Главное новое следствие, вытекающее из этих уравнений – существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света. Уравнения Максвелла легли в основу электромагнитной теории света. Они настолько поразили его коллег, что один даже воскликнул: “Не боги ли начертали эти уравнения, до чего красиво!”
В последней четверти XIX века начался новый этап в развитии электромагнитной теории, связанный с созданием электронной теории Гендриком Антоном Лоренцем (1853-!928). ). Эта теория установила атомистическую структуру электричества, тем самым положив начало учению об электрическом строении вещества. Уравнения Максвелла получаются из уравнений электронной теории статистическим усреднением.
Попытки применения законов классической электродинамики к исследованию электромагнитных процессов в движущихся средах натолкнулись на существенные трудности. Стремясь разрешить их Альберт Эйнштейн пришел в 1905 году к теории относительности.
Но это уже несколько другая история.
Ментальные модели электрических явлений современного человека
Здесь описывается, как квалифицированные рабочие во Французской национальной Электрической компании воспринимают бытовые ситуации, связанные с домашним электричеством. Данные собраны путем интервьюирования по поводу функционирования различных известных электроприборов (лампы, тестера, стиральной машины). Несмотря на то, что испытуемые изучали электрические явления в школе или на фирме, они редко обращались к теории. Умственные модели, которыми они пользовались, основывались на их собственном опыте. Электричество часто рассматривается как субстанция или жидкость, легко перемещаемая с одного места на другое. Концепция заземления показывает, что земля воспринимается как огромный резервуар, куда электричество стекает, после чего теряется.
Каждый включает и выключает лампы, использует бытовые электроприборы, исправляет повреждения в них или получает удар тока, когда прикасается к неизолированному проводу. Из этих различных впечатлений создается представление о феномене электричества. Многие люди используют электрические машины и аппаратуру в своей рабочей деятельности. Влияет ли это использование на их понятие "электричество"? Отметим дополнительно, что представления об электричестве выражаются в словах, которые многозначны, например, термин "ток" может означать, что электричество связано с чем-то жидким, текучим, подвижным; термин "разряд "означает, что электричество - это субстанция, которая может быть переведена из одного места в другое. Можно предположить, что понятие "жидкой субстанции" - это фундаментальная основа, на которой строится функциональное понимание электрического феномена в повседневной жизни и в работе.
Первая группа интервьюированных – 14 человек, были административными служащими, участвовавшими в одногодичной программе по повышению квалификации в этой компании. Закончив обучение по этой программе, они получают право: 1) консультировать клиентов, желающих видоизменить электрическую установку в квартире или провести электричество в новый дом; 2) руководить небольшой группой техников, которые выполняют эту работу. Выбранные для исследования лица закончили среднюю школу и некоторые из них учились в вузе. Все они когда-то изучали основы электричества, однако они уже многое забыли из того, что знали. Ко времени интервью они еще не начинали обучения по программе, если не считать двухнедельного курса по основам электричества для начинающих. В этом курсе были представлены некоторые понятия из основ по теме "электричество", такие как ток и напряжение. Испытуемые практиковались в измерениях электрических цепей с помощью амперметров и вольтметров. Программа по основам электричества включала тему только постоянного тока. Ничего не было сказано о том, как устроено электричество в домах. Спустя 18 месяцев после исследования, проведенного с этими 14 рабочими, в него была включена вторая группа из 15 рабочих. Последние принадлежали к той же популяции, что и первая группа (служащие государственной компании ЕОР). Они отличались от рабочих первой группы тем, что уже прошли упомянутый двухнедельный курс по основам электричества. После этого курса не предполагалось их дальнейшее обучение.
Для того чтобы выявить и интерпретировать представления взрослых об электричестве, использовался метод клинического интервью, предложенный в свое время Ж. Пиаже. Проведение такого интервью представляет собой нечто среднее между свободной беседой и использованием опросника: список вопросов был подготовлен заранее, однако они не задавались в фиксированном порядке и в зависимости от ответов испытуемых некоторые из них пропускались. В начале интервьюер задавал конкретный вопрос о некотором объекте, ситуации или событии, имеющих отношение к феномену электричества. Следующий вопрос зависел от типа полученного ответа.
После первого ответа испытуемого тактика, используемая интервьюером для выбора следующего вопроса и его формулировки, заключалась в построении гипотезы о характере субъективной репрезентации электрического феномена у испытуемого. Следующий вопрос был направлен на проверку этой гипотезы и получение более детального объяснения ситуации.
