Struktura rewolucji relatywistycznej i kwantowej w fizyce. Wojciech Sady

Чтение книги онлайн.

СКАЧАТЬ się tuż pod drutem łączącym końce drugiej zwojnicy wpada w drgania, po czym powraca do położenia początkowego.

      Faradayowi przede wszystkim należy się miano odkrywcy indukcji elektromagnetycznej, gdyż po pierwszych udanych obserwacjach przeprowadził, w ciągu kilku miesięcy, setki eksperymentów. Wyniki uzyskane w 1831 przedstawił w I i II serii „Experimental Researches in Electricity”. Wytwarzał prądy w zwojnicach, włączając i wyłączając prąd w innych zwojnicach, nawiniętych na tym samym rdzeniu żelaznym. Wykazał, że po usunięciu rdzenia indukowane prądy stają się o wiele słabsze. Wytwarzał prądy, zbliżając i oddalając magnesy stałe do i od żelaznego rdzenia, na który nawinięta była zwojnica, a także szybko wsuwając i wysuwając magnes sztabkowy do i ze zwojnicy bez rdzenia. Nie znając matematyki, ograniczył się do opisów jakościowych, a nie mając formalnego wykształcenia w zakresie fizyki, posługiwał się dość osobliwym językiem. Główną rolę w jego opisach odgrywały krzywe magnetyczne, które później przemianował na linie sił. Źródłem takich wyobrażeń były obrazy opiłków żelaznych rozsypywanych np. na kartonie znajdującym się nad magnesem stałym albo przez który przechodziły przewodniki z prądem. Wzdłuż linii, w jakie układają się opiłki, będzie w każdym miejscu, dodawał Faraday, ustawiać się mała igła magnetyczna. Początkowo krzywe magnetyczne uważał raczej za wygodne narzędzia, pozwalające planować kolejne eksperymenty, a przede wszystkim wyrażać odkrywane prawidłowości. Oto charakterystyczna próbka (usunąłem z tekstu odsyłacze):

      232. Gdy prąd elektryczny płynie przez drut, drut ten jest otoczony w każdej części przez krzywe magnetyczne, o natężeniu malejącym zgodnie z ich odległością od drutu, i które w myśli da się porównać do pierścieni usytuowanych w płaszczyznach prostopadłych do drutu, a raczej do prądu elektrycznego w nim zawartego. Krzywe te, choć różne kształtem, są doskonale analogiczne do krzywych istniejących między dwoma przeciwnymi biegunami magnetycznymi przeciwległymi do siebie; a gdy drugi drut, równoległy do tego, który przenosi prąd, zbliża się do niego, przechodzi przez krzywe magnetyczne dokładnie tego samego rodzaju, jakie by przecinał będąc przenoszony między przeciwnymi biegunami magnetycznymi w jednym kierunku; a gdy oddala się od drutu indukującego, przecina krzywe wokół niego w taki sam sposób, jak przecinałby te między tymi samymi biegunami, gdyby poruszono go w kierunku odwrotnym. 238. W pierwszych eksperymentach drut indukujący i ten poddany indukcji umieszczono w stałej odległości od siebie, a następnie przez ten pierwszy przepuszczono prąd elektryczny. W takich przypadkach same krzywe magnetyczne należy uznać za poruszające się (jeśli mogę użyć tego wyrażenia) przez drut poddany indukcji, od chwili, gdy zaczną się one rozwijać, do chwili, gdy siła magnetyczna prądu osiągnie maksimum; rozchodząc się jakby od drutu na zewnątrz, a w konsekwencji będąc w tym samym stosunku do nieruchomego drutu poddanego indukcji, jak gdyby poruszał się on w przeciwnym kierunku przez nie, lub w kierunku drutu przewodzącego prąd. Z tego powodu pierwszy prąd indukowany w takich przypadkach płynął w kierunku przeciwnym niż prąd główny. Po przerwaniu kontaktu z baterią krzywe magnetyczne (które są jedynie wyrazem uporządkowanych sił magnetycznych) można sobie przedstawić jako kurczące się i powracające w kierunku zanikającego prądu elektrycznego, a zatem poruszające się w przeciwną stronę przez drut i wywołujące prąd indukowany przeciwny do pierwszego (Faraday 1832).

      Jeśli chodzi o odkryte niegdyś przez Arago oddziaływania między magnesami a tarczami z metali niemagnetycznych, wirującymi względem siebie, to Faraday domyślił się – i potwierdził ten domysł eksperymentalnie – że w tarczach indukowane są wirowe prądy elektryczne. Układ eksperymentalny, który zestawił w celu zbadania tych zjawisk, można uznać za prototyp prądnicy.

