mājas Interjera priekšmeti

Pasaules mehāniskā, elektromagnētiskā un kvantu relatīvā zinātniskā aina ir likums. Pasaules elektromagnētiskā attēla attīstība Ieguldījums pasaules attēla veidošanā elektromagnētiskā teorija

Ilgu pārdomu procesā par elektrisko un magnētisko parādību būtību M. Faradejs nonāca pie domas par nepieciešamību korpuskulārās idejas par matēriju aizstāt ar nepārtrauktām, nepārtrauktām. Viņš secināja, ka elektromagnētiskais lauks ir pilnīgi nepārtraukts, lādiņi tajā ir punktveida spēka centri. Tādējādi ir pazudis jautājums par ētera mehāniskā modeļa konstruēšanu, neatbilstība starp mehāniskiem priekšstatiem par ēteri un reāliem eksperimentāliem datiem par gaismas, elektrības un magnētisma īpašībām. Galvenās grūtības izskaidrot gaismu, izmantojot ētera jēdzienu, bija šādas: ja ēteris ir nepārtraukta vide, tad tas nedrīkst kavēt ķermeņu kustību tajā un tāpēc tam jābūt līdzīgam ļoti vieglai gāzei. Eksperimentos ar gaismu tika konstatēti divi fundamentāli fakti: gaismas un elektromagnētiskās svārstības nav garenvirziena, bet gan šķērsvirziena, un šo svārstību izplatīšanās ātrums ir ļoti liels. Mehānikā tika parādīts, ka šķērseniskās vibrācijas ir iespējamas tikai iekšā cietvielas, un to ātrums ir atkarīgs no ķermeņa blīvuma. Tik lielam ātrumam kā gaismas ātrums ētera blīvumam jābūt daudzkārt lielākam par tērauda blīvumu. Bet kā tad kustas ķermeņi?

Maksvels bija viens no pirmajiem, kurš novērtēja Faradeja idejas. Tajā pašā laikā viņš uzsvēra, ka Faradejs izvirzīja jaunu filozofiskie uzskati par matēriju, telpu, laiku un spēkiem, kas lielā mērā mainīja iepriekšējo mehānisko pasaules ainu.

Uzskati par matēriju krasi mainījās: nedalāmo atomu kopums pārstāja būt matērijas dalāmības galējā robeža, jo tika uzņemts tāds viens absolūti nepārtraukts bezgalīgs lauks ar spēka punktu centriem – elektriskajiem lādiņiem un viļņu kustībām tajā.

Kustība tika saprasta ne tikai kā vienkārša mehāniska kustība, par primāro kļuva svārstību izplatīšanās laukā attiecībā uz šo kustības formu, ko aprakstīja nevis mehānikas, bet elektrodinamikas likumi.

Ņūtona absolūtās telpas un laika koncepcija nebija piemērota lauka reprezentācijām. Tā kā lauks ir absolūti nepārtraukta matērija, tukšas vietas vienkārši nav. Tāpat laiks ir nesaraujami saistīts ar laukā notiekošajiem procesiem. Telpa un laiks pārstāja būt neatkarīgas, no matērijas neatkarīgas vienības. Izpratne par telpu un laiku kā absolūtu ir devusi vietu relatīvam (relatīvam) telpas un laika jēdzienam.

Jaunā pasaules aina prasīja jaunu risinājumu mijiedarbības problēmai. Ņūtona tāla darbības jēdziens tika aizstāts ar Faradeja tuvās darbības principu; jebkura mijiedarbība laukā tiek pārraidīta no punkta uz punktu nepārtraukti un ar ierobežotu ātrumu. *

Lai gan elektrodinamikas likumi, tāpat kā klasiskās mehānikas likumi, nepārprotami iepriekš noteica notikumus, un viņi joprojām mēģināja izslēgt nejaušību no fiziskās pasaules bildes, gāzu kinētiskās teorijas izveide teorijā ieviesa varbūtības jēdzienu un pēc tam pasaules elektromagnētiskajā attēlā. Tiesa, līdz šim fiziķi nav atmetuši cerības aiz varbūtības raksturlielumiem atrast skaidrus, nepārprotamus likumus, kas līdzīgi Ņūtona likumiem.

Ideja par cilvēka vietu un lomu Visumā nemainījās pasaules elektromagnētiskajā attēlā. Viņa izskats tika uzskatīts tikai par dabas kaprīze. Idejas par dzīves un prāta kvalitatīvo specifiku ar lielām grūtībām iekļuva zinātniskajā pasaules skatījumā.

Jaunais elektromagnētiskais pasaules attēls izskaidroja plašu parādību loku, kas nebija saprotams no iepriekšējā mehāniskā pasaules attēla viedokļa. Tas dziļāk atklāja pasaules materiālo vienotību, jo elektrība un magnētisms tika izskaidroti, pamatojoties uz tiem pašiem likumiem.

Taču drīz vien šajā ceļā sāka rasties nepārvaramas grūtības. Tātad saskaņā ar pasaules elektromagnētisko attēlu lādiņu sāka uzskatīt par punktu centru, un fakti liecināja par daļiņu lādiņa ierobežoto apmēru. Tāpēc jau Lorenca elektroniskajā teorijā daļiņu lādiņš, pretēji jaunajam pasaules attēlam, tika uzskatīts par cietu lādētu bumbiņu ar masu. Neizprotami izrādījās Miķelsona eksperimentu rezultāti 1881. - 1887. gadā, kad viņš ar instrumentu palīdzību, kas atrodas uz šī ķermeņa, mēģināja noteikt ķermeņa kustību pēc inerces. Saskaņā ar Maksvela teoriju šādu kustību varēja konstatēt, taču pieredze to neapstiprināja. Taču tad fiziķi mēģināja aizmirst par šīm nelielajām nepatikšanām un neatbilstībām, turklāt Maksvela teorijas secinājumi tika absolutizēti, tā ka pat tik ievērojams fiziķis kā Kirhofs uzskatīja, ka fizikā nav nekā nezināma un neatklāta.

Bet līdz XIX gadsimta beigām. uzkrājās arvien vairāk neizskaidrojamu neatbilstību teorijai un pieredzei. Dažas no tām bija saistītas ar pasaules elektromagnētiskā attēla nepilnīgumu, citas nepavisam neatbilda kontinuuma idejām par matēriju: grūtības izskaidrot fotoelektrisko efektu, atomu līniju spektrs, termiskā starojuma teorija.

Konsekventa Maksvela teorijas piemērošana citiem kustīgiem medijiem lika izdarīt secinājumus par telpas un laika neabsolūto dabu. Taču ticība to absolūtumam bija tik liela, ka zinātnieki bija pārsteigti par viņu secinājumiem, nosauca tos par dīvainiem un noraidīja. Tieši to darīja Lorencs un Puankarē, kuru darbs noslēdz pirms-Einšteina periodu fizikas attīstībā.

Pieņemot elektrodinamikas likumus kā fiziskās realitātes pamatlikumus, A. Einšteins pasaules elektromagnētiskajā attēlā ieviesa telpas un laika relativitātes ideju un tādējādi likvidēja pretrunu starp matērijas kā noteikta veida izpratni. lauka un Ņūtona idejas par telpu un laiku. Relativistisku telpas un laika jēdzienu ieviešana pasaules elektromagnētiskajā attēlā pavēra jaunas iespējas tās attīstībai.

Tā tas radās vispārējā teorija relativitāte, kas kļuva par pēdējo lielāko teoriju, kas izveidota pasaules elektromagnētiskā attēla ietvaros. Šajā 1916. gadā izveidotajā teorijā Einšteins pirmo reizi sniedza dziļu gravitācijas būtības skaidrojumu, kam viņš ieviesa telpas un laika relativitātes jēdzienu un viena četrdimensiju telpas-laika kontinuuma izliekumu, atkarībā no masu sadalījuma.

Bet pat šīs teorijas radīšana vairs nevarēja glābt pasaules elektromagnētisko ainu. No 19. gadsimta beigām tika atklātas arvien vairāk nesamierināmas pretrunas starp elektromagnētisko teoriju un faktiem. 1897. gadā tika atklāts radioaktivitātes fenomens, un tika konstatēts, ka tas ir saistīts ar dažu ķīmisko elementu pārvēršanos citos un to pavada alfa un beta staru emisija. Pamatojoties uz to, empīriski atomu modeļi, kas ir pretrunā ar pasaules elektromagnētisko attēlu. Un 1900. gadā M. Planks daudzos mēģinājumos konstruēt radiācijas teoriju bija spiests izdarīt pieņēmumu par radiācijas procesu pārtraukumu.

