Меню

История магнитного поля тока



История развития представлений о магнитном поле

date image2015-01-30
views image5025

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Один из первых рисунков магнитного поля (Рене Декарт, 1644). Хотя магниты и магнетизм были известны гораздо раньше, изучение магнитного поля началось в 1269 году, когда французский ученый Пётр Перегрин (рыцарь Пьер из Мерикура) отметил магнитное поле на поверхности сферического магнита, применяя стальные иглы, и определил, что получающиеся линии магнитного поля пересекались в двух точках, которые он назвал «полюсами» по аналогии с полюсами Земли. Почти три столетия спустя, Уильям Гильберт Колчестер использовал труд Петра Перегрина и впервые определённо заявил, что сама Земля является магнитом. Опубликованная в 1600 году, работа Гилберта «De Magnete», заложила основы магнетизма как науки.

В 1750 году Джон Мичелл заявил, что магнитные полюса притягиваются и отталкиваются в соответствии с законом обратных квадратов. Шарль-Огюстен де Кулон экспериментально проверил это утверждение в 1785 году и прямо заявил, что Северный и Южный полюс не могут быть разделены. Основываясь на этой силе, существующей между полюсами, Симеон Дени Пуассон, (1781—1840) создал первую успешную модель магнитного поля, которую он представил в 1824 году. В этой модели магнитное H-поле производится магнитными полюсами и магнетизм происходит из-за нескольких пар (север/юг) магнитных полюсов (диполей). [15]

Три открытия подряд бросили вызов этой «основе магнетизма». Во-первых, в 1819 году Ханс Кристиан Эрстед обнаружил, что электрический ток создает магнитное поле вокруг себя. Затем, в 1820 году, Андре-Мари Ампер показал, что параллельные провода, по которым идёт ток в одном и том же направлении, притягиваются друг к другу. Наконец, Жан-Батист Био и Феликс Савар в 1820 году открыли закон, названный законом Био-Савара-Лапласа, который правильно предсказывал магнитное поле вокруг любого провода, находящегося под напряжением. [15]

Расширив эти эксперименты, Ампер издал свою собственную успешную модель магнетизма в 1825 году. В ней он показал эквивалентность электрического тока в магнитах, и вместо диполей магнитных зарядов модели Пуассона, предложил идею, что магнетизм связан с постоянно текущими петлями тока. Эта идея объясняла, почему магнитный заряд не может быть изолирован. Кроме того, Ампер вывел закон, названный его именем, который, как и закон Био-Савара-Лапласа, правильно описал магнитное поле, создаваемое постоянным током, а также была введена теорема о циркуляции магнитного поля. Кроме того, в этой работе, Ампер ввел термин «электродинамика» для описания взаимосвязи между электричеством и магнетизмом. В 1831 году Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию, когда он обнаружил, что переменное магнитное поле порождает электричество. Он создал определение этого феномена, которое известно как закон электромагнитной индукции Фарадея. Позже Франц Эрнст Нейман доказал, что для движущегося проводника в магнитном поле, индукция является следствием действия закона Ампера. При этом он ввел векторный потенциал электромагнитного поля который, как позднее было показано, был эквивалентен основному механизму, предложенному Фарадеем. В 1850 году лорд Кельвин, тогда известный как Уильям Томсон, различие между двумя магнитными полями обозначил как поля H и B. Первое было применимо к модели Пуассона, а второе — к модели индукции Ампера. Кроме того, он вывел как H и B связаны друг с другом. Между 1861 и 1865 годами Джеймс Клерк Максвелл разработал и опубликовал уравнения Максвелла, которые объяснили и объединили электричество и магнетизм в классической физике. Первая подборка этих уравнений была опубликована в статье в 1861 году, озаглавленной «On Physical Lines of Force». Эти уравнения были признаны действительными, хотя и неполными. Максвелл завершил свои уравнения в своей более поздней работе 1865 года «Динамическая теория электромагнитного поля» и определил, что свет представляет собой электромагнитные волны. Генрих Герц экспериментально подтвердил этот факт в 1887 году. Хотя подразумеваемая в законе Ампера сила магнитного поля движущегося электрического заряда не была явно заявлена, в 1892 году Хендрик Лоренц вывел её из уравнений Максвелла. При этом классическая теория электродинамики была в основном завершена.

Двадцатый век расширил взгляды на электродинамику, благодаря появлению теории относительности и квантовой механики. Альберт Эйнштейн в своей статье 1905 года, где была обоснована его теория относительности, показал, что электрические и магнитные поля являются частью одного и того же явления, рассматриваемого в разных системах отсчета — мысленный эксперимент, который в конечном итоге помог Эйнштейну в разработке специальной теории относительности. Наконец, квантовая механика была объединена с электродинамикой для формирования квантовой электродинамики (КЭД).

Источник

Из истории открытия магнитного поля тока

Эксперименты Эрстеда, Араго и Ампера, показавшие взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями. Опытное определение направления силовых линий и воздействия на проводник с помощью правила правой руки. Изобретение электромагнита, его задачи.

Рубрика Физика и энергетика
Вид доклад
Язык русский
Дата добавления 13.12.2013
Размер файла 259,1 K
  • посмотреть текст работы
  • скачать работу можно здесь
  • полная информация о работе
  • весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Из истории открытия магнитного поля тока

Магнитные явления были известны ещё в древнем мире: компас был изобретён более 4000 лет назад, и к XII веку он стал известен в Европе. Однако только в XIX веке была обнаружена связь между электричеством и магнетизмом, и возникло представление о магнитном поле.

Первыми экспериментами, показавшими, что между электрическими и магнитными явлениями имеется связь, были опыты датского физика Х. Эрстеда (1777-1851). В своём знаменитом опыте, описываемом ныне во всех школьных учебниках физики и проведённом в 1820 году, он обнаружил, что провод, по которому идёт ток, действует на магнитную стрелку (то есть подвижный магнит).

Эрстед не только провёл свой опыт, но и сделал правильный вывод: «электрический конфликт не ограничен проводящей проволокой, а имеет довольно обширную сферу активности вокруг этой проволоки». Переводя на современный язык, это можно понимать так: «действие тока есть не только внутри провода (его нагревание), но и вокруг (магнитное поле)».

Открытие Эрстеда вызвало необычайный интерес его современников-физиков и послужило началом ряда исследований, показавших сходство магнитного действия тока и действия постоянного магнита. У многих возникал вопрос: а существует ли обратное действие, то есть постоянного магнита на проводник с током? Для поиска ответа проделаем опыт.

Положим на стол полосовой магнит, а над ним подвесим прямой жёсткий проводник на гибких проводах, подводящих ток, но дающих вместе с тем возможность проводнику поворачиваться (рис «а»). Как только мы подключим источник тока, проводник развернётся перпендикулярно к магниту (рис «б»). Другой вариант этого же опыта. Гибкий провод подвешен рядом с вертикально закреплённым магнитом (рис «в»). Когда по проводу идёт ток, то на каждый участок провода действует сила, разворачивающая его перпендикулярно к магниту (рис «г»). Поэтому провод и обвивается вокруг магнита, указывая на «круговой» характер магнитного поля.

Французский физик Ф. Араго (1786-1853) провёл серию своих опытов. Он обмотал медной проволокой стеклянную трубку, в которую вставил железный стержень. Как только был включён ток, стержень сильно намагнитился и к его концу крепко прилипли железные ключи; когда выключили ток, ключи отпали. Так был изобретён электромагнит — устройство, создающее сильное магнитное поле.

Открытие Ф. Араго заинтересовало его соотечественника А. Ампера (1775-1836), и он провёл опыты с параллельными проводниками с токами и обнаружил их взаимодействие (см. рисунок). Ампер показал, что если в проводниках идут токи одинаковых направлений, то такие проводники притягиваются друг к другу (левая часть рисунка). В случае же токов противоположных направлений, их проводники отталкиваются (правая часть рисунка). Как же объяснить такие результаты?

ампер электрический магнитный

Во-первых, нужно было догадаться, что в пространстве, которое окружает постоянные токи и постоянные магниты, возникают силовые поля, называемые магнитными. Для их графического представления изображают силовые линии — это такие линии, в каждой точке которых магнитная стрелка, помещённая в поле, располагается по касательной к этой линии. Эти линии изображают более «густыми» или более «редкими» в зависимости от значения силы, действующей со стороны магнитного поля.

Во-вторых, нужно было проделать опыты и понять, что силовые линии прямого проводника с током представляют собой концентрические (расходящиеся от общего центра) окружности. Силовые линии можно «увидеть», если проводники пропустить сквозь стекло, на которое насыпать мелкие железные опилки. Более того, нужно было догадаться «приписать» силовым линиям определённое направление в зависимости от направления тока в проводнике. То есть, ввести в физику «правило буравчика» или, что то же самое, «правило правой руки», см. рисунок ниже.

