Почему электромагнитное поле материально кратко

Обновлено: 06.07.2024

Как показывает опыт многих преподавателей системы среднего специального образования, методическая литература и проведенные исследования более раннее введение понятие электромагнитного поля хотя бы в ознакомительном плане благотворно сказывается на повышении научного уровня изложения основ электродинамики, правильного формирования мировоззрения учащихся и способствуют дальнейшему совершенствованию методических основ курса физики.

Таким образом, понятие электромагнитного поля должно пройти три основные стадии формирования. Вначале на качественном уровне (в основном путем соответствующих демонстрационных экспериментов) даются первоначальные сведения об электромагнитном поле, выявляется взаимосвязь его компонентов электрического и магнитного полей и их относительный характер, подчеркивается существование единого электромагнитного поля.

Далее, в соответствии с действующей программой последовательно и достаточно подробно излагается частные проявления электромагнитного поля – электрическое и магнитное поля их свойства и основные характеристики (качественные и количественные). Наконец, рассматривают переменное электромагнитное поле, дают ему характеристику как особому виду материи, показывают полный спектр электромагнитных излучений и проводят обобщение сведений об электромагнитном поле.

Более подробно схема изучения электромагнитного поля представлена в учебнике. В процессе изучения электромагнитного поля и его свойств рассматриваются весьма распространенные в природе взаимодействия электромагнитные, которые играют существенную роль не только в явлениях микромира, но и в макропроцессах.

Электромагнитное взаимодействие лежит в основе объяснения всех явлений имеющих электромагнитную природу в том числе и таких, как соударение тел, трение, поверхностное натяжение, излучения и поглощение электромагнитных волн, оптические явления, структура атома и др. Знание законов электромагнитного взаимодействия позволяет на более высоком уровне подойти и к объяснению ранее изученных молекулярных процессов.

Так, например, в молекулярной физике межмолекулярное взаимодействие рассматривалось лишь на качественной основе (показывали готовые график зависимости силы энергии молекулярного взаимодействия от расстояния, но не раскрывали сути поведения этой кривой количественной основе). При знакомстве учащихся с основными характеристиками электрического поля основание кривой молекулярного взаимодействия становится более строгим вполне доступным для понимания.

Таким образом, рассматривая вопросы электромагнитного взаимодействия, важно обратить внимание учащихся на следующие его основные характеристики.

1. Электромагнитное взаимодействие лежит в основе всех электрических и магнитных, оптических и электромагнитных явлений. Оно является источником электромагнитной формы движения материи и вносит существенный вклад в построение единой физической картины мира.

2. Электромагнитное взаимодействие характеризуется близкодействием, причем скорость его распространения максимальная в природе
3. Электромагнитное взаимодействие универсально, что обусловлено электрической структурой вещества
4. Электромагнитное взаимодействие, как и другие виды взаимодействия, материально. Материальным носителем его является электромагнитное поле.

Вводное занятие надо начинать с повторения различных опытов по электризации тел, напомнить учащимся о двух видах электрических зарядов, выявить характерные признаки наличия зарядов и в конечном итоге подвести учащихся к выводу, что заряды есть особое свойство частиц, проявляющиеся во взаимодействии наэлектризованных тел, состоящих из этих частиц. При этом обязательно надо подчеркнуть, что действие одного заряженного тела на другие передается через электрическое поле причем это промежуток времени, определяется отношением:
Δt=r/с,
где r = расстояние между зарядами с - скорость света

Это можно проиллюстрировать на примере отклонения луча осциллографа под действием электрического поля заряженной палочки. В результате простейших экспериментов можно сделать вывод, что электрическое поле действует как на неподвижные, так и на подвижные заряды.

