Приветствую всех!
Сегодня у нас тема фундаментального явления, без которого люди техногенного мира уже не мыслят своего существования - электричество. Я бы эту статью назвала большей частью физико-исторической.
Слово «электричество» происходит от древнегреческого означающего «янтарь». Ещё в Древней Греции шестого века древнегреческий философ и математик Фалес Милетский заметил, что если потереть янтарь о ткань (особенно шерстяную или шёлковую) то он будет притягивать лёгкие предметы – волоски и пушинки. Это было знакомое всем нам статическое электричество. Фалес традиционно считается основоположником древнегреческой мысли и отцом философии. В античной традиции открывал список мудрецов заложивших основы греческой культуры и государственности. Помимо первого математика и первого философа некоторые называют его первым западным учёным и отцом науки. Основатель первой древнегреческой научно-философской школы, с открытий которой начинается история европейской науки — космогонии и космологии, физики, географии, метеорологии, астрономии, биологии и математики. Он сделал многочисленные открытия в области астрономии и математике, предсказал солнечное затмение в мае 585-того года до нашей эры, вычислил время равноденствия и солнцестояния и выдвинул гипотезу о том, что сияние Луны является отражением солнечного света. Учение о природе звёзд стало революционным для тех времён, и многие его гипотезы легли в основу современного математического метода изучения звёзд и планет. Ему принадлежит утверждение, что первоосновой всего живого на Земле является вода. К сожалению, не сохранилось ни одно из сочинений Фалеса, но историки выяснили, что он написал две научные работы: «О равноденствиях» и «О солнцеворотах». Кроме научной работы увлекался поэзией и сочинил около двухсот стихотворений.
Этимология названия «янтарь» не известна до конца, но от него образовалось слово «электрический». Одно из первых названий янтаря происходило с греческого языка „elektron” и означало «происходящий от солнца» а также «камень, который притягивает». Филологи удивляются тому, что на древнем египетском название янтаря „sakal” имело очень похожее звучание с литовским словом «sakas» переводится как «смола». В древнерусский язык слово «янтарь» пришло в начале 16-того века. Являясь диэлектриком, янтарь не пропускает электрический ток, не намагничивается, но электризуется и продолжительное время сохраняет отрицательные электрические заряды. Если поднести наэлектризованный образец к мелко нарезанной бумаге, пуху или перьям, соломинке или волосам, то они притянутся. Такое происходит только с натуральным природным янтарём, искусственный не электризуется. Некоторые виды пластмасс также электризуются, но у них этот эффект выражен слабее. Диэлектрик (изолятор) — вещество или материал относительно плохо проводящее электрический ток. К диэлектрикам относятся различные газы, жидкости, масла, стёкла, смолы и пластмассы. Термин введён в науку Майклом Фарадеем, о котором я тоже позже расскажу подобнее.
Янтарь по-гречески называют "электрум"— окаменевшая ископаемая древесная смола, затвердевшая живица древнейших хвойных деревьев позднего мела и палеогена, изучается геологами, палеонтологами и геохимиками. Поскольку это минералоид, он не имеет кристаллической решётки, его структура аморфная и плохо проводит электрический ток. Иногда его называют минералом органического происхождения, который представляет собой застывшую смолу деревьев, преимущественно хвойных пород. Но на самом деле он относится к ископаемым смолам, а говоря современным языком - полимер органического происхождения. Хотя он не минерал этот камень отнесён к полудрагоценным самоцветам. Он имеет сложный химический состав и содержит много полезных веществ. Уникальные свойства янтаря, такие как теплота и прозрачность, отличают его от других смол. Смолу, которую называют янтарем, получают из высохших остатков древних деревьев. Сосны словно плачут янтарными капельками живицы. Способность сосен выделять смолу является способом защиты деревьев от неблагоприятного воздействия окружающей среды. Как наша лимфа, которая вытекая, заживляет ранку, так и эта выделившаяся вязкая и липкая смола затягивает порезы дерева, подобно клею, который высыхая, затвердевает на воздухе. Даже при сборе, например берёзового сока, не следует делать сильный порез, чтоб дерево могло восстановиться, без заражения насекомых и ни сгнить, ни усохнуть. Но в отличие от сока деревьев смола более густая и опасна для употребления внутрь. Янтарь, образовавшийся впоследствии из этой смолы, имеет слоисто-натечную форму. К примеру, жёлтый янтарь - это твердая ископаемая смола вечнозеленых деревьев и, несмотря на название, он может быть полупрозрачным. Цвет варьируется в зависимости от породы дерева, вкраплений пузырьков воздуха и присутствия других минералов и веществ. Он может быть коричневым, вишнёвым или даже синим. Жёлтые и оранжевые камни имеют самую богатую гамму оттенков – медовый, коньячный и золотистый, они также являются самыми популярными цветами янтаря и чаще всего используются в производстве ювелирных украшений. Специалисты насчитывают около 350-ти его оттенков. Жёлтый и его оттенки - от практически прозрачного жёлтого до ярко-оранжевого цвета. Красный - от алого до тёмно-вишнёвого, самый ценный цвет в этой гамме — кроваво-красный, подобный рубину. Зелёный весьма редкий оттенок для янтаря - такие камни сформировались в особых условиях: тёплый и влажный климат, заболоченная местность, обилие разлагающихся листьев, травы и прочих растений. Голубые очень редкие и драгоценные экземпляры, имеют интересный оптический эффект который и даёт голубые оттенки. Белый изначально должен был быть жёлтым, но под воздействием миллиардов маленьких пузырьков воздуха, которые попадали в незастывшую смолу, приобрёл молочно-белый с небольшим желтоватым оттенком цвет. Поскольку янтарь бывает разных цветов, его используют в основном для изготовления бижутерии, ювелирных и галантерейных изделий. В силу того, что природного янтаря становится всё меньше, а для формирования требуются сотни лет, в последнее время он очень сильно возрос в цене, особенно чистый прозрачный или с красивыми вкраплениями ровных пузырьков. Сегодня насчитывается более 200-сот месторождений, основная масса которых сосредоточена в Европе, другие в Северо-Американском, Южно-Американском, Азиатском и Австралийско-Новозеландском регионах. Месторождения янтаря обнаружены на территории США, Мексики, Румынии, Украины и Республики Беларусь. На территории России янтарь встречается на северном побережье Ледовитого океана, на Урале, Таймыре, Печоре, Камчатке и Южном Сахалине. Один из самых крупных заводов по добыче и переработке самоцвета расположен в Калининградской области, на побережье Балтийского моря. В 2023-ем году в Национальном музее моей Кабардино-Балкарской Республики была представлена выставка «Янтарный берег России» организованная Калининградским музеем янтаря. В лабораторных условиях можно создать и искусственный янтарь. В результате получается материал, сходный по свойствам с натуральным янтарём (температура плавления, плотность, высокий блеск после полировки) но полученный в лаборатории, не имеет права именоваться натуральным. Его используют в качестве термостойких покрытий, композиционных материалов и формованных изделий.
