Электромагнитная картина мира кратко
Обновлено: 05.07.2024
Электромагнитная картина мира основана в целом не только на учении об электромагнетизме, но и достижениях в других областях естествознания, таких как открытие электрона, создание ядерной модели атома, создание периодической системы элементов Д.И. Менделеева и многие другие/ В электромагнитную концепцию вошли также некоторые идеи теории относительности и квантовой механики.
Основные черты электромагнитной картины мира можно кратко определить следующим образом:
- материя существует в двух видах - в виде вещества и в виде поля (известны гравитационное поле и электромагнитное). Эти виды материи строго разделены. Превращения поля в вещество, вещества в поле невозможны;
- электромагнитное взаимодействие определяет абсолютное большинство явлений Природы (кроме относящихся к тяготению) - соответственно электрических и магнитных, а также оптических, химических, тепловых и механических. Так, например, атомное ядро полагается состоящим из протонов и так называемых дублетов - нейтральных соединений из протона и электрона, что сводит все силы, действующие в веществе к электромагнитным;
- преобладание однозначных причинно-следственных связей; вероятностные закономерности не признаются фундаментальными; они относятся только к коллективам частиц (например, молекул), а каждая из частиц в отдельности подчиняется законам механики Ньютона.
Электромагнитная картина мира представляла существенный шаг вперед в познании мира. Многие ее положения и детали вошли в современную естественнонаучную концепцию мироздания.
Литература к главе 2
1. Боровой А, А. и др. Законы электромагнетизма. — М.: Наука, 1970.
2. Бутиков Е. Н. Оптика. — М.: Наука, 1987.
З. Де Гроот С , Сатторп Л., Электродинамика. - М.: Наука, 1982.
4. Каганов М. И., Цукерник В. М. Природа магнетизма. - М.: Наука, 1982.
5. Калашников С. Г. Электричество. - М.: Наука, 1977.
6. Карцев В. Л. Приключения великих уравнений. - М.: Знание, 1986.
7. Ландсберг Г. С. Оптика. - М.: Наука, 1976.
8. Матвеев А. Н. Электродинамика и теория относительности. - М.: Высш.шк., 1964.
9. Татур Т. А. Основы теории электромагнитного поля. - М.: Высш.шк., 1989.
10. Тамм И. Е. Основы теории электричества. — М.: Наука, 1976.
11. Филонович С. Р. Судьба классического закона. - М.; Наука, 1990.
Вопросы и задания к главе 2
1. Познакомьтесь по рекомендованной литературе с основными открытиями в области электромагнетизма и оптики в XYII-XX вв., с биографиями и научными достижениями выдающихся ученых: А. Ампера, Г. Герца, X. Гюйгенса, Г. Лоренца, Дж. Максвелла, Г.Кирхгофа, Щ. Кулона, Г. Ома, М. Фарадея, О. Френеля, X. Эрстеда.
2. Повторите по учебникам для средней школы и другой литературе темы, посвященные электрическим и магнитным явлениям.
3. Письменно в рабочей тетради сформулируйте понятия электрический заряд, электромагнитное поле, напряженности электрического поля, магнитная индукция, сила и плотность тока, объемная плотность заряда.
4. Поясните, в чем сущность неразделимости магнитного и электрического полей. Справедливо ли в этой связи рассматривать отдельно электрическое поле?
5. Сформулируйте закон Кулона Рассчитайте силу кулоновского взаимодействия между протоном и электроном в атоме водорода. Сравните значение этой силы с силой гравитационного притяжения этих частиц. Как можно проверить закон Кулона на опыте, не измеряя заряды?
6. Подумайте, как с помощью магнитного поля можно разделить двигающиеся вместе положительно и отрицательно заряженные частицы.
7. Продумайте вслед за Фарадеем возможные эксперименты по обнаружению электромагнитной индукции. Попытайтесь воспроизвести один из опытов.
