Общая характеристика электромагнитной картины мира

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;

- в качестве элементарных составных частей вещества выде­ляются электрон и протон. Стабильность этих частиц объясняет стабильность вещества и мироздания в целом. Квантом электро­магнитного поля является фотон. Развивается идея корпускуляр­но-волнового дуализма, «увязывающая» волновые и корпускуляр­ные (квантовые) свойства;

- 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.

9. Какой физический смысл имеет правило Ленца? Что будет, если в законе электромагнитной индукции заменить на «+»?

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.

14. Попробуйте понять «замысел» Природы, определившей для зрения человека диапазон видимого света. Какую картину увидели бы мы в диапазоне, например, СВЧ? В рентгеновском диапазоне?

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.)