Как создать динамическое магнитное поле. Магнитное поле и его параметры, магнитные цепи

Что же такое постоянный магнит? Постоянным магнитом называется тело, способное долгое время сохранять намагничивание. В результате многократных исследований, проведенных многочисленных опытов, мы можем сказать, что только три вещества на Земле могут быть постоянными магнитами (рис. 1).

Рис. 1. Постоянные магниты. ()

Только эти три вещества и их сплавы могут быть постоянными магнитами, только они могут намагничиваться и сохранять такое состояние долгое время.

Постоянные магниты использовались очень давно, и в первую очередь это приборы ориентирования в пространстве - первый компас был изобретен в Китае для того, чтобы ориентироваться в пустыне. На сегодняшний день о магнитных стрелках, о постоянных магнитах уже никто не спорит, их используют повсеместно в телефонах и в радиопередатчиках и просто в различных электротехнических изделиях. Они могут быть разными: есть полосовые магниты (рис. 2)

Рис. 2. Полосовой магнит ()

А есть магниты, которые называются дугообразными или подковообразными (рис. 3)

Рис. 3. Дугообразный магнит ()

Исследование постоянных магнитов связано исключительно с их взаимодействием. Магнитное поле может создаваться электрическим током и постоянным магнитом, поэтому первое, что было проведено, - это исследования с магнитными стрелками. Если поднести магнит к стрелке, то мы увидим взаимодействие - одноименные полюса будут отталкиваться, а разноименные будут притягиваться. Такое взаимодействие наблюдается со всеми магнитами.

Расположим вдоль полосового магнита маленькие магнитные стрелки (Рис. 4), южный полюс будет взаимодействовать с северным, а северный будет притягивать южный. Магнитные стрелки будут располагаться вдоль линии магнитного поля. Принято считать, что магнитные линии направлены вне постоянного магнита от северного полюса к южному, а внутри магнита от южного полюса к северному. Таким образом, магнитные линии замкнуты точно так же, как и у электрического тока, это концентрические окружности, они замыкаются внутри самого магнита. Получается, что вне магнита магнитное поле направлено от севера к югу, а внутри магнита от юга к северу.

Рис. 4. Лини магнитного поля полосового магнита ()

Для того чтобы пронаблюдать форму магнитного поля полосового магнита, форму магнитного поля дугообразного магнита, воспользуемся следующими приборами или деталями. Возьмем прозрачную пластину, железные опилки и проведем эксперимент. Посыплем железными опилками пластину, находящуюся на полосовом магните (рис. 5):

Рис. 5. Форма магнитного поля полосового магнита ()

Мы видим, что линии магнитного поля выходят из северного полюса и входят в южный полюс, по густоте линий можно судить о полюсах магнита, где линии гуще - там находятся полюса магнита (рис. 6).

Рис. 6. Форма магнитного поля дугообразного магнита ()

Аналогичный опыт проведем с дугообразным магнитом. Мы видим, что магнитные линии начинаются на северном и заканчиваются на южном полюсе по всему магниту.

Нам уже известно, что магнитное поле образуется только вокруг магнитов и электрических токов. Как же нам определить магнитное поле Земли? Любая стрелка, любой компас в магнитном поле Земли строго ориентированы. Раз магнитная стрелка строго ориентируется в пространстве, следовательно, на нее действует магнитное поле, и это магнитное поле Земли. Можно сделать вывод о том, что наша Земля - это большой магнит (Рис. 7) и, соответственно, этот магнит создает в пространстве достаточно мощное магнитное поле. Когда мы смотрим на стрелку магнитного компаса, мы знаем, что красная стрелочка показывает на юг, а синяя на север. Как же располагаются магнитные полюсы Земли? В этом случае необходимо помнить о том, что на северном географическом полюсе Земли располагается южный магнитный полюс и на южном географическом полюсе располагается северный магнитный полюс Земли. Если рассмотреть Землю как тело, находящееся в пространстве, то можно говорить о том, что, когда мы идем по компасу на север, мы придем на южный магнитный полюс, а когда идем на юг - мы попадем на северный магнитный полюс. На экваторе стрелочка компаса будет располагаться практически горизонтально относительно поверхности Земли, и чем ближе мы будем находиться к полюсам, тем вертикальнее будет расположение стрелки. Магнитное поле Земли могло изменяться, были времена, когда полюсы менялись относительно друг друга, то есть южный был там, где северный, и наоборот. По предположению ученых, это было предвестником больших катастроф на Земле. Последние несколько десятков тысячелетий этого не наблюдалось.

Рис. 7. Магнитное поле Земли ()

Магнитные и географические полюса не совпадают. Внутри самой Земли тоже существует магнитное поле, и, как в постоянном магните, оно направлено от южного магнитного полюса к северному.

Откуда же берется магнитное поле в постоянных магнитах? Ответ на этот вопрос дал французский ученый Андре-Мари Ампер. Он высказал идею о том, что магнитное поле постоянных магнитов объясняется элементарными, простейшими токами, протекающими внутри постоянных магнитов. Эти простейшие элементарные токи определенным образом усиливают друг друга и создают магнитное поле. Отрицательно заряженная частица - электрон - движется вокруг ядра атома, это движение можно считать направленным, и, соответственно, вокруг такого движущегося заряда создается магнитное поле. Внутри любого тела количество атомов и электронов просто огромно, соответственно, все эти элементарные токи принимают упорядоченное направление, и мы получаем достаточно значительное магнитное поле. То же самое мы можем сказать о Земле, то есть магнитное поле Земли очень напоминает магнитное поле постоянного магнита. А постоянный магнит - это достаточно яркая характеристика любого проявления магнитного поля.

