Эта статья о физическом понятии. Существует также статья о музыкальном альбоме «Электричество». Классическая электродинамика Магнитное поле соленоида Электричество · Магнетизм Электростатика Закон Кулона Теорема Гаусса Электрический дипольный момент Электрический заряд Электрическая индукция Электрическое поле Электростатический потенциал Магнитостатика Закон Био — Савара — Лапласа Закон Ампера Магнитный момент Магнитное поле Магнитный поток Электродинамика Векторный потенциал Диполь Потенциалы Лиенара — Вихерта Сила Лоренца Ток смещения Униполярная индукция Уравнения Максвелла Электрический ток Электродвижущая сила Электромагнитная индукция Электромагнитное излучение Электромагнитное поле Электрическая цепь Закон Ома Законы Кирхгофа Индуктивность Радиоволновод Резонатор Электрическая ёмкость Электрическая проводимость Электрическое сопротивление Электрический импеданс Ковариантная формулировка Тензор электромагнитного поля Тензор энергии-импульса 4-ток · 4-потенциал Известные учёные Генри Кавендиш Майкл Фарадей Андре-Мари Ампер Густав Роберт Кирхгоф Джеймс Клерк (Кларк) Максвелл Генри Рудольф Герц Альберт Абрахам Майкельсон Роберт Эндрюс Милликен Просмотр • Обсуждение • Править См. также «Физический портал» Электри́чество — понятие, выражающее свойства и явления, обусловленные структурой физических тел и процессов, сущностью которой является движение и взаимодействие микроскопических заряженных частиц вещества (электронов, ионов, молекул, их комплексов и т. п.). Содержание 1 История 1.1 Объединение электричества и магнетизма 1.2 Уравнения Максвелла 1.3 Практические применения уравнений Максвелла 1.4 Объединение электрического и слабого взаимодействий 2 Электричество в биологии[2] 3 Хронология основных открытий и изобретений 4 Примечания 5 Основные понятия править История Впервые на электрический заряд обратил внимание Фалес Милетский за 600 лет до н. э. Он обнаружил, что янтарь, потёртый о шерсть, приобретает свойства притягивать легкие предметы (пушинки, кусочки бумаги).[1]. Позже это использовалось для чистки от пыли одежды, для которой было критично любое повреждение краски. Считалось, что таким свойством обладает только янтарь. Но только после становления физики как экспериментальной науки, заложенной Галилео Галилеем, это явление стало изучаться как средство для исследования и использования свойств физических тел. Термин «электричество» (англ. electricity) введён английским естествоиспытателем, лейб-медиком королевы Елизаветы Тюдор Уильямом Гилбертом в его сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле» (1600 год), в котором объясняется действие магнитного компаса и описываются некоторые опыты с наэлектризованными телами. Он установил, что свойством наэлектризовываться обладают и другие вещества. Название «электричество» происходит от др.-греч. ἤλεκτρον — «янтарь».[1]. В середине XVII века Отто фон Герике разработал электростатическую машину трения. Кроме того, им было обнаружено свойство электрического отталкивания однополярно заряженных предметов. В 1729 г. английский учёный Стивен Грей обнаружил разделение тел на проводники электрического тока и изоляторы[1]. Вскоре его коллега Роберт Симмер, наблюдая за электризацией своих шёлковых чулок, пришёл к выводу, что электрические явления обусловлены тем, что электричество представлено двумя взаимодополняющими субстанциями, свойства которых стали обозначать понятием «заряд», различая положительный и отрицательный заряд тел. Данные субстанции разделяются при трении тел друг о друга, что и вызывает электризацию этих тел, то есть электризация — это накопление на теле заряда одного типа, причём заряды одного знака отталкиваются, а заряды разного знака притягиваются друг к другу и компенсируются при соединении, делая тело нейтральным (незаряженным). К тем же выводам пришёл в 1729 г. Шарль Дюфе. Он установил, что существует два рода