Отсюда мы получаем новое определение линии магнитной индукции. Это линия, всегда перпендикулярная силе, действующей на проводник.

Её можно также определить как такую линию, при передаче электрического тока вдоль которой проводник, несущий этот ток, не испытывал бы действия никакой силы.

501. Следует чётко помнить, что механическая сила, стремящаяся перемещать проводник с током поперёк линий магнитной индукции, действует не на электрический ток, а на токонесущий проводник. Если этот проводник представляет собой вращающийся диск или жидкость, он будет двигаться, подчиняясь действию этой силы, причём это движение может сопровождаться, а может и не сопровождаться изменением положения электрического тока, который несёт этот проводник.

Единственной силой, воздействующей на электрические токи, является сила электродвижущая, и мы обязаны отличать её от механической силы, которая и составляла предмет рассмотрения в настоящей главе.

ГЛАВА II

ИССЛЕДОВАНИЯ АМПЕРА ПО ВЗАИМОДЕЙСТВИЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТОКОВ

502. В предыдущей главе мы рассмотрели природу магнитного поля, создаваемого электрическим током, а также механическое действие на помещённый в магнитное поле проводник с током. После этого мы перешли к рассмотрению действия одного электрического контура на другой, определив действие второго контура на первый как обусловленное магнитным полем, создаваемым вторым контуром. Но такое действие одного контура на другой было первоначально исследовано Ампером прямым путём почти сразу же после опубликования открытия Эрстеда. Поэтому сначала мы изложим основные положения метода Ампера, а метод, принятый в этом трактате, резюмируем в следующей главе.

Идеи, которые руководили Ампером, принадлежат к системе взглядов, допускающих прямое действие на расстоянии. Мы увидим, что основанное на этих взглядах замечательное направление размышлений и исследований было продолжено Гауссом, Вебером, Ф. Е. Нейманом, Риманом, Бетти, К. Нейманом, Лоренцом и другими и оно привело к выдающимся результатам, состоящим как в открытии новых фактов, так и в построении теории электричества (см. п. 846- 866).

Идеи, которым я попытался следовать, это идеи действия через среду - от одной части к другой, близлежащей, примыкающей к ней. Такой подход часто применялся Фарадеем; его развитие в математической форме, а также сравнение результатов с известными фактами было моей целью в нескольких опубликованных работах. Сопоставление с философской точки зрения результатов этих двух методов, столь противоположных в своих исходных принципах, должно давать ценный материал для изучения условий построения научных теорий.

503. Теория Ампера взаимодействия электрических токов базируется на четырёх экспериментальных фактах и одном предположении.

Все основополагающие опыты Ампера являют собой примеры того, что было названо нулевым методом сравнения сил (см. п. 214). Вместо того чтобы измерять силы либо динамически - путём сообщения движения некоторому телу, либо статически - путём уравновешивания весом другого тела или упругостью нити, в нулевом методе две силы одинакового происхождения одновременно воздействуют на тело, уже и до того пребывающее в равновесии, и если при этом не возникает никаких эффектов, то это означает, что эти силы уравновешивают друг друга.

Этот метод особо ценен при сравнении эффектов, производимых электрическим током, когда он проходит по контурам различных конфигураций. Соединяя все проводники в один непрерывный ряд, мы обеспечиваем постоянство силы тока во всех точках его пути, и, поскольку ток всюду на своём пути начинается почти одновременно, мы можем доказать, что силы, обусловленные его действием на подвешенное тело, находятся в равновесии в том случае, если тело совершенно не реагирует ни на возникновение, ни на прекращение тока.

504. Весы Ампера состоят из лёгкой рамки, способной вращаться вокруг вертикальной оси и несущей провод, который образует два контура одинаковой площади; контуры лежат либо в одной плоскости, либо в параллельных плоскостях, а токи в них текут в противоположных направлениях. Цель этого устройства состоит в том, чтобы избавиться от влияния земного магнетизма на проводящую проволоку. Когда электрический контур может свободно перемещаться, он стремится расположиться так, чтобы охватить собою возможно большее число линий индукции. Если эти линии обусловлены земным магнетизмом, то для контура в вертикальной плоскости это будет положение, при котором плоскость контура совпадает с плоскостью, проходящей через магнитный восток и магнитный запад при направлении тока, противоположном кажущемуся направлению хода Солнца.

Жёстко связывая расположенные в параллельных плоскостях контуры равной площади, в которых текут одинаковые, но противоположно направленные токи, мы образуем комбинацию, не подверженную действию земного магнетизма и потому называемую астатической (см. рис.26). Она испытывает, однако, действие сил, возникающих от токов или магнитов, расположенных столь близко к ней, что их воздействие на оба эти контура оказывается различным.

Рис. 26

505. Первый опыт Ампера относится к действию двух равных, но противоположно направленных токов, близко прилегающих друг к другу. Покрытый изоляционным материалом провод сдваивается и помещается поблизости от контуров астатических весов. Когда через провод и весы пропускается ток, равновесие весов остаётся невозмущённым, показывая тем самым, что два близких, равных и противоположно направленных тока нейтрализуют друг друга. Если вместо двух расположенных рядом проводов взять один провод, изолировать его, поместив в середину металлической трубки, и пропустить ток в одну сторону по проводу, а в другую - по трубке, то действие этого тока вне трубки уже совершенно точно, а не приблизительно будет равно нулю.

Этот принцип имеет огромное значение для конструирования электрических приборов, так как он позволяет осуществлять подвод и отвод тока к любому гальванометру или другому прибору без какого-либо электромагнитного эффекта, связанного с прохождением тока туда и обратно. На практике обычно бывает достаточно связать провода вместе, тщательно следя, чтобы они были совершенно изолированы друг от друга; однако там, где они должны проходить вблизи чувствительных элементов аппаратуры, лучше всё же один из них выполнить в форме трубки, а другой - в виде протянутого внутри неё провода (см. п. 683).

506. Во втором опыте Ампера один из проводов многократно изогнут, образуя ряд небольших извилин, но так, что каждый участок его остаётся очень близким к прямому проводу. Оказывается, что ток, текущий в одну сторону по извилистому проводу, а обратно снова по прямому, не влияет на астатические весы. Это доказывает, что влияние тока, текущего по какой-нибудь искривлённой части провода, эквивалентно влиянию такого же тока, текущего по прямой линии, соединяющей крайние точки искривления, при условии, что искривлённая линия на каждом участке своего пути не сильно удалена от этой прямой. Следовательно, любой малый элемент контура эквивалентен элементам, состоящим из двух или многих элементов, и соотношение между составными элементами и результирующим элементом оказывается таким же, как и соотношение между компонентами и их векторной суммой в случае смещений или скоростей.

507. В третьем опыте астатические весы заменены проводником, способным перемещаться только вдоль своей длины; ток входит в проводник и покидает его в фиксированных точках пространства. Обнаружено, что никакой замкнутый контур, помещаемый поблизости, не в состоянии приводить этот проводник в движение [рис. 27].

Рис. 27

Проводником в этом опыте служит провод в форме дуги окружности, подвешенный на коромысло, способное вращаться вокруг вертикальной оси. Дуга горизонтальна, а её центр совпадает с вертикальной осью. Два небольших корытца наполнены ртутью так, что выпуклая поверхность ртути возвышается над уровнем корытцев. Корытцы помещены под дугой окружности и подогнаны так, чтобы ртуть касалась проволоки, изготовленной из хорошо амальгамированной меди.