> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Этим ооъясняется то обстоятельство

Этим ооъясняется то обстоятельство

Этим ооъясняется то обстоятельство, что, принимая атомный вес кислорода за 16, или гелия за 4, для водорода получают атомный вес 1,008, между тем как атом кислорода состоит ровно из 16, а атом гелия из 4 атомов водорода.

§ 4. Магнетизм (ср. XXVII, 579 след.). Электрокинетические взаимодействия и связанные с ними индукционные явления были впервые обнаружены в замаскированной форме, а именно в форме сил взаимодействия между особыми телами, называемыми магнитами. Силы взаимодействия между постоянными магнитами были количественно изучены Кулоном, почти одновременно с силами взаимодействия между наэлектризованными телами. При этом Кулон пришел к выводу, что магнитные силы, подобно электрическим, обусловливаются наличием .магнитных полюсов“, совершенно аналогичных по своим действиям друг па друга электрическим зарядам. В каждом магните, или теле, способном намагничиваться, магнитные полюса противположного знака находятся в эквивалентных количествах, подобно электрическим зарядам противоположного знака в нейтральном теле. Однако, в отличие от электрических запядов отделение магнитных полюсов противоположного знака друг от друга оказывается абсолютно невозможным. Таким образом, явления магнетизации, аналогичного электризации в обычном смысле слова, никогда не наблюдается. Магнит, или способное намагничиваться тело, ведет себя совершенно таким же образом, как поляризованный или могущий поляризоваться диэлектрик, причем явление намагничения оказывается аналогичным не электризации, а поляризации диэлектрика.

В начале XIX века Вебер ввел представление о том, что магнетизм является молекулярным свойством, то есть что молекулы магнита представляют собой маленькие магнитики, ориентированные одинаковым образом. В теле, способном намагничиваться, они при обычных условиях ориентированы бес-иорядочио, но под влиянием внешнего магнитного поля приобретают одинаковую ориентировку, которая и проявляется в намагничении. Связь магнитных явлений с электрическими была впервые установлена Эрстедтом, показавшим, что электрический ток оказывает ориентирующее действие на магнитную стрелку, то есть создает магнитное поле, по существу тождественное с полем обыкновенного магнита. Далее выяснилось, что и обратно магнит оказывает действие на проводник с электрическим током. Вслед за взаимодействием между электрическими токами и магнитами обнаружилось, что и электрические токи сами по себе оказывают друг на друга такое же действие, как и магниты. Основные законы взаимодействия электрических токов, которые были рассмотрены нами выше, были установлены французскими физиками Био, Саваром и в особенности Ампером. Именно последний показал, что замкнутый электрический ток по действиям, производимым им на другие токи (или магниты) или испытываемым со стороны последних, эквивалентен магниту. Эквивалентность магнитов и токов привела Ампера к мысли о полном упразднении магнетизма как самостоятельного явления, то есть о сведении его к взаимодействию электрических токов, циркулирующих в намагниченном веществе. Исходя из гипотезы Вебера о молекулярных магнитиках, Ампер предложил трактовать их как элементарные молекулярные токи, то есть токи, циркулирующие внутри молекул и отличающиеся от обычных токов только отсутствием сопротивления, то есть следовательно способностью оставаться неизменными неограниченно долгое время.

Наконец, в начале XX века, в связи с развитием электронной теории, выяснилось, что молекулярные токи Ампера образуются вращательным движением отдельных электронов в атомах. При этом вначале имелось в виду лишь обращение электронов вокруг центрального тела атома—положительного ядра. В последнее же время выяснилось, что, помимо этого обращения, электроны обладают вращением около собственной оси, также сообщающим им свойства магнитиков, и что именно от этого осевого, а не орбитного вращения электронов зависят свойства сильно-магнитных вешеств, каковымиявляются железо и другие „ферромагнитные” тела, как, например, кобальт, ник-кель и т. д-