Ещё существует прессованный янтарь - амброид, который производят из расплавленной натуральной янтарной крошки. Слово «амброид» происходит от названия янтаря в европейских языках и обозначает камень, полученный из янтарного порошка путём обработки. Эту прессованную имитацию природного камня получают путём горячего прессования, измельчённого в порошок натурального янтаря под воздействием температуры и давления. Процесс плавления производится при температурах от 140-ка до 250-сяти С. Амброид выглядит как настоящий природный янтарь и обладает всеми присущими ему свойствами. Чтобы отличить его от природного, необходимо присмотреться к скоплениям воздуха внутри. В натуральных камнях нет вытянутых пузырьков, а только ровной сферической формы. Из амброида изготовляют приборы, посуду, инструменты для медицинских нужд, а также используют в электротехнической и ювелирной промышленности. История его возникновения восходит к древнейшим временам. Римляне придумавшие проваривать янтарь в мёде для придания ему более густого цвета предпринимали опыты по прессовке размягчённых мелких осколков, но результаты их не удовлетворили, и попытки прекратились. Больших успехов добились средневековые арабы. А наступление Нового времени по наши дни дало всплеск пользовательского интереса к недорогим украшениям из янтаря.
Немецкий скульптор и архитектор Андреас Шлютер с 1699-того года занимал должность главного архитектора прусского королевского двора. В процессе перестройки Большого королевского дворца в столице Германии - Берлине он решил использовать для отделки интерьера преимущественно янтарь никогда прежде для этих целей не применявшийся. Андреас считается автором первоначального проекта Янтарной комнаты, которая сперва называлась Янтарный кабинет. Собранная в 1746-том году Янтарная комната стала служить для официальных приёмов. Комната была расположена на площади ста квадратных метров, а сорок КВ. М. янтаря разместились среди зеркал, большой кабинет состоял из янтарных панелей, украшений и панно. Таким образом созданная немецкими мастерами для прусского короля Фридриха Первого, затем подарена Романову Петру Алексеевичу (Пётр Первый Великий) считалась жемчужиной летней резиденции российских императоров в Царском Селе. В начале войны музейные ценности из Екатерининского дворца были вывезены в Новосибирск, но Янтарную комнату решили не трогать из-за её хрупкости. Затем по ходу военных действий дворец оказался на оккупированных территориях, и комната была вывезена немецкими войсками. А дальше этот шедевр искусства 18-того века бесследно исчез во время Великой Отечественной войны. В 1979-том году было принято решение о создании реконструированной Янтарной комнаты в Екатерининском дворце в городе Пушкине. После десятилетий работы русских мастеров и пожертвований из Германии она была завершена и открыта в 2003-ем году.
Индоевропейское слово «живица» означает «исцелять» поскольку она заживляет рану дерева. Это смолистая густая смесь смоляных кислот, выделяющаяся из разрезов на деревьях при повреждениях ствола застывая при выходе на поверхность, предохраняет древесину от проникновения грибов, короедов и патогенных организмов. Она вырабатывается хвойными деревьями, заполняет полости смоляных ходов, образующих единую сеть в древесине, находится в них под давлением и восстанавливает растение. Живицу добывают нанесением надрезов на ствол очищенного от коры дерева и собирают в специальные приёмники. Используется как сырьё для получения скипидара в результате её перегонки. Применяется для изготовления мыла, лаков, красок и производства бумаги.
Смола — собирательное название аморфных веществ, относительно твёрдых при нормальных условиях и размягчающихся или теряющих форму при нагревании. В ботаническом смысле — это липкий, пахучий, твердеющий на воздухе сок, выделяемый хвойными и некоторыми другими растениями. Также это жидкий или полужидкий продукт сухой перегонки древесины обычно чёрного цвета. А в разговорной речи иногда это выражение используют для обозначения навязчивого, назойливого человека. Различные виды смол и продуктов их переработки используются для проклейки бумаги, в современной фармацевтике и медицине, в мыловарении и парфюмерии, в сельском хозяйстве и дорожном строительстве, в производстве клеёв, пластмасс, лакокрасочных изделий, герметиков и других материалов.
За свой блестящий цвет (от золотисто-жёлтого до серебряно-белого) янтарём ещё называют минерал, разновидность самородного золота – злектрум. Этот природный сплав золота с серебром содержит в себе 15–50% серебра и имеет прямо-таки янтарный цвет. В природе встречается в виде зернистых масс или жидких и ковких пластинчатых образований. Добывается вместе с другими разновидностями золота или изготавливается искусственно. Электрум использовался с третьего тысячелетия до нашей эры в Древнем царстве Египта для покрытия обелисков и верхушек пирамид. Около 685-того года до нашей эры во времена правления царя Ардиса II в стране Малой Азии – Лидии из него делали первые в истории монеты — статеры. Затем в восьмом веке до нашей э. эти первые в мире монеты из Лидийского царства (расположенного на территории современной Турции) распространились и по другим государствам. Статеры изготавливались из встречающейся в природе бледно-жёлтой смеси золота и серебра, которая в дальнейшем была сплавлена с серебром и медью. На греческом языке статер переводится как «то, что имеет вес».