Кроме существования магнитных бурь, существуют еще магнитные аномалии. Они связаны с солнечным магнитным полем. Когда на Солнце происходят достаточно мощные взрывы или выбросы, они происходят не без помощи проявления магнитного поля Солнца. Это эхо достигает Земли и сказывается на ее магнитном поле, в результате мы с вами наблюдаем магнитные бури. Магнитные аномалии связаны с залежами железных руд в Земле, огромные залежи в течение долгого времени намагничиваются магнитным полем Земли, и все тела, находящиеся вокруг, будут испытывать действие магнитного поля со стороны этой аномалии, стрелки компасов будут показывать неправильное направление.

На следующем уроке мы с вами рассмотрим другие явления, связанные с магнитными действиями.

Список литературы

1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. - М.: Мнемозина.
2. Перышкин А.В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.

1. Class-fizika.narod.ru ().
2. Class-fizika.narod.ru ().
3. Files.school-collection.edu.ru ().

Домашнее задание

1. Какой из концов стрелки компаса притягивается к северному полюсу Земли?
2. В каком месте Земли нельзя верить магнитной стрелке?
3. О чем говорит густота линий на магните?

Многие знают о существовании так называемого магнитного поля. Самым распространенным предметом, вокруг которого оно существует является обычный постоянный магнит. Что мы о нем знаем и как он себя обычно проявляет? Это кусок из твердого материала, притягивающий к себе железные предметы. Он может иметь любую форму, ее предают при изготовлении с учетом конкретного предназначения магнита. Магниты имеют полюса - южный и северный. Если взять два куска магнита и попытаться их соединить, то в одном случае они попытаются притянутся друг к другу, а в другом случае они будут стремится оттолкнуться. Одноименные полюса отталкиваются, а разноименные притягиваются.

Помимо этого если одни целый магнит разбить на два куска (не важно, будут ли он и равны или нет) мы получим уже два разных магнита, у которых будут свои магнитные полюса и своя интенсивность притягивания. В этом случае сила магнетизма будет зависеть от размеров этих самых магнитов. Почему же так происходит? В чем заключается суть этих интересных явлений, связанных с магнетизмом?

А суть магнитного поля заключается в следующем. Из школьной физики вы должны были помнить, что существуют так называемые электрические заряды (электроны и ионы). В твердых веществах носителями электрических зарядов являются электроны, а в жидких и газообразных - ионы. Магнитные поля, как и любые другие поля, являются особым видом материи, которая проявляет себя в виде некой силы, невидимой глазу. Хотя точнее будет, пожалуй, говорить электромагнитные поля так как именно в суммарной форме они себя проявляют (электрическое и магнитное поле).

Итак, магнитное поле существует вокруг движущегося электрического заряда. Именно движущегося. Вокруг электрических зарядов, что находятся в статическом состоянии существует только электрическое поле. Но поскольку заряды находятся в постоянном движении, то речь скорей идет о интенсивности этого движения. Одно дело когда электроны (частицы, имеющие отрицательный электрический заряд) просто сконцентрированы в металлическом шаре (максимальным будет именно электрическое поле вокруг шара) и в этом случае их динамическое движение будет гораздо меньше проявляться нежели в случае их непосредственного движения по проводнику (именно тут мы увидим максимальное магнитное поле) от одного полюса источника питания к другому.

Получается, что суть магнитного поля заключается в его образовании именно вокруг движущихся электрических зарядов. И чем быстрее будет двигаться заряд по проводнику, тем больше будет интенсивность магнитного поля вокруг этого самого заряда. Кроме этого магнитные поля могут суммироваться если они имеют одну и ту же направленность. После чего уже имеем - чем быстрее движется электрический заряд и чем больше количество этих зарядов, движение которых совпадает по направлению, тем сильнее будет электромагнитное поле вокруг этих зарядов (и вокруг этого электрического проводника, по которому они перемещаются).

Теперь можно понять, почему вокруг обычной медной катушки, по которой течет постоянный ток, появляется магнитное поле и от чего зависит его интенсивность. Просто само движение тока, электронов (заряженных частиц с отрицательным знаком) по катушки и порождает электромагнитные поля. И чем больше количество витков у этой катушки, больше ток, проходящий по ней, тем больше и сила магнитного поля вокруг нее. А почему тогда лампочка, по которой бежит ток, не имеет такого магнитного поля (интенсивного) как у катушки? Просто электрическая энергия у лампочки больше расходуется именно на свет и тепло, и в меньшей степени на электромагнитное поле. В то время как у плотно намотанной, сконцентрированной катушки большая часть электрической энергии тратится именно на создание магнитного поля и совсем незначительная его часть на выделение тепла.

А как работают постоянные магниты? Ведь по ним же не течет ток. Токи есть, только это микротоки, порождаемые движением электронов внутри самого вещества. Тут все дело в однонаправленности этих токов и способности вещества удерживать постоянное состояние этой однонаправленности. Движение электронов присутствует во всех веществах, но вот магнитные свойства проявляются только у тех, которые обладают ферромагнитными свойствами. Ферромагнетики, это вещества, которые легко могут менять (при определенных условиях) и стабильно удерживать определенную внутреннюю структуру своих частиц, влияющую на магнитные свойства этого вещества.

Итак, мы берем вещество, с хорошими ферромагнитными свойствами, помещаем его в постоянное электромагнитное поле высокой интенсивности, после чего наблюдаем перестраивание внутренней структуры этого вещества. Появляется однонаправленность его магнитных частиц. В итоге, это вещество само становится магнитом. Все его внутреннии частички (атомы, молекулы) с одной стороны образовали южный магнитный полюс, а с другой стороны - северный. В результате мы получили обычный магнит. Если этот магнит поместить в переменное магнитное поле (большой интенсивности), сильно нагреть, подвергать сильным механическим ударам, то в итоге мы может размагнитить наше ферромагнитное вещество. Оно утратит свои магнитные свойства.

