V procese zdĺhavých úvah o podstate elektrických a magnetických javov dospel M. Faraday k myšlienke potreby nahradiť korpuskulárne predstavy o hmote kontinuálnymi, súvislými. Dospel k záveru, že elektromagnetické pole je úplne spojité, náboje v ňom sú bodové centrá sily. Zmizla tak otázka konštrukcie mechanického modelu éteru, rozpor medzi mechanickými predstavami o éteri a skutočnými experimentálnymi údajmi o vlastnostiach svetla, elektriny a magnetizmu. Hlavná ťažkosť pri vysvetľovaní svetla pomocou pojmu éter bola nasledovná: ak je éter spojitým médiom, potom by nemal zasahovať do pohybu telies v ňom, a preto by mal byť ako veľmi ľahký plyn. Pri experimentoch so svetlom sa zistili dva zásadné fakty: svetelné a elektromagnetické vibrácie nie sú pozdĺžne, ale priečne a rýchlosť šírenia týchto vibrácií je veľmi vysoká. V mechanike sa ukázalo, že priečne vibrácie sú možné len v pevných telesách a ich rýchlosť závisí od hustoty telesa. Pre tak vysokú rýchlosť, akou je rýchlosť svetla, musela byť hustota éteru mnohonásobne väčšia ako hustota ocele. Ale ako sa potom telesá pohybujú?
Maxwell bol jedným z prvých, ktorí ocenili Faradayove nápady. Zároveň zdôraznil, že Faraday predložil nové filozofické názory na hmotu, priestor, čas a sily, ktoré do značnej miery zmenili predchádzajúci mechanický obraz sveta.
Názory na hmotu sa radikálne zmenili: súhrn nedeliteľných atómov prestal byť konečnou hranicou deliteľnosti hmoty, akceptovalo sa jediné absolútne súvislé nekonečné pole s centrami silových bodov – elektrickými nábojmi a pohybmi vĺn v ňom.
Pohyb bol chápaný nielen ako jednoduchý mechanický pohyb, ale primárne vo vzťahu k tejto forme pohybu bolo šírenie kmitov v poli, ktoré nebolo opísané zákonmi mechaniky, ale zákonmi elektrodynamiky.
Newtonova koncepcia absolútneho priestoru a času nezodpovedala koncepciám poľa. Keďže pole je absolútne súvislá hmota, jednoducho neexistuje žiadny prázdny priestor. Rovnako čas je neoddeliteľne spojený s procesmi, ktoré prebiehajú v teréne. Priestor a čas prestali byť samostatnými entitami nezávislými od hmoty. Chápanie priestoru a času ako absolútneho ustúpilo relačnému konceptu priestoru a času.
Nový obraz sveta si vyžadoval nové riešenie problému interakcie. Newtonov koncept akcie na veľké vzdialenosti bol nahradený Faradayovým princípom akcie na krátku vzdialenosť; akékoľvek interakcie sú prenášané poľom z bodu do bodu nepretržite a s konečnou rýchlosťou. *
Hoci zákony elektrodynamiky, podobne ako zákony klasickej mechaniky, jednoznačne predurčovali deje a stále sa snažili vylúčiť náhodnosť z fyzikálneho obrazu sveta, vytvorením kinetickej teórie plynov sa do teórie zaviedol pojem pravdepodobnosti, a potom do elektromagnetického obrazu sveta. Je pravda, že fyzici sa doteraz nevzdali nádeje na nájdenie jasných a jednoznačných zákonov podobných Newtonovým zákonom za pravdepodobnostnými charakteristikami.
Myšlienka miesta a úlohy človeka vo vesmíre sa v elektromagnetickom obraze sveta nezmenila. Jeho vzhľad bol považovaný len za rozmar prírody. Predstavy o kvalitatívnej špecifickosti života a mysle sa dostali do vedeckého svetonázoru len veľmi ťažko.
Nový elektromagnetický obraz sveta vysvetľoval veľkú škálu javov, ktoré boli z hľadiska doterajšieho mechanického obrazu sveta nepochopiteľné. Hlbšie odhalila materiálnu jednotu sveta, keďže elektrina a magnetizmus boli vysvetlené na základe rovnakých zákonov.
