Реферат: Электромагнитная физическая картина мира:. Реферат электромагнитная картина мира

Реферат - Электромагнитная картина мира

На протяжении XIX в. продолжались попытки объяснить электромагнитные явления в рамках механической картины мира. Но это оказалось невозможным: электромагнитные явления слишком отличались от механических процессов. Наибольший вклад в формирование электромагнитной картины мира внесли работы М. Фа-радея и Дж. Максвелла. После создания Максвеллом теории электромагнитного поля стало возможным говорить о появлении электромагнитной картины мира.

Свою теорию Максвелл разработал на основе открытого Фара-деем явления электромагнитной индукции. Проводя эксперименты с магнитной стрелкой, стремясь объяснить природу электрических и магнитных явлений, Фарадей пришел к выводу, что вращение магнитной стрелки обусловлено не электрическими зарядами, которые находятся в проводнике, а особым состоянием окружающей среды, которое возникало в месте нахождения магнитной стрелки. Это означало, что во взаимодействии тока с магнитной стрелкой активную роль играет окружающая проводник среда. В связи с этим он ввел понятие поля как множества магнитных силовых линий, пронизывающих пространство и способных определять и направлять (индуцировать) электрический ток. Это открытие привело Фа-радея к мысли о необходимости замены корпускулярных представлений о материи новыми континуальными, непрерывными.

Теория электромагнитного поля Максвелла сводится 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. Так в физику была

введена новая реальность — электромагнитное поле. Теория электромагнитного поля Максвелла ознаменовала собой начало нового этапа в физике. В соответствии с этой теорией мир стал представляться единой электродинамической системой, построенной из электрически заряженных частиц, взаимодействующих посредством электромагнитного поля.

Важнейшими понятиями новой теории являются: заряд, который может быть как положительным, так и отрицательным; напряженность поля — сила, которая действовала бы на тело, несущее единичный заряд, если бы оно находилось в рассматриваемой точке.

Когда электрические заряды движутся друг относительно друга, появляется дополнительная магнитная сила. Поэтому общая сила, объединяющая электрическую и магнитную силы, называется электромагнитной. Считается, что электрические силы (поле) соответствуют покоящимся зарядам, магнитные силы (поле) — движущимся зарядам. Все многообразие этих сил и зарядов описывается системой уравнений классической электродинамики, известных как уравнения Максвелла.

Сущность уравнений классической электродинамики сводится к закону Кулона, который полностью эквивалентен закону всемирного тяготения Ньютона, а также к утверждениям о том,

что магнитные силовые линии непрерывны и не имеют ни начала, ни конца; магнитных зарядов не существует; электрическое поле создается переменным магнитным полем; магнитное поле может создаваться как электрическим током, так и переменным электрическим полем.

Уравнения Максвелла записываются в терминах теории поля, что позволяет единообразно описать стационарные и нестационарные электромагнитные явления, связать пространственные и временные изменения электрического и магнитного полей. Эти уравнения имеют решения, которые описывают электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью света. Из них можно получить решения для совокупности всех волн, которые могут распространяться в любом направлении в пространстве.

Таким образом, были выдвинуты новые физические и философские взгляды на материю, пространство, время и силы, во многом изменявшие прежнюю механическую картину мира. Разумеется, нельзя сказать, что эти изменения были кардинальными, так как они осуществились в рамках классической науки. Поэтому новую электромагнитную картину мира можно считать промежуточной, соединяющей в себе как новые идеи, так и старые механистические представления о мире.

Кардинально изменились лишь представления о материи: корпускулярные идеи уступили место континуальным (полевым). Отныне совокупность неделимых атомов переставала быть конечным

пределом делимости материи. В качестве такового принималось единое абсолютно непрерывное бесконечное поле с силовыми точечными центрами — электрическими зарядами и волновыми движениями в нем. Согласно электромагнитной картине мира, материя существует в двух видах — вещество и поле. Они строго разделены, и их превращение друг в друга невозможно. Главным из них является поле, а значит, основным свойством материи является непрерывность в противовес дискретности. Электромагнитное поле распространяется в виде поперечных электромагнитных волн со скоростью света, захватывая постоянно новые области пространства. Заполнение пространства электромагнитным полем нельзя описать на основе законов Ньютона, так как механика не понимает этого механизма. В электромагнетизме изменение одной сущности (магнитного поля) приводит к появлению другой сущности (электрического поля). Обе эти сущности образуют в совокупности электромагнитное поле. В механике же одно материальное явление не зависит от изменения другого, и вместе они не создают единой сущности.

Расширилось также и понятие движения. Оно стало пониматься не только как простое механическое перемещение, но и как распространение колебаний в поле. Соответственно законы механики Ньютона уступили свое господствующее место законам электродинамики Максвелла.

Новая картина мира требовала нового решения проблемы физического взаимодействия. Ньютоновский принцип дальнодействия заменялся фарадеевским принципом близкодействия, который утверждал, что любые взаимодействия передаются полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью.

Концепция абсолютного пространства и абсолютного времени Ньютона не подходила к новым полевым представлениям о материи, так как поля не имеют четко очерченных границ и перекрывают друг друга. Кроме того, поля — это абсолютно непрерывная материя, поэтому пустого пространства просто нет. Так же и время должно быть неразрывно связано с процессами, происходящими в поле. Было ясно, что пространство и время нельзя рассматривать как самостоятельные, независимые от материи сущности. Но инерция мышления и сила привычки были столь велики, что еще долго ученые предпочитали верить в существование абсолютного пространства и абсолютного времени.

Первоначально в понимании пространства и времени электромагнитная картина мира исходила из убеждения, что абсолютное пустое пространство заполнено мировым эфиром. С неподвижным эфиром ученые пытались связать абсолютную систему отсчета. При этом для объяснения многих материальных явлений эфиру приходилось приписывать необычные свойства, зачастую противоречащие друг другу. Однако создание специальной теории относитель-

ности вынудило ученых отказаться от идеи эфира, поскольку данная теория исходила из относительности длины, времени и массы, т.е. из их зависимости от системы отсчета. Поэтому лишь к началу XX в. абсолютная концепция пространства и времени уступила место реляционной (относительной) концепции пространства и времени, в соответствии с которой пространство, время и материя существуют только вместе, полностью зависят друг от друга. При этом пространство и время являются свойствами материальных тел.

Электромагнитная картина мира произвела настоящий переворот в физике. Она базировалась на идеях непрерывности материи, материального электрического поля, неразрывности материи и движения, связи пространства и времени как между собой, так и с движущейся материей. Новое понимание сущности материи поставило ученых перед необходимостью пересмотра и переоценки этих основополагающих качеств материи.

Законы электродинамики, как и законы классической механики, все еще однозначно предопределяли события, которые они описывали, поэтому случайность пытались исключить из физической картины мира. Однако в середине XIX в. впервые появилась фундаментальная физическая теория нового типа, которая основывалась на теории вероятности. Это была кинетическая теория газов, или статистическая механика. Случайность, вероятность наконец-то нашли свое место в физике и были отражены в форме так называемых статистических законов. Правда, пока физики не оставляли надежды найти за вероятностными характеристиками четкие однозначные законы, подобные законам Ньютона, и считали вновь созданную теорию промежуточным вариантом, временной мерой. Тем не менее, прогресс был налицо: в электромагнитную картину мира вошло понятие вероятности.

