Учение об электромагнетизме критикуют давно , говоря о нем: непонятное, сложное, противоречивое.

Действительно, парадоксов в нем набирается примерно с сотню. Однако теоретический их разбор, так сказать, теоретизация, доработка, несмотря на полезность такого занятия, порой все же попахивает чем-то кабинетным, умозрительным. В таких случаях невольно хочется спросить: а нет ли чего-нибудь новенького в практике, в экспериментах, поразивших бы даже видавших виды теоретиков?

Надо сказать, что необычных опытов, объяснимых тем не менее в рамках существующего учения, можно насчитать с десяток. Есть среди них и такие, что открывают наконец-то дорогу к новой электродинамике — ясной, простой и логичной, лишенной парадоксов.

Поговорим о тех и других. Исключительно эффектно смотрятся «моторчики», в которых между электродами, куда подведено высокое напряжение, бешено вращаются самые разные предметы. Одно такое колесо построил еще Франклин. Принцип его работы весьма прост: с электродов на ротор стекают заряды, отталкиваемые кулоновскими силами.

Любопытен эксперимент с металлической трубой, к которой подведен ток. Как известно, в полости любого металлического предмета, находящегося под напряжением, электрического поля нет. Так вот, если внутрь трубы положить заземленный провод, электрическая емкость ее повысится. Почему? Как труба «замечает», что у нее внутри провод? Оказывается, его хвост, тот, что присоединяется к земле, попадает в электрическое внешнее поле и, как насос, затягивает в провод нужные заряды.

«Новой» физики в этих явлениях нет. Гораздо больше резервов для ее построения таит магнитное поле. В свое время довольно много писали о работах Р. Сигалова. Ферганским физикам удалось деталь но проследить за поведением «уголков» с токами.

Два проводника, образующие угол, могут двигать конструкцию, обходясь собственными силами. Казалось, что налицо новое явление, однако при внимательном рассмотрении выяснилось, что и тут работают хорошо известные силы Лоренца и что все объясняется известными законами. И хотя физической новизны ученые здесь не обнаружили, тем не менее удалось придумать несколько удивительных конструкций, до того неизвестных в технике.

Любопытнее ситуация с магнитными опорами. Если одноименные полюса двух постоянных магнитов обратить друг к другу, то магнитного поля в зазоре не будет — это следует из элементарного школьного курса физики. Но если в этот зазор поместить проводник, а полюсы несколько сместить, то в проводнике возникнет ток. (Опрашивается, за счет чего?

Этот парадокс обнаружил Бьюли еще в 1935 году. Объяснение его таково: электрические поля можно складывать всегда, а вот магнитные — только в том случае, когда источники их (магниты, электромагниты) базируются на общей платформе. Суперпозиция магнитных полей, то есть наложение их друг на друга, не всегда возможна. Вывод этот для науки и техники чрезвычайно важен — ведь порой теоретическое суммирование на практике приводит к неверным результатам. Удивительно, кстати говоря, что это еще не узаконено справочниками и учебниками.

Интересен опыт Грано. Если на ртуть, через которую пропущен ток, бросить гвоздь, медный клинышек,. опилки, то они погрузятся в жидкий металл и начнут двигаться в ту сторону, куда смотрит тупой конец. И здесь вроде бы работают те же самые силы Лоренца.

С конических поверхностей заостренных концов нити тока выходят (или входят) перпендикулярно этим поверхностям. В магнитном же поле тока, текущего в ртути, на эти нити действует сила, перпендикулярная направлению его течения; вот и происходит как бы выталкивание клина. Так Том Сойер стрелял вишневыми косточками, сжимая их пальцами.

Парадокс Грано. Медный цилиндр, помещенный в ртуть с пропущенным через нее током, начинает двигаться вперед тем торцом, площадь которого больше.

Наконец, еще два необычных эксперимента. И вот именно они, на наш взгляд, дают возможность поговорить о новом подходе. Имеются в виду работы томского физика Г. Николаева, вызвавшие сенсацию в электродинамике. После многолетних теоретических изысканий Николаев пришел к выводу, что, кроме известного, должно существовать еще одно, неизвестное второе магнитное поле, и построил множество моделей, на которых наглядно показал, как это второе поле себя проявляет.