FEDERĀLĀ IZGLĪTĪBAS AĢENTŪRA

ROSTOVAS VALSTS EKONOMISKĀ UNIVERSITĀTE "RINH"

TIRDZNIECĪBAS UN TIRDZNIECĪBAS FAKULTĀTE

FILOZOFIJAS UN KULTUROLOĢIJAS KRIEDS

par tēmu: "Pasaules elektromagnētiskais attēls"

Pabeigts:

students gr. 211 E.V. Popovs

Pārbaudīts:

Rostova pie Donas

Ievads

1. Elektromagnētisma eksperimentālie pamatlikumi

2. Elektromagnētiskā lauka teorija D. Maksvels

3. Lorenca elektroniskā teorija

Secinājums

Bibliogrāfija

Ievads

Viena no svarīgākajām cilvēka īpašībām, kas viņu atšķir no dzīvnieka, ir tā, ka viņš savā darbībā paļaujas uz saprātu, uz zināšanu sistēmu un to novērtējumu. Cilvēku uzvedība, viņu risināmo uzdevumu efektivitātes pakāpe, protams, ir atkarīga no tā, cik adekvāta un dziļa ir viņu izpratne par realitāti, cik lielā mērā viņi spēj pareizi novērtēt situāciju, kurā viņiem jārīkojas, un pielietot savas zināšanas.

Uz ilgu laiku iekšā cilvēka dzīve ne tikai zināšanas, kurām bija tiešas praktiskā vērtība, bet arī tie, kas saistīti ar vispārīgiem priekšstatiem par dabu, sabiedrību un pašu cilvēku. Tieši pēdējie it kā satur cilvēku garīgo pasauli vienotā veselumā. Uz to pamata radās, veidojās un attīstījās tradīcijas visās cilvēka darbības jomās. Svarīga loma ir tam, kā cilvēks attēlo pasaules uzbūvi. Cilvēka apziņa mēdz iztēloties pasaule, t.i. redzēt ar prāta aci to, ko sauc par Visumu, un atrast savu vietu starp apkārtējām lietām, noteikt savu pozīciju kosmiskajā un dabiskajā hierarhijā. Kopš seniem laikiem cilvēkus uztrauc jautājumi par Visuma uzbūvi, par tā zināšanu iespējām, praktisko attīstību, par tautu un visas cilvēces likteņiem, par laimi un taisnīgumu cilvēka dzīvē. Bez vēlmes izprast pasauli tās integritātē, vēlmes izprast dabu un sociālās parādības, cilvēce nebūtu radījusi zinātni, mākslu vai literatūru.

mūsdienu zinātne mērķis ir veidot vienotu, holistisku pasaules attēlu, attēlojot to kā savstarpēji saistītu "esības tīklu". AT sabiedrības apziņa vēsturiski veidojas un pamazām mainās dažādi pasaules attēli, kas parasts cilvēks uztver kā dotu, kā objektivitāti, kas pastāv neatkarīgi no mūsu personīgajiem uzskatiem. Pasaules attēls nozīmē it kā redzamu Visuma portretu, Visuma tēlainu konceptuālu kopiju, uz kuru skatoties, var saprast un saskatīt realitātes kopsakarības un savu vietu tajā. Tas nozīmē izpratni par to, kā pasaule darbojas, kādi likumi to pārvalda, kas ir tās pamatā un kā tā attīstās. Tāpēc jēdziens "pasaules attēls" ieņem īpašu vietu dabaszinātņu struktūrā.

Pasaules attēli piešķir cilvēkam noteiktu vietu Visumā un palīdz orientēties būtnē. Katrs no pasaules attēliem sniedz savu versiju par to, kas patiesībā ir pasaule un kādu vietu tajā ieņem cilvēks. Daļēji pasaules attēli ir pretrunā viens ar otru, un daļēji tie ir papildinoši un spēj veidot veselumu. Zinātnei attīstoties, vienu pasaules attēlu nomaina cits. To sauc par zinātnisko revolūciju, ar to saprotot radikālu lūzumu iepriekšējos priekšstatos par pasauli. Katrs pasaules attēls no saviem priekšgājējiem saglabā labāko, vissvarīgāko, kas atbilst Visuma objektīvajai uzbūvei. Jaunais attēls ir grūtāks nekā vecais. No filozofiskā viedokļa pasaule ir realitāte, kas tiek uztverta kā veselums, kas tiek uztverta kādā tās kvalitatīvajā vienotībā. Taču pasaule kopumā nav mums dota tieši, ciktāl mēs ieņemam konkrētu pozīciju; mēs esam daļēji un ierobežoti ar nelielu realitātes segmentu.

1. Elektromagnētisma eksperimentālie pamatlikumi

Apsveriet pasaules elektromagnētisko ainu kopš tās pirmsākumiem. Fizika ir devusi nozīmīgu ieguldījumu šajā attēlā.

Elektromagnētiskās parādības cilvēcei ir zināmas kopš seniem laikiem. Pats jēdziens "elektriskās parādības" aizsākās Senās Grieķijas laikos, kad senie grieķi mēģināja izskaidrot divu ar audumu noberztu dzintara gabalu atgrūšanos viens no otra, kā arī nelielu priekšmetu pievilkšanos. . Pēc tam tika konstatēts, ka ir it kā divu veidu elektrība: pozitīvā un negatīvā.

Kas attiecas uz magnētismu, tad dažu ķermeņu īpašības piesaistīt citus ķermeņus bija zināmas senatnē, tos sauca par magnētiem. Brīvā magnēta īpašums izveidojās ziemeļu-dienvidu virzienā jau 2. gadsimtā pirms mūsu ēras. BC. izmantoja senajā Ķīnā ceļojumu laikā. Pirmie eksperimentālie magnēta pētījumi Eiropā tika veikti Francijā 13. gadsimtā. Rezultātā tika konstatēts, ka magnētam ir divi stabi. 1600. gadā Gilberts izvirzīja hipotēzi, ka Zeme ir liels magnēts: tas ir iemesls iespējai noteikt virzienu, izmantojot kompasu.

18. gadsimts, kas iezīmējās ar mehāniska pasaules attēla veidošanu, faktiski iezīmēja elektromagnētisko parādību sistemātiskas izpētes sākumu. Tātad tika konstatēts, ka viena nosaukuma lādiņi viens otru atgrūž, parādījās visvienkāršākā ierīce - elektroskops. XVIII gadsimta vidū. tika konstatēta zibens elektriskā būtība (īpaši jāatzīmē B. Franklina, M. Lomonosova, G. Ričmena pētījumi un Franklina nopelni: viņš ir zibensnovedēja izgudrotājs; tiek uzskatīts, ka tieši Franklins ierosināja apzīmējumi "+" un "-" elektriskajiem lādiņiem).

1759. gadā angļu dabaszinātnieks R. Simmers secināja, ka normālā stāvoklī jebkurš ķermenis satur vienādu skaitu pretēju lādiņu, kas savstarpēji neitralizē viens otru. Elektrificējot, tie tiek pārdalīti.

19. gadsimta beigās un 20. gadsimta sākumā eksperimentāli tika noskaidrots, ka elektriskais lādiņš sastāv no vesela skaita elementārlādiņu e = 1,6 * 10 -19 C. Tas ir mazākais lādiņš, kas pastāv dabā. 1897. gadā J. Tomsons atklāja arī mazāko stabilo daļiņu, kas ir elementāra negatīva lādiņa nesēja. Tas ir elektrons ar masu m e = 9,1 * 10 -31 kg. Tādējādi elektriskais lādiņš ir diskrēts, t.i. kas sastāv no atsevišķām elementārdaļām q = ± n*e, kur n ir vesels skaitlis. Daudzu 18. - 19. gadsimtā veikto elektrisko parādību pētījumu rezultātā domātāji ieguva vairākus svarīgus likumus, piemēram:

1) elektriskā lādiņa nezūdamības likums: elektriski slēgtā sistēmā lādiņu summa ir nemainīga vērtība, t.i. elektriskie lādiņi var rasties un izzust, bet tajā pašā laikā obligāti parādās un pazūd vienāds skaits pretēju zīmju elementāru lādiņu;

2) lādiņa lielums nav atkarīgs no tā ātruma;

3) punktveida lādiņu mijiedarbības likums jeb Kulona likums:

kur ε ir vides relatīvā caurlaidība (vakuumā ε = 1). Saskaņā ar šo likumu Kulona spēki ir nozīmīgi attālumos līdz 10-15 m (apakšējā robeža). Mazākos attālumos sāk darboties kodolspēki (tā sauktā spēcīga mijiedarbība). Kas attiecas uz augšējo robežu, tai ir tendence uz bezgalību.

Lādiņu mijiedarbības pētījums, kas veikts XIX gs. zīmīgi ir arī tas, ka kopā ar viņu zinātnē tika ieviests jēdziens "elektromagnētiskais lauks". Šīs koncepcijas veidošanās procesā "ētera" mehāniskais modelis tika aizstāts ar elektromagnētisko modeli: elektriskie, magnētiskie un elektromagnētiskie lauki sākotnēji tika uzskatīti par dažādiem ētera "stāvokļiem". Pēc tam nepieciešamība pēc ētera pazuda. Radās sapratne, ka elektromagnētiskais lauks pats par sevi ir noteikta veida matērija un tā izplatībai nav nepieciešams īpašs vide "ēteris".

Šo apgalvojumu pierādījums ir izcilā angļu fiziķa M. Faradeja darbi. Fiksēto lādiņu lauku sauc par elektrostatisko. Elektriskais lādiņš, atrodoties telpā, izkropļo savas īpašības, t.i. izveido lauku. Elektrostatiskā lauka jaudas raksturlielums ir tā intensitāte. Elektrostatiskais lauks ir potenciāls. Tās enerģijas raksturlielums ir potenciāls φ.