Не менялось в электромагнитной картине мира и представление о месте и роли человека во Вселенной. Его появление считалось лишь капризом природы. Эти взгляды еще более упрочились после появления дарвиновской теории эволюции. Идеи о качественной специфике жизни и разума с большим трудом прокладывали себе путь в научном мировоззрении.

Электромагнитная картина мира объяснила большой круг физических явлений, непонятных с точки зрения прежней механической картины мира. Однако дальнейшее ее развитие показало, что она имеет ограниченный характер. Главная проблема состояла в том, что континуальное понимание материи не согласовывалось с опытными фактами, подтверждающими дискретность ее многих свойств — заряда, излучения, действия. Оставалась также нерешенной проблема соотношения между полем и зарядом, не удавалось объяснить устойчивость атомов и их спектры, излучение абсолютно черного тела. Все

это свидетельствовало об относительном характере электромагнитной картины мира и необходимости ее замены новой физической картиной мира. Поэтому на смену ей пришла новая — квантово-полевая — картина мира, объединившая в себе дискретность механической картины мира и непрерывность электромагнитной картины мира.

www.ronl.ru

Доклад - Электромагнитная картина мира

На протяжении XIX в. продолжались попытки объяснить электромагнитные явления в рамках механической картины мира. Но это оказалось невозможным: электромагнитные явления слишком отличались от механических процессов. Наибольший вклад в формирование электромагнитной картины мира внесли работы М. Фа-радея и Дж. Максвелла. После создания Максвеллом теории электромагнитного поля стало возможным говорить о появлении электромагнитной картины мира.

Свою теорию Максвелл разработал на основе открытого Фара-деем явления электромагнитной индукции. Проводя эксперименты с магнитной стрелкой, стремясь объяснить природу электрических и магнитных явлений, Фарадей пришел к выводу, что вращение магнитной стрелки обусловлено не электрическими зарядами, которые находятся в проводнике, а особым состоянием окружающей среды, которое возникало в месте нахождения магнитной стрелки. Это означало, что во взаимодействии тока с магнитной стрелкой активную роль играет окружающая проводник среда. В связи с этим он ввел понятие поля как множества магнитных силовых линий, пронизывающих пространство и способных определять и направлять (индуцировать) электрический ток. Это открытие привело Фа-радея к мысли о необходимости замены корпускулярных представлений о материи новыми континуальными, непрерывными.

Теория электромагнитного поля Максвелла сводится 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. Так в физику была

введена новая реальность — электромагнитное поле. Теория электромагнитного поля Максвелла ознаменовала собой начало нового этапа в физике. В соответствии с этой теорией мир стал представляться единой электродинамической системой, построенной из электрически заряженных частиц, взаимодействующих посредством электромагнитного поля.

Важнейшими понятиями новой теории являются: заряд, который может быть как положительным, так и отрицательным; напряженность поля — сила, которая действовала бы на тело, несущее единичный заряд, если бы оно находилось в рассматриваемой точке.

Когда электрические заряды движутся друг относительно друга, появляется дополнительная магнитная сила. Поэтому общая сила, объединяющая электрическую и магнитную силы, называется электромагнитной. Считается, что электрические силы (поле) соответствуют покоящимся зарядам, магнитные силы (поле) — движущимся зарядам. Все многообразие этих сил и зарядов описывается системой уравнений классической электродинамики, известных как уравнения Максвелла.

Сущность уравнений классической электродинамики сводится к закону Кулона, который полностью эквивалентен закону всемирного тяготения Ньютона, а также к утверждениям о том,

что магнитные силовые линии непрерывны и не имеют ни начала, ни конца; магнитных зарядов не существует; электрическое поле создается переменным магнитным полем; магнитное поле может создаваться как электрическим током, так и переменным электрическим полем.

Уравнения Максвелла записываются в терминах теории поля, что позволяет единообразно описать стационарные и нестационарные электромагнитные явления, связать пространственные и временные изменения электрического и магнитного полей. Эти уравнения имеют решения, которые описывают электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью света. Из них можно получить решения для совокупности всех волн, которые могут распространяться в любом направлении в пространстве.

Таким образом, были выдвинуты новые физические и философские взгляды на материю, пространство, время и силы, во многом изменявшие прежнюю механическую картину мира. Разумеется, нельзя сказать, что эти изменения были кардинальными, так как они осуществились в рамках классической науки. Поэтому новую электромагнитную картину мира можно считать промежуточной, соединяющей в себе как новые идеи, так и старые механистические представления о мире.

Кардинально изменились лишь представления о материи: корпускулярные идеи уступили место континуальным (полевым). Отныне совокупность неделимых атомов переставала быть конечным

пределом делимости материи. В качестве такового принималось единое абсолютно непрерывное бесконечное поле с силовыми точечными центрами — электрическими зарядами и волновыми движениями в нем. Согласно электромагнитной картине мира, материя существует в двух видах — вещество и поле. Они строго разделены, и их превращение друг в друга невозможно. Главным из них является поле, а значит, основным свойством материи является непрерывность в противовес дискретности. Электромагнитное поле распространяется в виде поперечных электромагнитных волн со скоростью света, захватывая постоянно новые области пространства. Заполнение пространства электромагнитным полем нельзя описать на основе законов Ньютона, так как механика не понимает этого механизма. В электромагнетизме изменение одной сущности (магнитного поля) приводит к появлению другой сущности (электрического поля). Обе эти сущности образуют в совокупности электромагнитное поле. В механике же одно материальное явление не зависит от изменения другого, и вместе они не создают единой сущности.

Расширилось также и понятие движения. Оно стало пониматься не только как простое механическое перемещение, но и как распространение колебаний в поле. Соответственно законы механики Ньютона уступили свое господствующее место законам электродинамики Максвелла.

Новая картина мира требовала нового решения проблемы физического взаимодействия. Ньютоновский принцип дальнодействия заменялся фарадеевским принципом близкодействия, который утверждал, что любые взаимодействия передаются полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью.

Концепция абсолютного пространства и абсолютного времени Ньютона не подходила к новым полевым представлениям о материи, так как поля не имеют четко очерченных границ и перекрывают друг друга. Кроме того, поля — это абсолютно непрерывная материя, поэтому пустого пространства просто нет. Так же и время должно быть неразрывно связано с процессами, происходящими в поле. Было ясно, что пространство и время нельзя рассматривать как самостоятельные, независимые от материи сущности. Но инерция мышления и сила привычки были столь велики, что еще долго ученые предпочитали верить в существование абсолютного пространства и абсолютного времени.