Для того чтобы сделать более ясным субъективное понимание ситуации, использовалась, когда это было возможно, техника "фальсификации/противоречия". Она заключается в постановке таких вопросов, которые ведут испытуемого к утверждениям, фальсифицирующим гипотезу или не согласующимся с предыдущим утверждением интервьюируемого. Например, один субъект сказал: "Переменный ток? Это означает, что электричество идет переменно к каждому из 2-х отверстий розетки". Такой ответ ведет к гипотезе, что субъект предполагает функциональное равенство двух проводов, связывающих лампу с розеткой. Следовательно следующий вопрос был: "Существуют ли различия между двумя проводами (в розетке)". Испытуемый ответил:" Разницы нет". Далее экспериментатор представляет опровержение: "Знаете ли вы прибор для проверки электрической схемы?" Субъект отвечает: "Да, он используется для выяснения, где главная линия; лампа загорается, если вы помещаете штекер в главную линию" Затем интервьюер спрашивает: "Почему лампа: не загорается в другом отверстии?" Субъект отвечает: "Нейтральная и главная линия имеют неодинаковую функцию, электроны приходят из главной линии". Интервьюер: "Вы сказали, что электричество идет переменно к каждому из 2-х отверстий в розетке". Ответ субъекта был: "Первоначально электроны приходят из главной линии, а так как вы сделали связь между главной линией и нейтральной, электроны начинают идти вперед и назад, вперед и назад по электрической цепи". Этот ответ выявляет субъективную модель переменного тока: "переменный ток" означает, что ток идет попеременно по нейтральной и главной линий, но источник тока - главная линия.
На основании исследования была построена ментальная модель "Понятие электрического тока".
В большинстве случаев испытуемые подводились к вопросам, связанным с понятием переменного тока, через объяснение работы электрической лампы. После упоминания субъектом термина "переменный ток" интервьюер задавал вопросы типа: "Что такое переменный ток", "Какое различие между переменным и постоянным током"...
Было обнаружено, что ментальная модель большинства испытуемых относилась к постоянному току (20 человек из 29). Люди говорили, что "переменный ток" означает существование двух проводов: главного и нейтрального. По их мнению, при включении лампы электрический ток приходит из главного провода, идет через металлическую нить, нагревает ее и потом уходит из лампы в нейтральный провод. Интервьюер пытался выяснить, куда идет ток после нейтрального провода. Было получено четыре типа ответов: на электростанцию, на распределительный щит, на плавкий предохранитель, в землю. В первых трех случаях некоторые субъекты говорили, что ток потом возвращается к лампе, создавая замкнутую цепь.
Различия между переменным и постоянным током были, по мнению испытуемых, следующими: постоянный ток приходит из батарейки, в то время как переменный обеспечивается ЕОР компанией; в постоянном токе нет различий между главным и нейтральным проводом. Отметим, что не существует конкретного опыта, противоречащего этой ментальной модели, поэтому она могла бы быть достаточной для создания маленького электрического домашнего прибора.
Небольшая часть опрашиваемых (n=2) как главную характеристику переменного тока обозначила то, что он приходит из главного провода периодически: каждую 1/50 секунды идет ток, каждую следующую 1/50 секунды тока нет". На вопрос: "Почему нить накала постоянно светится?" - они отвечали, что мерцание слишком часто, чтобы глаза могли заметить его.
Семь испытуемых сказали, что переменный ток означает то, что он приходит попеременно из главного, потом из нейтрального провода. Трое из них имели более сложную модель: ток возникает в главном проводе, но как только появляется связь между главным и нейтральным (при включении вилки в розетку), электроны идут попеременно из главного и из промежуточного. Такие испытуемые были среди немногих, кто говорил, что одинаковое количество электронов входит в электрическую лампу и выходит из нее. Все субъекты, кроме двух, ясно отметили, что электрический ток является потоком электронов. Большинство испытуемых считали, что одинаковое количество электронов идет через всю цепь.
Модели, вырабатываемые взрослыми испытуемыми относительно переменного тока, основываются на хорошо известных повседневных ситуациях или профессиональном опыте. Они являются подлинно моделями опыта. Их функция состоит в том, чтобы человек мог успешно ориентироваться в жизненных ситуациях, реализуя некоторое предвидение событий. Модели имеют важную особенность: они являются локальными моделями, базирующимися на идеях, не всегда согласуемых друг с другом. Например, при обсуждении переменного тока некоторые испытуемые рисовали следующую картину: если стиральная машина не заземлена и происходит короткое замыкание, электричество проходит через человека, прикоснувшегося к поверхности машины, а затем возвращается к генератору через нейтральный конец. Эта ментальная модель, описывая ситуацию короткого замыкания, включает понятие замкнутого контура между двумя электрическими линиями: активной и нейтральной. В то же время некоторые из этих же испытуемых считали, что электричество переходит с активного конца провода на нейтральный либо внутри цепи тестера, либо внутри тела человека, пользующегося тестером. Таким образом понятие замкнутого контура не было одним и тем же в ситуации неисправной машины и пользования тестером. Объясняя работу тестера, предполагали, что ток возвращается по тому же проводу. Это означало, что наличие двух проводов не является необходимым. Некоторые испытуемые считали, что ток проходит через цепь тестера в тело пользователя и останавливается там. Это означало, что они не использовали понятие замкнутого контура.