Внимание! Данная публикация на Конте — первоисточник.
Рекомендовано всем кто интересуется «электричеством и магнетизмом», от школьников и их учителей, преподавателей физики и электротехники, до руководителей министерств Просвещения, Образования и Науки, и нашего Государства, а также инженерам-электрикам всех отраслей промышленности.
Эпиграф: «Если твои планы рассчитаны на год — сей рис, если твои планы рассчитаны на десятилетия — сажай деревья, если твои планы рассчитаны на века — просвещай народ». (Конфуций, древнекитайский мыслитель).
Раздел физики «Электричество и магнетизм» в наших школах, колледжах и вузах зачастую преподают люди, которые сами учились по устаревшим шаблонам и имеют весьма смутное представление о природе этих явлений. Причём острая нехватка квалифицированных учителей физики — давняя проблема, бьющая по подготовке будущих инженеров и производственников.
А когда физику вынужденно ведут географы, физруки или математики, они превращаются в обычных надзирателей. Их задача — следить, чтобы ученики не задавали лишних вопросов, а просто переписывали недостоверную информацию из учебников и Интернета.
Сам такой «педагог» объяснить суть физических процессов просто не в состоянии. Вспоминается цитата одного «специалиста» из 90-х годов прошлого века: «Мне всё равно, за кем следить: дал книгу — пусть читают её и пишут конспект. А кто из них вырастет, слесарь-гинеколог или электромонтажник-сантехник, мне плевать, лишь бы мне за это деньги платили».
Деградация технических вузов началась тогда, когда из начальной и средней школы убрали уроки труда, черчение, начальную военную и медицинскую подготовку. Человек труда, как и врач или педагог, оказался изгоем в собственной стране.
Нынешний дефицит кадров в различных отраслях промышленности, в том числе и специалистов-электриков, — это следствие системного кризиса, начавшегося ещё при распаде СССР. Но самое главное — разрушилась связь между поколениями, которая существовала прежде.
Разрушить систему можно очень быстро, а вот сохранение необходимого и развитие нового — процесс долгий. Причём он требует колоссальных финансовых вложений, новых производств с современными технологиями, а также грамотных, высокообразованных производственных и научных кадров.
Что же сегодня предлагают нам школьные учебники?
Возьмём знаменитую «Физику для 7 класса» А. В. Пёрышкина и Н. А. Родиной. Её первое издание вышло ещё в 1969 году.
Книга переиздавалась бесконечно, вплоть до выпуска новых учебников в Российской Федерации (сейчас существует четыре варианта, а электричество изучают как базовый материал с 8 класса).
Изменилось ли её содержание за многие годы переиздания?
Изучение раздела электричества по-прежнему начинается с силы тока. Нам усердно вдалбливают аналогию, что ток (не электричество, а именно ток) течёт по проводам как вода по трубам и накапливается на выводах источников. Но ведь инженерам уже давно известно, что провода для электричества — это как русло для реки, а не труба! В параграфе о токе в металлах утверждается, что скорость движения отдельных электронов под действием поля невелика — всего несколько миллиметров в секунду. И тут же добавляется, что само поле распространяется со скоростью света, и электроны начинают движение одновременно по всей длине проводника. Формула силы тока преподнесена как отношение заряда ко времени. Но ведь первичным в электричестве является напряжение!
В итоге школьников заваливают формулами, законами последовательного и параллельного соединения проводников (почему-то проводников, а не нагрузок), но полностью игнорируют суть самих физических процессов.
Физику просто подменили математическими расчётами, лишёнными понимания природы электричества.
Сравните материалы современных учебников для 8 класса под авторством Пурышевой Н.С., Пёрышкина А.И. или Хижняковой Л.С. Все они — работники педагогических институтов и имеют учёные степени в области педагогических наук, то есть с реальным электричеством никак не связаны. Посмотрите, есть ли в их книгах что-то новое, кроме цветных картинок и слегка перефразированного текста?
Спустя пятьдесят лет после того, как я в последний раз держал в руках этот учебник, я внимательно вчитываюсь в каждую строку и половины не понимаю. Если я, инженер-электрик, не понимаю написанного, это значит, что и школьный учитель физики многого не понимает и не разбирается в предмете.
Мне электричество в детстве растолковывал отец. Он говорил: «В школе отвечай так, как требует учебник, а жизнь сама покажет, где правда». Так рождались двоякость, недосказанность и лживость, которые сегодня пронизывают не только науку, но и все сферы нашей деятельности. Мы перестали удивляться тому, что в теме электричества никто ничего не смыслит. Сложно описать чувства, которые испытываешь сегодня: это и стыд за антинаучные, некачественные знания, которые нам дают долгие годы, и негодование, и бессилие от многолетней борьбы с системой, где истину маскируют ложью.
Физику подменили математикой, хотя математика — это всего лишь инструмент в руках физиков.
И тут возникают законные вопросы: кто виноват? и что делать?
I. Кто виноват?
Кто и когда, на каком историческом этапе развития физики по изучению электричества и магнетизма устроил большой хаос в терминологии и понятиях, да так, что и сегодня говорим вроде бы об одном, но вроде бы каждый говорит о своём и не слышит собеседника.
Поэтому начнём читать и думать. Читать первоисточники, а не многоступенчатые технические переводы с языка на язык. Изучая литературу по вопросам электричества и электродинамики и электродинамического машиностроения, написанную в конце XVIII — начале XX веков, среди авторов мы не находим русских и белорусских, татарских, бурятских, чеченских, дагестанских фамилий и фамилий других народов, населяющих Великую Россию.
Да, история электродинамики и электричества писалась и преподавалась в Российской империи иностранцами, в основном немцами. А кем ещё? Ведь наши правители в то время на 95% по рождению были немцами.
Но первыми, кто стал изучать явления электричества и магнетизма, были итальянцы. Именно там, в Италии XVIII века, на Апеннинском полуострове, началось развитие физических наук, особенно статики, электричества и магнетизма. Это результат уникального переплетения глубоких университетских традиций, сильной государственной децентрализации и мощной сети научных академий.
Джованни Батиста Беккариа (итал. Giovanni Battista Beccaria; 1716-1781 гг.) (см. КОНТ, 8 сентября 2026 г., Антон Благин, «Наука, которая обошла Россию стороной...») стал ключевой фигурой итальянского Просвещения, связав теоретическую науку с экспериментальной практикой.
Этому феноменальному взлёту способствовал целый комплекс исторических и культурных факторов:
1. Культ эксперимента и наследие Галилея (XVII век).
Именно в Италии в начале XVII века благодаря Галилео Галилею (ит. Galileo Galileo; 1564-1642 гг.) родился современный научный метод, основанный на механике и статике. Академия дель Чименто (Accademia del Cimento), основанная во Флоренции в 1657 году, провозгласила девиз Provare e riprovare («Проверять и перепроверять»). Учёные академии отошли от слепого следования авторитету Аристотеля и сфокусировались на точных измерениях, конструировании приборов и изучении атмосферного давления, статики газов и жидкостей (работы Эванджелисты Торричелли (ит. Evangelista Torricelli; 1608-1647 гг.).
2. Университетская автономия и конкуренция регионов.
В отличие от Франции или Англии, где научная жизнь концентрировалась вокруг Парижа и Лондона, Италия была раздроблена на множество независимых государств (Туринское герцогство, Венецианская республика, Папская область, Тоскана).
Конкуренция за престиж: каждый правитель стремился сделать свой университет самым передовым. Болонский, Падуанский, Туринский и Пизанский университеты активно переманивали талантливых профессоров.
Кафедры экспериментальной физики: в XVIII веке в итальянских университетах массово открывались новые кафедры, где профессора были обязаны не просто читать лекции по книгам, а демонстрировать опыты. Именно такую кафедру в Туринском университете возглавил Беккариа в 1748 году.
3. Эпоха «Электрического просвещения» и Беккариа.
В XVIII веке изучение электричества стало главным научным трендом в Европе, и Италия оказалась на передовой благодаря феноменальной экспериментальной базе.
Вклад Беккариа: он систематизировал учение об электричестве, стал в Европе главным популяризатором идей американского естествоиспытателя Бенджамина Франклина и создал в Турине мощнейшую научную школу. Беккариа изучал атмосферное электричество, влияние токов на металлы и живые организмы.
Справка: упомянутый выше Бенджамин Франклин (англ. Benjamin Franklin, 1709-1790 гг.) одним из первых предложил целостную теорию электрических явлений; ввёл общепринятые обозначения положительного и отрицательного электрического заряда — «+» и «−»; установил тождество атмосферного и получаемого с помощью трения электричества; выдвинул идею электрического двигателя и продемонстрировал «электрическое колесо», вращающееся под действием электростатических сил; впервые применил электрическую искру для взрыва пороха; объяснил принцип действия лейденской банки и установил, что «сила её электрического удара заключена не в её проводящих обкладках, а в стекле банки», то есть в диэлектрике. В 1751 году основал Филадельфийскую академию в Америке, ставшую основой Пенсильванского университета.
Преемственность поколений: Беккариа воспитал целую плеяду выдающихся физиков. Его прямыми или косвенными учениками и последователями стали Джанфранческо Чинья (Gianfracesco Cigna; 1734-1790 гг.), Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Джероламо Умберто Вольта (Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Gerolamo Umberto Volta; 1745-1827 гг.) - изобретатель первой батарейки, и Гальвани Луиджи (ит. Luigi Galvani; 1737–4.12.1798 гг.) - открыватель биоэлектричества.
Первой в мире женщиной, получившей степень доктора философии в 1678 году в Падуанском университете, стала Елена Лукреция Корнаро Пископия (Elena Lucrezia Cornaro Piscopia; 1646-1684 гг.).
Живым символом итальянского Просвещения стала Лаура Мария Катерина Басси (ит. Laura Maria Caterina Bass; 1711- 1778 гг.) получившая в свои 20 лет степень доктора философии в Болонском университете в 1732 году.