зарядов. Опыты, проведённые Дюфе, говорили, что один из зарядов образуется при трении стекла о шёлк, а другой — при трении смолы о шерсть. Поэтому Дюфе назвал заряды «стеклянным» и «смоляным». Понятие о положительном и отрицательном заряде ввёл немецкий естествоиспытатель Георг Кристоф Лихтенберг, по версии США Бенджамин Франклин, который также обнаружил электрическую природу молний (атмосферное электричество) и изобрёл молниеотвод. Первая теоретическая работа с попыткой теоретически объяснить электрические явления, была написана американским физиком Б. Франклином в 1747 г. Он предположил существование электрической жидкости (флюида), которая входит в качестве составной части во всякую материю. Наличие двух видов электричества он связывал с существованием двух типов жидкостей — «положительной» и «отрицательной». Обнаружив, что при трении друг о друга стекло и шелк электризуются по-разному, Франклин сделал вывод, что положительные и отрицательные заряды появляются одновременно и в равных количествах. Теория Франклина предполагала одновременное существование трех физических сущностей — материи, положительной и отрицательной электрических жидкостей. Электричество у Франклина существовало независимо от материи. Именно Франклин первым высказал важнейшее предположение об атомарной, зернистой природе электричества: «Электрическая материя состоит из частичек, которые должны быть чрезвычайно мелкими»[1]. М. В. Ломоносов предположил существование «нечувствительной материи вне электризованного тела, которая и производит это действие», предугадав тем самым современное понятие электрического поля[1]. В 1745 г. был создан первый электрический конденсатор — Лейденская банка. Гальвани открыл биологические эффекты электричества. Первым количественным исследованием был закон взаимодействия зарядов, экспериментально установленный в 1785 г. Шарлем Кулоном с помощью разработанных им чувствительных крутильных весов: , где q1 и q2 электрические заряды, r — расстояние между ними, F — сила взаимодействия между зарядами, k — коэффициент пропорциональности. Это открытие поставило науку об электричестве в ранг точных дисциплин, в которых можно применять математические методы[1]. Итальянский ученый Вольта в 1800 г. изобрёл первый источник постоянного тока — гальванический элемент, разрешив тем самым многовековые трудности в исследовании электричества. Это был столб из цинковых и серебряных кружочков, разделенных смоченной в подсоленной воде бумагой[1]. В 1802 г. Василий Петров обнаружил вольтову дугу. Работы Джоуля, Ленца, Ома по изучению электрического тока. Гаусс формулирует основную теорему теории электростатического поля (1830). Фарадей открывает электромагнитную индукцию (1831) и законы электролиза (1834), вводит понятие электрического и магнитного полей. Анализ явления электролиза привел Фарадея к мысли, что носителем электрических сил являются не какие-либо электрические жидкости, а атомы — частицы материи. «Атомы материи каким-то образом одарены электрическими силами» — утверждает он. Фарадеевские исследования электролиза сыграли принципиальную роль в становлении электронной теории[1]. править Объединение электричества и магнетизма В 1820 год датский физик Эрстед на опыте обнаружил электромагнитное взаимодействие. Замыкая и размыкая цепь с током, он увидел колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. Впервые два, казалось бы, совершенно различных явления оказываются связанными друг с другом. Французский физик Ампер установил, что связь электричества и магнетизма наблюдается только в случае электрического тока (движущегося электричества) и отсутствует в случае статического электричества в 1821 год. Опираясь на исследования Эрстеда и Ампера, Фарадей открывает явление электромагнитной индукции в 1831 год и создает на его основе первый в мире генератор электроэнергии, вдвигая в катушку намагниченный