Связь магнитных свойств с вращательным движением электронов была особенно отчетливым образом установлена опытом Эйнштейна и де Гааеа, показавшим, что перемагничение железного стержня вызывает его вращение в ту или другую сторону, а также опытом Барнета, установившим, что вращение тела вокруг оси оказывает на него такое же намагничивающее влияние, как и внешнее магнитное ноле, параллельное этой оси. Возможно, что в этом явлении кроется причина земного магнетизма, а также намагничения Солнца и, повидимому, всех других небесных тел, обладающих осевым вращением. Таким образом отдельные атомы с быстро обращающимися в них электронами или даже отдельные электроны, вращающиеся вокруг собственной оси, ведут себя в этом случае совершенно так же, как маленькие волчки или жироскопические компасы (при медленном вращении вокруг некоторой оси подобного волчка, быстро вращающегося вокруг собственной оси, последняя стремится повернуться в направлении первой оси). Следует, впрочем, заметить, что магнитное поле земного шара во много миллиардов раз сильнее того магнитного поля, которое по своему ориентирующему действию было бы эквивалентно вращению земли вокруг оси.

Как впервые показали опыты Вейсса, магнитный момент отдельных атомов, ионов или электронов, подобно электрическому заряду ионов, может принимать лишь значения, равные или кратные некоторой минимальной величине, представляющей собой как бы атом магнитного момента и называемой магнетоном- Это обстоятельство указывает на то, что размеры и наклонность орбит, описываемых электронами в атомах, не могут изменяться непрерывным образом, но образуют некоторую дискретную совокупность различных возможностей.

Не углубляясь в рассмотрение причин этой дискретности (относящихся к квантовой теории строения атомов,

подробнее см. энергия), мы перейдем теперь к обзору важнейших магнитных свойств материальных тел. Последние с точки зрения этих свойств обычно делятся на 3 класса, а именно: на сильно магнитные, или ферромагнитные, на парамагнитные и диамагнитные. Первые могут сохранять магнитный момент и в отсутствии внешнего поля (остаточное намагничение), тогда как вторые и третьи могут намагничиваться лишь в присутствии внешнего магнитного поля (источником которого служит обычно электрический ток). При этом парамагнитные тела намагничиваются в направлении магнитного поля, тогда как диамагнитные—в диаметрально противоположном направлении. Это различие проявляется внешне в том, что парамагнитные тела втягиваются магнитным полем (то есть притягиваются к его источникам), тогда как диамагнитные—выталкиваются им.

Сущность различия между пара- и диамагнитными телами лежит, как показал Ланжевен, в совершенно различном механизме намагничения в обоих случаях. В случае парамагнитных веществ механизм этот сводится к ориентировке частиц, обладающих постоянным отличным от нуля магнитным мо ментом и способных вращаться независимо друг от друга (ими могут быть молекулы, атомы или отдельные электроны). Ориентирующему влиянию внешнего магнитного поля противодействует влияние теплового движения, стремящегося разбросать магнитные оси этих частиц совершенно беспорядочным образом. Результирующая степень ориентации, определяемая величиной намагничения, то есть магнитным моментом единицы объёма, зависит в этом случае от отношения напряженности магнитного ноля Нк абсолютной температуре Т и при не слиш-

тгком больших значениях отношения ~-

оказывается прямо пропорциональной ему (закон Кюри-Ланжевена).

В случае диамагнитных тел, как показал тот лее Ланжевен, мы имеем дело не с ориентацией готовых магнитиков, а с явлением электромагнитной индукции в отдельных атомах или молекулах. Представим себе последние,