Физическая энциклопедия, т.5, С.542:

Более осторожную позицию занимал Макс Борн (1962):"Свет или электромагнитные силы не могут быть наблюдаемы иначе, как в связи с другими телами. Всё, что можно утверждать, это то, что действие вызывается одним материальным телом и достигает другого тела по прошествии некоторого периода времени".
Известный физик Р. Фейнман попытался присмотреться к этой проблеме по глубже и испуганно воскликнул:"И всё же, если посмотреть на фасад этого удивительного сооружения (теорию электромагнетизма), имевшего столь громадный успех. то можно обнаружить, что оно вот вот завалится и рассыпется на куски. Мы должны всегда помнить, какое поле создаёт тот заряд, для которого вычисляется действие поля" А в Нобелевской лекции (1965) Фейнман, вообще, впал в пессимизм:"В самом деле, если все заряды создают одно общее поле, и поле действует на все заряды, то каждый заряд не может не действовать на самого себя. Ну, так вот здесь-то и кроется ошибка: никакого поля на самом деле нет". Однако, как и всё, что говорит и пишет Фейнман, этот пессимизм имеет конструктивный характер:"Реальное поле тогда есть совокупность чисел, заданных так, что то, что происходит в некоторой точке, зависит только от чисел в этой точке, и нам больше не нужно знать, что происходит в других точках."
В этом главное преимущество модели электромагнитного поля, благодаря которому она всегда будет использоваться в научной и технической практике. Модель непосредственного электромагнитного взаимодействия заряженных частиц через волны де Бройля, хотя и объясняет отсутствие самодействия электрического заряда и даже открывает неизвестное ранее свойство этого взаимодействия, его адресность, пока не привела к разработке удобного расчётного математического аппарата, а когда такой аппарат будет разработан, он окажется значительно менее удобным из-за необходимости учёта зависимости ситуации в данной пространственно-временной точке, от ситуации во всех остальных точках бесконечного мира.

Я уже писал, что у Фейнмна, гениальнешего физика, и пессимизм был гениален и весьма продуктивен. Именно из-за иессимистического отношения к попыткам "понять" или "обьяснить" Фейнман разработал потрясающий по своим научным возможностям аппарат диаграмм Фейнмана. А богословие ни у кого не было продуктивным, тем более у Майорана. Поэтому зря Вы его сопоставили с великим Фенманом. Он и без богословия Фейнману в подмётки не годится.

Магнитно силовые линии хорошо видны на металлических опилках. Мы видим построенные формы из линий, для прохождения магнитно силовых линий, они подстраивают магнитную стружку под себя.
Естественно будь некая среда, так называемый Эфир, магнит так же устроил бы из него подобие дорожек из опилок. Каждый магнит имеет вокруг себя устроенный Эфир, соединение магнитов, есть конфликт построенного эфира вокруг их.
Мы ощущаем совпадение вращения магнитно силовых линий, либо отталкивание из за разного направления вращения магнитно силовых линий.

Постройка магнитно силовых линий может быть только при движении энергии в самом магните. А мы знаем что полюса магнита строго зависят от направления вращения электричества в катушках. Следовательно направление вращения электричества передаётся самому магниту, а он передаёт Эфиру, подстраивая его под свои энергии.

Отклонение магнитно силовых линий в не магнита, свидетельствует о свойствах Эфира в которых магнитно силовые линии сносит вращением, переданным магнитом.

Да, бесспорно, уровень образованности различается достаточно существенно, но методика рассуждений -- одна и та же

npduel писал(а): А богословие ни у кого не было продуктивным, тем более у Майорана. Поэтому зря Вы его сопоставили с великим Фенманом. Он и без богословия Фейнману в подмётки не годится.

А я и не сопоставлял. Метод диаграмм Фейнмана - это не только аппарат Физики, но и Геологии. А упомянул в связи с тем, что отчаяние (уход в религию) не выход.
С уважением Овод

В современную эпоху религия продолжает играть положительную роль в регулировании межличностных отношений. Религиозное учение направлено на формирование некоторых эмоциональных стереотипов (любовь к ближнему напр.), безусловно полезных, но с трудом поддающихся рациональному обоснованию.
В физике же, имеющей дело с относительно простыми системами, рацио принадлежит ведущая роль. Эмоциионально-интуитивное мышление играет эвристическую роль, но в формулировках отступает на второй план.

npduel писал(а): В этом главное преимущество модели электромагнитного поля, благодаря которому она всегда будет использоваться в научной и технической практике.

