Общий курс физики Том 3. Электричество - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
Яркую характеристику воззрений Фарадея дал Генрих Герц (1857—1894). В докладе, прочитанном в Гейдельберге в 1889 г., он говорил:
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
11
«Фарадею говорили, что при электризации тела в него что-то вносят, но он видел, что возникающие изменения обнаруживаются лишь вне тела, а отнюдь не внутри. Фарадея учили, что силы просто перескакивают через пространство, но он видел, какое большое влияние оказывает на эти силы то вещество, которым заполнено это якобы перескакиваемое пространство. Фарадей читал, что электричество существует наверное, но что о его силах спорят. Он видел, однако, насколько осязательно выступают в своих действиях эти силы, в то время как самого электричества он никак не мог обнаружить. И тогда все обернулось в его представлении. Электрические и магнитные силы стали для него существующими, действительными, осязаемыми, а электричество, магнетизм сделались вещами,
о существовании которых можно спорить. Силовые линии, как он называл силы, мыслимые самостоятельно, стояли перед его умственным взором в пространстве как состояния последнего, как напряжения, как вихри, как течения, как многое другое, что и сам он не мог определить, но они стояли там, действуя друг на друга, сдвигая и толкая тела туда и сюда, распространяясь и сообщая друг через друга возбуждение от точки к точке».
4. Применяя изложенные воззрения к конкретным случаям, Фарадей довольствовался преимущественно качественной стороной явлений. Он никогда не пользовался точным языком математических формул. Рассуждения и доказательства Фарадея воспринимались с трудом и даже отвергались его современниками. Зато среди убежденных приверженцев Фарадея был гениальный Максвелл (1831— 1879), в совершенстве владевший математическими методами своего времени. Максвелл облек основные идеи Фарадея в математическую фюрму. Он обобщил имеющиеся опытные факты и пополнил их новыми. Таким путем в начале 60-х годов 19 века ему удалось сформулировать систему уравнений, в которой в сжатой и точной форме содержатся все количественные законы электромагнитного поля. Установление этих уравнений, пожалуй, является наиболее крупным открытием физики 19 века.
5. Сначала теория Максвелла не получила признания. Это связано главным образом с тем, что вплоть до последней четверти 19 века электродинамика занималась изучением только постоянных или почти постоянных электрических и магнитных полей. А в этих случаях уравнения Максвелла переходят в уравнения теории действия на расстоянии. Здесь фактические выводы обеих теорий совпадают. Поэтому никакие опыты с постоянными электромагнитными полями не могут ответить на вопрос, какое из двух представлений о силах взаимодействия верно или, точнее, заведомо неверно. Для этого надо было обратиться к изучению переменных полей. Максвелл показал, что из его уравнений следует существование электромагнитных волн, и вычислил скорость их распространения. Оказалось, что в вакууме эта скорость совпадает со скоростью света (300 ООО км/с), т. е. очень велика. Громадный круг явлений воспринимается так, как если бы скорость распространения электромагнитных возмущений была бесконечна, т. е. так, как если бы была справедлива теория действия на расстоянии. Электромагнитные волны впервые были получены и экспериментально исследованы в знаменитых опытах Герца в 1887—1888 гг. Их свойства оказались
12
ВВЕДЕНИЕ
в точности такими, какие предсказывала теория Максвелла. С точки зрения теории действия на расстоянии существование электромагнитных волн абсолютно непонятно. Поэтому после опытов Герца вопрос о характере электродинамических взаимодействий был однозначно решен в пользу теории поля. Громадную роль в деле распространения и развития теории Максвелла сыграло великое изобретение радио А. С. Поповым (1859—1905), которое в конце концов преобразило науку, технику и саму жизнь человека.
6. Физики 19 века были убеждены, что явления электричества н магнетизма могут быть поняты до конца только тогда, когда они будут сведены к механическим причинам, например к упругим натяжениям, давлениям или каким-то другим механическим изменениям в окружающей среде. Таковой в теории Фарадея — Максвелла считался мировой эфир. Было затрачено много усилий для построения механической теории электрических и магнитных явлений. Сам Максвелл положил этому начало. В первых работах по теории электричества он широко пользовался механическими моделями для представления электромагнитного поля. Однако для представления различных свойств поля потребовались разные модели, противоречащие друг другу. Механические же модели в теории ЛІаксвелла сыграли лишь роль лесов строящегося здания. После того как зданне построено, леса убираются. Так и в завершенном варианте теории Максвелла, опубликованном им в «Трактате по электричеству и магнетизму» (1873), механические модели совсем не используются. Все усилия построения непротиворечивой механической теории электрических и магнитных явлений потерпели неудачу. Они убедили физиков последующих поколений в принципиальной невозможности механической картины мира. Атомномолекулярная теория показала, что упругие силы сами являются результатом электрического взаимодействия между электрически заряженными частицами, из которых построены тела. Упругость была сведена к электричеству. После этого программа сведения электрических сил к упругим потеряла всякий смысл. Электрические силы оказались более «простыми» и «понятными», чем силы упругие. Современная физика не связывает с понятием электромагнитного поля никаких «наглядных» картин типа упругих деформаций, натяжений, давлений и пр. Она утверждает лишь, что поле реально существует, и в этом смысле, наряду с веществом, является одним из видов материи. Поле обладает энергией, импульсом и другими физическими свойствами. Посредством полей осуществляются электромагнитные взаимодействия тел. Заряженное тело А возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле. Оно проявляется в силе, действующей на другое заряженное тело В, вносимое в это поле. Но поле, возбуждаемое зарядами тела А, реально существует в каждой точке пространства, даже если в нее не помещено никакое другое тело В. В этом отличие точек зрения теории поля
