Nauka i Hypoteza/Przyroda/Elektrodynamika
| <<< Dane tekstu | |
| Autor | |
| Tytuł | Nauka i Hypoteza |
| Część | Przyroda |
| Rozdział | Elektrodynamika |
| Redaktor | Ludwik Silberstein |
| Wydawca | G. Centnerszwer i Ska. |
| Data wyd. | 1908 |
| Druk | Drukarnia Narodowa w Krakowie |
| Miejsce wyd. | Warszawa |
| Tłumacz | Maksymilian Horwitz |
| Źródło | Skany na Commons |
| Inne | Cały tekst |
| Indeks stron | |
Dzieje elektrodynamiki są z naszego stanowiska szczególnie pouczające.
Ampère nadał nieśmiertelnemu swemu dziełu tytuł: »Teorya zjawisk elektrodynamicznych, oparta jedynie na doświadczeniu«. Wyobrażał więc sobie, że nie wprowadził żadnej hypotezy; w rzeczywistości przecież wprowadził on hypotezy, jak to niebawem zobaczymy; tylko robił to, nie zdając sobie z tego sprawy.
Ci atoli, co przyszli po nim, dostrzegli te hypotezy, albowiem uwaga ich zwrócona została na punkty słabe poglądów Ampère’a. Uczynili oni nowe hypotezy, których byli najzupełniej świadomi; te zaś musiały być niejednokrotnie zmieniane i zastępowane innemi, zanim nauka osiągnęła klasyczny system obecny, który, być może, nie jest jeszcze ostatecznym; przejdźmy do skreślenia ich kolei.
I. — Teorya Ampère’a. — Kiedy Ampère badał doświadczalnie wzajemne działania prądów, operował on jedynie, i mógł jedynie operować prądami zamkniętemi.
Nie dlatego, by zaprzeczał możliwości prądów otwartych. Skoro dwa przewodniki, naładowane elektrycznościami różnoimiennemi, połączymy zapomocą drutu, powstaje prąd, płynący od jednego do drugiego i trwający póty, póki nie wyrównają się ich potencyały. Ze stanowiska poglądów panujących za czasów Ampère’a, prąd ten jest otwarty; widziano bowiem prąd, płynący od pierwszego przewodnika do
drugiego, a nie widziano, by powracał on od drugiego do pierwszego.
Tak więc Ampère uważał prądy takie, np. prądy wyładowania kondensatorów, za otwarte; nie mógł wszakże zrobić z nich przedmiotu swych badań, gdyż trwanie ich było zbyt krótkie.
Można pomyśleć inny jeszcze rodzaj otwartych prądów. Weźmy dwa przewodniki, A i B, połączone drutem AMB. Małe przewodzące masy, ożywione pewnym ruchem, dotykają naprzód przewodnika B, czerpią odeń ładunek elektryczny, opuszczają B, biegną wzdłuż drogi BNA i przenosząc swój ładunek dotykają przedmiotu A, oddają mu swój ładunek, który następnie powraca do B po drucie AMB.
Mamy tu poniekąd obwód zamknięty, albowiem elektryczność przebiega zamknięty obwód BNAMB; lecz dwie części tego obwodu bardzo się od siebie różnią: w drucie AMB elektryczność przesuwa się poprzez stały przewodnik, na podobieństwo prądu woltaicznego, pokonywając opór ohmiczny, i wytwarzając ciepło; mówi się, że rozchodzi się ona przez przewodnictwo; w części BNA elektryczność zostaje przeniesiona zapomocą ruchomego przewodnika; mówi się, że się porusza przez konwekcyę.
Jeśli tedy prąd konwekcyjny uważać będziemy za zupełnie analogiczny do prądu przewodzonego, obwód BNAMB będzie zamknięty; jeśli natomiast prąd konwekcyjny nie jest dla nas »prawdziwym prądem«, bo nie działa np. na magnesy, pozostaje jedynie prąd przewodzony AMB, który jest otwarty.
Gdy np. połączymy drutem dwa bieguny maszyny Holtza, obracająca się tarcza przenosi elektryczność od jednego bieguna do drugiego konwekcyjnie, a elektryczność ta wraca do pierwszego bieguna przez przewodnictwo po drucie.
