Электр

Электр (көне грекше: ἤλεκτρον - электрон ) – барлық электрмагниттік құбылыстың, яғни электр зарядының болуына және олардың қозғалысы мен өзара әсеріне негізделген құбылыстардың жиынтығы, термин мазмұны физика мен техниканың даму үрдісіне байланысты өзгерген.

Қарапайым электрлік және магниттік құбылыстар ерте заманда-ақ белгілі болғанымен “Электр” туралы ілім 17 ғасырға дейін дами алған жоқ. 18 ғасырда ол ілім жүйеге түспеген фактілер мен бір-біріне қайшы жорамалдар жиынтығынан тұрады. “Электр” жөніндегі алғашқы деректер кейбір денелер (мыс., янтарь) үйкеліс нәтижесінде “электрленеді”, яғни ондай денелер жеңіл денелерді өзіне тартады деген тұжырым түрінде болды (ғылымға “электр” терминін 1600 ж. У.Гильберт енгізген). 18 ғасырдың басында денелердің электрленуі сол денені қоршаған “электрлік атмосфера” әсерінен болады деп қарастырылды. Алайда 18 ғасырдың ортасынан бастап денелердің ішінде электрлік “флюидтар” (сұйықтар) болады деген болжамдар қалыптаса бастады. 18 ғасырдың аяғында Г.Кавендиш (1773) және Ш.Кулон (1785) ұқыпты жүргізілген өлшеулерге сүйене отырып электрстатиканың негізгі заңын (қ. Кулон заңы) тұжырымдап берді. Электр зарядының арасындағы тартылыс не тебіліс күші кулондық немесе электрстатик. күш деп аталады.

Э. жөніндегі ілім тарихындағы жаңа кезең – Л.Гальвани (1791) мен А. Вольтаның (1794) химиялық және контактілік электр көздерін ашуы болды. Осыдан кейін электр тогын зерттеу күшті қарқынмен жүргізіле бастады: әуелі токтың физиологиялық әсері, кейін оның химиялық және жылулық әсерлері зерттелді. 1802 ж. В.Петров электр доғасын (1808 – 09 ж. мұны Г.Дэви де байқаған) ашты және оны жарықтандыру ісі мен балқыту пештерінде пайдалануға болатынын дәлелдеді. Дж. Джоуль (1841) және Э.Х. Ленц (1842) бір-біріне тәуелсіз түрде өткізгішпен ток жүргенде бөлініп шығатын жылудың мөлшері жөніндегі заңды тұжырымдарды; қ. Джоуль-Ленц заңы. 1820 ж. Х.Эрстед электр тогы мен тұрақты магнит арасында байланыс болатындығын, ал А.Ампер тогы бар екі өткізгіштің өзара әсерлесетіндігін ашты. Тогы бар өткізгіштердің арасындағы әсерлесу күші кулондық күштен өзгеше әрі ол электр зарядының қозғалысына тәуелді болады. Сондықтан мұндай күштер электрдинамикалық күштер деп аталады. Эрстед пен Ампердің магнетизм жөніндегі ашқан жаңалықтары “электр” ілімінің құрамына енеді.

19 ғ-дың 2-ширегінде электр техникаға кеңінен ене бастады. 19 ғ-дың 20 жылдары алғашқы электрмагнит, 30 жылдары телеграфтаудың жетілген сұлбалары, гальванопластика, алғашқы электр сұлбалары мен генераторы, 40 жылдары алғашқы электрлік жарықтандыру приборлары, т.б. пайда болды. Электрдің күнделікті тіршілікте қолданылуы одан әрі кеңейді. Физиканың жетістіктеріне байланысты электртехниканың күрт дамуы да электр ілімінің дамуына елеулі әсер етті.

