46. Становление теории электричества в 19в.

XIX век — Эрстед и Ампер открывают связь между электричеством и магнетизмом (1820). Работы Джоуля, Ленца, Ома по изучению электрического тока. Гаусс формулирует основную теорему теории электростатического поля (1830). Фарадей открывает электромагнитную индукцию (1831) и законы электролиза (1834), вводит понятие электрического и магнитного полей. Максвелл формулирует свои уравнения (1873). Герц экспериментально регистрирует электромагнитные волны (1889). Электротехническая революция — создание электрических батарей, электромагнитов, электрического освещения, телеграфа, телефона, прокладка трансантлантического кабеля, электродвигателей, электрогенераторов и электротранспорта (трамвай, троллейбус, метро).

Электромагнетизм. То обстоятельство, что во многих отношениях между электричеством и магнетизмом существовало нечто общее, заставило физиков предполагать наличие между ними какой-то связи, однако обнаружить эту связь было очень трудно. Только в 1820 году в результате случая, происшедшего в Копенгагене за кафедрой, Эрстед (1757—1851) открыл, что под влиянием электрического тока стрелка компаса отклоняется. Таким образом, он раз и навсегда объединил в одно целое науки об электричестве и магнетизме. Одним из непосредственных результатов этого объединения явилось изобретение в 1823 году Стердженом (1743—1850) электромагнита и усовершенствование его Джозефом Генри (1799—1878) в 1831 году. Электромагнит явился прямым шагом к созданию электрического телеграфа и электромотора.

Отклонение стрелки компаса электрическим током имело одновременно и огромное теоретическое значение. В руках Ампера (1775—1836), Гаусса (1777—1855) и Ома (1787—1854) оно привело к объяснению магнитных полей, создаваемых токами, и того, как эти последние текут по проводникам. Токовое электричество могло стать теперь количественной наукой и получить весь математический аппарат механики. Тем не менее, новые законы отличались от законов Ньютона. Все силы, действующие между телами, которые он рассматривал, действовали по линии, соединяющей их центры; но здесь магнитный полюс был вынужден двигаться под прямым углом по отношению к проволоке, по которой шел ток. 

Электромагнитная индукция. Прежде чем стало возможным до конца понять взаимодействие между электричеством и магнетизмом, предстояло сделать еще один решающий шаг. Было показано, каким образом электрический ток производил магнетизм; оставалось показать, как магнетизм мог произвести электрический ток. Это открытие, хотя оно и заставило ожидать себя еще в течение десяти лет, не было случайным, подобно открытию Эрстеда. Оно явилось результатом сознательна запланированных Фарадеем исследований. В 1831 году Фарадей показал, что между магнетизмом и электричеством существовала не статическая, а динамическая связь, что для того, чтобы возник ток, необходимо приблизить магнит к электрическому проводнику. Это в высшей степени важное наблюдение показало, что не только магнетизм был эквивалентом электричества в движении, но и что, в свою очередь, электричество представляло собой магнетизм в движении. Таким образом, оба ряда явлений могли рассматриваться в свете новой объединенной науки электромагнетизма. Открытие Фарадея имело также значительно большее практическое значение по сравнению с открытием Эрстеда потому, что оно означало возможность получения электрического тока механическим путем, а также обратную возможность приведения в действие машин с помощью электрического тока.

Электромагнитное поле 

Фарадей был одним из представителей той редкой категории физиков, имевших зрительное и чуть ли не чувственное понимание тех сил. с которыми они имели дело. Его живое воображение создало картину электрического и магнитного полей, снабженных силовыми линиями и трубками, и показало, что где бы магнитная силовая трубка ни пересекала электрический проводник, там немедленно возникал электрический ток, и, наоборот, что движение электрических силовых трубок порождало магнитные поля. В этом смысле работа Фарадея, где поля и потенциалы занимали место притяжений между геометрическими точками, дополняла великий математический синтез Ньютона. Формальный перевод качественных интуиций Фарадея на язык точных, количественных математических уравнений явился работой Клерка Максвелла (1831—1879), сжато суммировавшего всю электромагнитную теорию.

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.

Максвелл действительно показал, что один-единственный, но все еще таинственный эфир (стр. 264) пригоден для всех трех случаев. Он добился большой лаконичности и упрощения физики, что вскоре должно было иметь весьма важные последствия. В 1888 году Герц (1857—1894) продемонстрировал эти волны в лабораторных условиях, а позднее они легли в основу радиосвязи.

С уравнениями Максвелла теория электричества, казалось, приняла настолько законченный характер, что будущее физики как будто содержало возможности только для ее расширения и усовершенствования. Фактически.

Чтобы обеспечить связность рассказа о развитии электромагнитной теории, оно было подано как один логически последовательный ряд событий, проходивший через весь XIX век. Однако развитие электричества на протяжении этого периода имело также и другую, практическую сторону, постоянно переплетавшуюся с прогрессом теории.

Примерно с 1830 года электричество начало принимать непосредственное участие в экономической жизни общества; сначала оно использовалось как средство связи, затем стало применяться в гальванопластике, для освещения и в качестве движущей силы; в конце того века оно подарило миру два новых вида связи—телефон и радио. Электричество было попстине первой наукой, создавшей свою собственную промышленность, совершенно независимую от традиций.