В том же 1732 году Сенат Болоньи назначил её профессором универсальной философии. Позже, в 1776 году, она официально возглавила кафедру экспериментальной физики в Институте наук, став первой женщиной в мире, получившей официальный преподавательский пост в университете с фиксированным окладом.
Лаура Басси, наряду со своим мужем, физиком Джузеппе Вератти (ит. Giuseppe Veratti; 1707-1793 гг.), стала одной из первых, кто начал открыто преподавать ньютоновскую механику и оптику в Италии.
Домашняя лаборатория: поскольку консервативное общество не всегда одобряло публичные лекции женщины перед мужской аудиторией, Лаура организовала передовую частную лабораторию прямо у себя дома. Её домашние курсы по экспериментальной физике пользовались бешеной популярностью. Туда съезжались учёные со всей Европы, включая молодого Алессандро Вольта. Лаура Басси состояла в регулярной переписке с Франсуа Вольтером (настоящее имя Франсуа Мари Аруэ (François Marie Arouet; 1694-1778 гг.) и французскими энциклопедистами.
А приборы XVIII века превратили физику из кабинетной философии в захватывающую экспериментальную науку. Физика XVIII века была «оптической» и механической — учёные стремились визуализировать невидимые силы. Для этого создавались сложнейшие, дорогие и эстетически безупречные приборы из ценных пород дерева, латуни, стекла и шёлка. Главными инструментами физика той эпохи стали: электрофорные (фрикционные) машины; лейденская банка (1745 г.) — первый в истории конденсатор; электрометры и электроскопы — приборы для обнаружения заряда.
Магнетизм изучали в тесной связи со статикой, пытаясь понять, имеют ли эти две силы общую природу.
Учёные исследовали «магнитный камень» (магнетит) и учились создавать мощные искусственные магниты, натирая железные бруски в определённом направлении. Особое внимание уделялось «вооружённым магнитам» — магнитам в специальной латунной или железной оправе, которая многократно усиливала их способность удерживать груз (изучение статического удержания силы). Магнитные наклонения и компасы: специальные компасы с вертикальной стрелкой использовались для измерения магнитного наклонения Земли. Итальянские физики (включая круг Беккариа) активно составляли карты магнитных аномалий, что было критически важно для морской навигации того времени.
Используя все эти приборы, итальянцы поняли, что статика, магнетизм и биологические импульсы — это проявления одной и той же силы, и это был грандиозный прорыв в физике.
4. Меценатство, католическая церковь и просвещённый абсолютизм.
Вопреки стереотипам, в XVIII веке католическая церковь и итальянская аристократия активно спонсировали науку.
Институты и лаборатории: религиозные ордена (например, пиаристы, к которым принадлежал Беккариа) контролировали многие школы и поощряли изучение точных наук. В Болонье при поддержке папы Бенедикта XIV был создан мощный Институт наук с передовыми лабораториями.
Научная мода: демонстрация электрических искр и опытов с магнетизмом стала популярным развлечением при дворах итальянской знати, что обеспечивало учёным приток частного финансирования.
5. Эпоха Алессандро Вольта.
В журнале «Наука и жизнь» № 12 за 2004 год была опубликована великолепная работа Владимира Менделевича Ольшанского «Алессандро Вольта и Луиджи Гальвани», в которой подробно описаны все события из жизни двух выдающихся итальянских учёных конца XVIII — начала XIX веков и сделанные ими открытия, которые легли в основу нового раздела физики — электродинамики.
Поэтому нет необходимости рассматривать тот колоссальный труд, проделанный Гальвани и Вольта; стоит лишь отметить, что без работ Гальвани не было бы и работ Вольта, закончившихся созданием в 1799 году вольтова столба — первого химического источника электрического напряжения. Вольта первым понял, что лапка лягушки — лишь чуткий индикатор (измеритель). Электрический эффект возникает из-за контакта двух разных металлов (меди и цинка) во влажной среде. Его физическая теория контактного электричества привела к созданию в 1799 году знаменитой «Вольтовой банки» или «Вольтовой батареи» — прообраза современных аккумуляторов и источников бесперебойного питания (ИБП).
Сегодня, через 200 с лишним лет после описываемых событий, мы знаем, что в организме существует многое из того, что так рьяно отрицал Вольта и в чём был прав Гальвани — и собственное электричество, и сходство не только электроцитов, но и обычных мышечных волокон с батареями лейденских банок, и возможность возбуждения тканей без применения разнородных металлов. Гальвани заложил основу современной электрофизиологии и нейробиологии.
Справка: Электроциты — это специализированные мышечные или нервные клетки, которые способны генерировать электрические разряды. Они есть, например, у электрических угрей и скатов.
В своём письме от 20 марта 1800 года Алессандро Вольта президенту Лондонского королевского общества Джозефу Бэнксу (Sir Joseph Banks; 13 февраля 1743-1820 гг.) описал своё главное изобретение — «вольтов столб» и озаглавил послание так: «Об электричестве, возбуждаемом простым соприкосновением различных проводящих веществ». Вольта выбрал адресата не случайно. Лондонское королевское общество было ведущим научным центром Европы, а Philosophical Transactions— самым авторитетным научным журналом. Письмо туда гарантировало максимально быстрое и широкое распространение открытия. Вольта торопился: он хотел застолбить приоритет и одновременно убедить научный мир в своей правоте в споре с гальванистами.
В письме были описаны две конструкции:
«Столбчатый аппарат» (вольтов столб) — чередующиеся кружки серебра (или меди) и цинка, между которыми проложены картонные или суконные прокладки, смоченные рассолом. Вот как сам Вольта описывал сборку: «Я продолжаю соединять серебряную пластинку с цинковой, всегда в одном и том же порядке… и помещаю между каждой такой парой влажный кружок. Я продолжаю строить из нескольких таких слоёв колонну как можно выше, без опасения, что она опрокинется».
«Цепочка стаканов» — ряд сосудов с электролитом, в которые опущены пары разнородных металлических пластин, соединённых последовательно. Эту конструкцию Вольта предложил, как альтернативу столбу, который мог опрокинуться или потерять влагу от давления собственного веса.
Главные утверждения письма:
• Прибор даёт непрерывный поток, в отличие от лейденской банки, которую надо перезаряжать. Вольта писал о «неуничтожаемом заряде» и «непрерывном импульсе электрическому флюиду» (немного преувеличивая, называл его «вечным потоком»).
• Напряжение зависит от типа металлов и растёт с числом элементов: общее напряжение равно сумме напряжений каждой пары.
• Прибор не нужно предварительно заряжать — он готов к работе сразу и сохраняет заряд длительное время.
• Ощущения от контакта со столбом — лёгкие удары (сотрясения) в пальцах, похожие на разряд лейденской банки, но слабее и непрерывные.
В своём письме (написанном на французском языке) Вольта описывал изобретение, которое мы сегодня называем «Вольтовым столбом». При этом Вольта не вводил термин «вольтов столб», как пытаются утверждать многие исследователи; он использовал следующие термины:
«Электрический флюид» (Fluide électrique): Вольта разделял господствовавшую тогда теорию электричества как особой невесомой жидкости (флюида).
«Движущая сила» (Force motrice): Он писал о силе, которая заставляет этот флюид перемещаться, но понимал её механически — как результат простого контакта двух разных металлов.
«Искусственный электрический орган» (Organe électrique artificiel): Вольта напрямую сравнивал свой аппарат с электрическим органом рыбы-торпедо (электрического ската). Он пытался доказать Луиджи Гальвани, что «животного электричества» не существует, а есть лишь физико-химический процесс.
«Непрерывный поток электричества / непрерывное движение» (Courant continu / mouvement continuel): Это было главным прорывом. До Вольта электричество получали искрами (от лейденских банок). Вольта же подчёркивал, что его прибор даёт бесконечный, непрерывный поток флюида при каждом прикосновении.
Анализ концепции Вольта: «Контактная теория».
• Главная идея Вольта заключалась в том, что источником электричества является контакт двух разнородных металлов (например, цинка и меди).
• Металлы как возбудители: Вольта считал, что металлы — это не просто проводники, а «возбудители» (moteurs) электричества. При их соприкосновении один металл начинает притягивать электрический флюид сильнее, чем другой.
• Роль жидкости: влажные картонные диски, пропитанные солёной водой или кислотой, Вольта считал всего лишь проводниками, которые нужны, чтобы соединить пары металлов и не дать им нейтрализовать друг друга. Он упустил из виду химическую реакцию (окисление), которая на самом деле и выделяла энергию.
• Напряжение (tension): Вольта использовал слово tension (электрическое напряжение/натяжение), но понимал его как «стремление флюида прийти в движение» или «степень электризации» тел, которую тогда измеряли электрометрами.
Различные научные источники, в том числе и академические, часто ссылаются на работы Вольта, но это вторичные источники. Доверять можно только работам самого Вольта, написанным им на итальянском. Вольта впервые использовал понятие «tensione elettrica» (электрическое напряжение), а не «forza elettro motrice» (электродвижущая сила). Приписывание А. Вольте термина "ЭДС" основано на неточном переводе. По-французски «force motrice électrique» — «движущая сила электричества», в английском переводе это стало «electro motive force» — «электродвижущая сила». В ранних текстах «force motrice» отражала скорее идею «движущей силы», которая «толкает» электричество, а не строгое современное определение. Повторимся, Вольта работал с понятием «tensione elettrica» — электрическое напряжение. Он измерял именно разность «напряжений» между разными металлами.
Вольта дал явлению имя «электромоторной силы», но представлял её как сугубо механическое свойство металлов. В переписке по-французски он писал «force motrice électrique» — «движущая сила электричества», но это описательное выражение, не закреплённый термин.
В 1861 году Латимер Кларк (Josiah Latimer Clark; 1822-1898 гг.) и Чарльз Тильстон Брайт (Sir Charles Tilston Bright; 1832-1888 гг.) на съезде Британской ассоциации в Манчестере предложили назвать единицу измерения электрического потенциала «вольтом» — в честь Вольты. При этом единицу определили именно как единицу электродвижущей силы (ЭДС/EMF), а не «напряжения». Удивительно, но факт: Британская ассоциация назвала единицу ЭДС «вольтом» — то есть именем человека, который работал с другим понятием.
