Здесь, таким образом, усматривается еще один эффект электродвижущей силы, а именно электрическое смещение, кото­рое, согласно теории, является некоторым родом упругой податливости действию силы, похожей на ту, которая имеется в сооружениях и машинах из-за неполной жесткости связей.

Практическое исследование индуктивной емкости диэлек­триков 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 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, предоставленный 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, описанных Ф. Дженкином.

Встречаемся здесь с двумя другими родами податли­вости, отличными от упругости идеального диэлектрика, которую сравнивали с идеально упругим телом. Податливость, отно­сящуюся 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, подвергнутое 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 говорилось выше, обнаруживают механические свойства такого рода, 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, удерживанию и потере магнитной полярности.

Поэтому кажется, что некоторые явления электричества и магнетизма приводят к тем же заключениям, как и оптические явления, а именно: что имеется эфирная среда, проникающая во 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 только в двух различных формах, одна из которых является актуальной энергией движения частей среды, а другая — потенциальной энергией, обусловленной связями частей в силу их упругости.

Отсюда пришли 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 вывести все следствия этого движения, предполагая, что известна форма отношения между движениями частей.

Общие уравнения электромагнитного поля

В эти уравнения электромагнитного поля входят 20 перемен­ных величин, а именно:

Для электромагнитного количества движения ……………….F, G, H

• магнитной интенсивности [напряженности] …….

• электродвижущей силы ……………………………P, Q, R

• тока, обусловленного (истинной) проводимостью .p, q, r

• электрического смещения …………………………f, g, h

• полного тока (включая изменения смещения) ……p', q', r'

• количества свободного электричества ……………….е

• электрического потенциала ……………………………

Между этими 20-ю переменными величинами нашли 20 уравнений, а именно:

Три уравнения магнитной силы …………………..(B)

• электрических токов ………………………(С)

• электродвижущей силы ……………………(D)

• электрической упругости ………………….(Е)

• электрического сопротивления ……………(F)

• полных токов ………………………………..(A)

Одно уравнение свободного электричества ……….(С)

• непрерывности ………………………………(Н)

Этих уравнений, следовательно, достаточно, чтобы опреде­лить все величины, встречающиеся в них, если только мы знаем условия задачи. Во многих вопросах, однако, требуются только некоторые из этих уравнений.

Всякая энергия есть то же, что механическая энер­гия, существует ли она в форме обычного движения, или в форме упругости, или в какой-нибудь другой форме. Энергия в электро­магнитных явлениях — это механическая энергия. Единственный вопрос заключается в том, где она находится.

Согласно старым теориям, она находится в наэлектризован­ных телах, проводящих цепях и магнитах в форме неизвестного качества, называемого потенциальной энергией или способностью производить определенные действия на расстоянии. По теории Максвелла, она находится в электромагнитном поле, в пространстве, окружающем наэлектризованные и намагниченные тела, а также и в самых этих телах и проявляется в двух различных формах, которые могут быть описаны без гипотез как магнитная поляри­зация и электрическая поляризация или, согласно весьма вероят­ной гипотезе, как движение и напряжение одной и той же среды.

Заключения, к которым пришли, независимы от этой гипотезы, так как они выделены из экспери­ментальных фактов троякого рода:

1) индукция электрических токов путем увеличения или уменьшения силы соседних токов сообразно изменениям в сило­вых линиях, пронизывающих контур;

2) распределение магнитной напряженности сообразно изме­нениям магнитного потенциала;

3) индукция (или влияние) статического электричества через диэлектрики.

Электромагнитные волны

Однако уравнения Максвелла сделали еще больше: исходя из их формы, можно было установить, что они пригодны для выражения волнового электромагнитного возмущения, передающегося предположительно со скоростью, близкой к скорости света. XIX век уже был свидетелем великого переворота, в идеях о природе света. Однако если огненные частицы уже не были больше нужны, то все же требовалась какая-то среда, которая должна была передавать волны даже через обширную пустоту пространства, и «светоносный эфир», обладавший несовместимыми свойствами высокой степени разреженности и одновременно высокой упругости, должен был выполнять роль подлежащего сказуемого «колебаться». Однако давно известно также и то, что электричество и магнетизм могут передаваться через пустое пространство. Для них были созданы одинаково неосязаемые поля. Максвелл действительно показал, что один-единственный, но все еще таинственный эфир пригоден для всех трех случаев. Он добился большой лаконичности и упрощения физики, что вскоре должны было иметь весьма важные последствия.

Одним из них было установление нового единства между различными отделами науки: вся теория света представала теперь как явление электромагнетизма. Другим следствием явился вывод, что электромагнитные колебания должны посылать в эфир волны, подобные световым, однако со значительно меньшими частотами.

С уравнениями Максвелла теория электричества, казалось, приняла настолько законченный характер, что будущее физики как будто содержало возможности только для ее расширения и усовершенствования. Фактически, как мы увидим в следующей главе, теория эта охватывала лишь небольшую часть всех явлений – их этих уравнений совершенно выпала.

Электромагнитная теория света

Важнейшим достижением периода конца XIX века в области физики явилось выдвижение Максвеллом электромагнитной теории света. Тем самым были обобщены в одной всеобъемлющей теории и получили простую математическую формулу результаты опытов и теоретических построений двух поколений физиков в различных областях этой науки – электричестве, магнетизме и оптике. Хотя такое обобщение само по себе и представляло победу математической физики, все же оно нуждалось для своего подтверждения в установлении точных единиц для измерения электричества – задача, которая была поставлена возникновением электротехнической промышленности. В свою очередь уравнения Максвелла должны были составить теоретическую базу будущего электромашиностроения, представлявшего собой сложную взаимозависимость теории и практики.

В начале пользовались оптической гипоте­зой упругой среды, через которую распространяются колебания света, чтобы показать, что имеются серьезные основания ис­кать в этой же среде причину других явлений в той же мере, как и причину световых явлений. Мы рассмотрели электромагнитные явления, пытаясь их объяснить свойствами поля, окружающего наэлектризованные или намагниченные тела. Таким путем пришли к определенным уравнениям, выражающим определен­ные свойства электромагнитного поля. Исследовалось, яв­ляются ли свойства того, что составляет электромагнитное поле которые выведены только из электромагнитных явлений, достаточными для объяснения распространения света через ту же самую субстанцию.

Единственной средой, в которой производились опыты для определения значения k, был воздух, в котором равно единице, откуда имеется

V=v.

Согласно электромагнитным опытам Вебера и Кольрауша,

v== 310740000 м/с

является количеством электростатических единиц в одной элект­ромагнитной единице электричества, и это, согласно нашему ре­зультату, должно быть равно скорости света в воздухе или вакууме.

Скорость света в воздухе по опытам Физо равна V = 314 858 000 [м/с], а согласно более точным опытам Фуко, V = 298 000 000 [м/с].

Скорость света в пространстве, окружающем Землю, выве­денная из коэффициента аберрации и из радиуса земной орбиты, равна V = 308 000 000 [м/с].

Следовательно, скорость света, определенная эксперимен­тально, достаточно хорошо совпадает с величиной v, выведенной из единственного ряда экспериментов, которыми мы до сих пор располагаем. Значение v было определено путем измерения электродвижущей силы, используемой для зарядки конденсатора известной емкости, который затем разряжается через гальвано­метр, чтобы выразить количество электричества в нем в электро­магнитных единицах. Единственным применением света в этих опытах было использование его для того, чтобы видеть инстру­менты. Значение V, найденное Фуко, было получено путем опре­деления угла, на который поворачивается вращающееся зеркало, пока отраженный им свет прошел туда и обратно вдоль измерен­ного пути. При этом не пользовались каким-либо образом элект­ричеством и магнетизмом. Совпадение результатов, по-видимому, показывает, что свет и магнетизм являются проявлениями свойств одной и той же субстанции и что свет является электро­магнитным возмущением, распространяющимся через поле в со­ответствии с законами электромагнетизма.

Уравнения электромагнитного поля, выведенные из чисто экспериментальных фактов, показывают, что могут распростра­няться только поперечные колебания. Если выйти за пределы нашего экспериментального знания и предположить определен­ную плотность субстанции, которую мы могли бы назвать элект­рической жидкостью, и выбрать стеклянное или смоляное электричество в качестве представителей этой жидкости, тогда мы могли бы иметь продольные колебания, распространяющиеся со скоростью, зависящей от этой плотности. Однако мы не имеем никаких данных, относящихся к плотности электричества, и мы даже не знаем, считать ли нам стеклянное электричество субстанцией или отсутствием субстанции.

Следовательно, наука об электромагнетизме ведет к совер­шенно таким же заключениям, как и оптика в отношении направ­ления возмущений, которые могут распространяться через поле; обе эти науки утверждают поперечность этих колебаний и обе дают ту же самую скорость распространения. С другой стороны, обе науки бессильны, когда к ним обращаются с вопросом о подтверждении или отрицании существования продольных коле­баний.

Библиографический список

1. Большая советская энциклопедия. Издательство "Советская энциклопедия", М., 1974.

1. Дж. Бернал. Наука в истории общества. Издательство иностранной литературы, М., 1956.

1. Г.М. Голин, С.Р. Филонович. Классики физической науки. "Высшая школа". М., 1989.

19