Eugenio Aguilar - Неопределенный электрический объект. Ампер. Классическая электродинамика.

Закон Лоренца не описывает происхождение магнитного поля. На этом рисунке изображен магнит, хотя его роль может выполнять и элемент тока, то есть движущиеся заряды могут вести себя как магнит.

В ноябре 1826 года парижское издательство Мэгиньон-Марви выпустило «Теорию электродинамических явлений, выведенную исключительно из опыта» — книгу, где были собраны «доклады, которые г-н Ампер представил Королевской Академии наук во время заседаний 4 и 20 сентября 1822 года, 22 декабря 1823 года, 12 сентября и 21 ноября 1825 года». Книга содержит указатель, хотя сам текст не делится на главы или части, что затрудняет чтение. Несмотря на это труд Ампера представляет собой важный этап в истории электродинамики. Вот начало произведения — настоящая речь в защиту работы Ньютона:

«Эпоха, отмеченная в истории наук работами Ньютона, — не только эпоха наиболее важного из открытий, какие когда-либо делались человеком о причинах великих явлений природы; это также эпоха, когда человеческий ум проложил себе новую дорогу в области наук, изучающих эти явления.

Причины данных явлений искали ранее почти исключительно в импульсе со стороны неведомой жидкости. [...] Ньютон показал, что движение такого рода... должно быть сведено посредством вычисления к силам, действующим между двумя материальными частицами по прямой, которая их соединяет. При этом действие, оказываемое одной из этих частиц на другую, равно и противоположно действию, которое эта последняя одновременно оказывает на первую...»

Он считал, что не выдвинул ни одной гипотезы; однако же, как мы увидели спустя короткое время, он их выдвигал, даже не замечая этого факта.

Анри Пуанкаре (1854-1912).

Затем Ампер объяснял, что выводы Ньютона были не просто теоретическими, но основывались на опытных результатах, и цитировал законы Кеплера. Он также проводил параллель между работами Ньютона и сделанному им самим обобщению электричества и магнетизма. Кроме того, Ампер изящно упоминал работы своих современников Эрстеда, Био, Савара, Пуассона, Лапласа и других. Однако он был не совсем прав, говоря, что сам не выдвинул ни одной гипотезы и что все его выводы вытекали лишь из опытов.

Погружение в эту работу означало возврат к некоторым уже затронутым темам: концепция опытов, определение взаимодействия между элементами тока и так далее. Как мы уже говорили, речь идет о пересмотренной и усовершенствованной антологии электродинамической теории Ампера.

Интересно подвести итог важных событий 1820 года, которые привели Ампера к его теории электродинамики. Их хронология нам известна благодаря еженедельным заседаниям членов Академии наук, во время которых они представляли доклады о своих исследованиях.

4 сентября. Ампер сообщает академии об открытии Эрстеда.

11 сентября. Араго воспроизводит опыт Эрстеда для Академии наук.

18 сентября. Ампер показывает тангенциальное направление магнитной стрелки под воздействием электрического тока в ситуации, когда устранено влияние земного магнетизма.

25 сентября. Ампер доказывает, что спиральные проводники взаимно притягиваются и отталкиваются, а также реагируют на магниты аналогичной формы.

2 октября. Ампер представляет первую часть своего труда, который он опубликует в 1820 году в 15 номере «Анналов химии и физики»; он уже открыл электродинамическое взаимодействие между прямолинейными проводниками.

9 октября. Ампер представляет академии образцы приборов для установления электродинамических сил, действующих между прямолинейными проводниками.

17 октября. Ампер показывает Био и Гей-Люссаку прибор, с помощью которого он открыл воздействие земного магнетизма на кольцевой проводник.

30 октября. Ампер доказывает влияние земного магнетизма на электрическую цепь. Био и Савар делают свой первый доклад об измерениях, вытекающих из опыта Эрстеда.

6 ноября. Ампер представляет свой закон суммирования электродинамических сил и использует его для объяснения поведения спиральных проводников. Он использует спираль, закрученную вокруг оси-проводника, чтобы воспроизвести воздействие одного магнитного стержня на другой.

4 декабря. Ампер представляет свой принцип симметрии и использует его вместе с законом суммирования для определения углового фактора закона электродинамической силы. Био представляет предварительные измерения, осуществленные им вместе с Саваром.

11 декабря. Ампер представляет опыт, из которого следует, что фактор к является ничтожно малой величиной. Он совершает неубедительную попытку использования количественных измерений, чтобы доказать превосходство своей теории над теорией Био.

18 декабря. Био и Савар представляют второй набор количественных измерений, вытекающих из опыта Эрстеда.

26 декабря. Ампер представляет прибор с подвешенным магнитом для формулировки своего закона аддитивности.

Конец декабря или начало января 1821 года. Ампер изобретает прибор с линейным подвешенным проводом в состоянии равновесия для доказательства закона аддитивности.

Основы теории электродинамики были заложены в этом 1820 году, однако Ампер продолжил ставить новые опыты и включать в теорию новые открытия вплоть до 1826 года.

В 1820 году Эрстед открыл магнитное действие электрического тока. Сразу же возник обратный вопрос: может ли магнит оказывать электрическое действие? Может, как доказал Фарадей в 1831 году. Это явление известно как электромагнитная индукция.

Дважды Ампер чуть было не дошел до его открытия. По иронии судьбы нехватка математических знаний Фарадея (недостаток, в котором он сам признавался Амперу) оказалась его преимуществом: в то время как Ампер отвлекался на расчеты, подтверждающие математический закон, Фарадей ставил блестящие опыты. Ампер не говорил об индукции до тех пор, пока о ней не заговорил Фарадей после своего открытия в 1831 году. Фарадей говорил об электрических токах, побужденных или произведенных под влиянием других токов. В 1820 году французский физик Огюстен Жан Френель (1788-1827), а в 1825 году швейцарский физик Жан-Даниэль Колладон (1802-1893), работавшие с магнитами и соленоидами, также очень близко подошли к этому открытию. Экспериментальный подход Ампера был иным: он задавался вопросом о том, может ли электрический ток производить другой электрический ток.