P.S. Электромагнитное поле существует повсюду, оно есть везде. Только вот его интенсивность везде разная и не во всех вещах имеется свойство стабильного поддержания этого магнитного поля. Магниты можно делать из вещей, которые до этого не были таковыми (их просто нужно намагнитить). Либо магнитное поле можно получить за счет пропускания постоянного тока через медную катушку. В этом случае мы уже получим электромагнит. Он будет работать только тогда, когда к нему подключено электрическое питание.

Примеры источников однократных электромагнитных импульсов: ядерный взрыв, разряд молнии, электрический разряд, коммутации в электрических цепях. Спектр ЭМИ - чаще всего розовый. Примеры источников многократных электромагнитных импульсов: коллекторные машины, коронный разряд на переменном токе, перемежающийся дуговой разряд на переменном токе.

В технике чаще всего встречаются электромагнитное излучение с ограниченной шириной спектра, но оно также, как и ЭМИ от ядерного взрыва, может приводить к выходу оборудования из строя или созданию мощных помех. Например, излучение радиолокационных станций, электроэрозионные установки, средства цифровой связи и т. д.

Электромагнитное поле и его влияние на здоровье человека

1. Что такое ЭМП, его виды и классификация

2. Основные источники ЭМП

2.1 Электротранспорт

2.2 Линии электропередач

2.3 Электропроводка

2.7 Сотовая связь

2.8 Радары

2.9 Персональные компьютеры

3. Как действует ЭМП на здоровье

4. Как защититься от ЭМП

На практике при характеристике электромагнитной обстановки используют термины "электрическое поле", "магнитное поле", "электромагнитное поле". Коротко поясним, что это означает и какая связь существует между ними.

Электрическое поле создается зарядами. Например, во всем известных школьных опытах по электризации эбонита, присутствует как раз электрическое поле.

Магнитное поле создается при движении электрических зарядов по проводнику.

Для характеристики величины электрического поля используется понятие напряженность электрического поля, обозначение Е, единица измерения В/м. Величина магнитного поля характеризуется напряженностью магнитного поля Н, единица А/м. При измерении сверхнизких и крайне низких частот часто также используется понятие магнитная индукция В, единица Тл, одна миллионная часть Тл соответствует 1,25 А/м.

По определению, электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами. Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле Е порождает магнитное поле Н, а изменяющееся Н - вихревое электрическое поле: обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. ЭМП неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц, ЭМП "отрывается" от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника.

Электромагнитные волны характеризуются длиной волны, обозначение - l . Источник, генерирующий излучение, а по сути создающий электромагнитные колебания, характеризуются частотой, обозначение - f.

Важная особенность ЭМП - это деление его на так называемую "ближнюю" и "дальнюю" зоны. В "ближней" зоне, или зоне индукции, на расстоянии от источника r 3l. В "дальней" зоне интенсивность поля убывает обратно пропорционально расстоянию до источника r -1.

В "дальней" зоне излучения есть связь между Е и Н: Е = 377Н, где 377 - волновое сопротивление вакуума, Ом. Поэтому измеряется, как правило, только Е. В России на частотах выше 300 МГц обычно измеряется плотность потока электромагнитной энергии, или вектор Пойтинга. Обозначается как S, единица измерения Вт/м2. ППЭ характеризует количество энергии, переносимой электромагнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны.

Международная классификация электромагнитных волн по частотам

Наименование частотного диапазона

1. Вадим описывал более 4-х лет назад практический пример схождения кольцеобразных волн на примитивном для понимания броске спасательного круга на воду. от источника расходились волны и соственно сходились.Были теоретически необоснованные попытки создания электромагнитной оболочки выдуманной "темпомашины". откровенно есть у него дальновидные зёрна,интуитивные,недопонятые пока.

3. Как бы не казалось парадоксальным, время вспять возможно. но с дальнейшим другим изменённым течением.

4.Скорость времени неодинакова.

5.ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ -пространство и время для данного мира и человечества -мерило скорости света, далее другой мир. другие скорости, другие законы. Так же в уменьшение.

6. "Большой Взрыв " около 14 миллиардов световых лет всего лишь несколько мгновений в другом мире, в другом течении, времени, что для человечества 5 минут - для других миров - миллиарды лет.

7.Бесконечная вселенная для ДРУГИХ - как невидимая квантовая частица и наоборот.

Внедрение новых технологий и повсеместное использование электричества привело к появлению искусственных электромагнитных полей, которые чаще всего вредно воздействуют на человека и окружающую среду. Эти физические поля возникают там, где имеются движущиеся заряды.

Природа электромагнитного поля

Электромагнитное поле представляет собой особый вид материи. Оно возникает вокруг проводников, по которым движутся электрические заряды. Состоит такое силовое поле из двух самостоятельных полей - магнитного и электрического, которые не могут существовать в отрыве одно от другого. Электрическое поле при возникновении и изменении неизменно порождает магнитное.

Одним из первых природу переменных полей в середине XIX века стал исследовать Джеймс Максвелл, которому и принадлежит заслуга создания теории электромагнитного поля. Ученый показал, что движущиеся с ускорением электрические заряды создают электрическое поле. Изменение его порождает поле магнитных сил.

Источником переменного магнитного поля может стать магнит, если привести его в движение, а также электрический заряд, который колеблется или движется с ускорением. Если заряд перемещается с постоянной скоростью, то по проводнику течет постоянный ток, для которого характерно постоянное магнитное поле. Распространяясь в пространстве, электромагнитное поле переносит энергию, которая зависит от величины тока в проводнике и частоты излучаемых волн.

Воздействие электромагнитного поля на человека

Уровень всех электромагнитных излучений, которые создают сконструированные человеком технические системы, во много раз превышает естественное излучение планеты. Это поле характеризуется тепловым эффектом, что может привести к перегреву тканей организма и необратимым последствиям. К примеру, длительное пользование мобильным телефоном, который является источником излучения, может привести к повышению температуры головного мозга и хрусталика глаза.

Электромагнитные поля, возникающие при использовании бытовой техники, могут стать причиной появления злокачественных новообразований. В особенности это относится к детскому организму. Длительное нахождение человека вблизи источника электромагнитных волн снижает эффективность работы иммунной системы, ведет к заболеваниям сердца и сосудов.

Конечно, полностью отказаться от использования технических средств, которые являются источником электромагнитного поля, нельзя. Но можно применять самые простые меры профилактики, например, использовать сотовый телефон только с гарнитурой, не оставлять шнуры приборов в электрических розетках после использования техники. В быту рекомендуется применять удлинители и кабели, имеющие защитное экранирование.

если поле нужно для намагничивание чего-либо, то этот кусок материала подлежащего намагничеванию надо включать в магнитопровод. т.е. берем замкнутый стальной сердечник, в нем делаем проем длинной с тот материал который нам надо намагнитить, вставляет этот материал в получившийся проем, таким образом мы распиленый магнитопровод снова замкнули. поле пронизывающее твой материал буде очень однородным.

Как создать электромагнитное поле

Электромагнитное поле не возникает само по себе, оно излучается каким-либо прибором или предметом. Прежде, чем собрать такой прибор, необходимо понять сам принцип появления поля. Из названия несложно понять, что это совокупность магнитного и электронного полей, которые способны порождать друг друга при определенных условиях. Понятие ЭМП ассоциируется с именем ученого Максвелла.

Исследователи из Лаборатории сильных магнитных полей в Дрездене установили новый мировой рекорд, создав самое сильное магнитное поле, полученное искусственным путем. Используя двухслойную катушку индуктивности, весом в 200 килограмм и размерами, сопоставимыми с размерами обычного ведра, им удалось получить в течение нескольких десятков миллисекунд магнитное поле по величине равное 91.4 тесла. В качестве справки приведем, что предыдущий рекорд в этой области составлял 89 тесла, державшийся много лет, который был установлен исследователями из Национальной лаборатории в Лос-Аламосе, США.

91 тесла - это невероятно мощное магнитное поле, обычные мощные электромагниты, используемые в промышленной и бытовой технике, вырабатывают магнитное поле, не превышающее 25 тесла. Получение магнитных полей запредельных величин требует особых подходов, такие электромагниты изготавливаются специальным образом для того, что бы они смогли обеспечить беспрепятственное прохождение большого количества энергии и остаться при этом в целости и сохранности. Известно, что электрический ток, протекающий через катушку индуктивности, производит магнитное поле, но это магнитное поле взаимодействует с электронами в проводнике, отталкивая их в обратном направлении, т.е. создает электрическое сопротивление. Чем большее магнитное поле производится электромагнитом, тем большее отталкивающее воздействие на электроны возникает в проводниках катушки. И при достижении некоторого предела это воздействие может привести к полному разрушению электромагнита.

Для того, что бы воспрепятствовать саморазрушению катушки под воздействием собственного магнитного поля, немецкие ученые "одели" витки катушки в "корсет" из гибкого и прочного материала, наподобие того, который используется в бронежилетах. Такое решение дало ученым в руки катушку, способную без разрушения вырабатывать магнитное поле силой в 50 тесла в течение двух сотых долей секунды. Следующий их шаг был вполне предсказуем, к первой катушке они добавили еще одну катушку из 12 слоев, так же заключенную в "корсет" из волокна. Вторая катушка способна выдерживать магнитное поле в 40 тесла, но суммарное магнитное поле от двух катушек, полученное с помощью некоторых ухищрений, по значению превысило порог в 90 тесла.

Но люди все-таки нуждаются в очень сильных магнитах. Более мощные магнитные поля, имеющие точную заданную форму, позволяют лучше изучать и измерять некоторые свойства новых материалов, которые постоянно изобретаются и создаются учеными. Поэтому этот новый мощнейший электромагнит был оценен по достоинству некоторыми учеными в области материаловедения. Исследователи из HZDR уже получили заказы на шесть таких электромагнитов, которые они должны изготовить в течение следующих нескольких лет.

Источники: engangs.ru, it-med.ru, tinyfamily.ru, www.kakprosto.ru, flyback.org.ru, dokak.ru, www.dailytechinfo.org

Введение 1

(1) Наиболее очевидным механическим явлении при электрических и магнитных опытах является взаимодействие, благодаря которому тела, находящиеся в определенных состояниях, приводят друг друга в движение, несмотря на наличие между ними довольно значительного расстояния.

Поэтому для научной трактовки этих явлений прежде всего необходимо установить величину и направление действующей между телами силы, и если найдено, что эта сила в какой-то мере зависит от относительного положения тел и от их электрического или магнитного состояния, то с первого взгляда кажется естественным объяснение этих фактов путем допущения существования чего-то другого, находящегося в покое или в движении в каждом теле, образующего его электрическое или магнитное состояние и способного действовать на расстоянии в соответствии с математическими законами.

Таким путем возникли математические теории статического электричества, магнетизма, механического действия между проводниками, несущими токи, и теория индукции токов. В этих теориях сила, действующая между двумя телами, рассматривается лишь как зависящая от состояния тел и их относительного положения, окружающая среда не принимается во внимание.

Эти теории допускают более или менее явным образом существование субстанций, частицы которых обладают способностью действовать друг на друга на расстоянии. Наиболее полная разработка теории этого рода принадлежит В. Веберу 2 , который включил в нее как электростатические, так и электромагнитные явления.

Сделав это, он, однако, вынужден был допустить, что сила, действующая между двумя электрическими частичками, зависит не только от их взаимного расстояния, но и от их относительной скорости.

Эта теория так, как она была развита Вебером и Нейманом 3 , чрезвычайно остроумна и удивительно исчерпывающа в ее применении к явлениям статического электричества, электромагнитных притяжений, индукции токов и диамагнитных явлений; эта теория для нас тем более авторитетна, что она была руководящей идеей того, кто сделал столь большие успехи в практической части науки об электричестве как путем введения постоянной системы единиц в электрические измерения, так и путем фактического определения электрических величин с неизвестной до сих пор точностью 4 .

(2) Однако механические трудности, связанные с допущением существования частиц, действующих на расстоянии с силами, зависящими от их скоростей, таковы, что они не дают мне возможности рассматривать эту теорию как окончательную, хотя возможно, что она и сейчас может быть полезной в отношении установления координации между явлениями. Поэтому я предпочел искать объяснения фактов в другом направлении, предполагая, что они являются результатом процессов, которые происходят как в окружающей тела среде, так и в самих возбужденных телах, и пытаясь объяснить взаимодействия между удаленными друг от друга телами без допущения существования сил, способных непосредственно действовать на заметных расстояниях.

(3) Та теория, которую я предлагаю, может быть названа теорией электромагнитного поля, потому что она имеет дело с пространством, окружающим электрические или магнитные тела, и она может быть названа также динамической теорией, поскольку она допускает, что в этом пространстве имеется материя, находящаяся в движении, посредством которой и производятся наблюдаемые электромагнитные явления.

(4) Электромагнитное поле - это та часть пространства, которая содержит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом или магнитном состоянии. Это пространство может быть наполнено любым родом материи, или мы можем попытаться удалить из нее всю плотную материю, как это имеет место в трубках Гейслера 5 или в других, так называемых вакуумных. Однако всегда имеется достаточное количество материи для того, чтобы воспринимать и передавать волновые движения света и тепла. И так как передача излучений не слишком сильно изменяется, если так называемый вакуум заменить прозрачными телами с заметной плотностью, то мы вынуждены допустить, что эти волновые движения относятся к эфирной субстанции, а не к плотной материи, присутствие которой только в какой-то мере изменяет движение эфира. Мы поэтому имеем некоторое основание предполагать, исходя из явлений света и тепла, что имеется какая-то эфирная среда, заполняющая пространство и пронизывающая все тела, которая обладает способностью быть приводимой в движение, передавать это движение от одной своей части к другой и сообщать это движение плотной материи, нагревая ее и воздействуя на нее разнообразными способами.

(5) Энергия, сообщенная телу нагреванием, должна была ранее существовать в движущейся среде, ибо волновые движения оставили источник тепла за некоторое время до того, как они достигли самого нагреваемого тела, и в течение этого времени энергия должна была существовать наполовину в форме движения среды и наполовину в форме упругого напряжения. Исходя из этих соображений, профессор В. Томсон 6 доказывал, что эта среда должна обладать плотностью, сравнимой с плотностью обычной материи, и даже определил нижнюю границу этой плотности.

(6) Поэтому мы можем как данное, выведенное из отрасли науки, независимо от той, с которой мы (в рассматриваемом случае) имеем дело, принять существование проникающей среды, обладающей малой, но реальной плотностью, обладающей способностью быть приводимой в движение и передавать движения от одной части к другой с большой, но не бесконечной скоростью.

Следовательно, части этой среды должны быть так связаны, что движение одной части каким-то способом зависит от движения остальных частей, и в то же самое время эти связи должны быть способны к определенному роду упругого смещения, поскольку сообщение движения не является мгновенным, а требует времени.

Поэтому эта среда обладает способностью получать и сохранять два вида энергии, а именно «актуальную» энергию, зависящую от движения ее частей, и «потенциальную» энергию, представляющую собой работу, которую среда выполнит в силу своей упругости, возвращаясь к первоначальному состоянию, после того смещения, которое она испытала.

Распространение колебаний состоит в непрерывном преобразовании одной из этих форм энергии в другую попеременно, и в любой момент количество энергии во всей среде разделено поровну, так что половина энергии является энергией движения, а другая половина - энергией упругого напряжения.

(7) Среда, имеющая такого рода структуру, может быть способна к другим видам движения и смещения, чем те, которые обусловливают явления света и тепла; некоторые из них могут быть таковы, что они воспринимаются нашими чувствами при посредстве тех явлений, которые они производят.

(8) Сейчас мы знаем, что светоносная среда в отдельных случаях испытывает действие магнетизма, так как Фарадей 7 открыл, что в тех случаях, когда плоско поляризованный луч проходит через прозрачную диамагнитную среду в направлении магнитных силовых линий, образуемых магнитами или токами, то плоскость поляризации начинает вращаться.

Это вращение всегда происходит в том направлении, в котором положительное электричество должно проходить вокруг диамагнитного тела для того, чтобы образовать действующее магнитное поле.

Верде 8 с тех пор открыл, что если заменить диамагнитное тело парамагнитным, например раствором треххлористого железа в эфире, то вращение происходит в обратном направлении.

Профессор В. Томсон 9 Так указал, что никакое распределение сил, действующих между частями какой-либо среды, единственным движением которой является движение световых колебаний, недостаточно для объяснения этих явлений, но что мы должны допустить существование в среде движения, зависящего от намагничивания, в дополнение к тому колебательному движению, которое представляет собой свет.

Совершенно правильно, что вращение плоскости поляризации вследствие магнитного воздействия наблюдалось только в средах, обладающих заметной плотностью. Но свойства магнитного поля не так уж сильно изменяются при замене одной среды другой или вакуумом, чтобы позволить нам допустить, что плотная среда делает нечто большее, чем простое изменение движения эфира. Мы поэтому имеем законное основание поставить вопрос: не проходит ли движение эфирной среды везде, где бы ни наблюдались магнитные эффекты? Мы имеем некоторое основание предположить, что это движение является движением вращения, имеющим своей осью направление магнитной силы.

(9) Мы можем теперь обсудить другое явление, наблюдаемое в электромагнитном поле. Когда тело движется, пересекая линии магнитной силы, оно испытывает то, что называют электродвижущей силой; два противоположных конца тела электризуются противоположным образом, и электрический ток стремится пройти через тело. Когда электродвижущая сила достаточно велика и действует на некоторые химически сложные тела, она их разлагает и заставляет одну из компонент направляться к одному концу тела, а другую - в прямо противоположную сторону 10 .

В данном случае мы имеем очевидное проявление силы, вызывающей электрический ток вопреки сопротивлению и электризующей концы тела противоположным образом; это особое состояние тела поддерживается только воздействием электродвижущей силы, и как только эта сила устраняется, оно стремится с равной и противоположно направленной силой вызывать обратный ток через тело и восстановить его первоначальное электрическое состояние. Наконец, если эта сила достаточно велика, она разлагает химические соединения и перемещает компоненты в двух противоположных направлениях, в то время как их естественной тенденцией является тенденция к взаимному соединению с такой силой, которая может породить электродвижущую силу обратного направления.

Эта сила, следовательно, является силой, воздействующей на тело по причине его движения через электромагнитное поле или вследствие изменений, возникающих в самом этом поле; действие этой силы проявляется или в порождении тока и нагревании тела, или в разложении тела, или, если она не может сделать ни того, ни другого, то в приведении тела в состояние электрической поляризации - состояние вынужденное, при котором концы тела наэлектризованы противоположным образом и от которого тело стремится освободиться, как только будет удалена возмущающая сила.

(10) Согласно предлагаемой мною теории, эта «электродвижущая сила» является силой, возникающей при передаче движения от одной части среды к другой, так что именно благодаря этой силе движение одной части вызывает движение другой. Когда электродвижущая сила действует вдоль проводящего контура, она производит ток, который в том случае, если он встречает сопротивление, вызывает постоянное превращение электрической энергии в тепло; последнее уже нельзя восстановить в форме электрической энергии каким-либо обращением процесса.

(11) Но когда электродвижущая сила действует на диэлектрик, она создает состояние поляризации его частей, которое аналогично поляризации частей массы железа под влиянием; магнита и которое подобно магнитной поляризации может быть описано как состояние, в котором каждая частица имеет противоположные концы в противоположных состояниях 11 .

В диэлектрике, находящемся под действием электродвижущей: силы, мы можем представлять, что электричество в каждой молекуле так смещено, что одна сторона молекулы делается положительно наэлектризованной, а другая - отрицательно наэлектризованной, однако электричество остается полностью связанным с молекулой и не переходит от одной молекулы к другой.1 Эффект этого воздействия на всю массу диэлектрика выражается! в общем смещении электричества в определенном направлении. 12 Это смещение не равноценно току, потому что, когда оно достигает определенной степени, оно остается неизменным, но оно есть начало тока, и его изменения образуют токи в положительном или отрицательном направлениях сообразно тому, увеличивается или уменьшается смещение 12 . Внутри диэлектрика нет признаков какой-либо электризации, так как электризация поверхности любой молекулы нейтрализуется противоположной электриза цией поверхности молекулы, находящейся в соприкосновении с нею; но на граничной поверхности диэлектрика, где электризация не нейтрализуется, мы обнаруживаем явления, указывающие на положительную или отрицательную электризацию этой поверхности. Отношение между электродвижущей силой и величиной электрического смещения, которое оно вызывает, зависит от природы диэлектрика, причем та же самая электродвижущая сила обычно производит большее электрическое смещение в твердых диэлектриках, как, например, в стекле или сере, чем в воздухе.

(12) Здесь, таким образом, мы усматриваем еще один эффект электродвижущей силы, а именно электрическое смещение, которое согласно нашей теории является некоторым родом упругой податливости действию силы, похожей на ту, которая имеет место в сооружениях и машинах по причине несовершенной жесткости связей 13 .

(13) Практическое исследование индуктивной емкости диэлектриков 14 делается затруднительным вследствие двух мешающих явлений. Первое заключается в проводимости диэлектрика, которая, будучи во многих случаях исключительно малой, тем не менее не является совершенно неощутимой. Второе - явление, называемое электрической абсорбцией 15 и состоящее в том, что, когда диэлектрик подвергается воздействию электродвижущей силы, электрическое смещение постепенно увеличивается, а если электродвижущая сила устраняется, диэлектрик не возвращается моментально в свое первоначальное состояние, но разряжает только часть сообщенной ему электризации и, будучи предоставленным самому себе, постепенно приобретает электризацию на своей поверхности, тогда как внутренность диэлектрика постепенно деполяризуется. Почти все твердые диэлектрики обнаруживают это явление, которое объясняет остаточный заряд лейденской банки и некоторые явления в электрических кабелях, описанные Ф. Дженкиным 16 .

(14) Мы встречаемся здесь с двумя другими родами податливости, отличными от упругости идеального диэлектрика, которую мы сравнивали с идеально упругим телом. Податливость, которая относится к проводимостям, можно сравнить с податливостью вязкой жидкости (иначе говоря, жидкости, имеющей большое внутреннее трение) или мягкого тела, в котором малейшая сила производит постоянное изменение формы, увеличивающееся вместе со временем действия силы. Податливость, связанная с явлением электрической абсорбции, может быть сравнена с податливостью упругого тела клеточной структуры, содержащего густую жидкость в своих полостях. Такое тело, будучи подвергнутым давлению, сжимается постепенно, а когда давление устраняется, тело не сразу принимает свою прежнюю форму, потому что упругость материи тела должна постепенно преодолеть вязкость жидкости, прежде чем восстановится полное равновесие. Некоторые твердые тела, хотя и не имеют той структуры, о которой мы говорили выше, обнаруживают механические свойства такого рода 17 , и вполне возможно, что эти же самые вещества в качестве диэлектриков обладают аналогичными электрическими свойствами, а если они являются магнитными веществами, то обладают соответствующими свойствами, относящимися к приобретению, удержанию и потере магнитной полярности 18 .

(15) Поэтому кажется, что некоторые явления электричества и магнетизма приводят к тем же заключениям, что и оптические явления, а именно, что имеется эфирная среда, проникающая все тела и изменяемая только в некоторой степени их присутствием; что части этой среды обладают способностью быть приведенными в движение электрическими токами и магнитами; что это движение сообщается от одной части среды к другой при помощи сил, возникающих от связей этих частей; что под действием этих сил возникает определенное смещение, зависящее от упругости этих связей, и что вследствие этого энергия в среде может существовать в двух различных формах, одна из которых является актуальной энергией движения частей среды, а другая - потенциальной энергией, обусловленной связями частей в силу их упругости.

(16) Отсюда мы приходим к концепции сложного механизма, способного к обширному разнообразию движений, но в то же самое время связанного так, что движение одной части зависит, согласно определенным отношениям, от движения других частей, причем эти движения сообщаются силами, возникающими из относительного смещения связанных между собой частей вследствие упругости связей. Такой механизм должен подчиняться общим законам динамики, и мы должны иметь возможность вывести все следствия этого движения, предполагая, что известна форма отношения между движениями частей. (17) Мы знаем, что, когда электрический ток течет в проводящей цепи, прилегающая часть поля характеризуется известными магнитными свойствами, и если в поле находятся две цепи, магнитные свойства поля, относящиеся к обоим токам, комбинируются. Таким образом, каждая часть поля находится в связи с обоими токами, а оба тока связываются друг с другом в силу их связи с намагничиванием поля. Первым результатом этой связи, который я предлагаю изучить, является индукция одного тока другим и индукция вследствие движения проводников в поле.

Другим, вытекающим отсюда результатом является механическое взаимодействие между проводниками, по которым текут токи. Явление индукции токов было выведено из механического взаимодействия проводников Гельмгольцем 19 и Томсоном 20 . Я следовал обратному порядку и вывел механическое взаимодействие из законов индукции. Я затем описал экспериментальные методы определения величины L, М, N 21 , от которых зависят эти явления.

(18) Затем я прилагаю явления индукции и притяжения токов к исследованию электромагнитного поля и к установлению системы магнитных силовых линий, указывающих на их магнитные свойства. Исследуя то же самое поле при помощи магнита, я показываю распределение его эквипотенциальных магнитных поверхностей, пересекающих силовые линии под прямыми углами.

Чтобы ввести эти результаты в сферу символического исчисления 22 , я выражаю их в форме общих уравнений электромагнитного поля.

Эти уравнения выражают:
(A) Соотношение между электрическим смещением, током истинной проводимости и полным током, составленным из обоих.
(B) Соотношение между магнитными силовыми линиями и коэффициентами индукции цепи, как они уже выведены из законов индукции.
(C) Соотношение между силой тока и его магнитными действиями в соответствии с электромагнитной системой единиц.
(D) Значение электродвижущей силы в каком-либо теле, возникающей от движения тела в поле, изменения самого поля и изменения электрического потенциала от одной части поля к другой.
(E) Соотношение между электрическим смещением и электродвижущей силой, которая его производит.
(F) Соотношение между электрическим током и проводящей его электродвижущей силой.
(G) Соотношение между количеством свободного электричества в любой точке и электрическими смещениями в окрестности ее.
(Н) Соотношение между увеличением или уменьшением свободного электричества и электрическими токами поблизости Всего таких уравнений имеется 20, содержащих 20 переменных величин.

(19) Затем я выражаю через эти величины внутреннюю энергию электромагнитного поля, как зависящую частично от магнитной и частично от электрической поляризации в каждой точке 23 .

Отсюда я определяю действующую механическую силу, во-первых,- на подвижный проводник, по которому течет электрический ток; во-вторых,- на магнитный полюс; в-третьих,- на наэлектризованное тело.

Последний результат, а именно механическая сила, действующая на наэлектризованное тело, дает начало независимому методу электрического измерения, основанному на электрических действиях. Отношение между единицами, применяемыми в этих двух методах, оказывается зависящим от того, что я назвал «электрической упругостью» среды, и является скоростью, которая была экспериментально определена Вебером и Кольраушем.

Затем я показываю, как рассчитывать электростатическую емкость конденсатора и удельную индуктивную емкость диэлектрика.

Случай с конденсатором, состоящим из параллельных слоев веществ, обладающих различными электрическими сопротивлениями и индуктивными емкостями, изучается в дальнейшем и показывается, что именуемое электрической абсорбцией явление, вообще говоря, будет иметь место, т. е. если конденсатор будет внезапно разряжен, то через короткое время он обнаружит наличие остаточного заряда.

(20) Общие уравнения в дальнейшем применяются к случаю магнитного возмущения, распространяющегося через непроводящее поле, и показывается, что единственные возмущения, которые могут распространяться таким образом, это возмущения, поперечные к направлению распространения, и что скорость распространения является скоростью v , определенной экспериментальным путем из опытов, подобных опыту Вебера, которая выражает количество электростатических единиц электричества, содержащихся в одной электромагнитной единице.

