Эйнштейновская теория относительности - Борн М.
Скачать (прямая ссылка):
6 Зак 1219 162
Г л. V. Фундаментальные законы электродинамики
ti = Л/г2, или J = Нг2/1, так что измерение силы тока сводится к измерению двух длин и магнитного поля. Большинство практических приборов для измерения токов основано на отклонении магнитов токами, или наоборот, поэтому дают силу тока в электромагнитных единицах. Для того чтобы выразить ее в электростатических единицах тока, которые были введены первыми, нужно знать константу с; но для этого нужно всего одно измерение.
Прежде чем говорить об экспериментальном определении величины с, проделаем небольшой экскурс в ее природу с помощью простого анализа размерностей. Согласно формуле (54), величина с определяется как с = JlfHr2. Далее для размерностей выполняются следующие соотношения:
[/1-И. ["! = [?];
таким образом, размерность с приобретает вид
W-
Но мы знаем, что электрический заряд е и сила магнитного полюса р имеют одну и ту же размерность благодаря тому, что закон Кулона для электрической и магнитной сил один и тот же. Отсюда получаем
W-[f}.
т. е. с имеет размерность скорости.
Первые точные измерения с были осуществлены Вебером и Кольраушем (1856 г.). Их опыты принадлежат к числу наиболее памятных достижений точного физического измерения, и не только ввиду их трудности, но также ввиду далеко идущих последствий, которые вызвал полученный ими результат. Ибо значение, полученное для с, составляет 3-Ю10 см/сек, что в точности совпадает со скоростью света.
Это совпадение не может быть случайным. Большое число мыслителей, в том числе сам Вебер и многие другие математики и физики, сознавали тесную взаимосвязь, которую число с = = 3-1010 см/сек установило между двумя великими царствами науки, и искали путь к открытию моста, который соединил бы электромагнетизм и оптику. Эти поиски завершил Максвелл после того, как разработанные Фарадеем замечательные и простые методы эксперимента пролили свет на новые факты и породили новые воззрения. Мы продолжим рассмотрение этих достижений. § 5. Фарадеевы силовые линии
163
§ 5. ФАРАДЕЕВЫ СИЛОВЫЕ ЛИНИИ
Фарадей вышел не из какой-либо ученой академии: его ум не отягчали традиционные идеи и теории. Головокружительный взлет Фарадея от подмастерья переплетной мастерской до всемирно известного ученого, ведущего физические исследования в Королевском институте в Лондоне, общеизвестен. Мир его идей, сложившийся прямо и исключительно на базе его собственного богатейшего экспериментального опыта, был так же свободен от общепринятых рамок, как и сама его жизнь. Мы уже обсудили исследования Фарадея по электролитической диссоциации. Его стиль — испробовать все вообразимое в экспериментальных условиях — привел его в 1837 г. к мысли поместить между двумя металлическими пластинами (электродами) электролитического элемента не проводящие ток вещества, вроде керосина и скипидара, вместо электропроводных жидкостей (кислот или растворов солей). Оказалось, что эти непроводящие вещества не диссоциируют, но тем не менее оказывают влияние на электрический процесс: заряжаясь от батареи элементов до определенной разности потенциалов, две металлические пластины приобретают различные заряды в зависимости от того, какое вещество находится между ними (фиг. 85). Таким образом, непроводящее вещество влияет на способность накапливать электричество, или емкость, системы проводников, состоящей из двух пластин и называемой конденсатором.
Это открытие произвело на Фарадея такое впечатление, что, начиная с этого момента, он отказался от идеи обоснования электростатики, исходя из прямого взаимодействия электрических зарядов на расстоянии, и построил новую оригинальную интерпретацию электрических и магнитных явлений— теорию близкодействия. Из описанного нами опыта Фарадей почерпнул убеждение в том, что заряды на двух металлических пластинах не просто действуют друг на друга через разделяющее их пространство, но что природа последнего играет существенную роль в механизме взаимодействия. Отсюда он сделал вывод, что действие в этой среде распространяется от точки к точке и, следовательно, представляет собой контактное взаимодействие или близкодействие.
Фиг. 85. Конденсатор, заряжаемый гальваническим элементом.
6* 164
Г л. V. Фундаментальные законы электродинамики
Мы знакомы с близкодействием упругих сил в деформируемых жестких телах. Фарадей, всегда ставивший во главу угла эмпирические факты, разумеется, сопоставил электрическое близкодействие в изоляторах с упругими натяжениями, но он предусмотрительно не стал применять законы последних к электрическим явлениям. Он пользовался графическим представлением «силовых линий», идущих в направлении электрического поля от положительных зарядов сквозь изолятор к отрицательным зарядам. В случае плоского конденсатора силовые линии представляют собой прямые, перпендикулярные плоскостям пластин (фиг. 86). Фарадей рассматривал силовые линии как
________истинную основу электрических явлений: они
для Фарадея были действительными материальными конфигурациями, которые двигаются, деформируются и тем самым производят электрические эффекты. Заряды же, по Фарадею, играют подчиненную роль как места, в которых силовые линии начинаются или заканчиваются. В этом мнении утвердили его и эксперименты, доказавшие, что в проводниках весь электрический заряд распределяется Фиг 86 Силовые на повеРхности> тогда как внутренняя часть линии в конденса- остается свободной от зарядов. В качестве торе. драматического доказательства этой точки
