Александр Леонович - Физика без формул

Для ответа на подобные вопросы оказалась очень удобной идея поля. Ее начал разрабатывать английский ученый Майкл Фарадей. А продолжил — его выдающийся соотечественник Джеймс Максвелл. Благодаря его усилиям была создана стройная система представлений, в рамках которой нашло объяснение большинство электрических и магнитных явлений.

Джеймс Максвелл(1831–1879) — английский физик. Один из основателей кинетической теории газов, изучал их диффузию, теплопроводность и внутреннее трение. Самое главное научное достижение — создание теории электромагнитного поля. Считал свет одним из видов электромагнитного излучения, что блестяще подтвердилось, теоретически рассчитал давление света. Оставил свой след во многих областях физики, сконструировал ряд важных приборов.

Поле невидимо, неслышимо и неосязаемо. Но его можно обнаружить с помощью вносимых в него зарядов и магнитов. Вот, скажем, к наэлектризованной расческе пытается притянуться бумажная ленточка. Можно сказать, что расческу окружает электрическое поле, образованное ее зарядами. Попадая в него, заряды на ленточке реагируют на его присутствие и начинают двигаться. Еще пример. Поворот стрелки компаса мы можем истолковать влиянием на нее магнитного поля Земли или поля поднесенного к ней железного гвоздя.

Электрическое и магнитное поля наиболее сильны вблизи заряженных или магнитных тел и ослабевают по мере удаления от них. Кстати, идея поля вполне применима к любым взаимодействующим телам. Притяжение планет к Солнцу, спутников к планетам и падение яблока на землю вполне можно описать, опираясь на представление о поле тяготения, или гравитационное поле.

Чтобы сделать понятие поля наглядным, ученым пришло в голову изображать его на картинках — в виде так называемых силовых линий. Там, где эти линии расположены гуще, например, у заряженных шариков или у полюсов магнитов, считают, что поле сильнее. А там, где расходятся друг от друга, поле слабеет. Эти картинки люди научились создавать, внося в электрические и магнитные поля крохотные железные опилки. Электризуясь или намагничиваясь, такие опилки, как на фотоснимке, «проявляли» картину силовых линий полей.

Скажем, насыпав опилочки вокруг длинного магнита, можно было разглядеть, как силовые линии «выходят» из одного его полюса, «расходятся» веером, «обтекают» его и вновь «собираются» у другого полюса. Интересно, что точно так же, как и опилки, вели бы себя вокруг магнита и маленькие компасные стрелочки. Они тоже «выдали» бы нам картину распределения магнитного поля в пространстве, выстроившись «в затылок» друг к другу вдоль силовых линий. И когда мы определяем направление на север с помощью компаса, мы словно обозначаем в данном месте, как направлено магнитное поле Земли.

Благодаря такому методу удалось как бы воочию представить себе сложные конфигурации электрических и магнитных полей. Например, в приборах и экспериментальных установках физиков, вокруг Солнца и звезд, в ближайших окрестностях и вдалеке от планет.

Возможность «нарисовать» магнитное поле позволяет натолкнуться на удивительный факт. Если длинную проволоку скрутить в виде спирали и пропустить по ней постоянный электрический ток, то вокруг такой «катушки» обнаруживается магнитное поле.

Поразительным же оказывается то, что это поле снаружи катушки выглядит точно так же, как и поле постоянного длинного магнита. Продемонстрировать это могут насыпанные вокруг обоих приборов железные опилки.

Поразмышляем над результатами опыта. Во-первых, электрический ток породил вокруг себя магнитное поле. Теперь мы можем связывать появление поля с движущимися заряженными частичками. Во-вторых, вид этого поля абсолютно совпал с полем магнитных тел, известных за тысячелетия до того, как человек стал собирать электрические цепи и пропускать по ним токи. Значит, катушка с током — не что иное, как электромагнит.

Ханс Кристиан Эрстед(1777–1851) — датский физик. Обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку. Это открытие привело к появлению новой области физики — электромагнетизму. Построил первый термоэлемент. Занимался исследованиями свойств жидкостей и газов, акустическими опытами. Одним из первых высказал мысль о свете как об электромагнитном явлении.