Magnētisma būtība palika neskaidra līdz pat 19. gadsimta beigām, un elektriskās un magnētiskās parādības tika aplūkotas neatkarīgi viena no otras, līdz 1820. gadā dāņu fiziķis H. Oersteds atklāja magnētisko lauku pie strāvu nesoša vadītāja. Tātad tika izveidota saikne starp elektrību un magnētismu. Magnētiskā lauka stipruma īpašība ir intensitāte. Atšķirībā no neslēgtām elektriskā lauka līnijām (1. att.), magnētiskā lauka līnijas ir slēgtas (2. att.), t.i. tas ir virpulis.

1820. gada septembrī franču fiziķis, ķīmiķis un matemātiķis A.M. Ampère izstrādā jaunu elektrības zinātnes sadaļu - elektrodinamiku.

Ohma likumi, Džouls-Lencs kļuva par vienu no svarīgākajiem atklājumiem elektrības jomā. G. Oma 1826. gadā atklātais likums, saskaņā ar kuru ķēdes sadaļā I \u003d U / R un slēgtai ķēdei I \u003d EMF / (R + r), kā arī Džoula-Lenca likums Q \u003d I * U * t siltuma daudzumam, kas izdalās, strāvai ejot caur fiksētu vadītāju laikā t, ievērojami paplašināja elektrības un magnētisma jēdzienus.

Angļu fiziķa M. Faradeja (1791-1867) pētījumi elektromagnētisma izpētei deva zināmu pilnīgumu. Zinot par Oersted atklāšanu un daloties idejā par attiecībām starp elektrības un magnētisma parādībām, Faradejs 1821. gadā izvirzīja uzdevumu "pārveidot magnētismu elektrībā". Pēc 10 gadu eksperimentāla darba viņš atklāja likumu elektromagnētiskā indukcija. Likuma būtība ir tāda, ka mainīgs magnētiskais lauks noved pie indukcijas EML rašanās EML i = k * dФ m / dt, kur dФ m / dt ir magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrums caur virsmu, kas nostiepta uz virsmas. ķēde. No 1831. līdz 1855. gadam Faradeja pamatdarbs "Eksperimentālie pētījumi elektrībā" tiek izdots sēriju veidā.

Strādājot pie elektromagnētiskās indukcijas izpētes, Faradejs nonāk pie secinājuma par elektromagnētiskā lauka esamību. Viens no pirmajiem Faradeja darbu un viņa atklājumus novērtēja D. Maksvels, kurš attīstīja Faradeja idejas, 1865. gadā izstrādājot elektromagnētiskā lauka teoriju, kas būtiski paplašināja fiziķu uzskatus par vielu un noveda pie radīšanas. pasaules elektromagnētisko attēlu.

2. Elektromagnētiskā lauka teorija D. Maksvels

Faradeja piedāvāto spēka līniju koncepciju citi zinātnieki ilgu laiku neuztvēra nopietni. Fakts ir tāds, ka Faradejs, pietiekami labi nepārzinot matemātisko aparātu, nedeva pārliecinošu pamatojumu saviem secinājumiem formulu valodā. ("Tas bija prāts, kas nekad nav iegrimis formulās," par viņu teica A. Einšteins).

Izcilais matemātiķis un fiziķis Džeimss Maksvels aizstāv Faradeja metodi, viņa idejas par īstermiņa darbību un lauku, apgalvojot, ka Faradeja idejas var izteikt parastu matemātisko formulu veidā, un šīs formulas ir salīdzināmas ar profesionālu matemātiķu formulām.

D. Maksvels lauka teoriju attīsta savos darbos "Par fiziskajām spēka līnijām" (1861-1865) un "Dinamiskā lauka teorija" (1864-1865). AT jaunākais darbs un tika dota slavenu vienādojumu sistēma, kas, pēc G. Herca domām, ir Maksvela teorijas būtība.

Šī būtība ir saistīta ar faktu, ka mainīgs magnētiskais lauks ne tikai apkārtējos ķermeņos, bet arī vakuumā rada virpuļveida elektrisko lauku, kas, savukārt, izraisa magnētiskā lauka parādīšanos. Tādējādi fizikā tika ieviesta jauna realitāte - elektromagnētiskais lauks. Tas iezīmēja jauna posma sākumu fizikā, posmā, kurā elektromagnētiskais lauks kļuva par realitāti, materiālu mijiedarbības nesēju.

Pasaule sāka parādīties kā elektrodinamiska sistēma, kas veidota no elektriski lādētām daļiņām, kas mijiedarbojas caur elektromagnētisko lauku.

Maksvela izstrādātā elektrisko un magnētisko lauku vienādojumu sistēma sastāv no 4 vienādojumiem, kas ir līdzvērtīgi četriem apgalvojumiem:

Analizējot savus vienādojumus, Maksvels nonāca pie secinājuma, ka elektromagnētiskajiem viļņiem ir jābūt, un to izplatīšanās ātrumam jābūt vienādam ar gaismas ātrumu. Tas noveda pie secinājuma, ka gaisma ir sava veida elektromagnētiskie viļņi. Pamatojoties uz savu teoriju, Maksvels paredzēja elektromagnētiskā viļņa un līdz ar to arī gaismas radītā spiediena pastāvēšanu, ko 1906. gadā eksperimentāli lieliski pierādīja P.N. Ļebedevs.

Maksvela zinātniskā darba virsotne bija Traktāts par elektrību un magnētismu.

Izstrādājis pasaules elektromagnētisko ainu, Maksvels pabeidza klasiskās fizikas pasaules ainu (“klasiskās fizikas beigu sākums”). Maksvela teorija ir Lorenca elektroniskās teorijas un A. Einšteina speciālās relativitātes teorijas priekštece.

3. Lorenca elektroniskā teorija

Holandiešu fiziķis G. Lorencs (1853-1928) uzskatīja, ka Maksvela teorija ir jāpapildina, jo tajā nav ņemta vērā matērijas struktūra. Lorencs šajā sakarā izteica savas idejas par elektroniem, t.i. ārkārtīgi mazas elektriski lādētas daļiņas, kuras milzīgos daudzumos atrodas visos ķermeņos.

1895. gadā Lorencs sniedz sistemātisku elektroniskās teorijas izklāstu, pamatojoties, no vienas puses, uz Maksvela teoriju un, no otras puses, uz elektrības "atomitātes" (diskrētības) jēdzienu. 1897. gadā elektrons tika atklāts, un Lorenca teorija saņēma savu materiālo pamatu.

Kopā ar vācu fiziķi P. Drudu Lorencs izstrādāja metālu elektronisko teoriju, kas balstās uz šādiem noteikumiem.

1. Metālā ir brīvie elektroni – vadīšanas elektroni, kas veido elektronu gāzi.

2. Metāla pamatne veido kristāla režģi, kura mezglos atrodas joni.

3. Elektriskā lauka klātbūtnē elektronu nejaušo kustību pārklāj to sakārtotā kustība lauka spēku iedarbībā.

4. Savas kustības laikā elektroni saduras ar režģa joniem. Tas izskaidro elektrisko pretestību.

Elektroniskā teorija ļāva kvantitatīvi aprakstīt daudzas parādības, taču vairākos gadījumos, piemēram, skaidrojot metālu pretestības atkarību no temperatūras u.c., tā bija praktiski bezspēcīga. Tas bija saistīts ar faktu, ka kopumā Ņūtona mehānikas likumus un ideālo gāzu likumus nevar piemērot elektroniem, kas tika noskaidrots XX gadsimta 30. gados.

Secinājums

Kā minēts iepriekš, pasaules elektromagnētiskais attēls turpināja veidoties visu 20. gadsimtu. Viņa izmantoja ne tikai magnētisma doktrīnu un atomisma sasniegumus, bet arī dažas mūsdienu fizikas idejas (relativitātes teorija un kvantu mehānika). Pēc tam, kad dažādas jomas kopā ar matēriju kļuva par fizikas izpētes objektu, pasaules attēls kļuva sarežģītāks, taču tas joprojām bija klasiskās fizikas attēls.

Tās galvenās iezīmes ir šādas. Saskaņā ar šo attēlu matērija eksistē divās formās - matērijā un laukā, starp kurām ir necaurredzama līnija: matērija nepārvēršas par lauku un otrādi. Ir divu veidu lauki – attiecīgi elektromagnētiskais un gravitācijas – divu veidu fundamentālā mijiedarbība. Lauki, atšķirībā no matērijas, tiek nepārtraukti sadalīti telpā. Elektromagnētiskā mijiedarbība izskaidro ne tikai elektriskās un magnētiskās parādības, bet arī citas - optiskās, ķīmiskās, termiskās. Arvien vairāk runa ir par elektromagnētismu. Ārpus elektromagnētisma dominēšanas sfēras paliek tikai gravitācija.