Опять же о связи янтаря с электричеством. Греческое слово «электрон» переводится как «янтарь». Электрон — стабильная отрицательно заряженная элементарная частица одна из основных структурных единиц вещества. Антиэлектрон он же позитрон имеет такую же массу, как и обычный электрон, и такой же по величине электрический заряд, только положительный. Электроны играют важнейшую роль в строении веществ, образуя электронные оболочки атомов всех химических элементов. Эта первая элементарная частица в физике была открыта английским физиком Джозефом Джоном Томсоном в 1897-мом году. Он установил, что так называемые катодные лучи образованы потоком мельчайших частиц с одинаковыми массой и зарядом, названных впоследствии электронами. Этим открытием он произвёл революцию в знаниях об атомной структуре. Наиболее значимым исследованием Томсона было явление прохождения электрического тока при малых напряжениях сквозь газ, облучаемый рентгеновским излучением. В 1906-том году он стал лауреатом и получил Нобелевскую премию по физике за свои исследования электропроводности газов и прохождения электричества через газы, а в 1908-мом году был посвящён в рыцари.
Чтобы лучше понять электрический процесс, вспомним различные частицы из школьного материала физики. Расскажу об атомах, ионах, протонах и нейтронах.
Слово «атом» произошло от древнегреческого слова, означающего «неделимый», «неразрезаемый». А слово «часть» имеет общеславянское происхождение и восходит к той же основе, что и глагол «кусать» поэтому со старославянского переводится как «кусок». На древнерусском языке переводилось - «доля», «участок». Термин «частица» является буквальным переводом латинского слова «particula». Латинское слово «elementum» (элемент) означает первоначало, первичную материю, начало и возникновение, а с литовского языка «elementarius» (элементарный) начальный, начинающий учиться. На немецком языке «элемент» тоже переводится как «начало», а на французском означает составную часть. В русском языке слова употребляются с начала 18-того века и пришли из латинского языка, вероятно, через немецкий.
Атом — частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его химических свойств. Иными словами это мельчайшая частица того или иного вещества которая может вступать в химические реакции. Простой факт - именно скромный атом лежит в основе всего известного нам вещества во Вселенной. Согласно современным представлениям каждый атом состоит из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него электронов. Можно провести аналогию: атом — это отдельный человек, а молекулы — группы людей, объединённые общим признаком (семья, одноклассники и тому подобное). Атомное ядро заряжено положительно, потому что оно само состоит из положительных протонов и нейтральных нейтронов. По величине заряд соответствует количеству протонов в ядре. Это положительное ядро окружено электронами, эдаким электронным облаком. Этот микромир можно сравнить с нашим скоплением галактик и туманностей. Я очень часто провожу аналогию с микро и макрокосмосом. Помните, «по образу и подобию»? Если число электронов совпадает с числом протонов в ядре, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положительным или отрицательным зарядом и называется ионом. Атомы каждого элемента индивидуальны по строению и свойствам и обозначаются химическими символами элементов. Понятие об атоме как о наименьшей неделимой части материи было впервые сформулировано ещё древнегреческими и древнеиндийскими философами. В современном виде термин был принят на международном съезде химиков в городе Карлсруэ в 1860-том году в Германии. Атом до середины 19-того века учёные считали неделимой частицей вещества. Британский физик новозеландского происхождения известный как один из основоположников ядерной физики Эрнест Резерфорд Нельсонский был членом и президентом Лондонского королевского общества, а также лауреат Нобелевской премии по химии в 1908-мом году. Этот Первый барон открыл атом как физическую модель, состоящую из ядра, заряженного положительно, и электронов, заряженных отрицательно. Придя к выводу, что в центре атома имеется область положительного электрического заряда, связанная с большой массой, сконцентрированной в очень малом объёме по сравнению с объёмом атома, он опубликовал результаты своих экспериментов в 1911-том году. Резерфорд выдвигал предположение планетарной модели атома, в соответствии с которой атомы состоят из положительно заряженного ядра с относительно небольшим размером (эту часть атома он назвал атомным ядром) и отрицательно заряженной оболочкой атома. В итоге открыл не только сами атомы, но и их составляющие – ядра, протоны и электроны. Ещё он создал магнитный детектор для обнаружения высокочастотных электромагнитных волн в радиодиапазоне. А в 1908-мом году измерил заряд электрона и совместно с немецким физиком Йоханнесом Гансом (Хансом) Вильгельмом Гейгером сконструировал прибор для регистрации отдельных заряженных частиц - счётчик Гейгера.
Итак, атом состоит из элементарных или субатомных частиц, которые одинаковы во всех атомах, отличается только их количество. Элементарные частицы – это те, которые не состоят из множества других частиц. Составная частица — это частица, содержащая две или более элементарных частиц связанны вместе. Есть и микрочастицы, о внутренней структуре которых нет достоверных данных. Они проявляют себя как одно целое, хотя и имеют способность к преобразованиям и взаимодействиям с другими частицами. Элементарная частица — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые на данный момент невозможно расщепить на составные части. В современной физике этот термин используют в более широком смысле: так называют мельчайшие частицы материи, которые не являются атомными ядрами и атомами, исключение составляет только протон. Некоторые элементарные частицы на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются как первичные фундаментальные частицы. Элементарные частицы принимают участие во всех фундаментальных видах взаимодействия: сильном, гравитационном, слабом и электромагнитном. Бывают элементарные частицы (составные частицы, например протоны и нейтроны) которые имеют сложную внутреннюю структуру, но разделить их на части невозможно по причине эффекта конфайнмента. Про этот эффект подробнее я расскажу в другой теме, ибо он тоже затрагивает множество других понятий в физике и процессов в мире.
Физика частиц и ядерная физика изучают субатомные частицы и их взаимодействие. Физики начали исследовать материю на субатомном уровне лишь в конце 19-того века. Субатомная частица намного меньшая, чем атом и включает: Электроны (отрицательно заряжённые, почти безмассовые частицы); Протоны (положительно заряжённые); Нейтроны (электрически нейтральные). Субатомный - относящийся к процессам и объектам, имеющим характерные масштабы меньше размеров атома. Субатомная частица (субатом) — это элементарная частица, которая входит в состав атома. К субатомным частицам относятся электрон, протон и нейтрон.
