без участия какого-либо магнита, а также о факте,который я наблюдал со спиралеобразными проводниками. Я повторил эти опыты вовремя этого заседания.”

Затемвыступления Ампера в Академии наук следовали одно за другим. Это было в жизниАмпера время, когда он весь был поглощён опытами и разработкой теории.

РаботыАмпера, относящиеся к электродинамике, развивались логически и прошли черезнесколько этапов, будучи тесно между собой связанными. Начальные егоисследования в этой области касались выяснения действий электрической цепи, покоторой проходит ток, на другую цепь и оценивали явления лишь качественно.Ампер был первым, кто обнаружил действие тока на ток, он был первым, ктопоставил опыты для выяснения этого.

Ранниеработы Ампера по электродинамике позволяют предполагать, что его начальныепредставления об электричестве сводилось к “макроскопическим”токам:частицы в стержне стального магнита действовали как пары, составляющие вольтовстолб, и, таким образом, вокруг стержня оказывался соленоидообразныйэлектрический ток. Мысль о молекулярных электрических токах у него возниклапозднее.

Исходнымматериалом для Ампера служили опыты и наблюдения. Экспериментируя, онпользовался разнообразными приёмами и аппаратурой, начиная с простых комбинацийпроводников или магнитов и кончая построением довольно сложных приборов.Результаты опытов и наблюдений служили для него основанием для объяснения характеристикили свойств явлений, создания теории и указания возможных практических выводов.Затем Ампер математически обосновывал высказанную им теорию; это иногдатребовало специальных математических методов, чем Амперу и приходилось попутнозаниматься. В итоге Ампер создал прочное основание для нового раздела физики,названного им электродинамикой.

Основныеидеи электродинамики Ампера таковы. Во-первых, взаимодействия электрическихтоков. Здесь делается попытка разграничить две характеристики состояний, наблюдаемойв электрической цепи, и дать им определение: это – электрическое напряжение иэлектрический ток. Ампер впервые вводит понятие “электрический ток”, и вследза этим понятие “направлениеэлектрического тока”. Дляконстатации наличия тока и для определения его направления и “энергии”Амперпредлагает пользоваться прибором, которому он дал название гальванометра. Такимобразом, Амперу принадлежит идея создания такого измерительного прибора,который мог бы служить для измерения силы тока.

Амперсчитал нужным внести также уточнение в наименование полюсов магнита. Он назвалюжным полюсом магнитной стрелки тот, который обращён на север, а севернымполюсом тот, который направлен на юг.

Амперчётко указывает на различие между взаимодействием зарядов и взаимодействиемтоков: взаимодействие токов, прекращается с размыканием цепи; в электростатикепритяжение обнаруживается при взаимодействии разноимённых электричеств,отталкивания – при одноимённых; при взаимодействии токов картина обратная: токиодного направления притягиваются, а разных знаков – отталкиваются. Кроме того,он обнаружил, что притяжение и отталкивание токов в вакууме происходит так же,как в воздухе.

Перейдяк исследованию взаимодействий между током и магнитом, а также между двумямагнитами, Ампер приходит к выводу о том, что магнитные явления вызываютсяисключительно электричеством. Основываясь на этой своей идее, он высказываетмысль о тождестве природного магнита и контура с током, названного имсоленоидом, то есть замкнутый ток должен считаться эквивалентным элементарномумагниту, который можно себе представить в виде “магнитного листка”–бесконечно тонкой пластины магнитного материала. Ампер формулирует следующуютеорему: какой угодно малый замкнутый ток действует на любой магнитный полюстак же, как будет действовать малый магнит, помещённый на месте тока, имеющийту же магнитную ось и тот же магнитный момент. Мысль о тождестве действиямагнитного листка и элементарного кругового тока подтвердилась математическипосредством теоремы Ампера о преобразовании двойного интеграла по поверхности впростой интеграл по контуру.

Другойпараграф рассматриваемого мемуара посвящёнориентировке электрических токов под действием земного шара. Ампер хотелпроверить посредством электрических токов уже хорошо известный эффект: какдействие земного поля влияет на склонение и наклонение магнитной стрелки. Опытыподтвердили, что Земля есть большой магнит, имеющий свои полюсы, способныйдействовать на другой магнит и на токи. Подтвердилось мнение Ампера онаправлении земных электрических токов, и всё оказалось в полном согласии с Амперовой теорией магнетизма.

Второйфундаментальный труд Ампера, содержание которого перепечатывалось в другихисточниках, называется “О выводеформулы, дающей выражение для взаимодействия двух бесконечно малых отрезковэлектрических проводников”.Эта работапосвящена математическому выражению для силы взаимодействия между двумябесконечно малыми токами, расположенными произвольно в пространстве. Амперсделал здесь допущение, что силы приложены к срединам токов и действуют попрямой линии, проходящей через эти средины. Действие, по Амперу, должнозависеть от расстояния между токами и от углов между током с линией,соединяющий их середины. Сила взаимодействия, следовательно, должна была иметьобщее выражение в таком виде:

df= ii¢

dsds¢/rn×Ф( e, q, q¢),

где iи i¢

— электрические токи; dsи ds¢ — длиныэлементов проводника; r–расстояние между срединами токов; qи q¢ — углы,образуемые элементами тока с линией между срединами; e — угол между самимиэлементами.

Длятого, чтобы определить число nи функциюФ, требовалось измерить действительные силы взаимодействия в разных случаях.Однако в то время проведение подобных измерений было невозможно, и Амперупришлось обратиться к другому методу. Он стал исследовать случаи равновесиятоков, расположенных разным образом по отношению друг к другу. Такой метод,исключительно сложный и доступный лишь человеку с обширными математическимизнаниями, привёл Ампера к окончательной форме выражения силы взаимодействиямежду двумя элементами тока, а именно:

df= ii¢

dsds¢/r2 ×(cos e — 3/2 cos qcosq¢).

