Шарль Кулон: биография, вклады, работы
Шарль Кулон(1736–1806) был французским ученым, считавшимся крупнейшим физиком в своей родной стране. Благодаря его исследованиям и открытиям в области электромагнетизма, единица электрического заряда получила название кулон (С).
Его научная карьера охватывала несколько областей, в первую очередь магнетизм, электричество и трение. Одним из его основных вкладов была разработка торсионных весов, с помощью которых он смог измерить как магнитные, так и электрические силы притяжения.
Измеряя эти силы, он смог сформулировать законы Кулона, которые устанавливают, что сила между двумя электрическими зарядами прямо пропорциональна произведению их величин и обратно пропорциональна квадрату расстояния, разделяющего их.
Его имя появляется на одном из 72 ученых, которые начертаны на металлических пластинах на первом этаже Эйфелевой башни, как дань уважения тому, что он был одним из самых важных французов.
биография
Шарль Кулон был сыном Генри Кулона и Катерины Байе. Он родился в небольшом городке Ангулем во Франции 14 июня 1736 года.
Стоит ли менять резиножгут на рессоры. Мое мнение.
Хотя он родился в престижной и экономически благополучной семье, они потеряли популярность в результате ряда неблагоприятных событий, в которых преобладали ростовщичество и неэффективное управление их капиталом, что привело к разлучению их родителей.
Его первые учебы прошли в родном городе. Затем он переехал в Париж, где молодой человек продолжил свое академическое образование в известном колледже Мазарини, где получил разностороннее образование по основным предметам: математике, гуманитарным наукам, астрономии, ботанике и химии.
Он получил профессиональное образование в École du Génie en Mézieres, чтобы в 1761 году получить звание военного инженера и звание первого лейтенанта. В течение своей военной карьеры он несколько раз служил Франции; один из них находился в Вест-Индии, где он играл важную роль в надзоре за строительством фортов на Мартинике.
Военный и следователь
На этом острове, когда он был возвращен французами, Кулону было поручено строительство форта Бурбон с намерением сделать этот остров намного безопаснее и защитить его от любого вторжения. Эта задача занимала его до 1772 года, примерно девять лет.
После этого он посвятил себя исследовательской работе по статике в архитектуре, чтобы представить ее Академии наук в Париже, таким образом, он стал корреспондентом этого важного учреждения в 1974 году.
В то время он получил первую премию за свои постулаты о магнитных компасах и за развитие передовых исследований трения.
На протяжении своей профессиональной карьеры Кулон умел сочетать военную работу с научной. Таким образом, в Рошфоре, где он находился между 1779 и 1780 годами, он использовал верфи как свою собственную лабораторию для проверки механики, сопротивления материалов и трения.
В 1781 году он получил награду Парижской академии наук за свою работу над законами трения и жесткости струн — революционное исследование, которое не оспаривалось более века.
Клон 23 серия
В 1786 году он получил звание подполковника, в котором чувствовал себя вполне комфортно. Однако в рамках так называемого «режима террора» в рамках Французской революции он предпочел укрыться в уединенном доме, который у него был внутри, обезопасив себя и посвятив себя исключительно своим научным лекциям.
На службе революции
Затем он вернулся в Париж по приказу Наполеона Бонапарта, отвечая за общественное образование. Он проработал в Парижской академии наук около 25 лет и был назначен президентом того же учреждения в 1801 году, когда оно стало Институтом Франции.
Он также внес вклад в новое французское правительство в концептуализации, упорядочивании и применении десятичной метрической системы мер и весов, которая обеспечит организационный стандарт для всех исследований и приложений в стране.
Его работа и научные знания привели его к участию в мониторинге новой системы связи, которая послужила основой для будущих разработок в этой области.
В последние годы
После многих лет отношений, наконец, в 1802 году он женился на Луизе Франсуаз Лепруст, от которой у него уже было двое детей. Первый родился в 1790 году, а второй — в 1797 году.
Шарль Кулон умер в Париже в возрасте 70 лет, 23 августа 1806 года, всего через пять лет после того, как стал президентом Института Франции.
Взносы
Кулон был одним из ведущих физиков во всей Франции, благодаря его вкладу в области электричества и магнитных сил, сил трения, упругости металлов и шелка.
Одна из его первых работ, сделанная в 1772 году, позволила изучить и узнать давление, которому подпорные стены подвергаются в результате объема земли, которую они поддерживают. Он также определил, как своды должны быть сбалансированы на всех строительных работах, чтобы избежать повреждения конструкций.
Эти анализы проводились во время строительства форта на Мартинике, благодаря чему он определил первое приближение касательного напряжения, а также законы трения. Это также стало важной вехой в разработке кулоновского метода оценки прочности материалов.
