Файл: Предпосылки возникновения эдкм.pptx

ПРЕДПОСЫЛКИ возникновения ЭДКМ

• Электрические и магнитные явления были известны человечеству с древности.
• Само понятие «электрические явления» восходит к Древней Греции (два куска янтаря («электрон»), потертые тряпочкой, отталкиваются друг от друга, притягивают мелкие предметы и т.д.)
• Впоследствии было установлено, что существует как бы два вида электричества: положительное и отрицательное.
• Свойство свободного магнита устанавливаться в направлении «Север-Юг» уже во II в. до н.э. использовалось в Древнем Китае во время путешествий. Первое же в Европе опытное исследование магнита было проведено во Франции в XIII в. В результате было установлено наличие у магнита двух полюсов.

• XIII век, ознаменовавшийся становлением МКМ, фактически положил начало и систематическим исследованиям электрических явлений.
• Было установлено, что одноименные заряды отталкиваются, появился простейший прибор – электроскоп.
• В середине XIII в. была установлена элект-

рическая природа молнии (исследования

Б.Франклина, М. Ломоносова, Г. Рихмана)

• В 1759 г. английский естествоиспытатель

Р.Симмер сделал заключение о том, что в обыч-

ном состоянии любое тело содержит равное коли-

чество разноименных зарядов, взаимно нейтрализующих друг друга.

При электризации происходит их перераспределение.

• В конце XIX, начале XX века опытным путем было установлено, что электрический заряд состоит из целого числа элементарных зарядов
• В 1897 г. Дж. Томсоном была открыта и наименьшая устойчивая частица, являющаяся носителем элементарного отрицательного заряда (электрон).
• К концу XVIII в. установлены уже количественный закон взаимодействия зарядов и закон так называемых «магнитных масс»— законы Кулона.
• Природа магнетизма оставалась неясной до конца XIX в., а электрические и магнитные явления рассматривались независимо друг от друга, пока в 1820 г. датский физик Х. Эрстед не открыл магнитное поле у проводника с током. Так была установлена связь электричества и магнетизма.

• Начиная с опытов Эрстеда (1820 г.) устанавлива-

ется связь электрических и магнитных явлении

и бурно развивается учение об элекгромагнетизме.

• Открывается действие магнита на ток (Ампер, Фарадей), взаимодействие токов (Ампер), явление электромагнитной индукции (Фарадей). Интерес к изучению электромагнетизма стимулируется открытием практического применения электрического тока (создание электромагнита и его примененне в телеграфе, тепловое действие тока и его применение в осветительных приборах, электродвигатели, электрохимия).

• В течение сентября 1820 г. французский

физик, химик и математик А.М. Ампер раз-

рабатывает новый раздел науки об электри-

честве –электродинамику.

• Все новые открытия в этой области трактуются в духе МКМ и получают механическое объяснение. Это проявляется и в попытках свести электромагнитные явления к движению особых субстанций, и в использовании принципа дальнодействия для объяснения электрических и магнитных взаимодействий.

единой теории электромагнитных явлений.

Неудовлетворенность представлениями в учении об электромагнетизме хорошо проявляется в высказываниях ученых того времени:

• В. Томпсон: «Скажите мне, что такое

электричество, и я объясню вам все остальное»

• Д. Макcвeлл: «Мы до сего времени

находимся в неведении относительно природы

электричества»

Г. Гельмгольц: «Область электродинамики

представляла собой хаотическое царство, в

котором трудно было разобраться»

• В дальнейшем важнейшими открытиями в области электричества явились открытый Г. Омом (1826) закон I=U/R и для замкнутой цепи I= ЭДС/(R+r), а также закон Джоуля-Ленца для количества тепла, выделяющегося при прохождении тока по неподвижному проводнику за время t: Q = IUT.
• Исследования английского физика М.Фарадея (1791-1867) придали определенную завершенность изучению электромагнетизма. Зная об открытии Эрстеда и разделяя идею о взаимосвязи явлений электричества и магнетизма, Фарадей в 1821 г. поставил задачу «превратить магнетизм в электричество». Через 10 лет экспериментальной работы он открыл закон электромагнитной индукции.

• С 1831 по 1855 гг. выходит в свет в виде серий главный труд Фарадея «Экспериментальные исследования по электричеству».
• Работая над исследованием электромагнитной индукции, Фарадей приходит к выводу о существовании электромагнитных волн. Позже, в 1831 г. он высказывает идею об электромагнитной природе света.
• Одним из первых, кто оценил работы Фарадея и его открытия, был Д.Максвелл, который развил идеи Фарадея, разработав в 1865 г. теорию электромагнитного поля, которая значительно расширила взгляды физиков на материю и привела к созданию электромагнитной картины мира (ЭМКМ).

Становление ЭМКМ

Концепция силовых линий,

предложенная Фарадеем, долгое время

не принималась всерьез другими

учеными. Дело в том, что Фарадей,

не владея достаточно хорошо

математическим аппаратом, не дал

убедительного обоснования своим

выводам на языке формул.

(«Это был ум, который никогда не

погрязал в формулах» – сказал о нем

А.Эйнштейн).

• Блестящий математик и физик Джеймс Максвелл берет под защиту метод Фарадея, его идею близкодействия и поля, утверждая, что идеи Фарадея могут быть выражены в виде обычных математических формул, и эти формулы сравнимы с формулами профессиональных математиков.
• Теорию поля Д. Максвелл разрабатывает в своих трудах «О физических линиях силы» (1861-1865) и «Динамическая теория поля (1864-1865). В последней работе и была дана система знаменитых уравнений, которые (по словам Герца) составляют суть теории Максвелла.

• Эта суть сводилась к тому, что изменяющееся магнитное поле создает не только в окружающих телах, но и в вакууме вихревое электрическое поле, которое, в свою очередь, вызывает появление магнитного поля. Таким образом, в физику была введена новая реальность – электромагнитное поле. Это ознаменовало начало нового этапа в физике - этапа, на котором электромагнитное поле стало реальностью, материальным носителем взаимодействия.

• Мир стал представляться электродинамической системой, построенной из электрически заряженных частиц, взаимодействующих посредством электромагнитного поля.
• Вершиной научного творчества Максвелла явился «Трактат по электричеству и магнетизму».

• После появления уравнений Максвелла стало ясно, что они предсказывают существование неизвестного науке природного явления — поперечных электромагнитных волн, представляющих собой распространяющиеся в пространстве со скоростью света колебания взаимосвязанных электрического и магнитного поля.

• Сделав это открытие, Максвелл сразу же определил, что видимый свет является «всего лишь» разновидностью электромагнитных волн. Скорость света получило свое обозначение буквой «с», в отличие от привычного обозначения скорости «v»
• На основе своей теории Максвелл предсказал существование давления, оказываемого электромагнитной волной, а, следовательно, и светом, что было блестяще доказано экспериментально в 1906 г. русским ученым П.Н. Лебедевым.

Основные элементы ЭМКМ

1. Существование еще одного вида материи — поля. Свет рассматривается как электромагнитный процесс

2. Движение материи осуществляется не только в форме перемещения частиц, но и в форме распространения электромагнитных волн. Элекгромагнитные волны в вакууме распространяются со скоростью света.

3. Взаимосвязь объектов осуществляется не только посредством тяготения, но и посредством электромагнитного взаимодей- ствия