|
Незважаючи на безперечні успіхи сучасної теорії електромагнетизму, створення на її основі таких напрямків, як електротехніка, радіотехніка, електроніка, вважати цю теорію завершеною немає підстав. Основним недоліком існуючої теорії електромагнетизму доводиться вважати відсутність модельних уявлень, нерозуміння суті електричних процесів; звідси - практична неможливість подальшого розвитку і вдосконалення теорії. А з обмеженості теорії випливають і багато прикладні труднощі.
Підстав для того, щоб вважати теорію електромагнетизму верхом досконалості, немає. Справді, в теорії накопичено ряд недомовок і прямих парадоксів, для яких придумані досить незадовільні пояснення, або таких пояснень немає зовсім.
Наприклад, як пояснити, що два взаємно нерухомих однакових заряду, які мусять відштовхуватися один від одного за законом Кулона, насправді притягуються, якщо вони разом рухаються щодо давно покинутого джерела? А адже притягуються, тому що тепер вони - струми, а однакові струми притягуються, і це експериментально доведено.
Чому енергія електромагнітного поля, яка припадає на одиницю довжини провідника зі струмом, що створює це магнітне поле, прямує до нескінченності, якщо зворотний провідник відсувати? Чи не енергія всього провідника, а саме припадає на одиницю його довжини, скажімо, на один метр?
Як вирішити задачу про поширення електромагнітних хвиль, випромінюваних диполем Герца (тобто диполем з зосередженими параметрами), поміщеним в полупроводящей середу? Незважаючи на тривіальність постановки, завдання про випромінювання диполя Герца в полупроводящей середовищі ніким і ніколи не була вирішена, спроби розв'язати цю проблему незмінно закінчувалися невдачею. Написані в підручниках і довідниках рішення скомпільовані з двох рішень на основі "здорового глузду", а зовсім не отримані як суворе рішення. А адже вирішивши це завдання, можна було б отримати багато приватних результати - випромінювання диполя в ідеальному середовищі при відсутності активної провідності, загасання плоскої хвилі в напівпровіднику при нескінченних відстанях від диполя і ряд інших (в окремо без зв'язку один з одним деякі з цих завдань вирішено ).
Невирішені граничні задачі про виникнення магнітного поля в пульсуючому електричному полі і про електричному потенціалі, що наводяться в пульсуючому магнітному полі на одиночний провідник і багато інших. Методологія електродинаміки не завжди відрізняється послідовністю. Наприклад, статичний постулат Максвелла (теорема Гауса) поміщається в підручниках теоретичних основ електродинаміки в розділ статики, після представлення його в диференціальної формі міститься вже в розділ динаміки, хоча остання форма подання з фізичної сутності нічим не відрізняється від попередньої. В результаті ігнорується запізнювання в значенні електричного потенціалу D при переміщенні зарядів q всередині охопленого поверхнею S простору.
А що таке "векторний потенціал"? Чи не скалярний потенціал - це є робота по переміщенню одиничного заряду з нескінченності в дану точку простору, а саме векторний? Який він має фізичний сенс крім того, що він повинен задовольняти деяким математичним умовами? Хто може поділитися цим секретом?
Викладені моменти, а також і деякі інші міркування не дозволяють вважати розвиток теорії електромагнетизму, як і будь-якої науки, повністю завершеним. Однак подальша еволюція її можлива лише на основі детального якісного розгляду процесів, що відбуваються в електромагнітних явищах. Корисно нагадати, що ми і сьогодні і вже багато років користуємося теорією, яку в закінченому вигляді Дж. К. Максвелл виклав у своєму знаменитому "Трактаті про електрику і магнетизм", що вийшов у світ в 1873 році. Мало кому відомо, що в цій праці Максвелл узагальнив свої більш ранні роботи 1855-1862 рр. У своїй роботі Максвелл спирається на експериментальні роботи М. Фарадея, опубліковані в період з 1821 по 1856 рр. (Повністю Фарадей випустив свої "Експериментальні дослідження з електрики і магнетизму" в 1859 р)., На роботи В. Томсона періоду 1848-1851 рр., На роботу Г. Гельмгольца "Про збереження сили" 1847 року, на роботу У. Ранкіна "Прикладна механіка" 1850 року і багато інших того ж періоду часу. Максвелл ніколи і нічого не постулював, як зараз люблять фантазувати деякі теоретики, все його висновки спиралися на суто механічні уявлення про ефір, як про ідеальну нев'язкої і нестисливої рідини, про що Максвелл в своїх працях неодноразово пише. Читач може ознайомитися з частиною робіт Максвелла, викладених російською мовою в перекладі З. А. Цейтліна (Дж. К. Максвелл. Избр. Твори з теорії електромагнітного поля. М., ГІТТЛ, 1952, 687 с.).
В примітках Л. Больцмана до роботи Максвелла "Про фарадеевского силових лініях" (1898 г.) зазначено:
"Я міг би сказати, що послідовники Максвелла в цих рівняннях мабуть, нічого, крім букв, які не змінили. Однак це було б занадто. Звичайно, не тому слід дивуватися, що до цих рівнянь взагалі щось могло бути додано, а набагато більше тому, як мало до них було додано ".
Це було сказано в 1898 році. І це повністю залишається справедливим зараз, майже сто років потому.
