Силовая линия в расширенном смысле Фарадея является синонимом линии индукции Максвелла . [1] По словам Дж. Дж. Томсона , Фарадей обычно рассматривает силовые линии как цепочки поляризованных частиц в диэлектрике, но иногда Фарадей обсуждает, что они существуют самостоятельно, как будто они простираются в вакууме. [2] Помимо силовых линий, Дж. Дж. Томсон, подобно Максвеллу, также называет их трубками электростатической индуктивности или просто трубками Фарадея. [2] С точки зрения 20-го века, силовые линии представляют собой энергетические связи, встроенные в единую теорию поля 19-го века, которая привела к более математически и экспериментально сложным концепциям и теориям, включая уравнения Максвелла, электромагнитные волны и теорию относительности Эйнштейна.
Силовые линии возникли благодаря Майклу Фарадею, 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, Герц, Эйнштейн и других, согласуются с разветвлениями теории Фарадея. Тем не менее, теория Фарадея остается отдельной. В отличие от Фарадея, Максвелл и другие (например, Дж. Дж. Томсон) считали, что свет и электричество должны распространяться через эфир . В теории относительности Эйнштейна эфира нет, однако физическая реальность силы гораздо слабее, чем в теориях Фарадея. [3] [4]
Историк Нэнси Дж. Нерсесян в своей статье «Концепция поля Фарадея» проводит различие между идеями Максвелла и Фарадея: [5]
Специфика концепции поля Фарадея в ее «любимой» и наиболее полной форме состоит в том, что сила — это субстанция, что она — единственная субстанция и что все силы взаимопревращаются посредством различных движений силовых линий. Эти черты «любимого понятия» Фарадея не получили дальнейшего развития. Максвелл в своем подходе к проблеме поиска математического представления непрерывной передачи электрических и магнитных сил рассматривал их как состояния напряжения и деформации в механическом эфире. Это было частью совершенно другой сети убеждений и проблем, над которой работал Максвелл.
Сначала Фарадей рассматривал физическую реальность силовых линий как возможность, однако некоторые ученые согласны с тем, 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 линии электростатической силы, показав, что они не соответствуют действию на расстоянии. модели. В 1852 году Фарадей написал статью «О физическом характере линий магнитной силы», в которой исследовал гравитацию, излучение и электричество, а также их возможные связи со средой передачи, распространением передачи и принимающим объектом.
Первоначально Максвелл придерживался агностического подхода в своей математизации теорий Фарадея. Это видно в статьях Максвелла 1855 и 1856 годов: «О силовых линиях Фарадея» и «Об электротонтическом состоянии Фарадея». В статье 1864 года « Динамическая теория электромагнитного поля » Максвелл отдает научный приоритет электромагнитной теории света Фарадею и его статье 1846 года «Мысли о лучевых колебаниях». [8] Максвелл писал:
Фарадей обнаружил, что когда плоскополяризованный луч пересекает прозрачную диамагнитную среду в направлении магнитных силовых линий, создаваемых соседними магнитами или токами, плоскость поляризации вращается.
Идея о распространении поперечных магнитных возмущений, исключающих нормальные, отчетливо изложена профессором Фарадеем в его «Мыслях о лучевых колебаниях». Электромагнитная теория света, предложенная им, по существу та же, 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 о силовых линиях на силовые трубки , выражая свои жидкостные предположения, связанные с его математизацией теорий Фарадея. [6] Силовая трубка , также называемая трубкой электростатической индукции или силовой трубкой , представляет собой электрические силовые линии , которые движутся так, что ее начало очерчивает замкнутую кривую на положительной поверхности, а ее конец - соответствующую замкнутую кривую на положительной поверхности. отрицательная поверхность, а сама силовая линия создаст индуктивную трубчатую поверхность. Такая трубка называется « Соленоид ». Под прямым углом к силовой трубке существует давление, равное половине произведения диэлектрической и магнитной плотности. Если за счет роста поля силовые трубки распространяются вбок или в ширину, то на этот рост интенсивности электрического тока возникает магнитная реакция. Однако, если силовую трубку заставить двигаться в одном направлении, сопротивление, ограничивающее скорость, будет незначительным или вообще отсутствовать. Трубки силы поглощаются телами, передающими импульс и гравитационную массу. Силовые трубки представляют собой группу электрических силовых линий.
В начале своих исследований (около 1831 г.) Фарадей называл закономерности кажущихся непрерывными кривых, прослеживаемых на металлических опилках вблизи магнита, магнитными кривыми . Позже он называет их просто примером магнитных силовых линий или просто силовых линий. [9] Со временем Фарадей также начал использовать фразу «магнитное поле». [10]