Bardzo przecież jest trudno urzeczywistnić prądy tego rodzaju o napięciu dostrzegalnym. Wobec środków doświadczalnych, jakiemi rozporządzał Ampère, było to, rzec można, wręcz niemożliwe.
Słowem, Ampère mógł wyobrażać sobie istnienie dwu rodzajów prądów otwartych, lecz nie mógł operować ani jednemi ani drugiemi, gdyż napięcie ich było zbyt słabe albo też trwanie zbyt krótkie.
Doświadczenie mogło mu więc wykazać jedynie działanie jednego prądu zamkniętego na inny prąd zamknięty albo działanie prądu zamkniętego na część prądu, albowiem prąd może przebiegać obwód zamknięty, złożony z części ruchomej i z części stałej. Można więc wówczas badać przesunięcia części ruchomej pod działaniem innego prądu zamkniętego.
Nie miał natomiast Ampère żadnej możności badania działania prądu otwartego bądź na prąd zamknięty bądź na inny prąd otwarty.
1. Wypadek prądów zamkniętych. — W wypadku wzajemnego działania dwu prądów zamkniętych, doświadczenie ujawniło Ampère’owi prawa na podziw proste.
Przypomnijmy tutaj pokrótce te z nich, które będą nam pożyteczne w dalszym ciągu:
1° Jeśli zachowuje się stałe napięcie prądów i jeśli oba obwody, uległszy jakimkolwiek przesunięciom i odkształceniom, powracają w końcu do początkowych swych położeń, praca całkowita działań elektrodynamicznych będzie równa zeru.
Innemi słowy, istnieje potencyał elektrodynamiczny dwu obwodów proporcyonalny do iloczynu napięć i zależny od kształtu i względnego położenia obwodów; praca działań elektrodynamicznych równa się zmianie tego potencyału;
2° Działanie zamkniętego solenoidu równa się zeru;
3° Działanie obwodu C na inny obwód woltaiczny C′ zależy jedynie od »pola magnetycznego« wytworzonego przez obwód C. Albowiem w każdym punkcie przestrzeni można oznaczyć co do wielkości i kierunku pewną siłę, zwaną siłą magnetyczną, posiadającą następujące własności:
a) Siła, z jaką C działa na biegun magnetyczny przyłożona jest do tego bieguna; równa się ona sile magnetycznej, pomnożonej przez masę magnetyczną bieguna;
b) Bardzo krótka igła magnetyczna dąży do nabrania kierunku siły magnetycznej, i para sił, zdążająca do nadania jej tego kierunku jest proporcyonalna do iloczynu siły magnetycznej, momentu magnetycznego igły i wstawy kąta odchylenia;
c) Jeśli obwód C′ porusza się, praca działania elektrodynamicznego wywieranego przez C na C′ równa się przyrostowi »indukcyi magnetycznej«, przez ten obwód.
2. Działanie prądu zamkniętego na część prądu. — Ampère, nie mogąc urzeczywistnić prądu otwartego w znaczeniu właściwym, posiadał jeden tylko sposób zbadania działania prądu zamkniętego na część prądu.
Sposób ten polegał mianowicie na operowaniu z obwodem C′, złożonym z dwu części, jednej niezmiennej, drugiej ruchomej. Część ruchomą stanowił np. ruchomy drut αβ, którego końce α i β mogły ślizgać się wzdłuż nieruchomego drutu. Przy jednym z położeń drutu ruchomego, koniec α opierał się na punkcie A drutu nieruchomego, koniec β na punkcie B drutu nieruchomego. Prąd obiegał od α do β, to jest od A do B wzdłuż drutu ruchomego i następnie powracał od B do A po drucie nieruchomym. Prąd ten był tedy zamkniętym.
Przy drugim położeniu koniec α ślizgającego się drutu dotykał innego punktu A′ drutu nieruchomego, a koniec β — innego punktu B′ drutu nieruchomego. Prąd obiegał natenczas od α do β to jest od A′ do B′ po drucie ruchomym, następnie powracał od B′ do B, dalej od B do A, wreszcie od A do A′, idąc zawsze po drucie nieruchomym. Prąd był więc i w tym razie zamkniętym.