Первоначально в понимании пространства и времени электромагнитная картина мира исходила из убеждения, что абсолютное пустое пространство заполнено мировым эфиром. С неподвижным эфиром ученые пытались связать абсолютную систему отсчета. При этом для объяснения многих материальных явлений эфиру приходилось приписывать необычные свойства, зачастую противоречащие друг другу. Однако создание специальной теории относитель-

ности вынудило ученых отказаться от идеи эфира, поскольку данная теория исходила из относительности длины, времени и массы, т.е. из их зависимости от системы отсчета. Поэтому лишь к началу XX в. абсолютная концепция пространства и времени уступила место реляционной (относительной) концепции пространства и времени, в соответствии с которой пространство, время и материя существуют только вместе, полностью зависят друг от друга. При этом пространство и время являются свойствами материальных тел.

Электромагнитная картина мира произвела настоящий переворот в физике. Она базировалась на идеях непрерывности материи, материального электрического поля, неразрывности материи и движения, связи пространства и времени как между собой, так и с движущейся материей. Новое понимание сущности материи поставило ученых перед необходимостью пересмотра и переоценки этих основополагающих качеств материи.

Законы электродинамики, как и законы классической механики, все еще однозначно предопределяли события, которые они описывали, поэтому случайность пытались исключить из физической картины мира. Однако в середине XIX в. впервые появилась фундаментальная физическая теория нового типа, которая основывалась на теории вероятности. Это была кинетическая теория газов, или статистическая механика. Случайность, вероятность наконец-то нашли свое место в физике и были отражены в форме так называемых статистических законов. Правда, пока физики не оставляли надежды найти за вероятностными характеристиками четкие однозначные законы, подобные законам Ньютона, и считали вновь созданную теорию промежуточным вариантом, временной мерой. Тем не менее, прогресс был налицо: в электромагнитную картину мира вошло понятие вероятности.

Не менялось в электромагнитной картине мира и представление о месте и роли человека во Вселенной. Его появление считалось лишь капризом природы. Эти взгляды еще более упрочились после появления дарвиновской теории эволюции. Идеи о качественной специфике жизни и разума с большим трудом прокладывали себе путь в научном мировоззрении.

Электромагнитная картина мира объяснила большой круг физических явлений, непонятных с точки зрения прежней механической картины мира. Однако дальнейшее ее развитие показало, что она имеет ограниченный характер. Главная проблема состояла в том, что континуальное понимание материи не согласовывалось с опытными фактами, подтверждающими дискретность ее многих свойств — заряда, излучения, действия. Оставалась также нерешенной проблема соотношения между полем и зарядом, не удавалось объяснить устойчивость атомов и их спектры, излучение абсолютно черного тела. Все

это свидетельствовало об относительном характере электромагнитной картины мира и необходимости ее замены новой физической картиной мира. Поэтому на смену ей пришла новая — квантово-полевая — картина мира, объединившая в себе дискретность механической картины мира и непрерывность электромагнитной картины мира.

www.ronl.ru

Реферат - Электромагнитная физическая картина мира

ВВЕДЕНИЕ.

Разделение наук на естественные, технические и гуманитарные вызвано, конечно, не какими-то принципиальными различиями, а скорее, сложившимися исторически процессами их специализации и профессионализации. Основная суть всех этих научных направлений — это описание единого мира природы, лишь частями которого являются неорганический и органический миры и человеческое общество. Это единство мира приводит в настоящее время к необходимости объединения всех направлений в знании человека, хотя казалось бы, что специализация наук поставила между ними непроницаемые барьеры или вырыла какие-то глубокие пропасти.

Актуальной задачей современного этапа развития человеческой культуры, является разрушение таких барьеров или наведение мостов через эти мифические пропасти. В области естественных наук, где между различными дисциплинами было тоже кажущееся, якобы принципиальное различие, устанавливается некое своеобразное единство, например, путем возникновения промежуточных дисциплин, таких как химическая физика, биофизика, геофизика и т. п., что приводит к резкому переходу во всем естествознании от описательного, качественного этапа к строго количественному с использованием всей мощи современного математического аппарата. Такая же тенденция наблюдается и в социальных и гуманитарных науках: уже создан целый комплекс наук по экономической кибернетике, где применяется сложнейший математический аппарат. И даже в таких далеких, казалось бы, от математики науках, как филология и история, имеется совершенно явное стремление к разработке специального математического подхода, что заставляет нас всячески способствовать указанному прогрессивному процессу объединения наук. Именно поэтому изучение естествознания является чрезвычайно актуальным и своевременным.

Изучение этой дисциплины ставит перед собой две основные цели:

1. Использовать некоторые результаты и методы естествознания (в основном, физики) в своей будущей профессиональной деятельности.

2. Сформулировать правильное и достаточно полное представление о естественнонаучной картине мира.

Целесообразность этих целей заключается в том, что успехи естествознания, особенно в последнее время, представляют собой достижения общечеловеческой культуры, которые надо знать любому образованному человеку.

1. РАЗВИТИЕ КОНЦЕПЦИИ ПОЛЯ.

В классическом представлении различают два вида материи: вещество и физическое поле. К первому из них относятся атомы, молекулы и все построенные из них тела, структура и форма которых разнообразны. Физическое поле — особая форма материи. К настоящему времени известно несколько видов физического поля: электромагнитное, гравитационное, поле ядерных сил и волновые (квантовые) поля, соответствующие различным элементарным частицам. Именно для описания электромагнитных явлений выдающийся английский физик-самоучка М. Фарадей (1791-1897) в 30-е годы XIXв. впервые ввел понятие поля. Наука о свойствах и закономерностях проявления в различных средах и в вакууме электромагнитного поля, посредством которого осуществляется взаимодействие между электрически заряженными телами, называют электродинамикой .

Среди четырех видов фундаментальных взаимодействий — гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого — электромагнитное взаимодействие занимает первое место по широте и разнообразию проявлений. В повседневной жизни и в технике чаще всего встречаются различные виды электромагнитных взаимодействий: силы упругости, трения, силы наших мышц и мышц различных животных и т. д. Электромагнитное взаимодействие позволяет видеть окружающие нас предметы и тела, т. к свет — одна из форм электромагнитного поля. Сама жизнь немыслима без силы электромагнитной природы. Живые существа и в том числе человек, как показывают полеты космонавтов, способны длительное время находится в состоянии невесомости, когда силы всемирного тяготения заметно не проявляются. Но если бы на мгновение прекратилось действие электромагнитных сил, то сразу бы исчезла жизнь. Строение атомных оболочек, объединение атомов в молекулы (химическая связь) и образование из вещества тел различной формы определяются исключительно электромагнитным взаимодействием.

К созданию электромагнитной теории поля привела длинная цепь случайных открытий и планомерных кропотливых исследований, начиная с обнаружения способности янтаря, потертого о шелк, притягивать легкие предметы и кончая предложенной Дж. Максвеллом идеей о порождении магнитного поля переменным электрическим полем. Лишь после создания Максвеллом электромагнитной теории поля во второй половине XIX в началось систематическое исследование электромагнитных явлений, важнейшим этапом в котором было изобретение радио, выдающимся русским физиком и электротехником А. С. Поповым (1859-1906). При развитии электромагнитной теории поля впервые научные исследования предшествовали техническим применениям. Если паровая машина была построена задолго до создания теории тепловых процессов, то сконструировать электродвигатель или радиоприемник оказалось возможным лишь после открытия и изучения законов электродинамики. Практическое применение многих электромагнитных устройств, несомненно, способствовало существенному преобразованию различных сфер деятельности человека и развитию цивилизации.

2. КОНЦЕПЦИИ ДАЛЬНОДЕЙСТВИЯ И БЛИЗКОДЕЙСТВИЯ.

Утверждению понятия поля в значительной мере способствовало стремление осознать дальнодействующий характер электрических сил и сил тяготения. Сразу после открытия И. Ньютоном закона всемирного тяготения, а затем, примерно через сто лет, и закона Кулона, описывающего взаимодействие заряженных тел, возникли вопросы в большей степени философского содержания: почему физические тела, обладающие массой, действуют друг на друга на расстояниях, даже на огромных, через пустое пространство, и почему заряженные тела взаимодействуют даже через электрически нейтральную среду? До введения понятия поля не было удовлетворительных ответов на данные вопросы.

Долгое время считалось, что взаимодействие между телами может осуществляться непосредственно через пустое пространство, которое не принимает участия в данном процессе, и передача взаимодействия происходит мгновенно. Такое предложение составляет сущность концепции дальнодействия, впервые предложенной французским математиком, физиком и философом Рене Декартом. Многие ученые были ее сторонниками вплоть до конца XIX в., хотя, например, И. Ньютон считал невероятным и даже невозможным мгновенное взаимодействие тел.

Экспериментальные исследования электромагнитных явлений показали несоответствие концепции дальнодействия физическому опыту. Кроме того, эта концепция находится в противоречии с постулатом специальной теории относительности: скорость передачи взаимодействия тел ограничена и не должна превышать скорости света в вакууме. Опыты показали, что что взаимодействие электрически заряженных тел происходит не мгновенно, а в течение вполне определенного времени. Каждая электрически заряженная частица создает электромагнитное поле, действующее на другие заряженные частицы, т. е. взаимодействие передается через «посредника» — электромагнитное поле. Скорость распространения электромагнитного поля не превышает скорости света в вакууме. В этом заключается концепция близкодействия, которая распространяется не только на электромагнитное, но и на другие виды взаимодействий. Согласно этой концепции взаимодействие между телами осуществляется посредством тел или иных полей (например, тяготение — посредством гравитационного поля), непрерывно распределенных в пространстве.

В рамках классический физики дискретные и непрерывные свойства материи взаимопротивоположны и независимы друг от друга. И только развитие электромагнитной концепции поля позволило понять их диалектическое единство. В современной квантовой теории такое единство противоположностей дискретного и непрерывного нашло обоснование в концепции корпускулярно-волнового дуализма.

С развитием квантовой теории поля представление о взаимодействии принципиально изменилось: любое поле является не прерывным, а дискретным. Например, электромагнитное взаимодействие в квантовой теории поля является результатом обмена частиц фотонами — квантами электромагнитного поля. Аналогично другие виды взаимодействия обусловливаются обменом квантами соответствующих полей. Так, в гравитационном взаимодействии, как предполагается, принимают участие гравитоны.

Согласно полевой концепции участвующие во взаимодействии частицы создают в каждой точке окружающего их пространства особое состояние — поле сил, проявляющееся в силовом воздействии на другие частицы, помещенные в какую-либо точку данного пространства. Первоначально выдвигалась механическая интерпретация поля как упругих напряжений гипотетической среды — «эфира». Теория относительности, отвергнув «эфир» как особую упругую среду, вместе с тем придала фундаментальный смысл понятию поля как первичной физической реальности.

В современной квантовой физике на роль «эфира» претендует новый вид материи — физический вакуум, — впервые введенный одним из создателей квантовой теории поля английским физиком П. Дираком. Хотя физический вакуум непосредственно не наблюдается (он прозрачен для электромагнитных излучений и не оказывает никакого сопротивления движению материальных частиц и тел), но все же он может проявляться при взаимодействии с ним тех же частиц или электромагнитных волн (гамма-квантов), обладающих достаточно большой энергией. В истории физики за последние 300 лет предложены по крайней мере четыре разные концепции «эфира»: абсолютное пространство Ньютона, светоносный эфир Гюйгенса, гравитационный эфир Эйнштейна и физический вакуум Дирака. Насколько оправдывается предположение физиков о существовании в природе особой среды — физического вакуума, покажет будущее.

3. СУЩНОСТЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ТЕОРИИ МАКСВЕЛЛА.

В 60-х годах XIX в. английский физик Дж. Максвелл развил представления Фарадея об электромагнитном поле и создал теорию электромагнитного поля — первую завершенную теорию поля. Она описывает только электрическое и магнитные поля и весьма успешно объясняет многие электромагнитные явления. Полезно напомнить некоторые основные идеи, лежащие в основе этой теории, и вытекающие из нее выводы.

Согласно закону Фарадея, любое изменение магнитного потока приводит к возникновению электромагнитной индукции, характеризующейся электродвижущей силой (ЭДС). Электромагнитная индукция возникает только тогда, когда на носителей электрического поля действуют сторонние силы, т. е. силы не электростатического происхождения. Какова же природа сторонних сил? Опыт показывает, что сторонние силы не связаны ни с тепловыми, ни с химическими процессами; их возникновение нельзя объяснить наличием сил Лоренца. В этой связи Дж. Максвелл предположил: всякие переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле, которое и является причиной возникновения индукционного тока в контуре. Оказывается, контур, в котором возникает ЭДС, играет второстепенную роль, выполняя функцию своеобразного «прибора», обнаруживающего это поле. Электрическое поле, возбуждаемое магнитным полем, как и само магнитное поле, является вихревым.

Согласно Максвеллу, есть переменное магнитное поле возбуждает в пространстве вихревое магнитное поле, то должно существовать обратное: изменение электрического поля должно вызывать появление в окружающем пространстве вихревого магнитного поля. Для установления количественных соотношений между изменяющимся электрическим полем и вызываемым им магнитным полем Максвелл ввел в рассмотрение так называемый ток смешения, обладающий способностью создавать в окружающем пространстве магнитное поле. Ток смешения в вакууме не связан с движением зарядов, а обуславливается только изменением электрического поля во времени и вместе с тем возбуждает магнитное поле — в этом заключается принципиально новое утверждение Максвелла.

Из уравнений Максвелла следует, что источником электрического поля могут быть электрические заряды и изменяющиеся во времени магнитные поля, а магнитные поля могут возбуждаться движущимися электрическими зарядами (электрическими токами) и переменными электрическими полями. Уравнение Максвелла не симметричны относительно электрического и магнитного полей. Это связано с тем, что в природе существуют электрические заряды, но нет зарядов магнитных.

В стационарном случае, когда электрические и магнитные поля не изменяются во времени, источниками электрического поля являются только электрические заряды, а источниками магнитного — только токи проводимости. В этом случае электрическое и магнитные поля не зависимы друг от друга, что и позволяет изучать отдельно постоянные электрические и магнитные поля.

Уравнения Максвелла — это общие уравнения для электрических и магнитных полей. В учении об электромагнетизме они играют такую же роль, как законы Ньютона в механике. Из уравнений Максвелла следует, что переменное магнитное поле всегда связано с порождаемым им электрическим полем, а переменное электрическое поле — с порождаемым им магнитным, т. е. электрическое и магнитные поля неразрывно взаимосвязаны и образуют единое электромагнитное поле.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По величине электрические силы намного превосходят гравитационные, поэтому в отличие от слабого гравитационного взаимодействия электрические силы, действующие между телами обычных размеров, можно легко наблюдать. Электромагнетизм известен людям с незапамятных времен (полярные сияния, вспышки молнии и др.).

В течение долгого времени электрические и магнитные процессы изучались независимо друг от друга. Как мы уже знаем, решающий шаг в познании электромагнетизма сделал в середине XIX в. Дж. К. Максвелл, объединивший электричество и магнетизм в единой теории электромагнетизма — первой единой теории поля.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................3

1. РАЗВИТИЕ КОНЦЕПЦИИ ПОЛЯ....................................................................5

2. КОНЦЕПЦИИ ДАЛЬНОДЕЙСТВИЯ И БЛИЗКОДЕЙСТВИЯ.....................7

3. СУЩНОСТЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ТЕОРИИ МАКСВЕЛЛА...............10

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................................................................................12

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.........................

www.ronl.ru

Реферат - Механическая,электромагнитная и квантово-релятивистская научная картина мира

Содержание.

Стр

Раздел 1. Механическая научная картина мира……………………..3-5

Раздел 2. Электромагнитная научная картина мира..……………….6-8

Раздел 3 Квантво-релятивистская научная картина мира…………..9-10

Выводы…………………………………………………………………11-13

Лтература……………………………………………………………....14

Раздел 1. Механическая научная картина мира.

В истории науки научные картины мира не оставались неизменными, а сменяли друг друга, таким образом, можно говорить об эволюции научных картин мира. Наиболее наглядной представляется эволюция физических картин мира: натурфилософской – до 16-17вв, механистической – до второй половины 19 в., термодинамической (в рамках механистической теории) в 19 в, релятивистской и квантово-механической в 20-м веке.

Механическая картина мира складывалась под влиянием материалистических представлений о материи и формах ее существования. Основополагающими идеями этой картины Мира являются классических атомизм, восходящий к Демокриту и так называемый механицизм. Само становление механической картины справедливо связывают с именем Галилео Галилея, впервые применившего для исследования природы экспериментальный метод вместе с измерениями исследуемых величин и последующей математической обработкой результатов. Этот метод принципиально отличался от ранее существовавшего натурфилософского способа, при котором для объяснения явлений природы придумывались априорные (<лат. a priori – букв. до опыта), т.е не связанные с опытом и наблюдением, умозрительные схемы, для объяснения непонятных явлений вводились дополнительные сущности, например мифическая “жидкость” теплород, определявшая нагретость тела или флогистон – субстанция, обеспечивающая горючесть вещества (чем больше флогистона в веществе, том лучше оно горит).

Законы движения планет, открытые Иоганном Кеплером, в свою очередь, свидетельствовали о том, что между движениями земных и небесных тел не существует принципиальной разницы (как полагал Аристотель), поскольку все они подчиняются определенным естественным законам.

Ядром механической картины мира является механика Ньютона (классическая механика).Формирование классической механики и основанной на ней механической картины мира происходило по 2-м направлениям:

1) обощения полученных ранее результатов и, прежде всего, законов свободного падения тел, открытых Галилеем, а также законов движения планет, сформулированных Кеплером;

2) создания методов для количественного анализа механического движения в целом.

В первой половине 19 в. наряду с теоретической механикой выделяется и прикладная (техническая) механика, добившаяся больших успехов в решении прикладных задач. Все это приводило к мысли о всесилии механики и к стремлению создать теорию теплоты и электричества так же на основе механических представлений. Наиболее четко эта мысль была выражена в 1847 г. физиком Германом Гельмгольцем в его докладе “О сохранении силы”: “Окончательная задача физических наук заключается в том, чтобы

явления природы свести к неизменным притягательным и отталкивающим силам, величина которых зависит от расстояния”

В любой физической теории присутствует довольно много понятий, но среди них есть основные, в которых проявляется специфика этой теории, ее базис, мировоззренческая сущность. К таким понятиям относят так называемые фундаментальные понятия, а именно:

-материя,

-движение,

-пространство,

-время,

-взаимодействие.

Каждое из этих понятий не может существовать без четырех остальных.

Важнейшими принципами механической картины мира являются:

-принцип относительности,

-принцип дальнодействия,

-принцип причинности.

Принцип относительности Галилея. Принцип относительности Галилея утверждает, что все инерциальные системы отсчета (ИСО) с точки зрения механики совершенно равноправны (эквивалентны). Переход от одной ИСО к другой осуществляется на основе преобразований Галилея

Принцип дальнодействия. В механичечкой картине мира было принято, что взаимодействие передается мгновенно, и промежуточная среда в передаче взаимодействия участия не принимает. Это положение и было названо принципом дальнодействия.

Принцип причинности. Как уже было сказано, в механической картине мира все многообразие явлений природы к механической форме движения материи (механистический материализм, механицизм). С другой стороны известно, что беспричинных явлений нет, что всегда можно (принципиально) выделить причину и следствие. Причина и следствие взаимосвязаны, влияют друг на друга. Следствие одной причины может стать причиной другого следствия. Эту мысль развивал математик Лаплас, утверждая следующее: “Всякое имеющее место явление связано с предшествующим на основании того очевидного принципа, что оно не может возникнуть без производящей причины. Противоположное мнение есть иллюзия ума.” т.е. Лаплас полагал, что все связи между явлениями осуществляется на основе однозначных законов. Это учение обусловленности одного явления другим, об их однозначной закономерной связи вошло в физику как так называемый лапласовский детерминизм (детерминизм – предопределенность).

Раздел 2. Электромагнитная картина мира.

Наибольший вклад в формирование данного представления о мире внесли работы М. Фарадея и Д. Максвелла. После создания последним на основе открытого Фарадеем явления электромагнитной индукции теории электромагнитного поля стало возможным говорить о появлении электромагнитной картины мира.

Теория электромагнитного поля Максвелла ознаменовала собой начало нового этапа в физике. В соответствии с ней мир стал представляться единой электродинамической системой, построенной из электрически заряженных частиц, взаимодействующих посредством электромагнитного поля.

Важнейшими понятиями новой теории являются: заряд, который может быть какположительным, так и отрицательным; напряженность поля — сила, которая действовала бы на тело, несущее единичный заряд, если бы оно находилось в рассматриваемой точке.

