В истории физики силовая линия в расширенном смысле Майкла Фарадея является синонимом линии индукции Джеймса Клерка Максвелла . [ 1] По словам Дж. Дж. Томсона , Фарадей обычно рассматривает силовые линии как цепочки поляризованных частиц в диэлектрике, однако иногда Фарадей рассматривает их как имеющие собственное существование, например, простирающиеся через вакуум. [2] В дополнение к силовым линиям Дж. Дж. Томсон — подобно Максвеллу — также называет их трубками электростатической индуктивности или просто трубками Фарадея. [2] С точки зрения 20-го века силовые линии — это энергетические связи, встроенные в теорию поля 19-го века , которая привела к более математически и экспериментально сложным концепциям и теориям, включая уравнения Максвелла и теорию относительности Альберта Эйнштейна .
Силовые линии возникли у Майкла Фарадея, чья теория утверждает, что вся реальность состоит из самой силы . Его теория предсказывает, что электричество, свет и гравитация имеют конечные задержки распространения. Теории и экспериментальные данные более поздних научных деятелей, таких как Максвелл, Генрих Герц , Эйнштейн и другие, согласуются с ответвлениями теории Фарадея. Тем не менее, теория Фарадея остается отличной. В отличие от Фарадея, Максвелл и другие (например, Дж. Дж. Томсон) считали, что свет и электричество должны распространяться через эфир . В теории относительности Эйнштейна нет эфира, однако физическая реальность силы намного слабее, чем в теориях Фарадея. [3] [4]
Историк Нэнси Дж. Нерсесян в своей статье «Концепция поля Фарадея» различает идеи Максвелла и Фарадея: [5]
Специфические черты полевой концепции Фарадея в ее «любимой» и наиболее полной форме заключаются в том, что сила является субстанцией, что она является единственной субстанцией и что все силы взаимопревращаемы посредством различных движений силовых линий. Эти черты «любимой концепции» Фарадея не получили дальнейшего развития. Максвелл в своем подходе к проблеме нахождения математического представления для непрерывной передачи электрических и магнитных сил считал их состояниями напряжения и деформации в механическом эфире. Это было частью совершенно иной сети убеждений и проблем, с которыми работал Максвелл.
Сначала Майкл Фарадей рассматривал физическую реальность силовых линий как возможность, однако несколько ученых сходятся во мнении, что для Фарадея их физическая реальность стала убеждением. Один ученый датирует это изменение 1838 годом. [6] Другой ученый датирует это окончательное укрепление своей веры 1852 годом. [7] Фарадей экспериментально изучал линии магнитной силы и электростатической силы, показывая, что они не соответствуют моделям действия на расстоянии. В 1852 году Фарадей написал статью «О физическом характере линий магнитной силы» [8], в которой исследовал гравитацию, излучение и электричество и их возможные связи со средой передачи, распространением передачи и принимающим объектом.
Первоначально Джеймс Клерк Максвелл придерживался агностического подхода в своей математизации теорий Фарадея. Это видно в работах Максвелла 1855 и 1856 годов: «О силовых линиях Фарадея» и «О электротоническом состоянии Фарадея». В работе 1864 года « Динамическая теория электромагнитного поля » Максвелл отдает научный приоритет электромагнитной теории света Фарадею и его работе 1846 года «Мысли о лучевых колебаниях». [9] Максвелл писал:
Фарадей обнаружил, что когда плоскополяризованный луч пересекает прозрачную диамагнитную среду в направлении линий магнитной силы, создаваемых магнитами или токами в этой области, плоскость поляризации вращается.
Концепция распространения поперечных магнитных возмущений при исключении нормальных четко изложена профессором Фарадеем в его «Мыслях о лучевых колебаниях». Электромагнитная теория света, предложенная им, по существу та же самая, что и та, которую я начал развивать в этой статье, за исключением того, что в 1846 году не было данных для расчета скорости распространения.
Максвелл изменил фразу Фарадея « силовые линии» на «силовые трубки» , когда выражал свои предположения о жидкости, связанные с его математизацией теорий Фарадея. [6] Силовая трубка , также называемая трубкой электростатической индукции или полевой трубкой , представляет собой линии электрической силы , которые движутся так, что ее начало описывает замкнутую кривую на положительной поверхности, ее конец будет описывать соответствующую замкнутую кривую на отрицательной поверхности, а сама силовая линия будет генерировать индуктивную трубчатую поверхность. Такая трубка называется « соленоид ». Под прямым углом к силовой трубке действует давление, равное половине произведения диэлектрической и магнитной плотности. Если из-за роста поля силовые трубки расширяются вбок или в ширину, возникает магнитная реакция на этот рост интенсивности электрического тока. Однако, если силовая трубка вынуждена двигаться в конце, сопротивление, ограничивающее скорость, мало или отсутствует. Силовые трубки поглощаются телами, сообщающими импульс и гравитационную массу. Силовые трубки представляют собой группу электрических силовых линий.
В начале своих исследований (около 1831 г.) Фарадей называет образцы, по-видимому, непрерывных кривых, вычерчиваемых в металлических опилках вблизи магнита, магнитными кривыми . Позже он ссылается на них как на просто пример магнитных силовых линий или просто силовых линий. [10] Со временем Фарадей также начал использовать фразу «магнитное поле». [11]