Максвелл начинает «атаковать электричество»

Постепенно Джеймс все более склоняется к исследованию электрических явлений «в силу их интригующей непонятности». Много лет назад в его «самодельной лаборатории» можно было увидеть и самодельные магниты, и гальванические элементы. Еще в Эдинбургском университете он был потрясен величайшими открытиями Фарадея. Максвелл пишет письмо Томсону – самому известному после Фарадея физику. Письмо, в котором сообщает о своем желании начать «атаковать электричество».

В конце 1854 г. Максвелл подверг подробному анализу исследования Ампера и Фарадея. Он восхищается открытием Ампером закона взаимодействия токов, и считает, что тот проявил блестящее знание математики, однако следовал ошибочной (в то время всеми признанной) теории «дальнодействия». Ампер полагал, что элементы токов действуют друг на друга через пространство, без участия среды, окружающей проводники с током.

Как писал один из биографов, усомниться в теории «дальнодействия» «…мог только нестандартно мыслящий ум».

Этой теории Максвелл противопоставляет «магнитные линии сил», открытые великим Фарадеем, не знавшим математики, но смело противопоставлявшим «математическому камуфляжу» здравый смысл реалиста: «Как что-то может действовать на что-то через ничто?». Напомним, что в 1831 г. в одном из первых опытов, приведших к открытию явления электромагнитной индукции, Фарадей доказал, что если две изолированные друг от друга проволочные катушки будут помещены сначала на деревянное (или картонное) кольцо, а затем на железное, то в последнем случае при размыкании или замыкании электрической цепи с первичной катушкой стрелка гальванометра в цепи вторичной катушки отклоняется на значительно больший угол. Следовательно, влияние среды, окружающей катушки, точнее магнитное поле (но этого термина Фарадей не употреблял), резко усиливается при замене дерева железным сердечником.

Максвелл утверждал, что каждый электрический ток окружен магнитным полем и «метод Фарадея» можно выразить в математической форме. Убедительной иллюстрацией справедливости утверждения Максвелла служит формулирование Фарадеем закона электромагнитной индукции: «…количество приведенного в движение электричества прямо пропорционально числу пересеченных силовых линий». В одном из своих уравнений Максвелл формулирует закон электромагнитной индукции, утверждая, что электродвижущая сила, возникающая в контуре при изменении магнитного потока, пропорциональна скорости изменения этого потока, и впервые вводит в свое уравнение широко известное в наше время выражение:

Максвелл понимал, что гениальные фарадеевские магнитные линии не пригодны для расчетов, в то время как стремительно развивающаяся электротехника, в частности, средства связи, получившие «романтический образ» в виде трансатлантического телеграфа, требовали математического решения новых проблем. Вместе с В. Томсоном Максвелл ищет физическую аналогию электрическим явлениям и находит ее в труде знаменитого французского ученого Ж. Б. Фурье «Аналитическая теория тепла», вышедшем в 1822 г.

Справедливости ради нужно отметить, что впервые аналогию между электрическими и тепловыми явлениями применил знаменитый немецкий физик Г.С. Ом, когда Максвелла еще не было на свете. В теории Фурье тепловой поток между двумя телами или двумя частями одного и того же тела объяснялся разностью температур. Ом уподобил электрический ток в проводнике «тепловому потоку», вызванному разностью «электрических сил». По аналогии с формулой, выведенной Фурье для теплового потока, Ом нашел формулу для электрического тока, которая была приведена в его фундаментальном труде в 1827 г., и дал формулировку своему известному закону электрической цепи, носящему ныне его имя. Ом также успешно воспользовался и гидравлической аналогией – течением воды в трубах, вызванным разностью уровней расположения труб и их диаметром.

Перейти на страницу: 1 2 3

Другое по технологическим наукам

Научный подвиг «Ньютона электричества»
Имя Ампера дано одной из основных электрических единиц. Теперь тысячи людей произносят слово «ампер», почти ничего не зная об этом человеке. В то время, как бренное тело его превратилось в прах, его имя стало достоянием человечества. Французский академик Д. Бертло Тринадцатилетний ав ...