Par elementāriem "ķieģeļiem", no kuriem sastāv visa matērija, tiek uzskatītas trīs daļiņas - elektrons, protons un fotons. Fotoni ir elektromagnētiskā lauka kvanti. Korpuskulāro viļņu duālisms "saskaņo" lauka viļņveida raksturu ar korpuskulāro, t.i. apsverot elektromagnētisko lauku, tiek izmantoti viļņu un korpuskulāri (fotonu) attēlojumi. Vielas elementārie "celtniecības bloki" ir elektroni un protoni. Viela sastāv no molekulām, atomu molekulām, atomam ir masīvs kodols un elektronu apvalks. Kodols sastāv no protoniem. Spēki, kas darbojas matērijā, tiek samazināti līdz elektromagnētiskajiem spēkiem. Šie spēki ir atbildīgi par starpmolekulārām saitēm un saitēm starp atomiem molekulā; tie tur atoma čaulas elektronus tuvu kodolam; tie nodrošina arī atoma kodola spēku (kas vēlāk izrādījās nepareizs). Elektrons un protons ir stabilas daļiņas, tāpēc arī atomi un to kodoli ir stabili. Attēls no pirmā acu uzmetiena izskatījās nevainojams. Bet tādi "sīkumi", kā toreiz tika uzskatīti, piemēram, radioaktivitāte utt., Šajos rāmjos neiederējās. Drīz vien kļuva skaidrs, ka šie "sīkumi" ir fundamentāli. Tieši viņi noveda pie pasaules elektromagnētiskā attēla "sabrukuma".

Pasaules elektromagnētiskais attēls bija milzīgs solis uz priekšu pasaules izpratnē. Daudzas no tā detaļām ir saglabājušās mūsdienu dabaszinātņu ainā: fiziskā lauka jēdziens, to spēku elektromagnētiskais raksturs, kas ir atbildīgi par dažādām parādībām matērijā (bet ne pašos atomos), atoma kodolmodelis, matērijas korpuskulāro un viļņu īpašību duālisms (dualitāte) utt. Bet arī šajā pasaules attēlā dominē nepārprotamas cēloņsakarības, viss ir stingri iepriekš noteikts tāpat. Varbūtiskās fiziskās likumsakarības netiek atzītas par fundamentālām un tāpēc arī tajā nav iekļautas. Šīs varbūtības tika attiecinātas uz molekulām, un pašas molekulas joprojām ievēroja nepārprotamus Ņūtona likumus. Priekšstati par cilvēka vietu un lomu Visumā nav mainījušies. Tādējādi pasaules elektromagnētisko ainu raksturo arī metafiziskā domāšana, kur viss ir skaidri norobežots, nav iekšēju pretrunu.

Bibliogrāfija

1. Djagiļevs F.M. Mūsdienu dabaszinātņu jēdzieni. - M.: Red. IEMPE, 1998. gads.

2. Nedeļskis N.F., Oļeņikovs B.I., Tulinovs V.F. Mūsdienu dabaszinātņu jēdzieni. - M: Ed. Doma, 1996.

3. Grushevitskaya T.G., Sadokhin A.P. Mūsdienu dabaszinātņu jēdzieni.- M.: Red. VIENOTĪBA, 2005. gads.

4. Karpenkovs S.Kh. Dabaszinātņu pamatjēdzieni. – M.: Red. VIENOTĪBA, 2004.

Jau XIX gs. fiziķi papildināja pasaules mehānisko ainu elektromagnētiskais. Elektriskās un magnētiskās parādības ir zināmas jau ilgu laiku, taču tās tika pētītas atsevišķi viena no otras. Viņu turpmākais pētījums parādīja, ka starp viņiem ir dziļas attiecības, kas lika zinātniekiem izveidot vienotu elektromagnētisko teoriju. Patiešām, dāņu zinātnieks X. Oersted(1777-1851), novietojot magnētisko adatu virs vadītāja, caur kuru plūst elektriskā strāva, viņš atklāja, ka tā novirzās no sākotnējā stāvokļa. Tas noveda zinātnieku pie domas, ka elektriskā strāva rada magnētisko lauku. Vēlāk angļu fiziķis M. Faradejs (1791-1867), magnētiskā laukā rotējot slēgtu ķēdi, atklāja, ka tajā rodas elektriskā strāva. Balstoties uz Orsteda, Faradeja un citu zinātnieku eksperimentiem, angļu fiziķis Dž.Maksvels (1831-1879) radīja savu elektromagnētisko teoriju, t.i. teorija par viena elektromagnētiskā lauka esamību. Tādā veidā tika parādīts, ka pasaulē ir ne tikai vielaķermeņu formā, bet arī fiziski lauki.

Pēc tam, kad dažādas jomas kopā ar matēriju kļuva par fiziķu izpētes objektiem, pasaules aina kļuva sarežģītāka. Neskatoties uz to, sākotnēji zinātnieki mēģināja izskaidrot elektromagnētiskos procesus, tostarp gaismas parādības, izmantojot mehāniskus modeļus, kas balstīti uz pasaules mehāniskā attēla jēdzieniem un principiem. To var redzēt, atsaucoties uz īsu pirmo hipotēžu parādīšanās vēsturi par elektrības un magnētisma dabu.

4.1. Hipotēzes par bezsvara elektriskajiem un magnētiskajiem šķidrumiem

Zinātniskajā valodā joprojām ir saglabājušies seno priekšstatu pamati par elektrību. Mēs pastāvīgi dzirdam fiziķus sakām, ka elektriskā strāva plūst caur vadītāju no augsta potenciāla uz

zemāks, it kā elektrība būtu kā šķidrums. Pašā pētījuma sākumā elektriskās un magnētiskās parādības faktiski tika uzskatītas par bezsvara, pozitīvi un negatīvi lādētiem šķidrumiem, jo ar šādu hipotēžu palīdzību bija iespējams izskaidrot līdz šim zināmos eksperimentus. Šādi eksperimenti parasti tiek veikti, mācoties fizikas kursu vidusskolā.

Ja ebonīta stieni berzējat ar vilnas auduma gabalu un pēc tam nogādājat to pie elektroskopa metāla galvas, tā lapas atšķiras. No tā tiek secināts, ka berzes rezultātā ebonīta stienis kļuva negatīvi uzlādēts un pārnesa šo lādiņu uz elektroskopu. Elektroskopa lapas, kas uzlādētas ar vienu un to pašu elektrību, atgrūž viena otru un tāpēc atšķiras. Tāpat, ja stikla stieni berzējat ar kaķa kažokādu, tas kļūst pozitīvi uzlādēts. Pieskaroties elektroskopam, arī lapas, kas uzlādētas ar tāda paša nosaukuma pozitīvu elektrību, izkliedēsies.

Hipotēze par bezsvara elektrisko šķidrumu esamību balstās uz šādiem pieņēmumiem:

1. Elektrība ir noteikta viela, tāpat kā viela, proti, šķidrums.

2. Katrā neuzlādētā ķermenī ir vienāds pozitīvās un negatīvās elektrības daudzums, un tāpēc tie savstarpēji neitralizē viens otru. Tajā pašā laikā tas, kādu elektrību saukt par pozitīvu vai negatīvu, ir tīri nosacīts jautājums.

3. Noteiktu darbību rezultātā, piemēram, berzes rezultātā, viena veida elektrība var tikt atdalīta no cita.

4. Ir divu veidu ķermeņi, dažos no tiem elektriskie šķidrumi var brīvi pārvietoties, un tāpēc tos sauc par elektrības vadītājiem. Citās vietās tie nevar pārvietoties, un tāpēc tos sauc par izolatoriem. Vadītāji ietver metālus, zemi, cilvēka ķermeni. Izolatoriem - porcelāna, stikla, gumijas u.c.

Visi šie pieņēmumi, lai gan tie izskaidro vienkāršākos eksperimentus ar elektriskām parādībām, ir saistīti ar mēģinājumiem paplašināt bezsvara šķidrumu mehānisko jēdzienu uz parādībām, kas būtiski atšķiras no mehāniskām parādībām. Tā kā šķidruma plūsma notiek dažādos līmeņos, bija nepieciešams ieviest elektrības potenciālās starpības jēdzienus. Tomēr rodas jautājums: vai uzlādēta ķermeņa svars atšķiras no elektriski neitrāla ķermeņa svara?

Pieredze rāda, ka viņu svars ir vienāds. Lai saskaņotu šo faktu ar pieņēmumu par elektrisko šķidrumu esamību, bija nepieciešams tos pasludināt par bezsvara vielām un tādējādi attālināties no mehāniskās koncepcijas.

Agrāk bezsvara vielas tika izgudrotas lielā skaitā, lai izskaidrotu vairākas jaunas, nemehāniskas dabas parādības. Tā, piemēram, siltums tika uzskatīts arī par neaptveramu vielu, piemēram, šķidrumu, kas plūst no karsta ķermeņa uz aukstu, ja tie nonāk saskarē. Rezultātā to temperatūra kļūs vienāda. Taču pavisam savādāk ir ar elektrību, jo, mijiedarbojoties ar pretēji lādētiem ķermeņiem, tie kļūst elektriski neitrāli.

