Концепції сучасного природознавства - Карпов Я. С. - 2.10 Виникнення й розвиток електродинаміки

Коли в грудні 1801 р. Алессандро Вольта вперше демонстрував на урочистих зборах Французького інституту джерело електричного струму, яке він винайшов, ні сам доповідач, ні присутні при цьому найвідоміші французькі вчені навіть не підозрювали, що головним напрямком подальших досліджень у цій галузі стане електромагнетизм. Утім, цей новий напрямок виявив себе лише через двадцять років потому в потоці надзвичайних нових відкриттів, які ще через півстоліття спричинили могутній технічний переворот.

2.10.1Перетворення електрики на магнетизм

Перші важливі кроки в цьому напрямку зробив датський фізик X. К. Ерстед (1777-1851). Перебуваючи під впливом ідей Шеллінга про єдність "усіх сил природи", Ерстед вважав, що повинен існувати зв'язок між електричними й магнітними явищами. Цей зв'язок йому вдалося продемонструвати в 1820 р. у дослідах, які підтвердили вплив електричного струму на магнітну стрілку. Досліди справили на сучасників сильне враження; їх негайно повторили в Німеччині, Швейцарії, Франції.

У тому ж 1820 р. французький фізик А. Ампер (1775-1836) виступив з повідомленням про нове явище — взаємодію двох провідників, по яких тече струм. У цьому ж повідомленні Ампер уперше висловив думку про електричну природу магнетизму. Протягом дуже короткого часу він виконав ряд важливих досліджень, які блискуче підтвердили його думку. Усі отримані результати Ампер систематизував у книзі "Теорія електродинамічних явищ, виведена винятково з досліду", опублікованій у 1826 р. Відтепер з магнітними рідинами було покінчено, тепер у них не було необхідності. Магнітні явища, як виявилося, обумовлені електричними струмами. Магніт потрібно було розглядати, виходячи із сукупності кругових електричних струмів, площини яких перпендикулярні до прямої, проведеної через полюси магніту. Спіраль зі струмом (соленоїд) уподібнювалася магніту. З повним правом Ампер міг заявити: "Таким чином, усі магнітні явища я звів до чисто електричних дій". Розробляючи основи електродинаміки нового напрямку, який об'єднав електрику й магнетизм, учений запропонував вираз для сили, з якою взаємодіють два елементи струму; цей вираз є в усіх сучасних підручниках з електродинаміки. Зокрема, він звернув увагу на те, що електродинамічні сили, на відміну від відомих на той час гравітаційних та електростатичних, не є центральними.

2.10.2 Перетворення магнетизму на електрику

У 20-х роках XIX ст. проблемами електромагнетизму зацікавився геніальний англійський учений-самоук М. Фарадей (1791-1867). Ерстед та Ампер перетворили електрику на магнетизм; Фарадей поставив перед собою завдання — перетворити магнетизм на електрику. З 1831 р. він почав систематичну публікацію своїх досліджень, у результаті чого виникла багатотомна праця під загальною назвою "Експериментальні дослідження з електрики". У першій серії цієї праці (1831) описані знамениті досліди Фарадея, які привели до відкриття явища електромагнітної індукції. Фарадей довів, що зміна магнітного потоку в часі породжує електрорушійну силу індукції, і, отже, приводить до виникнення електричного струму в замкнутому контурі. Напрямок цього струму визначається правилом, яке встановив молодий професор Петербурзького університету Е. X. Ленц (1804-1865).

У другій серії своїх "Експериментальних досліджень" (1832) Фарадей продовжує вивчення електродинамічної індукції. У третій серії (1833) він довів, що різноманітність видів електрики є удаваною. Вивчаючи дії, виконані звичайною, вольтовою, "тваринною", термічною, магнітною електрикою, він дійшов висновку: "Усі види електрики ідентичні за своєю природою". Правда, сама ця природа не була ще зрозумілою на той час. Фарадей обережно зауважив з цього приводу: "Під струмом я маю на увазі щось таке, що рухається поступально — усе одно, що при цьому перебуває в русі: електрична рідина чи дві рідини, які рухаються в протилежних напрямках".

П'ята серія присвячена електролізу. Тут, а також у наступних трьох серіях Фарадей досліджує "хімічні дії" електричного струму. Усього вийшло двадцять серій. У дев'ятнадцятій серії розглядається відкрите Фарадеєм явище обертання площини поляризації світла в намагніченому середовищі. "Таким чином, — зробив висновок учений, — уперше, на мою думку, установлено справжній безпосередній зв'язок і залежність між світлом і магнітними й електричними силами і тим самим зроблено велике доповнення до фактів і міркувань, що служать для доведення того, що всі природні сили пов'язані між собою і мають єдине спільне походження".