Существует два вида элементарных частиц — частицы и античастицы: Одни из них отличаются знаком электрического заряда (например, электрон и позитрон); Другие электрически нейтральные или с противоположной ориентацией механических и магнитных моментов (например, нейтрон и антинейтрон). Название «частица» и «античастица» в известной мере условны: можно было бы назвать позитрон частицей, а электрон — античастицей. Античастица — частица-двойник другой элементарной частицы, обладающая той же массой и тем же спином, но отличающаяся от неё знаками всех других характеристик (например, электрического заряда, магнитного момента, барионного числа). Характерным свойством частиц и античастиц является их способность образовываться парами и прореагировать с соответствующей античастицей с взаимным уничтожением и возникновением других частиц. Всего вместе с античастицами открыто более 350-ти элементарных частиц. Античастицы появляются при высоких энергиях, как правило, превышающих энергию массы покоя частиц. Считается, что из энергии происходит рождение пары частица-античастица, которые потом в процессе могут уничтожить друг друга, выделив затраченную на их рождение энергию. Вывод о существовании античастиц впервые сделан в 1930-том году английским физиком-теоретиком, одним из основоположников квантовой механики Полем Дираком. Он предсказал существование античастицы — частицы с массой, равной массе электрона, но обладающей положительным электрическим зарядом. Построил квантово-механическую теорию электрона, удовлетворяющую теории относительности. Открыл позитрон в 1932-ром году, а затем и другие античастицы и процессы.
Греческое слово «ион» значит «идущий» или «идущее», а возникло в середине 19-того века от древнегреческих слов «идти» и "вверх”. Ионы — это заряженные частицы, которые образуются из атомов или групп атомов после отдачи или присоединения электронов к атому или молекуле. Они являются структурными единицами химических соединений с ионной химической связью. Поэтому это атом или соединение нескольких атомов, которое имеет положительный или отрицательный заряд. В виде самостоятельных частиц ионы встречаются во всех агрегатных состояниях вещества: в газах (в частности в атмосфере) в кристаллах, в плазме, в жидкостях, в расплавах и в растворах. В живых организмах они участвуют в различных обменных процессах, регуляции мышечных сокращений, передаче нервных импульсов и так далее. Образовавшись в ходе химической реакции при потере или приобретении избыточных электронов, являясь одноатомными или многоатомными, они несут электрический заряд. Ион находится в равновесии, но это равновесие неустойчиво, при малейшем отклонении в сторону одного или другого заряда ион полетит к ближайшему заряду. Таким образом, эти заряженные атомы с недостатком электронов имеют положительное значение, а с переизбытком — отрицательное. Положительно заряженные ионы называют катионами (идущий к катоду) а отрицательно заряженные — анионами (идущий к аноду). «Катод» и «анод» получили свои названия в честь восхода «вверх» и захода «вниз» солнца. Понятие и термин ион ввёл в 1834-том году английский химик, физик-экспериментатор и член Лондонского королевского общества Майкл Фарадей. Также ввёл в научный обиход термины: магнитное поле, поле магнитных сил, электролит и диэлектрик. Он изучал действие электрического тока на водные растворы кислот, щёлочей и солей и предположил, что электропроводность таких растворов обусловлена движением ионов. Положительно заряженные ионы, движущиеся в растворе к отрицательному электроду (катоду) он назвал катионами, а отрицательно заряженные движущиеся к положительному электроду (аноду) — анионами. Фарадей не имея образования, надолго опередил своё время, а также заложил основы технологий используемых теперь повсеместно. Внёс большой вклад в развитие физики и химии и стал основоположником учения об электромагнитном поле. Основные научные труды были в области электричества, магнетизма и химии. За годы жизни британский учёный изобрёл трансформатор и электрический мотор, продемонстрировав возможность непрерывного вращения магнита вокруг проводника с током (и наоборот) что стало прообразом электродвигателя. В 1820-том году впервые получил нержавеющую сталь с добавками никеля. Он открыл законы электролиза, обнаружил в магнитном поле повороты плоскости света, а в 1830-том году доработал вольтметр. Греческое слово "вольтметр" означает «измеряю». Это электроизмерительный прибор, используемый для измерения разности электрических потенциалов между двумя точками в электрической цепи, то есть для отчёта определения напряжения. Этот прибор измеряет электрическое напряжение в цепях постоянного и переменного тока. Идеальный вольтметр должен обладать бесконечно большим внутренним сопротивлением. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии. Майкл занимался исследованием наночастиц разных металлов, и в дальнейшем его опыты легли в основу нанотехнологии. Основной идейный вклад в физику электромагнитных явлений заключался в отказе от Ньютонова принципа дальнодействия и во введении понятия физического поля — непрерывной области пространства, сплошь заполненной силовыми линиями и взаимодействующей с веществом. Принцип дальнодействия гласит что если тело А, находящееся в точке а действует на другое тело В, то тело В находящееся в точке b испытывает это воздействие в тот же момент. Ньютон же считал необходимым наличие некоего передатчика этого действия «агента» правда, допуская его, быть, может, нематериальную природу.
Праиндоевропейское слово «протон» означает «первый», как и на древнегреческом. Протон — одна из трёх (вместе с нейтроном и электроном) элементарных частиц, из которых построено обычное вещество. Он не является точечной частицей, а имеет внутреннюю структуру и конечные размеры. Протоны — частицы с положительным электрическим зарядом, входят в состав атомных ядер, как и антипротон, имеющий отрицательный электрический заряд. Протон стабилен, многочисленные эксперименты не выявили никаких свидетельств его распада. Как я и писала выше, протон открыл Эрнест Резерфорд в 1919-том году, поставив опыт при котором из ядра атома азота вылетала частица, которую он назвал протоном и предположил что это ядро атома водорода. Позднее было доказано, что это действительно так. А в 1920-том году он открыл нуклон, имеющий положительный заряд.
Тяжёлая элементарная частица, не имеющая электрического заряда «нейтрон» происходит от латинского языка и переводится буквально «ни тот, ни другой». Эта материальная частица электрически нейтральная и входит в ядро атома. Нейтрон открыл 27 февраля 1932-го года английский физик-экспериментатор и с 1927-мого года член Лондонского королевского общества Сэр Джеймс Чедвик. Чедвик первый предположил, что новое проникающее излучение состоит из нейтронов, и определил их массу. За это открытие он получил Нобелевскую премию по физике.