Attīstoties elektrības parādību pētījumiem, mēģinājumi tās izskaidrot ar mehānisku ideju palīdzību saskārās ar nopietnākām grūtībām. Pat XVIII gadsimta beigās. itāļu zinātnieks A. Volta (1745-1827) uzbūvēja ierīci, kas tagad pazīstama kā volta kolonna, kas sastāv no vairākiem elementiem. Katrs šāds elements ir akumulators, kurā vara un cinka plāksnes tiek nolaistas traukā, kurā ielej ūdeni un nedaudz sērskābes. Ja šīs plāksnes savienojat ar vadu, ķēdē parādīsies elektriskā strāva. Starp vara un cinka plāksnēm, saskaņā ar elektriskā šķidruma hipotēzi, vajadzētu rasties potenciāla starpībai, kas divu uzlādētu ķermeņu gadījumā, kas savienoti ar vadu, ātri pazūd, bet turpina saglabāties akumulatorā. Tas lika Voltam domāt, ka plāksnes "piegādā neierobežotu lādiņu vai rada nepārtrauktu elektriskā šķidruma darbību vai impulsu". Lūdzu, ņemiet vērā, ka Volta joprojām uzskata elektrību par šķidrumu. Viņš neatklāj un neanalizē plāksnīšu potenciālu starpības cēloni ķīmisko procesu rašanās rezultātā šķīdumā, un tādējādi neuzskata to par ķīmiskās enerģijas pārvēršanas procesu elektroenerģijā.

XIX gadsimta beigās. hipotētisko elektrisko un magnētisko šķidrumu vietu ieņēma jauna vienota elektromagnētiskā lauka koncepcija. Ja mehānikā izmaiņas un materiāla daļiņu kustība tiek veikta ar ārējo spēku palīdzību, kas pielikti daļiņām vai no tām veidotam ķermenim, tad elektrodinamikā izmaiņas notiek lauka spēku ietekmē.

4.2. Elektromagnētiskais lauks un tā īpašības

Sākotnēji M. Faradeja pētījumos elektromagnētiskā lauka jēdziens spēlēja palīglomu un kalpoja kā vizuāla ilustrācija lauka spēku demonstrēšanai. Tomēr vēlāk tas kļuva par tādu pašu pamatjēdzienu kā lietu jēdziens.

stva. Kā mēs atzīmējām, tas ir balstīts uz diviem galvenajiem atklājumiem, kas savienoja elektriskās un magnētiskās parādības vienā veselumā. Kā mēs jau zinām, Oersted konstatēja, ka ap vadītāju, caur kuru plūst elektriskā strāva, rodas magnētiskais lauks. Turpmākajos fiziķu pētījumos tika konstatēts, ka jaunais spēks, kas rodas strāvas ietekmē, ir atkarīgs no elektriskā lādiņa kustības ātruma un ir vērsts perpendikulāri šīs kustības plaknei.

Vēlāk Faradejs atklāja pilnīgi pretēju elektromagnētiskās indukcijas fenomenu, kas norādīja, ka mainīgs magnētiskais lauks rada elektrisko lauku un tādējādi izraisa elektrisko strāvu.

Tādējādi elektriskais un magnētiskais lauks nav izolēti objekti, bet veido savstarpēji saistītu, vienotu elektromagnētisko lauku. Kur ir elektriskais lauks, tur ir jābūt magnētiskajam laukam, un magnētiskais lauks rada elektrisko lauku.

Tomēr šis svarīgais secinājums attiecas tikai uz mainīgiem laukiem. Patiešām, elektriskais lādiņš, kas pārvietojas pa vadītāju, jeb strāva ir mainīgs, mainīgs lauks. Tas ir tas, kas rada magnētisko lauku ap vadītāju. Ja nav elektrisko lādiņu kustības, tad nebūs arī magnētiskā lauka. Piemēram, ap nekustīgu, elektriski uzlādētu lodi pastāv statisks elektriskais lauks, bet, tā kā bumba paliek nekustīga, ap to neveidojas magnētiskais lauks. Tiklīdz bumba ir iekustināta, ap to parādīsies magnētiskais lauks. Tāpat stacionārs magnēts, ap kuru atrodas statiskais magnētiskais lauks, nerada elektrisko lauku slēgtā vadītājā, kas atrodas netālu, un līdz ar to arī elektrisko strāvu. Līdz ar to statiskie elektriskie un magnētiskie lauki, kas nemainās telpā un laika gaitā nerada vienotu elektromagnētisko lauku. Tikai tad, kad mums ir darīšana ar kustīgiem elektriskiem un magnētiskiem lādiņiem, t.i. ar mainīgiem laukiem starp tiem notiek mijiedarbība un parādās viens elektromagnētiskais lauks.

Dziļas iekšējās saiknes un vienotības nodibināšana starp iepriekš izolētām elektriskām un magnētiskām parādībām, kas iepriekš tika uzskatītas par īpašu bezsvara šķidrumu veidu, bija izcils sasniegums fizikā. Elektromagnētiskā lauka jēdziens, kas radās uz šī pamata, pielika punktu daudziem mēģinājumiem mehāniski interpretēt elektromagnētiskās parādības. Pat spēka līniju interpretācija kā mehāniska spriedze

lauks, ko izmantoja pat Faradejs, zaudēja savu nozīmi pēc tam, kad izcilais angļu fiziķis J. Maksvels izveidoja elektromagnētiskā lauka matemātisko teoriju.

Šī teorija ir visu empīrisko attiecību vispārinājums, ko nodibināja Oersted, Faraday un citi zinātnieki elektrisko un magnētisko parādību izpētē. Bet šis vispārinājums nekādā gadījumā nav reducēts uz to rezultātu apkopošanu, bet gan paredz pētāmo procesu idealizāciju. Maksvels savā iztēlē iztēlojās ideālo Faradeja eksperimenta gadījumu, kad slēgta līkne, ko šķērso magnētiskās līnijas, saraujas līdz noteiktam telpas punktam. Šajā ierobežojošajā gadījumā slēgtās līknes lielumam un formai nav būtiskas nozīmes, un tāpēc kļūst iespējams ņemt vērā likumus, kas attiecas uz izmaiņām magnētiskajā un elektriskajā laukā jebkurā telpas punktā un jebkurā laika brīdī. To pašu iedomātu gadījumu var izdarīt ar Oersted eksperimentu un ņemt vērā likumus, kas attiecas uz izmaiņām elektriskajos un magnētiskajos laukos jebkurā laika brīdī un jebkurā telpas punktā.

Pastāv zināma saikne starp elektromagnētiskā lauka likumiem, kas izteikti Maksvela vienādojumos, un Ņūtona mehānikas likumiem. Pētot mehāniskos likumus, noskaidrojām, ka, zinot ķermeņa koordinātas, tā ātrumu un kustības vienādojumu, ir iespējams precīzi noteikt tā stāvokli un ātrumu jebkurā telpas punktā jebkurā brīdī nākotnē vai pagātnē. Šim nolūkam, kā zināms, tiek izmantoti parastie diferenciālvienādojumi.

Maksvela vienādojumi ļauj, zinot lauka stāvokli jebkurā brīdī, noteikt, kā tas laika gaitā mainīsies. Taču pastāv arī būtiska atšķirība starp mehānikas un elektromagnētisma likumiem. Ja konkrētam materiāla punkta kustības stāvoklim mehānikas likumi ļauj noteikt tā trajektoriju un pozīciju jebkurā patvaļīgā laika momentā jebkurā vietā, tad Maksvela likumi ļauj noteikt elektromagnētiskā lauka stāvokli. tiešā tuvumā tā iepriekšējam stāvoklim. Relatīvi runājot, mehānikā, nosakot sistēmas kustības stāvokli, viņi paļaujas uz liela attāluma darbības ideju. Saskaņā ar tāldarbības principu, kura autors bija franču zinātnieks un filozofs R. Dekarts, spēka efektu caur tukšu vietu var nekavējoties pārnest uz jebkuru attālumu. Elektromagnētiskā lauka teorijā šāda iespēja ir liegta, un tāpēc tā ir balstīta uz maza darbības attāluma darbības principu. Tas ļauj soli pa solim sekot līdzi elektromagnētiskā lauka izmaiņām laika gaitā.

Pētot materiālu daļiņu vai no tām izveidoto sistēmu kustību, var izpētīt to stāvokļu izmaiņu vēsturi pa to trajektorijām. Elektromagnētiskajā teorijā ir jāpievēršas izmaiņām, kas notiek ar lauku telpā. Tāpēc elektromagnētiskā lauka matemātiskajam aprakstam pievēršas diferenciālvienādojumiem ar daļējiem atvasinājumiem. Ja mehānikā pārmaiņas un kustība vienmēr tiek aplūkota, ņemot vērā pašu ķermeņu mijiedarbību, kas ir kustības avots, t.i. ārējs spēks, kas izraisa šo kustību, tad elektromagnētiskā lauka teorijā tie abstrahējas no šādiem avotiem un ņem vērā tikai lauka izmaiņas telpā laika gaitā kopumā. Turklāt avots, kas rada lauku, galu galā var pārstāt darboties, lai gan tā radītais lauks turpina pastāvēt.

