Трактат об электричестве и магнетизме. Том 2.
Шрифт:
Наблюдаемая горизонтальная сила даёт нам сумму этих рядов при r=a (a - радиус Земли). Член i-го порядка равен Vi=Ai+Bi.
Наблюдения вертикальной силы дают нам Z=dV/dr, а член i-го порядка в выражении для aZ равен aZi=iAi– (i+1)Bi.
Следовательно, часть, обусловленная внешними источниками, равна
A
i
=
(i+1)Vi+aZi
2i+1
,
а часть, обусловленная источниками
B
i
=
iVi+aZi
2i+1
.
Разложение V к настоящему времени вычислено только для среднего значения V, относящегося к определённым или примерно определённым отрезкам времени. Представляется, что существенная часть этого среднего значения не может быть обусловлена причинами, внешними по отношению к Земле.
471. Мы пока ещё не достаточно знаем вид разложения солнечной и лунной частей вариаций V, чтобы установить этим методом, связана ли часть этих вариаций с магнитными,силами, действующими извне. Безусловно, однако, как показали вычисления Стоуни (Stoney) и Чамберса (Chambers), что главная часть этих вариаций не может быть вызвана непосредственным магнитным воздействием Солнца или Луны, если считать их магнитными1
1 Профессор Хорнштейн (Hornstein) из Праги открыл периодические изменения в магнитных элементах, период которых равен 26,33 суток, что почти точно совпадает с периодом синодического вращения Солнца, найденным по наблюдениям солнечных пятен вблизи экватора. Этот метод измерения периода вращения невидимого твердого тела Солнца по его действию на магнитную стрелку является первым взносом магнетизма в уплату его долга перед астрономией, Anzetger der k. Akad., Wien, June 15, 1871. См. Proc. R. S., Nov. 16, 1871.
472. Основные изменения магнитной силы, на которые было направлено внимание, следующие.
I. Относительно более регулярные вариации
(1). Солнечные вариации, зависящие от времени суток и времени года.
(2). Лунные вариации, зависящие от лунного часового угла и от других элементов положения Луны.
(3). Вариации, которые не повторяются в различные годы, но, по-видимому, принадлежащие к вариациям более длинного, порядка одиннадцати лет, периода.
(4). Кроме этого, существуют вековые изменения состояния земного магнетизма, которые происходят в течение всего времени с тех пор, как начали производиться магнитные измерения, и которые производят изменения магнитных компонент, значительно большие по величине, чем какие-либо вариации малого периода.
II. Возмущения
473. Помимо более регулярных изменений, магнитные элементы подвержены внезапным возмущениям той или иной степени. Обнаружено, что эти возмущения в какие-то интервалы времени оказываются более мощными и частыми, чем в другие, и тогда во время больших возмущений закономерности регулярных вариаций завуалированы, хотя во время малых возмущений они проявляются очень отчётливо. Поэтому этим возмущениям было уделено много внимания; было выяснено, что возмущения какого-то частного типа с большей вероятностью происходят в определённые времена суток, в определённые времена года или в определённые интервалы времени, хотя каждое отдельное возмущение появляется абсолютно нерегулярно. Время от времени наряду с этими более обычными возмущениями возникают чрезвычайно большие возмущения, сильно нарушающие магнетизм в течение одного или двух дней. Их называют Магнитными Бурями. Отдельные возмущения иногда наблюдаются одновременно на станциях, разнесённых на большие расстояния.
М-р Эйри обнаружил, что значительная часть возмущений, возникающих в Гринвиче, соответствует появлению электрических токов, собираемых электродами, размещаемыми поблизости в земле; причём эти возмущения оказались такими же, какими они вызывались бы прямо в магните, когда под ним протекал бы земной ток, сохраняющий своё истинное направление, но текущий по проводу.
Было выяснено, что периоды максимума возмущений бывают каждые одиннадцать лет и, кажется, совпадают с периодами максимального количества солнечных пятен.
474. Область исследований, в которую мы проникли при изучении земного магнетизма, является столь же глубокой, сколь и обширной.
Мы знаем, что Солнце и Луна воздействуют на земной магнетизм. Доказано, что это воздействие нельзя объяснить, исходя из предположения, что эти тела являются магнитами, и, следовательно, это воздействие не является непосредственным.
В случае Солнца часть его воздействия может оказаться тепловым, но этого нельзя приписать Луне. Может быть, притяжение этих тел, вызывая напряжение во внутренних частях Земли, производит (п. 447) изменения в магнетизме, уже существующем в Земле, как разновидность приливного действия, дающая полусуточные вариации?
Но величина всех этих изменений очень мала по сравнению с большими вековыми изменениями земного магнетизма.
Какой же источник, внешний ли по отношению к Земле или таящийся в её внутренних глубинах, производит столь огромные изменения в земном магнетизме, что её магнитные полюса медленно смещаются из одной части земного шара в другую? Если мы примем во внимание, что интенсивность намагниченности огромного земного шара вполне сравнима с той, которую мы с большим трудом создаём в своих стальных магнитах, эти обширные изменения в таком огромном теле вынуждают нас заключить, что мы всё ещё не знакомы с одним из наиболее мощных действующих в природе агентов, сцена активности которого лежит в тех внутренних глубинах Земли, к познанию которых у нас так мало средств доступа.
ЧАСТЬ IV
ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
ГЛАВА I
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИЛА
475. В определённых условиях, как было замечено большим числом разных наблюдателей, магнетизм у игл и стрелок образуется или разрушается под действием разрядов электричества, проходящих через них или рядом с ними. Хотя при этом делались различного рода догадки о связи между магнетизмом и электричеством, но законы этих явлений, равно как и вид этих связей, оставались совершенно неизвестными до тех пор, пока Ганс Христиан Эрстед 1 на одной из частных лекций для небольшого числа аспирантов в Копенгагене не обнаружил, что провод, замыкающий клеммы вольтовой батареи, оказывает влияние на расположенный поблизости магнит. Он опубликовал это открытие в своём трактате, озаглавленном «Опыты, касающиеся влияния электрических возмущений на магнитные иглы», датированным 21 июля 1820 г.
1 Другой отчёт о том, как было сделано открытие Эрстеда, содержится в письме проф. Ханстина (Hansteen), помещённом в книге д-ра Бенса Джонса «Жизнь Фарадея» (Dr. Веnсе Jones, «Life of Faraday», vol. II, p. 395).
Эксперименты по связи между магнитом и электрически заряженными телами не дали никаких результатов до тех пор, пока Эрстед не попытался установить влияние провода, нагретого электрическим током. Однако он открыл, что не тепло в проводе, а сам электрический ток оказался причиной этого воздействия и что «электрическое возмущение действует вращательным образом», а именно: магнит, помещённый вблизи провода, передающего электрический ток, стремится установиться перпендикулярно проводу, а при обносе его вокруг провода он всегда указывает вперёд одним и тем же концом.