Наука высокого напряжения. Фарадей. Электромагнитная индукция - [37]

Шрифт
Интервал
выше которой ферромагнетик теряет свои свойства в результате термического возбуждения и превращается в парамагнетик. Например, температура Кюри для железа равна примерно 1043 К.

— Парамагнетики: в отсутствие внешнего магнитного поля имеют случайный порядок магнитных моментов. Однако под действием внешнего магнитного поля магнитные моменты парамагнетиков стремятся повернуться параллельно магнитному полю. Если устранить действие внешнего магнитного поля, парамагнетики не сохраняют магнитных свойств.

— Диамагнетики: очень слабо намагничиваются, при индуцированном магнитном моменте поворачиваются в направлении, противоположном магнитному полю. Если ферромагнетики притягиваются магнитами, то диамагнетики отталкиваются ими. В действительности все материалы имеют свойства диамагнетиков, но это может быть неявно выражено при слабом притяжении к магниту (парамагнетики) и при сильном притяжении к магниту (ферромагнетики).


Теория Пуассона

Феноменологическая теория, разработанная французским математиком Симеоном Дени Пуассоном (1781–1840) и его немецким коллегой Карлом Фридрихом Гауссом (1777–1855), позволяет рассчитать эффект любого числа произвольно расположенных статических электрических зарядов. Две противоположно заряженные частицы притягиваются, и у них обнаруживается свойство ускоряться друг к другу, их скорость можно определить при учете сопротивления среды: если сопротивление среды присутствует, они могут двигаться с постоянной скоростью, , если сопротивление отсутствует, они двигаются с постоянным ускорением. После того как Фарадей установил, что электрические поля воздействуют силами на заряженные частицы, из-за того, что они обладают зарядом и вне зависимости от их скорости, а магнитные поля воздействуют силами на движущиеся заряженные частицы, благодаря уравнениям Максвелла, которые появились позднее, стало возможным определить поля на основе знаний о зарядах и токах.

>Симеон Дени Пуассон

СЛЕДСТВИЯ ДИАМАГНЕТИЗМА: РОЖДЕНИЕ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ

«Теперь мы уже готовы к рассмотрению теории индуцированного магнетизма с той точки зрения, которой, как я полагаю, придерживался Фарадей. Когда магнитная сила действует на произвольную среду, магнитную, диамагнитную или нейтральную, внутри нее возникает явление, называемое магнитной индукцией, которая представляет собой направленную величину, имеющую природу потока, удовлетворяющую тем же условиям непрерывности, что и электрический ток и другие потоки».

Это цитата из книги Джеймса Клерка Максвелла «Трактат об электричестве и магнетизме». Несомненно, автор хотел особо подчеркнуть роль Фарадея в изучении электромагнетизма.

С другой стороны, в 1850 году немецкий физик Вильгельм Эдуард Вебер, в честь которого названа единица измерения магнитного потока в международной системе (вебер), предложил идею о том, что молекулы ферромагнетиков представляют собой маленькие магниты. При воздействии на них магнитным полем молекулы поворачиваются в одном направлении. Так ферромагнетик превращается в магнит. Однако эта идея противоречила постулатам феноменологической теории Пуассона, которая использовалась до сих пор для расчета эффекта от неопределенного количества произвольно расположенных статических электрических зарядов.

Как и прежде, находки Фарадея стали основой для теоретической разработки в рамках новых дисциплин, появившихся позднее. Если различия между диамагнетиками и парамагнетиками были экспериментально выведены британским физиком Джеймсом Альфредом Эвингом (1855–1935), характеристики ферромагнетиков не были глубоко проанализированы до тех пор, пока Поль Дирак и Вернер Гейзенберг (1901–1976) не применили для этого основы развивающейся квантовой механики в 1929 году.

Теория существования электронов подразумевалась в работах Фарадея и Максвелла, но окончательно была сформулирована нидерландским физиком Хендриком Антоном Лоренцем (1853–1928) и использована в первую очередь для оптических явлений.