Jeśli obwód taki poddany jest działaniu zamkniętego prądu C, część ruchoma przesuwać się będzie, jak gdyby ulegała działaniu pewnej siły. Ampère zakłada, że siła pozorna, której zdaje się w ten sposób ulegać część ruchoma AB, przedstawiająca działanie C na część αβ prądu, jest taka sama, jak gdyby przez αβ przebiegał prąd otwarty, któryby zatrzymywał się w α i β, nie zaś prąd zamknięty, który dosięgnąwszy β wraca do α przez część nieruchomą obwodu.
Hypoteza ta może się wydawać dość naturalną i Ampère wprowadza ją, nie zdając sobie z tego sprawy; niemniej wszakże nie jest ona bynajmniej konieczną, albowiem, jak zobaczymy niżej, Helmholtz ją odrzucił. Jakkolwiekbądź, pozwoliła ona Ampère’owi, pomimo, że nie mógł on nigdy urzeczywistnić prądu otwartego, sformułować prawa działania prądu zamkniętego na prąd otwarty a nawet na element prądu.
Prawa te są nader proste.
1° Siła, działająca na element prądu, przyłożona jest do tego elementu; jest ona normalna do elementu i do siły magnetycznej i proporcyonalna do składowej tej siły magnetycznej wzdłuż normalnej do elementu;
2° Działanie zamkniętego solenoidu na element prądu jest równe zeru.
Lecz niema już potencyału elektrodynamicznego, to znaczy, że gdy prąd zamknięty i prąd otwarty, których napięcia pozostawały niezmiennemi, powracają do swych położeń początkowych, praca całkowita nie jest równa zeru.
3. Obroty ciągłe. — Wśród eksperymentów elektrodynamicznych najciekawsze są te, które pozwoliły na urzeczywistnienie obrotów ciągłych i które nazywa się niekiedy eksperymentami indukcyi jednobiegunowej. Weźmy magnes, który może się obracać naokoło swej osi; prąd przebiega naprzód nieruchomy drut, wchodzi w magnes np. przez biegun N, przebiega połowę magnesu, wychodzi zeń przez kontakt ruchomy i wraca do drutu nieruchomego.
Magnes nabiera natenczas obrotu ciągłego, nie docierając do żadnego położenia równowagi. Jest to eksperyment Faradaya.
Jakże jest to możliwe? Gdybyśmy mieli do czynienia z dwu obwodami o kształcie niezmiennym, jednym nieruchomym C, drugim C′ ruchomym dokoła osi, ten ostatni nie mógłby nigdy nabrać obrotu ciągłego; jakoż, istnieje potencyał elektrodynamiczny; przeto zawsze będzie istniało pewne położenie równowagi, to mianowicie, dla którego potencyał ten dosięga wartości największej.
Obroty ciągłe są tedy możliwe jedynie pod warunkiem, że obwód C′ składa się, z dwu części: jednej nieruchomej, drugiej ruchomej dokoła osi, jak to ma miejsce w doświadczeniu Faradaya. Wypada przecież nadto rozróżnić dwa wypadki. Przejście od części nieruchomej do części ruchomej lub odwrotnie może się odbywać albo przez zetknięcie proste (jeden i ten sam punkt części ruchomej pozostaje ustawicznie w zetknięciu z jednym i tym samym punktem części nieruchomej) albo też przez zetknięcie ruchome (jeden i ten sam punkt części ruchomej styka się kolejno z różnemi punktami części nieruchomej).
W drugim tylko z tych wypadków może się odbywać obrót ciągły. Oto, co zachodzi wówczas: układ zdąża wprawdzie do pewnego położenia równowagi; lecz skoro położenia tego ma dosięgnąć, ślizgająca się część ruchoma wchodzi w zetknięcie z nowym punktem części nieruchomej; zmienia to połączenia, a przeto też warunki równowagi, naskutek czego położenie równowagi jak gdyby umykało przed zdążającym doń układem, i obrót może trwać nieograniczenie.
Ampère zakłada, że działanie obwodu na część ruchomą C′ jest takie same, jak gdyby część nieruchoma obwodu C′ nie istniała wcale a więc prąd krążący po części ruchomej był otwartym.
Wnosi on tedy, że działanie prądu zamkniętego na prąd otwarty lub odwrotnie, prądu otwartego na prąd zamknięty, może wywołać obrót ciągły.
Lecz wniosek ten zależy od sformułowanej powyżej hypotezy, którą, jak już wspomnieliśmy, Helmholtz odrzuca.
4. Działanie wzajemne dwu prądów otwartych. — Niema żadnego doświadczenia, któreby pozwoliło bezpośrednio badać działanie wzajemne dwu prądów otwartych wogóle a w szczególności dwu elementów prądu. Ampère odwołuje się tu do hypotezy. Zakłada on: 1° że działanie wzajemne dwu elementów sprowadza się do siły czynnej wzdłuż prostej, która łączy te elementy; 2° że działanie dwu prądów zamkniętych jest wypadkową działań wzajemnych ich poszczególnych elementów, przyczym działania te są takie same, jak gdyby każdy z tych elementów istniał z osobna.
Rzecz godna zaznaczenia, że i te dwie hypotezy wprowadza Ampère zupełnie bezwiednie.
Jakkolwiekbądź, hypotezy te łącznie z doświadczeniami nad prądami zamkniętemi wystarczają dla zupełnego oznaczenia prawa wzajemnego działania dwu elementów.
Lecz skoro tak, tedy większość prostych praw, które napotkaliśmy w wypadku prądów zamkniętych, przestaje być prawdziwa.
Naprzód, niema potencyału elektrodynamicznego; nie było go zresztą również, jak widzieliśmy, w wypadku prądu zamkniętego, działającego na prąd otwarty.
Następnie niema już siły magnetycznej, w znaczeniu właściwym.
W rzeczy bowiem samej daliśmy wyżej trzy różne określenia tej siły:
1° Zapomocą działania na biegun magnetyczny;
2° Zapomocą pary kierowniczej, ustanawiającej oryentacyę igły magnetycznej;
3° Zapomocą działania na element prądu.
Otóż w wypadku, który nas obecnie zajmuje, trzy te określenia nietylko nie są ze sobą w zgodzie, lecz każda z nich pozbawiona jest sensu; jakoż:
1° Biegun magnetyczny nie ulega już poprostu jedynej przyłożonej doń sile. Widzieliśmy bowiem, że siła, pochodząca od działania elementu prądu na biegun nie jest przyłożona do bieguna lecz do elementu; można ją zresztą zastąpić przez siłę przyłożoną do bieguna i przez parę sił;
2° Para sił, działająca na igłę magnesową, nie jest już prostą parą kierowniczą; gdyż moment jej w stosunku do osi igły nie jest równy zeru. Rozkłada się ona na parę kierowniczą w znaczeniu właściwym i na parę dopełniającą, zdążającą do wywołania obrotu ciągłego, o której mówiliśmy wyżej;
3° Wreszcie siła jakiej ulega element prądu, nie jest normalna do tego elementu.
Innemi słowy, jedność siły magnetycznej znikła.
Powiedzmy, na czym polega ta jedność. Dwa układy, wywierające to samo działanie na biegun magnetyczny, wywierać również będą to samo działanie na igłę magnesową nieskończenie małą, albo na element prądu, umieszczone w tym samym punkcie przestrzeni, który poprzednio zajmował ten biegun.
Otóż tak jest, gdy oba te układy zawierają jedynie prądy zamknięte; przestałoby tak być, zdaniem Ampère’a, skoroby te układy zawierały prądy otwarte.
Wystarczy np. zauważyć, że jeśli biegun magnetyczny umieszczony jest w A a element w B, tak iż kierunek elementu stanowi przedłużenie prostej AB, element ten, nie wywierający żadnego działania na ten biegun, wywierać natomiast będzie pewne działanie bądź na igłę magnesową, umieszczoną w punkcie A, bądź na element prądu umieszczony w punkcie A.
5. Indukcya. — Wiadomo, że odkrycie indukcyi elektrodynamicznej nastąpiło rychło po nieśmiertelnych pracach Ampère’a.
Dopóki chodzi jedynie o prądy zamknięte, nie nastręczają się żadne trudności, — Helmholtz zauważył nawet, że zasada zachowania energii mogłaby wystarczyć do wyprowadzenia praw indukcyi z praw elektrodynamicznych Ampère’a, z tym wszakże zawarowaniem, jak to dowodnie okazał Bertrand, że założy się nadto pewną liczbę hypotez.
Ta sama zasada pozwala również na dedukcyę taką w wypadku prądów otwartych, jakkolwiek rozumie się, że niepodobna poddać wyniku kontroli doświadczenia, bo nie można urzeczywistnić takich prądów.
Zastosowanie tego trybu analizy do teoryi Ampère’a prądów otwartych prowadzi do wyników doprawdy niespodziewanych.
Przedewszystkim indukcyi niepodobna wyprowadzić ze zmian pola magnetycznego według wzoru, dobrze znanego badaczom i praktykom, albowiem, jak widzieliśmy, niema tu już pola magnetycznego w znaczeniu właściwym.
Nie na tym przecież koniec. Jeśli obwód C ulega indukcyi zmiennego układu woltaicznego S; jeśli ten układ S porusza i odkształca się w sposób dowolny, jeśli napięcie prądów tego układu zmienia się według jakiegokolwiek prawa, tak wszakże, iż po tych zmianach układ wraca w końcu do początkowego swego położenia — naturalnym się zdaje przypuszczenie, że przeciętna siła elektrobodźcza indukowana w obwodzie C równa się zeru.
Jest to prawdziwe, gdy obwód C jest zamknięty a układ S zawiera jedynie prądy zamknięte. Nie jest natomiast prawdziwe, jeśli przyjąć teoryę Ampère’a, skoro tylko układ S zawiera prądy otwarte. Tak iż wzbudzona siła elektrobodźcza nietylko nie będzie już zmianą indukcyi magnetycznej w żadnym z pospolitych znaczeń tego wyrazu, lecz nie będzie mogła być wyrażoną przez zmianę żadnej wogóle wielkości.
II. — Teorya Helmholtza. — Zatrzymaliśmy się nieco dłużej nad konsekwencyami teoryi Ampère’a i jego sposobu pojmowania działania prądów otwartych.
Trudno jest nie zauważyć charakteru paradoksalnego i sztucznego twierdzeń, do których w ten sposób się dochodzi; nasuwa to myśl, że »musi to nie być to«.
Rozumiemy przeto, że Helmholtz zapragnął znaleść coś innego.
Helmholtz odrzuca hypotezę podstawową Ampère’a, głoszącą, że działanie wzajemne dwu elementów prądu sprowadza się do siły skierowanej wzdłuż prostej, która je łączy.
Przypuszcza on, że element prądu nie ulega działaniu jednej siły, lecz siły oraz pary sił. Przypuszczenie to było przedmiotem słynnej polemiki pomiędzy Bertrandem a Helmholtzem.
Helmholtz zastępuje hypotezę Ampère’a przez następującą: dla dwu elementów prądu istnieje zawsze potencyał elektrodynamiczny, zależny jedynie od ich położenia i oryentacyi, i praca sił, z jakiemi elementy te działają wzajemnie na siebie, równa się zmianie tego potencyału. Tak więc Helmholtz w takim samym stopniu, jak Ampère, nie może się obyć bez hypotezy; tym się wszakże różni od swego poprzednika, że swoją hypotezę formułuje wyraźnie i jawnie.
W wypadku prądów zamkniętych, jedynym dostępnym dla doświadczenia, obie teorye zgadzają się ze sobą; we wszystkich innych wypadkach zachodzi między niemi różnica.
Naprzód, wbrew temu co przypuszczał Ampère, siła, której zdaje się ulegać część ruchoma prądu zamkniętego nie taka sama, jaką byłaby siła, działająca na tę część ruchomą, gdyby była ona odosobniona i stanowiła prąd otwarty.
Powróćmy do obwodu C′, o którym mówiliśmy wyżej i który składa się z drutu ruchomego αβ, ślizgającego się po drucie nieruchomym; w jedynie urzeczywistnialnym eksperymencie część ruchoma αβ nie jest odosobniona, lecz wchodzi w układ obwodu zamkniętego. Gdy przenosi się ona od AB do A′B′ potencyał elektrodynamiczny całkowity zmienia się dla dwu przyczyn: 1° otrzymuje on pewien przyrost, dlatego, że potencyał A′B′ względem obwodu C nie jest taki sam jak potencyał AB; 2° otrzymuje drugi przyrost, dlatego, że trzeba go zwiększyć o potencyały elementów AA′ i B′B względem C.
Podwójny ten przyrost przedstawia dopiero pracę sił, której zdaje się ulegać część AB.
Gdyby natomiast αβ było odosobnione, potencyał otrzymałby jedynie pierwszy przyrost, i jedynie pierwszy ten przyrost byłby miarą pracy siły, działającej na AB.
Powtóre nie może być obrotu ciągłego, jeśli niema ślizgającego się zetknięcia; albowiem, jak widzieliśmy, omawiając prądy zamknięte, jest to bezpośredni wynik istnienia potencyału elektrodynamicznego.
Jeśli w doświadczeniu Faradaya magnes jest nieruchomy i część prądu zewnętrzna względem magnesu przebiega drut ruchomy, ta część ruchoma będzie mogła przyjąć obrót ciągły. Nie znaczy to wszakże, że gdyby znieść zetknięcia drutu z magnesem i kazać przebiegać przez drut prądowi otwartemu, to i w tym razie drut przyjąłby ciągły ruch obrotowy.
Powiedzieliśmy bowiem powyżej, że odosobniony element nie ulega takiemu samemu działaniu, jak element ruchomy, stanowiący część obwodu zamkniętego.
Oto inna jeszcze różnica: Działanie solenoidu zamkniętego na zamknięty prąd równa się zeru na mocy doświadczenia oraz zgodnie z obu teoryami; działanie jego na prąd otwarty równałoby się zeru według Ampère’a; nie równałoby się zeru według Helmholtza.
Wypływa stąd doniosła konsekwencya. Daliśmy wyżej trzy określenia siły magnetycznej; trzecie nie ma tutaj żadnego sensu, gdyż element prądu nie ulega tu działaniu jakiejś jednej siły. Nie ma go również określenie pierwsze. Cóż to bowiem jest biegun magnetyczny? Jest to punkt końcowy nieograniczonego liniowego magnesu. Magnes ten można zastąpić przez nieograniczony solenoid. Żeby określenie siły magnetycznej miało sens, trzeba aby działanie, jakie wywiera prąd otwarty na nieograniczony solenoid zależało jedynie od położenia końca tego solenoidu, czyli aby działanie na solenoid zamknięty równało się zeru. Otóż widzieliśmy powyżej, że tak nie jest.
Nic natomiast nie stoi na przeszkodzie przyjęciu drugiego określenia, opartego na pomiarze pary kierowniczej, zdążającej do nadania oryentacyi igle magnesowej.
Atoli jeśli ją przyjąć, tedy ani przejawy indukcyi ani przejawy elektrodynamiczne nie będą zależały jedynie od rozmieszczenia linii siły tego pola magnetycznego.
III. — Trudności nastręczające się w tych teoryach. — Teorya Helmholtza stanowi postęp w stosunku do teoryi Ampère’a; daleko jej wszakże do zupełnego pokonania wszystkich trudności. Tak w jednej jak w drugiej wyrażenie »pole magnetyczne« nie ma sensu, albo też jeśli nadamy mu pewien sens mocą jakiejś mniej lub więcej sztucznej umowy, tedy zwykłe prawa, tak dobrze znane wszystkim elektrykom, utracą swą stosowalność; tak np. miarą siły elektrobodźczej, wzbudzonej w drucie, nie jest już liczba linii siły, napotykanych przez ten drut.
Lecz niechęć nasza do tych teoryi nie jest oparta jedynie na tym, że trudno jest zrzec się zakorzenionych nawyknień języka i myśli. Jest tu jeszcze coś więcej. Jeżeli nie wierzymy w działania na odległość, należy wytłumaczyć zjawiska elektrodynamiczne przez zmianę w środowisku. Tę to właśnie zmianę nazywa się polem magnetycznym, przejawy elektromagnetyczne powinnyby przeto zależeć jedynie od tego pola.
Wszystkie te trudności wynikają z hypotezy prądów otwartych.
IV. — Teorya Maxwella. — Takie były trudności, wynikłe na gruncie teoryi panujących, gdy zjawił się Maxwell i jednym pociągnięciem pióra wszystkie je usunął. Albowiem ze stanowiska jego poglądów istnieją jedynie prądy zamknięte.
Maxwell zakłada, że jeśli w dielektryku pole magnetyczne ulega zmianie, dielektryk ten staje się siedliskiem osobliwego zjawiska, działającego na galwanometr tak jak prąd: zjawisko to nazywa on prądem przesunięcia.
Jeżeli więc dwa przewodniki, dźwigające różnoimienne ładunki, połączymy drutem, w drucie tym panuje podczas wyładowywania prąd przewodzony otwarty; lecz w otaczającym dielektryku powstają jednocześnie prądy przesunięcia, zamykające ów prąd przewodzony.
Wiadomo, że teorya Maxwella prowadzi do wytłumaczenia zjawisk optycznych, przypisując je niezmiernie szybkim drganiom elektrycznym.
Za jego czasów koncepcya taka była jedynie śmiałą hypotezą, nie mającą za sobą żadnego oparcia doświadczalnego.
Po upływie lat dwudziestu doświadczenie potwierdziło poglądy Maxwella. Hertzowi powiodło się zrealizować układy drgań elektrycznych, odtwarzające wszystkie własności światła i różniące się odeń jedynie długością fali, to jest tak jak barwa fioletowa różni się od czerwonej. Dokonał on poniekąd syntezy światła.
Możnaby powiedzieć, że Hertz nie dowiódł bezpośrednio podstawowego poglądu Maxwella, działania prądu przesunięcia na galwanometr. Jest to słuszne poniekąd, albowiem bezpośrednio okazał on tylko, że indukcya elektromagnetyczna nie rozchodzi się momentalnie, jak mniemano dawniej, lecz z prędkością równą prędkości światła.
Wszelako przypuścić, że niema prądu przesunięcia i że indukcya rozchodzi się z prędkością światła; albo też przypuścić, że prądy przesunięcia wywołują przejawy indukcyi i że indukcya rozchodzi się momentalnie — jest to jedno i to samo.
Że tak jest, nie jest widocznym na pierwsze wejrzenie: — dowodzi się tego drogą rachunku analitycznego, o którego streszczeniu na tym miejscu nie może nawet być mowy.
V. — Dokończenia Rowlanda. — Powiedzieliśmy już wyżej, że istnieją dwa rodzaje prądów przewodzonych otwartych: po pierwsze prądy wyładowania kondensatora lub jakiegokolwiek przewodnika.
Drugi rodzaj stanowią wypadki, w których ładunki elektryczne zakreślają kontur zamknięty, przenosząc się przez przewodnictwo w pewnej części obwodu, a przez konwekcyę w drugiej.
Dla prądów otwartych pierwszego rodzaju można było uważać zagadnienie za rozwiązane: prądy przesunięcia przekształcały je w prądy zamknięte.
Dla prądów otwartych rodzaju drugiego rozwiązanie zdawało się jeszcze prostszym; gdyby prąd był zamknięty, to jak się zdawało, zamykać go mógł jedynie sam prąd konwekcyjny. W tym celu wystarczało przypuścić, że »prąd konwekcyjny« to jest naładowany poruszający się przewodnik może działać na galwanometr.
Atoli brak było doświadczalnego potwierdzenia tych przypuszczeń. Zdawało się trudnym osiągnięcie dostatecznie wielkiego napięcia, nawet przez zwiększanie aż do krańców możliwości ładunku i prędkości przewodników.
Pierwszym, który faktycznie czy pozornie pokonał te trudności, był Rowland, eksperymentator niezwykłej zręczności. Nadał on krążkowi znaczny ładunek elektryczny i bardzo wielką prędkość obrotową. Astatyczny układ magnetyczny, umieszczony obok tego krążka, ulegał odchyleniom.
Eksperyment ten przeprowadzony został dwukrotnie przez Rowlanda: raz w Berlinie, i raz w Baltimore; podjął go później ponownie Himstedt. Fizycy ci ogłosili nawet, że powiodło im się dokonać pomiarów ilościowych.
Jakoż od dwudziestu mniej więcej lat prawo Rowlanda uznane zostało przez wszystkich fizyków jako ustanowione bez kwestyi.
Wszystko zresztą zdawało się je potwierdzać. Iskra wywołuje niezaprzeczenie przejaw magnetyczny; otóż, czy nie zdaje się prawdopodobnym, że wyładowanie przez iskrę polega poprostu na tym, że cząstki odrywają się od jednej elektrody i przenoszą się ze swym ładunkiem na drugą? Czyż dowodem tego nie jest same chociażby widmo iskry, w którym poznajemy promienie metalu tworzącego elektrodę? Iskra byłaby więc prawdziwym prądem konwekcyjnym.
Z drugiej strony przypuszcza się również, że w elektrolitach elektryczność przenoszą poruszające się jony. Prąd w elektrolicie byłby więc również prądem konwekcyjnym; otóż prąd taki działa na igłę magnesową.
