ИСААК НЬЮТОН ЖӘНЕ КЛАССИКАЛЫҚ ЖАРАТЫЛЫСТАНУДЫҢ ҚҰРЫЛУЫ

Исаак Ньютон (1642-1727) - Адамзат тарихындағы ғұлама ғалымдардың бірі, атақты ағылшын философы, ойшыл, механик, астроном және математик. Ол 1642 ж. Иса пайғамбардың туған күні, яғни 25 желтоқсанда Вулсторы елді мекенінде орта қолды шаруаның отбасында дүниеге келді. 1661 жылы Еуропаның ең көне университетінің бірі - Кембриджге (1209ж. негізі қаланды) оқуға түседі. 1669 жылы Ньютон Исаак Барроудан математика кафедрасын алып, 27 жасында Кембридж университетінің профессоры атағына қол жеткізді.Кейінінен бұл жерде есімдері баршаға әйгілі Д.К. Максвелл, Э. Резерфорд, П.А. Дирак сынды физиктер қызмет атқарған. Қазіргі таңда университетте 11 мыңдай студент білім алуда. Ньютонның жеке өмірі оқиғаларға бай еместігін айта кетуге болады. Оның өз жанұясы болмаған,Англия аумағынан тыс жерлерге шықпаған,достарының саны да аз еді. 1695 жылдан бастап Ньютонның материалдық жағдайы күрт өзгере бастады. Қадағалаушы қызметін иеленіп, кейіннен Ақша Сарайының директоры болады. 1703 жылдан өмірінің соңына дейін Корольдық қоғамның президенті еді. 1705 жылы Ағылшын королі Ньютонға сері атағын береді. Өмірінің соңғы жылдарында ол бай-қуатты адамдардың қатарына қосылып, ақшасын жақын және алыс туыстарына тарата бастайды. Жас азаматтарға шәкіртақы тағайындап отырды.

mb< шартына сәйкес келетін дене түсініледі. G - пропорционалдық коэффициенті немесе гравитациялық тұрақты. Бұл фундаменталды физикалық тұрақты өлшем. Ол объективті шындық туралы маңызды ақпаратқа ие. G - гравитациялық тұрақтысы әлемнің барлық объективтігіне тән әрекеттестік-тартылыстың сандық сипаттамасы болып табылады. G - дың сандық мәнін алғаш рет ағылшын ғалымы Генри Кавендуш лабораторияда екі шардың (қорғасын шарлары: m= 730кг және M=158кг) тартылыс күштерін өлшеу арқылы есептеп шығарған.
Қазіргі мәліметтер (СИ-жүйесі) бойынша G=3,6745(8)*10^-11м3/кг*с^2
Физикалық жолмен өлшенетін гравитациялық тұрақты динамикалық әдіспен анықталады-бұрылмалы таразыда тартылатын массалардың жақындауынан пайда болатын тербеліс периодының өзгеруімен. Гравитациялық тұрақты дүниежүзілік негізгі өлшемдердің арасында маңызды орынға ие. Жарық жылдамдығы, қарапайым элекетрлік заряд, әрекет квантымен қатар ғылыми физикалық теорияның құрылымындағы негізгі элемент. Гравитациялық тұрақтының тәжірибе жүзінде өлшенуі Ньютонның тартылыс заңының жалпыға бірдейлігін дәлелдейді және бұл заң шын мәнінде дүниежүзілік заңға айналады.
Осылайша, Ньютонның тартылыс теориясына қосқан үлесі келесіге алып келеді. Айдың қозғалысын зерттей отырып, ол бүкіл әлемдік тартылыс заңының дұрыс тұжырымдауға келеді (келіп тоқталады). Сонан соң Ньютон бұл заңның алғашқы екі заңмен бірге жер бетіндегі денелердің қозғалысын суреттеуге жеткілікті екенін көрсетеді. Бұнымен Ньютонға Галилей жоспарының негізгі мақсаттарының біріне жету жолына түсті. Ол қозғалыс заңдары мен бүкіл әлемдік тартылыс заңы фундаменталды қағидалар қатарына жататындығын дәлелдейді. Евклидтің аксиомалары сияқты, бұл заңдылықтар басқа физикалық маңызы бар заңдарды алу үшін логикалық негіз ретінде қызмет етеді.
Аспан денелері қозғалысы заңдылығының шығуы қандай салтанат болғанын елестетуге болады. Қатаң дедуктивті ой қорытындылардың тізбегін құрайды, Ньютон, Кеплермен алынған, планеталар қозғалысының барлық үш заңдылықтың алғашқы екі қозғалыс заңынан және бүкіл әлемдік тартылыс заңынан шығатынын көрсетті.
Ньютон заңдарының негізгі құндылығы,оның көптеген әртүрлі аспан, сонымен қатар жер құбылыстарына қолданылатындығында. Сол басқы сандық арақатынастар өзгеруінің ішінде жалпы әмбебап сипаттамаларды іске асырады.
Кеплердің, Галилейдің және Ньютонның еңбектері физикалық зерттеулердің жаңа ғылыми жоспарының басын білдіреді.
Ньютон барлық жаңа негіздеулерді физикалық-математикалық бастауына алып келеді және олардан салдар шығады. Ғылымға Күннің массасын шығару сәті түседі және ол кез-келген планетаны спутниктерімен бірге массасын шығара алды. Бақылаулардан белгілі болған кейбір планеталардың формаларының сфералықтан ауытқуынан Ньютон олардың өз осьтерімен айнала қозғалысының периодын анықтайды. Теңіз тасқыны жердің Күнмен және Аймен гравитациялық тартылысымен байланыстылығы дәлелденеді.
Ньютон, каметалардың эллиптикалық орбиталар арқылы қозғалатындығы болмайды деп айтты. Оның берген ақылы бойынша Эдмоноз Галилей каметалар теориясымен айналысты. Ньютонның теориясын қолданып, Галилей 1758 каметаның Жерге жақын және Рождество қарсаңында өтетіні болжады. Соңғы рет Галилей каметасы жерге 1986 ж. жақындады.
Өзінің ғылымның дамуының заңдылықтары туралы терең ойларында, А.Эйнштейн көңіліп түбегейлі теориялардың трансформациялана алатындығына және нақтырақ, толық біліммен алмаса алатындығына аударады.
Осыған орай ойшылдың аса күрделірек процестер және табиғат мінездемесі туралы ақпаратты бере алатын, Ньютонның классикалық теориясы мен жаңа теориялар туралы пікір аса қызығушылықты туғызады. Эйнштейн: “Кешір мені, Ньютон, сен өз уақытыңда адамға мүмкін ұлы ғылыми шығармашылық ойдың қабілеттілігін және күшінің жалғыз жолын таптың. Сенімен енгізілген ұғымдар (түсініктер), біздің физикалық ойлауымызда негізгі болып қала бермек, алайда біз енді арақатынастарды тереңірек түсінуге тырысатын болсақ, біз бұл ұғымдарды басқалармен алмастыруымыз керек” /10/.
Ньютондық гравитация теориясын жаңа әсер қалдырарлық қорытындылар мен жаңалықтарын барлығы күтті. Мәселе сол кездегі белгісіз планета-Нептунның бар екендігі және оның орналасқан жері туралы таза теориялық болжам туралы болып отыр.
1820 ж. шамасында байқалған Уран (1871 ж. ағылшын астрономы У. Гершель ашқан) планетасының қозғалысындағы түсіндіруге келмейтін ауытқулардың белгілі бір көрінбейтін планета тарапынан гравитациялық тартылыспен шарттасатындығы жөнінде гипотеза алға қойылған.
