Э.Т. Брук, В.Е. Фертман - «Ёж» в стакане. Магнитные материалы - от твердого тела к жидкости (1163240), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Бенджамин Франклин трактовал электрический заряд как недостаток или утечку этой жидкости (флюида). В 1733 г. управляющий французским Королевским ботаническим садом Ш.-Ф. де Фай установил существование двух видов электричества, которые он назвал «резиновым» и «стеклянным». Таким образом, электричество представлялось как бы смесью двух разных жидкостей. Не так ли обстоит дело с магнетизмом? Шведский ученый Джоан Вилке н голландский исследователь Антон Бругманс выдвинули такое предположение независимо друг от друга в 1778 г. Их идея получила широкое распространение. Спустя семь лет Шарль Кулон поставил эксперимент, в котором установил, что мельчайшие капельки гипотетических электрической или магнитной жидкостей притягиваются (разноименные) или отталкиваются (одноименные) с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
Теперь это утверждение известно как закон Кулона. Почему же электрическая жидкость может перетекать от одного тела к другому, а магнитная — нет? Кулон ответил и на этот вопрос. Магнитные жидкости, утверждал он, не независимы друг от друга. В отличие от электрических жидкостей они связаны с мельчайшими частицами вещества — с молекулами, как мы сказали бы сегодня. Последнее служит также объяснением существования у магнита двух полюсов. Более глубокое толкование во времена Кулона едва ли было возможно, ведь представления об атомной структуре вещества- еще не существовало. Однако аналогия между электричеством и магнетизмом носила в это время чисто внешний характер. Никто не предполагал, что они как-то СВЯЗИ НЫ.
Рубеж ХЧ111 и Х!Х столетий стал переломным для исследований электричества и магнетизма: в 1800 г. появилась гальваническая батарея. Надежный источник электрического тока и стал тем отправным пунктом, исходя из которого ученые начали распутывать клубок, образовавшийся сплетением идей и фактов, относящихся к магниту. Через 20 лет после изобретения гальванической батареи датчанин Ханс Кристиан Эрстед обнаружил, что электрический ток вызывает движение свободно подвешенной иглы. Движение иглы шло вразрез со всеми представлениями об электрических и магнитных жидкостях и 13 прямо указывало на существование связи между электричеством и магнетизмом. Появилось новое слово — электромагнетизм. Два старых термина объединились, чтобы больше уже не расставаться.
Статья («мемуара) Эрстеда с описанием эксперимента произвела огромное впечатление на современников. Дальнейшие события развертывались драматически и стремительно, как в кино, которого, правда, тогда еще не существовало. Французский физик Доминик Франсуа Араго, доложивший на заседании Академии об опыте Эрстеда, провел самостоятельные эксперименты. Он обнаружил, что действие тока аналогично действию обычного магнита: железные опилки 'притягивались, иглы намагничивалисьь. Его коллега Андре Мари Ампер, в честь которого названа единица силы электрического тока, предположил, что причиной магнетизма железа служат токи, текущие внутри магнита перпендикулярно к его оси.
Он же обнаружил, что петля, образованная проводником с током, ведет себя, как элементарный маГнит. Новые открытия и факты сыпались, как из рога изобилия, в них не было недостатка. Чего действительно не хватало, — это новой концепции, которая позволила бы свести многочисленные факты воедино, интерпретировать их с одной точки зрения. Начала новой теории, однако, были заложены человеком, не написавшим за всю свою жизнь ни одной формулы. Искусный экспериментатор, полагавшийся не на сложную аппаратуру,, но на выдумку и изобретатель- ность, английский физик Майкл Фарадей выдвинул совершенно новую концепцию, которой суждено было занять господствующее место в большинстве будущих физических теорий. Мифические ненаблюдаемые жидкости, «втеКаВШИЕъ В МаГВИТЫ И ~ВЫТЕКаВШИЕэ ИЗ ВИХ, были заменены Фарадеем новым понятием— поля, которое, по мнению Фарадея, и осуществляло взаимодействие между магнитными материалами.
Фарадей рассматривал поле как совершенно реальный физический объект. Он ввел также понятие о силовых линиях, которые придавали полям определенную нагляд- ВОСТЬ. Появление поля кардинально изменяло взгляды на природу взаимодействий как электрических, так и магнитных. Действие на расстоянии, дальнодействие, обойтись без которого не удавалось, но всегда носившее несколько ирреальный, мифический характер, стало ненужным.
Поле стало материальным объектом, осуществлявшим конкретное воздействие одного тела на другое. Фарадей не только ввел новую концепцию, но и совершил фундаментальное открытие, и по сегодняшний день определяющее облик всей земной технологии: он открыл явление электромагнитной индукции. Идеи Фарадея были подхвачены и развиты его выдающимся соотечественником Джеймсом Клерком Максвеллом. Основываясь на идеях Фарадея (зто обстоятельство неоднократно подчеркивалось самим Максвеллом и может служить примером научной честности и добросовестности), Максвелл в своих знаменитых уравнениях дал полную математиче- скую формулировку всех явлений, связанных с электрическими и магнитными пОлями и их источниками.
Можно сказать, что уравнения Максвелла «знают» об электромагнитном поле все: они определяют, какое поле создается током, какой так создается полем, как в результате изменения магнитного пОля возникает электрическое и наоборот, словом, о полях им действительно известно все. Эти уравнения дожили до наших дней и сыграли выдающуюся роль в создании специальной теории относительности Эйнштейна. Уравнения Максвелла великолепно объясняют, как протекают электромагнитные явления. Они, однако, не содержат никаких указаний относительно того, нечему эти явления протекают именно таким, а не иным образом.
Иначе говоря, на простой вопрос, который задавали еще древние: почему магнит притягивает железо? — уравнения Максвелла не дают ответа. Еще Бругманс установил, что не все вещества одинаково ведут себя в присутствии магнита: магнит притягивает кобальт, но отталкивает сурьму и висмут. Повторяя эксперименты Бругманса и производя опыты с различными веществами, Фарадей выяснил, что все вещества либо притягиваются, либо отталкиваются магнитом. Пользуясь фарадеевской терминологией, можно сказать, что одни вещества (те, что притягиваются) усиливают поле магнита, а другие (те, что отталкиваются) его ослабляют.
«Усилители» поля получили название нарамвгнетикев, «ослабители» вЂ” диамагнетнкев. Важные наблюдения над изменением магнитных свойств при изменении температуры были проведены Пьером Кюри, который изучал добавочное поле, возникающее при помещении цара- и диамагнетиков в поле магнита.
Он выяснил, что это добавочное поле прямо пропорционально полю магнита и может характеризоваться коэффициентом пропорциональности, называемым магнитной восприимчивостью, которая положительна для парамагнетиков и отрицательна для диамагнетиков. Оказалось, что парамагнитная восприимчивость убывает с ростом температуры. Иначе говоря, добавка к полю магнита тем меньше, чем сильнее нагрето парамагнитное вещество, помещенное в это поле.
Это утверждение носит название закона Кюри. Диамагнитная восприимчивость менялась с изменением температуры довольно слабо, все время оставаясь отрицательной. Среди парамагнетиков выявился особый класс веществ, возглавляемый железом и поэтому получивший название ферромагнетиков (от латинского 1еггит — железо). Выше некоторой температуры, получившей название температуры или точки Кюри, они вели себя, как обычные парамагнетики, подчиняясь закону Кюри.
Однако ниже точки Кюри величина добавочного поля круто нарастала, превосходя поле магнита во много раз. Увеличивая поле магнита, можно было добиться и увеличения добавочного поля, но лишь до некоторого предела, выше которого оно уже не увеличивалось. Наступало насыщение. Весь этот набор интереснейших фактов не мог не вызвать, разумеется, попыток дать им объяснение. Некоторую подсказку давали уже опыты Эрстеда и Араго. Действительно, если петля с током ведет себя, как магнит, не обусловлены ли свойства магнита какими-то токами? Такое предположение выдвигалось уже Кулоном.
Увереннее высказывался Огюстен Жан Френель — французский физик, более известный своими работами по оптике. В письмах, адресованных Амперу, он утверждал, что токи, приводящие к магнетизму, имеют иную природу, чем те, что текут по обычному проводящему кольцу: эти токи как-то связаны с атомами или молекулами. Более подробное и ясное толкование должно было бы опираться на конкретные представления о структуре атома. Письмо Френеля датировано 5 июня 1821 г., когда никто еще не представлял себе, что атом имеет какое-то внутреннее устройство; в полном соответствии со своим названием атом полагался неделимым. Разного рода догадки относительно природы внутренних токов выдвигались в течение столетия, пока французский исследователь Пьер Вейс в 1907 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