следуя Амперу, в виде очень маленьких идеальных проводников (то есть проводников, не обладающих вовсе сопротивлением) и предположим, что при нормальных условиях никакого тока в них нет. При внесении подобных частиц в магнитное иоле или при создании последнего, появляются рассмотренные нами выше индукционные электродвижущие силы, которыми создаются молекулярные токи, сообщающие частицам свойства магнитиков. При этом оси последних оказываются направленными в сторону противоположную той, в которую поле стремилось бы их ориентировать (принцип Ленца). Заменяя представление об идеальном молекулярном проводнике представлением об атоме, образованном вращением электронов вокруг полояштельного ядра, мы получаем вместо индукционных амперовых токов некоторое изменение в скорости обращения электронов по их орбитам, вызывающее такой же добавочный магнитный момент, как и эти токи. Если при нормальных условиях результирующий магнитный момент атома равняется нулю (благодаря компенсации магнитного действия разных электронов) или если эти моменты, несмотря на присутствие поля, остаются беспорядочно ориентированными (что, например, может иметь место при высокой температуре), то в результате действия магнитного поля чело, образованное рассматриваемыми атомами, намагничивается в направлении, противополоясном полю. В общем случае наличия начального момента у атомов и ориентации их полем, диамагнитный эффект налагается на парамагнитный, обычно ослабляя, а иногда и совершенно маскируя его.

Парамагнитный эффект представляет собой полный аналог ориентационной поляризации диэлектриков, а диамагнитный аналогичен деформационной поляризации последних (ср. гл. 1, § 7). При этом статической деформации, выраясающейся в смещении электронных орбит под действием электрических сил, соответствует в магнитном случае так называемое прецессионное вращение этих орбит вокруг магнитного поля, то есть медленное вращение неискаженных орбитвокруг прямой, проходящей чере“ центр атома в направлении поля. Следует заметить, что действие магнитного поля, после установления его, сводится лишь к поддержанию этой („ларморовской“) прецессии, тогда как создается она теми электрическими силами, которыми сопровождается создание магнитного полнили введение тела в него.

В случае ферромагнитных тел, так лее как и в случае парамагнитных, намагничение сводится к чисто ориентационному эффекту. Различие между ними сводится к тому, что в первом случае основным фактором, обусловливающим эту ориентацию, является не внешнее магнитное поле, как во-втором, но особого рода внутреннее или молекулярное поле (по терминологии Вейсса). Последнее имеет чисто электрическое происхоясдение и лишь проявляется в стремлении одинаково-съориентировать соседние элементарные магнитики, которыми, как показали новейшие исследования, являются в случае ферромагнитных металлов отдельные свободные электроны.

У кристаллов кубической системы, к которым принадлежат ферромагнитные металлы, это направление остается совершенно неопределенным. При наличии ясе незначительных местных искажений кристаллической решетки оно определяется в каждом месте характером этой деформации или соответствующими внутренними упругими напрялсениями. Поскольку последние распределены в теле неправильным образом, результирующее намагничение в среднем для каждого небольшого объёма тела исчезает. Таким образом тело в целом, несмотря, на наличие в нем „спонтанного“ намагничения, представляется ненамагниченным (Вейсе). О

При отсутствии этих внутренних напряжений сколь угодно слабое внешнее поле сразу же повернуло бы все магнитики в своем собственном направлении, так как будучи улсе ориентированы по отношению друг к другу они без всякого сопротивления повернулись бы в указанном им направлении,—подобно тому, как взводсолдат поворачивается по приказа-ниго командира.

При наличии же внутренних напряжений, поворот магнитиков в отдельных однородных областях может осуществляться лишь постепенно, путем борьбы внешнего магнитного поля с ориентирующим влиянием местного искажения решетки (например, растяжения или сжатия ее в том или ином направлении). Исследование этого вопроса {Беккер) показывает, что зависимость результирующего намагничения от внешнего поля не является однозначной функцией последнего, но оказывается различной при возрастании и при последующем убывании

поля (с переменой направления его на иротивоположное). Это явление, представляющее собой одну из характерных особенностей ферромагнитных тел, называется гистерезисом. Кривая гистерезиса изображена на рисунке 16. На горизонтальной оси отложены значения поля (магнитной напряженности), а на вертикальной — намагничения (магнитного момента единицы объёма). Отрезок ОС представляет собой величину остаточного намагничения при постепенном убывании поля до нуля в одном направлении (влево), а оч репок OD—то же самое для другого направления. Отрезки О А и ОВ определяют так называемую .коэрцитивную силу, то есть то внешнее магнитное поле, которое необходимо для ликвидации остаточного намагничения. Опыт показывает, в согласии с набросанной выше теорией, что ширина гистерезисной петли тем больше, чем больше внутренние напряжения в соответствующем теле.