Екі астроном-жиырма алты жастағы, Кембриджден шыққан математик Джон Коул Адамс (1819-1897) пен француз астрономы Урбен Жан Жозеф Леверье (1811-1877) - бақылаулар деректерін пайдалана отырып және Лаплас пен Лаграптдың жалпы астрономиялық теориясына негізделе отырып, бір бірінен тәуелсіз түрде гипотетикалық планетаның орбитасын есептеп шығарды. Адамс нәтижесінде Нептун атауын алған планетаның массасын, орбитасын және жай-күйін (дәрежесін) есептеп шығарды.
Сол аралықта Леверье математикалық әдіспен бергісіз планетаның дәрежесін орнату арқылы анықтады (қалыптастыруда). Өзінің теориялық нәтижелерін ол неміс астрономы Иоганн Галлеге жіберді. Мәліметтерді Леверьеден алысымен, Галле сол кеште (23 қыркүйек 1846 ж.) телескоп көмегімен көрсетілген аспан нүктесінде жаңа планета-Нептунды тапты. Галле теоретикалық болжамдарды ұстанды. Адамс пен Леверьевтің табысы теория күштері және Ньютонның бүкіл әлемдік тартылыс заңының әмбебап ерекшелігінің түпкілікті дәлелі ретінде қабылданды. Ондай тура жасалған есептеулерге естелік ретінде мынадай сөздер туды: “Нептун планетасы қауырсынның ұшыуымен ашылған”.
Гравитациясының физикалық табиғаты қандай? деген маңызды сұрақ туады. Ньютон оны басқалар зерттейтіндігіне сенімін білдірді. Бұл ұғымды Ньютон математикалық ретінде қарастыруды және тартылыстың физикалық себептерін талқыламады /11/. Бұл шығармада, Ньютон сендіру, нандыру сөздерін қолданды. Ньютон олардың үлкендігі мен физикалық қасиеттері және күштер арасындағы математикалық арақатынасты зерттеймін /12/, деп сендірді. Тартылыс табиғатының жұмбақтылығына қарамастан, Ньютон оның әрекетінің сандық анықтамасын ұсынды.
Көпшілік ғалымдар бүкіл әлемдік тартылыс заңын оң қабылдай қалған жоқ. Мысалы, голландтық физик, механик және математик Христиан Гюйгенс (1629-1695) тартылыс идеясын ойға қонымсыз деп санады, өйткені ол бос кеңістік арқылы берілетін және оның берілу механизмін жоққа шығарды. Көптеген басқа да жаратылыс сынаушылар мен философтар тартылыстың тек таза математикалық сипатталуына қарсы шыққан. Неміс философы және математигі Г.Лейбниц тартылыс заңының математикалық жазбасын тек әншейін есептеу ережесі, ол табиғат заңдылығы аталуына тұрмайды деп санай отырып, Ньютонның гравитация теориясына байланысты еңбектерін сынға алды.
Ньютонның еңбектері адам алдында жаңа әлемдік тәртіп - Ғаламды ашады. Оның мінез-құлқы көп емес математикалық заңдардың санымен түсіндірілді. Олар физикалық қағидалардан шығарылады, сондай-ақ математикалық тілде көрініс табатын. Ньютонның әмбебап үлесі тастың құлауын, мұхит тасқындарын, планета, жұлдыздар қозғалыстарын, каметалардың ұшуын қамтиды. Ньютондық әлем картинасы Табиғаттың математикалық қағидалар негізінде құрылғандығын және табиғаттың ақиқат заңдары математикалық екендігін шешуші дәлеліне байланысты.
Коперниктің, Кеплердің, Галилейдің, Ньютонның еңбектері арқасында көптеген адамдардың буынның армандары орындалды. Бүкіләлемдік тартылыс заңы мыңжылдықтар мен ғасырлар бойы адамдарды қызықтырып мүмкіндіктер туғызды.
Тартылыс жұмбағын белгілі бір мөлшерде А.Эйнштейн шешеді. Оның теориясына сәйкес, материя зат нысанында, сондай-ақ электромагниттік, гравитациялық нысанында болады. Тартылыс күші гравитациялық өріс пен заттың арасындағы қарым-қатынаспен түсіндіріледі. Гравитациялық өріс, электромагниттік сияқты кеңістіктегі бір денеден басқа денелерге жарық жылдамдығымен тарайды. Эйнштейн теориясы гравитациялық толқындардың (тартылыс толқындарының бар боу мүмкіндігін болжайды).
Қазіргі заманғы теория жалпы салыстырмалық теориясы болып табылады. Ол тартылыс құбылыстарының терең түсіндірмесін береді, оларды кеңістік-уақыт қасиеттерімен байланыстырады, Ньютондікінен өзге жаңа тартылыс заңын қалыптастырады. Ньютондық тұжырым гравитациялық өріс әлсіз болған кезде,шекті жағдай ретінде Эйнштейн заңынан бастау алады. Бірақ әлі ешкімге гравитациялық табиғаты мен физикалық шынайылығын табудың сәті түспеді.
Ньютондық “Табиғи философиялық математикалық бастаулары” (1687) ғалымның алтын қорына кіреді. Ағылшындық физик және ғылым тарихшысы Джон Бернал (1901-1971) көрсеткеніндей, кітаптың өзінің дәйектілігі мен физикалық дәлелдерімен кітап ғылым тарихында өзіне жоқ келетіні жоқ. Математикалық тұрғыдан оны тек Евклидтің “Бастауымен” салыстыруға болады. Еңбек, онда көрсетілген әдістердің ары қарай кеңеюінің қайнар көзі ретінде, “Жаңа ғылым Тауратына” айналды. Ньютон “екі философиялық жолмен" жүрмеді, жаңа сандық физика көмегімен” өзінің жеке концепциясын, құбылыстарды түсіндірудің ең тура тәсілі ретінде бекітті /13/.
Әлемнің біркелкі жалпы келбеті механиканың аяқталған жүйесі, табиғаттың барлық құбылыстарын басқаратын заңдар ретінде Ньютонмен жасалып шығарылған.
Ньютонның негізге алатын “Табиғи философиялық математикалық бастаулары” еңбегі ғылымның дамуындағы жаңа дәуірді білдіреді. “Бастаулар” - классикалық атауын алған. ХVІІІ-ХІХ ғғ. физикасының табысты қалыптасқан, берік ірге тас. “Бастауларда” жаңа ұғымдар мен механика аксиоматикасы, жекелей келсек, абсолюттік кеңістік пен абсолюттік уақыт туралы түсінік, жай-күй, масса ұғымы үдеу күшінің пропорционалдығы заңы, бүкіл әлемдік тартылыс заңы бар. Бұл заңның ашылуы Күн жүйесін кинематикалық сипаттаудан құбылыстарды динамикалық түсіндіруге өтуді білдірді. Тек осы ғана Коперник ілімінің жеңісін түпкілікті бекітті. Ньютон бүкіл әлемдік тартылыс күші заңынан Кеплердің 3 заңы бастау алатындығын дәлелдеді; Ай қозғалысының ерекшеліктерін; Жердің прецессиондық қозғалысын (прецессия-Жердің айналу осінің баяу қозғалысы), судың толысуымен қайтуы теориясын түсіндірді.
