Герике сделал немало открытий при помощи своего шара, в т. ч. обнаружил существование электрического отталкивания. Оказалось, что под действием электричества тела не только притягиваются, но и отталкиваются друг от друга.
Француз Дюфе в 1734 г. создает теорию стеклянного и смоляного электричества, в дальнейшем преобразившуюся в теорию положительного и отрицательного электричества (теорию плюсовых и минусовых зарядов). Дюфе выяснил, что янтарь притягивает к себе строго определенные тела, а другие отталкивает. Точно так же ведут себя потертые шелк, бумага и прочие материалы и минералы. Но вот стекло ведет себя с точностью до наоборот. Оно притягивает то, что отталкивает янтарь, и отталкивает то, что янтарь притягивает. Со стеклом сходны по электрическим свойствам горный хрусталь, шерсть и прочие материалы. Тем самым Дюфе убедился, что в природе существуют две группы материалов, порождающие два противоположных друг другу рода электричества.
Нелишне будет заметить, что утверждение о притягивании тел с противоположными зарядами не совсем верно, если понимать его буквально. Если тела притягиваются, то одно из них может вовсе не иметь заряда, т. е. быть электрически нейтральным. Но вот отталкивание возможно лишь между действительно заряженными телами, причем заряженными одинаково.
Сам Дюфе называл эти две разновидности стеклянным и смоляным электричеством. Новое название — положительное и отрицательное — было предложено американским ученым Б. Франклином, который больше известен как общественный деятель. Именно Франклин первым догадался об электрической природе молнии и нашел способ показать это экспериментально. Однако этой догадке предшествовало создание лейденской банки. Это устройство, являющееся первым в истории конденсатором, было создано на рубеже 1745–1746 гг. независимо двумя учеными — голландцем Мушенбруком и немцем Клейстом.
Название конденсатора происходит от города Лейден, в котором ставил свои эксперименты Мушенбрук. Посредством металлического шеста и медной проволоки он соединил источник электричества (натираемый руками стеклянный шар) с банкой, заполненной водой. Мушенбрук стремился извлечь рукой искру из металлического шеста. Банка предназначалась для отвода излишнего электричества, поскольку тогда считалось, что вода не обладает электрическими свойствами.
Эффект получился обратный ожидаемому: вода накопила в себе электрический заряд и разрядилась в Мушенбрука, который держал лейденскую банку своей правой руке. «Моя правая рука, — признавался физик в письме Реомюру, — была поражена ударом такой силы, что все тело содрогнулось, как от удара молнии». Сходство действия лейденской банки с грозой и ярчайшие искры, которые получали последующие экспериментаторы из первого конденсатора, убедили Франклина в принадлежности молнии к электрическим явлениям.
В 1750 г. Франклин составил описание машины для изучения электрической природы молнии. Он утверждал, что специальный железный шест, размещенный на крыше башни, во время грозы будет собирать атмосферное электричество и позволит ученому извлекать искры. Спустя некоторое время Франклин уже разработал на основе своего шеста громоотвод.
С этим устройством связана прелюбопытная история. Ученые долгое время спорили, какой формы громоотвод следует устанавливать на крышах — закругленный или заостренный. Ситуация в физике напоминала войну «тупоконечников» и «остроконечников» в книге Дж. Свифта «Путешествия Гулливера».
Но на самом деле развитие науки вовсе не было таким уж забавным. Познание природы грозы было весьма опасным. После того как французский исследователь Далибар успешно проделал первый опыт по рекомендации Франклина, т. н. громовая машина была создана в России учеными Г. Рихманом и М. В. Ломоносовым. Во время одного из экспериментов, проходивших в 1753 г., Рихман погиб от соприкосновения с шаровой молнией. В конце XVIII столетия электрические силы привлекают к себе все большее внимание, причем не только физиков, но и медиков.