Читайте также:  Трансформаторы тока с поверкой 8 лет

В-третьих, нужно было проделать опыты и ввести в физику «правило левой руки», чтобы определять направление силы, действующей на проводник с током, помещённый в магнитное поле, расположение и направление силовых линий которого известно. И лишь после этого, дважды воспользовавшись правилом правой руки и четырежды правилом левой руки, можно было объяснить опыт Ампера.

Силовые линии полей параллельных проводников с током представляют собой концентрические окружности «расходящиеся» вокруг каждого проводника, в том числе туда, где находится второй проводник. Поэтому на него действует магнитное поле, созданное первым проводником, и наоборот: магнитное поле, созданное вторым проводником, достигает первого и действует на него. Направление силовых линий определяется по правилу правой руки, а направление воздействия на проводник — по правилу левой руки.

Остальные, ранее рассмотренные опыты, объясняются аналогично: вокруг магнитов или проводников с током существует магнитное поле, по расположению силовых линий которого можно судить о направлении и величине магнитного поля, а также о том, как оно действует на проводники.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Понятие и основные свойства магнитного поля, изучение замкнутого контура с током в магнитном поле. Параметры и определение направления вектора и линий магнитной индукции. Биография и научная деятельность Андре Мари Ампера, открытие им силы Ампера.

контрольная работа [31,4 K], добавлен 05.01.2010

История открытия магнитного поля. Источники магнитного поля, понятие вектора магнитной индукции. Правило левой руки как метод определения направления силы Ампера. Межпланетное магнитное поле, магнитное поле Земли. Действие магнитного поля на ток.

презентация [3,9 M], добавлен 22.04.2010

Сила взаимодействия магнитного поля и проводника с током, сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Взаимодействие параллельных проводников с током, нахождение результирующей силы по принципу суперпозиции. Применение закона полного тока.

презентация [120,6 K], добавлен 03.04.2010

Содержание закона Ампера. Напряженность магнитного поля, её направление. Закон Био-Савара-Лапласа, сущность принципа суперпозиции. Циркуляция вектора магнитного напряжения. Закон полного тока (дифференциальная форма). Поток вектора магнитной индукции.

лекция [489,1 K], добавлен 13.08.2013

Магнитное поле — составляющая электромагнитного поля, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Магнитные свойства веществ. Условия создания и проявление магнитного поля. Закон Ампера и единицы измерения магнитного поля.

презентация [293,1 K], добавлен 16.11.2011

Источник

Эволюция представлений о магнитном поле

При написании статьи использованы материалы статьи В. Околотина [1].
В истории развития теории магнетизма можно выделить (весьма упрощенно) следующие пять этапов развития: Древний мир, Средневековье – 1820 г., Этап Ампера-Вебера, Этап Фарадея-Максвелла, Электродинамика XXI века.

Фалес начинял магниты “душой”, Эмпедокл толковал об “истечениях”, Платон же пояснял, что “божественная сила магнита передаётся к железу, как вдохновение музы от поэта к слушателю”. А чтобы было понятнее, снисходительно добавлял: “. фигуры атомов, истекающих из магнита и железа, так подходят друг к другу, что легко сцепляются между собой; ударившись о твёрдые части магнита или железа, а затем, отскочив в середину, они одновременно и связываются между собой, и влекут железо”.

2. Средневековье – 1820 г.

Первый европейский трактат “О магнитах” от 1269 года почти на треть не устарел и сегодня. Автор Пьетро Перегрино учит нас определять полярность магнита, применять компас и намагничивать железо. Если магнит сломать, обе половинки останутся магнитами. Причину магнитного притяжения Перегрино ищет в космосе, ибо небо магнитно, и каждая его точка отражается в магните, в котором рождается подобие неба.
А средневековый схоласт Аверроэс наделил магнит даром искривлять пространство возле себя сообразно своей форме. Эти искажения (“специи”) друг за другом, слабея, доходят до железа и влияют на него.
Примерно так же думал и медик английской королевы Гильберт. В 1600 году появился его фундаментальный труд, который сделал придворного медика “дедушкой” электричества и магнетизма. Он проделал 600 опытов, и столь богатый посев не мог не дать плодов. Например, шар, выточенный из магнита, действует на компас, как Земля, значит, наша планета – огромный магнитный шар!
Почитатели Гильберта сразу же перенесли магнетизм Земли на другие планеты. По Галилею, Земля оттого и крутится, что магнитна. По Кеплеру, “магнитные истечения Земли создают около неё магнитные силы, проникающие сквозь все тела”, а “гравитация есть сила, подобная магнетизму – взаимному притяжению”. В 1644 году Рене Декарт заселил мир “вихрями тончайшей материи”. С помощью придуманных двух спиралеобразных частиц с тремя витками разного направления удалось ответить на все тогдашние 34 вопроса по магнетизму.
С небольшими отличиями говорил о том же магнитном флюиде Гюйгенс, а ещё лет через сто Эпинус уточнил: магнитная жидкость грубее электрической и потому с трудом течёт сквозь очень мелкие поры. Не увидел ничего общего между этими жидкостями и военный инженер Кулон, хотя найденные им законы взаимодействия зарядов и магнитных масс (масс магнитного флюида) по форме идентичны.
Учёные стали замечать, что удары молнии намагничивают железные предметы. Не давала им покоя и выявленная зависимость силы от квадрата расстояния, общая по форме для масс, зарядов и полюсов магнита. В их головах постепенно, “подспудно” созревала мысль о связи между электричеством и магнетизмом. И вот, наконец, в 1820 году на лекции профессора Эрстеда слушатели вдруг увидели, как стрелка компаса повернулась поперёк провода с током.

3. Этап Ампера-Вебера

Араго, Био, Дэви, Берцелиус, всерьёз доказывали, что провод с током есть магнит. Магнитные заряды не обнаружены и поныне, однако сторонников преобладания магнетизма над электричеством можно найти и среди современных учёных.
Второй путь избрал Ампер. Всего два месяца прошло после публикации Эрстеда, а он уже потряс мир предельно логичными тезисами. Два параллельных тока притягиваются; значит, притяжение разных полюсов магнитов можно объяснить, посчитав магнит круговым током. Эта идея Ампера давала одну-единственную причину, казалось бы, совсем разным явлениям: взаимодействию токов, тока и магнита, двух магнитов. Мало того, вместе с магнетизмом изгонялись и таинственные “поворачивающие силы” – два кусочка провода с токами всегда действовали друг на друга с силой, направленной по связывающей их линии. Заменив магнит круговыми токами (а потом, по совету Френеля, совокупностью молекулярных токов), Ампер пришёл к выводу, что “всякие допущения существования магнитных жидкостей или магнитных сил, отличных от электрических жидкостей и токов, есть концепция, лишённая оснований”. Зачем рассчитывать по току магнитное поле, а по магнитному полю силу его влияния на другой ток? Силу между двумя токами можно определить сразу, выбросив магнитного “посредника” за ненадобностью.
Тем не менее, Амперу не удалось перечеркнуть древний миф о магнетизме, несмотря на помощь таких корифеев, как Грассман, Риман, Ленц, Гаусс, Нейман и Вебер. Тому было, как это видно сейчас, несколько причин. А главная состояла вот в чём. Увлечённый постоянными во времени процессами, Ампер не смог или не успел, в отличие от Фарадея, открыть и объяснить в рамках своей, теории, почему изменение тока в одном проводе приводит к наведению тока в другом.

4. Этап Фарадея-Максвелла

Основные идеи Фарадея
Фарадей спас магнетизм, введя силовые линии. Невидимые линии натянулись в пространстве, словно упругая резиновая сетка, по которой передавалось силовое влияние. Кроме эластичной упругой паутины магнитных линий, Вселенная затянулась такими же сетками “тяготения”, “электростатической индукции” и т. д.
Своими “сетками” Фарадей превратил пространство в активную зону, вмещающую все тела. “Почему медь проводит ток, а сургуч нет?” – спрашивал Фарадей. Атомы меди и сургуча разобщены, далеки друг от друга, и, стало быть, определения “проводит” и “не проводит” относятся не к атомам, а к пространству, обволакивающему вещество. Противоречивость свойств пространства (оно то изолятор, то проводник) Фарадей отнёс за счёт неправильности исходной атомистической теории о независимом существовании тел и пространства. Атомизм пришлось заменить теорией пространства, которое брало на себя все активные функции, не дожидаясь помощи чего-либо другого. Так Фарадей подготовил почву для ещё более радикальных взглядов своих последователей.

Развитие идей Фарадея и их экспериментальное обоснование
Согласно Пойнтингу ток переносит энергию вовсе не в проводнике, а вдоль него снаружи. Столь необычные взгляды до сих пор трудно усвоить. Но с их помощъю удалось объяснить все известные явления и даже предсказать новые! Например, связанные волны электричества и магнетизма пульсируют, достигая антенны радиоприемника, – это сбывшееся пророчество Максвелла разве не подтверждает правоты Фарадея? Отключается источник, но ток в цепи затухает не сразу – значит, деформированная магнитная сетка, распрямляясь, отдаёт запасённую энергию току. Почему при включении постоянный ток нарастает как бы с трудом? Он совершает работу, искривляя магнитную паутину мира, которая (как сжатая пружина) запасает энергию и только ждёт любой возможности, чтобы распрямиться. Почему появляется ток в проводнике, скользящем в магнитном поле? Потому что он “режется” эластичными магнитными линиями – электроэнергия равна механической работе продавливания провода через упругий частокол. Свет – просто-напросто поперечное дрожание электрических и магнитных линий, сообщённое им Солнцем. Слюда увеличивает ёмкость конденсатора, засасывая и сгущая в себе электрическую сетку мира. То же самое проделывает железо с магнитной паутиной.