8. Обобщите закон электромагнитной индукции Фарадея; запишите ход ваших рассуждений.
10. В чем проявляется асимметрия электрического и магнитного полей?
11. Приведите аргументы, доказывающие, что свет-это электромагнитные волны.
12. Получите формулы, связывающие характеристики электромагнитной волны - частоту v и длину волны λ, период Т, волновое число k.
13. Попытайтесь определить тип поляризации волн, несущих телевизионный сигнал, зная, что расположение вибраторов приемных телевизионных антенн связано с поляризацией электромагнитных волн, излучаемых передающими антеннами.
15. Почему естественные источники всегда излучают некогерентные световые волны?
16. Как должна выглядеть дифракционная решетка для радиоволн метрового диапазона?
17. В чем ограниченность электромагнитной картины мира?
18. Известно, что классическая электродинамика была создана как обобщение многочисленных явлений Природы, экспериментов и теоретических предпосылок. Попробуйте пойти обратным путем и исходя из общих законов электромагнетизма объяснить какое-нибудь конкретное электромагнитное явление (например, возникновение молнии, действие электрического тока на магнитную стрелку и др.)
Электромагнитная картина мира основана в целом не только на учении об электромагнетизме, но и достижениях в других областях естествознания, таких как открытие электрона, создание ядерной модели атома, создание периодической системы элементов Д.И. Менделеева и многие другие/ В электромагнитную концепцию вошли также некоторые идеи теории относительности и квантовой механики.
Основные черты электромагнитной картины мира можно кратко определить следующим образом:
- материя существует в двух видах - в виде вещества и в виде поля (известны гравитационное поле и электромагнитное). Эти виды материи строго разделены. Превращения поля в вещество, вещества в поле невозможны;
- электромагнитное взаимодействие определяет абсолютное большинство явлений Природы (кроме относящихся к тяготению) - соответственно электрических и магнитных, а также оптических, химических, тепловых и механических. Так, например, атомное ядро полагается состоящим из протонов и так называемых дублетов - нейтральных соединений из протона и электрона, что сводит все силы, действующие в веществе к электромагнитным;
- преобладание однозначных причинно-следственных связей; вероятностные закономерности не признаются фундаментальными; они относятся только к коллективам частиц (например, молекул), а каждая из частиц в отдельности подчиняется законам механики Ньютона.
Электромагнитная картина мира представляла существенный шаг вперед в познании мира. Многие ее положения и детали вошли в современную естественнонаучную концепцию мироздания.
Литература к главе 2
1. Боровой А, А. и др. Законы электромагнетизма. — М.: Наука, 1970.
2. Бутиков Е. Н. Оптика. — М.: Наука, 1987.
З. Де Гроот С , Сатторп Л., Электродинамика. - М.: Наука, 1982.
4. Каганов М. И., Цукерник В. М. Природа магнетизма. - М.: Наука, 1982.
5. Калашников С. Г. Электричество. - М.: Наука, 1977.
6. Карцев В. Л. Приключения великих уравнений. - М.: Знание, 1986.
7. Ландсберг Г. С. Оптика. - М.: Наука, 1976.
8. Матвеев А. Н. Электродинамика и теория относительности. - М.: Высш.шк., 1964.
9. Татур Т. А. Основы теории электромагнитного поля. - М.: Высш.шк., 1989.
10. Тамм И. Е. Основы теории электричества. — М.: Наука, 1976.
11. Филонович С. Р. Судьба классического закона. - М.; Наука, 1990.
Вопросы и задания к главе 2
1. Познакомьтесь по рекомендованной литературе с основными открытиями в области электромагнетизма и оптики в XYII-XX вв., с биографиями и научными достижениями выдающихся ученых: А. Ампера, Г. Герца, X. Гюйгенса, Г. Лоренца, Дж. Максвелла, Г.Кирхгофа, Щ. Кулона, Г. Ома, М. Фарадея, О. Френеля, X. Эрстеда.
