Какова история электрического тока и сопротивления?

TL;DR Во время статей Ома (1825-28) ток и сопротивление были очень молодыми понятиями, и недавние теории Ампера значительно изменили их понимание, в то время как сам Ом завершил этот сдвиг. К сожалению, нет простого способа сопоставить прежние понятия с известными современными понятиями. Полагаю, Кун неспроста выбрал этот пример, возможно, это пример его «несоизмеримости».

До 1800 года не существовало понятия тока и сопротивления, единственными встречавшимися видами тока были электростатические разряды. Тем не менее, дю Фэй и Франклин предложили две текучие (положительную и отрицательную) и одну текучую теории электричества , что сделало его течение вообразимым. В 1800 году Вольта изобрел первый источник постоянного тока, свою знаменитую «кучу» парных медно-цинковых пластин, проложенных между ними увлажненным картоном. Электрический ток Брауна во французской физике начала девятнадцатого векадает всесторонний обзор состояния (или, скорее, эволюции) искусства между Вольтой и Омом. По словам Вольта, электрическая жидкость приводилась в «вечный импульс» за счет «электродвижущей контактной силы» между медью и цинком, умноженной на количество слоев сваи. Однако в то время единственной развитой теорией была электростатическая, и все измерения и измерительные приборы основывались на ней. Так что «курант» Вольта был пустым словом, а его «теория» вскоре была размазана до неузнаваемости авторитетной комиссией Французской академии в составе Лапласа, Кулона, Фуркруа, Гайтона и Био.

Отчет, отражающий взгляды комиссии, был написан Био, и неудивительно, что котел описывался не как источник тока, а как секвенсор электростатических разрядов. Но с его помощью, в отличие от теории Вольта, можно было проводить измерения «количества электричества» (заряда) и «возбуждающей силы»/«напряженности»/«напряжения» (грубо говоря, напряжения между выводами столба) электростатическими приборами. , как электроскоп Кулона. В той мере, в какой фигурировало сопротивление, Био отождествлял его с «изолирующими длинами» в куче. Электрическая квазистатика Био оставалась ортодоксией до 1820-х годов, и в ней не было возможности даже измерить ток с какой-либо точностью. Ветер перемен пришел с открытием Эрстедом тока, воздействующего на магнитные стрелки. и изобретение на его основе гальванометра. Но создателем изменений был Ampere. Будучи аутсайдером французского научного истеблишмента, он был менее сдержан в отношении отбрасывания кваистатичной картины Био и возвращения к первоначальным интуициям Вольта, но с лучшими инструментами.

Ампер ввел идею о постоянном круговом движении двух электричества в проводе, каким-то образом начатом кучей, «воссоединениях в проводе», как он их называл. Интересно, что он впервые выдвинул свою знаменитую гипотезу молекулярных токовв магните воссоединения в бесконечно малых кругах вокруг каждой молекулы, где было очевидно, что движение должно быть непрерывным, чтобы предотвратить немедленную рекомбинацию, и только затем перенесли идею в гальванические цепи. Однако теория Ампера была гибридной, поскольку она резко разделяла электростатические эффекты в куче и электродинамические эффекты в проводе. Напряжение сваи рассматривалось как электростатическое, связанное с притяжением/отталкиванием и искрами, а когда выводы сваи были соединены проводом, было замечено (и измерено) исчезновение. Было замечено, что ток производит химические и магнитные эффекты. В хорошо известном эксперименте, когда несколько свай помещали вместе в ряд, производилось повышенное напряжение, но по существу тот же самый ток, который измеряется магнитной стрелкой. Никогда эти двое не встретятся.

Именно это различие Ампера нарушил Ом в 1827 г. своим законом. Своим коллегам-физикам он, казалось, предлагал что-то вроде формулы, связывающей интенсивность света с его частотой — двумя явно независимыми переменными. Вот из книги Шагрина «Сопротивление закону Ома »:

« …зависив магнитное действие электрического потока от возбуждающей силы источника, Ом, по-видимому, искажал общепризнанное различие между электричеством напряжения и электричеством тока… Ом, конечно, смог объяснить наблюдения. Это привело к различию между напряжением и электрическим током. Но едва ли можно ожидать, что ученый, работавший с этим различием и получивший на его основе плодотворные результаты, изменит свою точку зрения столь радикально. Для этого ученого экспериментальные результаты Ома могли не подтверждают закон; замечания Ома были не столько ложными, сколько не относящимися к делу (или, что еще хуже, неправильным употреблением языка) » .

В некотором смысле нужно предположить что-то вроде закона Ома, чтобы получить современные определения тока, и особенно напряжения и сопротивления, их современные значения частично зависят от его формы.

Ом инициировал другое, более серьезное концептуальное новшество, первые признаки которого можно найти в этих более ранних работах. Это был дальнейший пересмотр понятия Spannung, так что каждая точка в замкнутом контуре имела особое Spannung [напряжение] . С этой точки зрения, Spannung источника представлял собой разницу в Spannung между терминалами — понятие, сходное с концепцией старой теории, но то, что каждая точка замкнутого контура имеет Spannung, было понятием, совершенно чуждым старой теории. ... С этим пересмотром значения «Spannung» Ом смог использовать свой закон на сегментах цепи, а не на всей цепи сразу » .