При более тщательном исследовании оказывается, что с изменением поля» Н намагничение изменяется не плавным образом, как это изображено на кривой, но скачкообразно, причем величина скачков (соответствующих мгновенному перемагничению маленького объёма тела) особенно велика на крутых участках гистерезисной петли. Это явление носит название эффекта Баркгаузена.

Ферромагнитные тела пмеют большое значение в электротехнике по той причине, что они позволяют в черезвычайно высокой степени усили» вать магнитные поля, создаваемые слабыми или не очень сильными элек-трическнми токами, а вместе с тем и различные пондермоторные и индукционные эффекты, связанные с этими полями. Это усиление сводится к тому, что к внешнему полю, ориентирующему элементарные магнитики, присоединяется то магнитное поле, которое ими самими создается и которое может превышать первое во много тысяч раз. В случае пара-и диамагнитных тел вторичное поле составляет обычно лишь ничтожную долю (порядка одной стотысячной) первичного. Следует заметить, что ферромагнитные свойства сохраняются у железа и других металлов этого типа лишь в твердом состоянии и то лишь до определенной „критической“ температуры—так называемой температуры Кюри,—выше которой они ведут себя как обыкновенные парамагнит ные тела. Роль температуры или, вернее, теплового движения сводится в этом случае к противодействию ориентирующему влиянию внутреннего или молекулярного поля. При температуре Кюри это ориентирующее влияние исчезает, и тело из ферромагнитного состояния переходит в парамагнитное.

Мы уже указывали выше на аналогию намагничения с поляризацией диэлектриков. Вектору поляризации

Р (то есть электрическому моменту еди нИцы объёма) во втором случае соответствует вектор намагничения I в первом. При этом поверхностной плотности связанного электрического заряда, определяемой нормальной проекдней вектора Р, соответствует поверхностная плотность связанного электрического тока, определяемая тангенциальной (то есть параллельной по-

—>

верхности) проекцией вектора I. Заменяя амперовы молекулярные токи молекулярными магнитиками и поверхностную плотность тока поверхностной магнитной плотностью, можно построить математическую теорию намагничения по тому же шаблону, который уже был установлен нами в случае электрической поляризации. Т. обр. вводится понятие о (средней) магнитной напряженности внутри намагниченного тела Я и магнитной —> —> —>

индукции В=Я + 4~ I, далее—о маг-

нитной восприимчивости тела 7. — дВ

и магнитной проницаемости |л —

играющей роль диэлектрической по—>

стоянной. При этом для векторов Я и

—

В устанавливаются те же самые граничные условия, то есть непрерывность тангенциальной проекции первого инормальной проекции второго, как и

- -> —>

для векторов Я и Я в случае поляри-, зации диэлектриков.

Однако, если с точки зрения фиктивных молекулярных магнитиков перейти на точку зрения реальных молекулярных токов, то оказывается,

что вектор В, называемый магнитной индукцией, на самом деле представляет собой среднее магнитное полев теле, соответствуя в этом смысле

— >

не вектору I), но вектору Е в случае

—> —>

диэлектриков; вектор же Я — В — 4ъ1 представляет собой вспомогательную величину, соответствующую вектору

—> —> — >

Электрической индукции V ~ Е -J-4-P, но с обратным знаком при векторе поляризации.

