3,22 Mb.страница7/21Дата конвертации22.09.2011Размер3,22 Mb.Тип Смотрите также: 7 ^ 5. Электродинамика и оптика Со времен античности были известны способности тел к электризации и намагничиванию Фалес Милетский (7-6 вв. до н.э.) даже считал, что магнит имеет душу. А электрические свойства янтаря (по-гречески, электрон) имеют развитие в современной электронике. Как стало известно в основном в XIX в., магнитные силы имеют не радиальный характер. Впрочем, как уже частично отмечалось, и электрические, и магнитные силы убывают обратно пропорционально квадрату расстояния. В силу ранее сказанного, здесь мы имеем проявления свойств евклидова пространства. Вопрос заключается только в том, до каких малых расстояний закон обратных квадратов верен. Впрочем, этот вопрос выходит за рамки классической электродинамики, но не за рамки нашего курса, и мы вернемся к нему в дальнейшем. Электрические и магнитные, а также оптические явления исследовали многие известные ученые. Назовем лишь некоторые имена: Гильберт, Кулон, Эрстед, Ампер, Гюйгенс, Френель, Араго, Т. Юнг и ряд других. Вследствие краткости нашего изложения остановимся на поистине революционном вкладе, внесенном в науку об электричестве, магнетизме и свете гениальным английским ученым-самоучкой Майклом Фарадеем (1791-1867), который получил впоследствии теоретическое обобщение в трудах Джеймса Клерка Максвелла (1831-1879). М. Фарадей был, по-видимому, первым, кто бросил вызов ньтонианской картине мира. Великий английский физик-экспериментатор ввел понятие поля (электрического, магнитного, электромагнитного) формально, как это делали в теории механики и до него. Он впервые описал силовые линии поля как нечто реально существующее и доказал правомерность такого подхода. Он открыл у переменных полей способность «проталкивать» друг друга через пустое пространство, порождая своего рода (бестелесную) волну. Он же высказал предположение, что свет может состоять из таких волн. В то время господствовала точка зрения (ньютонианский подход), что электромагнитные поля всего лишь удобные вспомогательные математические понятия для описания «настоящей» ньютонианской физической реальности - действия на расстоянии (дальнодействия) точечных частиц. После опытов Фарадея физика вновь вернулась к декартовым идеям близкодействия, от которых отошла в механике Ньютона. Не кажется ли вам, что линия Декарт - Ньютон в истории науки напоминает линию Демокрит - Платон?^ 5.1. Уравнения Максвелла Столкнувшись с обнаруженными Фарадеем экспериментальными фактами и с более ранними открытиями А. М. Ампера и других исследователей, великий шотландский физик и математик Джеймс Клерк Максвелл задумался над математической формой уравнений, описывающих электрические и магнитные поля, а также их взаимное превращение. Установлению уравнений Mаксвелла предшествовал ряд открытий законов взаимодействий заряженных, намагниченных и токонесущих тел (в частности, законов Кулона, Био - Савара, Ампера). В 1831 M. Фарадей открыл закон электромагнитной индукции и примерно в то же время ввёл понятие электрического и магнитного полей как самостоятельных физических субстанций. Опираясь на фарадеевское представление о поле и введя ток смещения, равнозначный по своему магнитному действию обычному электрическому току, Дж. К. Максвелл (J. С. Maxwell, 1864) сформулировал систему уравнений, названную впоследствии ур-ниями Максвелла. M. у. функционально связывают электрические и магнитные поля с зарядами и токами и охватывают собой все известные закономерности макроэлектромагнетизма. Впервые об уравнениях Mаксвелла было доложено на заседании Лондонского Королевского общества 27 окт. 1864. Первоначально Максвелл прибегал к вспомогательным механическим моделям "эфира", но уже в "Трактате об электричестве и магнетизме" (1873) электромагнитное поле рассматривалось как самостоятельный, физический объект. Физическая основа уравнений Mаксвелла - принцип близкодействия, утверждающий, что передача электромагнитных возмущений от точки к точке происходит с конечной скоростью (в вакууме со скоростью света с). Он противопоставлялся ньютоновскому принципу дальнодействия, сводящемуся к мгновенной передаче воздействий на любое расстояние Математическим аппаратом теории Максвелла послужил векторный анализ, представленный в инвариантной форме через кватернионы Гамильтона. Сам Максвелл считал, что его заслуга состоит лишь в математическом оформлении идей Фарадея. Нельзя сказать, что Максвелл работал в теоретическом отношении на абсолютно пустом месте. Так в науке не бывает. Уже существовали уравнения аэро- и гидромеханики, теория потенциала в механике и, наконец, отдельные попытки математического описания опытов Фарадея, сделанные другими. Но полной картины электромагнитного поля не описал никто. Выводы Максвелла были результатом собственных теоретических постулатов отчасти физических, отчасти математических, а где-то - даже эстетических. Максвеллу удалось вычислить скорость, с которой электромагнитное поле должно было распространяться в пространстве. И она в результате оказалась равной скорости света, незадолго до этого измеренной А. Физо (1819-1896). Кроме того, электромагнитные волны интерферировали и обладали способностью поляризоваться, как и свет. Помимо объяснения свойств видимого света, для которого длины волн должны были лежать в диапазоне 4 - 7*10-7 м, Максвелл предсказал существование электромагнитных волн других длин, порождаемых существованием электрических токов в проводниках. Существование предсказанных волн было установлено Г. Герцем в 1888 г. Система уравнений Максвелла в системе СИ выглядит следующим образом. , ,(2.10) , .Здесь - электрическое, а - магнитное поля, - магнитная индукция, - плотность электрического тока,
А. Г. Роках физика, техника, инте
5. Электродинамика и оптика - А. Г. Роках физика, техника, инте
Комментариев нет:
Отправить комментарий