Ньютон фундаменталды теорияны жасап шығарды. Олар: Ньютондық механика, Ньютондық тартылыс теориясы. Бұл жаратылыстанудың ұлы жетістігі. Олар құбылыстардың кең ауқымын үлкен дәлдікпен сипаттауға мүмкіндік береді, сонымен бірге жұлдыздар шоғырындағы, Галактикадағы табиғи және жасанды аспан денелерінің табиғи және жасанды аспан денелерінің қозғалысын да, Тартылыс теориясы негізінде Нептун планетасының, Сириуса (Сириус-бірінші үлкендіктегі жұлдыз) спутнигінің бар екндігі болжанған және т.б. нәтижесінде дәлелденген болжамдар көп болды. Бұл орасан зор дедуктивті еңбек болды, ол ХІХ ғ. аяғына дейін физикадағы барлық теоретикалық зерттеулердің бағдарламасы ретінде қызмет етті. “Бастауларда” сондай-ақ, жер механикасы мен аспан механикасы біріктірілген. Механика заңдары табиғаттағы барлық процестерді басқарады (реттеуді) деген пікір қалыптаса бастаған. А. Эйнштейн былай атап өтеді: “Ньютон барлық құбылыстар заңдарын түсінуге мүмкіндік беретін табиғат заңдарының жиынтығының негізін қалады. Ньютон бұған кез-келген процестерді өзара әрекет ететін бөлшектер қозғалысына ұластыру арқылы жетуге болады деп санаған. Бұл бағдарлама физика саласындағы өзінің жемістігін дәлелдеді” /14/.
Астрономияда Ньютонның тартылыс заңы ірге тас болып табылады, оның негізінде аспан денелерінің құрылысы мен қозғалысы есептеп шығарылады. Жердің гравитациялық өрісін дәл анықтау оның қыртысы астындағы (гравиметрикалық барлау) массалардың бөлінуін анықтауға мүмкіндік береді.
А.Эйнштейн, И.Ньютонды (экспери менталдық) тәжірибелік зерттеулердің және практикалық құрылысының ойлау жолын көрсеткен жарқын кемеңгер ретінде сипаттайды. Ньютон тек ғажап әдістерді ғана жасап қойған жоқ; ол өз кезеңіндегі барлық белгілі эмперикалық материалдарды білген және математикалық, физикалық дәлелдемелерді табуда аса тапқыр болған. Ол тағдырмен адамзат ақыл-ойының дамуының бұрылу орнына қойылған болатын /15/.
Ньютон әлемнің бірінші ғылыми физикалық келбетін ашып, жасап шығарды. Ол өзінің “Бастаулар” постулаттарында кеңістік пен уақытты абсолютті деп санады. Осындай кеңістік пен уақытты түсінумен оның қашықтықтан әсер ету концепциясы-материяның көмегінсіз, әрекеттің бір денеден екіншісіне бос кеңістік қашықтығында лезде берілуі байланысты. Бұл әлем көрінісінде табиғат бөлшектері қатаң детерминацияға бағынған қарапайым машина ретінде түсінілді. Атомдар мен денелердің арақатынасының бастапқы шарттары бойынша олардың ақырғы жай-күйін кез-келген берілген уақыт мезетінде болжауға мүмкін болады. Мұндай амал әлемнің механикалық келбетіне тән ерекшелігі болды. Ол әлемнің физикалық көрінісінің бірінші тарихи нысаны болды. Әлемнің механикалық көрінісі жалпы ғылыми мәртебесін алып, зерттеуді әр түрлі білім аумақтарына мақсатты бағыттау. В.С.Степин мен Л.Ф.Кузнецов көрсеткеніндей, әлемнің механикалық көрінісін тек физиктерге ғана емес, сонымен қатар ғылымның басқа саласында жұмыс істейтін ғалымдарға бағдар берілгенін көрсетті бұл аймақтардағы зерттеулер стратегиялары әлемнің механикалық көрінісі идеясының тікелей әсер етуімен қалыптасқандығы заңды әрі логикаға сай /16/.
Ньютон “ойлауда революция” жасады. А.Эйнштейннің әділ айтуы бойынша, “Ньютон айқын қалыптастырылған негізді табу сәті түскендердің біріншісі болды, одан математикалық ойлаудың көмегімен құбылыстардың кең аумағын сипаттау тәжірибесімен бірге сандық қиысатын логикалық тұрғыда келу мүмкін болды. Ол шын мәнінде оның механикасының түбегейлі негізі уақыт өте барлық құбылыстарды түсіну кілтін бере алатындығына үміттене алды” /17/.
Ньютонмен жаратылған механика қажетті әмбебаптық қасиетіне ие, уақыт кеңістігінің аса фундаменталды қасиеттерін білдіреді. Бұл әмбебаптылықтың салдары болып Ғаламдағы барлық құбылыстарды санаттау мүмкіндігі және олардың уақыттағы эволюциясы табылады.
Қазіргі заманғы теоретикалық физиканың барлық дамуынан өте отырып, Ньютон механикасы әр уақытта оның дамуының әр кезеңінде қажетті болып отырған. Әйгілі физик А.И.Ахмезер назарын қазіргі заманғы теоретикалық физиканың тәжі болып табылатын, кванттық механиканың негіздеу үшін Ньютонның механикасы абсолютті түрде қажет. Ньютондық теорияның ұлылығы да осында болып табылады /18/.
Ньютонның ғылыми еңбектері ғылымның, әсіресе физиканың даму тарихында ерекше роль атқарды. А.Эйнштейннің айтуы бойынша, Ньютон процестердің табиғаттағы кең класының уақыт бойынша жүрісін жоғары дәлдікпен және толықтылықпен анықтайтын, элементарлы заңдарын қалыптастыруға талпынғандардың біріншісі болды. Ньютон өзінің еңбектерімен жалпы барлық дүниетанымға терең және қатты әсер етті /19/.
И. Ньютонның ғылыми бағдарламасы өзінің ары қарай дамуымен тек механикалық емес, сондай-ақ электрлік, оптикалық және физиологиялық құбылыстарды бір көзқараспен түсіндіруді болжауы, яғни әлемнің әмбебап ғылыми көрінісі болу. Бағыттағы талпыныстар жарықты материяның инертті бөлшектердің тасқыны деп санауды, оның пікірінше, механика заңдарын оптикаға қолдануға мүмкіндік береді. Ньютонмен жасалған; Ньютон механикалық жобаларды химиялық реакцияларды түсіндіруге қолданған. Бұл бағдарламаны жасап шығару 19-20 ғғ. аяғына дейінгі ғылыми эволюцияның мазмұнын құрады, ол оның қиыншылықтарын жою қазіргі кезде жалғасып жатқан, ғылыми революцияға алып келді.
Ньютон өмірінің соңғы жылдарында оның беделі бүкіл Европада танылды. Ньютонның денсаулығы әр уақытта мықты болған, тек өмірінің 80-ші жылы ол тас ауруымен ауыра бастады, одан ол 1727 жылдың 21 наурызға қараған түрі 84 жасында қайтыс болды. Корольдің әмірі бойынша оны салтанатты түрде Вестминтерлік аббаттығында жерледі. (Англиядағы ұлы адамдардың пантеоны).
Ескерткіштегі жазбада былай делінген: “Мұнда ақсүйек ақылды әрі сенімді (табиғатты түсіндіруші), тамаша ақыл-оймен бірінші болып математика шырағымен планеталардың қозғалысын, кометалардың жолдары мен мұхиттардың толысуын дәлелдеген табиғатты түсіндіруші. Адам баласының осындай әшекейі болғандығына ажалдылар қуансын”. Бұл жазба И.Ньютонның өзінің сөздеріне толық жауап береді: “Кемеңгер дегеніміз белгілі бағытта шоғырландырылған ойдың шыдамдылығы”.

8. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ ТУРАЛЫ ІЛІМІНІҢ ТАРИХЫ МЕН ӘДІСНАМАСЫ

Электромагнетизмнің көп қырлы феномені қазіргі заманғы адамның өміріне, оның мәдениеті мен жаңа техногендік құндылықтарының қалыптасуына төңкерістік әсер етеді. Ол ғаламшардың кез-келген нүктесімен ғаламдық (космостық) немесе байланыс жасауға мүмкіндік беріп, адамзаттық қоғамдастықтардың шекараларын әлемдік көлемге дейін кеңейтеді, өмірдің ырғағын тездетіп, оны түбегейлі өзгертеді, көптеген ғылым салаларын жасауға және дамытуға ықпал етеді (мысалға, электроника), қазіргі заманғы компьютерлік және ақпараттық технологияларға негіз болады.

Элетромагнетизмнің тарихы – ғылым тарихының өте тереңде жатқан бөлшегі. Ол табиғи әлемнің іргетасына енуге мүмкіндік беретін астарлы физикалық тәжірибе мен күрделі теориялық құрылымдарды біріктіреді.
Электромагнетизм тарихында негізгі әдіснамалық мәселелер бойынша көптеген ыңғайлар мен талқылаулар белгілі. Біздің міндетіміз, шығу тегін, негізгі кезеңдерін, іргелі идеялар мен түсініктердің қалыптасуы мен дамуын, электромагниттік процестердің классикалық зерттеу әдістерін, электр қуаты мен магнетизмнің сандық-сапалық қатынастарын баяндау. Осы сұрақтарды шешу үшін электромагнетизмнің тарихын терең әрі түбегейлі қарастыру қажет. Осынау жұмбақ құбылысты түсіндірудегі алғашқы әрекеттер адамзат қоғамының көне беттерімен байланысты. Адам тікелей бірқатар табиғаттың құпия құбылыстарын бақылаған, оның ішінде, найзағай, темір заттардың магнитке және темір еместердің үйкелген янтарьға тартылуы янтарьдың қараңғыда жарқырауы және т.б. (“электр қуаты” термині грек тілінен шыққан “янтарь” деген мағына береді). Оларды әр түрлі түсіндіруге тырысқан. Солардың бірі, магнит жан иесі, сондықтан да ол тарту қабілетіне ие деп есептеу.
Рим философы және ақыны Лукрецийдің (б.д.д. І ғ) материалистік ұстанымы назарға алуға тұрарлық. Ол өзінің “заттар табиғаты туралы” /1/ атты поэмасында магнит және магнит өрісі туралы айтып өткен болытын. Философ-ақынның дарынды ойы кейінгі нақты ғылымдардың дамуына табиғаттың құпия құбылыстарын түсінудегі берілген бағыт ретінде болған.
Магнитке деген ерекше қызығушылықты туғызған не? Екі факторды бөлуге болады. Біріншіден, Франция (1209) Пьер де Марикурдің (1301) оңтүстік-италияндық қала Амальфиде Флавио Джойдың /2/ магнитті навигацияда тәжірибелік қолдануы (компостың жасалуы). Бірінші магнитті құрал компостың жасалуы дүниенің бөліктерінің нақты бегіленуіне және бақылауына алып келді. Осындай салыстырмалы түрде айтсақ, қарапайым құрал адамға біздің ғаламшарымыздағы ұлы географиялық ашылулар жасауға көмектесті. Екіншіден, бұл білімге құмарлық. Адам магниттің жаңа, күтпеген, көбінесе түсініксіз жақтарын ашуға және бақыланатын құбылыстардың себептерін табуға, бақыланбайтынды бақыланатын жасауға тырысты.
Бірінші, электр қуаты мен магнетизмнің табиғатына енуге әрекеттенген ағылшын ғалымы, физик, медицина докторы Уильям Гильбет (1540-1603) Кембриджде және Оксфордта білім алған. 29 жасында медицина докторының мантиясын киіп, көп ұзамай физика докторы атанады. Дәрігер ретіндегі тәжірибесі мол табысқа кенеліп, оның атағы сарайға жетеді. Патшайым Елизавета І-дің сарайының дәрігері болды. 1600 ж. өмірден қайтуына 3 жыл қалғанда, 18 жыл бойы еңбек еткен, “Магнит туралы” атты басты жұмысын Лондонда жариялайды. Ол 63 жасында оба ауруынан қайтыс болды /3/.
Гильберттің магнит “философиясымен” айналысуын немен түсіндіруге болады? Мұндағы мәселе, ортағасырлық әдебиет магнетизм құбылыстарын баяндау барысында жаңылу мен ағаттыққа толы еді. Мысалға, фармакопия магнит және темір кені ерекше емдік қасиетке ие деп айтады. Дәрі-дәрмектер осылардың негізінде шөлді қандыруға, бас ауруын басуға, жараларды жазуға, жастықты сақтауға, махаббат сусынымен алмастыруға және т.б. қабілетті. Гильберт “адамнан жоғары күштердің кемеңгері” (Галилей) үшін, негізгі мамандығы медицина болғанымен де, магнит бар өмірінің ісіне айналды. Ғалым медицина докторы, көп мөлшердегі өзінің шығынына қарамастан, екі онжылдық бойы көп тәжірибе жасап, маңызды тұжырымдарға келеді. Гильберт “заттардың жасырын себептерін негіз етіп алған, аздаған тұманды және анық емес тәжірибелер мен пікірлерді арқау етіп, тартылыс туралы” философиялық ой-тұжырымдарды қатаң сынаған. Олар терең қателесуді және соқырлардай адасады /4/.
Ары қарай Гильберт заманауи авторлар “янтарьдың жасырын, құпия, қасиетті себептерімен кереметтері туралы кітаптар” жазды, бірақ оларда тәжірибеге және нақты дәлелдерге сүйенген ешқандай тұжырымдар жоқ. Олар істі одан сайын тұмандандырып сөзбен ғана әрекет етеді, дәлірек айтсақ “жасырын, ғажайып, құпия, қол жетпес, қасиетті. Мұндай философия ешқандай нәтиже бермейді”, - деп түйеді Гильберт.
Гильберт мұндай ыңғайға нені қарсы қояды? Ол алдына мынадай міндет қояды: заттардың жасырын, айқын емес, бақыланбайтын қасиеттеріне ену және оларды ашып, осы құбылыстарды айқын, бақыланатын сезім мүшелерінің қабылдауына тиесілі ету. “Біздің еңбегіміз бен тәжрибелеріміздің арқасынды магнит табиғаты айқындалып, магниттің осындай әсерінің жасырын және қол жетпес себептері айқын, дәлелденетін, түсіндірілетін болды. Сонымен қоса, кез-келген тұман жоғалып, қателесудің түбірлері жойылады; магнит философиясының жаңа негіздері пайда болады” /6/.
Гильберт өзінің ғылыми ізденістерінде жер шарының жобасымен тәжірибе жасайды.
Осы физикалық жобамен қатысты көптеген тәжірибелердің негізінде Гильберт маңызды тұжырымға келді. Жердің өзі үлкен магнит болып табылады. Жердің үлкен магнит туралы жаңа түсініктері жердік магнетизм туралы қазіргі заманғы ғылымның негізі болды.