Podobnież rzecz się ma dla promieni katodowych; Crookes przypisywał te promienie działaniu bardzo subtelnej materyi, naładowanej elektrycznością ujemną i ożywionej bardzo wielką prędkością; uważał on je, innemi słowy, za prądy konwekcyjne. Otóż prądy te katodowe odchylają się pod wpływem magnesu. Na mocy zasady działania i oddziaływania powinny one ze swej strony odchylać igłę magnesową.
Wprawdzie Hertzowi zdawało się, że okazał, iż promienie katodowe nie przenoszą elektryczności ujemnej i nie działają na igłę magnesową. Lecz Hertz mylił się; przedewszystkim Perrin zdołał zebrać elektryczność, przenoszoną przez te promienie, gdy Hertz zaprzeczał jej istnieniu; badacza niemieckiego wprowadziły zapewne w błąd wpływy promieni X, które wówczas nie były jeszcze odkryte. Następnie, i to całkiem świeżo, ujawnione zostało działanie promieni katodowych na igłę magnesową.
Tak więc wszystkie te zjawiska, rozważane jako prądy konwekcyjne, iskry, prądy elektrolityczne, promienie katodowe, działają w jednakowy sposób na galwanometr stosownie do prawa Rowlanda!
VI. — Teorya Lorentza. — Rychło posunięto się jeszcze dalej. Według teoryi Lorentza i same prądy przewodzone są prawdziwemi prądami konwekcyjnemi: elektryczność ma być związana w sposób nierozerwalny z pewnemi cząstkami materyalnemi, zwanemi elektronami; krążenie tych elektronów poprzez ciała wywołuje prądy woltaiczne, a przewodniki różnią się od izolatorów tym, że pierwsze są przenikliwe dla elektronów, drugie natomiast wstrzymują je w ich ruchu.
Teorya Lorentza jest bardzo pociągająca; daje ona bardzo proste wytłumaczenie pewnych zjawisk, z których nie umiały zdać sprawy teorye dawniejsze, nawet Maxwellowska w pierwotnym swym kształcie, jak np. aberacya światła, częściowe unoszenie fal świetlnych przez ruchome środowiska, polaryzacya magnetyczna, zjawisko Zeemana.
Co do kilku punktów wszakże nasunęła ona fizykom spółczesnym pewne wątpliwości. Zjawiska, których siedliskiem jest pewien układ, powinnyby według tej teoryi zależeć od prędkości bezwzględnej ruchu postępowego środka ciężkości tego układu, co sprzeciwia się naszemu pojęciu względności przestrzeni. W dyskusyi, powstałej przy obronie rozprawy doktorskiej Crémieu, Lippmann nadał temu zarzutowi uderzającą postać. Weźmy dwa naładowane przewodniki, ożywione jednakową prędkością postępową. Znajdują się one w stanie spoczynku względnego; jednakowoż, skoro każdy z nich równoważny jest prądowi konwekcyjnemu, powinny one się przyciągać, możnaby przeto przez pomiar tego przyciągania zmierzyć ich prędkość bezwzględną.
Nie — brzmiała odpowiedź zwolenników Lorentza — nie ich prędkość bezwzględną zmierzonoby w ten sposób, lecz ich prędkość względną w odniesieniu do eteru, tak iż zasada względności byłaby ocalona.
Cokolwiek sądzonoby o tych ostatnich zarzutach, gmach elektrodynamiki w głównych przynajmniej zarysach zdawał się ostatecznie zbudowany, wszystko przedstawiało się jaknajlepiej; teorye Ampère’a i Helmholtza, skonstruowane dla prądów otwartych, które przestały istnieć, zdawały się mieć już tylko znaczenie czysto historyczne a niedające się rozwikłać komplikacye, do których teorye te prowadziły, poszły niemal w zapomnienie.
Spokój ten został świeżo zakłócony przez doświadczenia Crémieu, które przez chwilę zdawały się zaprzeczać wynikom, osiągniętym niegdyś przez Rowlanda. Atoli nowsze badania nie potwierdziły ich i teorya Lorentza wyszła zwycięsko z tej próby.
Niemniej historya tych wahań wielce jest pouczającą; mówi nam ona, jakie sidła napotyka badacz na swej drodze i w jaki sposób może ich uniknąć.