[ Кусок лселеза или какого-либо дру-того ферромагнитного вещества, намагничивающийся под влиянием электрического тока, называется электромагнитом. Для намагничения железного стержня его обычно вводят внутрь катушки, на которую намотана в определенном направлении изолированная проволока, и пропускают через последнюю электрический ток.. Подобная катушка называется соленоидом. Если длина ее велика в сравнении с толщиной, то внутри нее получается практически однородное магнитное поле с напряженностью

Н=4 тлю, (27)

где г—сила тока, a w—число витков проволоки, приходящихся на единицу длины катушки. При наличии в катушке сердечника с магнитной проницаемостью (А поле внутри катушки увеличивается в д раз. При этом, однако, говорят, что изменилось не поле, а вектор индукции, при отсутствии сердечника равнявшийся Н, апри наличии его принимающий зна—> —>

чение В —[>. Н.

Коэффициент самоиндукции подобной катушки может быть вычислен приближенно на основании следующих соображений. Каждый виток катушки пронизывается магнитным потоком |jJIS, исходящим преимущественно от других витков, где S площадь поперечного сечения катушки. Обозначая длину ее через I, мы видим, что через все витки проходит магнитный поток ф=j-HSIw — 4щ>. up SU.

Отсюда следует, что коэффициент самоиндукции рассматриваемой катушки равен

L — 4~x>-uPY, (28)

где V=SI объём ее, или, вернее— внутреннего пространства, где сосредоточено поле Я. Заметим, что вне катушки последнее практически исчезает. ,

Подставляя это выражение в формулу T= IAi для магнитной энергиитока и заменяя в ней -mi череэ-Я

о; согласно (27), получаем <}-

Таким образом мы можем себе представить, что энергия тока сосредоточена г, сердечнике катушки и распределена в ней с объёмной плотностью

Это выражение совершенно аналогично с уже известным нам выражееЕ2 нием g_- для объёмной плотности

Электрической энергии в диэлектрике « диэлектрической постоянной г. Если на рассмотренную выше катушку намотать проволоку, изолированную от первой, то мы получим прибор, который в зависимости от характера тока, пропускаемого через первичную обмотку, является индукционной катушкой (Рюмкорфа) илн .электрическим трансформатором (смотрите спираль Рюмкорфа). В первом случае через первичную обмотку пропускается ток постоянного направления, прерываемый через определенные промежутки времени (путем разрыва цепи, по которой он течет). При включении .этого тока во вторичной обмотке индуктируется ток обратного направления; наоборот, при выключении его—ток того же самого направления. Эти индукционные токи тем сильнее—но вместе с тем и кратковременное,—чем быстрее происходит изменение первичного тока. Обычно спадание его при выключении происходит гораздо быстрее нежели нарастание при включении. Поэтому во вторичной обмотке индуктируется гораздо более сильный < ток при выключении первичного тока, нежели при его включении. Индукционная электродвижущая сила тем больше, чем больше число витков ео вторичной обмотке. Обычно последнее берется черезвычайно большим,—так, чтобы разность потенциалов, появляющаяся на концах вторичной цепи (в разомкнутом состоянии) при размыкании первичного тока была бы достаточна для проскакивания искры желаемой длины (смотрите рисунок 17). Заметим, что при размыкании первичного. тока между концами его цепи также проскакивает искра, вызываемая электродвижущей силой самоиндукции, жоторая возбуждается в нем вследствие быстрого убывания силы тока. При замыкании тока, искры, разумеется, не происходит. В этом случае, при наличии постоянной первичной электродвижущей силы V, сила тока возрастает сравнительно медленно, постепенно приближаясь к предельной величине 7= соответствующейданному сопротивлению цепи В. Скорость этого возрастания определяется отношением сопротивления к коэффициенту самоиндукции цени L. В случае обычных цепей она настолько

мала, что нормальный ток г устанавливается в незначительную долю секунды. Заметим, что разность между этим током и тем током г (t), который фактически течет в цепи при замы-j канин ее, называется экстратоком замыкания. Аналогичным образом ток, текущий в цепи после ее размыкания (и прорывающийся через воздух в виде искры), называется экстратоком размыкания. Само собой разумеется, что подобные экстратоки наблюдаются не только в цепи катушки, но и во всякой другой цепи.