Протоны и нейтроны — два главных компонента атомных ядер, а общее их название — нуклоны и состоят они из кварков. О кварках, нуклонах, ядрах, квантах, фотонах и магнетизме чуть подробнее я расскажу в другой теме. Конечно всё взаимосвязано, но если описывать тут – то будет слишком много информации, что придётся издавать новую книгу, а не статью писать. 😄
Заряд — это физическая величина, которая является источником поля, посредством которого осуществляется взаимодействие частиц. Существуют различные типы зарядов: электрический, слабый, цветовой и так далее. В электродинамике электрический заряд играет двоякую роль: с одной стороны он является сохраняющейся величиной, а с другой — источником электромагнитного поля и его безмассовых квантов (фотонов). В физике электрический заряд — количественная характеристика показывающая степень возможного участия тела в электромагнитных взаимодействиях, также и магнитный заряд. Например, сообщить известное количество электрической энергии чему-либо (какому-либо телу или прибору). Электрический заряд — это фундаментальное свойство некоторых элементарных частиц, из которых состоит вся материя, это физическая скалярная величина, которая определяет способность тел создавать электромагнитное поле. Электрический заряд показывает способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Зарядом называют частицу или тело, обладающую ненулевым количеством электричества или сохраняющуюся в каких-либо взаимодействиях характеристику элементарных частиц, имеющую разный знак у частицы и античастицы. Заряды могут быть разными, и существуют два вида электрического заряда электроны или ионы - условно положительный и отрицательный. Одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённые — притягиваются друг к другу. Уровень заряда – это количество электричества заключённое в объекте. Электрический заряд может проявляться в виде статического электричества, когда заряды не двигаются или в виде тока, когда заряды перемещаются по проводнику. А пошло слово от глагола зарядить, когда заряжали оружие. Подготовить какой-либо аппарат к действию, работе путём помещения в него заряда - вложить заряд (пулю, ядро, снаряд, стрелу) во что-либо (в какое-либо огнестрельное или механическое метательное оружие). Зарядом также называют взрывчатое вещество, закладываемое рядом с объектом уничтожения или иное средство поражения, поэтому в разговорной речи зарядить значит ударить или выстрелить. Но есть и позитивные смыслы: заряд бодрости или заряд как некоторое количество какой-либо способности (энергии, физических или душевных сил и тому подобное). Когда заряжают что-то, например воду предавая ей лечебные, целительные или магические свойства.
Общеславянское слово «polje» произошло от понятий: «пустой», «свободный», «открытый» и буквально означало открытое свободное от леса место. Слово "поле" закрепилось в русском языке в результате культурно-просветительской деятельности Русской Православной Церкви, которая осуществляла духовную и светскую власть на территориях России. Изначально поле формировалось посредством пламени способом подсечно-огневого земледелия. Поэтому поле в своём первоначальном значении в русском языке — обширное однородное пространство, простор за городом, селеньем, безлесная незастроенная обширная равнина. Этот термин может иметь различные значения в разных областях человеческой деятельности. В истории — судебный поединок у древних славян. В геологии — геологическое образование объединяющее совокупность близко расположенных однотипных рудных месторождений. В физике — форма материи: электрическое, магнитное, электромагнитное поле. Также поле может означать область деятельности проявления чего-либо. Например - поле для политического диалога, широкое поле деятельности.
Концепция физического поля берёт начало в работах Майкла Фарадея 19-того века. О Майкле я уже рассказывала выше. В 1831-вом году он совершил ключевое открытие в области физических полей: пронося магнит над проволочной рамкой, он заметил, что в рамке возникает электрический ток, хотя магнит с ней не соприкасается. Это означало, что невидимое поле магнита способно на расстоянии заставить электроны двигаться, создавая ток. А в 1845-том году в ходе исследований он обнаружил явления диамагнетизма — эффекта слабого отталкивания магнитом ряда веществ. Учёный ввёл в науку понятие физического поля, что кардинально отличало электродинамику от теории гравитации Ньютона. Закон Ньютона - это классическая теория тяготения, описывающая гравитационное взаимодействие в рамках классической механики. Закон гласит, что между любой парой тел во Вселенной действует сила взаимного притяжения на любых расстояниях и мгновенно, она прямо пропорциональна массам этих тел. Каждое массивное тело порождает силовое гравитационное поле притяжения к себе. Ньютон открыл закон около 1666-того года и опубликовал его в 1687-мом году в своём фундаментальном труде «Математические начала натуральной философии».
Электрическое поле — это тоже физическое поле, которое окружает электрически заряженные частицы. Такой вид материи, которая возникает при наличии изменяющегося во времени магнитного поля. Эта материя окружает каждый электрический заряд и оказывает силовое воздействие на все другие заряды. Электрическое поле — это область вокруг электрического заряда, в которой другой заряд испытывает силу притяжения и отталкивания. Если оно окружает неподвижные статичные (не меняющиеся со временем) заряды, то называется - электростатическое. Заряженные частицы оказывают силы притяжения друг на друга, когда их заряды противоположны и отталкиваются друг от друга, когда их заряды одинаковы. Электрическое поле отдельного заряда (или группы зарядов) описывает их способность оказывать такие силы на другой заряженный объект. У него нет границ, однако его силовое воздействие стремится к нулю при удалении от источника — заряженного тела или точечных зарядов. Электрические поля возникают из электрических зарядов и изменяющихся во времени электрических токов, бывают двух видов: однородные и неоднородные. Простейшим примером неоднородности является система из двух разноимённых зарядов влияющих друг на друга. Электрическое поле важно во многих областях физики и используется в электротехнике. Идея электрического поля тоже была введена Майклом Фарадеем в 1845 году. А теоретически обосновал идею электрического поля английский физик, математик, механик и член Лондонского королевского общества Джеймс Клерк Максвелл в 1865-том году, когда создал теорию электромагнитного поля, сформулированную в виде системы и изложенную в своём основном труде «Трактат по электричеству и магнетизму». Этот британский учёный является создателем классической электродинамики и одним из основателей статистической физики. Работы этого шотландского физика посвящены проблемам электромагнетизма, кинетической теории газов, оптике, механике, теории упругости и других. А теория электромагнетизма Максвелла получила экспериментальное подтверждение и стала общепризнанной классической основой современной физики.