Вот одно из описаний «простенького» опыта. В ванны с электролитом ставится плавающий мостик, сделанный из электропроводящего материала. Через цепь «ванна — мостик — ванна» пропускается электрический ток. Параллельно мостику ставится другой проводник — шина, по которому также течет ток, только значительно больший. Так вот, как только шина подсоединяется к источнику тока, мостик начинает плыть. Если токи однонаправлены, то они притягиваются, поэтому мостик встает точно под шиной и параллельно ей. Но мало того, мостик смещается и вдоль шины, останавливаясь точно под ее серединой.

Отчего мостик центрируется? Тут есть над чем подумать. Сам автор эксперимента утверждает — в его словах есть резон, — что на плавучий проводник действует направленная от шины не только поперечная сила Лоренца, но и продольная сила, ранее никем не замеченная.

Если назвать ее «силой Николаева», то голландский и томский физики в сумме гарантируют, что никаких «боковых» сил, с которыми вот. уж два века мучаются физики, нет и в помине. Два тока действуют друг на друга силами центральными, направленными точно по радиусу между ними.

Не замечали же силу Николаева лишь по небрежности, а еще потому, что она оказалась лишней в «законченном» теоретическом описании. Если как следует поразмышлять над опытами Николаева , то приходишь к выводу, что два «кусочка» тока влияют друг на друга совершенно так же, как два заряда: по прямой линии.

Похоже, что опыт Николаева вполне может явиться тем самым решающим опытом, что откроет шлагбаум перед новой, куда более простой, истинной электродинамикой. Впрочем, для этого понадобятся и другие эксперименты.

Любопытно, что еще в 1935 году физики заметили, как сверхпроводящий образец отталкивает от себя «чужое» магнитное поле (эффект Мейсснера). Все твердо знали, что ЭДС наводится только переменным магнитным полем, здесь же оно постоянно. Значит, сказал Ф. Лондон, само магнитное поле дает силу.

Демонстрация эффекта Мейсснера

Не понимая природы этих сил, инженеры все же воспользовались, ими. Так московские электрики еще в 1975 году сумели передать по сверхпроводящей трубке ток, вдвое больший обычного, создав в рабочей зоне специальное магнитное поле.

Тем не менее разгадка тайны эффекта Мейсснера сулила слишком многое. Ведь появление тока в сверхпроводнике возможно только при появлении силы, значит, сила создается не приращениями магнитного поля, как диктуют уравнения Максвелла, а самим полем. Электродинамику придется ремонтировать, это неизбежно, ибо она должна стать общим учением, объединяющим самые разные аспекты реальной электротехнической действительности. Ведь в некоторых случаях, в частности для сверхпроводников, она переставала работать.

Но как напрямую связать само магнитное поле и силы, им порождаемые? Как только эта непривычная постановка вопроса была принята к действию, сразу обозначилось несколько путей ее решения. Тут и специальная, давно применяемая функция вектор-потенциала, и токи смещения, и энергия магнитного поля.

Проблема продольного тока и создаваемого им электрического поля в магнитостатических процессах созрела настолько, что о ней появились даже популярные пересказы (Околотин В. Сверхзадача для сверхпроводников. «Наука», 1983, с. 115— 121).

Похоже, что это поле уже обнаружено и начинает работать в изобретениях. Появление четвертой по счету электрической силы усилит электротехнику примерно на треть. Может быть, еще важнее другое: победа творческого отношения к своему делу. Оказались правы те, кто верил в резервы электромагнетизма, пытаясь поставить их на службу людям.

Интересно, сколько непознанного скрыто в других разделах физики? Вероятно, очередной клад спрятан в механике, в разделе инерции. Поживем — увидим.

Владимир Околотин

По материалам журнала «Техника молодежи»

Смотрите также: Магнитный двигатель Минато