сердечник и фиксируя возникновение тока в витках катушки. Фарадей создал и первый в мире электродвигатель — проволочка с током, вращающаяся вокруг магнита. Электричество и магнетизм в результате этих исследований были объединены в новую область науки — электромагнетизм[1]. править Уравнения Максвелла Венцом исследований электромагнетизма явилась разработка английским физиком Д. К. Максвеллом теории электромагнитных явлений. Он вывел уравнения, связывающие воедино электрические и магнитные характеристики поля в 1873 год. Они имеют громадное значение для науки и практики, как основы расчета электромагнитных явлений. Именно анализ уравнений Максвелла послужил одной из исходных точек для А. Эйнштейна в 1905 год при разработке специальной теории относительности. править Практические применения уравнений Максвелла Д. А. Лачинов показал условия передачи электроэнергии на большие расстояния (1880 год). Герц экспериментально регистрирует электромагнитные волны (1888 год). Электротехническая революция — создание электрических батарей, электромагнитов, электрического освещения, телеграфа, телефона, прокладка трансатлантического кабеля, электродвигателей, электрогенераторов и электротранспорта (трамвай, троллейбус, метро). Таким образом сложилась электрическая теория вещества, согласно которой физические тела представляют собой комплексы взаимодействующих частиц, имеющих электрические заряды, и многие свойства физических тел определяются и могут быть описаны с помощью законов, математическими соотношениями количественно выражающих их взаимодействие и движение. Это было экспериментально подтверждено многими опытами, в том числе открытием Джозефом Томсоном (получившим за это титул лорда Кельвина) в 1897 году носителя отрицательного заряда — частицы, получившей название «электрон», и исследованием структуры атома Эрнстом Резерфордом (получившим за это титул лорда Нельсона), Фредериком Содди и другими учёными. В XX веке была создана теория Квантовой электродинамики. В настоящее время электрическая концепция вещества является главной парадигмой физики и позволяет предсказывать и формировать необходимые на практике свойства физических тел и процессов (например, передачи информации или уничтожения промышленных центров неприятеля). В быту электрические явления получили повсеместное распространение, главным образом как средство генерации, передачи и применения энергии (электрические двигатели, электрическое освещение и т. п.) или информации (телефон, радио, телевидение, электронное фото) — то есть, для изменения энтропии (разупорядоченности) среды обитания человека. править Объединение электрического и слабого взаимодействий В 1967 год был сделан очередной шаг на пути изучения электричества. С. Вайнберг, А. Салам и Ш. Глэшоу постороили объединенную теорию электрослабых воздействий. править Электричество в биологии[2] Для процессов в нервной системе человека и животных решающее значение имеет зависимость пропускной способности клеточной мембраны для ионов натрия от потенциала внутриклеточной среды. После повышения напряжения на клеточной мембране натриевый канал открывается на время порядка 0,1 - 1,0 мс., что приводит к скачкообразному росту напряжения, затем разность потенциалов на мембране снова возвращается к своему первоначальному значению. Описанный процесс кратко называется нервным импульсом. В нервной системе животных и человека информацию от одной клетки к другой передают нервные импульсы возбуждения длительностью около 1 мс. Нервное волокно представляет собой цилиндр, наполненный электролитом. Сигнал возбуждения передается без уменьшения амплитуды вследствие эффекта кратковременного увеличения проницаемости мембраны для ионов натрия. Многие рыбы используют электричество для защиты и поиска добычи под водой. Разряды напряжения южноамериканского электрического угря могут достигать величины напряжения