Физика для всех. Электроны - Китайгородский А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Теперь о книге «Электроны». Необходимость напомнить определения простейших понятий, с помощью которых описываются электрические явления, я использовал в несколько своеобразной форме, а именно попытался дать представление о феноменологическом подходе к физике.
Две главы из шести посвящены прикладной физике. Электротехника дана в виде конспекта. Детальное описание этого предмета требует обращения к чертежам и схемам. Поэтому мы сочли возможным ограничиться изложением лишь основных принципов электротехники и важных фактов, которые должен знать каждый.
Так же обстоит дело и с главой, посвященной радио. Малый объем книги позволил коснуться лишь истории вопроса и беглого изложения основ радиотехники.
Л. И. Китайгородский
Глава І ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
На примере учения об электричестве можно (и должно) знакомить читателя, проявляющего интерес к физике, с так называемым феноменологическим подходом к изучению природы. Слово «феномен» в переводе означает явление. Подход же, о котором идет речь, состоит в следующем. Исследователь не интересуется «природой вещей». Он пользуется словами лишь для того, чтобы рассказать о фактах. Его цель — не «объяснить», а лишь описать явление. Почти все термины, которые он вводит, имеют для него смысл лишь в том случае, если можно указать способ оценки числом тех или иных понятий. ^
^Только для того, чтобы облегчить словесное изложение фактов, он прибегает к некоторым вспомогательным названиям. Но их роль совершенно второстепенная; вместо них можно было бы предложить другие имена или говорить «нечто» или «что-то».
Феноменологический метод играет в естествознании огромную- роль. А электрические явления — на редкость подходящий пример для того, чтобы читатель понял его сущность.
В конце этой главы я вкратце расскажу, в какой последовательности развивались события, а сейчас изложу некую идеальную схему создания феноменологической теории электрических явлений.
Объединим в одном мифическом персонаже Шарля Огюстена Кулона (1736—1806), Алессандро Вольта (1745-1827), Георга Симона Ома (1789-1854), Андре Мари Ампера (1775—1836), Ганса Христиана Эрстеда
7
(1777—1851), Эмиля Христиановича Ленца (1804—1865) и еще нескольких замечательных ученых. Представим себе, что этот исследователь обладает современным научным мышлением, и вложим ему в уста современную терминологию. От имени этого исследователя мы и поведем изложение.
Он начинает свою работу построения феноменологической теории электричества с внимательного рассмот-
- рения аккумулятора. Обращает прежде всего внимдние, что у аккумулятора имеются два «полюса». Взявшись за них руками, он выяснит сразу, что лучше так не делать (удар довольно неприятен). Но после этого первого опыта ему приходит в голову такая мысль: видимо, через мое тело что-то пробежало; назовем это «что-то» электричеством. %
Действуя со всей осторожностью, исследователь начинает соединять полюса различными проволочками, стерженьками и шнурами. Он убеждается в следующем факте: предметы, приведенные в соприкосновение с полюсами, иногда нагреваются сильно, иногда слабо; в некоторых случаях нагревания нет.
Подбирая подходящие слова для описания сделанного открытия, исследователь решает говорить о нем так. Когда я соединяю полюса проволокой, по ней течет электричество. Назову это явление электрическим током. Опыт показал, что разные предметы нагреваются
- по-разному. Те, которые нагреваются плохо, видгіїю плохо «проводят» электричество или создают большое сопротивление протекающему току. Их можно назвать изоляторами или диэлектриками.
Исследователь начинает работать с жидкостями. Выясняется, что и здесь разные вещества ведут себя по-разному. Наконец, делаеїся интересное открытие: взяв в качестве жидкости раствор медного купороса и опустив в ванночку угольные электроды (такое название дается предметам, прикрепленным к полюсам), ученый обнаруживает на одном из углей красноватый осадок меди. X
Теперь исследователь уже совершенно убежден, что явление, которое он изучает* связано с течением како-. го-то флюида. Ясно,, что имеет смысл говорить о направлении тока. Скажем, условимся пометить знаком минус тот электрод, на котором осаждается медь, а дру-
8
гой считать положительным. Поскольку длинно говорить «отрицательный электрод» и «положительный электрод», для щех предлагаются термины катод ианод. Ток течет от плюса к минусу, т. е. от анода к катоду.
Но ценность открытия на этом далеко не кончается. Устанавливается, что каждую секунду; на катоде откладывается одинаковая масса меди. Видимо, атомы меди несут на себе электрический флюид. Поэтому исследователь вводит в обиход два новых термина. Во-первых, он полагает, что масса M меди пропорциональна количеству q прошедшего по цепи электричества, т. е. вводит определение
где к — коэффициент пропорциональности. И, во-вторых, он предлагает назвать силой тока количество электричества, протекающее по цепи в единицу времени:
I = q/x.
Исследователь существенно обогатился. Он может характеризовать ток двумя измеряемыми величинами: количеством тепла, которое выделяется на определенном участке цепи в единицу времени, и силой тока.