Он основывал свои эксперименты на силах, приложенных к материалам, и их сопротивлении деформации, что позволило нам узнать их поведение. Таким образом, он стал колыбелью исследований в области современного строительства.
Он также внес вклад в области эргономики, а также в области механики, анализируя трение машин, благодаря чему он снова получил признание Парижской академии наук в 1781 году за формулировку законов трение.
Кулоновский закон
Хотя за всю свою плодотворную научную карьеру он написал более 25 статей в качестве корреспондента Академии, обращаясь к различным областям физики, его наибольшим вкладом в науку является закон Кулона, сформулированный им в 1776 году.
Этот закон действует в основном в атомных реакциях и гласит следующее: «Сила между электрическими зарядами пропорциональна произведению отдельных зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния, разделяющего их».
Это означает, что, поскольку электрические заряды имеют большую величину, они будут иметь большую силу притяжения или отталкивания, но расстояние, которое их разделяет, будет иметь противоположный эффект в пропорции его квадрата; то есть чем больше расстояние, тем меньше сила.
Сосредоточившись на анализе сил притяжения или отталкивания электрических зарядов, он разработал торсионные весы. Этим он показал, что закон всемирного тяготения, сформулированный Ньютоном, полностью выполняется.
В этой области экспериментов он обнаружил, что электрическое притяжение и отталкивание проверяются без вмешательства, посредством дистанционного воздействия. В этом контексте Кулон был защитником теории электрических и магнитных жидкостей.
Благодаря всем этим исследованиям, и в частности математическому определению закона Кулона, область электричества и магнетизма стала точной наукой, которая заняла почетное место в науке о человеке.
Пьесы
Кулон был плодовитым автором, целью которого было задокументировать и систематизировать все свои постулаты, а также иметь возможность представить их в память об Академии наук и заслужить признание.
Его первое издание вышло в 1773 году под названием Sur объединяет приложение с параметрами, максимальными и минимальными требованиями к статике, относящимися к архитектуре. В этой работе он показал свои исследования сопротивления балок и материалов.
Затем, в 1777 году, он представил в Академию еще одну статью, в которой он собрал свое изобретение торсионных весов в дополнение к своим исследованиям компаса и земного магнетизма.
Он написал более семи трактатов по электричеству и магнетизму, пока в 1785 году не сформулировал и не представил закон, носящий его имя.
Простая теория машин
Другие его великие работы были Теория простых машин, который в 1781 году дал ему главный приз Академии наук.
В тексте он говорит об этом типе машин как об устройствах, в которых величина или направление силы изменяется и выполняется закон сохранения энергии, поскольку ничего не разрушается, а только трансформируется. В основном простые машины представляют собой наклонные плоскости, рычаги и шкивы.
Об электричестве и магнетизме
Об электричестве и магнетизме это один из его самых запоминающихся постов. В нем он обобщает большую часть своей работы в этой важной области физики, за которую он получил большую часть своего признания, такой как, например, то, что единица электрического заряда называется кулоном.
Кулон или кулон — это мера, используемая в международной метрической системе для определения количества электричества или заряда, переносимого за одну секунду током в один ампер.
У него также есть научно определенная взаимосвязь между количеством зарядов элемента, которые могут быть положительными или отрицательными.
Кулон представил 25 мемуаров, в которых собраны его исследовательские работы, которые он собрал между 1781 и 1806 годами для передачи в Академию.
ИсточникПодробнее об электрическом заряде
Как ни удивительно, но мы сталкиваемся со статическим электричеством ежедневно — когда гладим любимую кошку, расчесываем волосы или натягиваем свитер из синтетики. Так мы сами поневоле становимся генераторами статического электричества. Мы буквально купаемся в нём, ведь мы живем в сильном электростатическом поле Земли.
Это поле возникает из-за того, что её окружает ионосфера, верхний слой атмосферы — электропроводящий слой. Ионосфера образовалась под действием космического излучения и имеет свой заряд. Занимаясь обыденными делами вроде разогрева пищи, мы совершенно не задумываемся о том, что пользуемся статическим электричеством, повернув кран подачи газа на горелке с автоподжигом или поднеся к ней электрозажигалку.
Примеры статического электричества
Мы с детства инстинктивно боимся грома, хотя сам по себе он абсолютно безопасен — просто акустическое следствие грозного удара молнии, которая и вызвана атмосферным статическим электричеством. Моряки времён парусного флота впадали в священный трепет, наблюдая огоньки святого Эльма на своих мачтах, которые тоже являются проявлением атмосферного статического электричества. Люди наделяли верховных богов древних религий неотъемлемым атрибутом в виде молний, будь то греческий Зевс, римский Юпитер, скандинавский Тор или Перун русичей.
