С.Г. Калашников - Электричество (1115533), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Представим себе теперь второго наблюдателя, движущегося вместе с зарядом. Для этого наблюдателя заряд будет неподвижным, а между тем на заряд будет действовать та же сила Е. Но если на неподвижный заряд действует сила, пропорциональная заряду, то это значит, что имеется электрическое поле.
Его напряженность равна Е = Р(д = нВ вш (и, В), (140.2) а направление поля совпадает с направлением силы Р, т.е. перпендикулярно к н и В (рис. 240). Таким образом, электромагнитное поле зависит от системы отсчета. Если в какой-либо системе отсчета существует одно магнитное поле, то в других системах, движущихся относительно первой, мы имеем и магнитное поле,и электрическое. ЯЯД 1т — в Рис.
240. При движении от носнтельно магнитного поля появляется электрическое поле Рис. 241. Если в системе отсчета К~ имеется только магнитное поле, то в системе К, движущейся относительно Кг, появляется еще и электрическое поле Полученные результаты можно представить в другом виде. Пусть имеются две системы отсчета К и К1, причем К движется относительно К1 с постоянной скоростью н параллельно оси Хг (рис. 241). Пусть, далее, в К1 существует магнитное поле, которое в произвольной точке а имеет составляющие Н~, Н1 и Н1,. Тогда в той же точке, но в системе К появится вследствие $140 электромАгнитное пОле В движу!Цихся телАх 319 Н = пРсйп(у, 1х).
(140.5) Поле Н перпендикулярно к у и О (совпадает с направлением векторного произведения [уР)). Для наблюдателя, движущегося вместе с зарядом, существовало бы только электрическое поле. Если же зто электрическое поле движется относительно наблюдателя, то появляется еще и магнитное поле, выражаемое формулой (140.5) (рис. 242). Нх н„ ! г х Рис, 242. При движении относительно электрического поля появляется магнитное поле Н Рис.
243, Если в системе отсчета К1 имеется только электрическое поле, то в системе К, движущейся относительно Кь появляется еще и магнитное поле движения электрическое поле Е, Еу, Е,. Применяя к отдельным составляющим поля формулу (140.2), получаем Ех = О, Еу — — — пВМ, Ех =+н.Вгу. Если в системе К1 имеется еще и электрическое поле, то полное электрическое поле в системе К имеет составляющие Ех = Е1х, Еу = Е1у — пВ|х, Ех = Е1х+ юВГу. (140.3) Отметим еще раз, что и есть скорость системы К относительно системы Кь Совершенно аналогично при движении относительно электрического поля появляется магнитное поле.
Чтобы определить это поле, рассмотрим заряд +у, движущийся относительно наблюдателя со скоростью и. Такой заряд создает магнитное поле (2 8б) Н вЂ” — зш (у, г). (140.4) где г — радиус-вектор, проведенный из заряда в данную точку. Но в выражении (140.4) д/(4ягз) есть электрическое смещение Р = еоЕ, создаваемое зарядом в рассматриваемой точке а.
Поэтому, учитывая еще, что 1х направлено вдоль г, можно напи- сать 320 ВЗАимные пРеВРАЩВния полей теоРиямАКЕВеллА Гл хп! Введем, как и раньше, две системы отсчета, одна из которых К движется относительно другой К1 в направлении Х1 (рис. 243), и положим, что заряд покоится в системе Кь Следовательно, электрическое поле этого заряда будет двигаться относительно К со скоростью — о. Тогда, применяя формулу (140.5) к отдельным составляющим поля и изменяя в ней знак у скорости о, получим Нх = О, Н„= +в11по Н, = — ио1ю Если в системе К| имеется еще и магнитнее поле (Н1х,Н1юНгх), то полное магнитное поле в системе К имеет составляющие Нх = Н1х~ Ну = Н1„+ иР1х, Нх — — Нгх — вй1„.
(140.6) Здесь, как и раньше, о есть скорость движения системы К (в которой наблюдается поле Нх, Ню Н,) относительно системы К, Напомним в заключение, что формулы (140.1) и (140.4), из которых мы исходили в наших рассуждениях, были получены в конечном счете из опытов с магнитным взаимодействием проводов с током. Но в проводах мы имеем всегда лишь медленные движения зарядов. Поэтому и написанные выше формулы преобразования полей можно считать обоснованными только для медленных движений (по сравнению со скоростью света).
Для быстрых движений эти формулы должны быть заменены на более общие (см. 3 143). 3 141. Для электромагнитных явлений важно относительное движение В предыдущем параграфе мы говорили, что скорость о, входящая в формулы преобразования электромагнитного поля, есть скорость относительного движения. Совершенно так же опыт дает, что и для всех других электрических явлений важно только относительное движение: в явлении электромагнитной индукции — движение провода относительно магнита, в магнитных действиях движущихся зарядов — движение этих зарядов относительно наблюдателя (магнитной стрелки) и т.д.
Однако вопрос о том, какая скорость входит в законы электрических явлений, не был сразу самоочевидным. Примерно с конца ХЪ'П века для объяснения электрических и световых явлений в физике начали пользоваться зародившимся еще гораздо раньше представлением об эфире, т.е, представлением о некоторой всепроникающей среде, заполняющей все мировое пространство. Так как физика в ХЧ1П-Х1Х веках была по преимуществу физикой механистической, то и эфир считали также хотя 1 141 влжность относитвльного движвния 321 и особой, но некоторой механической средой, а электрические и магнитные явления рассматривали как различные процессы деформаций и движений эфира.
В соответствии с этим можно было сделать два предположения: либо электромагнитные явления обусловлены движением относительно эфира (еабсолютное» движение), либо они определяются движением относительно наблюдателя (относительное движение). Легко видеть, что оба эти предположения приводят к совсем различным следствиям.
В качестве примера рассмотрим заряженный плоский конденсатор, неподвижно установленный на земной поверхности. Так как Земля движется по орбите со скоростью около 30 км/с, то с такой же скоростью должно было бы двигаться и электрическое поле относительно эфира (оптические явления, например, так называемая аберрация света, требуют допущения, что эфир не увлекается Землей при движении).
Если бы важно было движение относительно эфира, то такой конденсатор должен был бы создавать еще и магнитное поле, напряженность которого определилась бы формулой (140.5). Так, например, если расстояние между пластинами равно 1 см = 10 2 м, напряжение между ними 10 кВ, а направление поля перпендикулярно к скорости Земли (э(п(и, 13) = 1), то Р = еоЕ = 8,85 10 ~ Кл/и, Н нР 30 10з 885 10 — а 033 А/м, что нетрудно обнаружить на опыте. Если же важно движение относительно наблюдателя, то никакого магнитного паля быть не должно.
Поэтому, исследуя, имеется ли магнитное поле возле заряженного конденсатора, можно решить поставленный вопрос. Такие опыты были действительно произведены Рентгеном и А.А. Эйхенвальдом Они показали, что магнитометр, расположенный вблизи конденсатора, не обнаруживает никакого магнитного поля. Другой вариант подобного опыта был осуществлен Троутоном и Ноблем в 1904 г. Идея опыта заключалась в следующем.
Представим себе заряженный конденсатор, напряженность электрического поля которого Е составляет угол д с направлением орбитальной скорости Земли и (рис. 244). Если бы было важно движение относительно эфира, то внутри ковденсатора имелось бы, кроме электрического, магнитное поле напряженности Н = теоЕявд.
Поэтому в каждой единице объема поля заключалась бы не только знетвгия электрического поля ееЕ /2, но еще и энергия магнитного поля деН /2 и полная энергия конденсатора была бы равна И' = -(соЕ + доН )т = И1к(1+ седое гйп д), 1 2 2 г 3 2 322 ВЗАиыные ИРВВРАщениЯ пОлей теОРиЯ мАксВеллА гл хп! где Иге = теэВ~12 — энергия электрического поля, т — объем паля. Следовательно, энергия конденсатора зависела бы от угла д, а значит, на конденсатор действовала бы пара сил с моментом М = — !!Щг!и = — Игксэдо е вш 2д. Под действием этой пары сил конденсатор должен был бы повернуться так, чтобы линии напряженности его электрического поля сделались параллельными скорости в (д = 0), причем его энергия стала бы минимальной.
В опытах небольшой конденсатор х подвешивали на тонкой нити, заряжали l его до высокой разности потенциалов и с помощью светового указателя наблюдали крутильные колебания конденсах Э тора. Отсюда можно было определить х положение равновесия конденсатора. Так как направление лредполагаемо- I а го движения Земли относительно эфира неизвестно, то наблюдения производили в различное время суток. При Рнс. 244. Опыт Троутона и Ноб- этом вследствие вращения Земли наля правление скорости относительно эфи- ра должно было изменяться, а следовательно, должно было меняться и положение равновесия конденсатора. Этн опгаты не обнаружили никаких систематических отклонений конденсатора в течение суток Подобные опыты впоследствии повторялись с большей точностью и также дали отрицательный результат. Описанные опыты показывают, что магнитное поле зависит от относительного движения электрического поля.
Попытки обнаружить абсолютное движение Земли в эфире производились и оптическими методами, которые отличаются особенно большой точностью. Однако все подобные опыты неизменно давали один и тот же отрицательный результат. Так как свет представляет собой тоже электромагнитное явление, то, суммируя результаты всех опытов, можно заключить, что с помощью электромагнитных явлений, так же как и с помощью механических, невозможно обнаружить абсолютное движение. Или иначе: для электромагнитных явлений важно только относительное движение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