2. Повторите по учебникам для средней школы и другой литературе темы, посвященные электрическим и магнитным явлениям.
3. Письменно в рабочей тетради сформулируйте понятия электрический заряд, электромагнитное поле, напряженности электрического поля, магнитная индукция, сила и плотность тока, объемная плотность заряда.
4. Поясните, в чем сущность неразделимости магнитного и электрического полей. Справедливо ли в этой связи рассматривать отдельно электрическое поле?
5. Сформулируйте закон Кулона Рассчитайте силу кулоновского взаимодействия между протоном и электроном в атоме водорода. Сравните значение этой силы с силой гравитационного притяжения этих частиц. Как можно проверить закон Кулона на опыте, не измеряя заряды?
6. Подумайте, как с помощью магнитного поля можно разделить двигающиеся вместе положительно и отрицательно заряженные частицы.
7. Продумайте вслед за Фарадеем возможные эксперименты по обнаружению электромагнитной индукции. Попытайтесь воспроизвести один из опытов.
8. Обобщите закон электромагнитной индукции Фарадея; запишите ход ваших рассуждений.
10. В чем проявляется асимметрия электрического и магнитного полей?
11. Приведите аргументы, доказывающие, что свет-это электромагнитные волны.
12. Получите формулы, связывающие характеристики электромагнитной волны - частоту v и длину волны λ, период Т, волновое число k.
13. Попытайтесь определить тип поляризации волн, несущих телевизионный сигнал, зная, что расположение вибраторов приемных телевизионных антенн связано с поляризацией электромагнитных волн, излучаемых передающими антеннами.
15. Почему естественные источники всегда излучают некогерентные световые волны?
16. Как должна выглядеть дифракционная решетка для радиоволн метрового диапазона?
17. В чем ограниченность электромагнитной картины мира?
18. Известно, что классическая электродинамика была создана как обобщение многочисленных явлений Природы, экспериментов и теоретических предпосылок. Попробуйте пойти обратным путем и исходя из общих законов электромагнетизма объяснить какое-нибудь конкретное электромагнитное явление (например, возникновение молнии, действие электрического тока на магнитную стрелку и др.)
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Предпосылки возникновения электромагнитной картины мира
Механистическая картина мира, согласно которой, все в природе подчиняется законам механики, с развитием физики оказалась неспособной ответить на вновь возникшие вопросы. В 19 веке в физике стали накапливаться новые эмпирические знания, которые вступали в противоречие с принципами механической картины мира. Попытки распространения методов изучения механики на изучение электричества, магнетизма и объяснение тепловых явлений привели к тому, что ученым приходилось вводить все больше искусственных допущений, что постепенно вело к крушению механической картины мира. В попытках объяснить тепловые и электромагнитные явления, вводились понятия теплорода, электрической и магнитной жидкости, которые считались особыми разновидностями материи. Ввиду того, что механические методы оказались неприемлемыми по отношению к этим явлениям, эмпирические факты пытались искусственно подогнать под рамки существующей картины мира. Вследствие этого, стало ясно, что новые факты не укладываются в рамки механической картины мира, а данные новых опытов и существующих знаний слишком противоречивы, соответственно, необходимо изменение представлений о материи, а значит, смены физической картины мира.
Принципы электромагнитной картины мира
К выводу о необходимости изменения существующих корпускулярных представлений о материи на континуальные пришел М. Фарадей, который установил, что электромагнитное поле является непрерывным, а заряды в электромагнитном поле являются точечными силовыми центрами. Вследствие этого вопрос о построении механической модели эфира оказался неактуальным.
В механической картине мира свет объяснялся при помощи понятия эфира, но в этом случае возникала большая трудность. Предполагалось, что эфир является некой сплошной средой, то есть он не должен препятствовать движению тел, соответственно, эфир похож на очень легкий газ. В экспериментах со светом было сделано два основополагающих вывода:
- Световые и электромагнитные колебания являются поперечными, а не продольными.