Čoskoro sa však na tejto ceste začali objavovať neprekonateľné ťažkosti. Podľa elektromagnetického obrazu sveta sa teda náboj začal považovať za bodový stred a fakty svedčili o konečnom rozsahu nábojovej častice. Preto už v Lorentzovej elektrónovej teórii bol náboj častíc, na rozdiel od nového obrazu sveta, uvažovaný vo forme pevnej nabitej gule s hmotnosťou. Nepochopiteľné sa ukázali výsledky Michelsonových pokusov v rokoch 1881 - 1887, kde sa pokúšal zistiť zotrvačný pohyb telesa pomocou prístrojov umiestnených na tomto telese. Podľa Maxwellovej teórie by sa takýto pohyb dal zistiť, no skúsenosť to nepotvrdila. Potom sa však fyzici snažili zabudnúť na tieto drobné problémy a nezrovnalosti, navyše sa závery Maxwellovej teórie absolutizovali, takže aj taký prominentný fyzik ako Kirchhoff veril, že vo fyzike nie je nič neznáme a neobjavené.
Ale do konca 19. stor. Nahromadilo sa čoraz viac nevysvetliteľných rozporov medzi teóriou a skúsenosťami. Niektoré boli spôsobené neúplnosťou elektromagnetického obrazu sveta, iné sa vôbec nezhodovali s kontinuitnými predstavami o hmote: ťažkosti pri vysvetľovaní fotoelektrického javu, čiarové spektrum atómov, teória tepelného žiarenia.
Dôsledná aplikácia Maxwellovej teórie na iné pohyblivé médiá viedla k záverom o neabsolútnosti priestoru a času. Presvedčenie o ich absolútnosti však bolo také veľké, že vedci boli prekvapení ich závermi, nazvali ich divnými a opustili ich. Presne to urobili Lorentz a Poincaré, ktorých diela zavŕšili predeinsteinovské obdobie vo vývoji fyziky.
Prijatím zákonov elektrodynamiky ako základných zákonov fyzikálnej reality zaviedol A. Einstein do elektromagnetického obrazu sveta myšlienku relativity priestoru a času a tým odstránil rozpor medzi chápaním hmoty ako určitého typu pole a newtonovské predstavy o priestore a čase. Zavedenie relativistických konceptov priestoru a času do elektromagnetického obrazu sveta otvorilo nové možnosti jeho rozvoja.
Tak vznikla všeobecná teória relativity, ktorá sa stala poslednou veľkou teóriou vytvorenou v rámci elektromagnetického obrazu sveta. V tejto teórii, vytvorenej v roku 1916, Einstein po prvýkrát podrobne vysvetlil podstatu gravitácie, pre ktorú zaviedol koncept relativity priestoru a času a zakrivenia jediného štvorrozmerného časopriestorového kontinua, v závislosti od rozloženia hmoty.
Ale ani vytvorenie tejto teórie už nedokázalo zachrániť elektromagnetický obraz sveta. Od konca 19. stor. Medzi elektromagnetickou teóriou a faktami sa objavovalo čoraz viac nezlučiteľných rozporov. V roku 1897 bol objavený fenomén rádioaktivity a zistilo sa, že je spojená s premenou niektorých chemických prvkov na iné a je sprevádzaná emisiou alfa a beta lúčov. Na tomto základe sa objavili empirické modely atómu, ktoré sú v rozpore s elektromagnetickým obrazom sveta. A v roku 1900 bol M. Planck v procese početných pokusov skonštruovať teóriu žiarenia nútený urobiť predpoklad o diskontinuite procesov žiarenia.
Počas celého 19. storočia. Pokračovali pokusy vysvetliť elektromagnetické javy v rámci mechanického obrazu sveta. To sa však ukázalo ako nemožné: elektromagnetické javy sa príliš líšili od mechanických procesov. Najväčší podiel na formovaní elektromagnetického obrazu sveta mali diela M. Faradaya a J. Maxwella. Keď Maxwell vytvoril teóriu elektromagnetického poľa, bolo možné hovoriť o jeho vzniku elektromagnetický obraz sveta.
Maxwell rozvinul svoju teóriu založenú na fenoméne elektromagnetickej indukcie, ktorý objavil Faraday. Vykonávaním experimentov s magnetickou ihlou, snažiac sa vysvetliť podstatu elektrických a magnetických javov, dospel Faraday k záveru, že rotácia magnetickej ihly nie je spôsobená elektrickými nábojmi, ktoré sú vo vodiči, ale zvláštnym stavom vodiča. prostredia, ktoré vzniklo v mieste magnetickej ihly.
To znamenalo, že prostredie obklopujúce vodič hrá aktívnu úlohu pri interakcii prúdu s magnetickou ihlou. V tejto súvislosti zaviedol pojem pole ako súbor magnetických siločiar, ktoré prenikajú priestorom a sú schopné určovať a usmerňovať (indukovať) elektrický prúd. Tento objav viedol Faradaya k myšlienke potreby nahradiť korpuskulárne predstavy o hmote novými kontinuálnymi, kontinuálnymi.
Maxwellova teória elektromagnetického poľa sa scvrkáva na skutočnosť, že meniace sa magnetické pole vytvára nielen v okolitých telesách, ale aj vo vákuu vírivé elektrické pole, ktoré zase spôsobuje vznik magnetického poľa. Takto bola do fyziky zavedená nová realita - elektromagnetické pole. Maxwellova teória elektromagnetického poľa znamenala začiatok novej etapy vo fyzike. V súlade s touto teóriou sa svet začal javiť ako jediný elektrodynamický systém, postavený z elektricky nabitých častíc interagujúcich prostredníctvom elektromagnetického poľa.
Najdôležitejšie pojmy novej teórie sú: poplatok, ktoré môžu byť pozitívne alebo negatívne; sila poľa - sila, ktorá by pôsobila na teleso nesúce jednotkový náboj, keby sa nachádzalo v predmetnom bode.
Keď sa elektrické náboje navzájom pohybujú, vytvára sa dodatočná magnetická sila. Preto sa nazýva celková sila spájajúca elektrické a magnetické sily elektromagnetické Predpokladá sa, že elektrické sily (pole) zodpovedajú nábojom v pokoji, magnetické sily (pole) pohybujúcim sa nábojom. Celá škála týchto síl a nábojov je opísaná systémom rovníc klasickej elektrodynamiky, známymi ako Maxwellove rovnice.
Podstata rovníc klasickej elektrodynamiky spočíva v Coulombovom zákone, ktorý je úplne ekvivalentný Newtonovmu zákonu univerzálnej gravitácie, ako aj v tvrdeniach, že magnetické siločiary sú spojité a nemajú začiatok ani koniec; magnetické náboje neexistujú; elektrické pole je vytvorené striedavým magnetickým poľom; Magnetické pole môže byť vytvorené buď elektrickým prúdom alebo striedavým elektrickým poľom.
Maxwellove rovnice sú napísané v zmysle teórie poľa, čo umožňuje jednotne popísať stacionárne a nestacionárne elektromagnetické javy a dať do súvislosti priestorové a časové zmeny elektrických a magnetických polí. Tieto rovnice majú riešenia, ktoré opisujú elektromagnetické vlny šíriace sa rýchlosťou svetla. Z nich je možné získať riešenia pre množinu všetkých vĺn, ktoré sa môžu šíriť ľubovoľným smerom v priestore.
Tak boli predložené nové fyzikálne a filozofické názory na hmotu, priestor, čas a sily, ktoré do značnej miery zmenili predchádzajúci mechanický obraz sveta. Samozrejme, nemožno povedať, že tieto zmeny boli kardinálne, pretože sa uskutočnili v rámci klasickej vedy. Preto nový elektromagnetický obraz sveta možno považovať za stredný, ktorý kombinuje nové myšlienky a staré mechanické predstavy o svete.
Radikálne sa zmenili iba predstavy o hmote: korpuskulárne predstavy ustúpili kontinuálnym (poľným). Odteraz súčet nedeliteľných atómov prestal byť konečnou hranicou deliteľnosti hmoty. Ako také bolo akceptované jediné absolútne súvislé nekonečné pole so stredmi silových bodov - elektrické náboje a pohyby vĺn v ňom. Podľa elektromagnetického obrazu sveta existuje hmota v dvoch formách – látka a pole. Sú prísne oddelené a ich premena na seba je nemožná.
Hlavným je pole, čo znamená, že hlavnou vlastnosťou hmoty je kontinuita na rozdiel od diskrétnosti. Elektromagnetické pole sa šíri vo forme priečnych elektromagnetických vĺn rýchlosťou svetla a neustále zachytáva nové oblasti vesmíru. Vyplnenie priestoru elektromagnetickým poľom nemožno opísať na základe Newtonových zákonov, keďže mechanika tomuto mechanizmu nerozumie. V elektromagnetizme vedie zmena jednej entity (magnetického poľa) k objaveniu sa inej entity (elektrické pole). Obe tieto entity spolu tvoria elektromagnetické pole. V mechanike jeden hmotný jav nezávisí od zmeny druhého a spolu nevytvárajú jedinú entitu.