Visbeidzot, elektromagnētisko viļņu pastāvēšanas sekas un to izplatīšanās ātrums izriet no Maksvela vienādojumiem. Patiešām, svārstīgs elektriskais lādiņš rada mainīgu elektrisko lauku, ko pavada mainīgs magnētiskais lauks. Ja tuvumā atrodas slēgts vadītājs, tad tajā rodas elektriskā strāva, kas rada magnētisko lauku utt. Elektrisko lādiņu svārstību rezultātā apkārtējā telpā tiek izstarota noteikta enerģija formā elektromagnētiskie viļņi, kas izplatās ar noteiktu ātrumu. Tā kā enerģijas izplatīšanās virziens ir perpendikulārs spēka lauka līniju virzienam, elektromagnētiskie viļņi ir šķērsvirzienā.

Eksperimentālie pētījumi atklāja, ka elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrums ir 300 000 km/s. Tā kā gaisma izplatās ar tādu pašu ātrumu, bija loģiski pieņemt, ka starp elektromagnētiskajām un gaismas parādībām pastāv zināma kopība.

4.3. Saistība starp elektromagnētismu un optiku

Vienlīdzības noteikšana starp gaismas ātrumu un elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrumu bija jauns nozīmīgs solis, lai atklātu vienotību starp ārēji atšķirīgām dabas parādībām.

Jautājumā par gaismas dabu pirms Maksvela elektromagnētiskās teorijas atklāšanas pastāvēja divas konkurējošas hipotēzes: korpuskulārā un viļņa.

Atbalstītāji korpuskulārs hipotēzes, sākot ar Ņūtonu, gaismu uzskatīja par gaismas korpusu vai diskrētu daļiņu plūsmu. Šāda hipotēze labi saskanēja ar mehāniskā pasaules uzskata principiem, kuru atbalstītāji diezgan pārliecinoši skaidroja gaismas taisnvirziena izplatīšanos, tās laušanu jeb laušanu pārejā no vienas vides uz otru un pat izkliedi jeb baltās gaismas sadalīšanos. Tomēr korpuskulārā hipotēze nespēja izskaidrot sarežģītākas parādības, piemēram, traucējumus un gaismas difrakciju.

Viļņu traucējumi ir koherentu gaismas viļņu superpozīcija. Ja tajā pašā laikā viļņu virsotnes sakrīt, to amplitūdas summējas un gaisma tiek pastiprināta. Ja viena viļņa virsotne sakrīt ar cita viļņa sile, tad viena viļņa amplitūda tiek atņemta no otra, un gaismas vietā šajā vietā parādās gaismas vājināšanās vai pat tumsa. Šī pieredze ir klāt XIX sākums iekšā. ražots angļu ārsts T. Jungs. Ja gaismas starus izlaiž cauri diviem cieši izvietotiem caurumiem, tad aiz tumša ekrāna var novērot gaišo un tumšo gredzenu miju. Gaiši gredzeni parādās tajās vietās, kur viļņu virsotnes sakrīt, tumšie - vietās, kur sakrīt viļņu virsotnes un ieplakas. Tādējādi zem iejaukšanās izprast gaismas pastiprināšanos vai pavājināšanos, kad gaismas viļņi ir pārklāti. Ir skaidrs, ka traucējumu fenomenu nevar izskaidrot ar korpuskulāro gaismas jēdzienu palīdzību.

Tas pats jāsaka par citu parādību, ko sauc difrakcija, kas rodas no gaismas novirzes no taisnvirziena. Šī parādība tiek novērota, kad gaisma iziet cauri šaurām spraugām vai ap šķēršļiem. Uz ekrāna, kas novietots aiz tiem, var novērot pārmaiņus gaišus un tumšus lokus, kam saskaņā ar korpuskulāro teoriju nevajadzētu būt.

Aizstāvji vilnis hipotēzes uzskata, ka gaisma ir viļņu izplatīšanās process, kas līdzīgs viļņu kustībai pa šķidruma virsmu. Ar šīs hipotēzes palīdzību viņi varēja izskaidrot ne tikai visas parādības, kuras izskaidro korpuskulārā hipotēze, bet arī tās, kuras bija grūti vai vispār nebija izskaidrojamas, izmantojot iepriekšējo hipotēzi (traucējumi un difrakcija). Tāpēc 19. gs gaismas viļņu hipotēze aizstāja korpuskulāro hipotēzi no optikas.

Gaismas viļņi, tāpat kā viļņi uz šķidruma virsmas, izplatās perpendikulāri svārstību procesam un tāpēc pieder pie šķērsviļņiem. Atšķirībā no tiem skaņas viļņus sauc par garenviļņiem, jo to izplatīšanās virziens sakrīt ar gaisa kustības virzienu. Pēc-

Tā kā gaismas viļņi, tāpat kā viļņi uz šķidruma virsmas, rodas to daļiņu vertikālo svārstību rezultātā, neizbēgami rodas jautājums: kāda vide kalpo par gaismas svārstību avotu? Kā atbilde uz to tika izvirzīta hipotēze par gaismas ētera eksistenci, kas aizpilda visu pasaules telpu un kam piemīt elastības īpašības. Rezultātā gaismas caurlaidība tika saistīta ar ētera vibrācijām. Tomēr šāda ētera esamība netika atklāta ar eksperimentiem, un tāpēc nākotnē tas tika pilnībā pamests.

Pēc elektromagnētisko viļņu atklāšanas, kuru izplatīšanās ātrums bija vienāds ar gaismas ātrumu, zinātnieki nonāca pie secinājuma, ka gaisma ir īpašs elektromagnētisko viļņu veids. No parastajiem elektromagnētiskajiem viļņiem tas atšķiras ar ārkārtīgi mazo viļņa garumu, kas ir 4,7 10 -5 cm redzamai un 10 -6 cm neredzamai ultravioletajai gaismai. Garie elektromagnētiskie viļņi, piemēram, radioviļņi, var ceļot tūkstošiem kilometru.

Tādējādi pirmais svarīgais elektromagnētiskās koncepcijas rezultāts bija hipotēzes par gaismas ētera kā īpašas gaismas izplatīšanās vides esamības noraidīšana. Šī loma sāka spēlēt ļoti telpu, kurā izplatījās elektromagnētiskie viļņi.

Otrs rezultāts ir gaismas parādību apvienošana ar elektromagnētiskajiem procesiem, pateicoties kuriem optika ir kļuvusi par daļu no elektromagnētisma teorijas. Tomēr XX gadsimta sākumā. parādība tika atklāta fotoelektriskais efekts, kas ir vielas elektronu emisija, pakļaujot to gaismas iedarbībai. Gaismas elektromagnētiskā teorija nespēja izskaidrot fotoelektriskā efekta enerģijas neatkarību no apgaismojuma intensitātes. Pat XIX gadsimta beigās. Krievu fiziķis A.G. Stoletovs atklāja, ka fotoelektriskā efekta enerģija palielinās līdz ar gaismas frekvenci, bet nav atkarīga no tā intensitātes. Šis rezultāts nepārprotami bija pretrunā ar elektromagnētiskās teorijas prognozēm.

Lai izskaidrotu fotoelektrisko efektu, A. Einšteinam nācās atteikties no gaismas viļņu jēdzieniem un pievērsties tās kvantu dabai, t.i. modificētā formā, lai atkal atdzīvinātu korpuskulāro skatījumu uz gaismu. Pirmo reizi par kvantiem viņi sāka runāt 1900. gadā, kad slavenais vācu fiziķis M. Planks pierādīja, ka enerģija tiek emitēta un absorbēta nevis nepārtraukti, bet atsevišķās porcijās, vai kvanti. 1905. gadā Einšteins parādīja, ka gaisma izplatās gaismas kvantu plūsmas veidā, ko sauca fotoni. Fotonu enerģija ir atkarīga no to frekvences, t.i. E= hv , kur h ir Planka konstante, v - biežums.

Kvantu skatījums uz gaismas dabu nevarēja pilnībā atspēkot domu par tās viļņu raksturu, par ko liecina traucējumu un difrakcijas parādības. Kā kvantu un viļņu attēlojumus varētu apvienot vienā attēlā? Par to mēs uzzināsim vēlāk, kad iepazīsimies ar kvantu mehāniku un elementārdaļiņu teoriju.

4.4. Lauks un viela

Elektromagnētiskā lauka jēdziena ieviešana ir paplašinājusi zinātnisko izpratni par fizikā pētītajām matērijas formām. Klasiskā Ņūtona fizika aplūkoja tikai vienu fizikālās matērijas formu - vielu, kas tika veidota no materiālām daļiņām un bija tādu daļiņu sistēma, kuras uzskatīja vai nu par materiāliem punktiem (mehānika), vai atomiem (siltuma doktrīna).

Ja galvenā īpašība matērija ir masa, jo tā ir tā, kas parādās mehānikas pamatlikumā F = tas tad elektrodinamikā lauka enerģijas jēdziens ir fundamentāls. Citiem vārdiem sakot, pētot kustību mehānikā, pirmkārt, viņi pievērš uzmanību ķermeņu kustībai ar masu, bet, pētot elektromagnētisko lauku, - elektromagnētisko viļņu izplatībai telpā laika gaitā. Vēl viena atšķirība starp vielu un lauku ir arī ietekmes pārneses raksturs. Mehānikā šāda darbība tiek pārraidīta ar spēku, un to principā var veikt jebkurā attālumā, savukārt elektrodinamikā lauka enerģijas darbība tiek pārraidīta no viena punkta uz otru.

Visbeidzot, jāatzīmē arī svarīgais fakts, ka pēc elektromagnētisko viļņu avota darbības pārtraukšanas radušies elektromagnētiskie viļņi turpina izplatīties telpā. Izrādās, ka elektromagnētiskie viļņi var pastāvēt autonomi, bez tieša savienojuma ar enerģijas avotu.

Vēsturiski pieeja dabas izpētei no matērijas un ar to saistītās masas skatupunkta guva skaidru izpausmi pasaules mehāniskajā ainā, kas, izmantojot jēdzienus un principus, mēģināja izskaidrot citas, nemehāniskas parādības. mehānika. Tā pamatā ir ideja par matērijas diskrēto dabu, kas mehānikā tika uzskatīta par materiālu daļu sistēmu.

tyts, un citās zinātnēs - atomu vai molekulu kopums. Pa šo ceļu, diskrētums var uzskatīt par matērijas galīgo dalāmību atsevišķās, arvien dilstošās daļās. Pat senie grieķi saprata, ka šāda dalāmība nevar turpināties bezgalīgi, jo tad pati matērija izzudīs. Tāpēc viņi izvirzīja pieņēmumu, ka pēdējās nedalāmās vielas daļiņas ir atomi.

No diskrēta viedokļa matērijas struktūru var attēlot kā tādu struktūru, kas nozīmē tās galīgās sadalīšanās iespēju arvien mazākās atsevišķās daļās, sākot no molekulām un atomiem un beidzot ar elementārdaļiņām un kvarkiem.

No skatu punkta nepārtrauktība matērija tiek attēlota kā noteikta integritāte un vienotība. Skaidrs šādas nepārtrauktības attēls ir jebkura nepārtraukta vide, kas aizpilda noteiktu telpu. Šādas vides, piemēram, šķidruma, īpašības nepārtraukti mainās no viena punkta uz otru, nepārtraucot pakāpeniskumu un lēcienus. Izmantojot elektromagnētiskā lauka piemēru, mēs esam redzējuši, ka šāda lauka spēka efekts tiek pārraidīts no blakus esošā iepriekšējā punkta uz nākamo, t.i. nepārtraukti.

Klasiskajā teorijā pastāvēja nepārprotama pretestība starp diskrētumu un nepārtrauktību, kad jebkāda mijiedarbība starp tām tika izslēgta matērijas un lauka izpētē. Mūsdienu fizikā, kā redzēsim vēlāk, tieši matērijas diskrētuma un nepārtrauktības, korpuskulāro un viļņu īpašību attiecības un mijiedarbība tās mazāko daļiņu īpašību un kustības likumu izpētē kalpo par pamatu adekvātam aprakstam. pētāmajām parādībām un procesiem. Šādām vielas mikrodaļiņām raksturīgs korpuskulāro viļņu duālisms, t.i. tiem vienlaikus piemīt gan asinsķermenīšu (vielas), gan viļņu (lauka) īpašības.

Šāds attēlojums ir pilnīgi svešs klasiskajai fizikai, kurā atsevišķu parādību izpētē tika izmantota diskrētā un korpuskulārā pieeja, bet citu parādību pētījumos izmantota nepārtrauktā un lauka pieeja. Turklāt tagad mēs zinām, ka elektrības un magnētisma parādību mehāniskā interpretācija galu galā balstījās uz to diskrētu un korpuskulāru interpretāciju, kad tās tika uzskatītas par īpašām vielām, t.i. kad to identificē ar sava veida vielu.

Universālāku pieeju visu fizisko parādību vienotam skaidrojumam no vienota lauka teorijas viedokļa kā grandiozu programmu izvirzīja relativitātes teorijas veidotājs A. Einšteins, taču tā palika nerealizēta. Tās galvenais

idejas kļūs skaidras pēc tam, kad iepazīsimies ar relativitātes teoriju.

Diskrētības un nepārtrauktības dialektiskā mijiedarbība atrod savu spilgto iemiesojumu mūsdienu kvantu lauka teorijās. Patiešām, mijiedarbība kvantu teorija elektromagnētiskais lauks rodas fotonu savstarpējas apmaiņas rezultātā, šī lauka kvanti. To pašu var teikt par gravitācijas lauku, kur šāda mijiedarbība tiek veikta ar gravitonu palīdzību, hipotētiskām šāda lauka daļiņām. Lauka daļiņas jeb kvanti katrā telpas punktā rada spēku lauku, kas iedarbojas uz citām daļiņām.

Pats lauks fizikas vēsturē ir interpretēts dažādi. Pirmajās elektromagnētisma koncepcijās lauks tika uzskatīts tīri mehāniski, proti, kā spēka līniju spriegums starp lādiņiem, bet optikā kā īpašas, visu caurstrāvas vides - pasaules ētera - elastīgas svārstības. Pēc šāda pieņēmuma noraidīšanas vispirms elektromagnētiskā lauka teorijā un pēc tam relativitātes teorijā uz sava veida ētera lomu mūsdienu fizikā šķietami pretendē fiziskais vakuums. Kvantu lauka teorijā tas tiek uzskatīts par kvantizēto lauku zemākās enerģijas stāvokli, kurā nav reālu daļiņu. Tomēr virtuālo procesu iespēja vakuumā rada noteiktus efektus, kad tas mijiedarbojas ar reālām daļiņām. Kvantu lauka teorijā fiziskā vakuuma jēdziens tiek uzskatīts par galveno, jo tā īpašības nosaka visu pārējo sistēmas stāvokļu īpašības.

Tādējādi, attīstoties fizikai, priekšstati par vielu un lauku ir radikāli mainījušies. Viņu agrākā pretestība klasiskajā fizikā ir devusi ceļu izpratnei par viņu attiecībām un mijiedarbību mūsdienu fizikā. No vienas puses, matērija tiek uzskatīta par noteiktu diskrētu mijiedarbojošu elementārdaļiņu sistēmu. No otras puses, lauks kā nepārtraukta integritāte sastāv no lauka kvantiem, kas savā starpā apmainās ar enerģiju un tādējādi nodrošina pašas sistēmas pastāvēšanu un kustību.

Pamatjēdzieni un jautājumi

īss diapazons liels attālums

Vakuuma (fiziskā) izšķirtspēja

Vielas difrakcija

Viļņu traucējumi

Enerģijas kvants Fotoelektriskais efekts

Optika Elektromagnētiskā indukcija

Radioviļņi Elektromagnētiskais lauks

Gaisma Elektromagnētiskās vibrācijas

1. Kā sākotnēji tika izskaidrotas elektrības un magnētisma parādības?

2. Kādi atklājumi kļuva par pamatu elektromagnētiskā lauka teorijas radīšanai?

3. Kādos gadījumos elektriskie lādiņi rada magnētisko lauku?

4. Kas ir statiskais elektriskais lauks?

5. Kādā gadījumā statiskais lauks var pārvērsties dinamiskā laukā un izveidot magnētisko lauku?

6. Kad magnēts rada elektrisko lauku?

7. Kāda ir saistība starp elektrību un magnētismu?

8. Uz kādiem atklājumiem Maksvels paļāvās, veidojot savu elektromagnētiskā lauka teoriju?

9. Kādas jaunas sekas tika iegūtas no Maksvela teorijas?

10. Kāpēc optiskās parādības sāka uzskatīt par elektromagnētiskām?

11. Kāda ir elektromagnētisko viļņu būtība?

12. Kā gaismas viļņi atšķiras no citiem elektromagnētiskajiem viļņiem?

13. Kā notiek enerģijas pārnešana elektromagnētiskajā laukā?

14. Kāda ir atšķirība starp lauku un vielu?

Literatūra

Galvenais:

Zinātnes filozofija. Mūsdienu zinātnes jomu filozofiskās problēmas

zināšanas. M., 2005. gads. Einšteins A., Infelds L. Fizikas evolūcija // Einšteins A. Sobr. zinātnisks

Darbs: 4 sējumos T. 4. S. 401-452. 100 gadi kvantu teorijai. Stāsts. Fizika. Filozofija. M., 2002. gads.

Papildus:

Feinmena lekcijas par fiziku. Izdevums. 3. Radiācija. Viļņi. Quanta. M.,

1966. Č. 28. Feinmena lekcijas par fiziku. Izdevums. 5. Elektrība un magnētisms. M.,

1966. Č. 1. Filozofija: enciklopēdiskā vārdnīca / Red. A.A. Ivin. M., 2004. gads.