- Скорость распространения световых и электромагнитных колебаний очень велика.
В механике считалось, что поперечные колебания возможны в твердых телах, а скорость колебаний находится в зависимости от плотности тела. То есть, для скорости света плотность эфира должна была бы быть больше плотности стали. Тогда возникает вопрос о том, как двигаются тела.
Готовые работы на аналогичную тему
Таким образом, Фарадей выдвинул принципиально новые взгляды на материю, пространство, время и силу, что кардинальным образом меняло существовавшую картину мира. В числе первых идеи Фарадея поддержал Максвелл.
В новой картине мира совокупность неделимых атомов переставала быть конечным пределом материи, в качестве него представлялось единое непрерывное поле с электрическими зарядами и волновыми движениями в этом поле.
Если движение в механической картине мира представлялось как простое механическое перемещение, то в электромагнитной картине мира формой движения становилось распространение колебаний в поле, которое в свою очередь объяснялось законами электродинамики, а не механики.
Существовавшая до этого концепция пространства и времени, предложенная Ньютоном, к полевым представления не подходила, так как пустого пространства поле не имеет, являясь совершенно непрерывной материей. В электромагнитной картине мира время неразрывно связано с процессами, происходящими в поле. То есть, в новой картине мира, в отличие от прежней, пространство и время не являются независимыми сущностями, концепция абсолютного пространства и времени сменилась реляционной концепцией.
Проблема взаимодействия также требовала принципиально нового решения. Концепция дальнодействия, предложенная Ньютоном, сменилась принципом близкодействия, который предложил Фарадей. Принцип близкодействия означает, что любые взаимодействия передаются полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью.
В электромагнитной картине мира, так же, как и в механической, понятие случайности исключалось, предполагалось, что электромагнитные законы, так же, как механические, предопределяют развитие событий. Однако позже, с появлением кинетической теории газов, в электромагнитной картине мира появилось понятие вероятности.
Роль человека и его место во Вселенной электромагнитной картиной мира не подверглось изменению, человек воспринимался лишь как объект природы и не более того. Отношение о специфике жизни и разума оставалось неизменным.
Новая сформировавшаяся картина мира смогла объяснить много явлений, которые были непонятны с точки зрения механической картины мира. Единство мира вскрылось гораздо более глубоко, электричество и магнетизм объяснялись на основе одних и тех же законов.
В соответствии с электромагнитной картиной мира, точечным центром является заряд, а факты указывали на конечную протяженность заряда. Ввиду этого, вопреки новой картине мира, новая электронная теория Ленца рассматривала частицу-заряд в форме заряженного, обладающего массой, шарика.
Трудности электромагнитной картины мира
Трудности новой картины мира возникли после опытов Майкельсона, проведенных в 1881-1887 гг. В ходе этих опытов Майкельсон ожидал обнаружить движение тела по инерции при помощи находящихся на этом теле приборов. Теория Максвелла предполагала, что такое движение существует, однако опыты Майкельсона этого не подтверждали. Однако, на такие неувязки не обращали внимания, так как принципы теории Максвелла были абсолютизированы, как в механической картине мира были абсолютизированы законы Ньютона.
Со временем подобных необъяснимых противоречий появлялось все больше. Противоречие между пониманием материи как определенного вида поля и представлениями механистической картины мира о пространстве и времени устранил А. Эйнштейн, который ввел в существующую картину мира идею относительности пространства и времени. Это открыло новые возможности для дальнейшего развития электромагнитной картины мира.
В XIX веке естественные науки накопили огромный эмпирический материал, нуждающийся в переосмыслении и обобщении. Многие полученные в результате исследований научные факты не совсем вписывались в устоявшиеся механические представления об окружающем мире. Во второй половине XIX века на основе исследований в области электромагнетизма сформировалась новая физическая картина мира - электромагнитная картина мира (ЭМКМ). В её формировании сыграли решающую роль исследования, проведённые выдающимися учёными М. Фарадеем и Дж. Максвеллом, Г. Герцем. Весь мир заполнен электромагнитным эфиром, который может находиться в различных состояниях. Физические поля трактовались как состояния эфира. Эфир является средой для распространения электромагнитных волн и, в частности, света. Материя существует в двух видах: вещество и поле.
