22 Mechanical Theory of Electrolysis, Phil. Mag., Dec. 1851.
23 Nichol’s Cyclopaedia of Physical Science, ed. 1860, Article «Magnetism, Dynamical Relations of», and Reprint, § 571.
545. Введение В. Вебером системы абсолютных единиц для измерения электрических величин является одним из наиболее важных шагов, способствовавших развитию науки. Поставив вместе с Гауссом измерение магнитных величин в ранг высшей категории точности, Вебер в его «Электромагнитных измерениях» не только продолжает излагать свои глубокие принципы установления подлежащих использованию единиц, но и даёт определение отдельных электрических величин через значения этих единиц с такой степенью точности, которой ранее никто даже и не пытался достигнуть. Как электромагнитная, так и электростатическая системы единиц обязаны своим развитием и практическим применением именно этим исследованиям.
Вебер создал также общую теорию электрического действия, из которой вывел как электростатическую, так и электромагнитную силы, а также индукцию электрических токов. Мы рассмотрим эту теорию вместе с некоторыми её обобщениями, полученными недавно, в отдельной главе (см. п. 846).
ГЛАВА IV
О САМОИНДУКЦИИ ТОКА
546. Девятая серия «Исследований» Фарадея посвящена изучению класса явлений, вызываемых током в проводе, образующем катушку электромагнита.
М-р Дженкин обнаружил, что хотя и нельзя произвести заметного удара при непосредственном воздействии гальванической системы, состоящей только из одной пары пластин, тем не менее сильный удар будет ощущаться, если пропустить ток через катушку электромагнита и затем прервать контакт между концами двух проводов, находящихся в руках. Такой удар не ощущается при замыкании контакта.
Фарадей показал, что и это, и другие описываемые им явления обусловлены тем же самым индуктивным действием, которое, по его наблюдениям, ток оказывает на соседние проводники. В данном случае, однако, индуктивному действию подвергается сам токонесущий проводник, а поскольку он расположен ближе к различным элементам тока, чем любой другой провод, то и индуктивное действие оказывается гораздо более сильным.
547. Как замечает, впрочем, Фарадей 1 первая мысль, которая приходит в голову, состоит в том, что циркулирующее в проводе электричество обладает чем-то, похожим на импульс или инерцию». Действительно, когда мы рассматриваем один-единственный провод, то явления в точности аналогичны явлениям в трубе, наполненной водой, текущей непрерывным потоком. Если при протекании потока воды быстро закрыть конец трубы, то импульс воды создаст резкое повышение давления, значительно превышающее давление, обусловленное перепадом уровней воды, что может привести к разрыву трубы.
1Exp. Res., 1077.
Если же перекрыть основное отверстие, оставив воде возможность вытекать узкой струёй, то она будет выбрасываться с гораздо большей скоростью, чем под действием гидростатического напора, а если она имеет возможность вытекать через клапан в резервуар, то это будет происходить, даже когда давление в резервуаре превышает давление, обусловленное перепадом уровней воды.
Именно на этом принципе построен гидравлический «домкрат», поднимающий небольшое количество воды на большую высоту при помощи большого количества воды, стекающего вниз с гораздо меньшей высоты.
548. Эффекты, связанные с инерцией жидкости в трубе, зависят лишь от количества протекающей через трубу жидкости, от длины трубы и от её поперечного сечения на разных участках. Они не зависят от всего, что находится вне трубы, а при неизменной длине трубы - от того, как труба изогнута.
В случае провода с током положение иное, поскольку эффект очень мал, если длинный провод сложен вдвое; эффект больше, если эти две части разнесены друг от друга, он ещё больше, если провод свернут в спираль, и максимален, если внутрь такой спиральной катушки поместить кусок мягкого железа.
Опять-таки если взять второй провод и, изолировав его от первого, свернуть их вместе в катушку, то эффект не изменится, если второй провод разомкнут; если же второй провод образует замкнутый контур, то в нём возникает индукционный ток и эффекты самоиндукции в первом проводе замедляются.
549. Эти результаты ясно показывают, что если данные явления обусловлены импульсом, то этот импульс, конечно, не является импульсом электричества в проводе, поскольку тот же самый провод, передающий тот же самый ток, обнаруживает эффекты различные в зависимости от формы провода, и, даже когда форма остаётся неизменной, присутствие других тел, таких, как кусок железа или замкнутый металлический контур, влияет на результат.
550. Для человеческого разума, который однажды усмотрел аналогию между явлениями самоиндукции и движения материальных тел, всё-таки трудно полностью отказаться от обращения к ней или допустить, что она является чисто поверхностной и вводящей в заблуждение. Основополагающее динамическое представление о том, что материя способна воспринимать импульс и энергию через движение настолько переплелось с нашим образом мыслей, что стоит нам уловить лишь проблеск этой идеи в любой части природы, как мы чувствуем, что перед нами открывается путь, который рано или поздно приведёт к полному пониманию предмета.
551. В случае электрического тока мы обнаруживаем, что, когда начинает действовать электродвижущая сила, она не сразу создаёт полный ток; ток нарастает постепенно. Что же делает электродвижущая сила в то время, когда противостоящее ей сопротивление не может уравновесить её? Она увеличивает электрический ток.
Обычная сила, действующая на тело в направлении его движения, увеличивает его импульс и сообщает ему кинетическую энергию, т.е. способность совершать работу за счёт этого движения.
Аналогичным образом часть электродвижущей силы, не встречающая сопротивления, идёт на увеличение электрического тока. Обладает ли созданный таким образом электрический ток импульсом или кинетической энергией?
Мы уже показали, что у него есть что-то, очень напоминающее импульс, оно оказывает сопротивление внезапной остановке и может на короткое время вызывать большую электродвижущую силу.
Но проводящий контур, в котором течёт электрический ток, обладает способностью совершать работу за счёт этого тока, и эту способность нельзя назвать чем-то, очень напоминающим энергию, ибо это действительно и есть энергия.
Так, если ток предоставить самому себе, он будет продолжать циркулировать да тех пор, пока не прекратится из-за сопротивления контура. До момента остановки он произведёт определённое количество тепла, которое, будучи выраженным в динамической мере, равно энергии, первоначально существовавшей в токе.
С другой стороны, предоставленный самому себе ток можно заставить совершать механическую работу по перемещению магнитов: индуктивный эффект этих перемещений будет, по закону Ленца, останавливать ток скорее, чем это происходило бы при наличии одного лишь сопротивления контура. При этом часть энергии тока может быть превращена не в тепло, а в механическую работу.
552. Итак, система, содержащая электрический ток, является, по-видимому, вместилищем какого-то вида энергии, и, поскольку мы не можем создать себе иного представления об электрическом токе, кроме как о явлении кинетическом 2 , его энергия должна быть кинетической, т.е. энергией, которой движущееся тело обладает благодаря своему движению.
2 Faraday, Exp. Res., 283.
Мы уже показали, что электричество в проводе нельзя рассматривать как некое движущееся тело, в котором и следует отыскивать эту энергию, ведь энергия движущегося тела ни от чего, находящегося вне тела, не зависит, в то же время присутствие около тока других тел меняет его энергию.
Мы, таким образом, подошли к вопросу о том, не может ли существовать какого-либо движения вне провода, в пространстве, не занятом электрическим током, в котором проявляются электромагнитные эффекты тока.