в 500 Вольт. Мощность разрядов электрического ската может достигать 0,5 кВт. Акулы, миноги, некоторые сомообразные используют электричество для поиска добычи. Электрический орган рыб работает с частотой несколько сотен герц и создает напряжение в несколько вольт. Электрическое поле улавливается электрорецепторами. Находящиеся в воде предметы искажают электрическое поле. По этим искажениям рыбы легко ориентируются в мутной воде. править Хронология основных открытий и изобретений История открытия и изучения электричества можно представить в следующем хронологическом порядке[3][4][5]: 1650 год Изобретен электростатический генератор (Отто фон Герике, Германия). 1752 год Изобретен молниеотвод (Б. Франклин, Америка). 1785 год Открыт основной закон электростатики (Ш. Кулон, Франция). 1799 год Создан первый источник электрического тока — гальванический элемент и батарея элементов (вольтов столб) (А. Вольта, Италия). 1802 год Открыто явление электрической дуги (В. В. Петров, Россия). 1820 год Открыто магнитное действие тока (Х. Эрстед, Дания). Открыт закон взаимодействия электрических токов, создана первая теория магнетизма, основанная на теории молекулярных токов (А. Ампер, Франция). Изобретен электромагнит (Х. Эрстед, Дания). 1821 год Открыто явление термоэлектричества (Т. Зеебек). 1827 год Открыт основной закон электрической цепи (Г. Ом, Германия). 1831 год Открыт закон электромагнитной индукции (М. Фарадей, Англия). Изобретен электрический звонок (Джозеф Гентри Олбани, США). Изобретен трансформатор (М. Фарадей, Англия). Изобретен электрогенератор (динамо-машина) (М. Фарадей, Англия). 1832 год Открыто явление самоиндукции (Д. Генри, США). Изобретен электромагнитный телеграф (П. Л. Шиллинг, Россия). Изобретен электрический двигатель (Уильям Стургеон, Англия). 1833 год Cформулировано правило, определяющее направление индукционного тока (Э. Х. Ленц, Россия). 1834 год Изобретен гальванометр (Андре Мари Ампер, Франция). 1838 год Изобретена гальванопластика (Б. С. Якоби, Россия). Cоздан первый электродвигатель, пригодный для практических целей (Б. С. Якоби, Россия). Изобретен электромагнитный телеграфный аппарат для передачи сообщений по знакам и код Морзе (Сэмюэл Финли Бриз Морзе, США). 1839 год Изобретен топливный элемент (У. Р. Грове). 1842 год Открытие закона теплового действия тока (Д. Джоуль, Э. Х. Ленц). Установлен колебательный характер разряда конденсатора (Д. Генри). 1843 год Открыт закон электролиза (М. Фарадей). Изобретен метрополитен (Чарлз Пирсон, Англия). 1851 год Изобретен тепловой насос (У. Томсон, Англия). 1853 год Выведена формула для периода электрических колебаний (формула Томсона) (У. Томсон, Англия). 1855 год Изобретен электрический тормоз (Э. Ленуар). 1858 год Изобретен вентилятор (Теофил Гюбал Франция). Изобретена охранная сигнализация (от воров) (Э. Т. Холмс). 1859 год Изобретен свинцовый аккумулятор (Г. Планте, Франция). 1865 год Создана теория электромагнитного поля (Д. Максвелл, Англия). 1866 год Проложен первый трансатлантический телефонный кабель, соединивший Америку и Европу (У. Томсон, Англия). 1868 год Разработан сухой гальванический элемент (Г. Лекланше). 1870 год Создан электрогенератор, получивший практическое применение (З. Т. Грамм). 1872 год Изобретена электрическая пишущая машинка (Т. А. Эдисон, США). 1873 год Начато систематическое изучение свойств ферромагнетиков (А. Г. Столетов). Изобретение электрической лампы накаливания с угольным стержнем (А. Н. Лодыгин). 1874 год Изобретен холодильник (аммиачный парокомпрессионный) (К. Линде). Изобретен электромобиль (Д. Соломонс). 1876 год Изобретение телефона (А. Белл). Создание трансформатора для питания током источников освещения (П. Н. Яблочков). 1877 год Изобретен фонограф (Т. А. Эдисон). 1878 год Изобретен трамвай (Э. В. фон Сименс). 1879 год Изобретение электрической лампы накаливания c угольной нитью (Т. Эдисон). 