Вещество – это вид материи, имеющей атомарно-молекулярную или плазменную структуру. Частицы вещества имеют массу покоя, не равную нулю.
Поле – это особый вид материи, посредством которого осуществляются электромагнитные взаимодействия; представляющий собой единство электрического и магнитного полей.
1. Материя считается непрерывной. Все законы природы сводятся к уравнениям Дж. Максвелла, описывающим непрерывную субстанцию: природа не делает скачков. Вещество состоит из электрически заряженных частиц, взаимодействующих между собой посредством полей.
2. На основе электромагнитных взаимодействий объясняются все известные механические, электрические, магнитные, химические, тепловые, оптические явления.
Электромагнитная картина мира представляла огромный шаг вперед в познании мира. Многие ее детали сохранились и в современной естественнонаучной картине: понятие физического поля, электромагнитная природа сил, отвечающих за различные явления в веществе (но не в самих атомах), ядерная модель атома, дуализм (двойственность) корпускулярных и волновых свойств материи и др. Но и в этой картине мира также господствуют однозначные причинно-следственные связи, все таким же образом жестко предопределено. Вероятностные физические закономерности не признаются фундаментальными и поэтому не включаются и в нее. Эти вероятности относили к коллективам молекул, а сами молекулы все равно следовали однозначным ньютоновским законам. Не менялись представления о месте и роли человека во Вселенной. Таким образом, и для электромагнитной картины мира также характерна метафизичность мышления, где все четко разграничено, внутренние противоречия отсутствуют.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Описание презентации по отдельным слайдам:
Электромагнитная картина мира (ЭМКМ)
Выполнил: учитель физики
МБОУ СОШ ЗАТО Видяево
А.Е. Переродова
В 1600 г. Гильбертом была выдвинута гипотеза о том, что Земля представляет собой большой магнит.
XIII век, ознаменовавшийся становлением МКМ, фактически положил начало и систематическим исследованиям электрических явлений.
Было установлено, что одноименные заряды отталкиваются, появился простейший прибор – электроскоп.
В середине XIII в. была установлена элект-
рическая природа молнии (исследования
Б.Франклина, М. Ломоносова, Г. Рихмана)
В 1759 г. английский естествоиспытатель
Р.Симмер сделал заключение о том, что в обыч-
ном состоянии любое тело содержит равное коли-
чество разноименных зарядов, взаимно нейтрализующих друг друга.
При электризации происходит их перераспределение.
Начиная с опытов Эрстеда (1820 г.) устанавлива-
ется связь электрических и магнитных явлении
и бурно развивается учение об элекгромагнетизме.
Открывается действие магнита на ток (Ампер, Фарадей), взаимодействие токов (Ампер), явление электромагнитной индукции (Фарадей). Интерес к изучению электромагнетизма стимулируется открытием практического применения электрического тока (создание электромагнита и его примененне в телеграфе, тепловое действие тока и его применение в осветительных приборах, электродвигатели, электрохимия).
В течение сентября 1820 г. французский
физик, химик и математик А.М. Ампер раз-
рабатывает новый раздел науки об электри-
честве –электродинамику.
Все новые открытия в этой области трактуются в духе МКМ и получают механическое объяснение. Это проявляется и в попытках свести электромагнитные явления к движению особых субстанций, и в использовании принципа дальнодействия для объяснения электрических и магнитных взаимодействий.
Итак, в первой половине XIX в. накоплен обширный круг фактов в области электричества и магнетизма, установлены законы электромагнитного взаимодействия, найдены пути практического применения электричества, но нет
единой теории электромагнитных явлений.
