Слайд 1Лекция №5. Формирование электромагнитной картины мира
Давыдов Виктор Николаевич
проф. каф. современного
                                                            
                                    
естествознания и экологии
ИНЖЭКОН
                                                                    
                            							
							
							
						 
											
                            Слайд 2	
 
Эмпирическая база создания теории электромагнитных явлений
                            							
														
						 
											
                            Слайд 3Закон Кулона 
(Шарль Огюстен де Кулон 1736-1806 )
«Электрические силы ослабевают
                                                            
                                    
обратно пропорционально квадрату расстояния».
1780 г.
                                                                    
                            							
														
						 
											
                            Слайд 4Датский физик Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851)
Электрический ток
создает вокруг себя
магнитное поле.
1819
                                                            
                                    
г.
                                                                    
                            							
														
						 
											
                            Слайд 5Андре Мари Ампер 
(1775 —1836) 
Построил первую теорию магнетизма, основан-
ную
                                                            
                                    
на гипотезе молекулярных токов, согласно
которой магнитные свойства вещества обуслов-
лены электрическими
                                    токами, циркулирующими
в молекулах. 
Отрицал существование магнитных зарядов.
 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 6
Континуальные и корпускулярные теории электромагнетизма (середина 19 в.)
Полевая концепция строения
                                                            
                                    
материи Фарадея
Все 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.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 7
Единая теория электрических и магнитных явлений
Английский 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.
 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 8Уравнения 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 и
2) магнитной индукцией В. 
Эти величины определяют силы, действующие со сто-
роны поля на заряды и токи, распределение которых в
пространстве задаётся плотностью заряда ρ (зарядом в
единице объёма) и плотностью тока j (зарядом, перено-
симым в единицу времени через единичную площадку,
перпендикулярную направлению движения зарядов). 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 9
Экспериментальное подтверждение существования электромагнитных волн
Немецкий физик Генрих Герц (1857-1894), 1888
                                                            
                                    
г.
                                                                    
                            							
														
						 
											
                            Слайд 10Гипотеза об общей природе электромагнитного излучения и света подтверждена
Скорости света
                                                            
                                    
и электромагнитных волн одинаковы, 300000 км/с
                                                                    
                            							
														
						 
											
                            Слайд 11
Основные положения электромагнитной картины мира
1. 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.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 12
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.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 13
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. 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 14Вторая половина 19 века – завершение построения классического естествознания и
                                                            
                                    
возникновение первых противоречий 
                                                                    
                            							
														
						 
											
                            Слайд 15
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. 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 16
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 Вселенной
Разбегание галактик. 
 
                                
                            							
														
						 
											
											
                            Слайд 18Принцип 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 себя
электрическое поле. Но для наблюдателя в
системе x1, y1, z1заряд движется и создает
магнитное поле. Противоречие!
                                
                            							
														
						 
											
											
											
                            Слайд 21Специальная теория относительности (СТО) 
Здравый смысл – это сумма предубеждений,
                                                            
                                    
приобретенных до восемнадцатилетнего возраста.      
                                              
А. Эйнштейн
А. 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.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 22Формулы 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.
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 23Следствия 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. 
                                
                            							
														
						 
											
											
                            Слайд 25Принцип соответствия
Старая теория – частный случай новой.
Механика Ньютона – частный
                                                            
                                    
случай специальной теории относительности.
                                                                    
                            							
														
						 
											
                            Слайд 26	
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). 
 
                                
                            							
														
						 
											
                            Слайд 27Темы 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.