В 1900 году немецкий физик Макс Планк (1858–1947) ввел термин квант и открыл универсальную постоянную, названную постоянной Планка и использованную для расчета энергии фотона.

В 1905 году Эйнштейн высказал идею, что свет распространяется как частица, фотон. Де Бройль в 1923 году указал, что квантовая механика придает частицам волновые свойства, а излучению, электромагнитным волнам — свойства частиц. Наконец, Гейзенберг и Шрёдингер соединили макроскопические явления со свойствами атома и молекул, и стал понятен феномен ферромагнетизма: в любом ферромагнетике имеются элементарные носители магнитного момента, отвечающие за макроскопические магнитные эффекты и спонтанную намагниченность.


Глава 5.

Больше, чем искра гениальности

Хотя интеллектуальные достижения Фарадея признаны неоспоримыми, а без его наследия невозможно понять последующую научную революцию в физике, ученый никогда не забывал о своем простом происхождении.

Поэтому одной из его главных целей была популяризация науки, особенно среди детей.

Несмотря на приближавшийся закат карьеры Фарадея, первые лучи теоретических и практических следствий его открытий уже загорелись, и это предвещало великие научные открытия в физике, связанные с такими именами, как Эйнштейн, Гейзенберг и Шрёдингер.

Продолжить чтение
Рекомендуем почитать
Как мы едим. Как противостоять вредной еде и научиться питаться правильно

Разговор о том, что в нашем питании что-то не так, – очень деликатная тема. Никто не хочет, чтобы его осуждали за выбор еды, именно поэтому не имеют успеха многие инициативы, связанные со здоровым питанием. Сегодня питание оказывает влияние на болезни и смертность гораздо сильнее, чем курение и алкоголь. Часто мы едим нездоровую еду в спешке и с трудом понимаем, как питаться правильно, что следует ограничить, а чего нужно потреблять больше. Стремление к идеальному питанию, поиск чудо-ингредиента, экстремальные диеты – за всем этим мы забываем о простой и хорошей еде.

Советский воинский долг и религия

Как коммунистическая и религиозная идеологии относятся к войне и советскому воинскому долгу? В чем вред религиозных предрассудков и суеверий для формирования морально-боевых качеств советских воинов? Почему воинский долг в нашей стране — это обязанность каждого советского человека защищать свой народ и его социалистические завоевания от империалистической агрессии? Почему у советских людей этот воинский долг становится их внутренней нравственной обязанностью, моральным побуждением к самоотверженной борьбе против врагов социалистической Родины? Автор убедительно отвечает на эти вопросы, использует интересный документальный материал.

Мир после нас. Как не дать планете погибнуть

Способны ли мы, живя в эпоху глобального потепления и глобализации, политических и экономических кризисов, представить, какое будущее нас ждет уже очень скоро? Майя Гёпель, доктор экономических наук и общественный деятель, в своей книге касается болевых точек человеческой цивилизации начала XXI века – массового вымирания, сверхпотребления, пропасти между богатыми и бедными, последствий прогресса в науке и технике. Она объясняет правила, по которым развивается современная экономическая теория от Адама Смита до Тома Пикетти и рассказывает, как мы можем избежать катастрофы и изменить мир в лучшую сторону, чтобы нашим детям и внукам не пришлось платить за наши ошибки слишком высокую цену.

Клеопатра

Последняя египетская царица Клеопатра считается одной из самых прекрасных, порочных и загадочных женщин в мировой истории. Её противоречивый образ, документальные свидетельства о котором скудны и недостоверны, многие века будоражит умы учёных и людей творчества. Коварная обольстительница и интриганка, с лёгкостью соблазнявшая римских императоров и военачальников, безумная мегера, ради развлечения обрекавшая рабов на пытки и смерть, мудрая и справедливая правительница, заботившаяся о благе своих подданных, благородная гордячка, которая предпочла смерть позору, — кем же она была на самом деле? Специалист по истории мировой культуры Люси Хьюз-Хэллетт предпринимает глубокое историческое и культурологическое исследование вопроса, не только раскрывая подлинный облик знаменитой египетской царицы, но и наглядно демонстрируя, как её образ менялся в сознании человечества с течением времени, изменением представлений о женской красоте и появлением новых видов искусства.