1881 год Изобретение дуговой электросварки (Н. Н. Бенардос). 1881 год Появились первые телефоны-автоматы 1882 год Построена первая линия электропередач (М. Депре). Изобретен электрический утюг (Г. У. Сили). 1883 год Изобретен торговый автомат (П. Эверитт). 1886 год Изобретена посудомоечная машина (Ж. Кочрейн). 1887 год Открыто явление термоэлектронной эмиссии (Г. Гейтель и др.). Создан вибратор для возбуждения электромагнитных колебаний (Г. Герц). Изобретен электрообогреватель (У. Л. Бартон). 1888 год Изобретен электрический асинхронный двигатель ( Никола Тесла, Франция). Изобретен электрический стул (Г. П. Браун, А. Э. Кеннели). 1888 год Открыт закон фотоэффекта (А. Г. Столетов). 1889 год Изобретение автоматической телефонной станции (АТС) (А. Б. Стоунджер). Изобретена электрическая печь (духовка) (отель «Бернина», Швейцария). 1890 год Изобретен Электрический стул 1893 год Изобретен электрический тостер (компания «Кромптон»). 1895 год Изобретение радио (А. С. Попов). Изобретена ручная электрическая дрель (Вильгельм Фейн, Германия). 1896 год Запатентовано устройство Трансформатор Тесла 1896 год Изобретена электрическая кухонная плита (У. Хэдвей). 1897 год Открыт электрон (Д. Томсон). Сконструирована первая электронно-лучевая трубка (К. Ф. Браун). 1899 год Изобретена фотовспышка (портативная, с питанием от батарейки) (К. Хуберт). 1900 год Изобретен громкоговоритель (Хорас Шорт, Англия). 1901 год Изобретен электрический пылесос (Г. С. Бут). Изобретен электрический слуховой аппарат (М. Хатчинсон). 1902 год Изобретен кондиционер воздуха (Уиллис Хэвиленд Карье, США). 1904 год Изобретение диода (Д. Флеминг). Изобретен фотоэлемент (А. Корн). 1906 год Изобретение триода (Л. Де Форест). 1907 год Изобретена электронно-лучевая трубка для воспроизведения телевизионного изображения. Получен патент на «способ электрической передачи изображений» (Б. Л. Розинг). Изобретена электрическая стиральная машина (А. Д. Фишер). Изобретена факсимильная машина (факс) (А. Корн). 1910 год Изобретено неоновое освещение (Жорж Клод, Франция). 1911 год Дано экспериментальное доказательство дискретности электрических зарядов (опыты с каплями масла) (Р. Милликен). Открыто явление сверхпроводимости (Г. Камерлинг-Оннесс) 1912 год Разработаны основные элементы черно-белого телевидения, включая систему развертки на 12 строк (в современных системах — 800 строк) (Б. Л. Розинг). 1913 год Изобретена конвейерная сборка (Генри Форд, США). 1921 год Изобретен полиграф (детектор лжи) (Д. Э. Ларсон). 1922 год Изобретен автомобильный радиоприемник (У. П. Лир). 1923 год Изобретено телевидение. Изобретен иконоскоп — передающая электронная телевизионная трубка (В. К. Зворыкин). Телевизионная трубка (кинескоп) стала основным элементом современных телевизоров. Изобретен автоматический светофор (Г. Э. Морган). 1924 год Изобретен громкоговоритель (репродуктор) (Честер У. Райс, Эдвард У. Келлог, США). 1927 год Изобретены кварцевые часы (У. А. Моррисон). 1928 год Изобретена электрическая бритва (Д. Шик, США). Изобретена хлеборезочная машина (О. Ф. Роуэддер). 1929 год Изобретен детектор металла (Герхард Фишер, Германия-США). 1931 год Изобретен электронный микроскоп (Макс Кнолль и Эрнст Руска, Германия). 1934 год Изобретена люминесцентная лампа (Артур Холли Комптон, США). Изобретена стиральная машина-автомат (Дж. Ф. Кантрелл, США). 1940 год Изобретено цветное телевидение (Питер Голдмарк, США). 1941 год Изобретена электрогитара (Лес Пол, США). 1945 год Изобретена микроволновая печь (Перси Л. Спенсер, США). 1946 год Изобретен мобильный телефон («Белл Лаборатория», США). 1952 год Изобретен штриховой код (Джозеф Вудлэнд, США). Изобретен дефибриллятор (Пол М. Золл, США). 1955 год Изобретена волоконная оптика (Нариндер С. Капани, Индия). Изобретен синтезатор музыки (Гарри Олсон, Герберт Белар, США). 1956 год Изобретен видеомагнитофон (компания "Эмпекс", США). 