| 8695912 9216 5224 943 1т. е. порождают электромагнитное поле, посредством к-рого осуществляется электромагнитное взаимодействие (учение о магнетизме, т. о., является составной частью общего учения об Э.). Электромагнитные явления описываются клас-сич. электродинамикой, в основе к-рой лежат Максвелла уравнения.
Законы классич. теории Э. охватывают огромную совокупность электромагнитных процессов. Среди 4 типов взаимодействий (электромагнитных, гравитационных, сильных и слабых), существующих в природе, электромагнитные занимают первое место по широте и разнообразию проявлений. Это связано с тем, что все тела построены из электрически заряженных частиц противоположных знаков, взаимодействия между к-рыми, с одной стороны, на много порядков интенсивнее гравитационных и слабых, а с другой - являются дальнодействую-щими в отличие от сильных взаимодействий. Строение атомных оболочек, сцепление атомов в молекулы (хим. силы) и образование конденсированного вещества определяются электромагнитным взаимодействием.
Историческая справка. Простейшие электрич. и магнитные явления известны ещё с глубокой древности. Были найдены минералы, притягивающие кусочки железа, а также обнаружено, что янтарь {греч. электрон, elektron, отсюда термин Э.), потёртый о шерсть, притягивает лёгкие предметы (электризация трением). Однако лишь в 1600 У. Гильберт впервые установил различие между электрич. и магнитными явлениями. Он открыл существование магнитных полюсов и неотделимость их друг от друга, а также установил, что земной шар - гигантский магнит.
В 17 - 1-й пол. 18 вв. проводились многочисленные опыты с наэлектризованными телами, были построены первые электростатич. машины, основанные на электризации трением, установлено существование электрич. зарядов двух родов (III. Дюфе), обнаружена электропроводность металлов (англ. учёный С. Грей). С изобретением первого конденсатора - лейденской банки (1745)- появилась возможность накапливать большие электрич. заряды. В 1747-53 Б. Франклин изложил первую последовательную теорию электрич. явлений, окончательно установил электрич. природу молнии и изобрёл молниеотвод.
Во 2-й пол. 18 в. началось количеств, изучение электрич. и магнитных явлений. Появились первые измерит, приборы - электроскопы различных конструкций, электрометры. Г. Кавендиш (1773) и Ш. Кулон (1785) экспериментально установили закон взаимодействия неподвижных точечных электрич. зарядов (работы Кавендиша были опубликованы лишь в 1879). Этот основной закон электростатики (Кулона закон) впервые позволил создать метод измерения электрич. зарядов по силам взаимодействия между ними. Кулон установил также закон взаимодействия между полюсами длинных магнитов и ввёл понятие о магнитных зарядах, сосредоточенных на концах магнитов.
Следующий этап в развитии науки об Э. связан с открытием в кон. 18 в. Л. Галъвани "животного электричества" и работами А. Вольты, к-рый правильно истолковал опыты Гальвани присутствием в замкнутой цепи 2 разнородных металлов в жидкости и изобрёл первый источник электрич. тока - гальванич. элемент (т. н. вольтов столб, 1800), создающий непрерывный (постоянный) ток в течение длительного времени. В 1802 В. В. Петров, построив гальванич. элемент значительно большей мощности, открыл электрич. дугу, исследовал её свойства и указал на возможность применений её для освещения, а также для плавления и сварки металлов. Г. Дэви электролизом водных растворов щелочей получил (1807) неизвестные ранее металлы - натрий и калий. Дж. П. Джоуль установил (1841), что количество теплоты, выделяемой в проводнике электрическим током, пропорционально квадрату силы тока; этот закон был обоснован (1842) точными экспериментами Э. X. Ленца (закон Джоуля - Ленца). Г. Ом установил (1826) количеств, зависимость электрич. тока от напряжения в цепи. К. Ф. Гаусс сформулировал (1830) осн. теорему электростатики (см. Гаусса теорема).
Наиболее фундаментальное открытие было сделано X. Эрстедом в 1820; он обнаружил действие электрич. тока на магнитную стрелку - явление, свидетельствовавшее о связи между электричеством и магнетизмом. Вслед за этим в том же году А. М. Ампер установил закон взаимодействия электрич. токов (Ампера закон). Он показал также, что свойства постоянных магнитов могут быть объяснены на основе предположения о том, что в молекулах намагниченных тел циркулируют постоянные электрич. токи (молекулярные токи). Т. о., согласно Амперу, все магнитные явления сводятся к взаимодействиям токов, магнитных же зарядов не существует. Со времени открытий Эрстеда и Ампера учение о магнетизме сделалось составной частью учения об Э.
Со 2-й четв. 19 в. началось быстрое проникновение Э. в технику. В 20-х гг. появились первые электромагниты. Одним из первых применений Э. был телеграфный аппарат, в 30-40-х гг. построены электродвигатели и генераторы тока, а в 40-х гг.- электрич. осветительные устройства и т. д. Практич. применение Э. в дальнейшем всё более возрастало, что в свою очередь оказало существ, влияние на учение об Э.
В 30-40-х гг. 19 в. в развитие науки об Э. внёс большой вклад М. Фарадей- творец общего учения об электромагнитных явлениях, в к-ром все электрич. и магнитные явления рассматриваются с единой точки зрения. С помощью опытов он доказал, что действия электрич. зарядов и токов не зависят от способа их получения [до Фарадея различали
"обыкновенное" (полученное при электризации трением), атмосферное, "гальваническое", магнитное, термоэлектрическое, "животное" и др. виды Э.]. В 1831 Фарадей открыл индукцию электромагнитную - возбуждение электрич. тока в контуре, находящемся в переменном магнитном поле. Это явление (наблюдавшееся в 1832 также Дж. Генри) составляет фундамент электротехники. В 1833-34 Фарадей установил законы электролиза', эти его работы положили начало электрохимии. В дальнейшем он, пытаясь найти взаимосвязь электрич. ц магнитных явлений с оптическими, открыл поляризацию диэлектриков (1837), явления парамагнетизма и диамагнетизма (1845), магнитное вращение плоскости поляризации света (1845) и др.
Фарадей впервые ввёл представление об электрич. и магнитном полях. Он отрицал концепцию дальнодействия, сторонники к-рой считали, что тела непосредственно (через пустоту) на расстоянии действуют друг на друга. Согласно идеям Фарадея, взаимодействие между зарядами и токами осуществляется посредством промежуточных агентов: заряды и токи создают в окружающем пространстве электрич. или (соответственно) магнитное поля, с помощью к-рых взаимодействие передаётся от точки к точке (концепция близкодействия). В основе его представлений об электрич. и магнитном полях лежало понятие силовых линий, к-рые он рассматривал как механич. образования в гипотетич. среде - эфире, подобные растянутым упругим нитям или шнурам.
Идеи Фарадея о реальности электромагнитного поля не сразу получили признание. Первая математич. формулировка законов электромагнитной индукции была дана Ф. Нейманом в 1845 на языке концепции дальнодействия. Им же были введены важные понятия коэффициентов само- и взаимоиндукции токов. Значение этих понятий полностью раскрылось позднее, когда У. Томсон (лорд Кельвин) развил (1853) теорию электрич. колебаний в контуре, состоящем из конденсатора (электроёмкость) и катушки (индуктивность).
Большое значение для развития учения об Э. имело создание новых приборов и методов электрич. измерений, а также единая система электрич. и магнитных единиц измерений, созданная Гауссом и В. Вебером (см. Гаусса система единиц). В 1846 Вебер указал на связь силы тока с плотностью электрич. зарядов в проводнике и скоростью их упорядоченного перемещения. Он установил также закон взаимодействия движущихся точечных зарядов, к-рый содержал новую универсальную электродинамич. постоянную, представляющую собой отношение электростатич. и электромагнитных единиц заряда и имеющую размерность скорости. При экспериментальном определении (Вебер и Ф. Кольрауш, 1856) этой постоянной было получено значение, близкое к скорости света; это явилось определённым указанием на связь электромагнитных явлений с оптическими.
В 1861-73 учение об Э. получило своё развитие и завершение в работах Дж. К. Максвелла. Опираясь на эмпирич. законы электромагнитных явлений и введя гипотезу о порождении магнитного поля переменным электрич. полем, Максвелл сформулировал фундаментальные уравнения классич. электродинамики, названные его именем. При этом он, подобно Фарадею, рассматривал электромагнитные явления как нек-рую форму механич. процессов в эфире. Гл. новое следствие, вытекающее из этих уравнений,- существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света. Уравнения Максвелла легли в основу электромагнитной теории света. Решающее подтверждение теория Максвелла нашла в 1886-89, когда Г. Герц экспериментально установил существование электромагнитных волн. После его открытия были предприняты попытки установить связь с помощью электромагнитных волн, завершившиеся созданием радио, и начались интенсивные исследования в области радиотехники.
В кон. 19 - нач. 20 вв. начался новый этап в развитии теории Э. Исследования электрич. разрядов увенчались открытием Дж. Дж. Том |
