Читать книгу "Фарадей. Электромагнитная индукция - Сержио Рарра Кастильо"

— Диамагнетики: очень слабо намагничиваются, при индуцированном магнитном моменте поворачиваются в направлении, противоположном магнитному полю. Если ферромагнетики притягиваются магнитами, то диамагнетики отталкиваются ими. В действительности все материалы имеют свойства диамагнетиков, но это может быть неявно выражено при слабом притяжении к магниту (парамагнетики) и при сильном притяжении к магниту (ферромагнетики).

Теория Пуассона

Феноменологическая теория, разработанная французским математиком Симеоном Дени Пуассоном (1781–1840) и его немецким коллегой Карлом Фридрихом Гауссом (1777–1855), позволяет рассчитать эффект любого числа произвольно расположенных статических электрических зарядов. Две противоположно заряженные частицы притягиваются, и у них обнаруживается свойство ускоряться друг к другу, их скорость можно определить при учете сопротивления среды: если сопротивление среды присутствует, они могут двигаться с постоянной скоростью, , если сопротивление отсутствует, они двигаются с постоянным ускорением. После того как Фарадей установил, что электрические поля воздействуют силами на заряженные частицы, из-за того, что они обладают зарядом и вне зависимости от их скорости, а магнитные поля воздействуют силами на движущиеся заряженные частицы, благодаря уравнениям Максвелла, которые появились позднее, стало возможным определить поля на основе знаний о зарядах и токах.

Симеон Дени Пуассон

СЛЕДСТВИЯ ДИАМАГНЕТИЗМА: РОЖДЕНИЕ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ

«Теперь мы уже готовы к рассмотрению теории индуцированного магнетизма с той точки зрения, которой, как я полагаю, придерживался Фарадей. Когда магнитная сила действует на произвольную среду, магнитную, диамагнитную или нейтральную, внутри нее возникает явление, называемое магнитной индукцией, которая представляет собой направленную величину, имеющую природу потока, удовлетворяющую тем же условиям непрерывности, что и электрический ток и другие потоки».

Это цитата из книги Джеймса Клерка Максвелла «Трактат об электричестве и магнетизме». Несомненно, автор хотел особо подчеркнуть роль Фарадея в изучении электромагнетизма.

С другой стороны, в 1850 году немецкий физик Вильгельм Эдуард Вебер, в честь которого названа единица измерения магнитного потока в международной системе (вебер), предложил идею о том, что молекулы ферромагнетиков представляют собой маленькие магниты. При воздействии на них магнитным полем молекулы поворачиваются в одном направлении. Так ферромагнетик превращается в магнит. Однако эта идея противоречила постулатам феноменологической теории Пуассона, которая использовалась до сих пор для расчета эффекта от неопределенного количества произвольно расположенных статических электрических зарядов.

Как и прежде, находки Фарадея стали основой для теоретической разработки в рамках новых дисциплин, появившихся позднее. Если различия между диамагнетиками и парамагнетиками были экспериментально выведены британским физиком Джеймсом Альфредом Эвингом (1855–1935), характеристики ферромагнетиков не были глубоко проанализированы до тех пор, пока Поль Дирак и Вернер Гейзенберг (1901–1976) не применили для этого основы развивающейся квантовой механики в 1929 году.

Теория существования электронов подразумевалась в работах Фарадея и Максвелла, но окончательно была сформулирована нидерландским физиком Хендриком Антоном Лоренцем (1853–1928) и использована в первую очередь для оптических явлений.

В 1900 году немецкий физик Макс Планк (1858–1947) ввел термин квант и открыл универсальную постоянную, названную постоянной Планка и использованную для расчета энергии фотона.

В 1905 году Эйнштейн высказал идею, что свет распространяется как частица, фотон. Де Бройль в 1923 году указал, что квантовая механика придает частицам волновые свойства, а излучению, электромагнитным волнам — свойства частиц. Наконец, Гейзенберг и Шрёдингер соединили макроскопические явления со свойствами атома и молекул, и стал понятен феномен ферромагнетизма: в любом ферромагнетике имеются элементарные носители магнитного момента, отвечающие за макроскопические магнитные эффекты и спонтанную намагниченность.

Глава 5.

Больше, чем искра гениальности

Хотя интеллектуальные достижения Фарадея признаны неоспоримыми, а без его наследия невозможно понять последующую научную революцию в физике, ученый никогда не забывал о своем простом происхождении.

Поэтому одной из его главных целей была популяризация науки, особенно среди детей.

Несмотря на приближавшийся закат карьеры Фарадея, первые лучи теоретических и практических следствий его открытий уже загорелись, и это предвещало великие научные открытия в физике, связанные с такими именами, как Эйнштейн, Гейзенберг и Шрёдингер.

Между тем Фарадей решил уйти просто и скромно, как истинный сандеманианец. Он даже умер, сидя в своем любимом кресле, и был погребен в простой могиле, без причудливых узоров и орнаментов на надгробии. Она выглядит так, как и должна выглядеть могила сына кузнеца — бедного, не получившего академического образования, по милости судьбы достигшего высоких должностей в самом главном научном учреждении Англии.

ПОСЛЕДНИЕ ГОДЫ

Фарадей становился все более уверенным в том, что все физические явления в мире связаны между собой. Эта мысль даже привела его к неудавшейся попытке в 1849 году установить связь между электромагнитными силами и ньютоновой гравитацией.

В конце концов он прекратил поиски в этой области, а эстафета оказалась в руках Эйнштейна, который обобщил результаты своих — также неудачных — поисков в так называемой единой теории поля. Фарадей и Эйнштейн умерли, будучи полностью убежденными в своей правоте. Фарадей в очерке *0 возможной связи между гравитацией и электричеством» писал:

«В течение долгого времени я был твердо убежден в том, что силы природы взаимозависимы — из-за их единого происхождения или из-за того, что они являются проявлением одной фундаментальной силы. Эта убежденность часто заставляла меня думать о возможности установить при помощи экспериментов связь, объединяющую гравитацию и электричество. Таким образом, гравитация оказалась бы включенной в группу, и образовалась бы цепочка, объединяющая магнетизм, химические силы, теплоту и другие проявления силы, с помощью взаимных соотношений».

В 1851 году ученый начал рассматривать физическое существование линий силы, догадки о которых он опубликовал впервые в 1831 году. Тогда в отчете он развивал свою концепцию на основе эксперимента, при котором железные опилки, рассыпанные на листе бумаги, расположенном на намагниченном бруске, начинали образовывать кривые, соединяющие полюса магнита.