      3.5. Inne odkrycia w dziedzinie elektryczności i magnetyzmu

      W 1822 Thomas Seebeck – lekarz z wykształcenia, a z zamiłowania poszukiwacz ukrytej jedności przyrody – stwierdził, że jeśli jedną część obwodu zbudowanego z bizmutu i miedzi podgrzejemy, to działa on na igłę magnetyczną. Nazwał to efektem termomagnetycznym. Z uporem przeczył wynikom badań m.in. Jean-Baptiste’a Fouriera, które świadczyły o tym, że mamy tu do czynienia z wywołanym różnicą temperatur przepływem prądu. Ostatecznie opinia fizyków przeważyła, a zjawisko zyskało miano efektu termoelektrycznego.

      Wykorzystując ten efekt jako źródło napięcia, Georg Ohm sformułował prawo określające związek napięcia, natężenia prądu i oporu, uzupełnione twierdzeniem, że opór przewodu jest funkcją jego przekroju, długości i rodzaju substancji, z jakiej został wykonany. Ogłoszone w 1827, zostało parę lat później dokładnie potwierdzone przez Gustava Fechnera – jednak nawet wtedy nie wszyscy je zaakceptowali.

      Faraday po 1831 poświęcił się badaniom nad elektrolizą. Zdawał sobie sprawę z tego, że jeśli hipoteza atomistyczna jest prawdziwa, to wykryte przez niego prawidłowości każą sądzić, iż z każdym atomem związana jest stała porcja elektryczności – stanowczo jednak takich twierdzeń nie wygłaszał. Z dużą dokładnością potwierdził zasadę zachowania ładunków elektrycznych. Systematycznie badał wpływ obecności dielektryków na pojemność kondensatorów.

      Prac Henry’ego najwyraźniej w Anglii nie czytano. Zjawisko samoindukcji zostało ponownie odkryte przez Williama Jenkina, a przebadane i opisane przez Faradaya w 1835.

      Uzyskane wyniki od czasu do czasu pobudzały Faradaya do spekulacji, które zwykle – z uwagi na brak formalnego wykształcenia w zakresie fizyki i chemii, a także nieznajomość matematyki – przybierały dziwaczne formy. Wyobrażał sobie np., że siły elektryczne rozchodzą się wprawdzie na odległość, ale tylko między sąsiadującymi cząstkami ośrodka; w rezultacie siła, jaką obserwujemy między odległymi ciałami, jest wynikiem łańcucha oddziaływań lokalnych. Spekulował też, że rzekomo odpychające siły elektryczne powstają wskutek przyciągania przez ciała znajdujące się po przeciwnej stronie. To, co uważamy za ładunek zgromadzony w przewodniku, traktował tu i ówdzie jako zakończenie linii, wzdłuż których następuje deformacja ośrodka otaczającego – a wobec tego to ośrodek, a nie ciała ważkie, byłby siedliskiem elektryczności. Opisując wyniki badań nad wyładowaniami w rozrzedzonych gazach, które przybierały formy iskier lub poświat o rozmaitych kształtach, pisał o liniach indukcji elektrycznej, analogicznych do linii prądów czy linii sił magnetycznych. Podkreślał wprawdzie tu i ówdzie, że takie pojęcia są raczej wygodnymi narzędziami opisu niż obrazami rzeczy samych w sobie, niemniej w miarę upływu lat interpretował je coraz bardziej realistycznie. Choć odkrycia eksperymentalne Faradaya budziły powszechne uznanie, to tego typu rozważania natrafiały na mur niezrozumienia.

      W 1841 W. Thomson ogłosił artykuł o analogiach między wzorami opisującymi rozchodzenie się ciepła w jednorodnych ciałach stałych a elektrostatyką: wzór na rozkład temperatury w zależności od wydajności źródeł ciepła i odległości miał identyczną strukturę ze wzorem na potencjał elektryczny w zależności od wielkości ładunków i odległości. Thomson był przekonany, że siły elektryczne działają na odległość i z niechęcią odnosił się do uwag Faradaya o liniach sił. Ale teoria rozchodzenia się ciepła opisywała właśnie zjawiska przebiegające między sąsiadującymi punktami. Nagle w 1843 zrozumiał, że obrazy kreślone przez Faradaya są na swój sposób spójne, a linie sił elektrycznych odpowiadają liniom, po jakich rozchodzi się ciepło.

      Pobudzony przychylną reakcją Thomsona, Faraday powrócił do badań, СКАЧАТЬ