Концепції сучасного природознавства - Карпов Я. С. - 2.10.3.1 Фізичне поле Фарадея

2.10.3.1 Фізичне поле Фарадея

Фарадей відмовився від ньютонівської концепції дальньої дії; він увів у фізику зовсім новий об'єкт — фізичне поле. Відповідно до нової концепції вплив одного струму на інший пояснюється тим, що перший струм створює навколо себе в просторі магнітне поле, а це поле діє на другий струм, що знаходиться в ньому. Аналогічно: другий струм створює своє магнітне поле, яке діє на перший струм. Із цього приводу Д. К. Максвелл писав Фарадею (1857): "Тепер, наскільки мені відомо, Ви є першою людиною, в якої виникла ідея про те, що тіла діють одне на одне на відстані за допомогою приведення навколишнього середовища в стан напруги, ідея, в яку справді варто повірити. У нас були колись потоки гачечків, що літають навколо магнітів, і навіть картинки, на яких зображено оточені ними магніти; але немає нічого більш зрозумілого, ніж Ваш опис. Мені здається, що Ви чітко бачите, як силові лінії огинають перешкоди, женуть сплески напруги в провідниках, повертають уздовж визначених напрямків у кристалах і несуть із собою все ту ж саму кількість здатності до притягання, розподілену розрідженіше чи густіше в залежності від того, розширюються ці лінії чи згущуються".

Властивості самого поля є істотними для опису явища. Відмінності між джерелами поля не є принциповим питанням. Значення поняття поля виявляється в тому, що воно приводить до нових експериментальних фактів. Поле виявилося дуже корисним поняттям. Воно виникло як щось таке, що перебуває між джерелом і магнітною голкою для того, щоб описати діючу силу. Його сприймали як "агента" струму, через який виконувалися всі його дії. Але агент діє і як перекладач,котрий перекладає закони на просту, зрозумілу мову.

Перший успіх опису за допомогою поля показав, що воно може бути зручним для вивчення всіх дій струмів, магнітів і зарядів. Поле можна розглядати як щось, що завжди пов'язане зі струмом. Воно існує, навіть якщо відсутній магнітний полюс, за допомогою якого можна встановити його існування. Якщо електричний заряд і магнітний полюс перебувають у стані спокою, то між ними немає ніякої взаємної дії: ні притягання, ні відштовхування. Виражаючи подібний факт мовою поля, ми можемо стверджувати: електростатичне поле не впливає на магнітостатичне й навпаки. Поняття "статичне поле" означає, що мова йде про поле, яке не змінюється в часі. Магніти й заряди могли б вічно залишатися поруч, якби ніяка зовнішня сила не порушувала їхнього стану. Електростатичні, магнітостатичні й гравітаційні поля мають різний характер. Вони не змішуються: кожне зберігає свою індивідуальність незалежно від інших.

2.10.3.2 Дві основи теорії поля

Перша основа теорії електричного й магнітного поля це зв'язок між електричним полем, що змінюється, і магнітним полем. Друга пов'язує магнітне поле, що змінюється, з індукційним струмом і ґрунтується на досліді Фарадея. Обидві вони лежать в основі кількісного опису поля.

Необхідно згадати ще про один наслідок теорії поля. Нехай ми маємо контур, по якому тече струм, джерелом якого є, наприклад, батарея Вольта. Раптово зв'язок між провідником і джерелом струму розривається. Тепер, звичайно, ніякого струму немає. Але в момент цього короткого розриву спостерігається складний процес, який знову-таки можна було б передбачити за допомогою теорії поля. Перед розривом потоку струму навколо провідника існувало магнітне поле. Воно перестало існувати в момент, коли потік струму перервався. Отже, через розрив потоку струму магнітне поле зникло. Кількість силових ліній, що проходять через поверхню, оточену контуром, дуже швидко змінилася. Але така швидка зміна, як би вона не відбувалася, повинна спричинити виникнення індукційного струму. Що дійсно має значення, — так це зміна магнітного поля, яка збуджує індукційний струм, сила якого тим більша, чим значнішою була зміна поля. Розрив потоку струму повинен супроводжуватися виникненням сильного короткочасного індукційного струму — при цьому спостерігається іскра. Ця іскра вказує на величезну різницю потенціалів, викликану швидкою зміною магнітного поля.

Той же самий процес можна розглядати з іншого погляду, з погляду енергії. Магнітне поле зникло, але з'явилася іскра. Іскра має деяку енергію, тому і магнітне поле повинно мати енергію. Щоб послідовно застосовувати поняття поля і його мову, ми повинні сприймати магнітне поле як запас енергії. Тільки на цьому шляху ми зможемо описати магнітні й електричні явища згідно із законом збереження енергії. Приписування полю енергії є подальшим кроком у розвитку, у якому поняття поля стає все більш істотним, а субстанціональні концепції, властиві механістичній точці зору, усе більше відходять на задній план.