Електрика

ЕЛЕ́КТРИКА — явище природи, повʼязане з існува­н­ням, рухом і взаємодією електричних зарядів. Понад 2500 р. тому стало ві­домо, що бурштин, коли його потерти об яке-небудь ін. тіло, набуває здатності притягувати легкі тіла. Його грец. назва ἤλεκτρον (електрон) стала основою назв усіх електрич. явищ. Системат. ви­вче­н­ня Е. започатк. у 18 ст. Детальним дослідж. атмо­сфер. Е. за­ймалися винахідник, майбут. президент США Б. Франклін (1747–53 за­пропонував першу послідовну теорію електрич. явищ), рос. учені М. Ломоносов і Ґ.-В. Ріхман. Франц. фізик Ш.-Ф. Дюфе і Б. Франклін незалежно один від одного встановили існува­н­ня електрич. зарядів двох видів — позитивних і негативних, довівши, що між різно­ймен­ними зарядами діють сили притяга­н­ня, а між однойм. — від­штовхува­н­ня. Англ. фізик Г. Кавендіш (1773) і франц. Ш.-О. де Кулон (1785) встановили закон взаємодії електрич. зарядів. Після створе­н­ня італійцем А. Вольтою (1794) хім. джерел електрич. струму почалося інтенсивне дослідж. дії по­стій. струму і зроблено перші спроби практич. за­стосува­н­ня Е. Рос. фізик В. Петров 1802 від­крив електричну дугу і вказав на можливість за­стосовувати її для плавле­н­ня металів та освітле­н­ня. Теплову дію струму дослідили англ. фізик Дж. Джоуль (1841) та рос. Е. Ленц (1842) — закон Джоуля–Ленца. Новий етап у роз­витку науки про Е. почався 1820 після встановле­н­ня данцем Г.-К. Ерстедом звʼязку між Е. і магнетизмом. Майже одночасно з ним франц. фізик А.-М. Ампер від­крив закон взаємодії між по­стійними електрич. струмами (закон Ампера), а його спів­вітчизники Ж.-Б. Біо і Ф. Савар встановили закон, що ви­значає величину напруженості магніт. поля, створеного електрич. струмом (закон Біо­–Савара–Лапласа). Таким чином, доведено, що джерелами магніт. поля можуть бути і по­стійні магніти, і електрич. струм. Згідно з гіпотезою Ампера, намагнічува­н­ня тіл, зокрема по­стій. магнітів, пояснюється тим, що в усіх речовинах існують елементарні електричні струми, які замикаються в межах кожного атома (молекулярні струми). Після класич. праць Ерстеда й Ампера магнетизм став складовою частиною вче­н­ня про Е. Велике значе­н­ня для роз­витку теорії Е. і її практич. за­стосува­н­ня мало від­кри­т­тя англ. фізиком М. Фарадеєм закону електромагніт. індукції (1831). Заг. правило ви­значе­н­ня напряму індуков. електрич. струмів встановив 1833 Е. Ленц. У своїх працях Фарадей користувався поня­т­тями електрич. і магніт. полів, довів вирішал. роль середовища при електромагніт. взаємодіях. Результати цих дослідж. роз­винув шотланд. фізик Дж.-К. Максвелл: за його гіпотезою, магнітне поле створює не тільки електрич. струм, повʼяз. з рухом зарядів, а й змін­не електричне поле (струм зміще­н­ня); між електрич. і магніт. полем існує тісний звʼязок, що дає змогу говорити про єдине електромагнітне поле. Узагальнюючи екс­перим. дані, Максвелл сформулював рівня­н­ня, які є основою класич. електродинаміки, та перед­бачив існува­н­ня електромагніт. хвиль (збурень електромагніт. поля) і пошире­н­ня їх у просторі зі швидкістю світла, що дало під­ставу вважати світло одним із видів електромагніт. ви­промінюва­н­ня. 1886–89 нім. фізик Г.-Р. Герц екс­периментально довів існува­н­ня електромагніт. хвиль, спо­стерігав від­би­т­тя, заломле­н­ня, інтерференцію й поляризацію їх за законами, від­повід. законам для світлових хвиль. Подальший роз­виток науки не під­твердив уявлень Фарадея й Максвел­ла про існува­н­ня гіпотет. середовища — ефіру, в якому нібито поширюються електромагнітні хвилі. Від­мовившись від моделі ефіру, А. Айнштайн створив спец. від­носності теорію, важл. кроком у роз­витку якої було встановле­н­ня існува­н­ня елементар. електрич. заряду. Досліди англ. фізика Дж.-Дж. Томсона з ви­значе­н­ня від­ноше­н­ня заряду катод. променів до їх маси завершилися від­кри­т­тям носія елементар. від­ʼєм. заряду — електрона (1897). Усі від­криті до того часу зарядж. елементарні частинки мали заряд, що абсолют. величиною кратний зарядові електрона. З дослідж. властивостей елементар. електрич. зарядів тісно повʼяз. роз­виток вче­н­ня про будову речовини. 1911 англ. фізик Е. Разерфорд за­пропонував планетарну модель атома, згідно з якою в центрі атома міститься позитивно зарядж. ядро, навколо якого рухаються електрони. Уявле­н­ня про будову речовини з електрич. зарядів, між якими діють електромагнітні сили, дало змогу нідерланд. фізику Г.-А. Лоренцу на поч. 20 ст. створити класичну електрон­ну теорію, яка, проте, значну кількість екс­перим. фактів (закони теплового ви­промінюва­н­ня, теплоємність електрон. газу в металах та ін.) не могла пояснити, — і це дало поштовх до створе­н­ня квант. теорії. В основу сучас. теорії електромагніт. явищ і будови речовини покладено уявле­н­ня про елементарні електричні заряди та взаємодію між ними, а також закони квант. механіки. Ця теорія дає можливість пояснити багато явищ природи й перед­бачити нові закономірності. Вче­н­ня про Е. має велике практичне значе­н­ня: електрична енергія легко транс­формується в ін. форми (теплову, мех., хім., світлову та ін.), пере­дається на великі від­стані, що сприяє широкому за­стосуван­ню її в нар. госп-ві (див. Електрифікація). Вче­н­ня про Е. є основою багатьох галузей техніки — електротехніки, радіотехніки, електроніки, автоматики, телебачення тощо.

Літ.: Тамм И. Е. Основы теории электричества. 9-е изд. Москва, 1976; Калашников С. Г. Электричество. Москва, 1977; Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 3. Москва, 1977; A. Morely, E. Hughes. Principles of Electricity. 5th ed. Harlow, 1994; J. Bird. Electrical and Electronic Principles and Technology. 3rd ed. Elsevier, 2007.

Д. О. Городецький

Завантажити статтю