Запорожец  Издания 

0 [ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156

Мы здесь имеем дело с типично волновым электрическим процессом. Если рассмотреть вопрос о распространении электромагнитн-ых волн вдоль проводов с точки зрения максвелловской теории (а в настоящее время он иначе и не рассматривается), то становится вполне ясным, что здесь совершенно необходимым является учет тока смещения и его магнитного действия, т. е. учет именно той стороны максвелловской теории, которая специфична для нее, придает этой теории все ее значение и коренным образом отличает ее от прежних воззрений. Но, с другой стороны, теоретическое рассмотрение распространения электромагнитных волн вдоль проводов было предпринято Кирхгофом [Kirchhoff] значительно раньше и им были получены в общем правильные результаты на основании прежних воззрений, исходящих из предположения о мгновенном распространении взаимодействия между зарядами и между токами.

Возникает вопрос, насколько этими исследованиями была предвосхищена основная идея теории Максвелла. Ответ заключается в следующем.

Распространение электромагнитных волн вдоль проводов в том аспекте, к которому применим анализ Кирхгофа, представляет собой чрезвычайно частный случай. Описание при помощи тока смещения является здесь лишь другим (правда, гораздо более полным) способом изложения по сравнению с,прежними теориями. Для понимания явления распространения в свободном пространстве или, скажем, в полупространстве, ограниченном проводящей плоскостью, т. е. для тех случаев, которые важны для радио, этот частный случай ничего не дает.

Коротко, дело обстоит так.

Пусть мы рассматриваем распространение в прямолинейных параллельных бесконечных проводах, обладающих идеальной проводимостью. Здесь существует следующее решение: сумма всех токов, проходящих через перпендикулярное сечение, равна нулю, т. е. существует прямой ток и равный ему по силе обратный; как электрическое, так и магнитное поле лежат всецело в перпендикулярных сечениях; от сечения к сечению поля меняются со временем -в этом и заключается процесс распространения, но в каждом сечении электрическое поле распределено точно так, как распределялось бы статическое поле, если бы на всех бесконечных проводах плотности зарядов бьши постоянны и равны плотностям в данном сечении, а магнитное поле -точно так, как оно было бы распределено в стационарном случае постоянных токов с интенсивностями, равными интенсивностям в данном сечении. Вот для этого случая применим расчет Кирхгофа, применим потому, что второе уравнение Максвелла, относящееся к току смещения в диэлектрике, сводится здесь на уравнение сплошности для зарядов на проводниках, т. е. на уравнение

д[ д£ dz " dt

которое, конечно, было известно и которым и пользовался Кирхгоф.

Отсюда ясно, что здесь не выявляется именно та сторона явлений распространения, которая лежит в основе теории распространения волн в свободном пространстве. Здесь принципиально речь идет о распространении вдоль проводов. Скорость распространения определяется параметрами, относящимися к проводам, а не к среде, и, вообще, вопрос о возможности волн в диэлектрике здесь не может возникнуть вовсе. Очевидно, что в этой постановке все явление никак не могло натолкнуть изобретателей на мысль об осуществлении беспроводной связи.



Может быть стоит заметить еще следующее. Сам Кирхгоф рассматривал один провод и провод конечной длины. Его рассуждения не безупречны и, так сказать, случайно привели к результатам, применимым к указанному выше случаю, но неправильным применительно к случаю, им самим рассмотренному. В том обстоятельстве, что Кирхгоф исходил из предположения о мгновенном распространении взаимодействия между зарядами или между токами и пришел к конечной скорости распространения волн, противоречия нет, так как последний результат относится к скорости распространения {волны плотности} зарядов, а не к скорости распространения действия этих зарядов.

Кстати сказать, прежняя теория охватывает, например, в кабеле, только один (можно его назвать основным) тип волн. Но фактически в таком кабеле возмЪжно также бесконечное множество других типов волн, старой теорией не предусматриваемых. Этого рода волны возможны, например, при распространении в трубах, играющем в настоящее время такую большую роль в радиотехнике. Характерно, и вполне понятно из предыдущего, что, например, Хевисайд [Heaveside], которому учение о волнах основного типа многим обязано, отрицал возможность электромагнитных волн в трубах-

Я остановился на вопросе о волнах в проводах несколько подробнее, имея в виду еще и следующее. Так как волны основного типа лучше всего изучены, важны практически, с одной стороны, и выводятся из теории Максвелла, с другой, то иногда и теперь склонны переносить наблюдаемые здесь закономерности на распространение волн вдоль проводящих поверхностей вообще. Говорят о направляющем действии проводников и т. п. Нужно, однако, иметь в виду, что в других, чем только что описанный, случаях действие проводников существенно иное. Так. например, проводящая безграничная плоскость вообще волн не направляет. Этот случай, являющийся идеализированной моделью распространения радиоволн, хорошо иллюстрирует, я бы сказал, опасность переноса опыта распространения по проводам волн домаксвелловского типа на другие случаи. Несомненно, концепция поверхностной волны в радио, оказавшаяся, как известно, ошибочной, возникла и держалась довольно долго потому, что она является распространением привычного представления о направляющем действии проводов на случай проводящей поверхности. Точно так же заимствованные из этого последнего случая представления не переносимы на случай одного провода, но здесь вопрос существенно сложнее.