На ряду с постоянными токами в электротехнике имеют черезвычайно широкое применение так называется переменные токи. Под этим названием подразумевается обычно не всякий ток переменной силы или направления, но ток. сила и направление которого колеблется .иаятникообразно или гармонически по формуле

i=i0 sin =i0rin«>i+ (30)

где ц представляет собой амплитуду тока, Т— период колебаний, а а—так называется начальную фазу. Заметим, чтовеличина обратная периоду, то естьравная числу колебаний, или „циклов“ в единицу времени, называется частотой, а пропорциональная ей величина ш =2~f— угловой частотой. Таким образом „переменный ток“ представляет собой по существу электрические колебания синусоидального характера, или, точнее, гармоническое колебательное движение электрических зарядов в проводнике.

Источником переменного тока служит обычно динамомашина, схема которой была уже рассмотрена нами в § 3. Мы видели, что при вращении рамки (якоря) в однородном магнитном поле, в нем индуктируется э.-д.

сила, равная V=— SHv>sinе, или, еслиположить здесь <е;

2-1

1=у и V о =

= с SH, то F= T’osin о) 1.

(31)

Таким образом, эта э.-д. сила в смычем роль омического сопротивления, определяемого отношением э.-д. силы

(ок силе тока, играет величина —L, называемая индуктивным сопротивлением.

В общем случае при наличии у проводника омического сопротивления R оно складывается с индуктивным сопротивление, но не арифметически, а „геометрически“, то есть так, как складываются друг с другом два катета прямоугольного треугольника в его гипотенузу. Таким образом, полное ‘) сопротивление R, определяемое как отношение амплитуды э.-д. силы У0 к амплитуде вызываемого ей тока i0, выражается в этом случае формулой

= /+ ФО’

(33)

При этом угол сдвига фазы тока по отношению к э.-д. силе, то есть величина а в формуле (30), оказывается меньшей у Можно показать, что он равенодному из двух острых углов в прямоугольном треугольнике с катетами R

еле своей зависимости от времени имеет такой же колебательный характер, как и переменный электрический ток, определяемый формулой (30> Естественно, что именно такой ток ей и вызывается. Если бы проводник, в котором возбуждается электродвижущая сила (31), не имел бы вовсе омического сопротивления, то сила вызываемого его тока должна была бы определяться из условия равенства и противоположности силы э.-д. самоиндукции, связанной с этим током и 1 di 1 Т di

равной— —L l/t- Равенство =V

на самом деле выполняется, если положить в формуле (30) «=2’ то есть i —

= г0 cos и

О)

и —L, а именно тому из этих углов,

который обращается в нуль при×= 0 и, следовательно, в прямой угол при R=0.

Предыдущие соотношения значительно усложняются, когда рассматриваемый проводник, в котором действует э.-д. сила Г, находится в -индуктивной связи с каким-нибудь другим замкнутым проводником. „Индуктивная связь“ двух проводников или контуров означает наличие взаимной индукции между ними и измеряется отношением коэффициента взаимной индукции их Ln к среднему геометрическому из коэффициентов само-

_Х] 2 гиндукции (величина к — назыс

—f 1

<s>L

(32)

Таким образом, в рассматриваемом идеальном случае (проводника без сопротивления) мы получаем переменный электрический ток, сдвинутый по фазе относительно электродвижущей силы на четверть периода, привается коэффициентом связи). Максимальная связь (с коэффициентом близким к 1) осуществляется в рассмотренной выше схеме катушки с двумя обмотками, намотанными одна на дру-

J) В технике, обычно, омическое, индуктивное и полное сопротивления соответственно называются: активным, реактивным и кажущимся.