19 ғ-дың 30 және 40-жылдары М.Фарадей электрмагниттік құбылыстардың жаңа концепциясын ұсынды. Бұл уақытқа дейін электр өзінің өндірілуі (пайда болу) тәсіліне сәйкес: қарапайым электр (мыс., үйкеліс электрі), атмосфералық электр, гальваника. Электр (мыс., гальваникалық батареядан алынатын ток), магниттік электр (мыс., Фарадей ашқан индукция тогы), т.б. болып ажыратылатын. Фарадей өзінің тәжірибесіне сүйене отырып Э-дің барлық түрінің бірдей екендігін дәлелдеді. Олардың әр түрлі болуы, біріншіден – Э. мөлшерінің, екіншіден – кернеудің (потенциалдың) әр түрлі болуына байланысты. Фарадей ашқан электрмагниттік индукция құбылысының зор маңызы болды. Бұл құбылыс электртехниканың іргетасы болып есептеледі. Ал Ленц индукциялық токтың бағытын анықтайтын ережені ұсынды (қ. Ленц ережесі). 1833 – 34 ж. Фарадей электролиз заңдарын ашты. Сөйтіп электрхимияның негізі қалана бастады. Электролиз заңдары электр зарядының дискреттілігі жөніндегі жорамал жасауға мүмкіндік берді.

19 ғ-дың 2-жартысынан бастап Фарадей идеялары Дж. Максвеллдің және Г.Герцтің еңбектерінде одан әрі дамытылып, қорытындыланды. Максвелл өзінің еңбектерінде (1861 – 73) Фарадейдің позициясын толық жақтады. Ол Фарадейдің көзқарасын математикалық жолмен талдап, баға берді. Мұның үстіне Максвелл электр және магнит өрістерінің бір-біріне ауыса алатындығын тұжырымдады: уақыт бойынша магнит өрісінің өзгеруі Электр өрісін, ал уақыт бойынша электр өрісінің өзгеруі магнит өрісін туғызады. Бұл жағдайда электр өрісінің өзгеру жылдамдығына пропорционал шама электр тогына ұқсас болады. Максвелл оны ығысу тогы деп атады. Э. зарядын осылайша жалпылау Максвеллге жаңа салдарлар мен болжамдар жасауға мүмкіндік берді, яғни: кез келген электрмагниттің өзара әсердің таралу жылдамдығы шекті; негізгі қасиеттері бойынша жарық толқындарымен бірдей (еркін) электрмагниттік толқындар болады. Мұндай қорытынды “жарық–электрмагниттік толқын” деген батыл идеяның дұрыстығын дәлелдей түсті.

Максвеллдің теориясына сүйене отырып Герц электрмагниттік толқынның бар екендігін тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Сөйтіп электрмагниттік өріс концепциясы электр туралы ілімде берік дәлелденді. Герц тәжірибесінің нәтижесі электрмагниттік толқындарды байланыс мақсаты үшін пайдалануға итермеледі. Мұндай міндетті А.С. Попов орындады. Ол 1895 ж. радионы ойлап тапты. Максвеллдің өріс энергиясы кеңістіктің кішкентай көлемінде белгілі бір тығыздықпен таралған деген тұжырымның электрмагниттік өріс концепциясының дамуы үшін зор маңызы болды. Тұтас ортадағы энергияның сақталу заңының жалпы тұжырымдамасын 1874 ж. Н.А. Умов берді. Эл.-магн. толқынның, сондай-ақ жарық толқынының дене бетіне түсіретін қысымы ретінде байқалатын импульсы болады. Жарық қысымының болатынын тәжірибе жүзінде П.Н. Лебедев дәлелдеді (1899). Электрмагниттік өріске динамикалық ұғымдарды (масса, энергия, импульс) пайдалануға болатындығы, физиктерді, Фарадей мен Максвеллдің (өрісті ерекше ортаның, яғни эфирдің күйі ретінде қарастырған) көзқарастарын қайта қарауға мәжбүр етті. Мұндай қайта қарау салыстырмалық теориясы шыққаннан кейін мүмкін болды. Сөйтіп ғалымдар электрмагниттік өрісті эфирдің күйі ретінде қарастыратын көзқарастан біржолата бас тартты. 19 ғ-дың соңында электр туралы ілімнің дамуында жаңа кезең басталды. Оның мазмұны Г.Лоренц негізін қалаған классик. электрондық теорияның шығуына байланысты еді. Алайда бұл теорияның да шеше алмаған көптеген мәселелері болды. Бұл қиыншылықтар 20 ғ-дың басында пайда болған маңызды физикалық теорияларда шешіле бастады.

Әдебиет

• Спасский Б.И., История физики, 2 изд., ч. 1 – 2, М., 1977.
• Н. Сейітханұлы