Общий курс физики Том 3. Электричество - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
Демонстрации по электричеству, которыми сопровождалось чтение курса, принесли много пользы не только слушателям, но и лектору, читавшему курс. Эти демонстрации готовили и осуществляли лекционные ассистенты: М. И. Маклаков, В. А. Кузнецова, Е. Н. Морозов, В. П. Молчанов. Выражаю им и всем преподавателям, участвовавшим в составлении задач, глубокую благодарность.
Мне приятно также принести глубокую благодарность профессору И. С. Горбаню и сотрудникам руководимой им кафедры экспериментальной физики Киевского государственного университета имени Т. Г. Шевченко, а также профессору С. С. Герштейну за внимательное рецензирование рукописи. Их советы, полные доброжелательности, немало способствовали улучшению предлагаемой книги.
Д. В. С иву хин
ВВЕДЕНИЕ
$ $
§ 1. Действие на расстоянии и полевое взаимодействие
1. Опыт показывает, что между электрически заряженными и намагниченными телами, а также телами, по которым текут электрические токи, действуют силы, называемые электродинамическими или электромагнитными. Отвлекаясь от деталей, можно сказать, что относительно природы этих сил в науке выдвигались две противоположные точки зрения. Более старая из них исходила из представления о непосредственном, действии тел на расстоянии, без участия каких бы то ни было промежуточных материальных посредников. Более новая точка зрения, принятая в настоящее время, исходит из представлення, что взаимодействия передаются с помощью особого материального посредника, называемого электромагн итиым полем.
2. Теория действия па расстоянии в учении об электрических и магнитных явлениях господствовала примерно до последней четверти 19 века. Основная идея этой теории была заимствована из учения о всемирном тяготении. Громадные успехи небесной механики, основанной на законе всемирного тяготения Ньютона (1643—1727),
— с одной стороны — и полная неудача как-то объяснить тяготение — с другой — привели многих ученых к представлению, что тяготение, а также электрические и магнитные силы не нуждаются в объяснении, а являются неотъемлемыми, врожденными свойствами материи. По мнению этих ученых, задача теории электричества состояла в том, чтобы установить элементарные законы электрических и магнитных сил и на их основе объяснить все электрические и магнитные явления. Под элементарными законами понимали законы, определяющие силы взаимодействия на расстоянии между точечными электрическими зарядами, точечными магнитными полюсами и элементами тока, т. е. между бесконечно короткими участками бесконечно тонких проводов, по которым текут электрические токи. По своему содержанию и форме эти законы напоминали, а часто прямо копировали ньютонов закон всемирного тяготения. Таковы были, например, законы Кулона (1736—1806) о взаимодействии электрических зарядов или магнитных полюсов.
В математическом отношении теория действия на расстоянии достигла высокой степени совершенства благодаря трудам Лапласа
10
ВВЕДЕНИЕ
(1749—1827), Ампера (1775—1836), Пуассона (1781—1840), Гаусса (1777—1855), М. В. Остроградского (1801—1862), Грина (1793—• 1841), Франца Неймана (1798—1895), Карла Неймана (1832—1925), Вильгельма Вебера (1804—1891), Кирхгофа (1824—1887) и многих других математиков и физиков. Теория отличалась формальной простотой и ясностью исходных математических положений, математической строгостью, стройностью и конкретностью. Она совершенно не вводила сомнительных гипотетических представлений относительно физической природы электрических и магнитных сил, а основывалась только на эмпирически прочно установленных фактах и их обобщениях. Количественные выводы теории были прочно обоснованными и достоверными (разумеется, в пределах той области, в которой элементарные законы подтверждены опытом). Не удивительно, что теории действия на расстоянии придерживалось большинство физиков вплоть до последней четверти 19 века. Однако количественное согласие теории с опытом в исследованной области явлений не может считаться достаточным доказательством правильности концепции непосредственного действия на расстоянии.
3. Среди физиков 19 века, для которых концепция непосредственного действия на расстоянии была неприемлема, возвышается почти одиноко фигура гениального Фарадея (1791—1867) — основоположника физической теории электромагнитного поля. Над ним не довлели формальные идеи математиков. Его самобытный ум был свободен от укоренившихся представлений и не мог примириться с мыслью, что тело может производить непосредственное действие в тех местах, в которых оно не находится и которые отделены от него абсолютно пустым пространством. Согласно Фарадею, действие одного тела на другое может осуществляться либо непосредственным соприкосновением, либо передаваться через промежуточную среду.
В случае электромагнитных взаимодействий роль такой среды играл гипотетический мировой эфир, заполняющий все пространство между телами и мельчайшими частицами, из которых они состоят. При электризации и намагничивании тел в окружающем эфире возникают, согласно Фарадею, какие-то изменения, напоминающие упругие деформации и связанные с ними натяжения и давления. Такими натяжениями и давлениями Фарадей и объяснял электромагнитные взаимодействия тел. Центр тяжести с изучения зарядов и токов, являвшихся в теории действия на расстоянии центрами сил, переносился на изучение окружающего пространства. Это пространство с действующими в нем силами называется электромагнитным полем.