Гильберттің тәжірибе заттар әлемінің таным негізі болады деген тұжырымы, оның “Магнит туралы” еңбегінде жарияланып, физиканың дамуындағы жаңа дәуірді ашады. Ол тәжірибелерді “философияның нағыз негіздері” деп атап, оны жай ғана бақылау емес, нағыз тәжірибе ретінде түсінеді. Г.Галилейдің атап өткеніндей, магниттік құбылыстар туралы ғылым жаңа бақылаулар және дұрыс, қажетті дәлелдеулердің жолымен үнемі жетілуде болды. Бірақ ғылым электр қуаты және магниттік құбылыстар табиғатын әр түрлі деп есептеген. Сонымен қатар, Гильберттен бастап, электрлік және магниттік процестер ұзақ уақыт бойы бірімен бірі еш байланыссыз, бөлек қарастырылған.
Гильберттің ғылыми ізденістерінің басты маңызы, электрлік және магниттік процестерді қарастыруда ғылыми ыңғайдың негізін салушы болды. Осы негізде ғылым мен техникада маңызды бағыттың дамуы басталады.
Электр қуаты процестерін зерттеудегі келесі кезең кемеңгер неміс философы – тәжірибе жасаушысы Отто фон Герика (1602-1686) есімімен байланысты. Магдебургте дүниеге келген. 1617-1623 жж Лейпцик, Гельмштад, Йен, Лейден университеттерінде білім алған. Құқық, физика, метематика, инженерлік мәселелерді қарастыру. 1646-1648 жж. Магдебург бургомистрі. 1660 ж. ең бірінші электростатикалық машинаны ойлап тапқан. Ол алақаннан электр қуатын алатын, өз өсінде айналатын күкірттен жасалған шар. Бірінші электростатикалық машиналық жасалуы жаңа, осы уақытқа дейін бақыланбаған электр қуатының қасиеті – зарядтың өз өзінен алшақтату әрекетін ашуға негіз болды. Осының нәтижесінде, жанама жолмен электр қуатының тартылыс және тебіліс күштері болғандығының деректері ашылады, олар магниттің тартылысы мен тебілісіне пара-пар.
1745 ж. голландиялық ғалым Лейден университетінің профессоры Питер ван Мушенбрук (1692-1761) – электростатикалық генератормен жүргізген тәжірибелерінде электр конденсаторының бастапқы формасы – лейден банкасын жасап шығарды, осыдан барып электр қуатының жаңа белгісіз қасиеті – жинақталу қабілеті ашылады. Лейден банкасының жасалуы электр қуатын тәжірибеде қолдануға шынайы мүмкіндік береді. Мушенбрук электр разрядының адам ағзасына физиологиялық әсерін ашады, ол түйсіктерде күшті разрядтар ретінде көрінеді. Электр қуатының тағы бір қасиеті адамға қатысты тікелей бақыланатын болды. Осы туралы Мушкенбрук өз хатында француз ғалымы Рене Реомюрге былай деп жазады: Мен электр қуатының күшін қарастырдым. Ол үшін мен өз осінен жылдам айналатын және қолмен үйкелетін шыны шардан электр қуатын алатын, екі көгілдір жібек жіпке темір бағана байладым. Екінші ұшына соңы жартылай су толтырған шыны дөңгелек ыдысқа салынған, онымен оң қолымен ұстап тұрдым, сым салбырап тұрды, сол қолыммен электр бағанасынан шығаруға тырыстым. Бір кезде менің оң қолым қатты соққыға тап болды да, соның әсерінен бүкіл денем дір етті, найзағай ұрғандай әсер қалдырды”. Әрі қарай Мушенбрук қорытынды жасайды: “Мен бұған Франция патшалығының тағын беремін десе де келіспес едім” /7/. Мушенбрук денесі арқылы бірінші конденсатордың тоғы өткен.
Лейден банкасының тәжірибелерінің әсерлі болғаны соншалық оларды салондар мен жәрмеңкелер қайталайтын. Көгілдір электрмен қуаттандырылған адамның мұрнынан, саусақтардан шығатын ұшқын арқылы спирт жақты, тышқандар мен балапандарды өлтірді. Лейден тәжірибесі тек зертеушілер арасында ғана емес, патша сарайында да зор табысқа ие болды. Электр қуатының айтылып өткен ерекшеліктерінің ашылуымен ғалымдар жаңа сұрақтар қоя бастады, оның ішінде, электр заряды қашықтықтан беріле ала ма? Осы міндетті шешу ағылшын физигі Стивен Грейдің (1666-1736) қуатының келесі қасиетін тәжірибелік түрде негіздеуге алып келді: оның қашықтықтан беріле алу қасиеті Грей электр зарядының берілуімен байланысты бірқатар тәжірибелер жасады. 1729 ж. ол электр өткізгіштік құбылысын ашады. Электр қуатының таралуында басты рольді зат ойнайтынын ашуға қол жеткізілді. Сонымен қатар, темір сым арқылы зарядтың берілу жылдамдығы сәттік болып табылады.
Осымен бірге электр қуатының бұрын бақыланбаған жаңа қасиеті – оның таралуының жылдамдығы ашылады. Мысалға, Уильям Ватсон басшылық еткен ағылшын ғалымдарының бір тобы Лейден банкасының разряды процесіндегі сым арқылы берілетін электр қуатының жылдамдығын берілуін өлшеу барысында тәжірибелер жүргізеді. Бұл алғашқы әрекет сәтсіздікке ұшырады, өйткені тізбектегі адамдардың барлығы электр зарядын бір уақытта сезінген болатын. Бір жарқын күні жеті жүз ар-ұятты монахтар бір бірінің қолдарынан ұстап тізбек құрды. Христос біріктірген бауырлар электрлік құпия сұйықтықпен толтырылған ыдыстарды соңғы тұрғындары өздеріне разрядтағанда, баршасы бір адамдай айғайлап, орындарынан секіріп кетті. Бұнда айта кететін қызық жайт, өлшеуіш құрал ретінде физиологиялық түйсіктің қолданылуы.
Бұл мәселе әлі де көп талас, әр түрлі пайымдаулар тудырып, көптеген түбегейлі сараланған тәжірибелерді жүргізуді талап етеді. Француз физигі Шарль Дюфе (1698-1739) электр қуатының екі түрін – шыны және шайырды ашады (1733). Осылайша, екі дене шыны таяқшамен үйкеліп электрленгендер бір-бірінен тебіледі.
Дюфенің пікірінше, электр қуаты объективті шынайылықтың әмбебап қасиеті болып табылады. Бұл тұжырым – осы уақытқа дейін электр қуаты саласыда жасалған тәжірибелік зерттеулердің қорытындысы.
Өзге де электр қуаты құбылыстарының белгісіз тұстары американдық физик Бенджамин (Вениамин) Франклин (1706-1790) зерттеулерінде көрініс береді. Бизнесте, әдебиетте, саясатта табысқа жеткен. 1727 ж. Филадельфияда өзінің баспаханасын ашады, 1747 ж американдық философиялық қоғам құрды. “Электр қуатына тәжірибелер мен бақылаулар” (1752) еңбегінде найзағайдың электр қуатының табиғаты туралы гипотезаны ұсынып, екі бақыланатын құбылыстың қасиетін, ұқсастықтарын дәлелдейтін шешуші тәжірибелер жасайды, олар:
Ол найзағай кезінде алынатын электр қуаты, шыны шардың әсерінен болатын қуатқа пара-пар. Сондықтан да, найзағай бұл қуатты электр разряды, ал оның электр қуаты, үйкелістен шығатын машинанікіндей.
Франклиннің жердегі және атмосфераның электр қуатын теңестіретін себебі, ол құбылыстарды абстрактілі емес тәжірибелік түрде қарастырудан. Ғалым электр қуатының мөлшерін өлшеуге болатын мүмкіндігін қояды. Электрлік қозғалыс жылдамдығы қандай? Және былай жауап қайтарады: “Электрлік от, ешқандай белгілі уақытты қажет етпей бір сәтте таралады” /8/. Тәжірибелік мәліметтерге сүйене отырып, ол мынадай тұжырымға келеді, электр қуатының таралу жылдамдығы әзірше бақыланбайтын және өлшенбейтін құбылыс болып отыр.