Но самое важное и главное — источник постоянного электричества Вольта использовался как теоретиками электродинамики и электротехники, так и практиками при создании электродинамических машин до появления источников переменного электричества.
Фактически с работами Вольта успехи итальянцев в электричестве закончились, им на смену пришли датчанин Эрстед, англичанин Майкл Фарадей, французы Араго и Ампер, немцы Ом, Кирхгоф и Поггендорф.
Скрытые возможности Поггендорфа или почему Ом и Кирхгофф остались в стороне.
Уверен, что многим имя Иоганна Христиана Поггендорфа (нем. Johann Christian Poggendorff; 1796–1877) не говорит ни о чём. А ведь именно он с 1824 по 1876 год, долгие 52 года, редактировал журнал «Annalender Physikund Chemie» («Записки по физике и химии»).
Главный каталог Поггендорфа «Biographisch-literarisches Handwörterbuchzur Geschichtederexakten Wissenschaften» (биографо-библиографический словарь точных наук) издавался с 1863 года: в нём собраны краткие биографии учёных и библиографии их трудов. Он стал одной из первых масштабных попыток собрать историю науки через персоналии и публикации. Словарь (позднее известен как «Poggendorff») выходил частями и содержал заметки о жизни и трудах математиков, астрономов, физиков и химиков всех народов и всех возрастов. Эта работа содержит поразительное собрание фактов, неоценимых для учёного-биографа и историка. Первые два тома были опубликованы в 1863 году; уже после его смерти, в 1898 году, появился третий том, охватывающий период 1858–1883 годов, а четвёртый — в 1904 году, охватывающий период вплоть до начала XX века.
Заметьте: именно на этот период истории физики фактически приходятся публикации о всех основных работах в области электричества и магнетизма, и почти все они проходят через руки Поггендорфа.
И вот теперь — к работам Георга Симона Ома (нем. Georg Simon Ohm; 1789-1854 гг.). Первая статья Ома — «Vorläufige Anzeigedes Gesetzes, nachwelchem Metalledie Contakt elektricitätleiten» (май 1825) — содержала неправильную формулу:
V=Mlog(1+RX),
где: V — уменьшение отклонения магнитной стрелки, M — «возбуждающая сила» (прикладываемый потенциал), X — длина проводника, R— сопротивление материала проволоки.
Логарифмическая зависимость была ошибочной — артефактом, вызванным нестабильностью гальванической батареи. Георг Ом сам это понял до выхода статьи из печати, но было уже поздно — номер был отдан в типографию. Всё, что он смог, — опубликовать короткое письмо с обещанием провести новые эксперименты.
И здесь всплывает ключевое: Поггендорф был не просто «научным другом, давшим совет», он был редактором журнала, в котором вышла статья Ома. И он добавил к статье Ома подстраничную сноску — указание на открытие термоэлектрического эффекта (1821 г.), которое было сделано Томасом Иоганном Зеебеком (Thomas Johann Seebeck; 1770-1831 гг.).
Справедливости ради следует сказать, что Зеебек дал своему открытию название «термомагнетизм». И оно было неправильным по сути. Правильное название его открытию дал Эрстед, он назвал его «термоэлектрическим эффектом». И эта история была связана с большим скандалом в науке. Эрстед, посетив лабораторию Зеебека, дал тому слово, что никому не расскажет о его исследованиях и о его находках. Однако, слово своё не сдержал и опубликовал в 1821 году работу Зеебека от своего имени, где и ввёл термин термоэлектричество. Зеебек был глубоко оскорблён и возмущён, так как его трудами неподжентельменски воспользовался другой, да и ещё и ввёл вместо термина термомагнетизм свой. Возникший скандал разрешился тем, что в научном мире был принят компромисс — открытие — за Зеебеком, а термин — за Эрстедом. Вот так появилось термоэлектричество Зеебека.
Поггендорф же будучи редактором научного журнала встроил в текст Ома примечание, направляющее внимание читателя к термоэлементу Зеебека как к стабильному источнику ЭДС.
В 1826 году, после перехода на термоэлемент в качестве источника стабильного электричества Георг Ом получил правильную формулу:
X=a / b+x,
где: X— сила тока (?), a — электродвижущая сила источника, b — внутреннее сопротивление источника и гальванометра, x — сопротивление исследуемого проводника.
В современных обозначениях это I=E/(R+r) — закон Ома для полной цепи. Ом обнаружил, что параметр b остаётся постоянным во всех сериях опытов, а параметр a меняется с температурой спаев термоэлемента. Отсюда он заключил,что a зависит только от ЭДС источника, аb — от сопротивления остальной части цепи.
В 1845 году Густав Роберт Кирхгоф (нем. Gustav Robert Kirchhoff; 1824-1887 гг.), которому был всего 21 год, и он был студентом Кёнигсбергского университета, написал статью, в которой обобщил закон Ома для сложных, разветвлённых цепей (это и были будущие правила Кирхгофа). Помня, как немецкая профессура ранее растоптала Георга Ома, Кирхгоф очень рисковал. Но он отправил работу Поггендорфу в его журнал «Анналы физики и химии». Поггендорф проявил феноменальное научное чутьё и сразу же опубликовал работу безвестного студента.
Как туда вписалась идея Поггендорфа (компенсационный метод)?
Заметим связь между идеей Кирхгофа и, судя по контексту, идеей измерения ЭДС и напряжения. Дело в том, что ещё до публикации Кирхгофа, в 1841 году, Поггендорф изобрёл гениальную вещь — компенсационный метод измерения ЭДС (метод Поггендорфа).
Поггендорф понимал: если подключить к батарее обычный вольтметр, по замкнутой цепи пойдёт интенсивность потока электричества, батарея начнёт нагреваться, поляризоваться, и мы измерим что угодно, но только не чистую ЭДС.
Тогда Поггендорф предложил схему: взять исследуемую батарею, направить против неё ток от другого, регулируемого источника питания, и плавно менять «встречное» напряжение до тех пор, пока стрелка гальванометра не встанет на ноль (ток в ветви с исследуемой батареей полностью исчезнет).
Когда Кирхгоф в 1845 году сформулировал свои правила, оказалось, что метод Поггендорфа — это идеальное практическое воплощение Второго правила Кирхгофа. В точке баланса внешнее напряжение в точности равно ЭДС батареи, а падение напряжения на внутреннем сопротивлении равно нулю, потому что интенсивность электрического потока равна нулю!
В своих научных публикациях Поггендорф массово и систематически использовал термин «elektro motorische Kraft». Достаточно посмотреть список его работ: «Überden Einflußder Wärmeaufdie elektromotorische Kraft der galvanischen Ketten» «О влиянии тепла на электродвижущую силу гальванических цепей»; «Methode zur quantitativen Bestimmungder elektro motorischen Kraftin constanter galvanischer Ketten» «Метод количественного определения электродвижущей силы нестабильных гальванических цепей»; «Unter suchungüberdieelektromotorischen Kräfte der galvanischen Ströme» «Исследование электродвижущих сил гальванических токов»; «Einneuesм Verfahren, dieм elektromotorische Krafteines galvanischen Stromesins Unbestimmtezuerhöhen» «Новый способ неограниченного увеличения электродвижущей силы гальванического тока» — и это только часть. Поггендорф — редактор главного немецкого физического журнала, союзник и промоутер Ома, первый оценщик законов Кирхгофа — систематически использовал и закрепил термин «elektromotorische Kraft» в немецкой научной традиции. Через свой журнал и редакторские комментарии он повлиял на то, как Кирхгоф формулировал свои уравнения.
Вот он — создатель "ЭДС" — Иоганн Христиан Поггендорф!
И именно Поггендорф является автором идеи «ток течёт как вода в трубе»: через его журнал это доходило до инженеров и преподавателей, а значит, и до тех, кто потом объяснял студентам.
Принять это сложно, потому что это действительно историческая несправедливость — или как минимум историческая неточность.
Вольта не вводил термин «электродвижущая сила» в том виде, в котором мы его знаем. Поггендорф — вводил, закреплял и распространял. Но единицу назвали в честь Вольты, потому что он был символом, а Поггендорф — техническим редактором. История науки, как и любая история, помнит не тех, кто наводил порядок в терминах, а тех, кто стоял у истоков.
А теперь вопрос: что будет, если убрать ЭДС из правил Кирхгофа?
Если из этой стройной системы убрать концепцию ЭДС (или само Второе правило Кирхгофа, отвечающее за баланс напряжений и источников электричества/напряжения), физика цепей мгновенно сломается — мы получим математический тупик. Первое правило Кирхгофа (ток в узлах) базируется на законе сохранения заряда (сколько втекло — столько вытекло). Но, зная только интенсивности электрических потоков в узлах, вы никогда не определите, какой именно величины будут эти интенсивности электрических потоков. Система уравнений станет нерешаемой (неизвестных будет больше, чем уравнений).
Потеря «насоса»: ЭДС в контуре — это гидравлический насос.
Если убрать ЭДС, то по закону сохранения энергии в цепи вообще не сможет существовать постоянное электричество. Цепь превратится в мёртвый набор проводников без единого источника движения.
А что нам сегодня известно о силах, создающих электричество?
На сегодня известно о 7 таких силах, которые можно назвать электродвижущими, создающими электрическое напряжение, и которые подпадают под п. 22 «сторонние силы» ГОСТ Р 52003-2003 «Электротехника. Термины и определения основных понятий».
Под силами, создающими электричество, следует понимать способность сторонних сил (то есть любых сил, кроме электростатических и диссипативных), действующих в квазистационарных цепях постоянного или переменного электричества, совершать работу и создавать в замкнутом контуре (цепи) электричество (электромагнитное поле — магнитное и электрическое), основными характеристиками которого являются напряжение U (В), интенсивность потока электричества I (А), R (Ом) и мощность электричества P (ВА).
