3.1. Краткая история становления электромагнетизма
77
В 1800 г. Александро Вольта (1745-1827) в Италии открывает источник постоянного электрического тока - вольтов столб. В следующем году Никольсон и Кардейль в Англии с помощью вольтова столба производят химическую реакцию разложения воды. Затем английский химик и физик Гемфри Дэви производит электролиз солей и щелочей. С помощью тока ему удалось разложить химические соединения на их составные части. С другой стороны, исследования вольтова столба показали, что ток порождается химическими реакциями. Эти открытия резонировали с бурным развитием химической атомистики.
В 1800 г. Дэви высказывает мысль о том, что химические и электрические силы имеют общую природу, химическое сродство является следствием электрического притяжения частиц вещества. Эта идея послужила плодотворным началом для шведского химика Й.Берцеллиуса, сформулировавшего величайшую из гипотез - гипотезу электрически заряженного атома. Согласно Берцеллиусу, атомы всех веществ заряжены положительным и отрицательным электричеством, они имеют соответствующие полюсы, а образование химических соединений является результатом действия электричества.
Гипотеза электрически заряженного атома была в большом ходу у химиков, однако физики долгое время к ней не обращались. Положение дел изменили исследования Фарадея, сыгравшие особо важную роль в истории электрона.
Майкл Фарадей (1791-1867), английский физик, химик и физико-химик показал, что электрический ток определенной величины, протекающий последовательно через различные растворы одновалентных элементов, отлагает на электродах весовые количества этих веществ, в точности пропорциональные их атомным весам. Отсюда берет начало мысль о том, что одно и то же количество электричества связывается в процессе электролиза с одним атомом каждого вещества. При исследованиях электрохимического разложения Фарадей опирался на представление об атоме как частице вещества, имеющей электрические полюсы. Полярные частицы способны разлагаться под действием электрического тока: появляются катионы и анионы.
В 1820 г. датский физик Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851) установил связь между электрическими и магнитными явлениями, сообщение об этих опытах вызвало большое число исследований, которые в итоге привели к созданию электродинамики и электротехники.
Францусский физик Андре Мари Ампер (1775-1836) продолжил эксперименты и разработал теорию электродинамических взаимодействий электрических токов. В 1825 г. он опубликовал результаты исследований и показал, что силы взаимодействия элементов токов убывают обратно пропорционально квадрату расстояния. В физику вошел закон Ампера. По гипотезе Ампера в молекулах вещества циркулируют электрические токи. Электричество и магнетизм объединялись в работе Ампера единым механизмом.
Но в 1831 г. Фарадей открыл закон электромагнитной индукции. Далее он установил, что распространение электрических и магнитных сил существенно зависит от свойств среды, в которой они распространяются. И наконец, линии сил искривляются, силы не распространяются по прямым, как этого требовала электродинамика Ампера.
Фарадей открыл эффект вращения плоскости поляризации света в магнитном поле, отсюда рождается убеждение в электромагнитной природе света.
По Фарадею, электромагнитное поле - это система физических силовых линий, сила передается через поле, она является результатом определенного физического процесса, происходящего в среде, разделяющей взаимодействующие объекты. По мысли Фарадея, вещество от точки к точке непрерывно, оно заполняет все пространство.
Параллельно с экспериментальными развивались теоретические исследования в области электромагнетизма. Существенное развитие получила теория взаимодействия движущихся зарядов в работах немецкого физика Вильгельма Вебера (1804-1891), который учел не только величины взаимодействующих зарядов, но и скорости и ускорения их взаимного перемещения. Вебер разработал абсолютную систему электрических и магнитных единиц и впервые обнаружил связь их со скоростью света. В концепции Вебера электрические явления обусловлены движением и взаимодействием частиц материи, связанных с частицами электричества. Он полагал, что с каждым весомым атомом связан атом электрический. Однако теория не имела опытной проверки.
В 1877 г. немецкий физик-теоретик Рудольф Клаузиус (1822-1888) опубликовал статью «О выводе нового электродинамического закона», в которой ставит задачу «показать, как можно вывести закон, не обращаясь к специальному рассмотрению природы электродинамических сил, из твердо установленных фактов, с помощью весьма общих и уже многократно применявшихся предположений». Здесь Клаузиус прибегает к феноменологии, оказавшейся плодотворной по отношению к термодинамике. Он избегает гипотетических моделей и опирается только на одно предположение: в проводниках движется только одно из электричеств. Вопрос, что такое электричество, он оставляет в стороне. Основные итоги своей работы Клаузиус излагает в труде «Механическое обоснование электричества», где пытается электромагнитные явления свести к механике так же, как он это сделал в термодинамике. Но теоретические построения электродинамики дальнодействующих сил, начатые еще Ампером, оказались практически бесплодными.
Таким образом, в теории электродинамики боролись две концепции - фара-деевская, опирающаяся на представление о существовании в пространстве материального электромагнитного поля, и амперовская, игнорирующая процессы, происходящие в пространстве и опирающаяся на представление о существовании дальнодействующих сил, природа которых не рассматривалась.
Вторая половина XIX столетия характеризуется резким усилением исследований в области электричества и магнетизма. Представления об электромагнитных явлениях как о вихревых движениях эфирной жидкости были сформулированы Г.Гельмгольцем, В.Томсоном, Челлисом, а также некоторыми другими авторами. Позже подобные идеи развивались английским ученым Дж.Томсоном, советскими исследователями - профессором Н.П.Кастериным, академиком В.Ф.Миткевичем и другими.
Практически все выдвинутые гидромеханические модели электромагнетизма можно разбить на две группы. В первой группе моделей магнитное поле рас-