Электричеством обозначают совокупность явлений обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов. Электричество связано с магнетизмом, оба являются частью явления электромагнетизма описываемого уравнениями Максвелла. Английский физик и медик, придворный врач королевы Англии и Ирландии Елизаветы Первой и короля Шотландии Якова Первого - Уильям Гильберт изучал магнитные и электрические явления. Иаков VI Шотландский, он же Яков I Английский был первым королём Англии из династии Стюартов и первым государем, правившим одновременно обоими королевствами Британских островов. Великобритании как единой державы тогда ещё юридически не существовало, Англия и Шотландия представляли собой суверенные государства, имевшие общего монарха. В 1600-том году в Англии учёный Уильям Гилберт написал трактат об исследовании электричества и магнетизма. До этого года учение об электрических явлениях оставалось на уровне знаний Фалеса Милетского открывшего электрические свойства натёртого янтаря. Благодаря Гилберту учение об электричестве обогатилось рядом открытий, наблюдений и приборов. Он установил существование магнитных полюсов и их взаимодействие, явление намагничивания железных предметов. Выдвинул предположение, что Земля представляет собой большой магнит, полюсы которого совпадают с географическими. Намагнитив железный шар, показал, что он действует на магнитную стрелку так же как Земля. Открытие и изучение электричества происходило на протяжении веков усилиями многих ученых, включая Уильяма Гилберта, Бенджамина Франклина, Майкла Фарадея и других. В 1902-ром году российский физик и метеоролог Мышкин Николай Павлович провёл первые опыты по сведению на землю небесного электричества на открытом пространстве.
Электрический потенциал — это скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, определяющая потенциальную энергию которой обладает единичный положительный пробный заряд, помещённый в данную точку поля. Он показывает, какая потенциальная энергия у единичного электрического заряда в точке пространства. Другими словами, потенциал — это отношение кулоновской энергии заряда к величине этого заряда. Кулон — единица измерения электрического заряда (количества электричества), а также потока электрического смещения в Международной Системе единиц (СИ).
Греческое слово "statos"означает "стоящий" и «статус», а на литовском «здание». Статика — это раздел теоретической механики, в котором изучаются методы преобразования систем сил в эквивалентные системы и устанавливаются условия равновесия сил приложенных к твёрдому телу. Она является важной частью школьной программы по физике и формирует базовое понимание законов движения и взаимодействия тел. В ней изучают условия равновесия механических систем под действием приложенных к ним сил и возникших моментов.
Статическое электричество — совокупность явлений связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объёме диэлектриков или на изолированных проводниках. Оно возникает, когда два разных материала трутся друг о друга и происходит перенос электронов между ними. Один из предметов отдаёт свои электроны, становясь заряженным положительно, а другой принимает их, становясь напитанным отрицательно. Примеры статического электричества: Если на полу лежит ковёр из шерсти, то при трении об него человеческое тело может получить отрицательный электрический заряд, в то время как ковёр получит положительный; Электризация пластиковой расчески, которая после причёсывания получает отрицательный заряд, а волосы получают положительный заряд. Статическое электричество может иметь как положительные, так и отрицательные последствия. К примеру, может вызывать неприятные ощущения — покалывание или жжение кожи при прикосновении к заряженным предметам (например, когда мы надеваем некоторую одежду), а также повреждать электронные устройства. Оно применяется в промышленности для очистки воздуха от пыли, а также в некоторых медицинских процедурах. В 1672-ром году немецкий инженер, физик и философ Отто фон Герике построил электрическую машину, функционирующую от трения, и наблюдал свечение в темноте наэлектризованного шара из серы. Он натирал руками этот шар, и возникавший электрический заряд заставлял его светиться в темноте. Это была электростатическая машина — шар, насаженный на железную ось и электризуемый при вращении ладонями. Отто обнаружил отталкивание наэлектризованных предметов, электризацию через влияние и намагничивание железных стержней расположенных при ковке вдоль земного меридиана. Основные достижения были в области физики. Он изобрёл воздушный насос, усовершенствовал его и поставил ряд опытов доказав существование атмосферного давления. Установил упругость воздуха, его плотность, способность проводить звук и другое.
Опыты и эксперименты успешно продолжались и в 18-том веке. Исследователи из Англии Грэнвилл Уилер и Стивен Грей открыли свойство проводников (материалы которые проводят электричество). Исследования позволили им успешно провести первый в мире эксперимент по передаче электричества на небольшое расстояние. И поэтому 1729-тый год считается официальной датой изобретения промышленного электричества. Грэнвилл Уилер — английский священник и учёный. Этот священнослужитель был первым в Англии, кто сумел наэлектризовать живое животное. А Стивен Грей первый систематически экспериментировал с электропроводностью. Он показал, что электричество может проходить через металлы и что оно появляется на поверхностях изоляторов.
Слово "атмосфера" образовано из греческих слов "дыхание", "пар" и "шар", "круглое тело", что хорошо отражает появление шаровых молний, но о них чуть позже. Атмосферное электричество — совокупность электрических явлений в атмосфере, а также раздел физики изучающий эти явления. Атмосферное электричество описывает электрические заряды в атмосфере Земли или другой планеты. При исследовании атмосферного электричества изучают: Электрическое поле в атмосфере; Ионизацию и электрическую проводимость; Электрические токи; Объёмные (Пространственные) заряды; Заряды облаков и осадков; Грозовые разряды и явления турбулентности. Начало изучению атмосферного электричества было положено в 18 веке, когда ученые начали проводить эксперименты и разрабатывать гипотезы, объясняющие эти явления. Первый крупный русский учёный, естествоиспытатель и профессиональный исследователь природы Михаил Василевич Ломоносов стал автором первой теории электричества и основоположником изучения электрических явлений в России. Этот универсальный человек совершил открытия в самых разных областях науки, будучи физиком, химиком и профессором химии, географом, художником, историком, металлургом, переводчиком, писателем и поэтом, математиком и астроном вошёл в историю как великий учёный и реформатор науки. В середине 18-того века он разработал учение о молекулах и атомах, утверждая, что тела в природе состоят из корпускул (молекул) в состав которых входят элементы (атомы). Он стал автором первой гипотезы объясняющей электризацию грозовых облаков. Летом 1753-его года Рихман и Ломоносов поставили уникальный эксперимент, который показал, что электрическая сила может проявляться и без грома, и что гром и молния не являются причиной электрической силы проявляемой в воздухе.
