Реферат "Формирование представлений об электрическом и магнитном поле и их характеристиках. Принцип близкодействия."

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина
Кафедра общей и теоретической физики и МПФ
РЕФЕРАТ
на тему
«Формирование представлений об электрическом и магнитном поле и их
характеристиках. Принцип близкодействия.»
Выполнила студентка группы «6923»
Бакланова Екатерина Вячеславовна
Проверил:
Старший преподаватель Скопцова Галина Николаевна
Рязань - 2022
Содержание
Введение……………………………………………………………………..........2
Глава 1. Понятие и характеристики электрического поля ………………..…2
Глава
2.
Понятие
и
характеристики
магнитного
поля
……………………………………………………………………………………..3
Глава
3.
История
открытия
электромагнитного
поля …………………………………………………………………………….3
Глава 4.
Взаимодействие электрического и магнитного полей
…………………………………………………………………………………….5
Глава 5. Принципы дальнодействия и близкодействия …………………….5
Заключение……………………………………………………………………….6
Литература………………………………………………………………………..7
1
Введение
Термином «поле» в русском языке обозначают очень большое пространство
однородного состава, например, пшеничное или картофельное.
В физике и электротехнике его используют для описания различных видов
материи, например, электромагнитной, состоящей из электрической и
магнитной составляющих.
Электрический заряд связан с этими формами материи. Когда он
неподвижен, то вокруг него всегда есть электрическое поле, а при движении
образуется еще и магнитное.
Представление человека о природе электрического (более точное
определение — электростатического) поля сложилось на основе
исследований опытным путем его свойств, ибо другого метода изучения пока
не существует. При этом способе выявлено, что оно воздействует на
движущиеся и/или неподвижные электрические заряды с определенной
силой. По измерениям ее величины оценивают основные эксплуатационные
характеристики.
Глава 1. Понятие и характеристики электрического поля
Электрическое поле — одна из составляющих электромагнитного поля;
особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих
электрическим зарядом, а также при изменении магнитного поля (например,
в электромагнитных волнах).
Электрическое поле непосредственно невидимо, но может быть обнаружено
благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.
Электрическое поле образуется:

вокруг электрических зарядов (тел или частиц);

при изменениях магнитного поля, как, например, происходит во время
перемещения электромагнитных волн.
Изображают его силовыми линиями, которые принято показывать
исходящими из положительных зарядов и оканчивающимися на
отрицательных.
Таким
образом,
заряды
являются
источниками
электрического поля. По действию на них можно:

выявить наличие поля;

ввести калиброванную величину для измерения его значения.
2
Для практического использования выбрана силовая характеристика,
называемая напряженностью, которая оценивается по действию на
единичный заряд положительного знака.
Глава 2. Понятие и характеристики магнитного поля
Магнитное поле — силовое поле, действующее на движущиеся
электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом,
независимо от состояния их движения, магнитная составляющая
электромагнитного поля.
Магнитное поле действует на:

электрические тела и заряды, находящиеся в движении с определённым
усилием;

магнитные моменты без учета состояний их движения.
Магнитное поле создается:

прохождением тока заряженных частиц;

суммированием магнитных моментов электронов внутри атомов или
других частиц;

при временном изменении электрического поля.
Его тоже изображают силовыми линиями, но они замкнуты по контуру, не
имеют начала и конца в противоположность электрическим.
Глава 3. История открытия электромагнитного поля
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.
3
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
4
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).
Глава 4. Взаимодействие электрического и магнитного полей
Взаимную связь между полями электричества и магнетизма помогает понять
очевидный факт: они не обособленны, а связаны, но могут проявляться поразному, являясь единым целым — электромагнитным полем.
Если представить, что в какой-то точке пространства создано неоднородное
поле электрического заряда, неподвижное относительно поверхности Земли,
то определить вокруг него магнитное поле в состоянии покоя не получится.
Если же наблюдатель начнет перемещаться относительно этого заряда, то
поле станет меняться по времени и электрическая составляющая образует
уже магнитную, которую исследователь сможет увидеть своими
измерительными приборами.
Аналогичным образом эти явления проявятся тогда, когда на какой-то
поверхности расположен неподвижный магнит, создающий магнитное поле.
Когда наблюдатель станет перемещаться относительно него, то он обнаружит
появление электрического тока. Этот процесс описывает явление
электромагнитной индукции.
Поэтому говорить о том, что в рассматриваемой точке пространства имеется
только одно из двух полей: электрическое или магнитное, не имеет особого
смысла. Этот вопрос надо ставить применительно к системе отсчета:

стационарной;

подвижной.
Другими словами, система отсчета влияет на проявление электрического и
магнитного поля и является одним из способов его изучения, позволяет
судить о его свойствах, конфигурации.
Глава 5. Принципы дальнодействия и близкодействия
5
Одной из важнейших проблем, которой задавались ученые, был вопрос —
каким образом заряженный объект оказывает влияние на другие
находящиеся поблизости объекты.
Известно, что заряженные тела взаимодействуют, даже когда они не
контактируют, то есть электрическая сила действует на расстоянии. Но как
именно каждый из объектов узнает о существовании другого? Попытки
ответить на этот вопрос разделили
ученых на два лагеря: одни
придерживались концепции дальнодействия, другие были сторонниками
теории близкодействия.
Дальнодействие — это концепция, согласно которой действие передается
мгновенно, независимо от расстояния между телами и наличия какой-либо
среды между ними. Таким образом, согласно этой теории два электрически
заряженных тела воздействуют друг на друга напрямую, без какого-либо
посредника. Эта точка зрения была особенно популярна после открытия
Исааком Ньютоном закона всемирного тяготения.
Близкодействие, или принцип локальности − концепция, в рамках которой
для взаимодействия тел на расстоянии необходима особая среда, передающая
воздействие. При рассмотрении электрического взаимодействия эту среду
называют электрическим полем.
Споры между сторонниками этих теорий велись на протяжении долгого
времени, пока Майкл Фарадей и немного позже Джеймс Максвелл не
склонили чашу весов в сторону представлений о близкодействии.
Стоит отметить, что обе теории прекрасно описывают все наблюдаемые
явления, пока рассматриваются вопросы исключительно электростатики, то
есть ситуации, в которых взаимодействуют неподвижные заряды. И если
ограничиться этим кругом вопросов, то невозможно обоснованно
предпочесть одну теорию другой. Однако представления об электрическом (и
магнитном) полях позволяют с общих позиций описывать явления как
электростатики, так и электродинамики, и такая универсальность обеспечила
победу концепции близкодействия.
Заключение
После публикации работ Максвелла прошло уже много времени. Ученые
постоянно изучают проявления опытных фактов между электрическими и
магнитными полями, но результаты ограничиваются чисто практическим
применением рассматриваемых явлений.
6
Объясняется это тем, что с нашим уровнем знаний можно только строить
гипотезы, ибо пока мы способны лишь предполагать что-то. Ведь природа
обладает неисчерпаемыми свойствами, которые еще предстоит много и
длительно изучать.
Литература
1. Основы научных исследований: Учеб. / Под ред. В.И. Крутова,
В.В. Попова. М., 2006.
2. Электромагнетизм. Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ,.
2006.
3. Электромагнетизм: учебник / Под ред. В. А. Алешкевич, 2014.
4. Основные законы электромагнетизма. Учебное пос. для
студентов вузов – 2-е, стереотип. – М.: Высш. шк. / Под ред. И. Е.
Иродова, 2011.
5. Электромагнитное поле. Электрические и магнитные свойства
материалов: Учебное пособие по курсу "Физические основы
получения информации" / Под ред. А.Е. Гольдштейн – Томск:
Томский политехнический университет, 2006.
6. Электромагнитное поле, Электричество и магнетизм, Часть 1 /
Под ред. И.Н. Мешкова, Б.В. Чирикова, 2007.
7. Физика. Раздел 2. "Электростатика. Постоянный электрический
ток": Основные законы и формулы. Методические указания к
решению задач. / Под ред. Н.А. Елисеевой, К.Ф. Комаровских,
И.А. Торчинского, В.Б. Харламовой - СПб.: СЗПИ, 2009.
8. Физика. Часть 2. Электричество и магнетизм: Учебнометодическое пособие для студентов-заочников. / Под ред. Л.П.
Ляховой, Л.П. Осуховской, И.А. Терлецкого - Владивосток: Издво ДВГТУ, 2004.
9. Физика. Электричество и магнетизм: Учебное пособие. Под ред.
В.И. Барсукова, О.С. Дмитриева - Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2009.
10. Электродинамика: Учебно-методическое пособие. / Под ред.
Н.В. Нетребко, И.П. Николаева, М.С. Поляковой, В.И.
Шмальгаузен - М: Издательский отдел факультета ВМиК МГУ
им. М.В. Ломоносова, 2006.
7