Читайте также:  Презентация амперметр измерение силы тока 8 класс физика перышкин

Некоторые проблемы электродинамики Фарадея-Максвелла
Время от времени подобную методику объяснения электромагнитных явлений приходилось корректировать, но все трудности считались трудностями роста. Уравнения Максвелла годились для неподвижных тел в неподвижном пространстве. Но лаборатория может перемещаться по Земле, сама Земля крутится вокруг Солнца, а Солнце мчится в Галактике и т. д. Силовые сетки надо было к чему-то привязать, а это рождало множество проблем. Драматические поиски выхода из положения привели в конце концов к такой картине мира: жёсткий диэлектрический эфир в пространстве неподвижен, телами не увлекается, но при перемещении сквозь него тела сплющиваются в направлении хода. Работа, затрачиваемая на это укорочение, должна вызывать подток энергии из дальних эфирных зон. Уравнения Максвелла пришлось “подремонтировать”, а скорость света стала независимой от скорости излучателя и приёмника. Несколько позднее было отброшено и представление об эфире, ибо поле перестало нуждаться в особом носителе.
Все эти меры по спасению методики неизбежно повлекли за собой некоторые ограничения кругозора учёных. “Хотя мы всё время интересуемся состоянием среды, заполняющей поле. мы не можем сказать о нём слишком много”, – признался Лоренц и добавил, что “реальной необходимости в этом нет. Поэтому математические соотношения приобретают исключительное значение”.
Ещё большее предпочтение математике за счёт физики сделал Эйнштейн: “. надо допустить, что пространство обладает физическим свойством передавать электромагнитные волны, и не слишком много заботиться о смысле этого утверждения”.

Вклад Г. А. Лоренца в электродинамику. Отказаться от магнетизма вслед за Ампером трудно, а превратить вещество в тень поля, подобно Фарадею, и вовсе невозможно. От Стони, который предложил термин “электрон” и рассчитал заряд одного иона на примере электролиза, демокритовская эстафета о зернистости сущего пришла к Лоренцу.
Забыв свои рекомендации о ненужности гипотез, он в мельчайших деталях разработал великолепную гипотезу об электронах. Так же как Фарадей “видел” силовые линии, так же и Лоренц почти осязал “крайне малые электрически заряженные частички, которые в громадном количестве присутствуют во всех весомых телах”. Электроны несли на себе свои поля, излучали энергию при торможении или ускорении, деформировались в блинообразное тело. При этом заряды на их поверхности перераспределяются, а сами “диски” под давлением эфира стремятся отклониться от трассы, что можно пояснить введением двух масс электрона – продольной и поперечной. Это смелое умозрительное построение блестяще подтвердилось!

На чём базируется современная электродинамика
Сейчас мы уверенно называем электрическим током движение зарядов именно в проводнике. С этих позиций весьма неубедительно выглядят доводы Фарадея о сути различия между сургучом и медью и об исключительной роли пространства. Трудно поверить и в то, что заряд вторичен по отношению к первичному электрическому полю. Невольно усомнишься и в теории Пойнтинга: энергия переноса зарядов сосредоточена вовсе не в самих движущихся зарядах, а вне их – в магнитном поле, распростёршемся в бесконечные дали.
И, тем не менее, на подобных взглядах базируется всё здание современного электромагнетизма! Современным специалистам в разных областях электротехники не так-то легко с первой попытки найти взаимопонимание. Например, при расчёте электрических полей и цепей приходится пользоваться совершенно различной терминологией. Зияет пропасть между классическим электромагнетизмом, преподаваемым в технических вузах, и квантовой электродинамикой.
Всё реже используются образные представления Фарадея о “силовых трубках”. Убран из пространства за ненадобностью эфир Максвелла. Стойко сохраняют последние рубежи магнитные массы Кулона и формулы “дополевых” теоретиков – сторонников дальнодействия. Силы между токами рассчитываются по Амперу, а наведение токов трактуется по диаметрально противоположной методике Фарадея. Энергия тока приравнивается или к энергии движущихся зарядов, или к энергии магнитного поля. Правда, взгляды Пойнтинга предпочтительнее, ибо носителем энергии всё же считается поле.