Фактично теорія електромагнетизму зупинилася в своєму розвитку на рівні Максвелла, який використав механічні уявлення першої половини ХIХ століття. З'явилися в ХХ столітті численні підручники з електротехніки, електродинаміки і радіотехніці вдосконалюють (або погіршують?) Виклад, але нічого не змінюють по суті. Чого ж не вистачає в теорії електромагнетизму сьогодні? Бракує насамперед розуміння того, що будь-яка модель, в тому числі і модель електромагнетизму, розроблена Максвеллом, має обмежений характер, а отже, може і повинна вдосконалюватися. Бракує уявлення про необхідність повернутися до моделювання і саме до механічного моделювання електромагнетизму. Максвелл оперував поняттями ефіру як ідеальної, т. Е. Нев'язкої і нестисливої рідини. А ефір виявився газом, причому газом і в'язким, і стисливим. Це означає, що використані Максвеллом уявлення Г. Гельмгольца про те, наприклад, що вихори не утворюються і не зникають, а лише переміщуються і деформуються, про те, що по всій своїй довжині твір циркуляції на площу поперечного перерізу вихору залишається величиною постійною, далеко не завжди вірні. У реальному газі вихори і утворюються, і зникають, а це Максвеллом не враховано. Рівняння Максвелла не відображають процесу в обсязі, так як і перше, і друге рівняння Максвелла розглядають процес в площині. Правда, потім ця площину повертається в осях координат, що і створює ефект об'ємності, але насправді суть від цього не змінюється, площина залишається площиною. Якби процес розглядався в обсязі, то треба було б розглянути зміну інтенсивності вихору уздовж його осі, тоді були б в якійсь мірі охоплені процеси вихреобразования і розпаду вихорів. Але саме це і відсутній в рівняннях Максвелла. А тому ті завдання, в яких виникають ці питання, наприклад, завдання про диполі Герца в полупроводящей середовищі, принципово не можуть бути вирішені за допомогою рівнянь Максвелла.
Чи не врахований Максвеллом і факт безпосередньої взаємодії провідника з магнітним полем в момент перетину провідника цим полем. Закон Фарадея, що є прямим наслідком першого рівняння Максвелла, в цьому сенсі є описовий, феноменологічний закон, закон дальнодействия, оскільки в ньому зміна поля відбувається в одному місці, всередині контуру, а результат цієї зміни - ЕРС виявляється на периферії контуру. І сьогодні вже відомі значні розбіжності між розрахунками, виконаними відповідно до закону Фарадея, і результатами безпосередніх вимірювань. Різниця в деяких випадках становить не один або два відсотки, а в кілька разів!
Цей перелік при необхідності можна продовжити.
Найменше ці закиди можна віднести до самого Дж. К. Максвеллу. Теорія електромагнетизму Максвелла виявилася настільки хороша, що на її основі створено ряд найголовніших областей сучасної науки, вирішено величезна кількість прикладних задач, виховані покоління дослідників. Але ці закиди справедливі по відношенню до наступних поколінь вчених, які уявили, що Максвеллом зроблено все, і не розвивають вчення Максвелла далі. Не вдаючись в деталі, можна відзначити, що залучення уявлень про ефір як про вузький сжимаемой середовищі дозволило уточнити деякі уявлення теорії електромагнетизму, зокрема, вирішити деякі з перерахованих вище парадоксів. Рухомі заряди, наприклад, хоч і продовжують залишатися нерухомими один щодо одного, рухаються щодо ефіру, ось тому і виникає магнітне поле, яке починає їх зближувати.
Виявилося, що в ближній зоні випромінювачів виникає поздовжнє електричне поле, в якому вихори ефіру ще тільки утворюються. В такому полі вектор електричної напруженості розташований не поперек напрямку руху енергії, а вздовж нього. І тільки на деякій відстані від випромінювачів в результаті векторного додавання таких полів утворюється хвиля, в якій вектор електричної напруженості розташований вже перпендикулярно напрямку поширення енергії.
Виявилося, що внаслідок стискання ефіру магнітне поле теж може стискуватися, і це стиснення цілком помітно навіть для полів, створюваних струмами в десяті частки ампера. Експериментальна перевірка закону повного струму, який, як з'ясувалося, ніколи і ніким не перевірявся в силу його очевидності і який безпосередньо випливає з другого рівняння Максвелла, зробила, що точно цей закон дотримується тільки при зникаюче малих напряженностях магнітного поля. Навіть в звичайних випадках відмінності реальних напруженостей поля від обчислених за цим законом можуть бути дуже великими, що далеко виходить за межі можливих похибок вимірювань або неврахування крайових ефектів.
Виявилося можливим розрахувати ЕРС, що виникає на провіднику, вміщеному в пульсуюче магнітне поле, і експерименти підтвердили правильність цих розрахунків.
Виявилося можливим створити поняття "взаємоиндукції провідників", хоча в електродинаміки існує лише поняття "взаємоиндукції контурів". Це дало можливість розробити методику створення еталонних перешкод в лініях зв'язку бортового обладнання літаків, ввести її в відповідний ГОСТ і успішно використовувати в практиці забезпечення перешкодозахищеності бортових електричних ліній зв'язку. А раніше це ніяк не виходило ...
І це тільки початок. Теорія електромагнетизму чекає своїх Фарадея і сучасних Максвелла. Не можна нескінченно експлуатувати авторитет великих, але давно пішли вчених. Треба працювати і самим.
|