電気力学。科学的発見の歴史と本質

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電気力学。科学的発見の歴史と本質

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直後のエルステッドの発見電流が導体を通過すると導体が磁石になるという事実によってそれを説明することは、物理学者にとって非常に自然なことのように思われました。この説明は Arago によって受け入れられ、Biot によっても受け入れられました。

後者は 1820 年に次の仮定を行った。直線電流が磁性分子に作用するとき、この作用の性質は、電圧電流の方向に対して一定の方向で導体の周囲に配置された磁化された針の場合と同じです。ビオと彼の意見を共有した他の物理学者は、各導体の電流の作用で発生する基本的な磁石の相互作用による電気力学的作用を説明しました。電流が通過する各導体は磁気チューブに変わります。

彼はまったく異なる説明をしました。アンペア...しかし、最初に、彼の伝記についてのいくつかの言葉。

アンドレ＝マリ・アンペール（1775-1836）は、リヨン近郊の父親が購入したポレミエの小さな邸宅で生まれました。

アンドレの並外れた能力は、幼い頃に現れました。彼は学校に行ったことはありませんでしたが、読書と算数をすぐに学びました。少年は父親の図書館で見つけたものをすべて一列に読んだ。彼はすでに14歳で、フランス百科事典のXNUMX巻すべてを読みました。アンドレは、物理学と数理科学に特に関心を示しました。しかし、この地域だけでは、彼の父親の図書館は明らかに十分ではなく、アンドレは偉大な数学者の作品を読むためにライオン大学の図書館を訪れ始めました。

13 歳のとき、アンペールは数学の最初の作品をリヨンアカデミーに提出しました。

1789年にフランスの大ブルジョア革命が始まりました。アンペールの父親は処刑され、資金がないまま放置されました。アンドレは自分の生計について考えなければならず、リヨンに移り、教育機関でフルタイムの教師を得ることができるまで数学のプライベートレッスンを行うことにしました。

生活費は着実に上昇しています。すべての努力と節約にもかかわらず、プライベートレッスンによって得られた資金は十分ではありませんでした。最後に、1802年に、アンペアはリヨンから60km離れた古代の地方の町バーカンブレスの中央学校で物理学と化学を教えるよう招待されました。その瞬間から彼の定期的な教育活動が始まり、それは彼の生涯を通じて続いた。

4 年 1803 月 1804 日、アンペールはリヨンのリュセウムで数学の教師に任命されました。 XNUMX 年末、アンペールはリヨンを離れてパリに移り、有名な工科大学で教職に就きました。

1807年、アンペールは工科大学の教授に任命されました。 1808年に、科学者は大学の主任検査官のポストを受け取りました。 1809年から1814年の間に、アンペアはシリーズ理論に関するいくつかの貴重な論文を発表しました。

アンペールの科学活動の全盛期は 1814 年から 1824 年にかけてであり、主に科学アカデミーと関係があり、28 年 1814 月 XNUMX 日に数学の分野での功績によりメンバーに選出されました。

ほぼ 1820 年まで、科学者の主な関心は数学、力学、化学の問題に集中していました。彼の化学分野での功績には、その発見が含まれているはずです。アボガドロ、さまざまなガスのモル体積の等しい法則。それは正しくアボガドロ・アンペールの法則と呼ばれるべきです。この科学者はまた、化学元素の特性の比較に基づいて化学元素を分類するという初めての試みも行いました。

数学に関しては、彼が結果を達成したのはこの分野であり、数学部門のアカデミーの候補者として彼を指名する根拠を与えました。アンペールは常に、物理学と技術のさまざまな応用問題を解決するための強力なツールとして数学を考えていました。

当時、彼は物理学の問題にはほとんど関与していませんでした。この時期に知られているのは、光学と気体の分子動力学理論に専念した XNUMX つの研究だけです。

1820 年、デンマークの物理学者 G.-H. エルステッドは、電流が流れる導体の近くで磁針が逸れることを発見しました。このようにして、磁場を生成するという電流の注目すべき特性が発見されました。アンペールはこの現象を詳細に研究しました。磁気現象の性質についての新しい見方は、一連の実験全体の結果として彼から生まれました。すでに最初の週の懸命な研究の終わりに、彼はエルステッドと同じくらい重要な発見をしました - 彼は流れの相互作用を発見しました。

18 年 1820 月 1822 日、彼はパリ科学アカデミーに、電気力学と呼んだ電流のポンドロモーティブ相互作用の発見について報告しました。より正確には、アンペールはこの最初の報告でこれらの作用を「電圧の引力と反発」と呼んでいましたが、その後、それらを「電流の引力と反発」と呼び始めました。 XNUMX 年に彼は「電気力学」という用語を作りました。