Уважаемый npduel. Я неоднократно говорил, что у Природы есть два вида ЭМ поля.
Естественный вид поля, который определяется формой ЭМ возбуждения первичной субстанции, которой характеризуется форма проявления материи.
Искусственный вид поля, которое создает колеблющийся электрический заряд.
Различие в волнах этого поля заключается в том, что из волн естественного ЭМ поля могут образовываться Э-П пары, а из волн искусственного поля Э-П пары образовываться не могут
Это связано с тем, что естественные волны возникают на нулевом уровне энергии первичной субстанции, а искусственные ЭМ волны создаются уже на определенном сложившемся положительном уровне энергии первичной субстанции, за счет первичного ее возбуждения.
Но в любом случае, энергии искусственного и естественного ЭМ поля являются материальными, так как являются формой проявления материи. С уважением, Борис.

alexandrovod писал(а): А я и не сопоставлял. Метод диаграмм Фейнмана - это не только аппарат Физики, но и Геологии. А упомянул в связи с тем, что отчаяние (уход в религию) не выход.

это где вы увидели это? Майорано отчаился и поэтому так мало сделал, а Фейнман всегда боролся, и часто юмором над самим собой.

Электромагнитное поле как вид материи

Под электромагнитным полем понимают вид материи, характеризующийся совокупностью взаимосвязанных и взаимообусловливающих друг друга электрического и магнитного полей. Электромагнитное поле может существовать при отсутствии другого вида материи — вещества, характеризуется непрерывным распределением в пространстве (электромагнитная волна в вакууме) и может проявлять дискретную структуру (фотоны). В вакууме поле распространяется со скоростью света, полю присущи характерные для него электрические и магнитные свойства, доступные наблюдению.
Электромагнитное поле оказывает силовое воздействие на электрические заряды. Силовое воздействие положено в основу определения двух векторных величин, описывающих поле: напряженности электрического поля и индукции магнитного поля . На заряд движущийся со скоростью в электрическом поле напряженности и магнитном поле индукции, действует сила Лоренца.

Электромагнитное поле обладает энергией, массой и количеством движения, т. е. такими же атрибутами, что и вещество. Энергия в единице объема, занятого полем в вакууме, равна сумме энергий электрической и магнитной компонент поля и равна здесь, магнитная постоянная, Гн/м. Масса электромагнитного поля в единице объема равна частному от деления энергии поля W_эм на квадрат скорости распространения электромагнитной волны в вакууме, равной скорости света. Несмотря на малое значение массы поля по сравнению с массой вещества, наличие массы поля указывает на то, что процессы в поле являются процессами инерционными. Количество движения единицы объема электромагнитного поля определяется произведением массы единицы объема ноля на скорость распространения электромагнитной волны в вакууме.
Электрическое и магнитное поля могут быть изменяющимися и неизменными во времени. Неизменным в макроскопическом смысле электрическим полем является электростатическое поле, созданное совокупностью зарядов, неподвижных в пространстве и неизменных во времени. В этом случае существует электрическое поле, а магнитное отсутствует. При протекании постоянных токов по проводящим телам внутри и вне их существует электрическое и магнитное поля, не влияющие друг на друга, поэтому их можно рассматривать раздельно. В изменяющемся во времени поле электрическое и магнитное поля, как упоминалось, взаимосвязаны и обусловливают друг друга, поэтому их нельзя рассматривать раздельно.

♦Электромагнитные волны

Электромагнитная волна во многом схожа с механической волной, но есть и различия. Основное отличие состоит в том, что для распространения этой волны не нужна среда. Электромагнитная волна – результат распространения переменного электрического поля и переменного магнитного полей в пространстве, т.е. электромагнитного поля.

I. Электромагнитное поле создается ускоренно движущимися заряженными частицами. Его наличие относительно. Это особый вид материи, является совокупностью переменных электрического и магнитного полей.

II. Электромагнитная волна – распространение электромагнитного поля в пространстве.

Схема распространения электромагнитной волны представлена на рисунке. Необходимо запомнить, что вектора напряженности электрического поля, магнитной индукции и скорости распространения волны взаимно перпендикулярны.