Сообщение Мушенбрука о действии на его организм разрядного удара не прошло незамеченным. Сходные сообщения от прочих экспериментаторов и богатые данные о пострадавших вследствие попадания молнии насторожили некоторых врачей. Знаменитый деятель Великой Французской революции Марат был по специальности медиком и одним из первых заинтересовался проблемой. Он всерьез полагал, что электричество может пригодиться медицине для лечения болезней и даже посвятил этому вопросу свой научный труд «Трактат о медицинском электричестве».
В 1820–1830-х гг. эти изыскания увенчались изобретением электрофореза, предназначенного для введения под кожу или через слизистые оболочки лекарственных веществ (в то время — соединений йода) под действием постоянного тока.
Направление исследований феномена живого электричества назвали гальванизмом. Гальванизм, как ни странно, первоначально очень мало был полезен медицине, хотя эксперименты ставились преимущественно на живых существах. Зато физика многим обязана возникновению этого учения, названного в честь итальянского врача и изобретателя Л. Гальвани. О его работах будет рассказано ниже.
Пока же рассмотрим, как ученые объясняли сущность электричества. Наиболее прогрессивные умы стремились в духе того времени свести новооткрытое явление к элементарным частицам и фундаментальным законам классической механики. Главные заслуги в данном направлении принадлежат Франклину и петербургскому академику Ф. Эпинусу. Франклин под влиянием учения о теплоте верил, что электричество связано с мельчайшими частицами особого рода, которые наделены способностью проникать сквозь вещество.
Эти частицы образуют в совокупности т. н. электрическую жидкость. Если у тела отнять путем трения часть электрической жидкости, то оно приобретет положительный заряд. Тело, перенявшее долю частиц, зарядится отрицательно. Если тела вновь соединить, то количество жидкости между ними выровняется таким образом, что оба станут электрически нейтральны (незаряжены). Таким образом, Франклин приблизился к открытию закона сохранения электрического заряда.
Эпинус, пребывая под влиянием открытий И. Ньютона, увязал взаимодействие заряженных тел с законом всемирного тяготения. Он полагал, что заряженные тела притягиваются и отталкиваются по аналогии с притягивающимися массами в классической механике. Эпинус сделал немало открытий, сравнивая теорию Ньютона с результатами экспериментов над электричеством, и первым четко сформулировал закон сохранения электрического заряда: «Если я хочу в каком-либо теле увеличить количество электрической материи, то я должен неизбежно взять ее вне его и, следовательно, уменьшить ее в каком-либо другом теле».
Эти воззрения, возобладавшие во всем научном мире, послужили предпосылкой для открытия основного закона электростатики, получившего название закона Кулона. Ш. Кулон — великий французский физик, установил данную закономерность в 1780-х гг. Если Эпинус только предполагал аналогию между электричеством и гравитацией, то Кулон решил проверить опытным путем существование подобного сходства между внешне разнородными явлениями. Параллельно с Кулоном и независимо от него сходными исследованиями занимался англичанин Кавендиш.
Кулон использовал в своих экспериментах изобретенные им самим же крутильные весы, представлявшие собой разновидность электроскопа. Посредством крутильных весов можно было наблюдать сравнительную величину «электрических сил» двух взаимодействующих зарядов. Кулон в ходе изысканий показал, что электрические заряды взаимодействуют между собой по закону Ньютона: сила притяжения и отталкивания обратно пропорциональна квадрату расстояния. Но ученый пошел еще дальше. Он выяснил, что отталкиваются только одноименные заряды («плюс» и «плюс» или «минус» и «минус»), тогда как притягиваются разноименные («плюс» и «минус»).
Кроме того, если Ньютон опирался в формулировке своего закона на количество вещества, как тогда называли массу, то Кулон ввел эквивалент массы в учение об электричестве. Ученый назвал этот эквивалент очень просто — количеством электричества. Экспериментально Кулон показал, что величина количества электричества пропорциональна силе взаимодействия между зарядами. Наконец, Кулон определил минимальное количество электрического заряда, возможное в природе. Впоследствии ученые поняли, что носителем минимального заряда является элементарная частица, предсказанная Б. Франклином. В такой обстановке совершил свое открытие Л. Гальвани.