Теорияға енгізілген алысқа әсер ету принципі электр қуатының берілу жылдамдығын шынымен анықтауда нәтижелі идея болмады. Бұл принцип бойынша, бұл жылдамдықты қарастырудың қажеті жоқ, себебі, сәттік болғандықтан, өлшене алмайды.
Франклин теориясына сәйкес, электр қуаты ерекше нәзік сұйықтық болып табылады. Ол барлық денелерден өтеді. Әрбір бейтарап денеде нақты көлемде “электрлік сұйықтық” болады. Егер де денеде қандай да бір себептермен олардың артығы пайда болса, дене – оң нәтижелі, ал жеткіліксіз болған жағдайда – теріс. Осы теорияда алғаш рет электр қуатының оң және теріс болатындығы түсінігі енгізілді және “+” және “-” болып белгіленеді.
Электр қуатының (әрқалай формада) сандық сипатын өлшеу мәселесіне электроскопты жасаушы – Дюфе, Франклин ден қойған. Айтылып өткен нәрсеге одан да көп қатысы болған орыс физигі Георг Вильгельм Рихман (1711-1755). Ол тарихта бірінші болып электр қуатын өлшеуші құрал, көрсеткіш немесе таразы жасап шығарады. Рихман былай деп жазады: “Сызғыш және жіптің астына біршама қашықтықта бекіттім, ол қандай жағдайда болмасын электрленбейтіндей және электрленбеген жіп нольдік градусына бағыттап қойдым. Міне осы сызғыш пен жіп және ағаш маған электр қуатының көп немесе аз мөлшерде екендігін көрсету үшін қызметке жарады”.
Демек, тікелей бақыланатын қасиет – электр қуатының жинақталу қабілеті, алдымен бақыланатын қасиет болды. Содан кейін бұл қасиетті тәжірибелік құралдар арқылы, оның сандық сипатын өлшеуге дейін арнайы қондырғылармен қарастыра бастайды.
Электростатиканың және магнитостиканың негізгі заңын ашуда зор үлес қосқан француз физигі және әскери инженері Шарль Огюстен Кулон (1736-1806).
Ол денелердің әлсіз өзара әрекетін өлшеу үшін өте сезімтал әмбебап құрал – айналдыратын таразы құрастырады және екі ерекше тәжірибелер жасайды. Зарядтары бірдей заттар алынып, тебілген. Градустық өлшем бойынша шариктің ауытқу бұрышы назарға алынып, екі шарик арасындағы күш тікелей өлшенген (бір градустық бұрышқа шамамен 10..Н күш сәйкес келген).
Біршама күрделі сипаттағы көптеген тәжірибелерде шариктер арасындағы қашықтықты азайту арқылы сымның айналдыру күші төрт есеге көбейген екі дененің өзара әрекетін тікелей өлшеу Кулонға эмпирикалық заңдылықты қалыптастыруға мүмкіндік жасайды. Ғалым оны “электр қуатының іргелі заңы” деп атайды: “Бір текті электр қуатымен қуаттандырылған екі кішкентай шариктің тебілу күштері, екі шариктің орталықтары арасындағы қашықтықтың квадраты кері пропорционалды” /10/.
Кулонның тәжірибелері – физикалық эксперимент тарихындағы қызық беттер болып табылады. Олардың дәстүрлі еместігі, жіптерді айналдыру зерттеулерінің нәтижелері электр қуат және магниттік процестерді қарастыру саласында көптеген тәжірибелерде қолданылуында. Содан кейін Кулон басты міндетті шешуге көшеді: зарядтардың өзара әрекеттесу заңын тату. Түбегейлі қарастырылған қосымша зерттеулер жүргізіледі. Бұрын белгілі болмаған, бақыланбаған қабілеттер ашылады. Тәжірибеде дәлелденгендей: статикалық алып жүргізушінің сыртқы бетінде таралады, оның тығыздығы жоғарғы жағының тығыздығына байланысты, бірдей радиусты шариктер өзара әрекетескенде заряд бірдей таралады.
Терең заңдылықты ашу үшін тәжірибелік деректер жеткіліксіз, теориялық алғышарттар да қажет екендігін Кулон түсінеді. Зерттеуші екі түрлі электр сұйықтықтары туралы гипотезаны қабылдайды, олар оң және теріс.
1785 ж. Кулон мынадай тұжырымға келеді. Шариктердің өзара әрекеті заңы зарядтардың өзара әрекеті заңына тепе-тең. Тәжірибе мәліметтерінің экстрополяциясы және электр сұйықтықтары туралы гипотеза электростатиканың негізгі сандық заңының құрылымына алып келеді, тәжірибедегі өлшенетін зарядтардың көмегімен сипатталатын: олардың екі нүктелі зарядтардың өзара әрекетесу күші пропорционалды q1 және q2 және олардың арасындағы арақашықтық r квадратына кері пропорционалды. Ол егер белгілер әр түрлі болса, тартылыс күші белгілер бірдей болса, тербеліс күші болды:
F=k (q1*q2)/r2,
мұнда q1 және q2 - өзара әрекетесуші зарядтар, r - зарядтардың орталықтары арасындағы қашықтық; k – сандық коэффицент, (кейін Фарадей ашқан) табиғи ортаға тәуелді.
Сонымен, айналдыратын таразымен жасалған тәжірибелер физикаға механикада қолданылатын, өлшемі арқылы электр зарядының бірліктерін анықтайтын маңызды әдісті берді. Электрлік өлшемдердің бірінші объектісі зарядтың өлшемі болып табылады.
Зарядтартың өзара әрекеті заңының табиғаттың іргетасы заңы ретінде ашылуы электр қуаты туралы іліміді сандық негізге қояды, ол электр қуатының құбылыстарын математикалық талдауға және электр қуаты мен магнетизмнің математикалық теорияларын құруға жол ашады. Кулонның жұмыстары кезеңі электр қуаты туралы ғылымның дамуындағы жаңа дәуірдің басы болды деп бүгінгі күні айтуға болар. Мысалға, жиырма бес жылдан кейін (1811) француз математигі және физигі Симеон Дени Пуассон (1771-1840) электростатикада потнциалдық математикалық теориясын қолданды.
Тағы да бір атап өтетін нәрсе, ағылшын физигі Генри Кавендиш (1731-1810) 1771-73 жж. өзінде-ақ электр қуатының өзара әрекеттесу күші, зарядтардың арасындағы қашықтық квадратына пропорционалды деген тұжырымға келген (электр қуатының өзара әрекет заңын 1785 ж. Кулон ашқан). Кавендиш өз дәуірінен озық кетті. Кавендиш жаңашылдығының мәні нақты тәжірибелер мен өлшеулер жүргізгендігінде. Олар қазіргі заманғы физикалық тәжірибелерге өте жақын. Алайда, өкінішке орай, замандастары, оның зерттеулері туралы білген жоқ. Кавендиштің “Электр қуатының зерттеушілері” атты еңбегі тек 1879 ж. ғана Джеймс Максвеллдің әрекеттерінің арқасында жарық көрді.
Кулонның тәжірибелері анағұрлым дәстүрлі және “инженерлік” нақтылықпен сипатталады. Олар Жаңа Заманның тәжірибелік физикасының бірінші кезеңінің аяқталғанын білдіреді. Кавендиш тәжірибелері оның дамуындағы жаңа кезеңнің басталуын көрсетеді.
