Законы классической теории Э. охватывают огромную совокупность электромагнитных процессов. Среди 4 типов взаимодействий (электромагнитных, гравитационных, сильных и слабых), существующих в природе, электромагнитные занимают первое место по широте и разнообразию проявлений. Это связано с тем, что все тела построены из электрически заряженных частиц противоположных знаков, взаимодействия между которыми, с одной стороны, на много порядков интенсивнее гравитационных и слабых, а с другой - являются дальнодействующими в отличие от сильных взаимодействий. Строение атомных оболочек, сцепление атомов в молекулы (химические силы) и образование конденсированного вещества определяются электромагнитным взаимодействием.
Историческая справка.Простейшие электрические и магнитные явления известны ещё с глубокой древности. Были найдены минералы, притягивающие кусочки железа, а также обнаружено, что янтарь (греч. электрон, elektron, отсюда термин Э.), потёртый о шерсть, притягивает лёгкие предметы (электризация трением). Однако лишь в 1600 У. впервые установил различие между электрическими и магнитными явлениями. Он открыл существование магнитных полюсов и неотделимость их друг от друга, а также установил, что земной шар - гигантский магнит.
В 17 - 1-й половине 18 вв. проводились многочисленные опыты с наэлектризованными телами, были построены первые электростатические машины, основанные на электризации трением, установлено существование электрических зарядов двух родов (Ш. ) ,обнаружена электропроводность металлов (английский учёный С. Грей). С изобретением первого конденсатора - лейденской банки (1745) - появилась возможность накапливать большие электрические заряды. В 1747-53 Б. изложил первую последовательную теорию электрических явлений, окончательно установил электрическую природу молнии и изобрёл молниеотвод.
Во 2-й половине 18 в. началось количественное изучение электрических и магнитных явлений. Появились первые измерительные приборы - электроскопы различных конструкций, электрометры. Г. (1773) и Ш. (1785) экспериментально установили закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов (работы Кавендиша были опубликованы лишь в 1879). Этот основной закон электростатики ( ) впервые позволил создать метод измерения электрических зарядов по силам взаимодействия между ними. Кулон установил также закон взаимодействия между полюсами длинных магнитов и ввёл понятие о магнитных зарядах, сосредоточенных на концах магнитов.
Следующий этап в развитии науки об Э. связан с открытием в конце 18 в. Л. «животного электричества» и работами А. ,который правильно истолковал опыты Гальвани присутствием в замкнутой цепи 2 разнородных металлов в жидкости и изобрёл первый источник электрического тока - гальванический элемент (т. н. ,1800), создающий непрерывный (постоянный) ток в течение длительного времени. В 1802 В. В. ,построив гальванический элемент значительно большей мощности, открыл электрическую дугу, исследовал её свойства и указал на возможность применений её для освещения, а также для плавления и сварки металлов. Г. электролизом водных растворов щелочей получил (1807) неизвестные ранее металлы - натрий и калий. Дж. П. установил (1841), что количество теплоты, выделяемой в проводнике электрическим током, пропорционально квадрату силы тока; этот закон был обоснован (1842) точными экспериментами Э. Х. (закон Джоуля - Ленца). Г. установил (1826) количественную зависимость электрического тока от напряжения в цепи. К. ф. сформулировал (1830) основную теорему электростатики (см. ) .
Наиболее фундаментальное открытие было сделано Х. в 1820; он обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку - явление, свидетельствовавшее о связи между электричеством и магнетизмом. Вслед за этим в том же году А. М. установил закон взаимодействия электрических токов ( ) .Он показал также, что свойства постоянных магнитов могут быть объяснены на основе предположения о том, что в молекулах намагниченных тел циркулируют постоянные электрические токи (молекулярные токи). Т. о., согласно Амперу, все магнитные явления сводятся к взаимодействиям токов, магнитных же зарядов не существует. Со времени открытий Эрстеда и Ампера учение о магнетизме сделалось составной частью учения об Э.
Со 2-й четверти 19 в. началось быстрое проникновение Э. в технику. В 20-х гг. появились первые электромагниты. Одним из первых применений Э. был телеграфный аппарат, в 30-40-х гг. построены электродвигатели и генераторы тока, а в 40-х гг.- электрические осветительные устройства и т. д. Практическое применение Э. в дальнейшем всё более возрастало, что в свою очередь оказало существ, влияние на учение об Э.
