Презентация на тему: Формирование электромагнитной картины мира

Лекция №5. Формирование электромагнитной картины мира Давыдов Виктор Николаевичпроф. каф. современного естествознания и экологииИНЖЭКОН

Эмпирическая база создания теории электромагнитных явлений

Закон Кулона (Шарль Огюстен де Кулон 1736-1806 ) «Электрические силы ослабевают обратно пропорционально квадрату расстояния».1780 г.

Датский физик Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851) Электрический токсоздает вокруг себямагнитное поле.1819 г.

Андре Мари Ампер (1775 —1836) Построил первую теорию магнетизма, основан-ную на гипотезе молекулярных токов, согласнокоторой магнитные свойства вещества обуслов-лены электрическими токами, циркулирующимив молекулах. Отрицал существование магнитных зарядов.

Континуальные и корпускулярные теории электромагнетизма (середина 19 в.)Полевая концепция строения материи ФарадеяВсе пространство занимает поле, а атомы лишь его сгустки.Силовые линии поля – потоки или распространяющиеся колебания.Корпускулярная теория немецкого физика Вильгельма Вебера (1804-1891) Электромагнитные явления – следствие движения корпускул электрических зарядов.

Единая теория электрических и магнитных явленийАнглийский физик Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879), ученик Фарадея.Сформулировал фундаментальные уравнения электродинамики, связывающие напряженность электрического и магнитного полей с распределенными в пространстве электрическими зарядами и токами. Гипотеза о существовании электромагнитного поля и электромагнитных волн.Книга: «Динамическая теория электромагнитного поля», 1864 г.

Уравнения Максвелла Связывают величины, характеризующие электромаг-нитное поле, с распределением в пространстве элек-трических зарядов и токов. В пустоте электромагнитное поле характеризуется дву-мя векторными величинами:1) напряжённостью электрического поля Е и2) магнитной индукцией В. Эти величины определяют силы, действующие со сто-роны поля на заряды и токи, распределение которых впространстве задаётся плотностью заряда ρ (зарядом вединице объёма) и плотностью тока j (зарядом, перено-симым в единицу времени через единичную площадку,перпендикулярную направлению движения зарядов).

Экспериментальное подтверждение существования электромагнитных волнНемецкий физик Генрих Герц (1857-1894), 1888 г.

Гипотеза об общей природе электромагнитного излучения и света подтвержденаСкорости света и электромагнитных волн одинаковы, 300000 км/с

Основные положения электромагнитной картины мира1. Электромагнитное поле – одна из форм существования материи;2. Электромагнитное поле существует в виде электромагнитных волн;3. Электромагнитные волны обладают энергией и импульсом.4. Источник магнитного поля – электрический ток. 5. Электромагнитное взаимодействие обеспечивает устойчивость атомов и молекул.

Последствия становления электромагнитной картины мира (конец 19 в)Атомы перестали считать неделимыми частицами вещества. Началось развитие теории строения вещества;На базе развития теории строения вещества разрабатывается теория строения органических соединений, органический синтез.Развиваются химическая термодинамика и химическая кинетика.

Последствия становления электромагнитной картины мира (конец 19 в)4. Применение методов физики и химии в биологии. Чарльз Дарвин «Происхождение видов путем естественного отбора).5. Формирование представления о Вселенной как о бесконечной в пространстве и времени, стационарной системе.

Вторая половина 19 века – завершение построения классического естествознания и возникновение первых противоречий

1. В различных ситуациях свет проявляет или корпускулярные, или волновые свойства а) Представления о волновой природе света были обоснованы в классической электродинамике Максвелла. б)Излучение нагретых тел, фотоэффект, закономерности строения спектров атомов металлов требовали для объяснения представления света состоящим из отдельных частиц.

2. Открытие рентгеновских лучей (1895 г.) и радиоактивности (1996 г.) а) Объяснение этих явлений с точки зрения классической науки отсутствовали;б) При радиоактивном распаде было обнаружено «кажущееся» нарушение закона сохранения массы.3. Факты, противоречащие представлению о стационарности ВселеннойРазбегание галактик.

Принцип относительности Галилея и электромагнитные явления Законы физики одинаковы с точки зрения любого наблюдателя, двигающегося относительно объекта наблюдения равномерно и прямолинейно.Пусть электрический заряд покоится в сис-теме координат x,y,z, он создает вокруг себяэлектрическое поле. Но для наблюдателя всистеме x1, y1, z1заряд движется и создаетмагнитное поле. Противоречие!

Специальная теория относительности (СТО) Здравый смысл – это сумма предубеждений, приобретенных до восемнадцатилетнего возраста. А. ЭйнштейнА. Эйнштейн, 1905 г. ( «К электродинамике движущихся тел» в немецком журнале «Анналы физики»). Постулаты 1. Принцип относительности (Галилея) – любые физические процессы протекают одинаково в различных системах отсчета. 2. Принцип постоянства скорости света – скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника.

Формулы преобразования Лоренца Эйнштейн показал, что преобразования координат Лоренца отражают не реальное изменение геометрических размеров движущихся тел и промежутков времени, а изменение результатов измерений в зависимости от выбора системы отсчета. По Эйнштейну в движущейся системе размеры тел сокращаются, и время замедляется по отношению к неподвижному внешнему наблюдателю, а внутри самой системы все процессы протекают обычным образом.

Следствия СТО Объяснение релятивистских эффектов.Зависимость длительности интервала времени между двумя событиями от выбора системы отсчета.Покоящиеся пи-мезоны имеют среднее время жизни 2,6∙10-8 с, а двигающиеся со скоростью 0,75с живут 3,9∙10-8 с.

Принцип соответствия Старая теория – частный случай новой.Механика Ньютона – частный случай специальной теории относительности.

Специальная теория относительности (СТО), раскрыв взаимосвязь пространства и времени между собой, не смогла ответить на вопросы о том, как связаны они с телами, находящимися в пространстве, и полями тяготения. Процесс поиска ответа на эти вопросы завершился построением общей теории относительности (ОТО).

Темы коротких сообщений 1.История открытия лучей Рентгена.2. Опыты Герца с электромагнитными волнами.3. Кто изобрел радио? Российская, итальянская, американская версии.4. История создания уравнений Максвелла.5. История разработки систем мобильной связи.6. Специальная теория относительности и парадокс близнецов.7. Экспериментальные доказательства справедливости специальной и общей теорий относительности.8. История создания квантовой механики.

Благодарю за внимание!