Осы зерттеудің нақты тәжірибелері туралы сұрақ қызығушылық тудырады. Кулон тәжірибелердің дәлдігін қажет етпейтін, қолданбалы мәселелерді шешуге ұмтылады. Кавендиш негізінен оларды қарастыру үшін максималды дәлдікке жетуді талап ететін, физикалық түбегейлі мәселелерді бағытқа алады. Ол тіпті ең жетілген болса да, бір ғана тәжірибе қандай да тұжырымды нақты дәлдікпен дәлелдей алмайды.
Кавендиш пен Кулонның көзқарастарына назар аударатын болсақ, бұл жерде нақты, біржақты тұжырымдар шығаруға болмайды. Кавендиштің “кері квадраттарды” тексеру әдісі қазіргі заманғы ғылымда қолданылады. Бірақ ол қате унитарлы теорияны ұстанған. Кулонға қатысты айтатын болсақ, оның тәсілі электр қуатына қатысты тәжірибелерде қолданылмайды. Алайда, ол екі түрлі зарядтар туралы идеяны құптаған.
Атап өтетін жайт, электростатиканың табыстары елеулі деңгейде тәжірибелік өлшеу құралдарын жетілдіруімен анықталған: анғұрлым күшті электростатикалық машиналарды /ойлап шығару/ және анағұрлым нақты электр өлшеуіштерді вольттік бағана – ең бірінші тұрақты тоқтың қайнар көзінің құрылуы. Бұлардың барлығы электр қуатының тікелей және жанама бақыланатын көріністері сандық тұрғыдан өлшеуге мүмкіндігін береді. ХҮІІІ ғ. екінші жартысында зерттеушілер, осыған дейін белгілі болмаған электр қуатының жаңа қасиеті – ақтық өтетіндігіне назар аударады. Осы құбылысты қарастыру мынадай факторлармен шартталады:

1. 
   адамның білім құмарлығы
   
2. 
   медицинада электр қуатын тәжірибелік қолдану қажеттілігі
   
3. 
   тәжірибелік техниканың жетілу деңгейі
   
4. 
   ғылымның өзінің даму логикасы.
   

Алессандро Вольт (1745-1827) – италияндық физик, химик, физиолог, 1799 ж. вольт бағанасы - гальвандық (электр) тогының ұзақ мерзімді қайнар көзін құрастырды. Тоқ әр түрлі кластағы екі темір сымдардың өзара әрекеті нәтижесінде пайда болады. Ғалымның ойынша, бұл жерде біз қандайда бір әмбебап құбылысты байқаймыз. Тоқтың ашылуы және оның “айналысы” (циркуляциясы) өткізгіштердің тұйықталған тізбегінде, олар Вольттың тәжірибесінде әзірге сандық бағалауға ие болды. Бірақ та, осы уақыттан бастап, тоқ физикьер зерттеушілердің басты объектісіне айналды.
Вольттың ең бірінші электр генераторы вольттік бағананы жасап шығаруы, электр қуаты туралы ілімнің дамуына ғана емес, жалпы адамзат мәдениетінің дамуына зор ықпал етті. Бірінші вольттік бағананы құрастыру ғалымды мынадай қорытындыға алып келуі темірлердің қарым-қатынасы электр тудырады. Табиғаттың түбегейлі қасиеттердің бірі ашылды. Физика тарихшысы В.М. Дуков атап өткендей: “Вольт электр қуатының теориясына маңызды түсінік енгізеді: оң және теріс электр қуатын ажыратқанда пайда болады.
Электр қуатының жаңа көзі физиктер мен химиктердің жоғары бағасына ие болды. Ағылшындар, дәрігер А. Карлейль және инженер, ғылыми журналды шығарушы В. Никольсон электр қуатының химиялық әсерін ашты. Су арқылы гальван тоғы өзгергенде, ол сутегі мен оттегіне бөлінеді. Ағылшын тәжірибешісі Гемфри Дэви (1778-1829) – электр қуатының жаңа генераторының көмегімен, осылайша, электрохимия ғылымын дүниеге әкелді.
Орыс физигі және электрохимигі, петербургтег медицина-хирургия академиясы Василий Владимирович Петров (1761-1834) 1802 ж. 4200… үлкен гальвандық тоқтың қайнар көзі ретінде зерттеу арқылы әлемдік маңызы бар ашылыс жасаған. Қуатты вольттік бағанамен байланысқан екі бұрыштық таяқшаларды жақындастырып, В.В. Петров алғаш рет электр жарығының пайда болуын тәжірибелік жолмен бақылайды /12/. Осылайша электр қуатының жарыққа айналылуы ашылды. Тәжірибелік жолмен электр қуатының жанама бақыланатын эмпирикалық қасиеті жарық айқындалды. Сонымен қоса, бұл қасиет сезім мүшелерімен тікелей бақыланады. Алайда, В.В. Петровтың тәжірибелері барша әлемге мәлім болмады. 1812 ж. Г. Дэви электр доғасын мүлдем жаңа құбылыс ретінде ашты.
Белгілі болғандай Гильберт электрлік және магниттік құбылсытардың түбегейлі өзгешеліктері туралы тұжырымға келеді. Ұзақ уақыт бойы олар бір бірінен ерекше және бөлек, ешқандай байланассыз қарастырылды.
Сонымен қатар, электромагнитизмді электр және магниттік қасиеттердің арасындағы айырылмас байланысты анықтайтын, құбылстардың тұтастығы ретінде қарастыруда, өзге де ыңғай қалыптаса бастайды.
Дат физигі Галс Хрисиан Эрстед (1777-1851) электр қуаты өзінің “жасырын” бақыланбайтын күйінде магнитке әсер ете алады деген болжам айтады. 1820 ж. ол бірқатар зерттеулер жүргізіп, мыналарды көрсетеді, “бұл тәжірибелерден шығатын негізгі тұжырым, магнит бағдары өзінің тепе-теңдік күйінен вольттік аппараттың әсері болғанда ауытқиды, бұл әсер шеңбер тұйықталса пайда болып, ашылған кезде пайда болмайды” /13/.
Сонымен, элекр тоғы магнит бағдарының ауытқуын тудырады. Электр қуат мен магнитизмнің байланысы бақыланатын болды. Мұнымен қоса “электрлік қақтығыс сынмен шектелмей, осы сымның айналасында ауқымды белсенді аумақты қамтыйтындығы” айқындалды /14/.
Эрстед жаңалығының маңызы қандай?
1. Электр қуаты мен магнитизмнің бақыланатын байланысы шынайы және осы уақытқа дейін әр түрлі деп есептеліп келген табиғат құблыстарының біртұтастығын көрсетеді.
2. Электр тоғы өткізгіштен тыс белсенді аумаққа ие, ол “өткізгіштің айналасында құйын тудырады” және орта ашылады.
3. Жаңалық мүлдем жаңа құбылысты зерттеуге түрткі болды. Ол электромагнитизмнің негізі болып, электродинамиканың қалыптасуын жол ашты.
Француз ғалымы Домнлик Франсуа Араго (1786-1853) ойынша, көп талас тудырған сұрақтың шешімі табылды. Эрстед тәжірибесін көрсету барысында, қатысып отырғандардың бірі қатты толқығанынан атақты сөз тіркесін айтты: “Мырзалар, төңкеріс болып жатыр”. Нәтижелерін басшылыққа алып; электр қуаты және магнитизмнің дамуы жаңа сапалық деңгейге өтті: бұл жерде нақты сандық өлшеу әдістерінің қалыптасуы туралы сөз болып отыр: электромагнитизм саласына математикалық әдістер; ең бірінші матеметикалық саралау енеді.
