05. Теория Максвелла

Теория Максвелла

Ученые всего мира занимались исследованием того, как распространяется по проводникам переменный электрический ток, какие свойства наблюдаются в этом случае, как эти электромагнитные колебания возможно использовать.

Джеймс Клерк Максвелл родился в 1831 году, как раз в этом году Майкл Фарадей совершил свое великое открытие – открытие электромагнитной индукции.

Майкл Фарадей в своей работе, посвященной электромагнитной индукции, установил, что под действием переменного магнитного поля создается вихревое электрическое поле (рис. 1).

Замкнутая линия напряженности электрического поля охватывает линии индукции, если линии замкнуты – это и есть главная характеристика вихревого электрического поля. Индукционная напряженность электрического поля располагается перпендикулярно линиям магнитной индукции. На втором рисунке показано, что при изменении магнитного поля изменяется направление вихревых линий напряженности. В опытах Фарадея было доказано существование вихревого электрического поля, которое, в свою очередь, заставляет двигаться электрические заряды.

Логично было предположить следующее: нельзя ли попытаться сделать обратное, чтобы изменяющееся электрическое поле дало возможность существовать переменному магнитному полю? Именно это предложение и выдвинул Максвелл как гипотезу своей теории. В своей работе он решил показать, существует ли взаимосвязь между переменным электрическим полем и магнитным полем.

Максвелл по специальности был математик и свою работу, посвященную магнитному полю, обосновал математически. Он четко доказал, что две силовые характеристики связаны между собой – магнитная индукция и напряженность электрического поля. Максвелл показал, что эти две величины неразделимы, что нельзя говорить только об одном из полей – магнитном или электрическом, эти поля существуют одновременно. Если мы наблюдаем движущийся заряд, значит, вокруг него будет наблюдаться магнитное поле, и наоборот, при наблюдении покоящегося заряда вокруг него будет наблюдаться только электрическое поле. В данном случае важную роль играет выбор системы отсчета. Для существования магнитного поля обязательно должно быть ускоренное движение заряда. Электромагнитное поле определяется ускоренно движущимся зарядом, источником этого поля является заряд, движущийся с ускорением.

В теории Максвелла были получены формулы, которые связывали эти величины, и следствия из этих формул очень важны:

• переменное электрическое поле создает магнитное поле (рис. 1);

• распространяется электромагнитное поле самостоятельно, то есть существует самостоятельно, и именно распространение электромагнитного поля называется электромагнитной волной;

• скорость распространения электромагнитной волны – 3·108 м/с – это скорость света.

Не все ученые были согласны с теорией Максвелла; считалось, что если электрический заряд придет в движение, то мгновенно будет наблюдаться движение другого заряда, расположенного рядом, а из теории Максвелла следовало, что это не так. Он показал, что при взаимодействии двух электрических зарядов пройдет какое-то время протекания этого взаимодействия, то есть оно будет проходить не мгновенно, а в течении какого-то времени, и это время определяется скоростью распространения электромагнитных волн – скоростью света. Именно работа Максвелла послужила основанием доказательства того, что свет является частным случаем электромагнитной волны.

Заключение

Рассуждения по поводу распространения электромагнитных волн продолжались, и сомнения в теории Максвелла в скором времени были рассеяны. На следующем уроке мы рассмотрим вопросы по обнаружению электромагнитных волн немецким ученым Генрихом Герцем.

Список литературы

1. Тихомирова С. А., Яворский Б. М. Физика (базовый уровень) – М.: Мнемозина, 2012.

2. Генденштейн Л. Э., Дик Ю. И. Физика 10 класс. – М.: Мнемозина, 2014.

3. Кикоин И. К., Кикоин А. К. Физика-9. – М.: Просвещение, 1990.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «Portal-slovo.ru» (Источник)

2. Интернет-портал «Phyzika.ru» (Источник)

3. Интернет-портал «Pandia.ru» (Источник)

Домашнее задание

1. Что было доказано в опытах Фарадея?

2. Какую взаимосвязь показал Максвелл в своей теории?

3. Дайте определение электромагнитной волне.