III.

Этапы создания теории электромагнитной волны и ее практического подтверждения.

· Майкл Фарадей (1831 г.)

Он претворил свой девиз в жизнь. Превратил магнетизм

~ магнитное поле ~ электрический ток

Максвелл Джеймс Клерк (1864 г.)

Ученый-теоретик вывел уравнения, которые носят

его имя. Из этих уравнений следует, что переменное

магнитное поле создает вихревое электрическое поле,

а оно создает переменное магнитное поле.

Кроме того, в его уравнениях была постоянная величина – это скорость света в вакууме. Т.Е. из этой теории следовало, что электромагнитная волна распространяется в пространстве со скоростью света в вакууме. Поистине гениальная работа была оценена многими учеными того времени, а А. Эйнштейн говорил, что самым увлекательным во время его учения была теория Максвелла.

· Генрих Герц (1887 г.)

Генрих Герц родился болезненным ребенком, но стал очень

сообразительным учеником. Ему нравились все предметы,

которые изучал. Будущий ученый любил писать стихи,

работать на токарном станке.После окончания гимназии Герц

поступил в высшее техническое училище, но не пожелал быть

узким специалистом и поступил в Берлинский университет,

чтобы стать ученым. После поступления в университет Генрих

Герц стремиться заниматься в физической лаборатории, но для этого необходимо

было заниматься решением конкурсных задач. И он взялся за решение следующей задачи: обладает ли электрический ток кинетической энергией? Эта работа была рассчитана на 9 месяцев, но будущий ученый решил ее через три месяца. Правда, отрицательный результат, с современной точки зрения неверен. Точность измерения необходимо было увеличить в тысячи раз, что тогда не представлялось возможным.

К сожалению, эта робота окончательно подорвала здоровье ученого. Сначала отказали глаза, затем заболели уши, зубы и нос. Вскоре он скончался.

Генрих Герц завершил огромный труд, начатый Фарадеем. Максвелл преобразовал представления Фарадея в математические формулы, а Герц превратил математические образы в видимые и слышимые электромагнитные волны.

Слушая радио, просматривая телевизионные передачи, мы должны помнить об этом человеке.

А. С. Попов

Попов совершенствовал приемную и передающую антенну и вначале была осуществлена связь на расстоянии 250 м, затем на 600 м. И в 1899 году ученый установил радиосвязь на расстоянии 20 км, а в 1901 – на 150 км. В 1900 году радиосвязь помогла провести спасательные работы в Финском заливе. В 1901 году итальянский инженер Г. Маркони осуществил радиосвязь через Атлантический океан.

Задание 1. Ознакомиться с материалом и сделать конспект в рабочую тетрадь

Задание 2. Сопоставьте номер вопроса – ответ

Задание 3.Ответить письменно на вопросы:

1. Что такое электромагнитная волна?

2. Кто создал теорию электромагнитной волны?

3. Кто изучил свойства электромагнитных волн?

4. Что является причиной излучения электромагнитной волны?

5. Где используются электромагнитные волны?

Электромагнитное поле как вид материи

♦Электромагнитные волны

II. Электромагнитная волна – распространение электромагнитного поля в пространстве.

III.

Этапы создания теории электромагнитной волны и ее практического подтверждения.

· Майкл Фарадей (1831 г.)

Он претворил свой девиз в жизнь. Превратил магнетизм

~ магнитное поле ~ электрический ток

Максвелл Джеймс Клерк (1864 г.)

Ученый-теоретик вывел уравнения, которые носят

его имя. Из этих уравнений следует, что переменное

магнитное поле создает вихревое электрическое поле,

а оно создает переменное магнитное поле.

· Генрих Герц (1887 г.)

