Теория электромагнитного поля Максвелла. О чем рассказывает свет

Теория электромагнитного поля Максвелла. О чем рассказывает свет

ВикиЧтение

О чем рассказывает свет
Суворов Сергей Георгиевич

Содержание

Теория электромагнитного поля Максвелла

Заслуга Максвелла состоит в том, что он нашел математическую форму уравнений, в которых связаны воедино значения электрической и магнитной напряженностей, которые создают электромагнитные волны, со скоростью распространения их в средах, обладающих определенными электрическими и магнитными характеристиками. Короче говоря, заслуга Максвелла состоит в создании теории электромагнитного поля.

Создание этой теории позволило Максвеллу высказать еще одну замечательную идею.

В конкретном случае взаимодействия токов и зарядов он измерил электрические и магнитные напряжения, учел величины, характеризующие электрические и магнитные свойства пространства, лишенного вещественной среды («пустоты»).

Подставив все эти данные в свои уравнения, он вычислил скорость распространения электромагнитной волны. По его подсчетам, она оказалась равной 300 тысячам километров в секунду, т. е. равной скорости света! А ведь в свое время скорость света определяли чисто оптически: расстояние, пройденное световым сигналом от источника до приемника, делили на время его движения; никто при этом и думать не мог ни об электрических и магнитных напряженностях, ни об электрических и магнитных свойствах среды.

Случайно ли такое совпадение скоростей?

Максвелл сделал смелое предположение: скорость света и скорость электромагнитных волн одинаковы потому, что свет имеет ту же природу — электромагнитную.

Теория поля — язык физики

Теория поля — язык физики Понятие полей впервые ввел выдающийся британский ученый XIX в. Майкл Фарадей. Сын небогатого кузнеца, Фарадей был гением-самоучкой, ставившим сложные опыты с электричеством и магнетизмом. Он представлял силовые линии, которые, подобно длинным

Теория гравитационного поля

Теория гравитационного поля Эйнштейну, который сформулировал свой физический принцип, не зная о трудах Римана, недоставало математического языка и способностей, необходимых для выражения этого принципа. Три долгих, обескураживающих года (1912–1915) он провел в

Струнная теория поля

Струнная теория поля Со времен новаторского труда Фарадея все физические теории записывались в виде полей. На теории поля основана максвелловская теория света, как и теория Эйнштейна. По сути дела, вся физика частиц опирается на теорию поля. Не основана на ней только

Возникновение и развитие теории электромагнитного поля

Возникновение и развитие теории электромагнитного поля Гипотеза поперечных световых волн Френеля поставила перед физикой ряд трудных проблем, касающихся природы эфира, т. е. той гипотетической среды, в которой распространяются световые колебания. Перед этими

От силовых линий Фарадея до поля Максвелла

От силовых линий Фарадея до поля Максвелла Талантливому человеку сделать великое открытие иногда помогает даже недостаток образования. Сын кузнеца, ученик переплетчика, Фарадей был самоучкой, но своим интересом к науке и способностями обратил на себя внимание видного

42. Понятие о теории Максвелла. Ток смещения

42. Понятие о теории Максвелла. Ток смещения Дж. Максвелл создал в рамках классической физики теорию электромагнитного поля. В основе теории Дж. Максвелла лежат два положения.1. Всякое перемещенное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле. Переменное

6.4. Об инвариантности уравнений Максвелла

6. 4. Об инвариантности уравнений Максвелла Требование инвариантности (неизменности) уравнений Максвелла при описании распространения электромагнитного излучения в системе, относительно которой источник движется с некоторой скоростью, является математической формой

Глава 9 Демон Максвелла

Глава 9 Демон Максвелла Участвуя на протяжении многих месяцев в невероятных приключениях, в ходе которых профессор не упускал удобного случая посвятить мистера Томпкинса в тайны физики, мистер Томпкинс все более проникался очарованием мисс Мод. Наконец, настал день,

Теория электромагнетизма Максвелла

Теория электромагнетизма Максвелла Столетием позже, в 1864 г., Дж. К. Максвелл (1831-1879) открыл электромагнитную, а не упругую природу световых колебаний, обобщив это в знаменитых уравнениях, которые носят его имя и описывают различающиеся электрические и магнитные явления

Глава 4 Возникновение концепции электромагнитного поля.

М. Фарадей, Дж. К. Максвелл

Глава 4 Возникновение концепции электромагнитного поля. М. Фарадей, Дж. К. Максвелл 4.1. Англия в XIX веке Невозможно найти прямую связь между такими событиями как открытие Фарадеем самоиндукции (1831), введением Максвеллом тока смещения (1867) и, скажем, парламентской реформой

Электромагнитное поле. Школьный курс физики

Главная | Физика 9 класс

| Электромагнитное поле

Явление электромагнитной индукции было открыто Фарадеем в 1831 г.

В том же году в Англии родился Джеймс Максвелл, ставший впоследствии учёным и сделавший важнейшее научное открытие, которое позволило глубже понять сущность явления электромагнитной индукции.

Джеймс Максвелл (1831 — 1879)
Английский физик. Теоретически предсказал существование электромагнитных волн, определил, что в вакууме они должны распространяться со скоростью света. Создал теорию электромагнитного поля

Напомним, что согласно явлению электромагнитной индукции при изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает индукционный ток. Но ток может возникнуть только при наличии электрического поля.

Предположение о возникновении электрического поля в результате изменения магнитного сразу вызвало у учёных ряд вопросов. Например: отличается ли оно от поля, созданного неподвижными электрическими зарядами?

Возникает ли это поле только в проводнике или существует и в пространстве вокруг него? Играет какую-либо роль в возникновении электрического поля замкнутый проводник, по которому протекает индукционный ток, или оно существует в пространстве независимо от наличия проводника?

Ответы на эти и другие вопросы были получены в 1865 г., когда Максвелл создал теорию электромагнитного поля. Он теоретически доказал, что всякое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению переменного электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает переменное магнитное поле.

Эти порождающие друг друга переменные электрическое и магнитное поля образуют единое электромагнитов поле.

Источником электромагнитного поля служат ускоренно движущиеся электрические заряды

.

Если электрические заряды движутся с ускорением, например колеблются, то создаваемое ими электрическое поле периодически меняется. Переменное электрическое поле создаёт в пространстве переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, порождает переменное электрическое и т. д.

Переменное электрическое поле называется вихревым, поскольку его силовые линии замкнуты подобно линиям индукции магнитного поля. Это отличает его от поля электростатического (т. е. постоянного, не меняющегося во времени), которое существует вокруг неподвижных заряженных тел. Силовые линии электростатического поля начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных.

Открытие электромагнитного поля позволило более детально описать механизм возникновения индукционного тока. Во всех опытах по получению индукционного тока (см. § 39 «Явление электромагнитной индукции»)тем или иным образом изменялся магнитный поток, пронизывающий контур замкнутого проводника. При этом, согласно теории Максвелла, возникало вихревое электрическое поле, под действием которого свободные заряды, всегда имеющиеся в проводнике, приходили в направленное движение. В данном случае проводник, замкнутый на гальванометр, играл лишь роль индикатора, обнаруживающего возникшее в данной области пространства электрическое поле.

Электрическое поле существует независимо от наличия проводника.

Созданная Максвеллом теория, позволившая предсказать существование электромагнитного поля за 22 года до того, как оно было обнаружено экспериментально, считается величайшим из научных открытий, роль которого в развитии науки и техники трудно переоценить.

Вопросы:

1. Кем и когда была создана теория электромагнитного поля и в чём заключалась её суть?

2. Что служит источником электромагнитного поля?

3 Чем отличаются силовые линии вихревого электрического поля от силовых линий электростатического?

4. Опишите механизм возникновения индукционного тока, опираясь на знание о существовании электромагнитного поля.

Упражнения:

Упражнение № 40

В опыте, изображённом на рисунке 120, при замыкании ключа сила тока, протекающего через катушку А, в течение некоторого промежутка времени увеличивалась. При этом в цепи катушки C возникал кратковременный ток. Отличаются ли чем-нибудь электрические поля, под действием которых возникали токи в катушках А и С? Существовали бы эти поля в момент замыкания ключа, если бы не было катушки C с гальванометром?

Рис. 120. Возникновение индукционного тока при замыкании и размыкании электрической цепи

Предыдущая страницаСледующая страница

Свет | Определение, свойства, физика, характеристики, типы и факты

видимый спектр света

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:

Исаак Ньютон Альберт Эйнштейн Джеймс Клерк Максвелл Птолемей Роджер Бэкон

Похожие темы:

цвет Солнечный лучик фотон интенсивность света скорость света

Просмотреть весь связанный контент →

Популярные вопросы

Что такое свет в физике?

Свет — это электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом. Электромагнитное излучение возникает в чрезвычайно широком диапазоне длин волн, от гамма-лучей с длиной волны менее примерно 1 × 10 ⁻¹¹ метров до радиоволн, измеряемых в метрах.

Какова скорость света?

Скорость света в вакууме является фундаментальной физической константой, и в настоящее время принято значение 29. 9 792 458 метров в секунду, или около 186 282 миль в секунду.

Что такое радуга?

Радуга образуется при преломлении солнечного света сферическими каплями воды в атмосфере; два преломления и одно отражение в сочетании с хроматической дисперсией воды создают первичные цветовые дуги.

Почему свет важен для жизни на Земле?

Свет является основным инструментом восприятия мира и взаимодействия с ним для многих организмов. Солнечный свет согревает Землю, определяет глобальные погодные условия и запускает поддерживающий жизнь процесс фотосинтеза; около 10 ²² джоулей солнечной лучистой энергии достигает Земли каждый день. Взаимодействие света с материей также помогло сформировать структуру Вселенной.

Каково отношение цвета к свету?

В физике цвет ассоциируется именно с электромагнитным излучением определенного диапазона длин волн, видимым человеческому глазу. Излучение таких длин волн составляет часть электромагнитного спектра, известную как видимый спектр, т. е. свет.

свет , электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом. Электромагнитное излучение возникает в чрезвычайно широком диапазоне длин волн, от гамма-лучей с длиной волны менее примерно 1 × 10 ⁻¹¹ метров до радиоволн, измеряемых в метрах. В этом широком спектре длины волн, видимые человеку, занимают очень узкую полосу, от примерно 700 нанометров (нм; миллиардных долей метра) для красного света до примерно 400 нм для фиолетового света. Области спектра, примыкающие к видимому диапазону, часто также называют световыми, инфракрасными с одной стороны и ультрафиолетовыми с другой. Скорость света в вакууме — фундаментальная физическая константа, принятое в настоящее время значение которой равно ровно 299 792 458 метров в секунду, или около 186 282 миль в секунду.

Нет однозначного ответа на вопрос «Что такое свет?» удовлетворяет множеству контекстов, в которых свет воспринимается, исследуется и используется. Физик интересуется физическими свойствами света, художник — эстетической оценкой визуального мира. Благодаря зрению свет является основным инструментом восприятия мира и общения в нем. Солнечный свет согревает Землю, определяет глобальные погодные условия и запускает поддерживающий жизнь процесс фотосинтеза. В самом большом масштабе взаимодействие света с материей помогло сформировать структуру Вселенной. Действительно, свет дает окно во Вселенную, от космологических до атомных масштабов. Почти вся информация об остальной Вселенной достигает Земли в виде электромагнитного излучения. Интерпретируя это излучение, астрономы могут заглянуть в самые ранние эпохи Вселенной, измерить общее расширение Вселенной и определить химический состав звезд и межзвездной среды. Подобно тому, как изобретение телескопа значительно расширило возможности исследования Вселенной, так и изобретение микроскопа открыло сложный мир клетки. Анализ частот света, испускаемого и поглощаемого атомами, явился основным толчком к развитию квантовой механики. Атомная и молекулярная спектроскопия по-прежнему остается основным инструментом для исследования структуры вещества, обеспечивая сверхчувствительные тесты атомных и молекулярных моделей и способствуя изучению фундаментальных фотохимических реакций.