1. Химическая сила, создающая электричество, наличествует в устройствах при протекании коррозионных процессов. В зависимости от того, на каком именно принципе построена работа того или иного источника питания, они именуются либо гальваническими элементами (одноразовые источники), либо аккумуляторами (многоразовые источники).
2. Электромагнитная сила, создающая электричество, присутствует при функционировании таких устройств, как динамо-машины (генераторы постоянного электричества) или электрические генераторы (электромагнитные и магнитоэлектрические генераторы переменного электричества). Суть её состоит в следующем: при помещении проводников в магнитное поле BB (Тл), которое создаёт постоянный магнит или электромагнит, и их перемещении таким образом, чтобы происходило пересечение магнитных силовых линий, происходит наведение электрического напряжения. Если цепь замкнута, т. е. соединены источник электричества и приёмник электричества, то в ней возникает электрический ток.
3. Фотоэлектрическая сила, создающая электричество, присутствует тогда, когда наличествует или внешний, или внутренний фотоэффект. В физике под фотоэффектом (фотоэлектрическим эффектом) подразумевается та группа явлений, которая возникает тогда, когда на вещество воздействует свет и при этом в нём происходит эмиссия электронов. Это называют внешним фотоэффектом. Если же при этом появляется электричество или изменяется электропроводимость вещества, то говорят о внутреннем фотоэффекте.
4. Электростатическая сила, создающая электричество, присутствует при механическом трении, возникающем в электрофорных агрегатах (специальных лабораторных демонстрационных и вспомогательных приборах); она же имеет место и в грозовых облаках. Генераторы Вимшурста (разновидность электрофорных машин) для своего функционирования используют такое явление, как электростатическая индукция. При их работе электрические заряды накапливаются на полюсах, в лейденских банках, причём разность потенциалов может достигать очень солидных величин (до нескольких сотен тысяч вольт).
5. Пьезоэлектрическая сила, создающая электричество, присутствует тогда, когда происходит или сдавливание, или растяжение веществ, называемых пьезоэлектриками. Они широко используются в таких конструкциях, как пьезодатчики, кварцевые генераторы, гидрофоны и некоторые другие.
6. Термоионная сила, создающая электричество, присутствует тогда, когда с поверхности разогретых электродов происходит термоэмиссия заряженных частиц; на практике применяется достаточно широко — например, на ней основана работа практически всех радиоламп.
7. Термоэлектрическая сила, создающая электричество, присутствует, когда на различных концах разнородных проводников или же просто на различных участках цепи температура распределяется очень неоднородно — в таких устройствах, как пирометры, термопары и холодильные машины. Датчики, работа которых основана на этом явлении, называются термоэлектрическими и основаны на эффекте Зеебека — явлении возникновения электричества в замкнутой электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах и являются, по сути дела, термопарами, состоящими из спаянных между собой электродов, изготовленных из разных металлов.
Эрстед и Ампер: Великие опыты и роковые ошибки.
Немного вернёмся назад – к опытам Эрстеда, оформленным в виде брошюры на латинском языке «Experimentacirca effectum conflictus electriciinacum magneticam» «Опыты по воздействию электрического конфликта на магнитную стрелку», вышедшей в Копенгагене 21 июля 1820 году. Брошюра на 4 страницы, отпечатана в Копенгагене (Typis Schultzianis «privately»)«в типографии Шульца, разослана частным образом» 48 европейским учёным 26–27 июля 1820 года.
История этого открытия не до конца понятна, одни исследователи относят его к ноябрю 1819 года, другие к февралю 1820 года. Ясно одно, профессор Копенгагенского университета Ханс Кристиан Эрстед (дат. Hans Christian Ørsted; 1777-1851 гг.), читая лекции студентам, демонстрировал тепловое действие электричества. Случайно около нагреваемой проволоки пропускаемым по ней постоянным электричеством оказался компас, не убранный с предыдущего занятия. Сейчас мы бы уточнили: Эрстед взял металлическую проволоку и накоротко замкнул ею полюса источника постоянного электричества, при этом напряжение химического источника электричества стремится к нулю, а интенсивность потока постоянного электричества максимально возрастает. Проволока, естественно, разогревается. Один из студентов обратил внимание, когда по проволоке пропускается электрический ток, стрелка компаса до того ориентированная на магнитные полюса Земли поворачивается в сторону проволоки. И он указал на это профессору. Так было открыто магнитное действие электричества.
Справедливости ради, однако, укажем, что Эрстед был не первым, заметившим это явление. Ещё в 1802 году итальянский физик Джан Доменико Романьози (ит. Gian Domenico Romagnosi, 1761–1835) описал в «мемуаре», что «гальванический флюид заставляет отклоняться магнитную стрелку». Свои наблюдения он опубликовал в августе 1802 года — сначала в «Gazzetta di Trento», а чуть позже (13 августа) — в «Gazzetta di Rovereto». Ещё в октябре того же года он даже отправил статью в Парижскую академию наук. Однако, открытие Романьези не было оценено по достоинству, а Эрстед натолкнулся на это явление совершенно самостоятельно.
Прочтём работу Эрстеда внимательно и выделим для себя основное:
– Противоположные концы гальванического аппарата соединяют при помощи металлической проволоки, которую мы будем называть для краткости проволокой-проводником или соединительной проволокой. Действия, которые происходят в этом проводнике и в окружающем его пространстве, мы назовем электрическим конфликтом.
– Предположим, что прямолинейный участок этой проволоки протянут над подвешенной обычным способом магнитной стрелкой параллельно направлению последней. Проволоку оставляю достаточно гибкой, чтобы этот участок можно было по желанию перемещать.
– Электрический конфликт, по-видимому, не ограничен проводящей проволокой, но имеет довольно обширную сферу активности вокруг этой проволоки.
– Если согнуть соединительную проволоку так, чтобы образовались две параллельные ветви, то такая система в различных случаях отталкивает или притягивает и тот и другой полюсы стрелки. Предположим, что система расположена против одного из полюсов, причем плоскость ветвей перпендикулярна магнитному меридиану, восточная часть сообщается с отрицательным полюсом батареи и западная - с положительным: более близкий полюс стрелки отталкивается к востоку или к западу в зависимости от положения плоскости. Если изменить направление соединения с батареей, полюс, наоборот, притягивается. Если плоскость ветвей пересекает стрелку между полюсом и серединой, происходят такие же явления, но обратного направления.
– Кроме того, из сделанных наблюдений можно заключить, что этот конфликт образует вихрь вокруг проволоки. Иначе было бы непонятно, как один и тот же участок проволоки, будучи помещён под магнитным полюсом, относит его к востоку, а находясь под полюсом, увлекает его к западу.
– Именно вихрям свойственно действовать в противоположных направлениях на двух концах одного диаметра.
– Все действия, которые наблюдаются по отношению к северному полюсу и были описаны нами выше, легко объясняются, если предположить, что отрицательная электрическая сила или материя описывает спираль слева направо и действует на северный полюс, не влияя на южный. Действия на южный полюс объясняются подобным же образом, если допустить, что положительная электрическая материя движется в противоположном направлении и обладает свойством действовать на южный полюс, не влияя на северный. Чтобы ясно представить себе этот закон и видеть, как он согласуется с фактами, лучше всяких объяснений просто повторить эти опыты. Весьма полезно для лучшей ориентировки в опытах как-нибудь отметить на самой проволоке направление электрических сил...
Научное сообщество, проинформированное Эрстедом, начинает дружно повторять его опыты... 4 сентября 1820 года, в понедельник на заседании Парижской Академии Наук французский физик Доминик Франсуа Жан Араго (фр. Dominic Francois Jean Arago, 1786–1853 гг.) сделал сообщение об опытах Эрстеда и о воспроизведении их в августе 1820 года в Женеве Шарль-Гаспар де ла Рив (фр. Charles-Gaspard de la Rive, 1770–1834 гг.), где он познакомился с этим профессором Женевской академии и имел с ним беседы. На следующем заседании 11 сентября он сам повторил эти опыты. Но ещё до 11 сентября Араго демонстрирует свои опыты своему другу Андре–Мари Амперу (André Marie Ampère; 1775–1836 гг.)
Ампер был полностью захвачен увиденным. Он занялся в маленькой комнатке своей скромной квартиры проведением опытов, получая советы Араго. И уже 18 и 25 сентября 1820 года сам Ампер выступает в Парижской Академии Наук с сообщениями об электромагнетизме. В отличие от Эрстеда, открывшего взаимодействие магнитной стрелки с проводником, подсоединённым к «вольтаической» батарее, Ампер открыл взаимодействие двух проводников, по которым протекает «вольтаическое» или «гальваническое» электричество.
Два проводника, по которым электричество протекает в одном направлении, притягиваются друг к другу. А два проводника, по которым электричество движется в разных направлениях, отталкиваются друг от друга.
Все правильно, скажете Вы: «да мы знаем об этом!». А верны ли выводы из этих работ?
Создав свой «Вольтов столб» (1800 год), Вольта доказал: металлы (например, цинка и меди) при контакте в химической среде (например, раствор соли) возбуждают окружающее их пространство, создавая напряжение (Вольт). Пространство между полюсами батареи стремится прийти в равновесие. Как только мы замыкаем цепь, среда реагирует, и возникает интенсивность потока электричества (Ампер).
В гальваническом элементе главную роль играют химические реакции (окисление одного металла и восстановление другого на границе с электролитом). Именно Вольта заложил фундамент: он показал, что можно получить устойчивое напряжение (электричество), и дал язык для его описания (разность потенциалов, роль разных материалов).
В 1820 году Ханс Кристиан Эрстед замечает, что при протекании постоянного электричества по проводу магнитная стрелка компаса, расположенная рядом, поворачивается перпендикулярно проводу. Андре-Мари Ампер мгновенно подхватывает это и доказывает, что два параллельных провода с током притягиваются или отталкиваются.
Здесь они нащупали истину: электрический поток меняет структуру пространства вокруг себя, порождая магнитное возмущение. (Рекомендуем читателю перечитать эту фразу несколько раз и осмыслить её, – это ключ к пониманию правильной физики!)