Генрих Герц родился болезненным ребенком, но стал очень

сообразительным учеником. Ему нравились все предметы,

которые изучал. Будущий ученый любил писать стихи,

работать на токарном станке.После окончания гимназии Герц

поступил в высшее техническое училище, но не пожелал быть

узким специалистом и поступил в Берлинский университет,

чтобы стать ученым. После поступления в университет Генрих

Герц стремиться заниматься в физической лаборатории, но для этого необходимо

Слушая радио, просматривая телевизионные передачи, мы должны помнить об этом человеке.

А. С. Попов

Задание 1. Ознакомиться с материалом и сделать конспект в рабочую тетрадь

Задание 2. Сопоставьте номер вопроса – ответ

Электромагни́тное по́ле — фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты. Представляет собой совокупность электрического и магнитного полей, которые могут, при определённых условиях, порождать друг друга, а по сути являются одной сущностью, формализуемой через тензор электромагнитного поля.

Электромагнитное поле (и его изменение со временем) описывается в электродинамике в классическом приближении посредством системы уравнений Максвелла. При переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой электрическое и магнитное поле в новой системе отсчета — каждое зависит от обоих — электрического и магнитного — в старой, и это ещё одна из причин, заставляющая рассматривать электрическое и магнитное поле как проявления единого электромагнитного поля.

В современной формулировке электромагнитное поле представлено тензором электромагнитного поля, компонентами которого являются три компонента напряжённости электрического поля и три компонента напряжённости магнитного поля (или — магнитной индукции) [~ 1] , а также четырёхмерным электромагнитным потенциалом — в определённом отношении ещё более важным.

Действие электромагнитного поля на заряженные тела описывается в классическом приближении посредством силы Лоренца.

Квантовые свойства электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами (а также квантовые поправки к классическому приближению) — предмет квантовой электродинамики, хотя часть квантовых свойств электромагнитного поля более или менее удовлетворительно описывается упрощённой квантовой теорией, исторически возникшей заметно раньше.

Возмущение электромагнитного поля, распространяющееся в пространстве, называется электромагнитной волной (электромагнитными волнами) [~ 2] . Любая электромагнитная волна распространяется в пустом пространстве (вакууме) с одинаковой скоростью — скоростью света (свет также является электромагнитной волной). В зависимости от длины волны электромагнитное излучение подразделяется на радиоизлучение, свет (в том числе инфракрасный и ультрафиолет), рентгеновское излучение и гамма-излучение.

Содержание

История открытия

До начала XIX в. электричество и магнетизм считались явлениями, не связанными друг с другом, и рассматривались в разных разделах физики.

В 1819 г. датский физик Г. Х. Эрстед обнаружил, что проводник, по которому течёт электрический ток, вызывает отклонение стрелки магнитного компаса, расположенного вблизи этого проводника, из чего следовало, что электрические и магнитные явления взаимосвязаны.

Французский физик и математик А. Ампер в 1824 г. дал математическое описание взаимодействия проводника тока с магнитным полем (см. Закон Ампера).

В 1831 г. английский физик М. Фарадей экспериментально обнаружил и дал математическое описание явления электромагнитной индукции — возникновения электродвижущей силы в проводнике, находящемся под действием изменяющегося магнитного поля.

В 1864 г. Дж. Максвелл создаёт теорию электромагнитного поля, согласно которой электрическое и магнитное поля существуют как взаимосвязанные составляющие единого целого — электромагнитного поля. Эта теория с единой точки зрения объясняла результаты всех предшествующих исследований в области электродинамики, и, кроме того, из неё вытекало, что любые изменения электромагнитного поля должны порождать электромагнитные волны, распространяющиеся в диэлектрической среде (в том числе, в пустоте) с конечной скоростью, зависящей от диэлектрической и магнитной проницаемости этой среды. Для вакуума теоретическое значение этой скорости было близко к экспериментальным измерениям скорости света, полученным на тот момент, что позволило Максвеллу высказать предположение (впоследствии подтвердившееся), что свет является одним из проявлений электромагнитных волн.

Теория Максвелла уже при своем возникновении разрешила ряд принципиальных проблем электромагнитной теории, предсказав новые эффекты и дав надежную и эффективную математическую основу описанию электромагнитных явлений. Однако при жизни Максвелла наиболее яркое предсказание его теории — предсказание существования электромагнитных волн — не получило прямых экспериментальных подтверждений.