С тех пор, как люди впервые начали интересоваться электричеством, прошли века, и мы даже порой не подозреваем, что учёные, сделав из изучения статического электричества глубокомысленные выводы, спасают нас от ужасов пожаров и взрывов. Мы укротили электростатику, нацелив в небо пики громоотводов и снабдив бензовозы заземляющими устройствами, позволяющими электростатическим зарядам безопасно уходить в землю. И, тем не менее, статическое электричество продолжает хулиганить, создавая помехи приёму радиосигналов — ведь на Земле одновременно бушует до 2000 гроз, которые ежесекундно генерируют до 50 разрядов молний.
Исследованием статического электричества люди занимались с незапамятных времён; даже термину «электрон» мы обязаны древним грекам, хотя они подразумевали под этим несколько иное — так они называли янтарь, который прекрасно электризовался при трении (др. — греч. ἤλεκτρον — янтарь). К сожалению, наука о статическом электричестве не обошлась без жертв — российский учёный Георг Вильгельм Рихман во время проведения эксперимента был убит разрядом молнии, которая является наиболее грозным проявлением атмосферного статического электричества.
Статическое электричество и погода
В первом приближении, механизм образования зарядов грозового облака во многом сходен с механизмом электризации расчёски — в нём точно так же происходит электризация трением. Льдинки, образуясь из мелких капелек воды, охлаждённой из-за переноса восходящими потоками воздуха в верхнюю, более холодную, часть облака, сталкиваются между собой. Более крупные льдинки заряжаются при этом отрицательно, а меньшие — положительно. Из-за разницы в весе происходит перераспределение льдинок в облаке: крупные, более тяжёлые, опускаются в нижнюю часть облака, а более лёгкие льдинки меньшего размера собираются в верхней части грозового облака. Хотя всё облако в целом остаётся нейтральным, нижняя часть облака получает отрицательный заряд, а верхняя — положительный.
Подобно наэлектризованной расческе, притягивающей воздушный шарик из-за индуцирования на его ближней к расческе стороне противоположного заряда, грозовое облако индуцирует на поверхности Земли положительный заряд. По мере развития грозового облака, заряды увеличиваются, при этом растёт напряжённость поля между ними, и, когда напряжённость поля превысит критическое значение для данных погодных условий, происходит электрический пробой воздуха — разряд молнии.
Человечество обязано Бенджамину Франклину — впоследствии президенту Высшего исполнительного совета Пенсильвании и первому Генеральному почтмейстеру США — за изобретение громоотвода (точнее было бы назвать его молниеотводом), навсегда избавившего население Земли от пожаров, вызываемых попаданием молний в здания. Кстати, Франклин не стал патентовать своё изобретение, сделав его доступным для всего человечества.
Не всегда молнии несли только разрушения — уральские рудознатцы определяли расположение железных и медных руд именно по частоте ударов молний в определённые точки местности.
В числе учёных, посвятивших своё время исследованию явлений электростатики, необходимо упомянуть англичанина Майкла Фарадея, впоследствии одного из основателей электродинамики, и голландца Питера ван Мушенбрука, изобретателя прототипа электрического конденсатора — знаменитой лейденской банки.
Наблюдая за гонками DTM, IndyCar или Formula 1, мы даже не подозреваем, что механики зазывают пилотов для смены резины на дождевую, опираясь на данные метеорологических РЛС. А эти данные, в свою очередь, основаны именно на электрических характеристиках подступающих грозовых облаков.
Статическое электричество — наш друг и враг одновременно: его недолюбливают радиоинженеры, натягивая заземляющие браслеты при ремонте сгоревших плат в результате удара поблизости молнии — при этом, как правило, выходят из строя входные каскады оборудования. При неисправном заземляющем оборудовании оно может стать причиной тяжёлых техногенных катастроф с трагическими последствиями — пожаров и взрывов целых заводов.
Статическое электричество в медицине
Тем не менее, оно приходит на помощь людям при нарушениях сердечного ритма, вызванных хаотическими судорожными сокращениями сердца больного. Его нормальная работа восстанавливается пропусканием небольшого электростатического разряда при помощи прибора, называемого дефибриллятором. Сцена возвращения пациента с того света с помощью дефибриллятора является своего рода классикой для кино определённого жанра. При этом следует отметить, что в кино традиционно показывают монитор с отсутствующим сигналом сердцебиения и зловещей прямой линией, хотя на самом деле применение дефибриллятора не помогает, если сердце пациента остановилось.
Разрядники на крыле самолета Boeing 738-800 предназначены для снятия статического электричества для обеспечения надежной работы бортового электронного оборудования.
Другие примеры
Нелишне будет вспомнить о необходимости металлизации самолетов для защиты от статического электричества, то есть, соединения всех металлических частей самолета, включая двигатель, в одну электрически целостную конструкцию. На законцовках всего оперения самолета устанавливают статические разрядники для стекания статического электричества, накапливающегося во время полета вследствие трения воздуха о корпус самолета. Эти меры необходимы для защиты от помех, возникающих при разряде статического электричества, и обеспечения надежной работы бортового электронного оборудования.
Электростатика играет определённую роль в знакомстве учеников с разделом «Электричество» — более эффектных опытов, пожалуй, не знает ни один из разделов физики — тут тебе и волосы, вставшие дыбом, и погоня воздушного шарика за расческой, и таинственное свечение люминесцентных ламп безо всякого подключения проводов! А ведь этот эффект свечения газонаполненных приборов спасает жизни электромонтёрам, имеющих дело с высоким напряжением в современных линиях электропередач и распределительных сетях.
И самое главное, учёные пришли к выводу, что статическому электричеству, точнее его разрядам в виде молний, мы, вероятно, обязаны появлению жизни на Земле. В ходе экспериментов в середине прошлого века, с пропусканием электрических разрядов через смесь газов, близкую по составу к первичному составу атмосферы Земли, была получена одна из аминокислот, которая является «кирпичиком» нашей жизни.
Источники бесперебойного питания (ИБП) используются для защиты оборудования от провалов напряжения, пропадания электропитания и импульсов высокого напряжения в промышленной электросети, которые могут возникать во время непрямых ударов молний
Для укрощения электростатики очень важно знать разность потенциалов или электрическое напряжение, для измерения которого придуманы приборы, называемые вольтметрами. Ввел понятие электрического напряжения итальянский учёный 19-го века Алессандро Вольта, по имени которого и названа эта единица. В своё время для измерения электростатического напряжения использовались гальванометры, названные по имени соотечественника Вольта Луиджи Гальвани. К сожалению, эти приборы электродинамического типа вносили искажения в измерения.
Изучение статического электричества
К систематическому изучению природы электростатики учёные приступили со времён работ французского учёного 18-го века Шарля Огюстена де Кулона. В частности, он ввёл понятие электрического заряда и открыл закон взаимодействия зарядов. По его имени названа единица измерения количества электричества — кулон (Кл). Правда, ради исторической справедливости, надо заметить, что годами ранее этим занимался английский учёный лорд Генри Кавендиш; к сожалению, он писал в стол и его работы были опубликованы наследниками лишь спустя 100 лет.
Работы предшественников, посвященные законам электрических взаимодействий, дали возможность физикам Джорджу Грину, Карлу Фридриху Гауссу и Симеону Дени Пуассону создать изящную в математическом отношении теорию, которой мы пользуемся до сих пор. Главным принципом в электростатике является постулат об электроне — элементарной частице, входящей в состав любого атома и легко отделяющейся от него под воздействием внешних сил. Помимо этого, действуют постулаты об отталкивании одноимённых зарядов и притягивании разноимённых.
Измерение электричества
Одним из первых измерительных приборов явился простейший электроскоп, изобретённый английским священником и физиком Абрахамом Беннетом — два листочка золотой электропроводной фольги, помещённые в стеклянную ёмкость. С тех пор измерительные приборы значительно эволюционировали — и теперь они могут измерять разницу в единицы нанокулон. С помощью особо точных физических инструментов, российский учёный Абрам Иоффе и американский физик Роберт Эндрюс Милликен сумели измерить электрический заряд электрона
Ныне, с развитием цифровых технологий, появились сверхчувствительные и высокоточные приборы с уникальными характеристиками, которые, благодаря высокому входному сопротивлению, почти не вносят искажений в измерения. Помимо измерения напряжения такие приборы позволяют измерять и другие важные характеристики электрический цепей, таких, как омическое сопротивление и протекающий ток в широком диапазоне измерений. Самые продвинутые приборы, называемые из-за их многофункциональности мультиметрами, или, на профессиональном жаргоне, тестерами, позволяют измерять также и частоту переменного тока, емкость конденсаторов и осуществлять проверку транзисторов и даже измерять температуру.
Как правило, современные приборы имеют встроенную защиту, не позволяющую вывести прибор из строя при неправильном применении. Они компактны, просты в обращении и абсолютно безопасны в работе — каждый из них проходит через ряд испытаний на точность, проверяется в тяжёлых режимах работы и заслужено получает сертификат безопасности.
Источник