Ампертакже стал автором методов измерения электродинамических действий исоответствующих приборов, которые не потеряли своего значения и в наше время.

Гигантскаяработа Ампера над “Теорией” протекала в очень трудных условиях. “Я принуждён бодрствовать глубокой ночью…Будучинагружен чтением двух курсов лекций, я тем не менее не хочу полностью заброситьмои работы о вольтаических проводниках и магнитах. Ярасполагаю считанными минутами”,- сообщаетон в одном из писем. Лекции Ампера по высшей математике пользовались широкойизвестностью и привлекали многочисленных слушателей. Одним из них был в1822-1824 годы прибывший из России молодой Михаил Васильевич Остроградский.

Другие труды Ампера

С1827 года Ампер почти не занимается вопросами электродинамики, исчерпав, повидимому, свои научные замыслы в этом направлении. Он возвращается к проблемамматематики, и в последующие девять лет жизни публикует “Изложение принципов вариационного исчисления”и ряд други замечательныхматематических работ.

Нотворчество Ампера никогда не ограничивалось математикой и физикой.Энциклопедическое образование и разносторонние интересы то и дело побуждали егозаниматься самыми разнообразными отраслями наук. Так, например, он многозанимался сравнительной зоологией и пришёл к твёрдому убеждению об эволюцииживотных организмов. На этой почве Ампер вёл ожесточённые споры с Кювье и егосторонниками. Когда однажды его противники спросили, действительно ли онсчитает, что “человекпроизошёл от улитки”, Амперответил: ”Послетщательного исследования я убедился в существовании закона, который внешнекажется странным, но который со временем будет признан. Я убедился, что человеквозник по закону, общему для всех животных”.

Нонаряду с научными проблемами Ампер уделял немало внимания богословию. В этомсказалось влияние клерикальной домашней среды. Уже с молодых лет Ампер попал вцепкие лапы иезуитов, не отпускавших его до конца жизни. Одно время он пыталсяпреодолеть влияние, однако избавиться от этого окружения ему не удалось.

Амперне мог пройти равнодушно мимо острых социальных вопросов своей эпохи. В своихписьмах 1805 года он проявляет резкое критическое отношение к Бонапарту. Вписьмах 1814 года выражается глубокая скорбь и боль патриота Франции,оккупированной иностранными войсками. В письмах 20-х годов Ампер высказываетгорячее сочувствие Греции, борющейся за независимость, и выражает возмущениеполитикой великих держав в греческом вопросе. В письмах Ампера вместе с темсодержатся самые нелепые рассуждения о догмах католической церкви и т.п. Этадвойственность и противоречивость воззрений Ампера резко сказывается во всехего трудах, где затрагиваются общественные и философские вопросы.

Заслуживаетвнимания большой труд Ампера “Опытфилософских наук или аналитическое изложение естественной классификации всехчеловеческих знаний”. Первыйтом этого труда вышел в 1834 году, второй том остался незаконченным и был изданпосле смерти Ампера, в 1843 году. Несмотря на ряд ошибочных и подчас нелепыхвысказываний, Ампер предстаёт перед нами в этом труде как человек, глубоко иискренне убеждённый в беспредельном прогрессе человечества и глубоко болеющийза благо народов. Ампер рассматривает любую науку как систему объективныхзнаний о действительности. Вместе с тем он считает, что любая область знанияпризвана не только объяснять явления, происходящие в природе, человеческомобществе и сознании, но и воздействовать на них. Ампер наметил несколько новых,ещё не существующих наук, которые должны быть созданы для удовлетворенияразличных людских запросов. Наряду с такими науками как кибернетика икинематика, появление которых он предвидел, особое место он уделяет новойнауке, названной им “ценольбогемией”, науке о человеческом счастье. Эта наука призванапрежде всего выяснить обстоятельства и причины, оказывающие благоприятное илинеблагоприятное воздействие на человеческое общество. “Почему там установилось рабство или состояние, малоотличающееся от него, а там – некоторая степень свободы, более соответствующаядостоинству человека и его счастью. Наконец, каковы причины, приведшие кгигантскому обогащению нескольких семейств и к нищете большинства. Таковы вопросы,- говорит Ампер,-изучаемые наукой, которой я дал название “ценольбогении”. Но эта наука осмысливает то, что наблюдено статистикой иобъяснено “хрематологией”(по Амперу, наука о народном богатстве) и преведено в законы “сравнительной ценольбогенией” (по Амперу, наука, обобщающая данные статистики ивыводящая из этих данных законы),- она указывает, какими средствами можнопостепенно улучшать социальное состояние и привести мало-помалу к исчезновениювсе те причины, которые удерживают нации в состоянии слабости и нищеты.”

ЗаботаАмпера о благе народа также проявилась в его неутомимой деятельности поулучшению народного просвещения. Во время одной из своих поездок поинспектированию школ Ампер тяжело заболел и скончался 10 июня 1836 года вМарселе.

В1881 году первый международный конгресс электриков принял постановление онаименовании единицы силы электрического тока “ампер” в память Андре-Мари Ампера.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.

БелькиндЛ.Д. Андре-Мари Ампер, 1775-1836. – М: Наука,1968. – 278 с.

2.

Ампер А.М. Электродинамика. – Изд-во Акад. Наук СССР,1954.

3.

ГолинГ.М., Филонович С.Р. Классики физической науки (С древнейших времйн до начала ХХ века). – М.: Высшаяшкола, 1989. – 576 с.

еще рефераты

Еще работы по физике

Реферат по физике

Определение скорости света

29 Августа 2013