Эрстедтің қозғалушы электр қуатымен болған тәжірибелері француз физигі, математигі Андрес Мари Ампердің (1775-1836) назарын аударды. Ол электрлік магниттік құбылыстарды теориялық тұрғыда байланыстыратын ғылым – электродинамикалық негізін қалаушы. Қырық жылдан кейін электродинамика Д. Максвелді электромагниттік өріс теориясының құрамдас бөлігі болды. Соңғысы жалпы электромагниттік әлеміміздің бағдаршысы болып қалыптасты. Алепер магниттік құбылыстар электр тоқтарының өзара әсерлері арқылы анықталады деген гипотеза ұсынды. Соңғылары тартылыс және тебіліс тудырады, яғни “магниттік қасиеттері электр тоқтарының әрекеттееріне байланысты” /15/. Мұндай гипотеза тәжірибелік негіздеу мен дәлелдеуді қажет етеді. Осы мақсатта арнайы құралдар жабдықтап, тәжірибелер жасайды. Ампердің жаңалығы мынада “екі параллель өткізгіштер олардың бойымен бір бағытта тоқ өткізгенде тартылады да, ал тоқтар қарсы бағытта болғанда тебіледі” /16/. Тәжірибелердің нәтижелерін және теориялық пайымдауларын Ампер 1820 ж. 18 қыркүйекте Париждің ғылым академиясында жасалған баяндамасында қысқаша айтып өтеді. Негізгі тұжырым былайша құрылады: барлық магниттік құбылыстарды таза электрлік әсерлерге жатқызуға болады.
Ампер электр тоғының табиғаты туралы сұраққа назар аударып, сұрақты былайша қояды “магнитте электр тоқтары қандай түрде болады?” /17/. 1821 ж. жасалған тәжірибеде жанама жолмен “электр тоқтары магниттерге әрбір жеке бөлшек маңында болады” деегенді дәлелдейді /18/.
Ампердің молекулярлы тоқтары – бұлар заттың атомдары құралатын, қозғалатын электрондар және ядролар /19/.
Электр қуатының қозғалмалы және статистикалық қасиеттерін қарастыру арқылы, ғылым статика мен электродинамиканы бөліп алады, ол негізгі түсініктерді анықтауға және таныстыруға мүмкіндік береді. Ол бірінші рет “тоқ”, “тұйықталған тізбек”, “өткізгіштегі электр тоғының бағыты” түсініктеріне нақты анықтама береді.
Ампердің теориясы И. Ньютонның “бастамасы” негізінде дүниеге келді. Бұл Д. Максвеллге француз ғалымын “Электр қуатының Ньютоны” деген атақ беруге құқықты етеді. Ампердің электродинамикасы электромагниттік өзара әсерлердің сәттік берілу туралы негізделеді және алыс әсерлі теорияларға қатысты болды. Максвеллге электромагниттік процестердің бірізді теориясын жасау мүмкін болды. Оның негізінде өріс туралы идея және алыс әсерліктен бас тарту жатады. Ампер электродинамикасының тарихи маңызы, бірнеше онжылдықтар бойындағы электромагниттік құбылыстар теориясының бағдарламасын құру ретінде болды.
Эрстедтің және Ампердің тәжірибелік және теориялық жаңалықтары электрмагнитизмнің сандық және саналық заңдылықтарын арықарай дамытуға алғышарт жасады. Сондықтан да, тұрақты электр тоғының тізбегіндегі негізгі ішкі заңдылықтарды ашу қажеттілігі туды. Бұл мәселені табысты шешкен неміс физигі Георг Симон Ом (1787-1854). 1811 ж. Г.С. Ом философия докторы дәрежесін алады. Әр түрлі гимназияларда математика мен физиканы оқытады. 1820 ж. Эрстед жаңалықтарының әсерімен болуы керек, электрмагнитизм саласында жеке тәжірибелер жүргізе батады. 1826 ж. тәжірибелік жолмен электр тізбегінің негізгі сандық заңын ашады, үш физикалық өлшемдерді байланыстырады: тізбектегі потенциялардың әр түрлілігі – И, электр қарсылығы – R, тоқ күші –J.
Заңның математикалық жасалуы: J=U/R өзінің негізгі еңбегі “Математикалық өңделген гальвандық тізбекте” Ом теориялық тұрғыда кең көлемдгі деректердің заңдардың эмпирикалық массивін біріктіреді және электр тізбегінің теориясы жасады (1827).
Электр тоғы және жылудың таралу ұқсастықтарынан, француз математигі Жан Фурьенің (1768-1803) жылу өткізгіштік теориясының негізінде, “Жылудың саралау теориясы” атты монографиясында баяндалған. Ом өзінің басталуы пайымдауларының дұрыстығына көз жеткізеді. Алғаш рет “электр тоғының төмендігі”, “тоқ күші”,
“электр өткізгіштік” түсініктеріне нақты анықтама беріледі. Сезімдік бақыланатын бейнелерді қолдана отырып, Ом тоқты ағыстағы суға теңеді. Ағыс қатты болған сайын, деңгейлердің ауытқуы көбірек болып, жол еркінірек ашылады. Тоқ та осыған ұқсас: батареялық электроқоздырғыш күші неғұрлым көп болса, тоқ жолында кедергі аз болады, соғұрлым тоқ күші көбейеді. Ғалым мынадай тұжырымға келеді, электр тоғы және жылулық құбылыстарының өткізгіштегі ұқсастықтарынан, осы екі табиғи процестердің ішкі байланысы бар деген тұжырымға келуге болады. Ом заңы ең бірінші электр тоғының сандық заңы.
Бұл заңды алғаш рет тиімді керек-жарақ ретінде орыс физиктері Эмилий Христианович Ленц (18004-0865) және Борис Семинович Якоби (1801-1874) қолданған. Олар бірге электр машиналарындағы электромагнитті есептеу әдістерін жасады. 1833 ж. Э.Х. Ленц индукциясының электр қозғаушы күшінің бағытын анықтау ережесін жасап, 1842 ж. – электр тоғының жылулық әсерінің заңы.
Ом зңын тексеру ХІХ ғ. бойы жалғасады. 1876 ж. Британ ассоциациясының арнайы … Д. Максвелл ұсынған әдіс бойынша оның нақты тексеруін жүзеге асырды. 1881 ж. Парижде электротехникалық съезде ғалымдар бірауыздан қарсылық бірлігі етіп 1 Омды қабылдады. Бұл дерек - әріптестерінің сыйлауы, зерттеушінің табыстарын халықаралық құрметтеу.
Сонымен, мынадай тұжырым жасауға болады, көптеген ғасырлар бойы, бір-бірлеп қадам жасай отырып, электр қуаты және магнитизмнің жаңа-жаңа қасиетттерін ашу жолымен келеді. Электрмагнитизмнің табиғатының көпқырлы феноменіне қол жеткізуде табысты әрекет жасалды: түсініктер қалыптасты, гипотезалар шығады, теория жасалып, әлі жетілмеген құрылғылар мен құралдар дүниеге келуі. Таным қозғалысы сапалықтан сандық сипаттамаға ауысады. Физикалық ойлау электромагнитизм саласында жаңа ашылуларға даярланды. Электромагниттерді зертеудің тұтастай дәуірі ұлы ойшыл Майкл Фарадейдің есімімен байланысты.

жүктеу/скачать 0,76 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: