Фейнман - 05. Электричесво и магнетизм (1055667), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Но тогда что же такое магнит? Раз магнитные поля создаются движущимися зарядами, то не может ли оказаться, что магнитное поле, созданное куском железа, на самом деле есть результат действия токовс Видимо, так оно и есть. В наших опытах можно заменить магнитную палочкукатушкой с навитой проволокой, как показано на фиг. 1.9. Когда ток проходит по катушке (как и по прямому проводу над нею», наблюдается точно такое же движение яроводнпка, как и прежде, когда вместо катушки стоял магнит. Все выглядит так, как если бы внутри куска железа непрерывно циркулировал ток. Действительно, свойства магнитов можно понять как пепрерывяый ток внутри атомов железа. Сила, действующая на магнит на фнг.
1.7, объясняется вторым членом в уравнении (1.1). Откуда же берутся этн токи? Один источник — это движение электронов по атомным орбитам. У железа зто не так, но у некоторых материалов происхожденпе магнетизма именно таково. Кроме вращения вокруг ядра атома, электрон вращается 21 еще вокруг своей собственной оси (что-то похожее на вращение Земли); вот от этого-то вращения и возникает ток, создающий магнитное поле железа. (Мы сказали «что-то похожее на вращение Земли», потому что на самом деле в квантовой механике вопрос столь глубок, что не укладывается достаточно хорошо в классические представленкя.) В болыпинстве веществ часть электронов вертится в одну сторону, другая — в другую, так что магнетизм исчезает, а в железе (по таинственной причине, о которой мы поговорим позже) многие электроны вращаются так, что их оси смотрят в одну сторону и это служит источником магнетизма.
Поскольку поля магнитов порождаются токами, то в уравнения (1.8) и (1.9) нет нужды вставлять добавочные члены, учитывагощие существование магнитов. В этих уравнениях речь идет о всех токах, включая круговые тони от вращающихся электронов, и закон оказывается правильным. Надо еще отметить, что, согласно уравнению (1.8), магнитных зарядов, подобных электрическим зарядам, стоящим в правой части уравнения (1.6), не существует.
Они никогда не были обнаружены. Первый член в правок части уравнения (1.9) был открыт Максвеллом теоретически; он очень вален. Он говорит, что ИЗМЕКЕПИЕ дЛЕКПЬРие»ЕСКиХ ПОЛЕЙ ВЫЗЫВаст МаГНИтНЫЕ ЯВЛЕННЯ. На самом деле без этого члена уравнение утеряло бы смысл, ведь без него исчезл~ бы токи в незамкнутых контурах. А на деле такие токи существуют; об этом говорит следующий пример. Представьте конденсатор, составленный из двух плоских йь ы г.
1.0. Маееситнаа палочка, поколенная на фие. 1.В, ноксет быть ваненена катнткой, по которой течет ток. Иа провод по-прежпену будет действовать сила. Ф и е. 1,10. Циркуляция поля В по кривой С определяется либо током, текусцим сквозь поверхность он либо быстротой ивменения потоки поля Е сквоеь поверхность Яе.
пластин. Он заряжается током, прптекающпм к одной нз пластин и оттокающим от другой, как показано на фнг. 1.10. Проведем вокруг одного из проводов кривую С и натянем на нее поверхность (поверхность Я,), косорая пересечет провод. В соответствии с уравнением (1.9) циркуляция поля В по кривой С дается велпчиной тока в проводе (умноженкоп на с'). Но что будет, если мы натянем на кривую другую поверхность ое в форме чашки, донышко которой расположено ьгеькду пласжпами конденсатора и не касается провода? Через такую поверхность никакой ток, конечно, не проходит.
Но ведь простое изменение положения и формы воображаемой поверхности не должно изменять реального магнитного ноля! Циркуляция поля В ноннина остаться пре'аней. И действительно, первый член в правой части уравнения (1.9) так комбинируется со вторым членом, что для обеих поверхностей Я, и Яе возникает одинаковый эффект. Для Ье циркуляция вектора В выражается через степень изменения потока вектора Е от одной пластины к другой.
И получается, что изменение Г связано с током как раз так, что уравнение (1.9) оказывается выполненным. Максвелл видел необходимость этого и был первым, кто написал полное уравнение. С помощью устройства, изображенного на фиг. 1.6, можно продемонстрировать другой закон электромагнетизма. Отсо- единим концы висящей проволочки от батареяки к присоединим их к гальванометру — прибору, регистрирующему прохождение тока по проводу. Стоит лишь в поле магнита качнуть проволоку, как по ней сразу пойдет ток. Зто новое следствие уравнения (1Л): элентроны в проводе почувствуют действие силы Р=дчхВ.
Скорость нх сейчас направлена в сторону, потому что они отклоняются вместе с проволочкой. Это у вместе с вертикально направленным полем В магнита приводит к силе, действующей на электроны вдоль провода, и электроны отправляются к гальванометру. Положим, однако, что мы оставили проволочку в покое и принялись перемещать магнит. Мы чувствуем, что никакой разницы быть не должно, ведь относительное движение то же самое, и впрямь ток по гальванометру идет. Но как же магнлтиое поле действует на покоящиеся заряды? В соответствин с уравнением (1.1) должно возникнуть электрическое поле.
Движущийся магнит должен создавать электрическое поле. На вопрос — как это происходит, отвечает количественно уравнение (1.7). Это уравнение описывает ыно;кество практически очень важных явлений, происходящих в электрических генераторах и трансформаторах. Наиболее замечательное следствие напгнх уравнений — это то, что, сочетая уравнения (1.7) и (1.9), можно понять, отчего электромагнитные явления распространяются на дальние расстояния. Причина этого, грубо говоря, примерно такова:предположим, что где-то имеется магнитное поло, которое возрастает по величине, скажем, оттого, что внезапно пустили ток по проводу.
Тогда из уравнения (1.7) следует, что должна возникнуть циркуляция электрического поля. Ногда электрическое поле начинает постепенно возрастать для возникновения циркуляции, тогда, согласно уравнению (1.9), должна возникать и магнитная циркуляцпя. Но возрастание этого магнитного поля создаст новую циркуляцию электрического поля и т. д. Таким способом поля распространяются сквозь пространство, не нуждаясь ни в зарядах, ни в токах нигде, кроме источника полей.
Именно таким способолг мы види»» друг друга! Все зто спрятано в уравнениях электромагнитного поля. б. «». хлгг»о э»»го гггакое — «по.»л»у Сделаем теперь несколько замечаний о пркнятом нами способе рассмотрения этого вопроса. Вы можете сказать: «Все эти потоки и циркуляции чересчур абстрактны. Пусть в каждой точке пространства есть электрическое поле, кроме того, имеются эти самые „законы". Но что же там на самом деле происходит? Почему вы не можете объяснять все это, скажем, тем, что что-то, что бы это ни было, протекает между зарядами?» Все зависит ог ваших предрассудков.
Многие физики часто говорят, что прямое действие сквозь пустоту, сквозь ничто, немыслимо. (1?ак опи могут называть идею немыслимой, если она уже вымышлена?) Они говорят: «Посмотрите, ведь единственные силы, которые нам известны,— это прямое действие одной части вегцества на другую. Невозможно, чтобы существовала сила без чего-то, передагощего ее». Но что в действительности происходит, когда мы изучаем «прямое действие» одного куска вещества на другой? Мы обнаруя;икаем, что первый из них вовсе не «упирается» во второй; они слегка отстоят друг от друга, и между ними существуют электрические силы, действующие в малом масштабе. Иначе говоря, мы обнаруживаем, что собрались объяснить так называемое «действие посредством прямого контакт໠— при помощи картины электрических сил.
Конечно, неразумно пытаться стоять на том, что электрическая сила должна выглядеть так же, как старый привычный мышечный тяни-толкай, если все равно оказывается, что все наши попытки тннуть нли толкать приводят к электрическим силам! Единственно разумная постановка вопроса — спросить, какой путь рассмотрения электрических эффектов наиболее удобен. Одни предпочитают представлять их как взаимодействие зарядов на расстоянии и пользоваться сложным законом. Другим по душе силовые линни.
Они их все время чортят, и им кажется, что писать разные Е н В слишком аострактно. Но линии поля — это всего лишь грубый способ описания поля, и очень трудно сформулировать строгие, количественные законы непосредственно в терминах линий поля.
К тому же понятие о линиях поля не содержит глубочайшего пз принципов электродинамики — принципа суперпозиции. Даже если мы знаем, как выглядят силовые линии одной совокупности зарядов, затем другой совокупности, мы все равно не получим никакого представления о нартине силовых линий, когда обе совокупности зарядов действуют вместе. Л с математических позиций наложение проделать легко, надо просто сложить два вектора. У силовых линий есть свои достоинства, онн дают наглядную картину, по есть у них исвои недостатки. Способ рассуждений, основанный на понятии о непосредственном взаимодействии (близкодействии), то«ке обладает болыпими преимуществаын, пока речь идет о покоящихся электрических зарядах, но обладает и большими недостатками, если иметь дело с быстрым движением зарядов.
Лучше всего пользоваться абстрактным представлением о ноле. Жаль, конечно, что оно абстрактно, но ничего не поделаешь. Попытки представить электрическое поле как движение каких-то зубчатых колесиков илн с помощью силовых линий или как напряжения в каких-то материалах потребовали ог физиков болыне усилий, чем понадобилось бы для того, чтобы просто получить правильные ответы на задачи электродинамики.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
