Первые теории и законы для электричества и магнетизма

1600 г. Гильберт

1600 г. стал рубежом для научных исследований по магнетизму и электричеству. В этом
году вышла содержательная работа англичанина Вильгельма Гильберта.
«Гильберт, Вильгельм (Gilbert, 1540—1603) — врач королевы Елизаветы и Иакова I.
Занимался исследованиями над свойствами магнитов и земным магнетизмом. Его
сочинение: «De magneto magneticisque corporibus et de magno magnete tellure» издано
в Лондоне, в 1600 г. Он в нем высказывает, что для объяснения склонения и
наклонения магнитной стрелки необходимо рассматривать землю, как большой
магнит. Вообще это сочинение, в котором описаны впервые точные магнитные и
электрические опыты, весьма замечательно для своего времени и положило начало
настоящей науке о магнетизме и электричестве. Полное собрание его сочинений
издано В. Босвелем под заглавием: «De mundi nostri sublunaris philosophia nova»
(Амстерд., 1651). Увлеченный изучением магнитных явлений, Г. стремился
объяснить и многие другие явления также магнетизмом.


Вильгельм Гильберт изобрел электроскоп — прибор для определения наличия заряда на
предмете – это была металлическая легкая стрелка, которая могла вращаться на оси, автор
назвал этот прибор «версориум». Для демонстрации магнитных свойств Земли Гильберт
построил модель из магнитного материала – «терреллу» — «маленькую землю», на этом
макете Гильберт с помощью компаса показал что является причиной склонения и
наклонения у компаса на реальной Земле.

Гильберт первым сообщил о наличии двух видов «электричества» (этот термин,
происходящий от греческого названия янтаря, возможно первым употребил Гильберт) –
натертый мехом янтарь по Гильберту получал «смолистое» электричество, а стеклянная
палочка, натертая шелком, получала электричество другого типа, его Гильберт назвал
«стеклянным». С помощью электроскопа Гильберт определил, что разноименное
электричество у двух тел притягивается, но свойство отталкивания ему было неизвестно.
Гильберт также показал, что если магнит расколоть, то у осколков магнита немедленно
образуется 2 полюса. По Гильберту свойствами приобретения электрических свойств от
трения обладают многие материалы, в частности алмаз, аметист, все виды стекла, сера,
каменная соль и другие. Неспособными к получению электрических свойств при трении
Гильберт называет кроме прочих агат, жемчуг, слоновую кость и металлы. Гильберт
первым определил, что опрыскивание водой и спиртом ослабляет электрическую силу, а
опрыскивание маслом не оказывает влияния. Родство электричества и магнетизма
Гильберт не обнаружил, магнетизм он считает особым свойством, присущим телу от
природы, а электричество – истечениями из тела, происходящими при трении.

1629 г. Кабеус

В 1629 г. в Ферраре итальянец Никколо Кабеус (1585—1650 гг.) напечатал свою работу
« Philosophia magnetica», в которой он подтверждает научный факт о том, что Земля
представляет собой большой магнит, а также сообщает о наличии сил электрического
отталкивания и притяжения (термин « электрическая сила» первым употребил Кабеус).
Никколо Кабеус выступал за тщательное подтверждение гипотезы экспериментом, при
этом он был ярым противником Галилея (обвинял последнего в плагиате – списывании
закона падения тела у ученых генуэзской школы), и считал, что магнитные свойства Земли
дополнительно подтверждают геоцентрическую модель строения Солнечной системы.

1629 г. Декарт

В 1644 г. французский естествоиспытатель Рене Декарт (1595—1650 гг.) опубликовал
работу «Principia Philosophiae», в которой предложил 1-ю теорию магнита. По Декарту
вдоль оси магнита протекает вращающийся вихрь флюидов, которые втекают в один
полюс и вытекают из другого. Идеи Декарта для магнетизма сходны с идеями Гильберта
для электричества (см. выше) в части объяснения природы явления неким невидимым
« истечением». В определенном смысле теория Декарта оказалась качественно верна, с
заменой понятия «вихрь флюидов» на «магнитное поле».

