Техника - молодёжи 1954-12, страница 28

с взаимодействием электрических токов, электродинамическими в отличие от электростатического взаимодействия зарядов.

Ампер с помощью экспериментов обнаружил полную аиалопцо между магнитными стрелками и проводящими контурами при прохождении до ним электрического тока. Общим итогом всех этих работ бьию представление о возник новевши магнитного поля при прохождении тока через проводник. Но оказалось, в свою очередь, что и ток возникает при изменении магнитного поля. Это было открыто Фарад еем. В следующие годы после открытия Ампера ФарадеЙ пришел к мысли о возбуждении тока магнетизмом.

В 1822 году в его тетради появляется запись: «Превратить магнетизм в электричество». После десяти лет непрерывных экспериментов. 29 августа 1831 года, ФарадеЙ обнаружил следующее явление. Он пропускал ток через медную проволоку, намотанную по спирали на деревянную болванку (впоследствии Фарадей заменил ее железным кольцом). Проволока была изолирована. На ту же болванку или «а то же кольцо Фарадей намотал другую, тоже изолированную проволоку, концы которой он соединил с гальванометром. Пока по первой обмотке проходил ток неизменного направления и силы, стрелка гальванометра, включенного во вторую обмотку, оставалась неподвижной, но и в те моменты, когда первую цепь замыкали или размыкали, стрелка гальванометра отклонялась, что свидетельствовало о возникновении наведенного тока во второй обмотке. Таким образом Фарадей обнаружил возшпшовение электрического тока во вторичной обмотке при изменении электрического тока, проходящего по первой обмотке. Физика объясняет электромагнитную индукцию следующим образам: первая обмотка создает магнитное поле. Это магнитное поле изменяется, и в результате во второй обмотке индуцируется ток. Открытие электромагнитной индукции дало толчок ряду чрезвычайно важных экспериментов я теоретических работ, из которых наиболее важными были работы петербургского академика Ленца, открывшего закон, управляющий явлением электромагнитной индукции. Сам Фарадей продолжал напряженную экспериментальную и теоретическую работу. Он все яснее и конкретнее показывал, что индуцированная электрическая сила зависит от изменения магнитного поля во времени, от

скорости этого изменения. При этом исходной идеей всех работ Фарадея, посвященных электричеству и магнетизму, было глубокое убеждение в реальном существовании среды, окружающей проводники, участвующей во всея электрических и магаитных процессах, то-есть в реальном существовании поля.

В статье «О физическом характере линий магнитной силы», написанной в 1852 году, он отпет: «Что касается важного вопроса, подлежащего рассмотрению, то он заключается только в том, имеют ли линии магнитной силы физическое существование, или нет». Ответ Фарадея положительный. Отличие представлений Фарадея от взглядов его предшественников — сторонников дальнодействия — прекрасно сформулировано Максвеллом в введении к «Трактату о электричестве и магнетизме»: «Фарадей своим мысленным оком видел силовые линии, проходящие по всему пространству там, гдо математики видели центры сил, притягивающие на расстоянии. Фарадей видел промежуточную среду там, где они ничего не видели, кроме расстояния Фарадей «скал сущность явления в том. что происходит в среде, другие удовлетворялись тем, что находили эту сущность в способности действия на расстоянии, которой одарены электрические жидкости».

Теория Максвелла была обобщением работ Ампера. Фарадея. Ленца и других творцов электродинамики.

максвелл объяснил все известные тогда факты, накоп ленные физикой и электротехникой, единым законом, связывающим магнитное поле с электрическим Прежде всего Максвелл обобщил понятие тока Он рассматривал переменное электрическое поле как ток — так называемый ток смещения, и поэтому каждый ток он мог рассматривать как замкнутый. Незамкнутый проводник с током дополняется диэлектрической средой между концами проводника. В этой среде меняется напряжение электрического поля, и в целом мы имеем круговой ток, возбуждающий в перпендикулярном к нему направлении магнитную силу, магнитное поле. Магнитное и электрическое поле оказалось связанным между собой таким образом, что изменение одного из них вызывает появление второго. Всякое переменное электрическое поле, подобно гальваническому току, образует магнитное поле. В свою очередь, переменное магнитное поле вызывает электрическое поле, и если в нем находится замкнутый

поля

Ш бессмертном сочинении «Трактат о электричества и маг. магизма» Д. Максвелла (1866) имеется система из четырех ураанеииА (рис. 1). Этой системы вполне достаточно, чтобы рассчитать любой процесс, любое явление в электромагнитном поле, — нет ни одного факта, известного в электрофиэи-не. который ив укладывался бы в них.

Эта система обобщает аса колоссальное богатство, намол-ланнов предшественниками Максвелла — теоретиками и экспериментаторами, исследовавшими электрические и магнит, ныв явления, и новые положения, включенные в электрофизику самим Максваллом.

Уравнения электромагнитного поля написаны на языка высшей математики. Но физический смысл их может быте выражай сравнительно просто.

div 2) = 4 > р

dlivf5 = o' ■utE—ltt

поля начинаются и оканчиваются на зарядах (рис. 2). Это уравнение отражает теорему Гаусса — Остроградского.

Второе уравнение показывает, что магнитные силовыа линии всегда замкнуты, что свободных магнитных зарядов не существует (рис. 3).

Третье уравнение говорит о том, что магнитное поле порождается полным током (рис. 4)

Все предшественники Максвелла считали, что магнитное поле порождается исключительно движущимися зарядами — томом проводимости. Максвелл совершил великое открытие, предположив, что магнитное поле может быть порождено не только током проводимости, но изменением электрического поля — токами смещения. (Магнитным действием, например, обладает пространство между обкладками переэа-ряжаемого конденсатора.) Существование токов смещения впоследствии помогли доказать блестящие опыты русского физика А. А. Эйхенеальда.

« # jfojoi алещенмЛ

Рис. 2. Лаж Н v ла^

Рис. 1.

Рис. 3.

Первое уравнение системы отражает тот факт, что электростатическое поле образуется зарядами и что линии этого

jfok. I п^До^кике Кок^КЦиокхЫи тек.

'jfepf JUCHBO. гимё

(То* CJUCititMu*)

JiotRuvvtKo^ пола-iftToK. «JUCU^KJUJL-

Рис. 4.

Таким образом, по Максвеллу, под полным током надо понимать сумму из двух слагающих: одно из них — тон проводимости, создаваемый движением электрических зарядов. второе — ток смещения, который пропорционален скорости изменения (во врамаии) электрических сил. Из этого предложенного Максвеллом уравнения вытекает замечательное следствие! магиитноа пола может возникать в тех участках пространства, где нет ни магнитов, ни зарядов.

Последнее из системы уравнений отражает явление тромагнитной индукции. Это явление заключается в

26