гуго. Впрочем, при наличии замкнутого (кольцеобразного) железного сердечника, магнитные силовые линии проходят практически полностью внутри последнего, так что в этом случае индуктивная связь между обеими обмотками не уменьшается, если они наматываются вокруг различных участков сердечника (рисунок 18). При таких условиях результирующие э.-д. силы Fj и V2, индуктированные в обеих обмотках и складывающиеся из силы самоиндукции и взаимной индукции (V,=Vu + 71S, =F22 + 7а),

могут быть непосредственно вычислены, исходя из величины Ф полного магнитного потока, проходящего через любое поперечное сечение сердечника по формулам

7= —

d Ф

1 d Ф

It’ W

где щ и га, обозначают числа витков в соответствующих обмотках. Отсюда следует, что эти индукционные э.-д. силы относятся друг к другу, как числа витков гог и щ.

Если в одной из обмоток — „первичной“ — действует синусоидальная э.-д. сила V типа (31), исходящая из какого-либо внешнего источника (например, динамомашины), то э.-д. сила того же типа -- но с другой амплитудой — индуктируется во вторичной обмотке. Эта э.-д. сила У2 называется преобразованной, или „трансформированной“ по отношению к исходной V, а самый прибор (схематически изображенный на рисунке 18) называется электрическим трансформатором. Если первичная обмотка состоит из небольшого числа оборотов толстой проволоки с маленьким сопротивлением, то внешняя э.-д. сила V, действующая в ней, практически уравновешивается той, которая в ней. индуктируется Vb Таким образом - У,

отношение у» характеризующее трансформатор, практически совпадает с

У г Щ потношением „= Если, следова-

V 1 «1

тельно, го-, очень велико в сравнении с м>1, то преобразованная э.-д. сила К2 во вторичной обмотке оказывается очень большой по сравнению с первичной. В этом случае трансформатор может преобразовывать низкое напряжение V в высокое У,. При обратном соотношении числа витков мы получаем обратное соотношение: трансформатор не повышает, а. наоборот понижает напряжение, приложенное к первичной обмотке.

Мы не можем останавливаться здесь на вопросе о различных технических применениях переменных электрических токов. Одним из наиболее широко известных, но отнюдь не специфическим, является применение их к электрическому освещению (городские

Электрические станции дают обычно переменный ток с частотой 50). В связи с этим необходимо отметить, что тепловой эффект переменного тока, то есть, другими словами, количество тепла, выделяющегося при его прохождении за единицу времени, выражается не произведением силы тока г на э.-д. силу V, как в случае постоянного тока, а формулой

Q — 2 г’о Г0 COSa,

(35)

то есть половиной произведения амплитуд тока и э.-д. силы на косинус угла, характеризующего сдвиг фазы между ними. В технике переменныхтоков величины

- и

V 2

Го

,/ называются

V 2

„эффективными“ значениями силы тока и э.-д. силы, причем произведение

vicosa’

характеризующеетучасть тока, с которой связан тепловой эффект, называется активной, апроизведение

V 2

sin а — реактивнойслагающей тока. Эти обозначения соответствуют представлению обеих слагающих тока, как катетов прямоугольного треугольника, соответственно параллельного (то есть совпадающего по фазе) и перпендикулярного (то есть сдвинутого по фазе на 90°) к внешней э.-д. силе. Переменные токи применяются, на ряду с постоянными, для превращения электрической энергии не только в тепловую, но и в механическую,то есть в различного рода электродвигателях (моторах), в рассмотрение которых мы не можем здесь вдаваться (подробнее см. электротехника).

Заметим, что переменные токи могут быть легко преобразованы в постоянные или, вернее, в токи постоянного направления (но колеблющейся величины) при помощи приборов, называемых умформерами, или преобразователями. Заметим также, что динамомашины переменного тока называются часто альтернаторами.