В 30-40-х гг. 19 в. в развитие науки об Э. внёс большой вклад М. -творец общего учения об электромагнитных явлениях, в котором все электрические и магнитные явления рассматриваются с единой точки зрения. С помощью опытов он доказал, что действия электрических зарядов и токов не зависят от способа их получения [до Фарадея различали «обыкновенное» (полученное при электризации трением), атмосферное, «гальваническое», магнитное, термоэлектрическое, «животное» и другие виды Э.]. В 1831 Фарадей открыл -возбуждение электрического тока в контуре, находящемся в переменном магнитном поле. Это явление (наблюдавшееся в 1832 также Дж. ) составляет фундамент .В 1833-34 Фарадей установил законы ;эти его работы положили начало электрохимии. В дальнейшем он, пытаясь найти взаимосвязь электрических и магнитных явлений с оптическими, открыл (1837), явления и (1845), магнитное вращение плоскости поляризации света (1845) и др.
Фарадей впервые ввёл представление об электрическом и магнитном полях. Он отрицал концепцию дальнодействия, сторонники которой считали, что тела непосредственно (через пустоту) на расстоянии действуют друг на друга. Согласно идеям Фарадея, взаимодействие между зарядами и токами осуществляется посредством промежуточных агентов: заряды и токи создают в окружающем пространстве электрическое или (соответственно) магнитное поля, с помощью которых взаимодействие передаётся от точки к точке (концепция близкодействия). В основе его представлений об электрическом и магнитном полях лежало понятие ,которые он рассматривал как механические образования в гипотетической среде - ,подобные растянутым упругим нитям или шнурам.
Идеи Фарадея о реальности электромагнитного поля не сразу получили признание. Первая математическая формулировка законов электромагнитной индукции была дана ф. в 1845 на языке концепции дальнодействия. Им же были введены важные понятия коэффициентов само- и взаимоиндукции токов. Значение этих понятий полностью раскрылось позднее, когда У. (лорд Кельвин) развил (1853) теорию электрических колебаний в контуре, состоящем из конденсатора (электроёмкость) и катушки (индуктивность).
Большое значение для развития учения об Э. имело создание новых приборов и методов электрических измерений, а также единая система электрических и магнитных единиц измерений, созданная Гауссом и В. (см. ) .В 1846 Вебер указал на связь силы тока с плотностью электрических зарядов в проводнике и скоростью их упорядоченного перемещения. Он установил также закон взаимодействия движущихся точечных зарядов, который содержал новую универсальную электродинамическую постоянную, представляющую собой отношение электростатических и электромагнитных единиц заряда и имеющую размерность скорости. При экспериментальном определении (Вебер и ф. ,1856) этой постоянной было получено значение, близкое к скорости света; это явилось определённым указанием на связь электромагнитных явлений с оптическими.
В 1861-73 учение об Э. получило своё развитие и завершение в работах Дж. К. .Опираясь на эмпирические законы электромагнитных явлений и введя гипотезу о порождении магнитного поля переменным электрическим полем, Максвелл сформулировал фундаментальные уравнения классической электродинамики, названные его именем. При этом он, подобно Фарадею, рассматривал электромагнитные явления как некоторую форму механических процессов в эфире. Главное новое следствие, вытекающее из этих уравнений, - существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света. Уравнения Максвелла легли в основу электромагнитной теории света. Решающее подтверждение теория Максвелла нашла в 1886-89, когда Г. экспериментально установил существование электромагнитных волн. После его открытия были предприняты попытки установить связь с помощью электромагнитных волн, завершившиеся созданием радио, и начались интенсивные исследования в области .
В конце 19 - начале 20 вв. начался новый этап в развитии теории Э. Исследования электрических разрядов увенчались открытием Дж. Дж. дискретности электрических зарядов. В 1897 он измерил отношение заряда к его массе, а в 1898 определил абсолютную величину заряда электрона. Х. ,опираясь на открытие Томсона и выводы молекулярно-кинетической теории, заложил основы электронной теории строения вещества (см. ) .В классической электронной теории вещество рассматривается как совокупность электрически заряженных частиц, движение которых подчинено законам классической механики. Уравнения Максвелла получаются из уравнений электронной теории статистическим усреднением.
Попытки применения законов классической электродинамики к исследованию электромагнитных процессов в движущихся средах натолкнулись на существенные трудности. Стремясь разрешить их, А. пришёл (1905) к .Эта теория окончательно опровергла идею существования эфира, наделённого механическими свойствами. После создания теории относительности стало очевидно, что законы электродинамики не могут быть сведены к законам классической механики.
На малых пространственно-временных интервалах становятся существенными квантовые свойства электромагнитного поля, не учитываемые классической теорией Э. Квантовая теория электромагнитных процессов - -была создана во 2-й четверти 20 в. Квантовая теория вещества и поля уже выходит за пределы учения об Э., изучает более фундаментальные проблемы, касающиеся законов движения элементарных частиц и их строения.
С открытием новых фактов и созданием новых теорий значение классического учения об Э. не уменьшилось, были определены лишь границы применимости классической электродинамики. В этих пределах уравнения Максвелла и классическая электронная теория сохраняют силу, являясь фундаментом современной теории Э. Классическая электродинамика составляет основу большинства разделов электротехники, радиотехники, и (исключение составляет квантовая электроника). С помощью её уравнений было решено огромное число задач теоретического и прикладного характера. В частности, многочисленные проблемы поведения плазмы в лабораторных условиях и в космосе решаются с помощью уравнений Максвелла (см. , , ) .
Лит.:Кудрявцев П. С., История физики, М., 1956; Льоцци М., История физики, пер. с итал., М., 1970; Максвелл Дж. К., Избр. соч. по теории электромагнитного поля, [пер. с англ.], М., 1952; Лоренц Г. А., Теория электронов и ее применение к явлениям света и тепловою излучения, пер. с англ., 2 изд., М., 1953; Тамм И. Е., Основы теории электричества, 9 изд., М., 1976.
Г. Я. Мякишев.
«Электричество»
«Электри'чество»,ежемесячный научно-технический журнал, орган АН СССР, Государственного комитета Совета Министров СССР по науке и технике и Центрального правления научно-технического общества энергетики и электротехнической промышленности. Один из старейших технических журналов; основан в 1880 в Петербурге по инициативе П. Н. Яблочкова, В. Н. Чиколева, Д. А. Лачинова, А. Н. Лодыгина и др.; с 1922 издаётся в Москве (перерывы в 1917-22, 1941-1944). Освещает актуальные вопросы теории и практики электроэнергетики и электротехники. Тираж (1978) около 19 тыс. экз.
Электро...
Электро...,часть сложных слов, указывающая на отношение к электричеству (например, , ) .
Электроакустика
Электроаку'стика,раздел прикладной акустики, содержание которого составляют теория, методы расчёта и конструирование .Часто к Э. относят теорию и методы расчёта представляющих интерес для прикладной акустики электромеханических преобразователей (например, звукоснимателей, рекордеров, виброметров, электромеханических фильтров и трансформаторов и др.), связанных с электроакустическими преобразователями общностью физического механизма, методов расчёта и конструирования. Э. тесно связана также со многими другими разделами прикладной акустики, поскольку рассматриваемые ею электроакустические преобразователи либо органически входят в состав различной акустической аппаратуры (например, при звуковещании, звукозаписи и воспроизведении звука, в ультразвуковой дефектоскопии и технологии, в гидроакустике, акустической голографии и др.), либо широко применяются при экспериментальных исследованиях (например, в архитектурной и строительной акустике, медицине, геологии, океанографии, сейсморазведке, при измерении шумов и др.).
Основная задача Э. - установление соотношений между сигналами на входе и выходе преобразователя и отыскание условий, при которых преобразование осуществляется наиболее эффективно или с минимальными искажениями.
Э. как самостоятельный раздел прикладной акустики сложилась в 1-й половине 20 в., когда применение электроакустических преобразователей приобрело массовый характер и стало постепенно проникать во всё новые области науки и техники. Первые работы по расчётам электроакустических преобразователей относятся к концу 19 и началу 20 вв. и связаны с развитием телефонии, исследованиями колебаний пьезоэлектрических и магнитострикционных резонаторов. Существенным прогрессом в технике электроакустических преобразователей явилось создание метода электроакустических аналогий и эквивалентных схем (см. ) .Важным шагом вперёд в теории расчёта электроакустических преобразователей явилось затем использование метода электромеханических многополюсников и метода эквивалентных схем для систем с т. н. распределёнными постоянными, для которых амплитуда колебаний существенно зависит от их координат аналогично электрическим длинным линиям и волноводам.
Существенную роль в развитии Э. сыграли работы американских учёных Ф. Морса и Л. Фолди (общая теория электромеханических преобразователей с распределёнными связями), Г. Олсона (теория электромеханических аналогий и эквивалентных схем), У. Мэзона (расчёт пьезоэлектрических преобразователей и фильтров) и советских учёных Н. Н. Андреева и Л. Я. Гутина (заложивших основы современных методов расчёта пьезоэлектрических и магнитострикционных преобразователей), В. В. Фурдуева (установившего различные виды соотношений на основе теоремы взаимности в электромеханических системах), А. А. Харкевича (разработавшего и систематизировавшего общую теорию электроакустических преобразователей) и др.
Лит.:Гутин Л. Я., Магнитострикционные излучатели и приемники, «Журнал технической физики», 1945, т. 15, в. 12; его же, Пьезоэлектрические излучатели и приемники, там же, 1946, т. 16, в. 1; Фурдуев В. В., Электроакустика, М. - Л., 1948; Харкевич А. А., Теория преобразователей, М. - Л., 1948; Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., М., 1966; Скучик Е., Основы акустики, пер. с англ., т. 1-2. М., 1976.
Р. Е. Пасынков.
Электроакустические и электромеханические аналогии
Электроакусти'ческие и электромехани'ческие анало'гии,аналогии в законах движения (колебаний) механических колебательных систем и электрических контуров. Главное достоинство Э. и э. а. - возможность применения методов расчёта и анализа электрических колебательных систем при рассмотрении свойств механических и акустических систем (рис.), основанная на сходстве дифференциальных уравнений, описывающих состояние этих систем. На основании сопоставления сходных уравнений составляется таблица соответствия электрических, механических и акустических аналогов, причём в зависимости от того, выбрано ли уравнение последовательного или параллельного электрического контура для сопоставления, различают 1-ю (прямую) и 2-ю (инверсионную) системы аналогий (см. табл.).
| Электрические величины | Механические величины | Акустические величины | |
| 1-я система | 2-я система | 1-я система | |
| Напряжение (эдс) U | Сила F | Скорость v | Звуковое давление p |
| Ток i | Скорость v | Сила F | Объёмная скорость S v |
| Индуктивность L | Масса m | Податливость (гибкость) С м | Акустическая масса m a= rl/S |
| Ёмкость C | Податливость (гибкость) С м | Масса m | Акустическая податливость C a= V/rc 2 |
| Активное сопротивление R | Сопротивление механических потерь r м | Активная механическая приводимость 1/r м | Сопротивление акустических потерь r a |
Примечание. S- площадь, r - плотность среды, c- скорость звука в среде, V- объём.
При рассмотрении акустических систем наибольшее распространение получила 1-я система аналогий.
Э. и э. а. особенно полезны при определении свойств сложных механических систем с несколькими степенями свободы, аналитическое исследование которых решением дифференциальных уравнений весьма трудоёмко. Такие системы представляют в виде совокупности электрических контуров и полученную электрическую схему (эквивалентную схему) анализируют приёмами электротехники. Метод Э. и э. а. применяется для расчёта электромеханических и .
Лит.:Фурдуев В. В., Электроакустика, М. - Л., 1948; Ольсон Г., Динамические аналогии, пер. с англ., М., 1947; Матаушек И., Ультразвуковая техника, пер. с нем., М., 1962.
Примеры электрических и механических аналогов: а - последовательный и параллельный одиночные электрические контуры; б - механическая система с одной степенью свободы; в - акустический резонатор.
Электроакустические преобразователи
Электроакусти'ческие преобразова'тели,устройства, преобразующие электрическую энергию в акустическую (энергию упругих колебаний среды) и обратно. В зависимости от направления преобразования различают Э. п.: излучатели и приёмники. Э. п. широко используют для излучения и приёма звука в технике связи и звуковоспроизведения, для измерения и приёма упругих колебаний в ультразвуковой технике, гидролокации и в акустоэлектронике. Наиболее распространённые Э. п. линейны, т. е. удовлетворяют требованию неискажённой передачи сигнала, и обратимы, т. е. могут работать и как излучатель, и как приёмник, и подчиняются принципу взаимности. В большинстве Э. п. имеет место двойное преобразование энергии ( рис. ): электромеханическое, в результате которого часть подводимой к преобразователю электрической энергии переходит в энергию колебаний некоторой механической системы, и механоакустическое, при котором за счёт колебаний механической системы в среде создаётся звуковое поле.
Существуют Э. п., не имеющие механической колебательной системы и создающие колебания непосредственно в среде, например электроискровой излучатель, возбуждающий интенсивные звуковые колебания в результате электрического разряда в жидкости, излучатель, действие которого основано на жидкостей. Эти излучатели необратимы и применяются редко. К особому классу Э.п. относятся приёмники звука (также необратимые), основанные на изменении электрического сопротивления чувствительного элемента под влиянием звукового давления, например угольный или полупроводниковые приёмники, в которых используется т. н. -зависимость сопротивления полупроводников от механических напряжений. Когда Э. п. служит излучателем, на его входе задаются электрическое напряжение Uи ток i,определяющие его колебательную скорость vи звуковое давление рв его поле; на входе Э. п. - приёмника действует давление рили колебательная скорость v,обусловливающие напряжение Vи ток Iна его выходе (на электрической стороне). Теоретический расчёт Э. п. предусматривает установление связи между его входными и выходными параметрами.
Колебательными механическими системами Э. п. могут быть , , различной формы (полые цилиндры, сферы, совершающие различного вида колебания), механические системы более сложной конфигурации. Колебательные скорости и деформации, возникающие в системе под воздействием сил, распределённых по её объёму, могут, в свою очередь, иметь достаточно сложное распределение. В ряде случаев, однако, в механической системе можно указать элементы, колебания которых с достаточным приближением характеризуются только кинетической, потенциальной энергиями и энергией механических потерь. Эти элементы имеют характер соответственно массы М,упругости 1/ Си активного механического сопротивления r(т. н. системы с сосредоточенными параметрами). Часто реальную систему удаётся искусственно свести к эквивалентной ей (в смысле баланса энергий) системе с сосредоточенными параметрами, определив т. н. эквивалентные массу М экв ,упругость 1/С экви сопротивление трению r m .Расчёт механических систем с сосредоточенными параметрами может быть произведён методом электромеханических аналогий (см. ) .В большинстве случаев при электромеханическом преобразовании преобладает преобразование в механическую энергию энергии либо электрического, либо магнитного поля (и обратно), соответственно чему обратимые Э. п. могут быть разбиты на следующие группы: электродинамические преобразователи, действие которых основано на электродинамическом эффекте (излучатели) и электромагнитной индукции (приёмники), например ,микрофон; электростатические, действие которых основано на изменении силы притяжения обкладок при изменении напряжения и на изменении заряда или напряжения при относительном перемещении обкладок конденсатора (громкоговорители, микрофоны); пьезоэлектрические преобразователи, основанные па прямом и обратном пьезоэффекте (см. ) ;электромагнитные преобразователи, основанные на колебаниях ферромагнитного якоря в переменном магнитном поле и изменении магнитного потока при движении якоря; ,использующие прямой и обратный эффект .
Свойства Э. п. - приёмника характеризуются его чувствительностью в режиме холостого хода g xx= V/pи внутренним сопротивлением Z эл.По виду частотной зависимости V/pразличают широкополосные и резонансные приёмники. Работу Э. п. - излучателя характеризуют: чувствительность, равная отношению рна определённом расстоянии от него на оси характеристики направленности к Uили i;внутреннее сопротивление, представляющее собой нагрузку для источника электрической энергии; акустоэлектрический кпд h а / эл= W ak /W эл , где W ak-активная акустическая мощность в нагрузке, W эл-активная электрическая потребляемая мощность, W ak = Z нv 0 2 ( v 0 -колебательная скорость точки центра приведения на излучающей поверхности, Z н-сопротивление акустической нагрузки, равное сопротивлению излучения Z s,при контакте Э. п. со сплошной средой). Перечисленные параметры зависят от частоты. Величины ри h а / элдостигают максимального значения на частотах механического резонанса, вследствие чего мощные излучатели делают, как правило, резонансными. Конструкции Э. п. существенно зависят от их назначения и применения и поэтому весьма разнообразны.
Лит.:Фурдуев В. В., Электроакустика, М. - Л., 1948; Харкевич А. А., Теория преобразователей, М. - Л., 1948; Матаушек И., Ультразвуковая техника, пер. с нем., М., 1962; Ультразвуковые преобразователи, под ред. Е. Кикучи, пер. с англ., М., 1972.
Б. С. Аронов, Р. Е. Пасынков.
Блок-схема электроакустического преобразователя: 1 - электрическая сторона; 2 - механическая колебательная система; 3 - звуковое поле; сплошные стрелки - электромеханическое (механоэлектрическое) преобразование; пунктирные - механоакустическое (акустомеханическое).
Электроаэрозольтерапия
Электроаэрозольтерапи'я,лечение аэрозолями лекарственных веществ, частицы которых имеют электрический заряд; метод физиотерапии. В отличие от аэрозолей, электроаэрозоли благодаря одноимённому (чаще отрицательному) заряду частиц обеспечивают максимальную устойчивость дисперсной системы, более глубокое проникновение медикаментов в ткани, их высокую концентрацию и более длительное пребывание в организме. Для получения электроаэрозолей используют специальные аппараты, например ручной генератор электроаэрозолей, генератор электроаэрозолей камерный (ГЭК-1). Э. применяют главным образом в виде ингаляций (для профилактики послеоперационных пневмоний, лечения острых и хронических заболеваний органов дыхания и др.), реже - в виде местного воздействия (при трофических язвах, ранах, заживающих вторичным натяжением, и др.). См. также