Малый ледниковый период. Как климат изменил историю, 1300–1850

Представьте, что в Англии растет виноград, а доплыть до Гренландии и даже Америки можно на нехитром драккаре викингов. Несколько веков назад это было реальностью, однако затем в Европе – и в нашей стране в том числе – стало намного холоднее. Людям пришлось учиться выживать в новую эпоху, вошедшую в историю как малый ледниковый период. И, надо сказать, люди весьма преуспели в этом – а тяжелые погодные условия оказались одновременно и злом и благом: они вынуждали изобретать новые технологии, осваивать материки, совершенствовать науку.

Возбуждённые: таинственная история эндокринологии. Властные гормоны, которые контролируют всю нашу жизнь (и даже больше)

Перепады настроения, метаболизм, поведение, сон, иммунная система, половое созревание и секс – это лишь некоторые из вещей, которые контролируются с помощью гормонов. Вооруженный дозой остроумия и любопытства, медицинский журналист Рэнди Хаттер Эпштейн отправляет нас в полное интриг путешествие по необычайно захватывающей истории этих сильнодействующих химикатов – от промозглого подвала девятнадцатого века, заполненного мозгами, до фешенебельной гормональной клиники двадцать первого века в Лос-Анджелесе.

Самый сокровенный секрет материи. Мария Кюри. Радиоактивность и элементы

Мария Кюри — первая женщина в мире, получившая Нобелевскую премию. Вместе с мужем, Пьером Кюри, она открыла радиоактивность, что стало началом ее блистательной научной карьеры, кульминацией которой было появление в периодической системе Менделеева двух новых элементов — радия и полония. Мария была неутомимой труженицей, и преждевременная смерть Пьера не смогла погасить в ней страсть к науке. Несмотря на то что исследования серьезно вредили здоровью женщины, она не прерывала работу в лаборатории, а когда разразилась Первая мировая война, смогла поставить свои достижения на службу больным и раненым.

Поистине светлая идея. Эдисон. Электрическое освещение

Томас Альва Эдисон — один из тех людей, кто внес наибольший вклад в тот облик мира, каким мы видим его сегодня. Этот американский изобретатель, самый плодовитый в XX веке, запатентовал более тысячи изобретений, которые еще при жизни сделали его легендарным. Он участвовал в создании фонографа, телеграфа, телефона и первых аппаратов, запечатлевающих движение, — предшественников кинематографа. Однако нет никаких сомнений в том, что его главное достижение — это электрическое освещение, пришедшее во все уголки планеты с созданием лампы накаливания, а также разработка первой электростанции.

На волне Вселенной. Шрёдингер. Квантовые парадоксы

Эрвин Шрёдингер сформулировал знаменитый мысленный эксперимент, чтобы продемонстрировать абсурдность физической интерпретации квантовой теории, за которую выступали такие его современники, как Нильс Бор и Вернер Гейзенберг. Кот Шрёдингера, находящийся между жизнью и смертью, ждет наблюдателя, который решит его судьбу. Этот яркий образ сразу стал символом квантовой механики, которая противоречит интуиции точно так же, как не поддается осмыслению и ситуация с котом, одновременно живым и мертвым. Шрёдингер проиграл эту битву, но его имя навсегда внесено золотыми буквами в историю науки благодаря волновому уравнению — главному инструменту для описания физического мира в атомном масштабе.Прим.

Тайна за тремя стенами. Пифагор. Теорема Пифагора

Пифагор Самосский — одна из самых удивительных фигур в истории идей. Его картина гармоничного и управляемого числами мира — сплав научного и мистического мировоззрения — оказала глубочайшее влияние на всю западную культуру. Пифагор был вождем политической и религиозной секты (первой группы такого рода, о которой нам известно), имевшей огромный вес в разных регионах Греции. Ему приписывается одно из важнейших открытий древности: равенство суммы квадратов катетов и квадрата гипотенузы в прямоугольном треугольнике.