Когда электрические заряды движутся друг относительно друга, появляется дополнительная магнитная сила. Поэтому общая сила, объединяющая электрическую (покоящиеся заряды) и магнитную (движущиеся заряды) силы, называется электромагнитной. Все многообразие этих сил и зарядов описывается системой уравнений классической электродинамики. Они известны как уравнения Максвелла. Это — закон Ш. Кулона, который полностью эквивалентен закону всемирного тяготения Ньютона; магнитные силовые линии непрерывны и не имеют ни начала, ни конца, магнитных зарядов не существует; электрическое поле создается переменным магнитным полем; магнитное поле может создаваться как электрическим током, так и переменным электрическим полем.

Таким образом, были выдвинуты новые физические и философские взгляды на материю, пространство, время и силы, во многом изменявшие прежнюю механическую картину мира. Но нельзя сказать, что эти изменения были кардинальны, так как они осуществились в рамках классической науки. Поэтому новую электромагнитную картину мира можно считать промежуточной, соединяющей в себе как новые идеи, так и старые механистические представления о мире.

Расширилось также и понятие движения. Оно стало пониматься не только как простое механическое перемещение, но и как распространение колебаний в поле. Соответственно, законы механики Ньютона уступили свое господствующее место законам электродинамики Максвелла.

Электромагнитная картина мира требовала нового решения проблемы физического взаимодействия. Ньютоновский принцип дальнодействия заменялся фарадеевским принципом близкодействия, который утверждал, что любые взаимодействия передаются полем от точки к точке, непрерывно и с конечной скоростью.

Электромагнитная картина мира произвела настоящий переворот в физике. Она базировалась на идеях непрерывности материи, материального электрического поля, неразрывности материи и движения, связи пространства и времени как между собой, так и с движущейся материей. Новое понимание сущности материи поставило ученых перед необходимостью пересмотра и переоценки этих основополагающих качеств материи.

Случайность все еще пытались исключить из физической картины мира. Но в середине XIX в. впервые появилась фундаментальная физическая теория нового типа, которая основывалась на теории вероятности. Это была кинетическая теория газов, или статистическая механика. Случайность, вероятность наконец-то нашли свое место в физике и были отражены в форме так называемых статистических законов. Правда, пока физики не оставляли надежды найти за вероятностными характеристиками четкие однозначные законы, подобные законам Ньютона, и считали вновь созданную теорию промежуточным вариантом, временной мерой. Тем не менее, прогресс был налицо: в электромагнитную картину мира вошло понятие вероятности.

Не менялось в электромагнитной картине мира представление о месте и роли человека во Вселенной. Его появление считалось лишь капризом природы.

Электромагнитная картина мира объяснила большой круг физических явлений, непонятных с точки зрения прежнего механического представления о мире. Однако дальнейшее ее развитие показало, что она имеет относительный характер. Поэтому на смену ей пришла новая — квантово-полевая — картина мира, объединившая в себе дискретность механической картины мира и непрерывность электромагнитной картины мира.нные однозначные связи между явлениями

Раздел 3. Квантово-полевая картина мира. В основе современной квантово-полевой картины мира лежит новая физическая теория — квантовая механика, описывающая состояние и движение микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем, а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми на опыте. Законы квантовой механики составляют фундамент изучения строения вещества. Они позволяют выяснить строение атомов, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов, изучить свойства элементарных частиц.

В соответствии с квантово-полевой картиной мира любой микрообъект, обладая волновыми и корпускулярными свойствами, не имеет определенной траектории движения и не может иметь определенных координат и скорости (импульса). В квантовой механике, в отличие от классической физики, поведение каждой микрочастицы подчиняется нединамическим, а статистическим законам.

Общая картина реальности в квантово-полевой картине мира как бы двупланова: с одной стороны, в нее входят характеристики исследуемого объекта, а с другой — условия наблюдения, от которых зависит определенность этих характеристик. Это означает, что картина реальности в современной физике является не только картиной объекта, но и картиной процесса его познания.

Ушли в прошлое представления о неизменности материи, о возможности достичь конечного предела ее делимости.

Кардинально меняется представление о движении, которое становится лишь частным случаем фундаментальных физических взаимодействий, которых известно четыре вида: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое.

Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они всегда выступают в вероятностной форме, в виде так называемых статистических законов, которые способствуют более глубокому уровню познания природных закономерностей. Таким образом, оказалось, что в основе мира лежат случайность, вероятность.

Также новая картина мира впервые включила в себя наблюдателя, от присутствия которого зависели получаемые результаты исследований. Более того, был сформулирован так называемый антропный принцип, который утверждает, что наш мир таков, каков он есть, только благодаря существованию человека. Отныне появление человека считается закономерным результатом эволюции Вселенной.

Выводы.

Каждая из рассматриваемых картин мира интерпритирует понятия; материя пространство и время по разному.

Согласно механической картине мира – это вещество, состоящее из мельчайших, далее неделимых, абсолютно твердых движущихся частиц – атомов, т.е. в МКМ были приняты дискретные (дискретный – “прерывный”), или, другими словами, корпускулярные представления о материи. Вот почему важнейшими понятиями в механике были понятия материальной точки и абсолютно твердого тела (Материальная точка – тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь, абсолютно твердое тело – система материальных точек, расстояние между которыми всегда остается неизменным).

Пространство. Вспомним, что Аристотель отрицал существование пустого пространства, связывая пространство, время и движение. Атомисты 18-19 вв. наоборот, признавали атомы и пустое пространство, в котором атомы движутся. Ньютон, впрочем, рассматривал два вида пространства:

· относительное, с которым люди знакомятся путем измерения пространственных отношения между телами;

· абсолютное, которое по самой своей сущности безотносительно к чему бы то ни было и внешнему и остается всегда одинаковым и неподвижным; т.е. абсолютное пространство – это пустое вместилище тел, оно не связано со временем, и его свойства не зависят от наличия или отсутствия в нем материальных объектов. Пространство в Ньютоновской механике является

Впоследствии А. Эйнштейн, анализируя понятия абсолютного пространства и абсолютного времени, писал: “Если бы материя исчезла, то осталось бы только пространство и время (своего рода сцена, на которой разыгрываются физические явления)”. В этом случае пространство и время не содержат никаких особых “меток”, от которых можно было бы вести отсчет и ответить на вопросы “Где?” и “Когда?” Поэтому для изучения в них материальных объектов необходимо вводить систему отсчета (систему координат и часы). Система отсчета, жестко связанная с абсолютным пространством, называется инерциальной. Пространство в Ньютоновской механике является:

-трехмерным (положение любой точки можно описать тремя координатами),

-непрерывным,

-бесконечным,

-изотропным (свойства пространства не зависят от направления).

Пространственные отношения в МКМ описываются геометрией Евклида.

Время.Ньютон рассматривал два вида времени, аналогично пространству: относительное и абсолютное. Относительное время люди познают в процессе измерений, а абсолютное (истинное, математическое время) само по себе и по своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью. Таким образом, и время у Ньютона, аналогично пространству – пустое вместилище событий, не зависящее ни от чего. Время течет в одном направлении – от прошлого к будущему.

В свою очередь, в квантово-полевой картине мира окончательно утверждаются представления об относительности пространства и времени, их зависимости от материи. Они перестают быть независимыми друг от друга и согласно теории относительности сливаются в едином четырехмерном пространстве-времени, которое не существует вне материальных тел.