1663 г. Фон Герике

Не позднее 1663 г., а возможно и 10 годами ранее, немецкий естествоиспытатель Отто
фон Герике (1602—1686), провел в Магдебурге серию опытов на прототипе электрической
машины. Цель Герике, более известного своими работами в области создания вакуума,
состояла в проверке электрических опытов Гильберта, что он и выполнил, кроме того
Герике открыл ряд новых электрических явлений.
«Чтобы наладить электрические опыты более удобно, чем Гильберт, и получать
более сильные действия, Герике, устроив шар из серы величиною в детскую голову,
насадил его на железную ось с рукояткой и установил на деревянном штативе. При
вращении шара для натирания его служила ладонь человеческой руки. С этим-то
зародышем электрической машины Герике удалось существенно пополнить скудные
электрические сведения своего времени. Так, он наблюдал, что пушинка не только
притягивается натертым шаром, но через некоторое время отталкивается им; ему
даже удавалось, сняв шар с штатива, заставить пушинку плавать в воздухе. Далее он
заметил, что пушинка, раз оттолкнутая от шара, начинает притягиваться к другим
телам… К скамейке была прикреплена деревянная стойка, с вершины которой
спускалась льняная нитка более чем в локоть длины. Натертый серный шар
приближался к вершине стойки, а к нижнему концу нитки подводился пальца на два
какой-нибудь посторонний предмет, — тогда конец нитки притягивался к
последнему. Таким образом Герике показал, что электрическая сила может
распространяться по льняным нитям на длину одного локтя.» [11].
Свои результаты Герике подробно описал в труде «Experimenta nova», изданном в 1672
г., электрические опыты описаны в книге 4, главе 15. Цель создания электрической
машины Герике перед собой не ставил – его сфера из минеральной серы была сделана по
образцу магнитной «тереллы» Гильберта. Явление электрической индукции, которое
фактически открыл Герике, особого внимания у современников не вызвало, но
подтолкнуло других ученых, в первую очередь англичанина Хэксби (см. далее) к
углубленным исследованиям. Судьба экспериментальной модели с серным шаром,
сделанным Герике, точно неизвестна, но в 1815 г. «машина Герике» находилась в
Брауншвейгской политехнической школе – авторство этой «машины» точно не доказано.

1672 г. Бойль

После 1672 г. на основе труда Отто фон Герике и с использованием его воздушного
насоса английский физик Роберт Бойль (1627—1691 гг.) провел ряд опытов и получил
новые результаты.
«Эти и многие другие опыты Б. производил при помощи воздушного насоса,
незадолго перед тем изобретенного Отто фон Герике, но получившего различные
усовершенствования в руках Б. После появления сочинения Герике, в котором
описаны его опыты над электричеством и магнетизмом, Б. занялся
воспроизведением этих опытов и внес в них, как всегда, нечто новое; однако он
иногда ошибался, как, например, в том случае, когда полагал, что железо отпадает от
магнита под колоколом воздушного насоса вследствие разрежения воздуха.» [4].
Бойль обнаружил (возможно, не первый) взаимность электрического притягивания
– что выражается в том, что не только не наэлектризованное тело притягивается
наэлектризованным, но и второе притягивается первым. Используя воздушный насос,
Бойль первым показал, что в пустоте электрические опыты удаются так же, как в обычных
условиях, т.е. для проявления электрического взаимодействия тел воздух не нужен.

1683 г. Галлей

В 1683 г. англичанин Эдмунд Галлей (1656—1742 гг.) опубликовал работу «Таблица
магнитных склонений» для многих мест Земли, где приводились величины склонений
преимущественно за период 1670-80 гг. Из этих наблюдений Галлей делал вывод, что в
данное время в Европе и на восточном побережье Северной Америки склонение западное,
но в океане должно быть место, где склонение восточное или даже равное нулю. Галлей
выдвинул версию, что Земля имеет 4 полюса – версию оригинальную, но ошибочную.

1698 г. Галлей

В 1698 г. правительство Англии предоставило астроному Галлею корабль для проверки
его версии о 4-х полюсах Земли и уточнения магнитного склонения в океане, что имело
важное значение для морского ведомства. В 1698—1702 гг. Галлей предпринял три плавания
в Атлантический океан, в ходе которых он первым стал отмечать на карте места равных
склонений и соединять их линиями. Созданная Эдмундом Галлеем первая карта
изогонических линий склонения была опубликована в 1701 г.

17-й век ознаменовался некоторыми инженерными достижениями в области
электричества и магнетизма, были проведены интересные опыты, Галлей и Герике
построили макеты, Герике построил электрическую машину, Декарт и Галлей выдвинули
теории. Ученые Земли были почти готовы к пониманию физических причин
электрических и магнитных явлений.

18-й век можно характеризовать как век экспериментов. В области электричества и
магнетизма ученые продвигались «на ощупь», а многие результаты были получены
«случайно». Оптика, астрономия, математика, механика были развиты уже в достаточной
степени, а учение об электричестве и магнетизме отставало, но научные факты копились в
умах естествоиспытателей для спринтерского рывка первых десятилетий 19-го века.