Но нащупав здесь истину, Эрстед и Амиер совершили две критические ошибки, которые увели физику в сторону механистической лженауки:
1. Ошибка Эрстеда: Эрстед предположил, что внутри самого металлического проводника происходит «электрический конфликт» между положительным и отрицательным электричеством, текущим в виде флюида с разных полюсов Вольтова столба, он образует вихрь вокруг провода, который проявляет себя как магнитная сила.
2. Ошибка Ампера: (игнорирование электрического пространства и сил Кулона). Ампер, пытаясь математически описать притяжение проводов, полностью отбросил электрическую природу процесса. Он объявил, что никакого электрического взаимодействия между проводами нет, а есть только новое, чисто «магнитное» притягивание. Ампер свёл всё к механическим силам, действующим напрямую от одного куска меди к другому, проигнорировав наличие и участие среды между ними.
Почему выводы Эрстеда и Ампера ошибочны с точки зрения фундаментального базиса? Потому что они нарушили логику Шарля Огюстена де Кулона (фр. Charles-Augustinde Coulomb, 1736–1806 гг.) и его великих предшественников (таких как Генри Кавендиш (англ. HenryCavendish; 1731–1810 гг.) и Бенджамин Франклин (англ. Benjamin Franklin; 1706–1790 гг.).
Кавендиш и Кулон экспериментально доказали закон обратных квадратов (1/r) для электрических зарядов.
Этот закон – чистая геометрия пространства! Он показывает, как сила взаимодействия ослабевает или концентрируется в трёхмерной среде при удалении от источника.
Когда Ампер и Эрстед заявили о существовании обособленных «магнитных сил», они разорвали эту единую ткань пространства. Они забыли, что:
• Магнитное пространство вокруг провода – это не самостоятельная субстанция, а прямое следствие изменения электрического пространства в движении.
• Любое магнитное притяжение проводов подчиняется законам Кулона, если рассматривать его через деформацию электрического пространства в пространстве между ними (то, что позже назовут релятивистским эффектом, но что изначально было заложено в геометрии Кулона).
Отрезав магнетизм от статического электрического базиса Кулона, они породили концептуального монстра, из которого потом выросли умозрительные «магнитные заряды» и прочая абстракция.
Георг Ом в 1826 году частично исправил ситуацию, вернув инженерам осязаемую триаду. Опираясь на строгие опыты, он показал, что сопротивление R (Ом) — это свойство конкретной среды мешать прохождению электрического потока, а сама интенсивность электрического потока I (Ампер) всегда строго пропорциональна напряжению U (Вольт).
Никакой «воды» и «жидкости» в его оригинальных трудах не было – это была чистая проводимость структуры.
Эпоха Фарадея и переменное электричество.
А теперь перед нами исследования Майкла Фарадея (англ. Michael Faraday; 1791-1867 гг.) которые он изложил в работе «Experimental researchesin electricity» «Экспериментальные исследования по электричеству».
29 августа 1831 года в результате исследований замкнутой гальванической цепи Фарадей открывает явление электромагнитной индукции (генерации) – явление порождения электричества в проводниках электрической катушки постоянным электромагнитом или магнитом.
Работы Майкла Фарадея стали поворотным моментом в получении и использовании «металлического» электричества. Десять дней напряжённейшей работы позволили Фарадею всесторонне и полностью исследовать это явление, которое без преувеличения можно назвать фундаментом, в частности, всей современной электротехники (как показало время – эти опыты были далеко не полными). И хотя сам Фарадей не интересовался прикладными возможностями своих открытий, он стремился к главному – исследованию законов Природы. Открытие электромагнитной индукции принесло ему всемирную известность.
Обратим внимание, что слова постоянный или переменный электромагнит, магнитный поток – часто заменяют термином магнитное поле. Нам доказывают, что его ввёл именно Фарадей. Хочется задать вопрос: а работы самого Майкла Фарадея самолично кто-то читал? В оригинале? Или в переводе целиком, или кусочками в неких учебниках?
Итак, раздел 2: Об образовании электричества из магнетизма.
27. Из круглого брускового мягкого железа было сварено кольцо; толщина металла была равна семи восьмым дюйма (22.225 мм.), а наружный диаметр кольца – шести дюймам (152.4 мм). На одну часть этого кольца было намотано три спирали (три слоя электромагнитной катушки), содержащая каждая около двадцати четырех футов (7.3152 м = 7315.2 мм) медной проволоки, толщиной в одну двадцатую дюйма (1.27 мм). Спирали были изолированы от железа и друг от друга и наложены одна на другую описанным выше способом (6), занимая приблизительно девять дюймов по длине кольца (228.6 мм). Ими можно было пользоваться по отдельности и в соединении; эта группа обозначена буквой А (рис. 1).
Рисунок к описанию опытов № 27, 28, 29, проводимых Фарадеем.
На другую часть кольца было намотано таким же способом около шестидесяти футов такой же медной проволоки в двух кусках, образовавших спираль (электромагнитная катушка с двумя слоями) В, которая имела одинаковое направление со спиралями А, но была отделена от них на каждом конце на протяжении приблизительно полудюйма голым железом.
28. Спираль В соединялась медным проводом с гальванометром, помещённым на расстоянии трёх футов (910 мм) от кольца. Отдельные спирали А соединялись конец с концом так, что образовывали общую спираль, концы которой были соединены с батареей из десяти пар пластин в четыре квадратных дюйма (101.6 мм2.). Гальванометр реагировал немедленно, и при этом значительно сильнее, чем это наблюдалось, как описано выше, при пользовании в десять раз более мощной спиралью без железа (10); однако, несмотря на сохранение контакта, действие прекращалось, и стрелка вскоре возвращалась в своё нормальное положение, обнаруживая как бы полное безразличие по отношению к связанной с ней электромагнитной схеме. При размыкании контакта с батареей стрелка снова сильно отклонялась, но в направлении, противоположном тому, которое индуцировалось в первом случае. (В опытах 29-33 Фарадей описывает различное соединение спиралей и использование более мощных вольтовых батарей).
И что же мы видим на самом деле?
Собранную конструкцию можно назвать прообразом однофазного трансформатора переменного электричества.
Данная схема на постоянном электричестве работает только в момент подключения и выключения источника постоянного электричества, что и видел Фарадей. Кроме того, спирали (электрические катушки) А и Б магнитно расположены по отношению друг к другу согласно-последовательно. Да и соединение слоев на электромагнитных катушках позволяют выполнить последовательное и параллельное их соединение на данной катушке, что позволяет изменять параметры электричества на катушках – напряжение U и интенсивность потока электричества I.
И такую намотку на кольцевой сердечник впоследствии назовут ...намоткой катушек Грамме (генератор Грамме), забыв, что первой её применил Фарадей. А главное – это точно трансформация, а не генерация (индукция) электричества во вторичной обмотке, посредством изменения магнитного потока созданного первой катушкой, когда катушки предполагают согласное включение магнитных потоков на едином замкнутом контуре.
Посмотрим на опыты Фарадея 34÷59 и попытаемся понять, что же он определил в августе 1831 года в ходе своих экспериментов, когда использовал метод приближения-удаления постоянного магнита или электромагнита от катушки, в которой генерируется (индуцируется) электричество.
34. Затем было испытано другое устройство, связывающее первые опыты по вольта-электрической индукции (6-26) с настоящими. Система спиралей (слоёв электрической катушки), подобная вышеописанной (6), была навита на полый картонный цилиндр; спирали состояли из восьми отрезков медной проволоки общей длиной 220 футов (67.056 м или 67056 мм); четыре из этих спиралей были соединены концы с концом, а затем с гальванометром; остальные четыре были соединены конец с концом, и через из них разряжалась батарея из ста пар. При таких условиях действие на гальванометр было едва ощутимым (11), хотя индукционный поток электричества обладал намагничивающей способностью (13). Однако, когда внутрь картонной трубки, окруженной спиралями, вводился цилиндр из мягкого железа, толщиной в семь восьмых дюйма (22.2 мм) и длиной в 12 дюймов (304.8 мм), индуцированный поток электричества оказывал на гальванометр очень сильное действие, сопровождающееся всеми вышеописанными явлениями (30). Намагничивающая способность, которой он обладал, была, по-видимому, также выше, чем в отсутствии железного цилиндра.
Так это же точно опыты с электрической катушкой трансформатора однофазного переменного электричества. Не хватает только замкнутого магнитного контура (квадратного или прямоугольного магнитопровода).
39. Однако, поскольку можно было бы предположить, что во всех предыдущих опытах, описанных в этой главе, мгновенный индуцированный поток электричества возбуждался благодаря некоему особому действию, имевшему место во время образования магнита, а не благодаря самому факту его приближения, то был произведен следующий опыт. Все тождественные концы составной полой спирали (электрической катушки) (34) были соединены вместе медной проволокой, и образованные таким образом два главных вывода были связаны с гальванометром.
«Экспериментальные исследования по электричеству»: рисунок 4 к описанию опытов Фарадея 39-43.
Цилиндр из мягкого железа (34) был заменен цилиндрическим магнитом в три четверти дюйма (19 мм) и в восемь с половиной дюйма длиной (208.8 мм). Один конец этого магнита был введён внутрь спирали по её оси (рис.4), а затем, после того как стрелка гальванометра успокоилась, магнит был быстро вдвинут внутрь спирали; стрелка немедленно отклонилась в таком направлении, как если бы магнит был образован посредством одного из двух предыдущих процессов (34, 36). При оставлении магнита внутри стрелка возвращалась в своё первоначальное положение, а при вытаскивании его отклонялась в противоположном направлении. Действия эти не были особенно сильны; однако, вдвигая и выдвигая магнит таким образом, чтобы каждый последующий толчок прибавлялся к произведенным уже ранее, удавалось сообщить стрелке колебания размахом в 180 градусов и более.