В электромагнитной картине мира кардинально изменились представления о материи..

Они строго разделены, и их превращение друг в друга невозможно. Главным из них является поле, а значит, основным свойством материи является непрерывность в противовес дискретности.

Электромагнитная картина мира произвела настоящий переворот в физике. Она базировалась на идеях непрерывности материи, материального электрического поля, неразрывности материи и движения, связи пространства и времени как между собой, так и с движущейся материей. Новое понимание сущности материи поставило ученых перед необходимостью пересмотра и переоценки этих основополагающих качеств материи.

Литература.

1)Садохин А.П. Концепции современного естествознания: учебное пособие. М.: Омега –Л, 2008. -239 с.

2)Липовко П.О. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов. Ростов н/Д: Феникс, 2004. — 512 с.

3)Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: учеб. пособие для студ. вузов. М.: Академия, 2006. – 608 с.

www.ronl.ru

Реферат: Электромагнитная физическая картина мира

ВВЕДЕНИЕ.

Разделение наук на естественные, технические и гуманитарные вызвано, конечно, не какими-то принципиальными различиями, а скорее, сложившимися исторически процессами их специализации и профессионализации. Основная суть всех этих научных направлений - это описание единого мира природы, лишь частями которого являются неорганический и органический миры и человеческое общество. Это единство мира приводит в настоящее время к необходимости объединения всех направлений в знании человека, хотя казалось бы, что специализация наук поставила между ними непроницаемые барьеры или вырыла какие-то глубокие пропасти.

Актуальной задачей современного этапа развития человеческой культуры, является разрушение таких барьеров или наведение мостов через эти мифические пропасти. В области естественных наук, где между различными дисциплинами было тоже кажущееся, якобы принципиальное различие, устанавливается некое своеобразное единство, например, путем возникновения промежуточных дисциплин, таких как химическая физика, биофизика, геофизика и т. п., что приводит к резкому переходу во всем естествознании от описательного, качественного этапа к строго количественному с использованием всей мощи современного математического аппарата. Такая же тенденция наблюдается и в социальных и гуманитарных науках: уже создан целый комплекс наук по экономической кибернетике, где применяется сложнейший математический аппарат. И даже в таких далеких, казалось бы, от математики науках, как филология и история, имеется совершенно явное стремление к разработке специального математического подхода, что заставляет нас всячески способствовать указанному прогрессивному процессу объединения наук. Именно поэтому изучение естествознания является чрезвычайно актуальным и своевременным.

Изучение этой дисциплины ставит перед собой две основные цели:

1. Использовать некоторые результаты и методы естествознания (в основном, физики) в своей будущей профессиональной деятельности.

2. Сформулировать правильное и достаточно полное представление о естественнонаучной картине мира.

Целесообразность этих целей заключается в том, что успехи естествознания, особенно в последнее время, представляют собой достижения общечеловеческой культуры, которые надо знать любому образованному человеку.

1. РАЗВИТИЕ КОНЦЕПЦИИ ПОЛЯ.

В классическом представлении различают два вида материи: вещество и физическое поле. К первому из них относятся атомы, молекулы и все построенные из них тела, структура и форма которых разнообразны.Физическое поле— особая форма материи. К настоящему времени известно несколько видов физического поля: электромагнитное, гравитационное, поле ядерных сил и волновые (квантовые) поля, соответствующие различным элементарным частицам. Именно для описания электромагнитных явлений выдающийся английский физик-самоучка М. Фарадей (1791-1897) в 30-е годы XIXв. впервые ввел понятие поля. Наука о свойствах и закономерностях проявления в различных средах и в вакууме электромагнитного поля, посредством которого осуществляется взаимодействие между электрически заряженными телами, называютэлектродинамикой.

Среди четырех видов фундаментальных взаимодействий — гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого — электромагнитное взаимодействие занимает первое место по широте и разнообразию проявлений. В повседневной жизни и в технике чаще всего встречаются различные виды электромагнитных взаимодействий: силы упругости, трения, силы наших мышц и мышц различных животных и т. д. Электромагнитное взаимодействие позволяет видеть окружающие нас предметы и тела, т. к свет — одна из форм электромагнитного поля. Сама жизнь немыслима без силы электромагнитной природы. Живые существа и в том числе человек, как показывают полеты космонавтов, способны длительное время находится в состоянии невесомости, когда силы всемирного тяготения заметно не проявляются. Но если бы на мгновение прекратилось действие электромагнитных сил, то сразу бы исчезла жизнь. Строение атомных оболочек, объединение атомов в молекулы (химическая связь) и образование из вещества тел различной формы определяются исключительно электромагнитным взаимодействием.

К созданию электромагнитной теории поля привела длинная цепь случайных открытий и планомерных кропотливых исследований, начиная с обнаружения способности янтаря, потертого о шелк, притягивать легкие предметы и кончая предложенной Дж. Максвеллом идеей о порождении магнитного поля переменным электрическим полем. Лишь после создания Максвеллом электромагнитной теории поля во второй половине XIX в началось систематическое исследование электромагнитных явлений, важнейшим этапом в котором было изобретение радио, выдающимся русским физиком и электротехником А. С. Поповым (1859-1906). При развитии электромагнитной теории поля впервые научные исследования предшествовали техническим применениям. Если паровая машина была построена задолго до создания теории тепловых процессов, то сконструировать электродвигатель или радиоприемник оказалось возможным лишь после открытия и изучения законов электродинамики. Практическое применение многих электромагнитных устройств, несомненно, способствовало существенному преобразованию различных сфер деятельности человека и развитию цивилизации.

2. КОНЦЕПЦИИ ДАЛЬНОДЕЙСТВИЯ И БЛИЗКОДЕЙСТВИЯ.

Утверждению понятия поля в значительной мере способствовало стремление осознать дальнодействующий характер электрических сил и сил тяготения. Сразу после открытия И. Ньютоном закона всемирного тяготения, а затем, примерно через сто лет, и закона Кулона, описывающего взаимодействие заряженных тел, возникли вопросы в большей степени философского содержания: почему физические тела, обладающие массой, действуют друг на друга на расстояниях, даже на огромных, через пустое пространство, и почему заряженные тела взаимодействуют даже через электрически нейтральную среду? До введения понятия поля не было удовлетворительных ответов на данные вопросы.

Долгое время считалось, что взаимодействие между телами может осуществляться непосредственно через пустое пространство, которое не принимает участия в данном процессе, и передача взаимодействия происходит мгновенно. Такое предложение составляет сущность концепции дальнодействия, впервые предложенной французским математиком, физиком и философом Рене Декартом. Многие ученые были ее сторонниками вплоть до конца XIX в., хотя, например, И. Ньютон считал невероятным и даже невозможным мгновенное взаимодействие тел.

Экспериментальные исследования электромагнитных явлений показали несоответствие концепции дальнодействия физическому опыту. Кроме того, эта концепция находится в противоречии с постулатом специальной теории относительности: скорость передачи взаимодействия тел ограничена и не должна превышать скорости света в вакууме. Опыты показали, что что взаимодействие электрически заряженных тел происходит не мгновенно, а в течение вполне определенного времени. Каждая электрически заряженная частица создает электромагнитное поле, действующее на другие заряженные частицы, т. е. взаимодействие передается через «посредника» - электромагнитное поле. Скорость распространения электромагнитного поля не превышает скорости света в вакууме. В этом заключается концепция близкодействия, которая распространяется не только на электромагнитное, но и на другие виды взаимодействий. Согласно этой концепции взаимодействие между телами осуществляется посредством тел или иных полей (например, тяготение — посредством гравитационного поля), непрерывно распределенных в пространстве.

В рамках классический физики дискретные и непрерывные свойства материи взаимопротивоположны и независимы друг от друга. И только развитие электромагнитной концепции поля позволило понять их диалектическое единство. В современной квантовой теории такое единство противоположностей дискретного и непрерывного нашло обоснование в концепции корпускулярно-волнового дуализма.

С развитием квантовой теории поля представление о взаимодействии принципиально изменилось: любое поле является не прерывным, а дискретным. Например, электромагнитное взаимодействие в квантовой теории поля является результатом обмена частиц фотонами — квантами электромагнитного поля. Аналогично другие виды взаимодействия обусловливаются обменом квантами соответствующих полей. Так, в гравитационном взаимодействии, как предполагается, принимают участие гравитоны.

Согласно полевой концепции участвующие во взаимодействии частицы создают в каждой точке окружающего их пространства особое состояние — поле сил, проявляющееся в силовом воздействии на другие частицы, помещенные в какую-либо точку данного пространства. Первоначально выдвигалась механическая интерпретация поля как упругих напряжений гипотетической среды - «эфира». Теория относительности, отвергнув «эфир» как особую упругую среду, вместе с тем придала фундаментальный смысл понятию поля как первичной физической реальности.

В современной квантовой физике на роль «эфира» претендует новый вид материи — физический вакуум, - впервые введенный одним из создателей квантовой теории поля английским физиком П. Дираком. Хотя физический вакуум непосредственно не наблюдается (он прозрачен для электромагнитных излучений и не оказывает никакого сопротивления движению материальных частиц и тел), но все же он может проявляться при взаимодействии с ним тех же частиц или электромагнитных волн (гамма-квантов), обладающих достаточно большой энергией. В истории физики за последние 300 лет предложены по крайней мере четыре разные концепции «эфира»: абсолютное пространство Ньютона, светоносный эфир Гюйгенса, гравитационный эфир Эйнштейна и физический вакуум Дирака. Насколько оправдывается предположение физиков о существовании в природе особой среды — физического вакуума, покажет будущее.

3. СУЩНОСТЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ТЕОРИИ МАКСВЕЛЛА.

В 60-х годах XIX в. английский физик Дж. Максвелл развил представления Фарадея об электромагнитном поле и создал теорию электромагнитного поля — первую завершенную теорию поля. Она описывает только электрическое и магнитные поля и весьма успешно объясняет многие электромагнитные явления. Полезно напомнить некоторые основные идеи, лежащие в основе этой теории, и вытекающие из нее выводы.

Согласно закону Фарадея, любое изменение магнитного потока приводит к возникновению электромагнитной индукции, характеризующейся электродвижущей силой (ЭДС). Электромагнитная индукция возникает только тогда, когда на носителей электрического поля действуют сторонние силы, т. е. силы не электростатического происхождения. Какова же природа сторонних сил? Опыт показывает, что сторонние силы не связаны ни с тепловыми, ни с химическими процессами; их возникновение нельзя объяснить наличием сил Лоренца. В этой связи Дж. Максвелл предположил: всякие переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле, которое и является причиной возникновения индукционного тока в контуре. Оказывается, контур, в котором возникает ЭДС, играет второстепенную роль, выполняя функцию своеобразного «прибора», обнаруживающего это поле. Электрическое поле, возбуждаемое магнитным полем, как и само магнитное поле, является вихревым.

Согласно Максвеллу, есть переменное магнитное поле возбуждает в пространстве вихревое магнитное поле, то должно существовать обратное: изменение электрического поля должно вызывать появление в окружающем пространстве вихревого магнитного поля. Для установления количественных соотношений между изменяющимся электрическим полем и вызываемым им магнитным полем Максвелл ввел в рассмотрение так называемый ток смешения, обладающий способностью создавать в окружающем пространстве магнитное поле. Ток смешения в вакууме не связан с движением зарядов, а обуславливается только изменением электрического поля во времени и вместе с тем возбуждает магнитное поле — в этом заключается принципиально новое утверждение Максвелла.

Из уравнений Максвелла следует, что источником электрического поля могут быть электрические заряды и изменяющиеся во времени магнитные поля, а магнитные поля могут возбуждаться движущимися электрическими зарядами (электрическими токами) и переменными электрическими полями. Уравнение Максвелла не симметричны относительно электрического и магнитного полей. Это связано с тем, что в природе существуют электрические заряды, но нет зарядов магнитных.

В стационарном случае, когда электрические и магнитные поля не изменяются во времени, источниками электрического поля являются только электрические заряды, а источниками магнитного — только токи проводимости. В этом случае электрическое и магнитные поля не зависимы друг от друга, что и позволяет изучать отдельно постоянные электрические и магнитные поля.

Уравнения Максвелла — это общие уравнения для электрических и магнитных полей. В учении об электромагнетизме они играют такую же роль, как законы Ньютона в механике. Из уравнений Максвелла следует, что переменное магнитное поле всегда связано с порождаемым им электрическим полем, а переменное электрическое поле — с порождаемым им магнитным, т. е. электрическое и магнитные поля неразрывно взаимосвязаны и образуют единое электромагнитное поле.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По величине электрические силы намного превосходят гравитационные, поэтому в отличие от слабого гравитационного взаимодействия электрические силы, действующие между телами обычных размеров, можно легко наблюдать. Электромагнетизм известен людям с незапамятных времен (полярные сияния, вспышки молнии и др.).

В течение долгого времени электрические и магнитные процессы изучались независимо друг от друга. Как мы уже знаем, решающий шаг в познании электромагнетизма сделал в середине XIX в. Дж. К. Максвелл, объединивший электричество и магнетизм в единой теории электромагнетизма — первой единой теории поля.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................3

1. РАЗВИТИЕ КОНЦЕПЦИИ ПОЛЯ....................................................................5

2. КОНЦЕПЦИИ ДАЛЬНОДЕЙСТВИЯ И БЛИЗКОДЕЙСТВИЯ.....................7

3. СУЩНОСТЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ТЕОРИИ МАКСВЕЛЛА...............10

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................................................................................12

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.........................

Уравнение

Утверждение

div E ~ q

Электрическое поле, соответствующее какому-либо распределению заряда, определяется из закона Кулона

div H = 0

Магнитные заряды не существуют

Переменное магнитное поле возбуждает электрический ток

Магнитное поле возбуждается токами и переменными электрическими полями