Неудовлетворенность представлениями в учении об электромагнетизме хорошо проявляется в высказываниях ученых того времени:
В дальнейшем важнейшими открытиями в области электричества явились открытый Г. Омом (1826) закон I=U/R и для замкнутой цепи I= ЭДС/(R+r), а также закон Джоуля-Ленца для количества тепла, выделяющегося при прохождении тока по неподвижному проводнику за время t: Q = IUT.
Работая над исследованием электромагнитной индукции, Фарадей приходит к выводу о существовании электромагнитных волн. Позже, в 1831 г. он высказывает идею об электромагнитной природе света.
Одним из первых, кто оценил работы Фарадея и его открытия, был Д.Максвелл, который развил идеи Фарадея, разработав в 1865 г. теорию электромагнитного поля, которая значительно расширила взгляды физиков на материю и привела к созданию электромагнитной картины мира (ЭМКМ).
Блестящий математик и физик Джеймс Максвелл берет под защиту метод Фарадея, его идею близкодействия и поля, утверждая, что идеи Фарадея могут быть выражены в виде обычных математических формул, и эти формулы сравнимы с формулами профессиональных математиков.
Эта суть сводилась к тому, что изменяющееся магнитное поле создает не только в окружающих телах, но и в вакууме вихревое электрическое поле, которое, в свою очередь, вызывает появление магнитного поля. Таким образом, в физику была введена новая реальность – электромагнитное поле. Это ознаменовало начало нового этапа в физике - этапа, на котором электромагнитное поле стало реальностью, материальным носителем взаимодействия.
После появления уравнений Максвелла стало ясно, что они предсказывают существование неизвестного науке природного явления — поперечных электромагнитных волн, представляющих собой распространяющиеся в пространстве со скоростью света колебания взаимосвязанных электрического и магнитного поля.
Основные элементы ЭМКМ
1. Существование еще одного вида материи — поля. Свет рассматривается как электромагнитный процесс
2. Движение материи осуществляется не только в форме перемещения частиц, но и в форме распространения электромагнитных волн. Элекгромагнитные волны в вакууме распространяются со скоростью света.
3. Взаимосвязь объектов осуществляется не только посредством тяготения, но и посредством электромагнитного взаимодей-
ствия
Новая электромагнитная картина мира объяснила большой круг явлений, непонятных с точки зрения прежней механической картины мира. Она глубже вскрыла материальное единство мира, поскольку электричество, магнетизм, свет объяснялись на основе одних и тех же законов.
Ньютоновская концепция дальнодействия заменялась фарадеевским принципом близкодействия.
Представление о пространстве и времени
Ньютоновская концепция абсолютного пространства и абсолютного времени не подходила к новым полевым представлениям о материи, так как поля не имеют четко очерченных границ и перекрывают друг друга. Было ясно, что пространство и время должны перестать быть самостоятельными, независимыми oт материи сущностями. Но инерция мышления и сила привычки были столь велики, что еще долго ученые предпочитали верить в существование абсолютного пространства и абсолютного времени. Лишь к началу XX века эти взгляды уступили место относительной концепции пространства и времени, в соответствии с которой пространство, время и материя существуют только вместе, полностью зависят друг от друга.
Принимая законы электродинамики в качестве основных законов физической реальности, Эйнштейн ввел в электромагнитную картину
мира идею относительности
пространства и времени.
Тем самым было устранено
противоречие между понима-
нием континуальных (полевых)
представлений о материи и
ньютоновской концепцией
абсолютного пространства
и времени.
Характерные для всей науки
XIX века идеи постепенно
проникают и в астрономию,
которая демонстрирует все
большие успехи. На ее счету
открытие Урана В. Гершелем
изучение им же туманностей
и создание теории
островной Вселенной,
попытки измерить
Галактику и оценить расстояния до других туманностей.
Представление о Вселенной
Читайте также: