Общая характеристика электромагнитных процессов

В предыдущих главах мы коснулись одной стороны электромаг­нитных явлений, а именно, рассмотрели некоторые общие свойства магнитного потока и магнитного поля. Теперь сосредоточим наше внимание на другой стороне этих явлений, имеющей отношение к тому, что мы называем электричеством.

Вся совокупность наших современных знаний свидетельствует о тесной связи между магнитными и электрическими явлениями. В настоящее время не подлежит никакому сомнению, что всякое магнитное поле, где бы и когда бы оно ни наблюдалось, неизменно сопровождается наличием движения электричества, т. е. электроки­нетическим процессом, иными словами, электрическим током. Вну­тренний смысл закона магнитной цепи (§ 18) именно, и заключается в этом утверждении. Действительно, соотношение (12):

j=F/R

гласит, что магнитный поток j, рассматриваемый нами как основной процесс, происходящий в магнитном поле, может иметь конечное значение только тогда, когда магнитодвижущая сила F не равна нулю, ибо магнитное сопротивление R никогда не может быть бес­конечно мало. Но магнитодвижущая сила есть по существу своему не что иное, как мера силы электрического тока, сцепляющегося с контуром рассматриваемого элементарного магнитного потока ср. Следовательно, если мы имеем магнитное поле, другими словами, если в данном пространстве существует магнитный поток, т. е. если j ¹ 0, то, хотя бы в части пространства, доступной нашему наблюдению, и не было никаких явных электрических токов, мы все же должны утверждать, что

F¹0.

Таким образом, в данном случае электрический ток обязательно где-либо должен существовать, сцепляясь при этом с контуром магнитного потока. Иногда магнитный поток может на некоторой доле своего протяжения проходить через части системы, не доступ­ные нашему непосредственному обследованию, например, через тело постоянного магнита, или выходить далеко за пределы рассматри­ваемой системы. Поэтому нередко на опыте мы имеем дело с ма­гнитным полем, связь которого с каким-либо электрическим током не бросается в глаза. Тем не менее эта связь всегда есть. Магнит­ного поля самого по себе, — магнитного поля, не имеющего ника­кого отношения к движению того, что мы называем электричеством,— мы не можем себе представить, и такового, повидимому, в природе не существует.

С другой стороны, если в магнитном поле происходит какое-либо изменение, которое с фарадеевской и максвелловской точек зрения можно понимать только как результат соответствующего перераспределения магнитного потока, т. е. как результат движения магнитных линий, то в пространстве, где происходит это движение, всегда и неизменно наблюдается возникновение электрического поля. При этом особенно важно отметить то обстоятельство, что в рассматриваемом случае возникновение электрического поля может наблюдаться и при полном отсутствии каких бы то ни было элек­трических зарядов, непосредственно связанных с этим полем.

Итак, мы видим, что существует обширный класс физических процессов, в которых магнитные явления и электрические явления должны быть рассматриваемы не обособленно, а как две стороны одного, по существу неделимого, сложного процесса, называемого, именно, по этой причине электромагнитным. То пространство, в котором одновременно обнаруживаются магнитное и электрическое поля, как необходимо сопровождающие друг друга проявления еди­ного процесса, называется электромагнитным полем.

Есть некоторые основания предполагать, что и в тех случаях, когда нам кажется, будто мы имеем дело с чисто электрическим полем, как таковым, на самом деле существуют и элементы магнит­ного поля, только лишь недостаточно выявленные. Мы имеем в виду так называемое электростатическое поле, которое всегда наблю­дается в пространстве, окружающем заряженное электрически тело. Но электрический заряд тела мы не можем в настоящее время мыслить иначе, как обусловленный существованием элементарных электрических зарядов, атомов электричества. Что касается атомов отрицательного электричества, электронов, то современный физи­ческий опыт знает их только в движении. Электроны, входящие в состав атома материи, совершают непрерывное движение по эл­липтическим и круговым орбитам вокруг некоторого центра. Сво­бодные электроны, являющиеся продуктами распада атомов материи или вырываемые из этих атомов благодаря каким-либо внешним воздействиям, наблюдаются нами на опыте только как электроны, движущиеся с большими или меньшими скоростями, но никогда — как электроны неподвижные. Таковые, повидимому, не существуют.

Атомы положительного электричества изучены в настоящее время менее, чем электроны. Из некоторых опытных исследований выяс­нилось, однако, что размеры элементарного положительного заряда— того же порядка, что и размеры электрона. Наблюдаемые на опыте атомы положительного электричества мы имеем опять же в движе­нии. Обычно мы имеем с ними дело, в a-частицах, являющихся яд­ром атома гелия, связанным с двумя атомами положительного электричества. При этом необходимо отметить, что большие скоро­сти a-частиц, выделяющихся при распаде атомов материи, свиде­тельствуют о том, что внутри атомов материи элементарные поло­жительные заряды не находятся в покое. Вообще та структура, которую мы приписываем частицам любого материального тела, имеет кинетическую природу: элементарные электрические заряды как отрицательные, так и положительные необходимо мыслить на­ходящимися в непрерывном движении того или иного характера. Ввиду этого совершенно естественно ожидать, что и избыточные заряды, положительные или отрицательные, сообщающие некоторому материальному телу явное электрическое состояние, т. е. обусловливающие его положительную или отрицательную электризацию и связанное с последней внешнее электрическое поле, вообще говоря, не остаются неподвижными на поверхности заряженного тела, а в большей или меньшей степени участвуют в том движении, ко­торое совершают все элементарные электрические заряды, которые входят в состав тела. В таком случае всякое заряженное тело мы вправе рассматривать как очень сложную электромагнитную систему, в которой магнитное поле, в силу его внутримолекулярного харак­тера, мы не в состоянии обнаружить извне обычными средствами, подобно тому как мы непосредственно не замечаем внутримолеку­лярных и внутриатомных электрических токов в веществе постоян­ного магнита. А между тем обычно мы рассуждаем так, как будто бы электрическое поле, наблюдаемое нами в пространстве, окру­жающем заряженные тела, не имеет никакой связи с каким-либо основным электромагнитным процессом. К сказанному можно доба­вить еще следующее. Хотя мы в настоящее время еще ничего определенного не знаем о том, что собою представляет атом элек­тричества, какова его природа, однако, не исключена возможность того, что при ближайшем обследовании этого вопроса выяснится чисто электромагнитная природа электронов и атомов положитель­ного электричества.

Серьезным доводом в пользу этого утверждения является воз­можность возникновения и существования электрического поля вне связи с каким бы то ни было электрическими зарядами, а как бы в результате движения магнитного потока. Пример подобного элек­трического поля мы имеем в процессе электромагнитного излучения, кванты которого представляют собою самостоятельные электромаг­нитные комплексы, не связанные, вообще говоря, с какими-либо зарядами. Весьма поэтому возможно, что и так называемый „элементарный электрический заряд" есть не что иное, как особый электромагнитный комплекс, так построенный, что связанное с ним

электрическое поле выявляется более отчетливо, чем другая сторона этого комплекса—магнитное поле. Повидимому, структура элемен­тов „электрического заряда" сама по себе тесно связана с тем, что мы можем себе представить, как элемент магнитного потока.

Итак, насколько нам позволяет судить опыт и весь объем совре­менных физических знаний, в природе не может быть совершенно само­стоятельного магнитного поля как такового и электрического поля как такового. Вообще существует, как основное явление, электромагнит­ное поле. Только благодаря ограниченности наших органов восприятия и неспособности охватить все в целом, мы нередко обращаем внима­ние лишь на одну или другую сторону электромагнитного процесса. Нам бывает удобнее изучать порознь магнитные и электрические явле­ния. Иногда они действительно кажутся нам вполне обособленными. Чистую условность § 46. Непрерывность электрического тока.

Насколько существенную роль в учении о магнитном поле играет принцип непрерывности магнитного потока, настолько же важен в учении об электрокинетических явлениях принцип непрерывности электрического тока.

Во многих случаях непрерывность или замкнутость электричес­кого тока ясна сама собой, но иногда она не очевидна, и если исходить из обыденных представлений, то целый ряд цепей мог бы быть назван „ра­зомкнутыми цепями". В таких случаях мы должны обратить внимание на то об­стоятельство, что проводящие части, являю­щиеся как бы концами цепи, в совокуп­ности с диэлектриком, находящимся между ними, представляют собою некоторую емкость, играющую существенную роль в образовании замкнутой цепи тока. На рис. 104 представлена такая якобы разом­кнутая цепь, состоящая из источника электрической энергии Е с присоединенными к его зажимам металлическими шарами А к В.

По существу же эта цепь замыкается через емкость между шарами А и В, и сила тока, кото­рый пойдет по этой цепи во время заряжения шаров А и В, зави­сит от этой емкости. Емкости, существующие между отдельными проводами Электрических установок, между жилой и броней кабеля, между антенной и землей, определяют собой величину силы заряд­ных электрических токов, замыкающихся через диэлектрик, в кото­ром в процессе заряжения емкости возникает особое непрерывно изменяющееся электрическое состояние.

Заслуга установления принципа непрерывности электрического тока принадлежит Максвеллу. Он первый отчетливо осознал основные положения, данные Фарадеем, и ясно сформулировал самые общие свойства электрических цепей.

Для обоснования принципа замкнутости электрического тока Максвелл должен был углубиться в сущность процессов, происхо­дящих в диэлектриках и на поверхностях раздела диэлектриков и проводников, в результате чего им была дана стройная картина вех явлений, связанных с диэлектриками.

такого деления следует всегда иметь в виду.

Дата добавления: 2014-11-29