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.