Э. Парселл - Электричество и магнетизм (1115535), страница 37

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 37)

В этой задаче, как и в большинстве задач повседневной физики, приходится иметь дело с величинами, выраженными в самых разнообразных единицах. Некоторые величины надо переводить, причем годится любая единая система — та, которая кажется наиболее отвечающей существу задачи, или та, которая требует минимума пересчетов, или же просто система, которую вам легче вспомнить.

Поскольку мы часто выражали емкость в единицах СГСЭ, что отвечает заряду в единицах СГСЭч и потенциалу в единицах СГСЭ„, то и для данного обсуждения можно использовать единицы системы СГСЭ. В этой системе единицей емкости является сантиметр.

Вам нужно пере,"читать миллиамперы в единицы СГСЭ !сек и вспомнить, что ЗСО э составляет 1 ед. СГСЭю Но можно так;ке работать и в практических единицах; тогда придется выражать емкость частички в фаридах.) 4.19. Вопрос для обсуждения. Кто.нибудь может сказать, что скорость носителей заряда ограничивает быстроту перераспределения зарядов в проводнике.

Рассмотрим, однако, незаряженные металлический прут, на один конец которого внезапно помещают заряд +1 ед. СГСЭ», а на другой — 1 ед. СГСЭ . Как долго ч' должны реалыю двигаться заряды, что: ы снова сделать прут нейтральным? Или рассмотрим следующую ситуацию. Протеи с энергией !О Мээ, который, как легко подсчитать, имеет скорость около 4,5 1О' см!сек, движется параллельно поверхности медной пластинки в ! мл от нее. Скорость электронов проводимости в меди едва ли превышает !О' сл!сек, Как вы думаете, будет наведенный поверхяостный заряд следовать за лвнжением протона или отстанет? ГЛАВА 5 ПОЛЯ ДВИЖУЩИХСЯ ЗАРЯДОВ 5.1. От Эрстеда до Эйнштейна Зимой 1819120 г.

Ганс Христиан Эрстед читал в Копенгагенском университете студентам старших курсов лекции по электричеству, гальванизиу и магнетизму. Злгкгпричгспыо означало тогда электро- статику; галыаяизлож назывались явления, вызываемые постоянным током, получаемым от батарей,— этот раздел возник в результате случайного открытия Гальвани и последуюших опытов Вольта; »шгнетизя имел дело с давно известными свойствами железных руд, со стрелкой компаса, с земным магнитным полем. Кое-кто чувствовал, что между гальваническим током и электрическими зарядами должна существовать связь, хотя прямых доказательств этого не было, если не считать того, что оба явления вызывали у человека сильные ощущения.

С другой стороны, казалось, что магнетизм и электричество не имеют между собой ничего общего. У Эрстеда была, однако, быть может смутная, но неотвязная мысль о том, что магнетизм, как и гальванический ток, может оказаться одной из «скрытых форм» электричества. В поисках такой связи он попытался проделать перед аудиторией опыт с пропусканием тока через проволоку, подвешенную над стрелкой компаса под прямым углом к ней.

Опыт не дал никакого эффекта. После лекции что-то побудило его продолжить опыт, но с проволокой, параллельной стрелке компаса. Стрелка сильно отклонилась, а когда гальванический ток был пущен в обратном направлении, она отклонилась в другую сторону! Научный мир был вполне готов к восприятию этого откровения, и как только весть о нем достигла других лабораторий, заработал фермент опытов и открытий. Прошло немного времени и Ампер, Фарадей и другие произвели полное и точное исследование магнитного действия электрических токов.

Открытие Фарадеем электромагнитной индукции, имевшее фундаментальное значение, произошло менее чем через !2 лет после опыта Эрстеда, тогда как за два столетия после опубликования в 1600 г. великой работы Уильяма Гильберта «Пе Мание!е» человеческое понимание природы магнетизма не продвинулось ни на шаг! Из этих экспериментальных от- !56 крытий вгьросла затем полная классическая теория электромагнетизма. Максвелл придал ей математическую формулировку, а Герц в 1888 г. блестяще подтвердил ее экспериментально, показав существование электромагнитных волн.