40. В этом опыте не следует продвигать магнит сквозь спираль (электрическую катушку) до конца, так как тогда возникает ещё другое действие. При вдвигании магнита стрелка гальванометра отклоняется в определённом направлении, но когда магнит уже находится внутри спирали, то как при продвижении его полностью через неё, так и обратном его выдвигании стрелка отклоняется в направлении обратном предыдущему. Если магнит вдвинуть в спираль и пронести через неё одним непрерывным движением, то стрелка смещается в одну сторону, затем внезапно останавливается и, наконец, начинает двигаться в обратную сторону.
42. Эти действия являются простым следствием закона, описанного ниже (114).
Опыт, которого Майк Фарадей никогда не делал.
Цитата и рисунок из учебника: «Опыт Фарадея. Первый в мире генератор переменного электричества. Метод приближения-удаления постоянного магнита или электромагнита от катушки, в которой генерируется (индуцируется) электричество». (Курс физики. Трофимова Т.И. 2006, 11-е изд, Гл 15, p.221-234).
Странно, но в работах самого Майкла Фарадея нет описания опытов, когда он вводит электромагнитную катушку (электромагнит) во вторую катушку, в которой индуцируется или генерируется электричество.
Для своих исследований он создал и исследовал простейшую модель электромагнитного генератора с постоянным магнитом и катушкой-индуктором. Рисунок 4 выполнен самим Майклом Фарадеем. Перемещая постоянный магнит внутри индуктора (прообраз статора), Фарадей получал переменное электричество в виде переменного напряжения Uвых.
Приписанный Фарадею генератор переменного электричества, приведенный на рисунке выше, конечно же, имеет право на существование, но тут возникает вопрос, кто же создал эту электрическую схему и почему этот опыт приписывают Майклу Фарадею?
Главное, что написал сам Майк Фарадей – индуцирование (генерирование) напряжения электричества происходит под воздействием переменного магнитного пространства.
Для этого нужен или постоянный магнит или электромагнит, который следует вводить в генераторную катушку, а затем выводить из неё. Процесс этот должен быть непрерывным и быстрым, и тогда в витках индуцированной (генераторной) катушки возникнет переменное электричество.
Закон электромагнитной индукции Майкла Фарадея
– Всякое изменение магнитного потока внутри катушки сопровождается возникновением в ней электричества, причём, чем быстрее изменяется магнитный поток, пронизывающий катушку, тем больше электричества в ней индуцируется.
Ещё раз подчеркнём, Майкл Фарадей не был математиком, и в его работах вы не нейдёте упоминания об электродвижущей силе (ЭДС). Так кто же решил помочь Майклу Фарадею и спрятался за его именем? Что мы видим? – это сам Джеймс Клерк Максвелл!
И нам говорят, что он показал свои работы Майклу Фарадею, и тому якобы все понравилось. Математические уравнения понравились учёному химику и физику, который терпеть не может математику и ничего в ней не понимает? Серьезно!?
Это он, Джеймс Клерк Максвелл, решил облагородить физика Майкла Фарадея собственными математическими уравнениями, и вот появляется формула электродвижущей силы ЭДС (Ɛ)
Ɛ= –dФ/dt,
где Ɛ – электродвижущая сила; Ф – изменение магнитного потока; t – промежуток времени, в течение которого произошло явление порождения электричества переменным магнитным потоком;
Майкл Фарадей поставил точку в 1831 году, открыв электромагнитную индукцию или генерацию.
Он доказал: если менять магнитное состояние пространства вокруг катушки, в ней рождается электрическое напряжение.
При этом Фарадей мыслил исключительно категориями «силовых линий» в среде. Для него пространство было заполнено физически проявленным полем, которое можно натягивать, деформировать и крутить.
Фарадей применил в своих работах термин магнитное поле, но, зададимся вопросом: почему он воспользовался этим термином?
Фарадей ввёл этот термин «магнитное поле» в 1845 году, потому что ему нужен был язык, чтобы описать то, что он реально видел и чувствовал в опытах, — и при этом он пытался уйти от старой идеи «действия на расстоянии». Как раз тогда он исследовал диамагнетизм — эффект, когда некоторые вещества слабо отталкиваются магнитом.
Что его подтолкнуло к этому термину?
Дело в том, что в ту эпоху в физике господствовала идея, что силы (вроде гравитации или магнетизма) действуют мгновенно через пустоту — «действие на расстоянии». Фарадея это не устраивало. Ему хотелось понять: а есть ли какая-то среда, какой-то механизм, через который магнит влияет на объект в пространстве вокруг себя?
Он обратил внимание на простой эксперимент: если насыпать железные опилки вокруг магнита, причём на бумагу, надетую на магнит, они выстроятся в линии. При этом создавалась иллюззия двухмерной плоскости – поля опилок – поля силовых магнитных линий.
Фарадей взял эту визуальную картину за основу и стал говорить о «линиях силы» (lines of force). То есть он представил, что пространство вокруг магнита пронизано этими линиями — они показывают направление, в котором действует сила, а их густоту (плотность) можно связать с силой воздействия.
Фарадей стал говорить так: любая область пространства, которую пронизывают эти линии магнитной силы, — это и есть «поле магнитных сил» (field of magnetic force), или просто «магнитное поле». То есть поле для него — это не пустая абстракция, а конкретная картина: пространство, заполненное этими силовыми линиями.
При этом поначалу он относился к концепции осторожно. В какой-то момент он даже рассматривал эти линии как нечто почти материальное — как «щупальца», через которые передаётся сила.
Позже, в 1852 году, в работе «Onthe Physical Characterofthe Linesof Magnetic Force» «О физическом характере линий магнитной силы» он пытался провести грань: есть ли у передачи силы посредник (как, скажем, у света), или это действительно мгновенное действие. Важно и то, что сам Фарадей не был силён в высшей математике. Поэтому ему была нужна именно наглядная, образная модель — чтобы описывать и анализировать явления (например, ту же электромагнитную индукцию), не погружаясь сразу в сложные формулы. Линии силы стали таким рабочим инструментом.
Со временем другие учёные, первую очередь Джеймс Клерк Максвелл (Maxwell James Clerk; (1831-1879 гг.), взяли эту идею и развили её до полноценной математической теории электромагнитного поля. И мы до сих пор пользуемся этим языком — хотя сейчас понимаем, что поле глубже — это пространство, как особый вид материи, а не картинка с линиями.
Так что, по сути, Фарадей ввёл термин, чтобы перевести свои экспериментальные наблюдения в понятный научный язык — и заложить основу для нового взгляда на физику, где пространство само по себе может быть «наполнено» физическими воздействиями. Но ведь это пространство, а оно трёхмерно.
Да пространство — трёхмерно, и Фарадей это прекрасно понимал. Он не пытался «сплющить» физику до плоской картинки. Просто линии из железных опилок — это след трёхмерного поля на двумерной плоскости, удобный способ его визуализировать.
• Линии силы — это не рисунок на бумаге, а нити в объёме. Когда ты сыплешь железные опилки на лист над магнитом, они выстраиваются вдоль линий, но на самом деле эти линии пронизывают всё пространство вокруг магнита — и сверху, и снизу, и по бокам. Фарадей специально подчёркивал, что линии силы — это способ описать распределение действия в объёме. Для инженера это как силовые потоки в материале: они текут в 3D, а на чертеже мы показываем сечение. Железные опилки дают видимую структуру, которую можно описать словами: направление, густота, замкнутость.
• Густота линий — это сила поля. Фарадей интуитивно связывал плотность линий с величиной эффекта. В трёхмерном пространстве это соответствует потоку через поверхность: чем больше линий пронизывает площадку, тем сильнее действие. Это и легло в основу понятия магнитного потока Ф.
• Поле как заполненное пространство. Фарадей говорил о поле как о состоянии пространства, где есть действие. У Фарадея поле — это как раз способ сказать: «пространство вокруг магнита не пустое, оно заполнено действием, и это действие трёхмерно».
• Диамагнетизм и объёмные эффекты. В 1845 году, когда Фарадей ввёл термин «магнитное поле», он как раз изучал, как вещества ведут себя в объёме под действием поля. Он видел, что разные материалы по-разному реагируют на заполнение пространства силовыми линиями —это и есть проявление трёхмерной картины.
Ключевой момент: для Фарадея понятия "поле" и пространство были неразрывны. Поле — это не «что-то в пространстве», а само пространство в особом состоянии. Он даже полагал, что «силы составляют материю» — то есть частицы суть сгущения силовых линий, а не отдельные объекты, которые создают пространство.
Подмена понятий, сделанная Максвеллом.
А теперь — где именно происходит концептуальный сдвиг, который мы интуитивно чувствуем, как ошибку. Максвелл взял эти силовые линии как основу, но перевёл их на язык математики. Для него «поле» — это способ описать, как в каждой точке пространства заданы величины (напряжённости, потенциалы) и как они меняются во времени и пространстве. То есть, поле у Максвелла — это уже не просто образ, а математическая конструкция, которая позволяет точно предсказывать явления (в том числе волны). Если сказать ещё иначе «поле» — это формализованная версия «активного пространства» Фарадея.
• Термин «поле» стал слишком абстрактным. У Фарадея это были силовые линии в среде; у Максвелла поле стало самостоятельной сущностью, которую можно описывать уравнениями даже без явной среды. Для инженерной практики это удобно, но теряется наглядность физического носителя.
• Математизация «съела» среду. Когда уравнения стали главным инструментом, понятие «среды, передающей действие» отошло на второй план. В итоге поле часто трактуют как нечто самодостаточное, хотя исходно оно описывало свойства среды.
• Переход к дифференциальным формам. Операторы вроде ротора и дивергенции дают точные предсказания, но скрывают за собой физическую картину. С твоей позиции, где важен понятный физический смысл для всех, такая абстракция может казаться «отрывом от реальности».
Поле из «состояния пространства» превращается в «математическую функцию».
У Максвелла поле становится векторной функцией E (r,t) и B (r,t) — значениями, заданными в пространстве, но не являющимися самим пространством. Пространство превращается в пассивную систему координат, а поле — в отдельную сущность, «положенную поверх» пространства.
