Реферат: Вклад Максвелла в электротехнику

Поэтому мы можем как данное, выведенное из отрасли науки, независимой от той, с которой мы (в рассматриваемом случае) имеем дело, принять существование проникающей среды, обладающей малой, но реальной плотностью и способностью приводиться в движение и передавать движения от одной части к другой с большой, но не бесконечной скоростью.

Следовательно, части этой среды должны быть так связаны, что движение одной части каким-то способом зависит от движе­ния остальных частей, и в то же время эти связи должны быть способны к определенному роду упругого смещения, поскольку сообщение движения не является мгновенным, а требует времени.

Поэтому эта среда обладает способностью получать и сохра­нять два вида энергии, а именно: «актуальную» энергию, завися­щую от движения ее частей, и «потенциальную» энергию, представ­ляющую собой работу, которую среда выполнит вследствие своей упругости, возвращаясь к первоначальному состоянию, после того смещения, которое она испытала.

Распространение колебаний состоит в непрерывном преобра­зовании одной из этих форм энергии в другую попеременно, и в любой момент энергия во всей среде разделена поровну, так что половина энергии является энергией движения, а другая полови­на — энергией упругого напряжения.

Среда, имеющая такого рода структуру, может быть спо­собна к другим видам движения и смещения, чем те, которые обусловливают явления света и тепла; некоторые из них могут быть таковы, что они воспринимаются нашими чувствами при посредстве тех явлений, которые они производят.

Сейчас мы знаем, что светоносная среда в отдельных слу­чаях испытывает действие магнетизма, так как Фарадей открыл, что когда плоскополяризованный луч проходит через прозрач­ную диамагнитную среду в направлении магнитных силовых ли­ний, образуемых магнитами или токами, то плоскость поляриза­ции начинает вращаться.

Это вращение всегда происходит в том направлении, в кото­ром положительное электричество должно проходить вокруг диамагнитного тела для того, чтобы образовать действующее маг­нитное поле.

Верде с тех пор открыл, что если заменить диамагнитное тело парамагнитным, например раствором треххлористого железа в эфире, то вращение происходит в обратном направлении.

Профессор В. Томсон указал, что никакое распределение сил, действующих между частями какой-либо среды, единственным движением которой является движение световых колебаний, не­достаточно для объяснения этих явлений, но что должно до­пускаться существование в среде движения, зависящего от намаг­ничивания, в дополнение к тому колебательному движению, кото­рое представляет собой свет.

Совершенно правильно, что вращение плоскости поляризации вследствие магнитного воздействия наблюдалось только в сре­дах, обладающих заметной плотностью. Но свойства магнитного поля не так уж сильно изменяются при замене одной среды дру­гой или вакуумом, чтобы допустить, что плотная среда делает нечто большее, чем простое изменение движения эфира. Поэтому имеем ставтся вопрос: не проис­ходит ли движение эфирной среды везде, где бы ни наблюдались магнитные эффекты? Предполагается, что это движение является движением вращения, име­ющим своей осью направление магнитной силы.

Рассмотрим другое явление, наблюдаемое в электромагнитном поле. Когда тело движется, пересекая линии магнитной силы, оно испытывает то, что называют электродвижу­щей силой; два противоположных конца тела электризуются противоположно, и электрический ток стремится пройти через тело. Когда электродвижущая сила достаточно велика и действу­ет на некоторые химически сложные тела, она их разлагает и за­ставляет одну из компонент направляться к одному концу тела, а другую — в противоположную сторону.

В данном случае имеется очевидное проявление силы, вызы­вающей электрический ток вопреки сопротивлению и электризу­ющей концы тела противоположным образом. Это особое состоя­ние тела поддерживается только воздействием электродвижущей силы, и, как только эта сила устраняется, оно стремится с рав­ной и противоположно направленной силой вызывать обратный ток через тело и восстановить его первоначальное электрическое состояние. Наконец, если эта сила достаточно велика, она раз­лагает химические соединения и перемещает компоненты в двух противоположных направлениях, в то время как их естественной тенденцией является тенденция к взаимному соединению с такой силой, которая может породить электродвижущую силу обратно­го направления.

Эта сила, следовательно, является силой, воздействующей на тело вследствие его движения через электромагнитное поле или вследствие изменений, возникающих в самом этом поле. Действие этой силы проявляется или в порождении тока и нагревании тела, или в разложении тела, или если она не может сделать ни того, ни другого, то в приведении тела в состояние электрической поляризации — состояние вынужденное, при котором концы тела наэлектризованы противоположно и от которого тело стремится освободиться, как только будет удалена возмущающая сила.

Согласно предлагаемой теории, эта электродвижу­щая сила является силой, возникающей при передаче движения от одной части среды к другой, так что именно благодаря этой силе движение одной части вызывает движение другой. Когда электродвижущая сила действует вдоль проводящего контура, она производит ток, который в том случае, если он встречает сопротивление, вызывает постоянное превращение электрической энергии в тепло; последнее уже нельзя восстановить в форме электрической энергии каким-либо обращением процесса.

Но когда электродвижущая сила действует на диэлектрик, она создает состояние поляризации его частей, которое аналогич­но поляризации частей массы железа под влиянием магнита и которое, подобно магнитной поляризации, может быть описано как состояние, в котором каждая частица имеет противополож­ные концы в противоположных состояниях.

В диэлектрике, находящемся под действием электродвижущей силы, мы можем представлять, что электричество в каждой мо­лекуле так смещено, что одна сторона молекулы делается поло­жительно наэлектризованной, а другая — отрицательно наэлек­тризованной, однако электричество остается полностью связан­ным с молекулами и не переходит от одной молекулы к другой. Эффект этого воздействия на всю массу диэлектрика выражается в общем смещении электричества в определенном направлении. Это смещение не равноценно току, потому что, когда оно дости­гает определенной степени, то остается неизменным, но оно есть начало тока и его изменения образуют токи в положительном или отрицательном направлениях сообразно тому, увеличивается или уменьшается смещение. Внутри диэлектрика нет признаков ка­кой-либо электризации, так как электризация поверхности любой молекулы нейтрализуется электризацией поверхности молекулы, находящейся в соприкосновении с ней. На граничной поверхнос­ти диэлектрика, где электризация не нейтрализуется, мы обна­руживаем явления, указывающие на положительную или отри­цательную электризацию этой поверхности.

Отношение между электродвижущей силой и электрическим смещением, которое она вызывает, зависит от природы диэлек­трика, причем та же самая электродвижущая сила обычно про­изводит большее электрическое смещение в твердых диэлектри­ках, например в стекле или сере, чем в воздухе.

Здесь, таким образом, усматривается еще один эффект электродвижущей силы, а именно электрическое смещение, кото­рое, согласно теории, является некоторым родом упругой податливости действию силы, похожей на ту, которая имеется в сооружениях и машинах из-за неполной жесткости связей.

Практическое исследование индуктивной емкости диэлек­триков делается затруднительным вследствие двух мешающих явлений. Первое заключается в проводимости диэлектрика, кото­рая, будучи во многих случаях исключительно малой, тем не ме­нее не является совершенно неощутимой. Второе — явление, назы­ваемое электрической абсорбцией и состоящее в том, что, когда диэлектрик подвергается воздействию электродвижущей силы, электрическое смещение постепенно увеличивается, а если элек­тродвижущая сила устраняется, диэлектрик не возвращается моментально в свое первоначальное состояние, но разряжает только часть сообщенной ему электризации и, предоставленный самому себе, постепенно приобретает электризацию на своей по­верхности, тогда как внутренность диэлектрика постепенно деполяризуется. Почти все твердые диэлектрики обнаруживают это явление, которое объясняет остаточный заряд лейденской банки и некоторые явления в электрических кабелях, описанных Ф. Дженкином.

Встречаемся здесь с двумя другими родами податли­вости, отличными от упругости идеального диэлектрика, которую сравнивали с идеально упругим телом. Податливость, отно­сящуюся к проводимостям, можно сравнить с податливостью вязкой жидкости (иначе говоря, жидкости, имеющей большое внутреннее трение) или мягкого тела, в котором малейшая сила производит постоянное изменение формы, увеличивающееся вместе со временем действия силы. Податливость, связанная с явлением электрической абсорбции, может быть сравнена с по­датливостью упругого тела клеточной структуры, содержащего густую жидкость в своих полостях. Такое тело, подвергнутое давлению, сжимается постепенно, а когда давление устраняется, тело не сразу принимает свою прежнюю форму, потому что упру­гость материи тела должна постепенно преодолеть вязкость жид­кости, прежде чем восстановится полное равновесие. Некоторые твердые тела, хотя и не имеют той структуры, о которой говорилось выше, обнаруживают механические свойства такого рода, и вполне возможно, что эти же самые вещества в качестве диэлектриков обладают аналогичными электрическими свойства­ми, а если они являются магнитными веществами, то обладают соответствующими свойствами, относящимися к приобретению, удерживанию и потере магнитной полярности.

Поэтому кажется, что некоторые явления электричества и магнетизма приводят к тем же заключениям, как и оптические явления, а именно: что имеется эфирная среда, проникающая во все тела и изменяемая только в некоторой степени их присутст­вием; что части этой среды обладают способностью быть приве­денными в движение электрическими токами и магнитами; что это движение сообщается от одной части среды к другой при по­мощи сил, возникающих от связей этих частей; что под дейст­вием этих сил возникает определенное смещение, зависящее от упругости этих связей, и что вследствие этого энергия в среде может существовать только в двух различных формах, одна из которых является актуальной энергией движения частей среды, а другая — потенциальной энергией, обусловленной связями частей в силу их упругости.

Отсюда пришли к концепции сложного механизма способного к обширному разнообразию движений, но в то же самое время связанного так, что движение одной части зависит согласно определенным отношениям, от движения других частей, причем эти движения сообщаются силами, возникающими из от­носительного смещения связанных между собой частей вслед­ствие упругости связей. Такой механизм должен подчиняться общим законам динамики, и мы должны вывести все следствия этого движения, предполагая, что известна форма отношения между движениями частей.

Общие уравнения электромагнитного поля

В эти уравнения электромагнитного поля входят 20 перемен­ных величин, а именно:

Для электромагнитного количества движения ……………….F, G, H

¨ магнитной интенсивности [напряженности] …….

¨ электродвижущей силы ……………………………P, Q, R

¨ тока, обусловленного (истинной) проводимостью .p, q, r

¨ электрического смещения …………………………f, g, h

¨ полного тока (включая изменения смещения) ……p', q', r '

¨ количества свободного электричества ……………….е

¨ электрического потенциала ……………………………

Между этими 20-ю переменными величинами нашли 20 уравнений, а именно:

Три уравнения магнитной силы …………………..(B)

- электрических токов ………………………(С)

- электродвижущей силы ……………………( D )

- электрической упругости ………………….(Е )