Магниты

«Велика слава магнита и янтаря [пишет Гильберт], благодаря упоминаниям о них у ученых. Некоторые философы призывают на помощь магнит, а также янтарь, когда при разъяснении многочисленных тайн чувства обманывают и разум не может идти вперед. Любознательные богословы объясняют божественные, тайны, лежащие вне поля человеческих чувств, с помощью магнита и янтаря… и пользуются в своих учениях магнитом в качестве дельфийского меча…».

Не можем ли мы, говоря о магнитных силах, попытаться раскрыть тайну магнита? Намагниченная полоска металла или стрелка компаса вызывают такую же картину магнитного поля, как и брусок магнита.

Ампер первым предположил, что поля постоянных магнитов вызываются токами, которые хотя и не наблюдаемы, но непрерывно текут внутри намагниченных тел и возбуждают магнитное поле, подобное, полю соленоида (фиг. 321). Таким образом, с точки зрения Ампера, поведение магнита или стрелки компаса — действие на расстоянии, которое ощущает каждый, когда держит магнит в руках, — обусловлено взаимодействием двух токов, а именно тем самым взаимодействием, которое наблюдал Ампер в своей лаборатории. С точки зрения современной науки тоже считается, что поля постоянных магнитов¹⁾ вызываются токами, текущими внутри металла. Эти токи могут иметь атомное или молекулярное происхождение, обусловленное, например, орбитальным движением электронов, но в конечном счете они остаются токами.

На фиг. 322 сравниваются магнитные поля соленоида и намагниченного стержня. Условились, что северный и южный полюсы магнита расположены так, как показано на рисунке. Следовательно, если считать, что магнитное поле Земли вызывается током, текущим по поверхности соленоидального ядра, то направление тока должно быть таким, как показано на фиг. 323. Мы видим, что южный полюс земного магнита расположен в Арктике (на севере), так как к нему должен притягиваться северный (указывающий) полюс стрелки компаса.

1) Существуют материалы (в частности, железные сплавы, сталь или, например, сплав алюминия, никеля и кобальта — альнико), которые намагничиваются, если внести их в магнитное поле. Стрелка из такого материала (предварительно не намагниченная) может использоваться для обнаружения магнитного поля в каком-нибудь объеме, так как при наличии поля стрелка окажется намагниченной.

Если бы существовали так называемые магнитные заряды, они бы притягивались друг к другу или отталкивались с силой, величина которой определялась бы по формуле:

Это выражение сходно с выражениями для кулоновской и гравитационной сил, однако следует помнить, что М₁ и М₂ здесь не являются гравитационными, или инертными, массами, а обозначают количества магнетизма — их можно было бы назвать магнитными массами. Именно такой упрощающей аналогии мы и лишились, когда утверждали, что магнитные поля вызываются токами. Дело, однако, заключается в том, что магнитные заряды никто никогда еще не наблюдал.

Вопрос о том, могут ли они существовать, спорный. (Конечно, если их обнаружат, к ним приспособятся). Но факт остается фактом — магнитные заряды в отличие от электрических никем еще не были обнаружены. Мы наблюдаем магнитные поля, существование которых всегда можно объяснить наличием токов. Не раз уже пытались постулировать существование магнитных зарядов и обнаружить их следы, но такие попытки не увенчались успехом, хотя введение таких зарядов сделало бы уравнения электромагнетизма симметричными.

В результате характер линий магнитного поля существенно отличается от характера линий электрического поля. Если присмотреться внимательно к приведенным ранее картинам силовых линий, мы обнаружим, что электрические силовые линии всегда начинаются на положительных и оканчиваются на отрицательных зарядах (фиг. 324). Магнитные же силовые линии должны быть непрерывными, так как не существует магнитных зарядов, на которых линии могли бы начинаться или оканчиваться. Например, типичная картина магнитных силовых линий для соленоида имеет вид, представленный на фиг. 325.