Российский физик немецкого происхождения и друг Ломоносова Георг Вильгельм Рихман свою жизнь посвятил исследованию атмосферного электричества и погиб во время научного эксперимента при проведении опытов с атмосферным электричеством. Он исследовал грозовые разряды и был убит шаровой молнией. Этот академик открыл существование вокруг заряженного тела электрического поля, напряжённость которого убывает с увеличением расстояния от тела. В 1745-том году изобрёл первый в мире вольтметр, так называемый «указатель электрической силы» принцип действия которого используется и в современном вольтметре. А в 1907-мом году в крупнейшем городе США - Нью-Йорке был представлен милливольтметр, изготовленный американской фирмой.
В июне 1752-рого года американский политический деятель, дипломат, учёный, изобретатель, философ, писатель и масон Бенджамин Франклин экспериментально установил электрическую природу молнии. Он провёл опыт с бумажным змеем, запущенным в грозу к шнуру которого был прикреплен металлический ключ и получил от ключа искры во время грозы. Подняв воздушного змея перед грозовым облаком он доказал что грозовые явления имеют электрическую природу. Благодаря этому эксперименту стало известно, что молния — это природное электричество. С тех пор молния интенсивно изучалась как интересное явление природы, а также из-за серьезных повреждений линий электропередачи, домов и других строений вызываемых прямым ударом молнии или наведенным ею напряжением. Когда Франклин служил в почтовом ведомстве, он провёл первое научное исследование Гольфстрима, дав этому течению его имя. Слово Гольфстрим в переводе означает "течение из залива" — так его называли моряки. Поводом же для изучения Гольфстрима стал тот необъяснимый факт, что почтовые пароходы на дорогу из Англии в Америку тратят в два раза больше времени, чем на дорогу обратно. Так установилось, что всё происходит из-за тёплого морского течения в Атлантическом океане, которое и объясняет разницу во времени путешествия. Возможно, оттуда и пошло наше ощущение, что дорога из дома куда-то всегда дольше, чем обратно домой. Хотя многое вполне объяснимо, особенно когда ты едешь куда-то впервые, ещё совсем не зная дороги и всяких сложностей на пути. Бенджамин совершил множество изобретений в самых разных областях: изобрел бифокальные очки, кресло-качалку и впервые применил электрическую искру для взрыва пороха. В основе его политических воззрений лежала концепция естественных и неотъемлемых прав человека, к которым он относил жизнь, свободу и собственность. Также он является одним из авторов современной Конституции США, принятой 17 сентября 1787-мого года по которой и по сей день живёт Америка.
Масонство — мировое транснациональное общественное движение, появившееся в виде тайного общества которое берёт своё начало из малоизвестных истоков в конце 16-того века. А в начале 17-того века возникло Франкмасонство в виде закрытой организации. Французское слово "maçon" означает "каменщик" или «строитель», таким образом, названия движений связывают с понятием вольного и свободного инженера-архитектора, некоего строителя чего угодно (мир, наука, здания). Изначально этот термин указывал на принадлежность к определённой профессии — ремеслу каменотёсов и зодчих. Это самое известное и крупное тайное эзотерическое общество оказывает влияние на разные организации, руководство которых близко к «вольным каменщикам». Следует отметить, что масонство не является самостоятельной религией или заменой религии, его философия не касается религиозных воззрений своих членов. Франкмасонами называли гильдии вольных каменщиков, занимавшихся строительством. По одной из версий переход от оперативного к спекулятивному масонству произошёл между 16-17 веком. Масонство не существует как единообразное движение, оно имеет множество течений, может вызывать различные интерпретации и не является универсальной или единственно правильной интерпретацией. Масоны описывают своё объединение как братство, философский и филантропический прогрессивный институт. Основная цель — нравственное самоусовершенствование, познание мира и стремление его улучшить. Главная деятельность - благотворительность, развитие и сохранение братской дружбы в братской среде. Базовые установки масонства основаны на доктрине деизма: вера в Высшее начало (Великого Архитектора Вселенной) и в возможность бессмертия души. Каждый член масонского братства должен соблюдать масонскую тайну и признавать внутреннюю иерархию в ложах. Масонство существует в форме лож и их союзов, а последователь масонства - член масонской организации. Заседания лож «вольных каменщиков» носят закрытый характер, членству в них предшествует церемония инициации (посвящения). Это организационная структура: суверенные великие ложи (в некоторых странах — «великий восток») каждая из которых руководит масонскими ложами в границах собственной юрисдикции. «Великий Восток Франции» — крупнейшая в мире масонская либеральная организация, которая в России имеет четыре ложи. Эта Великая ложа в масонстве - руководящий орган «Ремесленного», «Голубой ложи» или «Символического» масонства в определённой юрисдикции. «Ремесленная» ложа — одна из разновидностей масонских лож, которая возникла из оперативных профессиональных строительных лож средневековой Европы, члены которых были посвящены в секреты архитектурного искусства и имели право на свободное передвижение. «Голубая ложа» — термин, обозначающий первые три степени, или символическое масонство. В первый период истории Мастера носили фартуки с голубой оторочкой. Голубой цвет символизирует совершенство, истину, добрую волю, всемирное братство и верность. «Символическая ложа» — организационная единица и место собрания масонов, а также все входящие в неё члены. В символическом масонстве, как правило, существуют три основные степени: ученик, подмастерье и мастер. Посвящённые этих степеней объединены в ложи. Первое рациональное исследование истории масонства "История масонства в Англии, Ирландии и Шотландии" было опубликовано исследователем масонства и врачом Георгом Францом Буркгардом Клоссом в Германии в 1847-мом году. Праиндоевропейское слово "Деизм" означает "сиять", а на французском языке "Бог" или "Божество". Деизм — религиозно-философское направление признающее существование Бога-Творца, но отрицающее большинство сверхъестественных и мистических явлений. То есть это философское течение отождествляло религию с моралью, систему которой использует масонство. Последним вкладчиком в американский деизм был Элихью Палмер написавший в 1801-вом году "Библию американского деизма".