1958 год Изобретена интегральная схема (Джек С. Килби, США). 1960 год Изобретен лазер (Теодор Г. Мейман,США). Изобретен транзисторный телевизор (японская фирма «Sony»). 1962 год Изобретен светодиод (Ник. Холоньяк мл., США). 1963 год Изобретен жидкокристаллический дисплей (Джордж Хельмейер, США). 1967 год Изобретен банкомат (Д. Шепард-Баррон, Англия)[6]. 1969 год Изобретен кассетный видеомагнитофон (японская фирма «Sony»). Изобретен Интернет (агентство перспективных исследований министерства обороны США). 1970 год Изобретены наручные цифровые часы (Джон М. Берже, США). 1971 год Изобретен кухонный комбайн (Пьер Вердон, Франция). 1972 год Изобретен карманный калькулятор (Джек Сент Клер Килби, Джеймс Ван Тассел и Джерри Д. Мерримен, США). 1973 год Изобретен сканер (Годфри Н. Хонсфилд, США). 1980 год Изобретен компакт-диск (компании «Philips» и «Sony», Нидерланды-Япония). 1982 год В Японии (фирмы «Hitachi» и «Sony») начался выпуск телевизоров с повышенной точностью изображения, которую обеспечивал 1125-строчный экран. 1986 год Началось широкое использование волоконно-оптических световодных кабелей для телефонной связи. 1994 год Появились спутниковые радиотелефоны и аппараты сотовой связи. 1995 год Консорциумом международных компаний (Япония-США-Нидерланды) изобретён цифровой видеодиск (DVD) . править Примечания ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Спиридонов О. П. «Универсальные физические постоянные», М., «Просвещение», 1984, с. 52, ББК 22.3 С72 ↑ Богданов К.Ю. Физик в гостях у биолога. - М.: "Наука", Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986, 144 с. (Б-чка "Квант", Вып. 49) тир. 135000 экз., ББК 22.3 + 28 Гл. 1. Живое электричество. ↑ Енохович А. С. «Справочник по физике и технике», 2-е изд., М., «Просвещение», 1983, ББК 22.3+3 53+6, п. 282 «Некоторые знаменательные события в истории развития физики», с. 231, таблицы на титульных листах; ↑ «Полный энциклопедический справочник», М., Русское энциклопедическое товарищество, 2002, ISBN 5-901227-03-4, гл. «Обработка и передача информации», п. «Средства коммуникации, радио и телевидение», с. 848—852; ↑ RIPOLФАКТ. Ежегодный альманах фактов: Весь мир. Полный спектр информации о странах, мире и вселенной. — М.: РИПОЛ Классик, 2007, — 1088 c.: илл. ISBN 978-5-7905-5024-9, УДК 030 ББК 92, гл. «Наука и техника», п. «Некоторые замечательные изобретения», с. 374—387; ↑ BFM.RU Скончался изобретатель банкомата. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Спиридонов О. П. «Универсальные физические постоянные», М., «Просвещение», 1984, с. 52, ББК 22.3 С72 ↑ Богданов К.Ю. Физик в гостях у биолога. - М.: "Наука", Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986, 144 с. (Б-чка "Квант", Вып. 49) тир. 135000 экз., ББК 22.3 + 28 Гл. 1. Живое электричество. ↑ Енохович А. С. «Справочник по физике и технике», 2-е изд., М., «Просвещение», 1983, ББК 22.3+3 53+6, п. 282 «Некоторые знаменательные события в истории развития физики», с. 231, таблицы на титульных листах; ↑ «Полный энциклопедический справочник», М., Русское энциклопедическое товарищество, 2002, ISBN 5-901227-03-4, гл. «Обработка и передача информации», п. «Средства коммуникации, радио и телевидение», с. 848—852; ↑ RIPOLФАКТ. Ежегодный альманах фактов: Весь мир. Полный спектр информации о странах, мире и вселенной. — М.: РИПОЛ Классик, 2007, — 1088 c.: илл. ISBN 978-5-7905-5024-9, УДК 030 ББК 92, гл. «Наука и техника», п. «Некоторые замечательные изобретения», с. 374—387; ↑ BFM.RU Скончался изобретатель банкомата. править Основные понятия Закон Кулона Закон Ома Уравнения Максвелла Электростатика Электродинамика Электротехника Электрогидродинамика Электрический ток Законы Кирхгофа Это заготовка статьи об электричестве. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. Это заготовка статьи по физике. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её.