Разрешение загадки о природе световых колебаний пришло в оптику из другой области физики — учения об электромагнетизме. В начальной фазе развития теория электричества казалась весьма сходной с теорией тяготения. Так, закон взаимодействия точечных зарядов, экспериментально найденный Кулоном, весьма напоминал закон тяготения Ньютона: и там и здесь обратная пропорциональность силы и квадрата расстояния, произведение масс в одном, произведение зарядов — в другом. Еще важнее, что оба закона были сформулированы в терминах дальнодействия: сила мгновенно передавалась на расстояние. Физическая реальность приписывалась взаимодействующим зарядам, или массам. Окружающее пространство никакими физическими свойствами не наделялось.
В дальнейшем были открыты явления электромагнетизма, т. е. магнитного взаимодействия электрических токов.
|
Рис. 18. Линии тока смещения в конденсаторе направлены так, чтобы замыкать ток проводимости, текущий по проволоке. Направление магнитных силовых линий, сцепляющихся с током в проводнике и с током смещения, определяется правилом буравчика. |
Ток характеризуется не только величиной, но и направлением проводника, по которому он течет. В этом он существенно отличается от заряда или от массы, которые задаются только своей численной величиной. Поэтому закон взаимодействия токов во всяком случае не может выглядеть так просто, как закон Кулона; внешнее сходство сил электромагнитных с силами тяготения утрачивается. Но в своей первоначальной формулировке электродинамика магнитных сил все еще основывалась на дальнодействии.
Фарадей, открывший закон электромагнитной индукции, заметил, что "в иных случаях гораздо удобнее пользоваться терминами поля: электродвижущая сила в проводнике пропорциональна числу пересекаемых им в секунду силовых линий. Однако математический язык позволяет и здесь в конечном итоге обойтись без понятия поля как физической реальности. Фарадей, великий самоучка, был слаб в математике и предпочитал формулам наглядную картину силовых линий.
У Фарадея был младший современник, Максвелл, сочетавший глубокие математические знания и гениальную физическую интуицию. Максвелл попытался облечь представления Фарадея в формулу строгих уравнений. Но возникла одна неувязка. Мы только что говорили, что ток подобен вихревой линии, на которую нанизаны магнитные силовые линии. Допустим, что ток возникает при замыкании пластин конденсатора проводником как показано на рис. 18. Пока по проводнику течет ток, вокруг него образуется магнитное поле, изображенное на рисунке пунктирными колечками. Неувязка получится, если считать, что внутри конденсатора во время разряда такие колечки, т, е. магнитные силовые линии, не образуются.
Как показывают уравнения, тогда нарушается закон сохранения заряда: ток, прошедший по проводнику, не компенсирует убыль заряда на обкладках.
Поэтому Максвелл, естественно, вынужден был допустить, что и внутри конденсатора во время разряда возникает магнитное поле. Но это поле уже не нанизано на токовую линию. С какими же линиями оно сцепляется? Пока на обкладках конденсатора есть заряд, между ними действует электрическое поле. Во время разряда оно становится переменным, так как меняется сам заряд обкладок.
Следовательно, линии магнитного поля в конденсаторе нанизаны на линии переменного электрического поля, которые в данном случае заменяют линии электрического тока. По аналогии Максвелл назвал такое переменное электрическое поле током смещения. Иначе говоря, Максвелл допустил, что по магнитному действию ток смещения равносилен обычному току в проводнике.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