Эта скорость так близка к скорости света, что, по-видимому, мы имеем серьезные основания сделать заключение, что сам по себе свет (включая лучистую теплоту и другие излучения) является электромагнитным возмущением в форме волн, распространяющихся через электромагнитное поле согласно законам электромагнетизма 24 . Если это так, то совпадение между упругостью среды, вычисленной, с одной стороны, из быстрых световых колебаний и, с другой стороны, найденной медленным процессом электрических экспериментов, показывает, как совершен ны и правильны должны быть упругие свойства среды, если она не заполнена какой-либо материей, более плотной, чем воздух. Если тот же самый характер упругости сохраняется в плотных прозрачных телах, то оказывается, что квадрат показателя преломления равен произведению удельной диэлектрической емкости и удельной магнитной емкости 25 . Проводящие среды быстро поглощают такие излучения и поэтому обычно являются непрозрачными.

Концепция распространения поперечных магнитных возмущений с исключением продольных определенно проводится профессором Фарадеем 26 в его «Мыслях о лучевых вибрациях». Электромагнитная теория света в том виде, в каком она предложена им, является такой же по существу, как и та, которую я развиваю в настоящем докладе, за исключением того, что в 1846 г. не имелось данных для расчета скорости распространения 27 .

(21) Общие уравнения затем применяются к расчету коэффициентов взаимной индукции двух круговых токов и коэффициента самоиндукции катушки.

Отсутствие равномерного распределения тока в различных частях сечения провода в момент начала течения тока, как я полагаю, исследуется впервые, и найдена соответствующая поправка для коэффициента самоиндукции.

Эти результаты применяются к расчету самоиндукции катушки, применяемой в опытах Комитета Британской ассоциации по стандартам электрического сопротивления, и полученные величины сравниваются с величинами, определенными опытным путем.

* В кн.: Д. К· Максвелл Избранные сочинения по теории электромагнитного поля. М, 1954, с. 251-264.
1 Royal Society Transactions, т. CLV, 1864
2 Вебер Вильгельм (1804-1891) - немецкий физик, вывел элементарный закон электродинамики дальнодействия; вместе с Кольраушем Рудольфом (1809-1858) впервые измерил в 1856 г. отношение электростатической и магнитной единиц заряда, оказавшееся равным скорости света (3- 108 м/с).
3 Electrodynamische Maassbestimmungen, Leipzig. Trans, т. 1, 1849 и Taylor"s Scientific Memoirs, т. V, глава XIV. »Explicare tentatur quomodo fiat ut lucis planum polarizationis per vires electricas vel magneticas declinetur», Halis Saxonum, 1858.
4 Имеются в виду опыты Вебера и Кольрауша.
5 Гейслер Генрих (1814-1879)-немецкий физик, сконструировавший ряд физических приборов: ареометры, ртутные насосы, вакуумные трубки - так называемые гейслеровы трубки и др.
6 Томсон Вильям (лорд Кельвин) (1824-1907) -выдающийся английский физик, один из основателей термодинамики; ввел абсолютную шкалу температур, носящую его имя, развил теорию электрических колебаний, получив формулу периода колебательного контура, автор многих других открытий и изобретений, сторонник механистической картины физического мира. W. Thomson. «On the Possible Density of the Lumminiterous Medium and on the Mechanical Value oi a Cubis Mile of Sunlight», Transactions of the Royal Society of Edinburgh, c. 57, 1854.
7 Так Максвелл называет кинетическую энергию.
8 «Exp. Res.», серия XIX. Верде Эмиль (1824-1866) - французский физик, экспериментально обнаруживший пропорциональность магнитного вращения плоскости поляризации квадрату длины волны света. Verdet, Comptes rendus, 1856, второе полугодие, с 529 и 1857, первое полугодие, с. 1209.
9 Так W. Thomson, Proceedings of the Royal Society, июнь 1856 и июнь 1861.
10 Максвелл придерживается устаревших представлений о разложении электролитов электрическим полем.
11 Faraday, «Exp. Res », серия XI; Mossotti, Mem. della Soc. Italina (Mode-па), т. XXIV, часть 2, с. 49.
12 Здесь Максвелл вводит понятие тока смещения.
13 В иллюстративных целях используются модели теории упругости.
14 Так Максвелл называет диэлектрическую проницаемость вещества.
15 Faraday, «Exp Res» (1233-1250).
16 F. Jenkm Reports of the British Association, 1859, c. 248, а также Report of Committee of Board of Trade on Submarine Cables, c. 136 и 464.
17 Как, например, состав из клея, патоки и т. п., из которого делаются небольшие пластические фигурки, которые, будучи деформированы, лишь постепенно приобретают свои первоначальные очертания.
18 Еще один пример того, как Максвелл использует аналогии из теории упругости.
19 Русское издание, Гельмгольц. «О сохранении силы». М., 1922.
20 W. Thomson. Reports of the British Association, 1848; Phil. Mag., декабрь 1851.
21 L, M, N - некоторые геометрические величины, введенные Максвеллом для описания зависимости взаимодействия проводников с током: L зависит от формы первого проводника, N - от формы второго, а М - от относительного положения этих проводников.
22 Это «символическое исчисление» заимствовано из работ Гамильтона по векторному и операторному анализу.
23 Эти уравнения в современном виде (в СИ) выглядят так: (А)-это не уравнение, а определение вектора плотности полного тока:
24 Здесь Максвелл подчеркивает электромагнитную природу света.
25 Т. е. п2 = е|л.
26 Phil. Mag., май 1846 г. или «Exp. Res.», т. III.
27 Первые надежные значения величины скорости света были получены в опытах И. Физо (1849) и Л. Фуко (1850).