Специальная теория относительности уходит своими историческими корнями в электромагнетизм. Лоренц, исследуя электродинамику движущихся зарядов, очень близко подошел к окончательной формулировке Эйнштейна, и великая работа Эйнштейна, появившаяся в 1905 г., бььта озаглавлена не «Теория относительности», а «Об электродянамике движущихся тел», Сегодня в постулатах теории относительности н в их следствиях мы видим широкую картину, охватываюшую все физические законы, а не только законы злектромагнетнзма. Мы требуем. чтобы любая полная физическая теория была релятивистски инвариантной.

Рассказ о событиях должен звучать одинаково во всех инерциальных системах отсчета. Случилось так, что в физике, задолго до того как осознали важность релятивистской иивариантпости, уже существовала одна релятивистски инвариантная теория — теория электромагнетизма Максвелла. Могли ли возникнуть идеи специальной теории относительности в отсутствие полной теории электромагнитного поля — это вопрос для историков науки; возможно, на него не будет ответа. Мы можем только сказать, что в действительной истории путь, ведущий от стрелки компаса Эрстеда к постулатам Эйнштейна, обозначен довольно ясно.

В этой и в следующей главе мы проследим этот путь почти в обратном направлении. Это не означает пренебрежения к истории. Мы полагаем, что человеку, интересующемуся историей этих великих открытий только поможет ясное представление о глубокой связи между электричеством и магнетизмом.

Эту связь можно легко и непосредственно обнаружить, взглянув на то, что мы уже знаем об электрическом заряде и электрическом поле с точки зрения специальной теории относительности. Но перед этим сделаем обзор некоторых явлений, которые мы попытаемся объяснить. 5.2. Магнитные силы Два параллельных провода, по которым текут одинаково направленные токи, притягиваются друг к другу.

Сила, приходящаяся на единицу длины любого из проводов, пропорциональна произведению обоих токов и обратно пропорциональна расстоянию между проводами (рис. 5.1, а). Перемена направления одного из токов превращает силу притяжения в силу отталкивания. Так, два куска провода на рис. 5.1„ б, являющиеся частью одной цепи, стремятся разойтись. Между двумя нитями с постоянным электрическим током существует нечто вроде «действия иа расстояниим Оно не имеет ничего общего с каким-либо статическим электрическим зарядом на поверхности проволоки. Такие заряды могут существовать и провода могут находиться под разными потенциалами, однако сила, о которой мы говорим, зависит только от движения зарядов по 157 проводам, т. е.

от двух токов. Между провода)ии можно вставить лист металла — это никак не повлияет на нашу силу (рис. 5.1, в). Новые силы, возникающие только от движения зарядов, называются магнитны,ки силами. 1)вв)аввачесви а) 4 в) Рис. б.). с] Параллельные провода с токами одиаакового направления притягивается б) ПараллелысЫе проводя с токами противоположного направления отталкиваются е) Мс. таили мекая пластинка (лист), помещенная между проводамн, яс влияет на силы между ними. Стрелка кол(паса Эрстеда (рис. 5.2, и) мало похожа на цепь постоянного тока. Однако то, о чем первым догадался Ампер, теперь известно всем: намагниченное железо наполнено непрерывно движущимися зарядами — электрическими токами в атомном масштабе. Тонкая катушка проволоки, по которой течет ток от батарея Рис.

5.2. Ток в проводиине одинаково действует на стрелку компаса (о) и на катушку провода с током (б). (рис. 5.2, б), ведет себя под влиянием проходящего вблизи тока точно так же, как и стрелка компаса. Наблюдая вместо провода с током движение свободных заряженных частиц, мы не обнаружим различия. Электроны в катодно-лучевой трубке, обычно движущиеся прямолинейно, отклоняются к проводу с током или от него, в зависимости от направления тока в этом проводе (рис.

5.3). В лаборатории вы уже познакомились с этим явлением и знаете, что взаимодействие токов с другими движущимися зарядами можно описать, введя ! 58 мг(внятное иоле. (Вспомните, что электрическое поле было просто способом описания «действия на расстоянии» между неподвижными зарядами, которое выражается законом Кулона,) Мы говорим, что электрический ток сопровождается магнитным полем, которое пронизывает окружающее пространство.

Характеристики

Список файлов книги