それから彼は彼の最初の実験を実演し、次の言葉でそれらを締めくくった。 25 月 XNUMX 日の会議で、彼はこれらのアイデアをさらに発展させ、磁石のように相互に作用する電流 (ソレノイド) によってらせんが流れる実験を実演しました。

アンペアの説明は、科学への彼の卓越した貢献です。磁石になるのは電流が流れる導体ではなく、逆に、磁石は電流の集まりです。

確かに、アンペアは、磁石に一連の円形電流があり、その軸に正確に垂直な平面を同じ方向に流れると仮定すると、磁石の軸に平行に流れる電流は次のようになります。これらの円形電流に対してある角度で向けられます。電流は、すべての電流を平行にし、同じ方向に向ける傾向がある電気力学的相互作用を引き起こします。真っ直ぐな導体が固定されていて磁石が可動の場合、磁石はたわみます。磁石が固定されていて導体が可動の場合、導体が動きます。

マリオ・グリオッツィは彼の本に次のように書いています。磁石のように振る舞う、つまり、地球の磁場の影響下で特定の位置を取り、XNUMXつの極を持っている必要があります。実験により、磁石の作用下でのそのようなスパイラルの振る舞いに関する仮定が確認されましたが、結果は地球の磁場の影響下でのスパイラルの振る舞いに関する実験は完全には明確ではありませんでした。その後、アンペアはこの質問を明確にするために、電流が流れる導体をXNUMX回転させることにしました。磁気シート。

したがって、理解できない現象が発見されました。単一のコイルは磁性板のように動作しますが、アンペールが磁性板のシステムとまったく同等であると考えていたスパイラルは、磁石のようには動作しませんでした。何が問題なのかを理解しようとして、アンペールは、電気力学的現象において、スパイラル導体が同じ両端を備えた直線導体とまったく同じように動作することを発見して驚きました。このことから、アンペールは、電気力学的作用と電磁気作用に関して、パラレログラムの法則に従って電流要素を追加および拡張できると結論付けました。したがって、電流要素は XNUMX つの成分に分解でき、その XNUMX つは軸に平行な方向を向いており、もう XNUMX つは垂直な方向を向いています。スパイラルのさまざまな要素の作用の結果を合計すると、結果として得られるものは、軸に沿って流れる直線的な電流と、軸に垂直に配置され一方向に向けられた円形の流れのシステムと等価になります。したがって、電流が通過するスパイラルが磁石とまったく同じように動作するには、直線電流の作用を補償する必要があります。ご存知のとおり、Ampere は導体の端を軸に沿って曲げることで非常に簡単にこれを実現しました。しかし、それでも、電流が流れるスパイラルと磁石の間には違いがありました。スパイラルの極は端にのみあり、磁石の極は内部の点にありました。この最後の違いを解消するために、アンペールは磁石の軸に直接垂直な電流に関する元の仮説を放棄し、電流は軸に対して異なる角度の平面内に位置すると仮定しました。

アンペールの新しいアイデアは、すべての科学者に理解されたわけではありません。彼の著名な同僚の何人かは、彼らに同意しませんでした。同時代の人々は、導体と電流の相互作用に関するアンペールの最初の報告の後、次の興味深いエピソードが発生したと述べました。「実際、あなたが私たちに言ったことの何が新しいのですか?」彼の反対者の XNUMX 人がアンペールに尋ねた.「言うまでもなく、XNUMX つの電流が磁針に影響を与える場合、それらはお互いにも影響を及ぼします。」アンペールは、この反論に対する答えをすぐには見つけられませんでした。しかし、アラゴが助けに来ました。彼はポケットから XNUMX つの鍵を取り出し、次のように述べています。私が尊敬するエルステッド教授の発見よりもはるかに重要な新しい現象です。」

科学反対派の攻撃にも関わらず、アンペールは実験を続けた。彼は電流の相互作用の法則を厳密な数式の形で見つけようと決心し、この法則を発見しました。これが現在彼の名前になっています。アンペールの研究の中で、実験と数学理論に基づいた電気力学という新しい科学が段階的に成長しました。この科学のすべての基本的な考え方は、次のような表現で表現されています。マクスウェル実際、XNUMX週間で「このニュートンの電気の頭から出てきた」。

1820 年から 1826 年にかけて、アンペールは電気力学に関する多くの理論的および実験的著作を発表し、アカデミーの物理学科のほぼすべての会議で、このトピックに関する報告書を提出しました。 1826 年に、彼の最後の古典的著作である「経験のみから派生した電気力学的現象の理論」が出版されました。

ワイヤと電流および磁場との相互作用の効果は、現在、電気モーター、電気リレー、および多くの電気測定器で使用されています。

著者: サミン D.K.

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