Rozšíril sa aj pojem pohybu. Začalo sa to chápať nielen ako jednoduchý mechanický pohyb, ale aj ako šírenie vibrácií v poli. V súlade s tým Newtonove zákony mechaniky ustúpili Maxwellovým zákonom elektrodynamiky. Nový obraz sveta si vyžadoval nové riešenie problému fyzickej interakcie. Newtonov princíp pôsobenia na veľké vzdialenosti bol nahradený Faradayovým princípom pôsobenia na krátke vzdialenosti, ktorý tvrdil, že akékoľvek interakcie sú prenášané poľom z bodu do bodu nepretržite a s konečnou rýchlosťou.
Newtonov koncept absolútneho priestoru a absolútneho času nezodpovedal novým poľným konceptom hmoty, keďže polia nemajú jasne definované hranice a navzájom sa prekrývajú. Polia sú navyše absolútne súvislá hmota, takže tam jednoducho nie je prázdne miesto. Rovnako čas musí byť neoddeliteľne spojený s procesmi prebiehajúcimi v teréne. Bolo jasné, že priestor a čas nemožno považovať za nezávislé entity nezávislé od hmoty. Ale zotrvačnosť myslenia a sila zvyku boli také veľké, že vedci po dlhú dobu radšej verili v existenciu absolútneho priestoru a absolútneho času.
Spočiatku pri chápaní priestoru a času bol elektromagnetický obraz sveta založený na presvedčení, že absolútny prázdny priestor je vyplnený svetovým éterom. Vedci sa pokúsili spojiť absolútny referenčný rámec s nehybným éterom. Na vysvetlenie mnohých hmotných javov bolo zároveň potrebné prisúdiť éteru nezvyčajné vlastnosti, ktoré si často protirečia.
Vytvorenie špeciálnej teórie relativity však prinútilo vedcov opustiť myšlienku éteru, pretože táto teória bola založená na relativite dĺžky, času a hmotnosti, t.j. od ich závislosti od referenčného rámca. Preto až začiatkom 20. stor. Absolútna koncepcia priestoru a času ustúpila relačnej koncepcii priestoru a času, podľa ktorej priestor, čas a hmota existujú len spolu, úplne závislé na sebe. Priestor a čas sú v tomto prípade vlastnosťami hmotných telies.
Elektromagnetický obraz sveta urobil skutočnú revolúciu vo fyzike. Vychádzal z myšlienok kontinuity hmoty, hmotného elektrického poľa, neoddeliteľnosti hmoty a pohybu, prepojenia priestoru a času ako medzi sebou, tak aj s pohybujúcou sa hmotou. Nové chápanie podstaty hmoty postavilo vedcov pred potrebu revidovať a prehodnotiť tieto základné kvality hmoty.
Zákony elektrodynamiky, podobne ako zákony klasickej mechaniky, stále jednoznačne predurčovali deje, ktoré opisovali, preto sa snažili z fyzikálneho obrazu sveta vylúčiť náhodnosť. Avšak v polovici 19. stor. Prvýkrát sa objavila fundamentálna fyzikálna teória nového typu, ktorá bola založená na teórii pravdepodobnosti. Išlo o kinetickú teóriu plynov, príp štatistická mechanika.
Náhodnosť a pravdepodobnosť si konečne našli svoje miesto vo fyzike a prejavili sa v podobe takzvaných štatistických zákonov. Pravda, fyzici sa doteraz nevzdali nádeje na nájdenie jasných, jednoznačných zákonov podobných Newtonovým zákonom za pravdepodobnostnými charakteristikami a považovali novovytvorenú teóriu za prechodnú možnosť, dočasné opatrenie. Napriek tomu bol pokrok evidentný: pojem pravdepodobnosti vstúpil do elektromagnetického obrazu sveta.
Myšlienka miesta a úlohy človeka vo vesmíre sa v elektromagnetickom obraze sveta nezmenila. Jeho vzhľad bol považovaný len za rozmar prírody. Tieto názory sa ešte posilnili po príchode Darwinovej evolučnej teórie. Predstavy o kvalitatívnej špecifickosti života a mysle sa dostali do vedeckého svetonázoru len veľmi ťažko.
Elektromagnetický obraz sveta vysvetľoval veľkú škálu fyzikálnych javov, ktoré boli z hľadiska doterajšieho mechanického obrazu sveta nepochopiteľné. Jeho ďalší vývoj však ukázal, že je obmedzený. Hlavným problémom bolo, že kontinuálne chápanie hmoty nebolo v súlade s experimentálnymi faktami potvrdzujúcimi diskrétnosť mnohých jej vlastností – náboja, žiarenia, pôsobenia.
