- •Глава III Электрическое смещение.
- •§ 45. Общая характеристика электромагнитных процессов.
- •§ 47. Электрическое смещение. Основные положения Максвелла.
- •1) В настоящее время диэлектрическую постоянную принято обозначать через .
- •2) Курсив переводчика.
- •§ 48. Мера электрического смещения.
- •§ 49. Ток смещения.
- •§ 50. Теорема Максвелла.
- •§ 51. Природа электрического смещения.
- •§ 52. Пояснения к теореме Максвелла. Выводы из основной
- •§ 53. Математическая формулировка принципа непрерывности
- •§ 54. Механическая аналогия.
- •§ 55. Непрерывность тока в случае электрической конвекции.
- •§ 56. Сложные примеры непрерывности тока.
- •Глава IV. Электрическое поле.
- •§ 57. Связь электрического поля с электромагнитными процессами. Область электростатики.
- •§ 58. Закон Кулона и вытекающие из него определения и соотношения.
- •§ 59. Электродвижущая сила и разность потенциалов. Закон электродвижущей силы.
- •1) Maxwell, Treatise on Electricity and Magnetism, Vol. I, § 45.
- •§ 60. Электрическая деформация среды.
- •§ 61. Линии смещения.
- •§ 62. Трубка смещения.
- •§ 63. Фарадеевские трубки.
- •§ 64. Фарадеевская трубка и количество электричества, с нею связанное.
- •§ 65. Вторая формулировка теоремы Максвелла.
- •§ 66. Электризация через влияние. Теорема Фарадея.
- •§ 67. Энергия электрического поля.
- •§ 68. Механические проявления электрического поля.
- •§ 69. Преломление фарадеевских трубок.
- •§ 70. Электроемкость и диэлектрическая постоянная.
- •§ 71. Свойства диэлектриков.
- •1) Maxwell. Treatise on Electricity and Magnetism, Vol. I, § 59 (в конце).
- •Глава V. Природа электрического тока.
- •§ 72 Общие соображения о природе тока.
- •1) Faraday, Experimental Researches in Electricity, § 3303.
- •1) Maxwell, Treatise on El. And Magn., Vol. II, § 572.
- •2) Faraday, Experimental Researches in Electricity, §§ 517, 1642, 3269.
- •§ 73. Движение электричества внутри проводников.
- •2) Maxwell, Treatise on El. And Magn., Vol II, § 569.
- •§ 74. Участие электрического поля в процессе электрического тока.
- •§ 75. Участие магнитного поля в процессе электрического тока.
- •Глава VI.
- •§ 76. Общие соображения.
- •§77. Ионы.
- •1 J. J. Thomson, Conduction of electricity through gases § 10.
- •§ 78. Ионизирующие агенты.
- •§ 79. Заряд и масса иона.
- •§ 80. Влияние давления газа на характер разряда.
- •§ 81. Различные стадии прохождения тока через газы
- •§ 82. Основные соотношения, характеризующие ток через газы.
- •§ 83. Тихий разряд. Корона.
- •§ 84. Разрывной разряд.
- •§ 85. Вольтова дуга.
- •§ 86. Дуговые выпрямители.
- •§ 87. Различные стадии разряда через газы при малых
- •1) На рис. 145 свечение отмечено черными штрихами.
- •§ 88. Прохождение электрического тока через пустоту.
- •§ 89. Пустотные электронные приборы.
- •§ 90. Заключение.
- •Глава VII. Электродинамика.
- •§ 91. Основные положения Максвелла.
- •1) „Something progressive and not a mere arrangement" (Exp. Res., 283).
- •1) См., например, и. В. Мещерский, „Теоретическая механика", ч. II.
- •§ 94. Выбор обобщенных координат для электродинамической системы.
- •§ 95. Энергия: пондеро-кинетическая, электрокинетическая и нондеро-электрокинетическая.
- •1) Термин „пондеро-кинетическая" происходит от латинского слова pondus (род. П. Ponderis), обозначающего вес, и, таким образом, указывает на то, что
- •§ 96. Общее обследование сил, действующих в электродинамической системе.
- •1) Ради простоты мы здесь опускаем индексы, указывающие, к кой именно цепи относятся рассматриваемые величины
- •§ 97. Электрокинетическая энергия.
- •§ 98. Электродвижущая сила самоиндукции.
- •§ 99. Коэффициент самоиндукции.
- •§ 100. Электродвижущая сила взаимной индукции.
- •§ 101. Коэффициент взаимной индукции.
- •§ 102. Связь между коффициентами самоиндукции и взаимной
- •§ 103. Общие выражения для магнитных потоков, сцепляющихся с отдельными контурами системы.
- •§ 104. Общие выражения для электродвижущих сил, индуктируемых в отдельных цепях системы.
- •§ 105. Роль короткозамкнутой вторичной цепи.
- •§ 106. Действующие коэффициенты самоиндукции и взаимной индукции.
- •§ 107. Электромагнитная сила. Общие соображения.
- •1) Как в этой, так и в других приведенных в настоящей параграфе формулировках речь идет о полной магнитной потоке, т. Е. О полном числе сцеплений потока с рассматриваемым контуром.
- •§ 108. Условия возникновения электромагнитной силы.
- •§ 109. Случай сверхпроводящнх контуров.
- •§ 110. Случай контура с током во внешней магнитном поле.
- •§ 111. Основная роль бокового распора и продольного тяжения магнитных линий.
- •§ 112. Случай прямолинейного проводника во внешнем магнитном поле.
- •§ 113. Электромагнитные взаимодействия в асинхронном двигателе.
- •§ 114. Величина и направление электромагнитной силы в случае одного контура с током.
- •1) Pinch — по-английски означает „ущемление".
- •§ 115. Величина и направление силы электромагнитного взаимодействия двух контуров с током.
- •§ 116. Случай электромагнитного взаимодействия любого числа
- •§ 117. Электромагнитная сила, действующая на участок проводника с током, расположенный во внешней магнитном поле.
- •Глава VIII. Движение электромагнитной анергии.
- •§ 118. Электромагнитное поле.
- •1) См. Maxwell. Treatise on Electricity and Magnetism, Vol. II §§ 822 и 831 (в отделе — On the hypothesis of Molecular Vortices).
- •§ 119. Основные уравнения электромагнитного поля.
- •§ 120. Общий характер дифференциальных уравнений электромагнитного поля,
- •§ 121. Распространение электромагнитной энергии.
- •§ 123. Опытные данные, подтверждающие теорию Максвелла.
- •§ 124. Опыты Герца.
- •§ 125. Механизм движения электромагнитной энергии. Вектор
- •§ 126. Распространение тока в металлических массах. Поверхностный аффект.
- •1) Так как, вообще,
- •1) При этом мы меняем порядок дифференцирования, т. Е. Берем сначала производную по у, а затем по t. Как известно, на результат это не влияет.
- •1) P. Kalantaroff. Les equations aux dimensions des grandeurs electriques .Et magnetiques. — Revue Generale de l'Electricite, 1929, t, XXV, № 7, p. 235.
Глава III Электрическое смещение.
§ 45. Общая характеристика электромагнитных процессов.
В предыдущих главах мы коснулись одной стороны электромагнитных явлений, а именно, рассмотрели некоторые общие свойства магнитного потока и магнитного поля. Теперь сосредоточим наше внимание на другой стороне этих явлений, имеющей отношение к тому, что мы называем электричеством.
Вся совокупность наших современных знаний свидетельствует о тесной связи между магнитными и электрическими явлениями. В настоящее время не подлежит никакому сомнению, что всякое магнитное поле, где бы и когда бы оно ни наблюдалось, неизменно сопровождается наличием движения электричества, т. е. электрокинетическим процессом, иными словами, электрическим током. Внутренний смысл закона магнитной цепи (§ 18) именно, и заключается в этом утверждении. Действительно, соотношение (12):
=F/R
гласит, что магнитный поток , рассматриваемый нами как основной процесс, происходящий в магнитном поле, может иметь конечное значение только тогда, когда магнитодвижущая сила F не равна нулю, ибо магнитное сопротивление R никогда не может быть бесконечно мало. Но магнитодвижущая сила есть по существу своему не что иное, как мера силы электрического тока, сцепляющегося с контуром рассматриваемого элементарного магнитного потока ср. Следовательно, если мы имеем магнитное поле, другими словами, если в данном пространстве существует магнитный поток, т. е. если 0, то, хотя бы в части пространства, доступной нашему наблюдению, и не было никаких явных электрических токов, мы все же должны утверждать, что
F0.
165
Таким образом, в данном случае электрический ток обязательно где-либо должен существовать, сцепляясь при этом с контуром магнитного потока. Иногда магнитный поток может на некоторой доле своего протяжения проходить через части системы, не доступные нашему непосредственному обследованию, например, через тело постоянного магнита, или выходить далеко за пределы рассматриваемой системы. Поэтому нередко на опыте мы имеем дело с магнитным полем, связь которого с каким-либо электрическим током не бросается в глаза. Тем не менее эта связь всегда есть. Магнитного поля самого по себе, — магнитного поля, не имеющего никакого отношения к движению того, что мы называем электричеством,— мы не можем себе представить, и такового, повидимому, в природе не существует.
С другой стороны, если в магнитном поле происходит какое-либо изменение, которое с фарадеевской и максвелловской точек зрения можно понимать только как результат соответствующего перераспределения магнитного потока, т. е. как результат движения магнитных линий, то в пространстве, где происходит это движение, всегда и неизменно наблюдается возникновение электрического поля. При этом особенно важно отметить то обстоятельство, что в рассматриваемом случае возникновение электрического поля может наблюдаться и при полном отсутствии каких бы то ни было электрических зарядов, непосредственно связанных с этим полем.
Итак, мы видим, что существует обширный класс физических процессов, в которых магнитные явления и электрические явления должны быть рассматриваемы не обособленно, а как две стороны одного, по существу неделимого, сложного процесса, называемого, именно, по этой причине электромагнитным. То пространство, в котором одновременно обнаруживаются магнитное и электрическое поля, как необходимо сопровождающие друг друга проявления единого процесса, называется электромагнитным полем.
Есть некоторые основания предполагать, что и в тех случаях, когда нам кажется, будто мы имеем дело с чисто электрическим полем, как таковым, на самом деле существуют и элементы магнитного поля, только лишь недостаточно выявленные. Мы имеем в виду так называемое электростатическое поле, которое всегда наблюдается в пространстве, окружающем заряженное электрически тело. Но электрический заряд тела мы не можем в настоящее время мыслить иначе, как обусловленный существованием элементарных электрических зарядов, атомов электричества. Что касается атомов отрицательного электричества, электронов, то современный физический опыт знает их только в движении. Электроны, входящие в состав атома материи, совершают непрерывное движение по эллиптическим и круговым орбитам вокруг некоторого центра. Свободные электроны, являющиеся продуктами распада атомов материи или вырываемые из этих атомов благодаря каким-либо внешним воздействиям, наблюдаются нами на опыте только как электроны, движущиеся с большими или меньшими скоростями, но никогда — как электроны неподвижные. Таковые, повидимому, не существуют.
166
Атомы положительного электричества изучены в настоящее время менее, чем электроны. Из некоторых опытных исследований выяснилось, однако, что размеры элементарного положительного заряда— того же порядка, что и размеры электрона. Наблюдаемые на опыте атомы положительного электричества мы имеем опять же в движении. Обычно мы имеем с ними дело, в -частицах, являющихся ядром атома гелия, связанным с двумя атомами положительного электричества. При этом необходимо отметить, что большие скорости -частиц, выделяющихся при распаде атомов материи, свидетельствуют о том, что внутри атомов материи элементарные положительные заряды не находятся в покое. Вообще та структура, которую мы приписываем частицам любого материального тела, имеет кинетическую природу: элементарные электрические заряды как отрицательные, так и положительные необходимо мыслить находящимися в непрерывном движении того или иного характера. Ввиду этого совершенно естественно ожидать, что и избыточные заряды, положительные или отрицательные, сообщающие некоторому материальному телу явное электрическое состояние, т. е. обусловливающие его положительную или отрицательную электризацию и связанное с последней внешнее электрическое поле, вообще говоря, не остаются неподвижными на поверхности заряженного тела, а в большей или меньшей степени участвуют в том движении, которое совершают все элементарные электрические заряды, которые входят в состав тела. В таком случае всякое заряженное тело мы вправе рассматривать как очень сложную электромагнитную систему, в которой магнитное поле, в силу его внутримолекулярного характера, мы не в состоянии обнаружить извне обычными средствами, подобно тому как мы непосредственно не замечаем внутримолекулярных и внутриатомных электрических токов в веществе постоянного магнита. А между тем обычно мы рассуждаем так, как будто бы электрическое поле, наблюдаемое нами в пространстве, окружающем заряженные тела, не имеет никакой связи с каким-либо основным электромагнитным процессом. К сказанному можно добавить еще следующее. Хотя мы в настоящее время еще ничего определенного не знаем о том, что собою представляет атом электричества, какова его природа, однако, не исключена возможность того, что при ближайшем обследовании этого вопроса выяснится чисто электромагнитная природа электронов и атомов положительного электричества.
Серьезным доводом в пользу этого утверждения является возможность возникновения и существования электрического поля вне связи с каким бы то ни было электрическими зарядами, а как бы в результате движения магнитного потока. Пример подобного электрического поля мы имеем в процессе электромагнитного излучения, кванты которого представляют собою самостоятельные электромагнитные комплексы, не связанные, вообще говоря, с какими-либо зарядами. Весьма поэтому возможно, что и так называемый „элементарный электрический заряд" есть не что иное, как особый электромагнитный комплекс, так построенный, что связанное с ним
167
электрическое поле выявляется более отчетливо, чем другая сторона этого комплекса—магнитное поле. Повидимому, структура элементов „электрического заряда" сама по себе тесно связана с тем, что мы можем себе представить, как элемент магнитного потока.
Итак, насколько нам позволяет судить опыт и весь объем современных физических знаний, в природе не может быть совершенно самостоятельного магнитного поля как такового и электрического поля как такового. Вообще существует, как основное явление, электромагнитное поле. Только благодаря ограниченности наших органов восприятия и неспособности охватить все в целом, мы нередко обращаем внимание лишь на одну или другую сторону электромагнитного процесса. Нам бывает удобнее изучать порознь магнитные и электрические явления. Иногда они действительно кажутся нам вполне обособленными. Чистую условность § 46. Непрерывность электрического тока.
Насколько существенную роль в учении о магнитном поле играет принцип непрерывности магнитного потока, настолько же важен в учении об электрокинетических явлениях принцип непрерывности электрического тока.
Во многих случаях непрерывность или замкнутость электрического тока ясна сама собой, но иногда она не очевидна, и если исходить из обыденных представлений, то целый ряд цепей мог бы быть назван „разомкнутыми цепями". В таких случаях мы должны обратить внимание на то обстоятельство, что проводящие части, являющиеся как бы концами цепи, в совокупности с диэлектриком, находящимся между ними, представляют собою некоторую емкость, играющую существенную роль в образовании замкнутой цепи тока. На рис. 104 представлена такая якобы разомкнутая цепь, состоящая из источника электрической энергии Е с присоединенными к его зажимам металлическими шарами А к В.
По существу же эта цепь замыкается через емкость между шарами А и В, и сила тока, который пойдет по этой цепи во время заряжения шаров А и В, зависит от этой емкости. Емкости, существующие между отдельными проводами Электрических установок, между жилой и броней кабеля, между антенной и землей, определяют собой величину силы зарядных электрических токов, замыкающихся через диэлектрик, в котором в процессе заряжения емкости возникает особое непрерывно изменяющееся электрическое состояние.
Заслуга установления принципа непрерывности электрического тока принадлежит Максвеллу. Он первый отчетливо осознал основные положения, данные Фарадеем, и ясно сформулировал самые общие свойства электрических цепей.
168
Для обоснования принципа замкнутости электрического тока Максвелл должен был углубиться в сущность процессов, происходящих в диэлектриках и на поверхностях раздела диэлектриков и проводников, в результате чего им была дана стройная картина вех явлений, связанных с диэлектриками.
такого деления следует всегда иметь в виду.