Фарадей говорил: пространство физически активно, оно содержит силовые линии.
Максвелл формализовал: пространство — это координатная сетка, в точках которой заданы значения векторов.
Это и есть подмена. Фарадеевское «состояние пространства» превратилось в «функцию, определённую на пространстве».
Максвелл, в отличие от Фарадея, был ньютонианцем. Ему нужна была механическая среда — эфир — чтобы поле было «состоянием материальной среды», подобно тому как поле скоростей — состояние жидкости. То есть Максвелл вернул материальный носитель, но отделил его от пространства: для него эфир — это вещество в пространстве, а не само пространство.
Когда эфир отбросили (после опытов Майкельсона и работ Эйнштейна), получилась нелепица: эфир ушёл, а поле осталось и пространство осталось пустой сценой.
Уравнения Максвелла описывают поля, но не описывают пространство, на котором эти поля живут. Пространство стало геометрией — фоном, не участником.
В результате возникает парадокс: поле имеет энергию, импульс, распространяется с конечной скоростью — то есть физически реально. А пространство, на котором всё это происходит, — чистая геометрия, физически пассивно. Поле и пространство оторваны друг от друга.
Ошибка — не в Фарадее. Ошибка — в интерпретации Фарадея через Максвелла, которая произошла так:
Максвелл в двух томах «A Treatiseon Electricity and Magnetism» «Трактате об электричестве и магнетизме» (1873) вывел 20 уравнений для 20 переменных — в покомпонентной записи, без векторных обозначений. Эти уравнения включали не только то, что мы сейчас называем «уравнениями Максвелла», но и закон Ома, уравнение непрерывности заряда и связь между потенциалами и полями.
Но в 1884 году Оливер Хевисайд (англ. Oliver Heaviside; 1850-1925 гг.), опираясь на векторное исчисление (которое он сам же разрабатывал), свернул 20 уравнений в 4 уравления — те самые, которые сегодня называют «уравнениями Максвелла».
Хевисайд не считал, что делает уравнения менее физическими — наоборот. Он убрал потенциалы именно потому, что считал их математическими intermediaries (посредниками), за которыми не стоит прямая физическая реальность.
Его знаменитая фраза: «Я не сдвинулся ни на шаг, пока не выбросил все потенциалы за борт». Хевисайд считал, что поля E и H — это и есть физическая реальность, а потенциалы — лишь удобный способ счёта.
На наш взгляд 20 уравнений Максвелла несли больше физического контекста (потенциалы, сила, сопротивление, эфирная модель), а 4 уравнения Хевисайда — это компактная математическая структура, из которой часть этого контекста вынесена. Но, «более математические» — не значит «менее физические» в глазах самого Хевисайда: он считал, что наоборот, очистил физику от математического балласта потенциалов.
Но, в любом случае, это был уже не Фарадеевский взгляд на электричество и магнетизм, с его магнитным пространством, он не отражал физический смысл природного бытия, а стал чисто «математическим».
А теперь интересный вопрос — а что будет с уравнениями Хэвисайда-Максвелла, если убрать из их формул ЭДС?
Ну нет её, нет! И получается, что математическая теория для электричества и магнетизма как фундамент — закончилась. Не потому что уравнения не работают, а потому что они — не физика.
Это математическая модель, которая аппроксимирует физику пространства. Поставить модель на место фундамента — значит подчинить физику математике.
Именно это и произошло.
Доказательство — в нашем с вами разговоре. Каждый раз, когда мы возвращались к первоисточнику — к Вольта, к Фарадею, к Гильберту — мы находили пространство. Каждый раз, когда мы смотрели, что поверх надстроили эти учёные — Поггендорф, Максвелл, Хевисайд — мы находили абстракцию, подменяющую пространство.
Постоянное и переменное электричество и его интенсивность. Это, пожалуй, самый важный пункт.
До 1880-х годов все работали с постоянным электричеством — от батарей Вольта. Опыты Эрстеда, Ампера, Фарадея, Ома, Кирхгофа — всё это постоянное электричество в замкнутой цепи, а ещё и интенсивность потока электричества, и сопротивление нагрузки.
Уравнения Максвелла — тоже построены на базе постоянного электричества, хотя Максвелл предсказал волны.
Применение переменного электричества началось в 1880-х с появлением электродинамических или электротехнических машин — Никола Тесла (англ. Nikola Tesla; 1856—1943 гг.), Джордж Вестингауз (англ. George Westinghouse; 1846—1914 гг.), Галилео Феррарис (англ. Galileo Ferrari; 1847—1897 гг.), Михаила Осиповича Доливо-Добровольского и Чарльза Юджина Ланцелота Брауна (англ. Charles Eugene Lancelot Brawn), т.е. спустя 50 лет после работ Фарадея.
И вот что произошло: уравнения, построенные для постоянного электричества, применили к переменному электричеству — просто добавив d/dt.
Но переменный поток электричества — это не «постоянный», он меняет направление.
Переменное электричество — это совсем другая физика:
• Скин-эффект — (от англ. skin — кожа) — явление, при котором переменный ток или электромагнитная волна как бы вытесняются к поверхности проводника, а их амплитуда (или плотность тока) экспоненциально убывает по мере проникновения вглубь среды. В постоянном электричестве этого нет. Это пространственное явление: распределение j по сечению зависит от частоты.
• Вихревые потоки — в магнитопроводе на переменном токе возникают потоки Фуко. На постоянном — нет. Это тоже пространственное явление: меняющееся магнитное пространство наводит магнитные потоки в самом сердечнике.
• Индуктивность и ёмкость — на постоянном токе они не проявляются. На переменном — определяют всё поведение цепи. Но они — свойства пространства: индуктивность — это про магнитное пространство вокруг проводника, ёмкость — про электрическое пространство между проводниками.
• Стоячие волны, резонанс, фазовые сдвиги — всё это явления пространства, а не «тока по проводу».
Считаем важным прокомментировать один очень важный момент:
Во всех учебниках физики даётся в корне неверное объяснение скин-эффекта. Движение переменного электричества вдоль проводов (или по проводам, как у нас любят писать в учебниках) всегда сопровождается скин-эффектом. Он возникает исключительно потому, что переменный электрический ток — это всегда сумма двух токов: электростатического (поверхностного) тока и индукционного.
Зависимость толщины скин-слоя от частоты (чем частота выше, тем скин-слой тоньше) объясняется тем, что с ростом частоты в сумме двух токов доля электростатического (поверхностного) тока увеличивается, а доля индукционного тока уменьшается. Причём электростатический ток всегда опережает индукционный ток.
Наличием в природе электростатических токов, движущихся исключительно по поверхности проводников, объясняется, например, способность электричества двигаться по незамкнутым проводникам. Генерация радиоволн была открыта немецким учёным Генрихом Герцем в 1887 году именно благодаря изучению им движения переменных электростатических токов по незамкнутым проводникам, что в его понимании было «индукционным действием незамнутых токов». Для их получения в ту пору использовался высоковольтный индуктор - катушка Румкорфа и электрический разрядник в виде двух металлических шариков, разделённых воздушным промежутком, и два металлических стержня, расположенных соосно по отношению к друг другу. Позже они стали называться диполем Герца.
И вот что получается: уравнения Максвелла, построенные на постоянном электричестве, формально обрабатывают переменное электричество, но физическая картина при этом теряется.
Что в остатке?
Уравнения остаются как инструмент. Но, ради справедливости и ясности:
1. ЭДС заменяется на напряжение — состояние пространства, и это уже не абстрактная сила не имеющая размерности.
2. Магнитное поле заменяется на магнитное пространство — по Гильберту и Фарадею.
3. Переменное электричество требует именно пространственного подхода, потому что на переменном электричестве всё, что было скрыто на постоянном — скин-эффект, вихревые потоки, резонанс, фазовые соотношения — становится определяющим. И это всё явления пространства, а не «уравнения с производной».
Замкнутая цепь: интенсивность электрического потока.
В замкнутой цепи есть проводник, есть источник, есть пространство, в котором электричество проявляется как направленный поток. Интенсивность этого потока — то, что измеряют амперметром — зависит от напряжения, проводимости и геометрии. Это процесс в пространстве замкнутой цепи. Здесь термин «ток», как «интенсивность потока электричества» — уместен, но именно как интенсивность, не как «течение жидкости». Но это надо объяснить всем и помнить об этом всегда.
Разомкнутая цепь: напряжение и электричество холостого хода.
А вот здесь — главное. В разомкнутой цепи нет «интенсивности потока». Нет замкнутого контура — нет направленного движения. Но электричество есть!
У генератора — однофазного или многофазного — на холостом ходу (разомкнутая цепь):
• Напряжение на выводах. Это не «ЭДС» — это напряжение электричества U, т.е. состояние пространства на клеммах генератора. Источник создал электрическое состояние, но без замкнутого контура оно не переходит в электрический поток.
• Электричество холостого хода. Генератор работает, магнитное пространство вращается, в обмотках наводится электрическое состояние — но без замкнутой цепи, это не поток электричества. Это состояние пространства обмоток и выводов. Оно есть, оно измеримо (вольтметром), но это не «течение».
И вот что отсюда следует: стандартная физика говорит: «в разомкнутой цепи тока нет» — и на этом останавливается. А вы говорите: интенсивности потока электричества (тока) действительно нет, но электричество есть — как состояние пространства. Просто оно не перешло в направленный поток, потому что контур разомкнут.
Что это значит для всей рамки нашей теоретической модели?
Получается три состояния или фазы электрического контура:
1. Источник без нагрузки (разомкнутая цепь) — есть напряжение, есть электричество холостого хода. Это состояние пространства. Нет потока, нет интенсивности.
2. Замкнутая цепь — есть направленный поток, есть интенсивность. Состояние пространства перешло в процесс.
3. Переход (замыкание цепи) — состояние пространства преобразуется в поток. Это не «ЭДС начала толкать электроны», а перестройка пространства: разомкнутое состояние → замкнутый поток и создают его в этой цепи сторонние силы, т.е. силы создающие электричество.