Как бы то ни было, несомненно, что явления, связанные с распространением волн в цилиндрических проводах сыграли в той или иной форме для тех или иных целей существенную роль, как в самом начале развития радио, так и в дальнейшем. Поэтому нам казалось желательным включить переводы иряда основных относящихся сюда статей.

В сборник включены, наконец, переводы отдельных статей или частей их, разнообразного характера, представляющих на наш взгляд суще-венный интерес в связи с изобретением радио.

Не все работы приведены полностью. Опущены те части, которые, по нашему мнению, можно было пропустить без ущерба для преследуемой сборником цели. Даже в классических работах Максвелла мы выбирали иногда лишь несколько страниц, опуская главы, посвященные математическому оформлению идей. Вряд ли нужно подчеркивать все огромное значение этих глав. Но читатель, желающий углубитьсяв работы Максвелла, всегда может изучить их в оригинале. Удержание же указанных глав в настоящем сборнике едва ли было бы целесообразно.



Мы считали также ненужным комментировать отдельные работы, приводимые в сборнике. Такие комментарии должны были бы так или иначе учесть то, что сделано в интересующих нас областях после фара-дей-максвелл-герцевской эпохи. Но развитие электродинамики и, специально, учения об электромагнитных волнах, вызванное работами названных ученых, настолько разнообразно, что указание дальнейшего исторического развития идей, заложенных в помещенных в сборнике работах, и выяснение их связи с новыми результатами, с одной стороны, потребовало бы слишком большого расширения объема сборника, с другой же стороны, вряд ли способствовало бы поставленной цели: показать на оригинальных работах то состояние физических знаний об электромагнитных явлениях и волнах- частью еще не устоявшееся, а подчас не совсем точное, - которое существовало ко времени изобретения радиотелеграфии. Но зато может быть целесообразно напомнить здесь совершенно коротко, в каких условиях развивались сделавшие эпоху исследования Фарадея, Максвелла и Герца.

Вряд ли будет ошибочным считать, что основные открытия, с которыми связано современное развитие учения об электромагнитных явлениях, - это открытие в 1820 году Эрстедом [Oersted] влияния электрического тока на-магнитную стрелку, открытие Ампером [Ampere] в том же году действия тока на ток, открытие Омом [Ohm] в 1826 году основного закона постоянного тока и открытие в 1831 году Фарадеем электромагнитной индукции.

Эти фундаментальные открытия сразу произвели огромное впечатление в научном мире и дали мощный толчок развитию учения об электричестве и магнетизме.

Но непосредственное влияние идей Ампера, с одной стороны, и Фарадея, с другой, -этих двух основоположников идейного развития электродинамики - было различным.

В 1825 году появился замечательный труд Ампера «Теория электродинамических явлений, выведенных исключительно на основании опытов». Этот труд завершается установлением знаменитой общей формулы для взаимодействия двух элементов проводников, несущих ток. Все чрезвычайно многочисленные и разнообразные явления пондеромоторных сил при взаимодействии замкнутых цепей тока или их частей (прототипы которых открыты Ампером) должны и могут быть, как показал Ампер, выведены из этой формулы; они становятся теперь не чем иным, как чисто математическими задачами на интегрирование.

Замечательный мемуар Ампера, полностью удовлетворяющий требованию «математизации» физики, столь типичному для науки того времени, был - во всяком случае наиболее выдающимися учеными того времени - понят и оценен. Высказанные в нем положения послужили отправной точкой для последующего теоретического развития электродинамики.

Совершенно иначе обстояло дело с идеями Фарадея. Его идеи, отвергавшие действие на расстоянии, представление о котором столь крепко укоренилось в умах ученых, по крайней мере в том виде, в каком оно выкристаллизовалось в ту эпоху, исходящие из предположения о решающей роли той среды, которая находится между зарядами или токами и которую ранее вообще не считали нужным принимать во внимание для объяснения электрических явлений, абсолютно противоречили всем укоренившимся представлениям. К этому нужно прибавить, что изложение Фарадея, чрезвычайно ясное, когда речь шла об экспериментальных фак-



0 [ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156