FEDERĀLĀ IZGLĪTĪBAS AĢENTŪRA

ROSTOVAS VALSTS EKONOMISKĀ UNIVERSITĀTE "RINH"

TIRDZNIECĪBAS UN TIRDZNIECĪBAS FAKULTĀTE

FILOZOFIJAS UN KULTUROLOĢIJAS KRIEDS

par tēmu: "Pasaules elektromagnētiskais attēls"

Pabeigts:

students gr. 211 E.V. Popovs

Pārbaudīts:

Rostova pie Donas

Ievads

1. Elektromagnētisma eksperimentālie pamatlikumi

2. Elektromagnētiskā lauka teorija D. Maksvels

3. Lorenca elektroniskā teorija

Secinājums

Bibliogrāfija

Ievads

Ilgu laiku cilvēka dzīvē lielu nozīmi ieguva ne tikai tās zināšanas, kurām bija tieša praktiska nozīme, bet arī tās, kas attiecas uz vispārīgiem priekšstatiem par dabu, sabiedrību un pašu cilvēku. Tieši pēdējie it kā satur cilvēku garīgo pasauli vienotā veselumā. Uz to pamata radās, veidojās un attīstījās tradīcijas visās cilvēka darbības jomās. Svarīga loma ir tam, kā cilvēks attēlo pasaules uzbūvi. Cilvēka pašapziņa tiecas iztēloties apkārtējo pasauli, t.i. redzēt ar prāta aci to, ko sauc par Visumu, un atrast savu vietu starp apkārtējām lietām, noteikt savu pozīciju kosmiskajā un dabiskajā hierarhijā. Kopš seniem laikiem cilvēkus uztrauc jautājumi par Visuma uzbūvi, par tā zināšanu iespējām, praktisko attīstību, par tautu un visas cilvēces likteņiem, par laimi un taisnīgumu cilvēka dzīvē. Bez vēlmes izprast pasauli tās integritātē, vēlmes izprast dabu un sociālās parādības, cilvēce nebūtu radījusi zinātni, mākslu vai literatūru.

Mūsdienu zinātnes mērķis ir veidot vienotu, neatņemamu pasaules attēlu, attēlojot to kā savstarpēji saistītu "esības tīklu". Sabiedrības apziņā vēsturiski veidojas un pamazām mainās dažādi pasaules tēli, ko parasts cilvēks uztver kā dotu, kā objektivitāti, kas pastāv neatkarīgi no mūsu personīgajiem uzskatiem. Pasaules attēls nozīmē it kā redzamu Visuma portretu, Visuma tēlainu konceptuālu kopiju, uz kuru skatoties, var saprast un saskatīt realitātes kopsakarības un savu vietu tajā. Tas nozīmē izpratni par to, kā pasaule darbojas, kādi likumi to pārvalda, kas ir tās pamatā un kā tā attīstās. Tāpēc jēdziens "pasaules attēls" ieņem īpašu vietu dabaszinātņu struktūrā.

1. Elektromagnētisma eksperimentālie pamatlikumi

Apsveriet pasaules elektromagnētisko ainu kopš tās pirmsākumiem. Fizika ir devusi nozīmīgu ieguldījumu šajā attēlā.

2) lādiņa lielums nav atkarīgs no tā ātruma;

3) punktveida lādiņu mijiedarbības likums jeb Kulona likums:

. Elektrostatiskais lauks ir potenciāls. Tās enerģijas raksturlielums ir potenciāls φ.

. Atšķirībā no neslēgtām elektriskā lauka līnijām (1. att.), magnētiskā lauka līnijas ir slēgtas (2. att.), t.i. tas ir virpulis.

1820. gada septembrī franču fiziķis, ķīmiķis un matemātiķis A.M. Ampère izstrādā jaunu elektrības zinātnes sadaļu - elektrodinamiku.

Angļu fiziķa M. Faradeja (1791-1867) pētījumi elektromagnētisma izpētei deva zināmu pilnīgumu. Zinot par Oersted atklāšanu un daloties idejā par attiecībām starp elektrības un magnētisma parādībām, Faradejs 1821. gadā izvirzīja uzdevumu "pārveidot magnētismu elektrībā". Pēc 10 gadu ilga eksperimentāla darba viņš atklāja elektromagnētiskās indukcijas likumu. Likuma būtība ir tāda, ka mainīgs magnētiskais lauks noved pie indukcijas EML rašanās EML i = k * dФ m / dt, kur dФ m / dt ir magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrums caur virsmu, kas nostiepta uz virsmas. ķēde. No 1831. līdz 1855. gadam Faradeja pamatdarbs "Eksperimentālie pētījumi elektrībā" tiek izdots sēriju veidā.

Pasaules elektromagnētiskais attēls sāka veidoties 19. gadsimta otrajā pusē. pamatojoties uz pētījumiem elektromagnētisma jomā. Galvenā loma šeit bija M. Faradeja un D. Maksvela pētījumiem, kuri ieviesa fiziskā lauka jēdzienu. Šīs koncepcijas veidošanās procesā ētera mehāniskais modelis tika aizstāts ar elektromagnētisko modeli: elektriskie, magnētiskie un elektromagnētiskie lauki sākotnēji tika traktēti kā dažādi ētera "stāvokļi". Pēc tam nepieciešamība pēc ētera pazuda. Radās izpratne, ka elektromagnētiskais lauks pats par sevi ir noteikta veida matērija un tā izplatīšanai nav nepieciešams īpašs ēteris.

20. gadsimta trīs desmitgades turpināja veidoties pasaules elektromagnētiskais attēls. Viņa izmantoja ne tikai magnētisma doktrīnu un atomisma sasniegumus, bet arī dažas mūsdienu fizikas idejas (relativitātes teorija un kvantu mehānika). Pēc tam, kad dažādas jomas kopā ar matēriju kļuva par fizikas izpētes objektu, pasaules attēls kļuva sarežģītāks, taču tas joprojām bija klasiskās fizikas attēls.

Tās galvenās iezīmes ir šādas. Saskaņā ar šo attēlu matērija eksistē divās formās - matērijā un laukā, starp kurām ir necaurredzama līnija: matērija nepārvēršas par lauku un otrādi. Ir divu veidu lauki – attiecīgi elektromagnētiskais un gravitācijas – divu veidu fundamentālā mijiedarbība. Lauki, atšķirībā no matērijas, tiek nepārtraukti sadalīti telpā. Elektromagnētiskā mijiedarbība izskaidro ne tikai elektriskās un magnētiskās parādības, bet arī citas - optiskās, ķīmiskās, termiskās. Tagad visi cenšas reducēt līdz elektromagnētismam. Ārpus elektromagnētisma dominēšanas sfēras paliek tikai gravitācija.

Par elementāriem "ķieģeļiem", no kuriem sastāv visa matērija, tiek uzskatītas trīs daļiņas - elektrons, protons un fotons. Fotoni ir elektromagnētiskā lauka kvanti. Korpuskulāro viļņu duālisms "saskaņo" lauka viļņveida raksturu ar korpuskulāro, t.i. apsverot elektromagnētisko lauku, tiek izmantoti viļņu un korpuskulāri (fotonu) attēlojumi. Vielas elementārie "celtniecības bloki" ir elektroni un protoni. Viela sastāv no molekulām, atomu molekulām, atomam ir masīvs kodols un elektronu apvalks. Kodols sastāv no protoniem. Spēki, kas iedarbojas uz vielu, tika samazināti līdz elektromagnētiskajiem spēkiem. Šie spēki ir atbildīgi par starpmolekulārām saitēm un saitēm starp atomiem molekulā; tie tur atoma čaulas elektronus tuvu kodolam; tie nodrošina arī atoma kodola spēku (kas izrādījās nepareizs). Elektrons un protons ir stabilas daļiņas, tāpēc arī atomi un to kodoli ir stabili. Attēls no pirmā acu uzmetiena izskatījās nevainojams. Bet tādi "sīkumi", kā toreiz tika uzskatīti, piemēram, radioaktivitāte utt., Šajos rāmjos neiederējās. Drīz vien kļuva skaidrs, ka šie "sīkumi" ir fundamentāli. Tieši viņi noveda pie pasaules elektromagnētiskā attēla "sabrukuma".

Pasaules elektromagnētiskais attēls bija milzīgs solis uz priekšu pasaules izpratnē. Daudzas no tā detaļām ir saglabājušās mūsdienu dabaszinātņu ainā: fiziskā lauka jēdziens, to spēku elektromagnētiskais raksturs, kas ir atbildīgi par dažādām parādībām matērijā (bet ne pašos atomos), atoma kodolmodelis, matērijas korpuskulāro un viļņu īpašību duālisms (dualitāte) utt. Bet arī šajā pasaules attēlā dominē nepārprotamas cēloņsakarības, viss ir stingri iepriekš noteikts tāpat. Varbūtiskās fiziskās likumsakarības netiek atzītas par fundamentālām un tāpēc arī tajā nav iekļautas. Šīs varbūtības tika attiecinātas uz molekulu kolektīviem, un pašas molekulas joprojām ievēroja nepārprotamus Ņūtona likumus. Priekšstati par cilvēka vietu un lomu Visumā nav mainījušies. Tādējādi pasaules elektromagnētisko ainu raksturo arī metafiziskā domāšana, kur viss ir skaidri norobežots, nav iekšēju pretrunu.