В 1887 г. немецкий физик Г. Герц поставил эксперимент, полностью подтвердивший теоретические выводы Максвелла. Его экспериментальная установка состояла из находящихся на некотором расстоянии друг от друга передатчика и приёмника электромагнитных волн, и фактически представляла собой исторически первую систему радиосвязи, хотя сам Герц не видел никакого практического применения своего открытия, и рассматривал его исключительно как экспериментальное подтверждение теории Максвелла.

В XX в. развитие представлений об электромагнитном поле и электромагнитном излучении продолжилось в рамках квантовой теории поля, основы которой были заложены великим немецким физиком Максом Планком. Эта теория, в целом завершенная рядом физиков около середины XX века, оказалась одной из наиболее точных физических теорий, существующих на сегодняшний день.

Во второй половине XX века (квантовая) теория электромагнитного поля и его взаимодействия была включена в единую теорию электрослабого взаимодействия и ныне входит в так называемую стандартную модель в рамках концепции калибровочных полей (электромагнитное поле является с этой точки зрения простейшим из калибровочных полей — абелевым калибровочным полем).

Классификация

Электромагнитное поле с современной точки зрения есть безмассовое [~ 3] абелево [~ 4] векторное [~ 5] калибровочное [~ 6] поле. Его калибровочная группа — группа U(1).

Среди известных (не гипотетических) фундаментальных полей электромагнитное поле — единственное, относящееся к указанному типу. Все другие поля такого же типа (которые можно рассматривать, по крайней мере, чисто теоретически) — (были бы) полностью эквивалентны электромагнитному полю, за исключением, быть может, констант.

Физические свойства

Физические свойства электромагнитного поля и электромагнитного взаимодействия - предмет изучения электродинамики, с классической точки зрения оно описывается классической электродинамикой, а с квантовой - квантовой электродинамикой. В принципе, первая является приближением второй, заметно более простым, но для многих задач - очень и очень хорошим.

В рамках квантовой электродинамики электромагнитное излучение можно рассматривать как поток фотонов. Частицей-переносчиком электромагнитного взаимодействия является фотон (частица, которую можно представить как элементарное квантовое возбуждение электромагнитного поля) — безмассовый векторный бозон. Фотон также называют квантом электромагнитного поля (подразумевая, что соседние по энергии стационарные состояния свободного электромагнитного поля с определенной частотой и волновым вектором различаются на один фотон).

Электромагнитное взаимодействие — это один из основных видов дальнодействующих фундаментальных взаимодействий, а электромагнитное поле — одно из фундаментальных полей.

Существует теория (входящая в Стандартную модель), объединяющая электромагнитное и слабое взаимодействие в одно — электрослабое. Также существуют теории, объединяющие электромагнитное и гравитационное взаимодействие (например, теория Калуцы-Клейна). Однако последняя, при её теоретических достоинствах и красоте, не является общепринятой (в смысле её предпочтительности), так как экспериментально не обнаружено ее отличий от простого сочетания обычных теорий электромагнетизма и гравитации, как и теоретических преимуществ в степени, заставившей бы признать её особенную ценность. Это же (в лучшем случае) можно сказать пока и о других подобных теориях: даже лучшие из них по меньшей мере недостаточно разработаны, чтобы считаться вполне успешными.

Безопасность электромагнитных полей

В связи со всё большим распространением источников ЭМП в быту (СВЧ-печи, мобильные телефоны, теле-радиовещание) и на производстве (оборудование ТВЧ, радиосвязь), большое значение приобретают нормирование уровней ЭМП и изучение возможного влияния ЭМП на человека [1] . Нормирование уровней ЭМП проводится раздельно для рабочих мест и санитарно-селитебной зоны.

Контроль за уровнями ЭМП возложен на органы санитарного надзора и инспекцию электросвязи, а на предприятиях — на службу охраны труда.

Предельно-допустимые уровни ЭМП в разных радиочастотных диапазонах различны [2] .

Читайте также: