Вклад Максвелла в электротехнику

| Категория реферата: Исторические личности
| Теги реферата: красный диплом, реферат на тему природа
| Добавил(а) на сайт: Маринин.

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 o магнитной интенсивности [напряженности] …….[pic] o электродвижущей силы ……………………………P, Q, R o тока, обусловленного (истинной) проводимостью .p, q, r o электрического смещения …………………………f, g, h o полного тока (включая изменения смещения) ……p', q', r' o количества свободного электричества ……………….е o электрического потенциала ……………………………[pic]

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

Три уравнения магнитной силы …………………..(B) o электрических токов ………………………(С) o электродвижущей силы ……………………(D) o электрической упругости ………………….(Е) o электрического сопротивления ……………(F) o полных токов ………………………………..(A)

Одно уравнение свободного электричества ……….(С) o непрерывности ………………………………(Н)

Этих уравнений, следовательно, достаточно, чтобы определить все величины, встречающиеся в них, если только мы знаем условия задачи. Во многих вопросах, однако, требуются только некоторые из этих уравнений.

Всякая энергия есть то же, что механическая энергия, существует ли она в форме обычного движения, или в форме упругости, или в какой-нибудь другой форме. Энергия в электромагнитных явлениях — это механическая энергия.
Единственный вопрос заключается в том, где она находится.

Согласно старым теориям, она находится в наэлектризованных телах, проводящих цепях и магнитах в форме неизвестного качества, называемого потенциальной энергией или способностью производить определенные действия на расстоянии. По теории Максвелла, она находится в электромагнитном поле, в пространстве, окружающем наэлектризованные и намагниченные тела, а также и в самых этих телах и проявляется в двух различных формах, которые могут быть описаны без гипотез как магнитная поляризация и электрическая поляризация или, согласно весьма вероятной гипотезе, как движение и напряжение одной и той же среды.

Заключения, к которым пришли, независимы от этой гипотезы, так как они выделены из экспериментальных фактов троякого рода:

1) индукция электрических токов путем увеличения или уменьшения силы соседних токов сообразно изменениям в силовых линиях, пронизывающих контур;

2) распределение магнитной напряженности сообразно изменениям магнитного потенциала;

3) индукция (или влияние) статического электричества через диэлектрики.

Электромагнитные волны

Однако уравнения Максвелла сделали еще больше: исходя из их формы, можно было установить, что они пригодны для выражения волнового электромагнитного возмущения, передающегося предположительно со скоростью, близкой к скорости света. XIX век уже был свидетелем великого переворота, в идеях о природе света. Однако если огненные частицы уже не были больше нужны, то все же требовалась какая-то среда, которая должна была передавать волны даже через обширную пустоту пространства, и «светоносный эфир», обладавший несовместимыми свойствами высокой степени разреженности и одновременно высокой упругости, должен был выполнять роль подлежащего сказуемого «колебаться». Однако давно известно также и то, что электричество и магнетизм могут передаваться через пустое пространство. Для них были созданы одинаково неосязаемые поля. Максвелл действительно показал, что один-единственный, но все еще таинственный эфир пригоден для всех трех случаев. Он добился большой лаконичности и упрощения физики, что вскоре должны было иметь весьма важные последствия.

Одним из них было установление нового единства между различными отделами науки: вся теория света представала теперь как явление электромагнетизма. Другим следствием явился вывод, что электромагнитные колебания должны посылать в эфир волны, подобные световым, однако со значительно меньшими частотами.

С уравнениями Максвелла теория электричества, казалось, приняла настолько законченный характер, что будущее физики как будто содержало возможности только для ее расширения и усовершенствования. Фактически, как мы увидим в следующей главе, теория эта охватывала лишь небольшую часть всех явлений – их этих уравнений совершенно выпала.

Электромагнитная теория света

Важнейшим достижением периода конца XIX века в области физики явилось выдвижение Максвеллом электромагнитной теории света. Тем самым были обобщены в одной всеобъемлющей теории и получили простую математическую формулу результаты опытов и теоретических построений двух поколений физиков в различных областях этой науки – электричестве, магнетизме и оптике. Хотя такое обобщение само по себе и представляло победу математической физики, все же оно нуждалось для своего подтверждения в установлении точных единиц для измерения электричества – задача, которая была поставлена возникновением электротехнической промышленности. В свою очередь уравнения
Максвелла должны были составить теоретическую базу будущего электромашиностроения, представлявшего собой сложную взаимозависимость теории и практики.