Физика для всех. Электроны - Китайгородский А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Как это часто было в истории науки, истина оказалась где-то* посередине; несостоятельными оказались
Д53
ДЖЕМС КЛАРК МАКСВЕЛЛ (1831—1879) — знаменитый английский ученый, основатель теоретической электродинамики. Уравнения Максвелла описывают поведение электромагнитных волн и электромагнитного поля вне зависимости от его происхож-дения. Максвелл является создателем электромагнитной теории света. Из его уравнений автоматически следовало значение скорости распространения света. Из теории Максвелла вытекали связь между электрической проницаемостью и показателем преломления, ортогональность электрического и магнитного векторов в волне, наличие светового давления.
Велик вклад Максвелла и в кинетическую теорию газов. Ему принадлежит вывод распределения молекул газа по скоростям.
попытки сведения электромагнитных явлений к движениям особого вида материи — «эфира», но неправыми оказались и те исследователи, которые полагали, что электромагнитные взаимодействия передаются от одного заряда или тока к другим мгновенно.
Английский ученый Джемс Кларк Максвелл (1831 — 1879) опубликовал свою работу «О фарадеевских силовых линиях», имея ,за плечами 2& лет. По сути дела уже эта работа содержала в себе открытые _им законы. Но еще несколько лет понадобилось ему для того, чтобы, отбросив в сторону механистические представления, сформулировать законы электромагнитного поля в такой форме, которая не нуждается в наивной графической иллюстрации.
Сам Максвелл сказал по этому поводу такую фразу: «На благо людей с различным складом ума научная правда должна представляться в различной фор^е и должна считаться равно научной, будет ли она представлена в ясной форме и живых красках физической иллюстрации или в простоте и бледности символического выражения».
Законы Максвелла принадлежат к фундаментальным общим законам природы. Эти законы не выводятся путем логических рассуждений и математических расчетов. Общие законы природы являются обобщением нашего знания. Законы природы открывают, находят..: Для историка науки и для психолога представляет большой интерес проследить путь догадок и творческих озарений, которые приводят гениев к открытию законов природы. Но это большая тема для специальной книги. Нам же с читателем не остается ничего другого, как рассмотреть некоторую схему последовательных допущений, которые приводят к законам Максвелла.
Что было известно Максвеллу, когда он поставил перед собой задачу кратко выразить в символической форме законы, управляющие поведением электрических и магнитных полей?
Прежде всего он знал, что любую точку пространства вблизи электрического заряда можно охарактеризовать вектором электрической силы (напряженности), а любую точку вблизи электрического тока — вектором магнитной силы.
Но являются ли неподвижные заряды единственными
155
источниками электрического поля? Являются ли электрические токи единственными источниками магнитного ПОЛЯ?
На эти два вопроса Максвелл дает отрицательный ответ и идет в своем поиске законов электромагнитного поля следующим путем догадок.
Фарадей показал, что в проволочном контуре, который пронизывается переменным потоком магнитных силовых линий, возникает электрический ток. Но ведь ток создается тогда, когда на электрические заряды действует электрическая сила. Раз тан, то можно закон Фарадея выразить и следующей фразой: в проволочном контуре, через который проходит переменный магнитный поток, возникает электрическое поле.
Но разве существенно то,, что магнитный поток охватывается проволочным контуром? Не все ли равно электрическому полю, где возникать: в металлическом проводе или в пустом пространстве? Допустим, что все равно. И тогда справедливо следующее утверждение: около меняющегося потока магнитных силовых линий возникает замкнутая электрическая силовая линия.
Два первых закона Максвелла, касающиеся электрического поля, сформулированы. Мы утверждаем,, что электрическое поле создаетбя двумя путями: электрическими зарядами (и в этом случае силовые линии начинаются в положительных и кончаются в отрицательных зарядах) и переменным магнитным полем (в этом случае электрическая силовая линия замкнута и охватывает меняющийся магнитный поток).
Теперь мы переходим к поиску законов, касающихся магнитного поля. Магнитное поле создается токами — это Максвеллу известно. Постоянный ток является источником постоянного магнитного поля, а переменный ток образует переменное магнитное поле. Hp ведь переменный ток создается в проводе переменным электрическим полем. А что, если провода нет, а есть переменное электрическое поле, существующее в пустоте?, Разве не логично допустить, что около переменного потока электрических силовых линий возникает замкнутая магнитная силовая линия? Картина весьма привлекательна своей Симметрией: переменный магнитный поток порождает электрическое поле, а переменный электрический поток — поле магнитное.
156
Итак, к двум законам, касающимся электрического поля, добавляются еще два, которые командуют поведением магнитного поля. Магнитное поле не имеет источников (нет магнитных зарядов) — третий закон, магнитное поле соз-дается-електрическими токами и переменным электрическим полем — четвертый закон. ^ .