Критика концепции магнитного поля
Примерно каждый шестой из авторов многочисленных учебников считает, что магнитное поле – это то, что окружает летящий заряд. Каждый пятый называет поле особым состоянием пространства, особым физическим процессом или особым видом движения материи. Остальные же авторы дают более “солидную” формулировку, сводя магнитное поле к полю сил, которые действуют на движущийся заряд или на электрический ток. Все эти определения внушают сомнения.
Представьте, что рядом с магнитом находится заряженная частица. Если она неподвижна, то магнит на неё не действует. Тронулась с места частица, и появилась сила. И она тем значительнее, чем больше скорость частицы. Мало того, изменится направление движения, изменится и направление силы. Короче говоря, в одной и той же точке около магнита сила может принимать любое значение и любое направление в зависимости от скорости и направления движения частицы. Магнитное поле неизменно, а силовое поле переменно.
Критические для теории магнитного поля факты:
• Одно и то же магнитное поле порождает разные силы в зависимости от скорости заряда, поэтому магнитное поле не может быть силовым.
• Один и тот же заряд порождает в одной и той же точке пространства магнитное поле любой величины и направления.
• Магнитного поля в зазоре нет, а провод реагирует на каждый магнит по отдельности (парадокс Бьюли).
В квантовой электродинамике начинают отдавать предпочтение расчётам с помощью векторного и скалярного потенциалов, отходя, таким образом, от электродинамики Фарадея-Максвелла

О некоторых парадоксах электродинамики
Магнитное поле обладает не только определённой интенсивностью, но и направлением, как вода в реке. Совместим две встречные магнитные “реки” одной силы в одном русле. Теоретически они должны как бы погасить друг друга. Однако на практике это происходит далеко не всегда.
Между двумя магнитами, повёрнутыми друг к другу одноимёнными полюсами, находится провод. Магнитное поле в зазоре уничтожено. Однако, если сдвинуть магниты в разные стороны, в проводе наведётся такой ток, словно бы поля магнитов и не думали вычитаться.
А с 1926 года известен другой парадокс. Снаружи очень длинной катушки с током магнитного поля нет, поля отдельных витков как бы компенсируют друг друга. Тем не менее, на частицу, летящую мимо соленоида, действует сила.

5. Электродинамика XXI века

Для создания новой, непротиворечивой, безмагнитной электродинамики, на мой взгляд, необходимо:
1. Отказаться от понятия магнитного поля, как реально существющей материальной сущности. Термин «Магнитное поле» рекомендую заменить на другой термин, скажем на термин «Электродинамическое поле». Вектор индукции магнитного поля В тогда можно будет назвать вектором индукции электродинамического поля. Провести ревизию остальных терминов электродинамики Фарадея-Максвелла с целью максимального использования хорошо зарекомендовавших себя методов расчёта.
2. Понятие силовой линии электродинамического поля оставить в арсенале, как, очевидно, весьма полезное, но лишь в рамках математического формализма.
3. Создать новую теорию распространения электрических (по-старому, электромагнитных) колебаний, отказавшись от схемы Максвелла: Вихр.электр. поле – Ток смещения – Магнитное поле – Вихр. электр. поле и т.д.
4. Признать, наконец-то эфир (физический вакуум плюс светоносный эфир и ещё что-то) объективной реальностью и абсолютной системой отсчёта.
5. Официально признать СТО А. Эйнштейна ложной и на базе ТО Г. Лоренца разработать новую релятивистскую электродинамику.
Предлагаю читателю самому продолжить этот список, чтобы хоть в какой-то мере охватить весь грандиозный план по созданию электродинами XXI столетия.

1. В. Околотин, к.т.н. Теперь это называют магнитным полем.
«Техника–молодёжи», 1973, №12, стр. 20
22.01.2015

Источник

Магнетизм — от Фалеса до Максвелла

Магнетизм - от Фалеса до Максвелла Еще за тысячу лет до первых наблюдений электрических явлений, человечество уже начало накапливать знания о магнетизме. И всего четыреста лет тому назад, когда становление физики как науки только началось, исследователи отделили магнитные свойства веществ от их электрических свойств, и только после этого начали изучать их самостоятельно. Так было положено экспериментальное и теоретическое начало, ставшее к середине 19 века фундаментом единой теории электрических и магнитных явлений.

Похоже, что необычные свойства магнитного железняка были известны еще в период бронзового века в Месопотамии. А после начала развития железной металлургии люди заметили, что он притягивает изделия из железа. О причинах этого притяжения задумывался и древнегреческий философ и математик Фалес из города Милет (640−546 гг. до н. э.), он объяснял это притяжение одушевленностью минерала.

Читайте также:  Реакция якоря коллекторной машины постоянного тока это

Фалес из города Милет

Греческие мыслители представляли, как невидимые пары окутывают магнетит и железо, как эти пары влекут вещества друг к другу. Слово «магнит» могло произойти он названия города Магнесии-у-Сипила в Малой Азии, недалеко от которого залегал магнетит. Одна из легенд рассказывает, что пастух Магнис как-то оказался со своими овцами рядом со скалой, которая притянула к себе железный наконечник его посоха и сапоги.

В древнекитайском трактате «Весенние и осенние записи мастера Лю» (240 г. до н. э.) упоминается свойство магнетита притягивать к себе железо. Через сто лет китайцы отметили, что магнетит не притягивает ни медь, ни керамику. В 7-8 веках они заметили, что намагниченная железная игла, будучи свободно подвешена, поворачивается по направлению к Полярной звезде.

Так ко второй половине 11 века в Китае начали изготавливать морские компасы, которые европейские мореплаватели освоили лишь через сто лет после китайцев. Тогда китайцы уже обнаружили способность намагниченной иглы отклоняться в направлении восточнее северного, и открыли таким образом магнитное склонение, опередив в этом европейских мореплавателей, пришедших к точно такому выводу только в 15 столетии.

Компас

В Европе первым свойства природных магнитов описал философ из Франции Пьер де Марикур, который в 1269 году пребывал на службе в армии сицилийского короля Карла Анжуйского. В период осады одного из итальянских городов, он отправил другу в Пикардию документ, вошедший в историю науки под названием «Письмо о магните», где и рассказал о своих экспериментах с магнитным железняком.

Марикур отметил, что в любом куске магнетита есть две области, которые особенно сильно притягивают к себе железо. Он заметил в этом сходство с полюсами небесной сферы, поэтому позаимствовал их названия для обозначения областей максимума магнитной силы. Оттуда и пошла традиция называть полюса магнитов южным и северным магнитными полюсами.

Марикур писал, что если разбить любой кусок магнетита на две части, то в каждом осколке появятся собственные полюса.

Магнитные материалы

Марикур впервые связал эффект отталкивания и притяжения магнитных полюсов с взаимодействием разноименных (южного и северного), либо одноименных полюсов. Марикур по праву считается пионером европейской экспериментальной научной школы, его заметки о магнетизме воспроизводились в десятках списков, а с появлением книгопечатания издавались в форме брошюры. Их цитировали многие ученые натуралисты вплоть до 17 столетия.

С трудом Марикура был хорошо знаком и английский естествоиспытатель, ученый и врач Уильям Гильберт. В 1600 году он опубликовал труд «О магните, магнитных телах и большом магните — Земле». В этом труде Гильберт привел все известные на тот момент сведения о свойствах природных магнитных материалов и намагниченного железа, а также описал свои собственные опыты с магнитным шаром, в которых воспроизвел модель земного магнетизма.

Уильям Гильберт

В частности он опытным путем установил, что на обоих полюсах «маленькой Земли» стрелка компаса поворачивается перпендикулярно ее поверхности, у экватора устанавливается параллельно, а на средних широтах — поворачивается в промежуточное положение. Таким образом Гильберту удалось смоделировать магнитное наклонение, о котором в Европе знали более 50 лет (в 1544 году его описал Георг Хартман, механик из Нюрнберга).

Гильберт воспроизвел также геомагнитное склонение, которое он приписал не идеально гладкой поверхности шара, а в масштабе планеты объяснил этот эффект притяжением между континентами. Он обнаружил, как сильно разогретое железо теряет свои магнитные свойства, а при охлаждении – восстанавливает их. Наконец, Гильберт первым четко различил притяжение магнита и притяжение янтаря, натертого шерстью, которое назвал электрической силой. Это был поистине новаторский труд, оцененный как современниками, так и потомками. Гильберт открыл, что Землю будет правильным считать «большим магнитом».

До самого начала XIX века наука о магнетизме продвинулась очень немного. В 1640 году Бенедетто Кастелли, ученик Галилея, объяснил притяжение магнетита множеством очень маленьких магнитных частиц, входящих в его состав.

В 1778 году Себальд Бругманс, уроженец Голландии, заметил, как висмут и сурьма отталкивали полюса магнитной стрелки, что стало первым примером физического феномена, который позже Фарадей назовет диамагнетизмом.

Шарль-Огюстен Кулон в 1785 году, посредством точных измерений на крутильных весах, доказал, что сила взаимодействия магнитных полюсов между собой обратно пропорциональна квадрату расстояния между полюсами — так же точно, как и сила взаимодействия электрических зарядов.

С 1813 года датский физик Эрстед усердно пытался экспериментально установить связь электричества с магнетизмом. В качестве индикаторов исследователь использовал компасы, но долго не мог достичь цели, ведь он ожидал, что магнитная сила параллельна току, и располагал электрический провод под прямым углом к стрелке компаса. Стрелка никак не реагировала на возникновение тока.

Эрстед

Весной 1820 года, во время одной из лекций, Эрстед натянул провод параллельно стрелке, причем не ясно, что привело его к этой идее. И вот стрелка качнулась. Эрстед почему-то прекратил эксперименты на несколько месяцев, после чего вернулся к ним и понял, что «магнитное воздействие электрического тока направлено по окружностям, охватывающим этот ток».

Вывод был парадоксальным, ведь раньше вращающиеся силы не проявляли себя ни в механике, ни где-либо еще в физике. Эрстед написал статью, где изложил свои выводы, и больше электромагнетизмом так и не занимался.

Осенью того же года француз Андре-Мари Ампер приступил к опытам. Перво-наперво повторив и подтвердив результаты и выводы Эрстеда, в начале октября он обнаружил притяжение проводников, если токи в них направлены одинаково, и отталкивание, если токи противоположны.

Андре-Мари Ампер

Ампер изучил также взаимодействие между непараллельными проводниками с током, после чего описал его формулой, названой позже законом Ампера. Ученый показал и то, что свернутые в спираль провода с током поворачиваются под действием магнитного поля, как это происходит со стрелкой компаса.

Наконец, он выдвинул гипотезу о молекулярных токах, согласно которой внутри намагниченных материалов имеют место непрерывные микроскопические параллельные друг другу круговые токи, служащие причиной магнитного действия материалов.

В то же время Био и Савар совместно вывели математическую формулу, позволяющую вычислять интенсивность магнитного поля постоянного тока.

И вот, к концу 1821 года Майкл Фарадей, уже работавший в Лондоне, изготовил устройство, в котором проводник с током вращался вокруг магнита, а другой магнит поворачивался вокруг другого проводника.

Майкл Фарадей

Фарадей выдвинул предположение, что и магнит, и провод окутаны концентрическими силовыми линиями, которые и обуславливают их механическое воздействие.

Со временем Фарадей уверился в физической реальности силовых магнитных линий. К концу 1830-х ученый уже четко осознавал, что энергия как постоянных магнитов, так и проводников с током, распределена в окружающем их пространстве, которое заполнено силовыми магнитными линиями. В августе 1831 года исследователю удалось заставить магнетизм производить генерацию электрического тока.

Устройство состояло из железного кольца с расположенными на нем двумя противоположными обмотками. Первую обмотку можно было замыкать на электрическую батарею, а вторая соединялась с проводником, помещенным над стрелкой магнитного компаса. Когда по проводу первой катушки тек постоянный ток, стрелка не меняла своего положения, но начинала качаться в моменты его выключения и включения.

Фарадей пришел к заключению, что в эти моменты в проводе второй обмотки возникали электрические импульсы, связанные с исчезновением или возникновением магнитных силовых линий. Он сделал открытие, что причиной возникающей электродвижущей силы является изменение магнитного поля.

В ноябре 1857 года Фарадей написал письмо в Шотландию профессору Максвеллу с просьбой придать математическую форму знаниям об электромагнетизме. Максвелл просьбу выполнил. Понятие электромагнитного поля нашло место в 1864 году в его мемуарах.

Максвелл ввел термин «поле» для обозначения части пространства, которая окружает и содержит тела, пребывающие в магнитном или электрическом состоянии, причем он особо подчеркнул, что само это пространство может быть и пустым и заполненным совершенно любым видом материи, а поле все равно будет иметь место.

Максвелл

В 1873 году Максвелл издал «Трактат об электричестве и магнетизме», где представил систему уравнений, объединяющих электромагнитные явления. Он дал им название общих уравнений электромагнитного поля, и по сей день они зовутся уравнениями Максвелла. По теории Максвелла магнетизм – это взаимодействие особого рода между электрическими токами. Это фундамент, на котором построены все теоретические и экспериментальные работы, относящиеся к магнетизму.

Источник