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.
В описанных ситуациях можно видеть две общих особенности:
Первое, электричество рассматривается как субстанция. Согласно словарю, "субстанция - это особый вид материи". Г.Башляр еще в 1938 году показал, что субстанциализация (т.е. "субстанциальное объяснение"), базирующееся на эмпирическом опыте, является эпистемологическим препятствием для знания (Bachelard, 1938). Он писал:
"Потребность субстанциализировать столь сильна в человеке, что чисто метафорические особенности часто рассматриваются как нечто существенное (Bachelard, op.cit.,p 109).
Во всех изученных ситуациях электричество понималось как материальный элемент, который может течь, накапливаться и сохраняться. Все эти особенности совпадают с тем, что есть у жидкости, которая может двигаться, а может и останавливаться, как в случае удержания электричества внутри человеческого тела или на поверхности неисправной машины.
Второе, взрослые люди придают значение роли земли потому, что в формируемых ими моделях она является местом, куда электричество приходит и исчезает.
Все эти модели строятся на основе повседневного или профессионального опыта и глубоко укоренены в сознании взрослого человека.
Несмотря на бесспорные успехи современной теории электромагнетизма, создание на ее основе таких направлений, как электротехника, радиотехника, электроника, считать эту теорию завершенной нет оснований. Основным недостатком существующей теории электромагнетизма приходится считать отсутствие модельных представлений, непонимание сути электрических процессов; отсюда - практическая невозможность дальнейшего развития и совершенствования теории. А из ограниченности теории вытекают и многие прикладные трудности.
Например, как объяснить, что два взаимно неподвижных одинаковых заряда, которым полагается отталкиваться друг от друга по закону Кулона, на самом деле притягиваются, если они вместе движутся относительно давно покинутого источника? А ведь притягиваются, потому что теперь они - токи, а одинаковые токи притягиваются, и это экспериментально доказано.
Этот и многие другие вопросы не позволяют считать развитие теории электромагнетизма, как и всякой науки, полностью завершенным. Однако дальнейшая эволюция ее возможна лишь на основе детального качественного рассмотрения процессов, происходящих в электромагнитных явлениях. Полезно напомнить, что мы и сегодня, как и уже много лет, пользуемся теорией, которую в законченном виде изложил Дж. К. Максвелл в своем знаменитом "Трактате об электричестве и магнетизме", вышедшем в свет в 1873 году. Мало кому известно, что в этом труде Максвелл обобщил свои более ранние работы 1855-1862 гг. В своей работе Максвелл опирается на экспериментальные работы М. Фарадея, опубликованные в период с 1821 по 1856 гг. (полностью Фарадей выпустил свои "Экспериментальные исследования по электричеству и магнетизму" в 1859 г)., на работы В. Томсона периода 1848-1851 гг., на работу Г. Гельмгольца "О сохранении силы" 1847 г., на работу У. Ранкина "Прикладная механика" 1850 г. и многие другие того же периода времени. Максвелл никогда и ничего не постулировал, все его выводы опирались на чисто механические представления об эфире, как об идеальной невязкой и несжимаемой жидкости, о чем Максвелл в своих трудах неоднократно пишет.
Фактически теория электромагнетизма остановилась в своем развитии на уровне Максвелла, использовавшего механические представления первой половины ХIХ столетия. Появившиеся в ХХ столетии многочисленные учебники по электротехнике, электродинамике и радиотехнике совершенствуют (или ухудшают?) изложение, но ничего не меняют по существу. Чего же не хватает в теории электромагнетизма сегодня? Не хватает прежде всего понимания того, что всякая модель, в том числе и модель электромагнетизма, разработанная Максвеллом, имеет ограниченный характер, а следовательно, может и должна совершенствоваться. Не хватает представления о необходимости вернуться к моделированию и именно к механическому моделированию электромагнетизма. Максвелл оперировал понятиями эфира как идеальной, т. е. невязкой и несжимаемой жидкости. А эфир оказался газом, причем газом и вязким, и сжимаемым. Это значит, что использованные Максвеллом представления Г. Гельмгольца о том, например, что вихри не образуются и не исчезают, а только перемещаются и деформируются, о том, что по всей своей длине произведение циркуляции на площадь поперечного сечения вихря остается величиной постоянной, далеко не всегда верны. В реальном газе вихри и образуются, и исчезают, а это Максвеллом не учтено. Уравнения Максвелла не отражают процесса в объеме, так как и первое, и второе уравнения Максвелла рассматривают процесс в плоскости. Правда, затем эта плоскость поворачивается в осях координат, что и создает эффект объемности, но на самом деле суть от этого не меняется, плоскость остается плоскостью. Если бы процесс рассматривался в объеме, то надо было бы рассмотреть изменение интенсивности вихря вдоль его оси, тогда были бы в какой-то степени охвачены процессы вихреобразования и распада вихрей. Но именно это и отсутствует в уравнениях Максвелла. А поэтому те задачи, в которых возникают эти вопросы, например, задача о диполе Герца в полупроводящей среде, принципиально не могут быть решены с помощью уравнений Максвелла.
Не учтен Максвеллом и факт непосредственного взаимодействия проводника с магнитным полем в момент пересечения проводника этим полем. Закон Фарадея, являющийся прямым следствием первого уравнения Максвелла, в этом смысле есть описательный, феноменологический закон, закон дальнодействия, поскольку в нем изменение поля происходит в одном месте, внутри контура, а результат этого изменения - ЭДС оказывается на периферии контура. И сегодня уже известны значительные расхождения между расчетами, выполненными в соответствии с законом Фарадея, и результатами непосредственных измерений. Разница в некоторых случаях составляет не один или два процента, а в несколько раз!
Этот перечень при необходимости можно продолжить. Теория электромагнетизма ждет своих современных Фарадеев и Максвеллов.
Однако ответы на эти вопросы лежат в сфере действия ученых-физиков. Современный же мир настолько сложен и многогранен, что человек вынужден быть специалистом в какой-то одной области, т.е. всем людям совсем не обязательно до тонкостей знать, что же такое электричество и каким образом объясняются электрические явления. Достаточно правильно понимать его природу и уметь пользоваться им без риска для своей безопасности.
1. Философский энциклопедический словарь.–М.,1989.
2. Спасский Б.И. Физика в её развити.–М.:Просвещение,1979.
3. Спасский Б.И. Физика для философов.–М.:Прсвещение,1989.
4. Рожанский И.Д. История естествознания в эпоху эллинизма и Римской империи.–М.:Наука,1988.
5. Электричество. – №1-1989, №6-1990. М.: Энергоиздат.
6. #"_Hlt6724078">istoria.html– История физики, изложенная курам на смех
7. #"#">#"_Hlt6724210">l –Первые опыты по передаче электричества на расстояние.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