В заключение мы перечислим вкратце различные измерительные приборы, применяемые в электромагнетизме. Важнейшими из них являются приборы, служащие для измерения силы тока по производимому им магнитному (электрокинетическому) действию. В случае слабых токов эти приборы называются гальванометрами, а в случае сильных—амперметрами. Сила тока определяется в них по механическому действию, производимому одной частью цепи (неподвижной) на другую (подвижную) или же на постоянный магнит. Галь; анометры и амперметры могут быть легко приспособлены к измерению разностей потенциала (электро-движущих сил), причем в этом случае они называются вольтметрами. В технике временных токов широкое применение имеют приборы, служащие для измерения мощности (обычно—по тепловому эффекту)—так называемые ваттметры, а также электрической энергии, потребляемой за данное время (электрические счетчики).

Заметим, наконец, что в учении об электромагнитных явлениях часто пользуются особой, .так называется электромагпитной системой единиц, основывающейся на электромагнитной единице электрического тока или заряда, которая была введена нами в начале этой главы и которая в с=3-1010 раз больше соответствующей электростатической единицы. Таким образом, э.-д. единица заряда равна 10 кулонам, а э.-м. силы тока—10 амперам. Сохраняя в качестве единицы работы (энергии) 1 эрг, мы для э.-м. единицы потенциала получаем величину в 3-1010 раз меньшую электростатической, т-е. равную одной стомиллионной вольта. Практической единицей напряженности магнитного поля служит 1 гаусс, равный одной десятой соответствующей э.-м. единицы. Наконец, практической единицей самоиндукции и взаимной индукции является так называется генри=109 см. Напомним, что в электромагнитной системе единиц коэффициент самоиндукции (или взаимной индукции) измеряется в сантиметрах, так же как емкость—в электростатической системе единиц (смотрите электротехника— электрические измерительные приборы).

Глава IV. Электромагнитные волны и электромагнитная теория света. § 1. Ток смещения и распространение электромагнитных действий со скоростью света. Явление электромагнитной индукции в неподвижном проводнике связано с наличием этого проводника лишь в смысле своего обнаружения, а не происхождения. Мы можем и должны себе представить, что то электрическое поле, которое проявляется в виде индукционной э.-д. силы в проводнике, сохраняется и при отсутствии его. являясь непосредственным следствием тех процессов, которыми обусловливается э.-м индукция в рассматриваемом случае Процессы эти, как мы видели выше, сводятся в конечном счете к ускоренному движению электрических зарядов; индукционное электрическое поле— или, как мы его назвали, фарадеевское поле—обусловливается ускорением этого движения в таком лее самом смысле, в каком магнитное поле обусловли- вается его скоростью. Поскольку, однако, в общую формулировку закона иьдукции. то есть в уравнение г 1 4Ф

с dt

| док, а, следовательно, и электрического I поля, действующего между последними. Это изменение электрического поля в качестве фактора, определяющего внутри конденсатора как бы заменяет фарадеевекое поле, входит не движе- собой или, вернее, дополняет электри-нпс электрических зарядов, а лишь ческий ток, текущий в проводнике, обусловливаемое ими магнитное поле, превращая его из незамкнутого „как мы можем совершенно отвлечься от бы“ в замкнутый. Исходя из предсгав-этого движения, представляющего ления (по существу неправильного) о собой основную причину явления, и том, что всякий ток должен быть не-рассматривать фарадеевекое электри- пременно замкнутым, Макеуэл предло-ческое иоле как непосредстзенное след-1 жил трактовать переменное электри-ствие изменения магнитного поля во ческое поле как особого рода ток, ковремени, согласно уравнению (1). Но если переменное магнитное поле может в этом смысле являться непосредственным источником электрического,

торыи он в отличие от ооыкновенного „тока проводимости“ (кондукционного) назвал током смещения. При этом физический смысл идеи Максуэла заключался втождественностимагнитных действий тока того и другого рода, то есть, иными словами, в предположении, что переменное электрическое поле создает магнитное поле того же типа, как и обыкновенный электрический ток.