Реферат: Электрическая стихия в мировозрении человека

После того как об опытах Франклина стало известно в Петербурге, подобными опытами занялись Рихман и Ломоносов. Они устроили более удобную установку для изучения атмосферного электричества, названную громовой машиной.

Громовая машина представляла собой заостренный железный шест, установленный на крыше дома. От железного шеста в дом шла проволока. Конец этой проволоки был соединен с электрическим указателем, т.е. с простейшим электрометром, изобретенным Рихманом.

С громовой машиной и Рихман и Ломоносов проделали много опытов. Ломоносов открыл, что электрические заряды в атмосфере появляются не только во время грозы, но и без нее. На основе своих опытов Ломоносов создал первую научную теорию образования электричества в атмосфере.

Летом 1753 г. случилось несчастье. Собиралась гроза, и Рихман пришел к своей громовой машине, чтобы наблюдать электрические разряды. Вдруг в комнате появилась шаровая молния, произошел электрический разряд – и ученый был убит.

Впечатлением от трагической смерти Рихмана немедленно воспользовалось духовенство в целях борьбы с безбожием. Попы и монахи стали распространять мысль о том, что Рихман был наказан богом за дерзкие опыты.

После того как была выяснена электрическая природа грозы возникла идея устройства громоотвода для предохранения зданий от пожаров в результате попадания в них молнии.

Громоотводы быстро вошли в практику. Это было первое практическое применение учения об электрических явлениях. Оно способствовало развитию научных исследований по электричеству вообще.

Следует отметить, что духовенство и позже враждебно относилось к исследованиям атмосферного электричества и к использованию громоотводов, полагая, что защита от ударов молний – безбожное занятие.

Второй попыткой использования электричества для практических целей было применение его для лечения болезней.

Как мы видели выше, уже Мушенбрук, описывая изобретение лейденской банки, обратил внимание на сильное и необычное действие электрического разряда на человека.

Вскоре этим действием заинтересовались врачи. Возникла мысль о том, что в живом организме существуют электрические токи, которые играют в нем какую-то важную роль. Вместе с этим пришло убеждение о возможности применения электричества для лечения болезней.

С этой целью стали производить опыты по электризации людей, пропусканию через тело человека электрического тока и т. д.

В 1743-1744 гг. уже упомянутый Христиан Готлиб Кратценштейн помогал в электрических иссле­дованиях своему учителю, профессору универ­ситета в Галле Иоганну Готлибу Крюгеру (1715— 1759). Эти исследования рассматри­ваются как первая попытка применения элек­тричества в медицине. Их инициатором был Крюгер. Вот как он пришел к мысли о воз­можности электролечения.

Ученый заметил на теле человека пятно от электрической искры. «Если электричество может не только вызывать пятна на коже, но и рас­пространяться по всему телу, то не несомненно ли, что электризацией можно вызвать изменения и во внутренних частях человеческого тела, где угодно? Однако все, что может вызвать изме­нения в человеческом теле, можно использовать для восстановления потерянного или сохранения имеющегося здоровья, если только пользоваться этим вовремя и в нужных местах. Не следует ли отсюда, что электризация является новым видом лечения?», — рассуждает Крюгер в по­слании, датированном 21 декабря 1743 г.

Приоритет Крюгера как основателя электро­медицины подтверждает Кратценштейн: «На­сколько я знаю, первым пришел к мысли о том, что электризация может быть полезна в медицине, несравненный г-н профессор Крюгер. Следует заметить, что термин «элек­тризация» в XVIII в. не имел четкого опре­деления.

Кратценштейн опубликовал некоторые свои электрофизические исследования. Он. в частно­сти, измерял у себя пульс и получил в начале электризации 88 ударов в минуту, а в конце – 96. Подобные результаты Кратценштейн, соглас­но его сообщениям, получал и на других ис­пытуемых.

В 1744 г. ординарный профессор физиологии из Лейпцига Самуэль Теодор Квельмальц (1696— 1758) также исследовал влияние электричества на человеческий организм.

В письме, датированном 7 декабря 1744 г., Кратценштейн пишет о том, что он вылечил некоему ученому мужу два пальца на руке с помощью одной-единственной электризации. Столь же оптимистично Кратценштейн сообщает далее, что у всех лиц, которых он подверг элек­тризации, наблюдалось облегчение во всех членах и улучшение сна. Кратценштейн ссылается также на успешный эффект электролечения, полученный профессором Арнольдом из Кенигсберга.

После  появления более мощного средства электрического воздействия на организм человека – конденсатор в виде лейденской банки её начали применять в электротерапии. Лейденский опыт (разрядка конденсатора через тело человека) был научной сенсацией XVIII в - всех восхищала длин­ная голубоватая искра и изумляло и пугало «элек­трическое потрясение» при разрядке лейденской банки, заряженной от электризационной машины. Эффект «электрического потрясения» явно преувеличивал­ся некоторыми экспериментаторами, проводив­шими опыт на себе. Но убивая разрядами лейден­ской банки цыплят и т. п., Бенджамин Франклин, например, справедливо полагал, что достаточно большой батареей лейденских банок можно убить и человека

Действием элек­тричества на человеческий организм интересо­вался Ге­орг-Вильгельм Рихман. Он кри­тически относился к сведениям, поступавшим из-за рубежа. Так, он убедился в том, что ус­корения кровообращения у человека, находяще­гося в электростатическом поле (как сказали бы мы сегодня), не происходит.

Первые известные опыты электролечения на территории Российской империи принадлежат Павлу Паульсону. Как со­общает Рихман в начале 1753 г., «у нас в Лиф-ляндии <...> доктор медицины Паульсон при помощи электричества быстро вылечил человека, который после перенесенной им горячки в те­чение шести месяцев был немым и с одной стороны расслабленным, так что тот вновь обрел способность говорить и владеть своими членами». Паульсон в 1747 г. окончил медицинский факультет в Галле (после чего ра­ботал врачом в Дерите) и, несомненно, был уче­ником Крюгера.

В Петербурге электролечением систематически занимался «профессор медицинского электриче­ства» городской больницы и (до 1795 г.) про­фессор физики Хирургического училища Готфрид Альберт Кольрейф (1749-1802). Под его руководством только в 1789 г. в больнице на Фонтанке у Обуховского моста прошли элек­тролечение 60 человек, из них 20 «с наилучшим успехом», у некоторых курс продолжается, а у других электролечение не дало результатов.

В 1793 г. в Москве был издан перевод книги французского аббата Бертолона (?—1799), каса­ющейся электролечения (книга была одобрена Лионской академией наук и вышла во Франции в 1781 г. В книге описывается электролечение различных болезней, включая некоторые виды слепоты.

Следует отметить, что медицинская наука тра­диционно «лидирует» среди других наук по под­тасовке данных. Не заявляли ли пациенты электротерапевтов о своем «излечении» во из­бежание дальнейших пыток электрическими раз­рядами?

В 1793 г. в Москве вышел перевод книги королевского механика Джорджа Адамса (1709-1772), в которой также уделяется внимание элек­тролечению (первое английское издание вышло в 1784 г.). В конце XVIII в. электролечение применялось в Екатерининской больнице в Москве.

Русский ученый-энциклопедист Андрей Ти­мофеевич Болотов (1738—1833) в провинции са­мостоятельно изготовил электромедицинское обо­рудование и с начала 1790-х годов регулярно проводил электролечение. Лечение осуществлялось разрядом лейденской банки с применением различных электродов для разрядки через больные органы человека. В течение 2-х лет электролечение прошли более 1500 чел.

Был написан ряд книг по исследованию действия электричества на организм человека. В качестве примера можно указать на книгу Марата, известного деятеля французской революции, врача по специальности. Он написал в 1783 г. «Трактат о медицинском электричестве», который был удостоен специальной премии. Однако все такие исследования в то время не привели к каким-либо положительным практическим результатам. Действительное применение электричества для лечения болезней началось гораздо позже. Но такие исследования сыграли большую роль в усилении интереса к исследованиям электрических явлений вообще. Больше того, как мы увидим ниже, именно исследование влияния электричества на живой организм привело к открытию итальянским врачом Гальвани так называемого гальванического электричества.

История применения электрических явлений в медицине очень интересна тем, что она показывает, как новые открытия в области физических наук бывают вызваны задачами других наук (в данном случае медицины).

Первые теории электричества

Вместе с ускорившимся развитием опытного исследования электрических явлений возникают и теории этих явлений.

Конечно, еще до середины XVIII в. существовали некоторые соображения о природе электричества. Но они были весьма примитивными. В большинстве случаев электрические действия объяснялись наличием вокруг заряженных тел неких электрических атмосфер.

В середине XVIII в. появляются уже более содержательные теории электрических явлений. Эти теории можно разделить на две основные группы.

Первая группа - это теории электрических явлений, основанные на принципе дальнодействия.

Вторая группа - это теории, в основу которых положен принцип близкодействия.

Остановимся сначала на развитии теории дальнодействия, которая получила в XVIII в. почти всеобщее признание. Основоположниками теории дальнодействия были Франклин и петербургский академик Эпинус.

Франклин еще в 40-х г. XVIII в. построил теорию электрических явлений. Он предположил, что существует особая электрическая материя, представляющая собой некую тонкую, невидимую жидкость. Частицы этой материи обладают свойством отталкиваться друг от друга и притягиваться к частицам обычной материи, т. е. к частицам вещества, по современным понятиям.

Электрическая материя присутствует в телах в определенных количествах, и в этом случае ее присутствие не обнаруживается. Но если в теле появляется избыток этой материи, то тело электризуется положительно; наоборот, если в теле будет недостаток этой материи, то тело электризуется отрицательно. Название «положительное и отрицательное электричество», как уже упоминалось, принадлежит Франклину.

Электрическая материя, по Франклину, состоит из особо тонких частиц, поэтому она может проходить сквозь вещество. Особенно легко она проходит через проводники.

Из теории Франклина следует очень важное положение о сохранении электрического заряда. Действительно, для создания, например, отрицательного заряда на каком-либо теле нужно от него отнять некоторое количество электрической жидкости, которая должна перейти на другое тело и образовать там положительный заряд такой же величины. После соединения этих тел электрическая материя вновь распределится между ними так, чтобы эти тела стали электрически нейтральными.

Это положение Франклин демонстрировал на опыте. Два человека стоят на смоляном диске (для изоляции их от окружающих предметов и земли). Один человек натирает стеклянную трубку. Другой касается этой трубки пальцем и извлекает искру. Оба человека теперь оказываются наэлектризованными: один - отрицательным электричеством, другой - положительным. Но при этом их заряды равны по абсолютной величине. После соприкосновения люди потеряют свои заряды и станут электрически нейтральными.

Теория Франклина была развита Францем Эпинусом (1724 - 1802). При этом Эпинус как бы брал за образец теорию тяготения Ньютона.

Ньютон предположил, что между всеми частицами обычных тел действуют дальнодействующие силы. Эти силы центральные, т.е. они действуют по прямой, соединяющей частицы.

Эпинус же предполагает, что между частицами электрической материи также действуют центральные дальнодействующие силы. Только силы тяготения являются силами притяжения, силы же, действующие между частицами электрической материи, - силами отталкивания. Кроме того, между частицами электрической материи и частицами обычного вещества, так же как и у Франклина действуют силы притяжения. И эти силы аналогично силам тяготения являются дальнодействующими и центральными.

Далее Эпинус подобно Ньютону говорит, что введенные им силы нужно признать как факт и что в настоящее время нельзя объяснить, каким образом они действуют через пространство. Придумывать же необоснованные гипотезы он не желает. Здесь он полностью копирует Ньютона.

Эпинус идет дальше, сравнивая силы тяготения и электрические силы. Он предполагает, что силы, действующие между частицами электрической материи, «изменяются обратно пропорционально квадрату расстояния. Так можно предполагать с некоторым правдоподобием, ибо в пользу такой зависимости, по-видимому, говорит аналогия с другими явлениями природы». Эта предполагаемая аналогия и дает возможность Эпинусу построить теорию электрических явлений.

Одной из интересных его работ было исследование электрической индукции. Эпинус показал, что если к проводнику приблизить заряженное тело, то на проводнике появляются электрические заряды. При этом сторона его, к которой подносят заряженное тело, электризуется зарядом противоположного знака. И наоборот, на удаленной части проводника образуется заряд того же знака, что и на поднесенном теле.

Если убрать заряженное тело, то проводник снова становится незаряженным. Но если проводник может быть разделен на две части в присутствии заряженного тела, то получатся два проводника, заряженные разноименными зарядами, которые останутся и при удалении индуцирующего заряда.

Эпинус подтвердил и закон сохранения электрического заряда. Он писал: «Если я хочу в каком-либо теле увеличить количество электрической материи, я должен неизбежно взять ее вне его и, следовательно, уменьшить ее в каком-либо другом теле».

Одновременно с теорией электрических явлений, основанной на представлении о дальнодействии, появляются теории этих явлений, в основе которых лежит принцип близкодействия. Одним из родоначальников этой теории можно считать Ломоносова.

Ломоносов был противником теории дальнодействия. Он считал, что тело не может действовать на другие мгновенно через пустое или заполненное чем-либо пространство.

Он полагал, что электрическое взаимодействие передается от тела к телу через особую среду, заполняющую все пустое пространство, в частности и пространство между частицами, из которых состоит «весомая материя», т. е. вещество.

Электрические явления, по Ломоносову, следует рассматривать как определенные микроскопические движения, происходящие в эфире. То же самое относится и к магнитным явлениям.

На точке зрения близкодействия в теории электричества и магнетизма стоял и другой петербургский академик - Леонард Эйлер. В середине XVIII в., как и Ломоносов, он выступил за теорию близкодействия. Он предполагал существование эфира, движением и свойствами которого объяснял наблюдаемые электрические явления.

Однако теоретические представления Ломоносова и Эйлера в то время не могли получить развития. Вскоре был открыт закон Кулона. Он был по своей форме таким же, как и закон всемирного тяготения, и, естественно, его понимание было таким же, как и понимание закона тяготения. Таким образом, закон Кулона был воспринят как доказательство теории дальнодействия.

Основной закон электростатики - закон Кулона - был установлен французским физиком Кулоном в 80-х гг. XVIII в.

Однако история его открытия начинается раньше. Эта история показывает один из путей, по которому развивается физика, - путь применения аналогии

Эпинус уже догадывался о том, что сила взаимодействия между электрическими зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. И эта догадка возникла на основе некоторой аналогии между силами тяготения и электрическими силами.

Но аналогия не является доказательством. Вывод из аналогии всегда требует проверки. Опираясь только на аналогию,. можно прийти и к неверным результатам. Эпинус не проверил справедливость данной аналогии, и поэтому его высказывание имело только предположительный характер.

Иначе поступил английский ученый Генри Кавендиш (1731 - 1810). Он также исходил из аналогии между силами тяготения и силами электрического взаимодействия. Но он пошел дальше, нежели Эпинус, и проверил на опыте выводы, вытекающие из нее.

Кавендиш проделал такой опыт в 70-х гг. XVIII в.. Он взял заряженный металлический шар и поместил его внутрь полого металлического шара, образованного двумя полушариями. Внешний полый шар сначала был не заряжен.

3атем внутренний шар тонкой проволокой соединялся с внешним шаром, для чего было сделано в последнем маленькое отверстие. Через некоторое время полушария разъединяли и освобождали внутренний шар. После этого соединяли его с электроскопом.

Что показывал электроскоп? Если правильно предположение, что силы взаимодействия между зарядами (в данном случае силы отталкивания) обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними, то электроскоп покажет отсутствие заряда.

Действительно, как только внутренний шар соединяли проволокой с полушариями, так сейчас же электричество начинало перетекать с шара по проволоке на полушария, равномерно распределяясь на них. Ведь между зарядами, находящимися на таре, действовала сила отталкивания, но пока шар изолирован, заряды не могли его покинуть. Попав же на внешний шар, заряды равномерно распределялись на его поверхности, и их действие на заряд, находящийся внутри шара, прекращалось.

Перетекание зарядов с внутреннего шара на внешний будет происходить до тех пор, пока они все не покинут внутренний шар. Отсюда Кавендиш и сделал вывод о том, что силы взаимодействия между электрическими зарядами обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними.

Таким образом, мы должны сказать, что Кавендиш первым экспериментально установил закон взаимодействия электрических зарядов. Однако он не обнародовал своего открытия. И эта работа оставалась при его жизни неизвестной. О ней узнали гораздо позже, только в середине прошлого столетия, после того как Максвелл опубликовал ее. Конечно, к этому времени она имела уже чисто исторический интерес.

Не зная об исследованиях Кавендиша, французский ученый Шарль Кулон (1736 - 1806) в 80-х гг. XVIII в. проделал ряд опытов и установил основной закон электростатики, получивший его имя.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5