Свет передает пространственную и временную информацию. Это свойство лежит в основе областей оптики и оптических коммуникаций, а также множества связанных с ними технологий, как зрелых, так и развивающихся. Технологические приложения, основанные на манипулировании светом, включают лазеры, голографию и волоконно-оптические телекоммуникационные системы.

В большинстве повседневных обстоятельств свойства света можно вывести из теории классического электромагнетизма, в которой свет описывается как связанные электрические и магнитные поля, распространяющиеся в пространстве в виде бегущей волны. Однако эта волновая теория, разработанная в середине 19 в.го века недостаточно для объяснения свойств света при очень низкой интенсивности. На этом уровне квантовая теория необходима для объяснения характеристик света и взаимодействия света с атомами и молекулами. В своей простейшей форме квантовая теория описывает свет как состоящий из дискретных пакетов энергии, называемых фотонами. Однако ни классическая волновая модель, ни классическая модель частиц не описывают свет правильно; свет имеет двойственную природу, которая раскрывается только в квантовой механике. Этот удивительный корпускулярно-волновой дуализм характерен для всех первичных составляющих природы (например, электроны имеют как корпускулярный, так и волновой аспекты). С середины 20-го века физики считали законченной более полную теорию света, известную как квантовая электродинамика (КЭД). КЭД объединяет идеи классического электромагнетизма, квантовой механики и специальной теории относительности.

Викторина «Британника»

Физика и естественное право

В этой статье основное внимание уделяется физическим характеристикам света и теоретическим моделям, описывающим природу света. Его основные темы включают введение в основы геометрической оптики, классические электромагнитные волны и эффекты интерференции, связанные с этими волнами, а также основные идеи квантовой теории света. Более подробные и технические презентации этих тем можно найти в статьях «Оптика, электромагнитное излучение, квантовая механика и квантовая электродинамика». См. также относительность для получения подробной информации о том, как созерцание скорости света, измеренной в различных системах отсчета, сыграло решающую роль в развитии специальной теории относительности Альберта Эйнштейна в 1905 году. world

Хотя есть явные свидетельства того, что ряд ранних цивилизаций использовали простые оптические инструменты, такие как плоские и криволинейные зеркала и выпуклые линзы, древнегреческим философам обычно приписывают первые формальные рассуждения о природе света. Концептуальное препятствие, заключающееся в том, чтобы отличить человеческое восприятие визуальных эффектов от физической природы света, препятствовало развитию теорий света. В этих ранних исследованиях преобладало созерцание механизма зрения. Пифагор ( с. 500 до н.э.) предположил, что зрение вызывается визуальными лучами, исходящими из глаза и ударяющими по предметам, тогда как Эмпедокл ( ок. 450 до н.э.), по-видимому, разработал модель зрения, в которой свет излучался как предметами, так и глазом. Эпикур ( г. ок. г. 300 г. до н.э.) считал, что свет излучается другими источниками, помимо глаза, и что зрение возникает, когда свет отражается от объектов и попадает в глаз. Евклид ( г. ок. г. 300 г. до н.э.) в своей книге «Оптика » представил закон отражения и обсудил распространение световых лучей по прямым линиям. Птолемей ( с. 100 н.э.) предпринял одно из первых количественных исследований преломления света при переходе из одной прозрачной среды в другую, сведя в таблицу пары углов падения и пропускания для комбинаций нескольких сред.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