Латинское слово "fulgur" переводится как "вспышка" и «молния», также означая удар молнии. Молния — это электрический искровой разряд в атмосфере, который происходит во время грозы проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Молнии издавна интересуют ученых, но и в наше время об их природе мы знаем лишь немного больше чем 250-сят лет тому назад. Они чаще всего образуются в кучевых облаках, где разряд электростатического заряда сопровождается ослепительной вспышкой и резким звуком грома — именно такие молнии называются грозовыми. В облаках перед разрядом начинает накапливаться заряд из-за трения частичек пыли и кристалликов льда друг о друга. В некоторый момент заряд облака превышает критический и случается порой, что молния ударяет в землю. Как вы помните, скорость света быстрее скорости звука, поэтому мы сперва видим вспышку и уже потом слышим звук. Однако иногда молния образуется и в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях. Молниевый разряд характеризуется большими токами, а его температура доходит до 300 000 градусов. При ударе молнии дерево может расщепиться и даже загореться. Поэтому в грозы стараются держаться подальше от деревьев, не использовать электрические приборы и даже сотовые телефоны, которые притягивают к себе разряды. Прямое попадание молнии для человека обычно заканчивается смертельным исходом. Ежегодно в мире от неё погибает около трёх тысяч человек. Характеристики молнии: Средняя длина — 2,5 километра, но может достигать десять и даже двадцать километров; Скорость — 56 000 КМ; Средняя сила тока — приблизительно 25 тысяч ампер; Напряжение — от десятков миллионов до миллиарда вольт.
Шаровая молния — природное явление, выглядящее как светящееся и свободно плавающее в воздухе или скользящее по стенам, проводам и другим поверхностям образование в форме сферы, отсюда и название. Диаметр шара варьируется от нескольких сантиметров до нескольких метров. Цвет бывает жёлтым, оранжевым, красным, белым и синим, разной интенсивности свечения. Шар может издавать шипящий звук и источать неприятный едкий запах. Свойства шаровой молнии до сих пор сложно определить, потому что описания в основном принадлежали людям, которые не были учеными. Очевидцы описывают её как светящийся шар, который может свободно и хаотично перемещаться в воздухе. По их свидетельствам она обычно появляется в грозовую, штормовую погоду зачастую наряду с обычными молниями. Чаще всего как бы выходит из проводника или порождается обычными молниями при их разрядах. По словам очевидцев часто ведут себя разумно. Залетая в окна, в палатки, притягиваются дыханием человека, поэтому говорят, что следует притаиться, задержав дыхание, чтобы они отлетели на безопасное расстояние. В определённые моменты по непонятным причинам они взрываются, оставляя ожоги на коже людей. Иногда могут обратно вылететь из комнаты или просто войти в землю, полностью исчезнув, как бы заземлиться. Единой физической теории возникновения и протекания этого явления к настоящему времени не представлено. Существует множество гипотез объясняющих его, но ни одна из них не получила абсолютного признания в академической среде. Кто-то считает её разумной формой жизни в неизведанном состоянии и называет плазмоидом. На основе плазмы в лабораториях даже пытались создать её искусственно, но пока этого не удалось. Учёные не научились получать настоящую шаровую молнию в лаборатории и потому вынуждены довольствоваться наблюдениями этого явления в природе. Единственный тип эксперимента, который до сих пор позволял получить хоть что-то отдалённо напоминающее шаровую молнию, использует газовые разряды. В камеру с воздухом или иной газовой смесью помещают два электрода, на которые подаётся высокое напряжение. Такие шары живут не более нескольких секунд. Впервые научное описание шаровой молнии дал в своей книге «Гром и молния» французский физик Доминик Франсуа Жан Араго в начале 19-того века. Это первая книга о молнии, электрическую природу которой открыли за полвека до этого, в ней были описаны два десятка случаев наблюдения. Араго оказал большое влияние на развитие науки во Франции. По его указаниям в 1839-том году французский математик, астроном и член Лондонского королевского общества Урбен Жан Жозеф Леверье осуществил математический анализ неправильностей движения планеты Уран, приведший к открытию Нептуна.
Леверье известен своими исследованиями в области небесной механики, а в астрономию попал волей случая, ранее этой наукой не интересовался. Он обнаружил дополнительную необъяснимую в классической небесной механике составляющую скорости движения Меркурия. В результате длительных исследований предсказал существование и положение Нептуна, используя только математику. Расчёты были сделаны для объяснения расхождений с орбитой Урана. Урбен подтвердил устойчивость Солнечной системы и составил более точные планетные таблицы, которые не утратили значения вплоть до середины 20-того века. Его имя — одно из 72-вух имён начертанных на Эйфелевой башне. Также он был одним из открывателей намагничивающего действие тока и тем, кто получил первые искусственные стальные магниты. Урбен Леверье работавший в Парижской обсерватории рассчитал предполагаемую орбиту и характеристики восьмой планеты, да прислал свои выкладки в Берлинскую обсерваторию, где 23 сентября 1846-того года немецкий астроном-наблюдатель Галле Иоганн Готфрид в области неба обнаружил планету в предсказанной Леверье точке. Планета получила название Нептун.
Директор Берлинской обсерватории и профессор Галле в 1838-мом году открыл внутреннее кольцо Сатурна, а в 1839–1840 открыл три кометы. В 1847-мом году издал таблицу с элементами орбит 178-сьми комет. Впоследствии таблица пополнялась и в 1894-том году содержала сведения уже о 414-ти кометах. В честь Галле названы: одно из колец Нептуна, астероид No2097 Галле, кратер на Луне и кратер на Марсе.
В завершение капля авторского юмора по теме