Развитие концепций электромагнитного поля

В XIX веке физики дополнили механистическую картину мира электромагнитной. Электрические и магнитные явления были известны давно, но изучались обособленно друг от друга.

Первое систематизированное описание магнитных и электрических явлений изложенное в труде английского естествоиспытателя, придворного врача английской королевы У. Гильберта (1540-1603) "О магните, магнитных телах и великом магните Земле" (1600). Этот труд Гильберта достоин особого внимания, потому, что Гильберт, отказавшись от легенд и преданий, изложил в нем результаты проведенных им опытов. Вопреки распространенному мнению о том, что магнитная стрелка устанавливается в направлении какой-то точки на небесном своде, причиной ориентировки магнитной стрелки Гильберт считал земной магнетизм. Гильберт занимался также изучением электрических явлений, в частности, провел детальные исследования электризации тел трением. Сравнение электрических и магнитных свойств тел и установление факта о разной природе притяжения у янтаря и магнита привело Гильберта к ошибочному выводу, что электрические и магнитные явления не имеют между собой ничего общего. Электрические и магнитные явления были разделены на два класса и исследовались раздельно. Этот подход к изучению электрических и магнитных явлений оказал серьезное влияние на будущих исследователей и на всю историю электромагнетизма вплоть до конца XVIII в.

Дальнейший ход развития науки показал, что между электричеством и магнетизмом существует глубокая взаимосвязь. В 1820 г. датский ученый Г. Эрстед (1777-1851) обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку, помещенную вблизи проводника с током.

Явление, лежащее в основе открытия Эрстеда, было объяснено Ампером магнитным действием тока. Взаимодействия токов настолько отличались от прежде известных электрических явлений, что Ампер назвал эти новые явления электродинамическими и предложил разделение науки об электричестве на электростатику и электродинамику. Открытие Эрстеда повлекло за собой цикл экспериментальных работ М. Фарадея (1791-1867), разработавшего концепцию электромагнитного поля и теоретических работ Д.К. Максвелла (1831—1879), воплотивших эту концепцию в строгую теорию электромагнетизма, что с полным правом считается величайшим достижением научной мысли.

3.3.1. "Экспериментальные исследования по электричеству" Фарадея

К концепции электромагнитного поля Фарадея привело открытие электромагнитной индукции - явления, в существовании которого он был уверен и к которому он шел долгие годы. Если открытие Эрстеда устанавливало магнитное действие электрического тока, то Фарадей поставил перед собой обратную задачу -превратить магнетизм в электричество. Решением этой задачи было открытие в 1831 г. электромагнитной индукции - получения электрического тока путем изменения магнитного поля в пространстве, охватываемом замкнутым электрическим контуром.

Открытие электромагнитной индукции проложило путь к современным электрогенераторам. Первый же электрический генератор, созданный Фарадеем, представлял собой медный диск, вращающийся между полюсами подковообразного магнита. Напряжение с диска снималось при помощи скользящих контактов.

Открытие Фарадеем электромагнитной индукции относится к считанным по пальцам руки событиям, оказавшим решающее влияние на прогресс человечества.

Свои представления об электрических и магнитных явлениях Фарадей изложил в фундаментальном труде "Экспериментальные исследования по электричеству" (1833 —1855), выражающем общую концепцию электричества и магнетизма, базирующейся на понятии передачи взаимодействия посредством некоторой материальной среды, названной Фарадеем "полем" и на понятии "силовых линий", пронизывающих поле и определяющих направление и величину действующих сил. Увидеть силовые линии магнитного поля по Фарадею просто: достаточно насыпать железные опил­ки на бумагу и поднести снизу магнит. Об электрическом поле можно получить представление, если продолговатые кристаллики какого-либо диэлектрика (например, хинина) взболтать в какой-либо вязкой жидкости: в электрическом поле кристаллики дают картину силовых линий.

На основе экспериментальных исследований Фарадея английский физик Максвелл создал свою электромагнитную теорию.