С упадком греко-римского царства научный прогресс переместился в исламский мир. В частности, аль-Махмун, седьмой аббасидский халиф Багдада, основал Дом Мудрости (Байт аль-Хикма) в 830 г. н.э. для перевода, изучения и улучшения эллинистических научных и философских трудов. Среди первых ученых были аль-Хорезми и аль-Кинди. Известный как «философ арабов», аль-Кинди расширил концепцию прямолинейно распространяющихся световых лучей и обсудил механизм зрения. К 1000 г. от пифагорейской модели света отказались, и возникла лучевая модель, содержащая основные концептуальные элементы того, что сейчас известно как геометрическая оптика. В частности, Ибн аль-Хайтам (латинизированный как Альхазен) в Китаб аль-маназир ( ок. 1038; «Оптика») правильно приписывал зрение пассивному восприятию световых лучей, отраженных от предметов, а не активному излучению световых лучей глазами. Он также изучал математические свойства отражения света от сферических и параболических зеркал и нарисовал подробные изображения оптических компонентов человеческого глаза. Работа Ибн аль-Хайтама была переведена на латынь в 13 веке и оказала побудительное влияние на францисканского монаха и естествоиспытателя Роджера Бэкона. Бэкон изучал распространение света через простые линзы и считается одним из первых, кто описал использование линз для коррекции зрения.

Динамическая теория электромагнитного поля Джеймса Клерка Максвелла

Перейти к рейтингам и обзорам

Оцените эту книгу

Джеймс Клерк Максвелл

Оцените эту книгу

2013 Переиздание издания 1865 года. Полное факсимиле оригинального издания, не воспроизведенное с помощью программного обеспечения для оптического распознавания. Одним из несомненных триумфов физики девятнадцатого века было открытие Максвеллом уравнений для электромагнитного поля. «Динамическая теория электромагнитного поля» — третья статья Джеймса Клерка Максвелла, посвященная электромагнетизму, опубликованная в 1865 году. Это статья, в которой впервые появился первоначальный набор из четырех уравнений Максвелла. Концепция тока смещения, которую он ввел в своей статье 1861 года «О физических силовых линиях», была впервые использована для вывода уравнения электромагнитной волны.

GenresPhysicsScience

116 pages, Paperback

First published January 28, 1982

---

---

About the author

James Clerk Maxwell FRS FRSE (Mathematics, Trinity College, Cambridge, 1851) was a Scottish mathematical physicist . Его самым выдающимся достижением была формулировка набора уравнений, описывающих электричество, магнетизм и оптику как проявления одного и того же явления, а именно электромагнитного поля. Достижения Максвелла в области электромагнетизма были названы «вторым великим объединением в физике» после первого, реализованного Исааком Ньютоном.

С публикацией Динамической теории электромагнитного поля в 1865 году Максвелл продемонстрировал, что электрические и магнитные поля распространяются в пространстве как волны, движущиеся со скоростью света. Максвелл предположил, что свет на самом деле представляет собой волнистость той же среды, которая является причиной электрических и магнитных явлений. Объединение световых и электрических явлений привело к предсказанию существования радиоволн.

Максвелл помог разработать распределение Максвелла-Больцмана, которое является статистическим средством описания аспектов кинетической теории газов. Он также известен тем, что представил первую долговечную цветную фотографию в 1861 году и за свою основополагающую работу по анализу жесткости стержневых каркасов (ферм), подобных тем, что используются во многих мостах.

Его открытия открыли новую эру в современной физике, заложив основы таких областей, как специальная теория относительности и квантовая механика. Многие физики считают Максвелла ученым 19-го века, оказавшим наибольшее влияние на физику 20-го века, и многие считают, что его вклад в науку не уступает вкладу Исаака Ньютона и Альберта Эйнштейна. В опросе тысячелетия — опросе 100 самых выдающихся физиков — Максвелл был признан третьим величайшим физиком всех времен, уступая только Ньютону и Эйнштейну.