И «ЭДС» здесь вообще не нужна. Есть напряжение (состояние) и есть интенсивность потока (процесс в замкнутой цепи). Переход между ними — замыкание цепи. Всё.
Для генератора на холостом ходу: магнитное пространство вращается, в обмотках наводится напряжение, на выводах — электричество. Нагрузку подключил — пространство перестроилось, появился поток электричества. Нагрузку снял — поток прекратился, осталось напряжение. Никакой «электродвижущей силы» — есть просто пространство, которое может быть в состоянии покоя (напряжение) или в состоянии потока (интенсивность).
II. Что делать.
Но прежде вопрос: почему сегодня в школах ХХI века преподают эту «лженауку» ХIХ века?
Слово «лженаука», возможно, звучит резко для академиков, но по сути так и есть: детей учат устаревшей механистической модели, выдавая её за абсолютную истину. И на это есть три причины:
• Страх перед сложностью. Объяснить ребёнку «воду в шланге» можно за пять минут. Объяснить изменение состояния сред и пространственные завихрения поля можно, лишь изменив сам тип мышления. Школьная система выбирает путь наименьшего сопротивления.
• Иллюзия работающего метода. Поскольку для простых расчётов постоянного тока на уровне «батарейка — лампочка» водяная аналогия даёт правильный математический ответ (закон Ома работает и там, и там), система считает: «Ну и ладно, для быта сойдёт».
• Методическая инерция. Учебники переписываются по шаблонам вековой давности. Учителя физики сами выросли на Поггендорфских аналогиях и транслируют их дальше, не задумываясь о подмене.
В итоге мы получаем выпускников, которые думают, что в розетке «течёт жижа из электронов», и полностью слепы к реальным процессам, происходящим в окружающем пространстве.
Как это исправить?
Чтобы вернуть образование к истинному пониманию природы (к Фарадею, Амперу и Вольту в их первозданном виде), реформа должна быть радикальной:
1. Отказ от гидравлических аналогий с восьмого класса. Хватит рисовать трубы и насосы! Электричество должно преподаваться через концепцию изменения сред и полей с самого начала. Наглядные опыты Фарадея с катушками и магнитами должны быть базой, а не факультативом.
2. Фокус на пространстве, а не на веществе. Нужно объяснять, что провод — это не шланг, а граница раздела сред. Электрическая мощность передаётся полем, которое движется как внутри провода, так и вокруг провода.
Если ребёнок поймёт это сразу, у него не будет когнитивного диссонанса, когда в десятом классе ему покажут трансформатор или антенну.
3. Изучение первоисточников. В технических вузах и профильных классах нужно давать читать не сухие выжимки из методичек, а оригинальные описания экспериментов Вольта и Фарадея. Там живой язык, там чистая логика наблюдения за природой, не испорченная поздней схоластикой.
Как разбить Поггендорфскую стену в обучении?
Если мы хотим перестроить образование, мы должны давать эти опыты в их подлинной взаимосвязи:
1. Показываем опыт Вольта: напряжение рождается на границе сред и заполняет пространство вокруг.
2. Показываем закон Кулона: поле распределяется по геометрии пространства.
3. Показываем опыт Эрстеда и Ампера, но правильно: интенсивность электрического потока — это изменение электрического поля Кулона в пространстве. Из-за этого изменения структура пространства деформируется, что мы и фиксируем как «магнитный эффект». Нет отдельного «магнетизма», есть динамика электрического пространства!
4. Венчаем это Фарадеем и Омом: показываем, как замкнутая система реагирует на эти изменения.
Если выстроить логику так, у ученика не возникнет иллюзии «жидкости в шланге». Он увидит единую, живую, реагирующую на движение среду.
И главное:
1. Почему школы и министерства сопротивляются переходу от заучивания формул к пониманию физического смысла?
Инерция системы и «проверенные» шаблоны.
Школа — это конвейер: есть учебный план, есть контрольные, есть ВПР, ОГЭ, ЕГЭ. В этих контрольных удобно проверять знание формул и типовых задач. Понимание «физического смысла» измерить сложнее: один ученик объяснит на примере магнита и провода, другой — через силовые линии, третий — через напряжение и ток. Для проверяющего это выглядит как «нестандарт», а значит — риск. Поэтому система держится за то, что легко проверить: подставить числа в формулу.
Учебники и методические рекомендации «заточены» под задачи. В типовых учебниках по физике часто сначала дают формулу, потом вывод, потом пару примеров. Это удобно для подготовки к экзаменам, но не для понимания: «теория без практики — пустой звук», как вы и говорите. При этом менять учебники — это огромный бюрократический цикл: экспертиза, рецензирование, утверждение, печать, поставка. Никто не хочет брать на себя ответственность за «экспериментальный» учебник, если он не вписывается в привычные рамки.
Подготовка учителей и нагрузка. Учитель должен не только объяснять, но и вести журнал, сдавать отчёты, готовиться к проверкам. На «разборы физического смысла» просто не остаётся времени. Плюс не все учителя сами уверенно чувствуют себя в глубинной физике: многие привыкли к набору типовых задач и боятся отойти от них, чтобы не ошибиться.
Критерии успеха — баллы и рейтинги. Школы оценивают по результатам экзаменов и олимпиад. Если в олимпиадах и ЕГЭ упор на расчётные задачи, школа будет делать упор на тренировку таких задач. Даже если директор хочет «учить понимать физику», ему нужно показывать результаты, иначе — проверки, замечания, снижение рейтинга.
Психология «безопасности». Любое изменение — это риск. Если оставить всё как есть, «вроде работает». Если начать менять — могут быть жалобы родителей («почему не учат решать задачи, как в прошлом году?»), замечания проверяющих, падение баллов на первых экзаменах. Поэтому проще держаться за привычные методы.
2. Почему министерства и система просвещения сопротивляются внедрению новых методик и программ.
Нормативная база и согласовательные цепочки. Любая новая программа должна пройти несколько кругов согласований: профильные институты, экспертные советы, общественные обсуждения, утверждение на разных уровнях. На каждом этапе есть свои критерии: соответствие ФГОС, преемственность, отсутствие «перегруза», соответствие экзаменам. Если методика предлагает «меньше формул, больше смысла», её могут забраковать как «не обеспечивающую достаточный уровень подготовки к итоговой аттестации».
Финансирование и логистика. Новые учебники, новые методические пособия, обучение учителей — всё это деньги и время. Бюджеты планируются на годы вперёд, и «внезапные» изменения туда не вписываются. Кроме того, страна большая: новые учебники нужно напечатать, доставить в отдалённые школы, обеспечить ими все классы. Это месяцы и годы.
Риск расхождения с экзаменами. ЕГЭ и ОГЭ — это отдельный контур, который сильно влияет на школу. Если новая методика не совпадает с форматом экзамена, учителя и директора будут её саботировать, потому что им нужно готовить детей к экзаменам. Министерство не может одновременно продвигать новую методику и сохранять прежний формат экзамена — это создаёт конфликт целей.
Экспертные сообщества и «вес авторитета». В образовании очень важны экспертные мнения и сложившиеся научные школы. Если новая методика противоречит устоявшимся подходам (даже если они устарели), её будут критиковать на всех этапах. Для чиновника проще поддержать «традиционный» подход, чем ввязываться в спор между научными школами.
Проблема масштабирования. То, что отлично работает в одной школе или у одного учителя, не всегда можно масштабировать на всю страну. Система образования должна быть предсказуемой и воспроизводимой. Поэтому любые инновации проходят через фильтр «можно ли это внедрить везде и будет ли это одинаково работать». Если ответ «нет» — инновацию тормозят.
3. Как это выглядит с инженерной и преподавательской точки зрения.
Для преподавателя и инженера это особенно обидно: вы видите, что ученики не понимают физики, а система поощряет именно «решение по шаблону». Но именно поэтому в системе есть ниши, где можно действовать:
• Факультативы и кружки. Там меньше давления нормативов, можно делать упор на практику, эксперименты, разбор физического смысла.
• Проектная деятельность. Проекты часто оцениваются не по «правильности формулы», а по результату и объяснению. Это пространство для вашего подхода.
• Методические объединения и конкурсы. Через них можно продвигать свои наработки и получать поддержку на уровне города или региона.
• Учебные материалы «рядом» с программой. Можно готовить дополнительные материалы (конспекты, карточки, лабораторные), которые дополняют учебник, но не конфликтуют с ним формально.
Наши предложения реальны — да, они требуют больших усилий и прежде всего полного переосмысления терминологии электричества и магнетизма, возврата к взглядам родоначальников электродинамики — Беккариа, Вольта, Ампера, Фарадея, Ома, — и прежде всего со стороны самих физиков.
А писать учебники и учебные программы должны не только педагогические работники, но и в первую очередь те, кто непосредственно работает в области не только теории, но и практики электричества и магнетизма.
Мы прекрасно понимаем, какие огромные финансовые затраты должно понести в первую очередь государство, ибо оно отвечает за состояние просвещения, образования, науки и профессиональной подготовки специалистов для всего производственного комплекса страны. Другого пути нет: деньги, вложенные сегодня, обернутся прибылью в будущем. И здесь речь не только о деньгах, но и о престиже страны.
Поэтому лозунг государственной политики должен быть следующим: «Наука и инженерия — не эмиграция кадров, а опора промышленности: мы поддерживаем тех, кто остаётся и делает будущее страны реальностью».
И времени на это у нас уже не осталось. За нас это могут сделать другие страны.
Написано в тесном сотрудничестве с изобретателем электродвигателей нового поколения и с использованием материалов из его книг:
1. Тришин О.М, "История электричества и магнетизма", Самиздат, Нижний Новгород, 2025 г.:
2. Тришин О.М. "Трактат Электричество и Магнетизм, Электродинамика. Электродинамические машины", Самиздат, Нижний Новгород, 2026 г.
Приложение: «Излучение радиоволн и нюансы, которых не видит современная физика».
26 сентября 2026 г. Мурманск. Антон Благин
Оценили 34 человека
58 кармы