Nevyriešený zostal aj problém vzťahu poľa a náboja, nepodarilo sa vysvetliť stabilitu atómov a ich spektier, ani vyžarovanie úplne čierneho telesa. To všetko svedčilo o relatívnej povahe elektromagnetického obrazu sveta a potrebe nahradiť ho novým fyzickým obrazom sveta. Preto bol nahradený novým - kvantovo-poľným - obrazom sveta, spájajúcim diskrétnosť mechanického obrazu sveta a kontinuitu elektromagnetického obrazu sveta.
Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár
Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.
Uverejnené dňa http://www.allbest.ru/
MINISTERSTVO ŠKOLSTVA A VEDY RUSKEJ FEDERÁCIE
NABEREZHNOCHELNY INŠTITÚT (POBOČKA) FEDERÁLNEHO ŠTÁTNEHO SAMOSTATNÉHO VZDELÁVACIEHO ÚSTAVU VYSOKÉHO ODBORNÉHO VZDELÁVANIA
"FEDERÁLNA UNIVERZITA KAZAŇ (VOLGA)"
odbor: "Financie a účtovníctvo"
Esej
na tému: „Elektromagnetický obraz sveta“
v odbore: „Koncepcie moderných prírodných vied“
Naberezhnye Chelny, 2016.
1. Elektromagnetický obraz sveta
2. Vývoj koncepcie poľa opisu vlastností hmoty
3. Koncepty pôsobenia na veľké a krátke vzdialenosti
4. Diskrétnosť a spojitosť hmoty
5. Podstata Maxwellovej elektromagnetickej teórie
6. Hlavné črty EMCM
1. Elektromagnetický obraz sveta
V 19. storočí prírodné vedy nahromadili obrovský empirický materiál, ktorý potreboval prehodnotenie a zovšeobecnenie. Mnohé vedecké fakty získané ako výsledok výskumu celkom nezapadali do ustálených mechanických predstáv o svete okolo nás. V druhej polovici 19. storočia sa na základe výskumu v oblasti elektromagnetizmu vytvoril nový fyzikálny obraz sveta - elektromagnetický obraz sveta (EMPW).
Rozhodujúcu úlohu pri jeho vzniku zohrali výskumy vynikajúcich vedcov M. Faraday a J. Maxwell, G. Hertz.
M. Faraday, opúšťajúc pojem diaľkového pôsobenia (interakčný nosič), zavádza pojem fyzikálne pole, ktoré zohráva významnú úlohu v ďalšom rozvoji vedy a techniky (rádiokomunikácie, televízia a pod.). J. Maxwell rozvíja teóriu elektromagnetického poľa a G. Hertz experimentálne objavuje elektromagnetické vlny.
V EMKM je celý svet naplnený elektromagnetickým éterom, ktorý môže byť v rôznych stavoch. Fyzikálne polia boli interpretované ako stavy éteru. Éter je médium na šírenie elektromagnetických vĺn a najmä svetla.
Hmota sa považuje za nepretržitú. Všetky zákony prírody sú zredukované na rovnice J. Maxwella, ktoré opisujú súvislú látku: príroda nerobí skoky. Hmota pozostáva z elektricky nabitých častíc, ktoré medzi sebou interagujú prostredníctvom polí.
Všetky známe mechanické, elektrické, magnetické, chemické, tepelné a optické javy sú vysvetlené na základe elektromagnetických interakcií.
Uskutočňujú sa pokusy zredukovať mechanický popis javov na opis založený na teórii elektromagnetického poľa. Spracovanie javov na základe elektromagnetizmu pôsobí elegantne a ucelene. Celá rozmanitosť prírodných javov je zredukovaná na niekoľko matematicky striktných, aj keď veľmi zložitých vzťahov.
Pojem éteru (ako nositeľa svetla a elektromagnetických vĺn) sa pomaly vyvíja – až po prípadné úplné opustenie samotného pojmu éter.
Predstavy vedcov o priestore a čase sa menia. Objavili sa prvé práce A. Einsteina o teórii relativity. Vo vedeckých prácach sa objavujú nové názory na povahu gravitácie, odlišné od tých, ktoré sa vyvinuli v mechanickom obraze sveta.
Zdá sa, že vesmír naberá úplne nové črty. Vedci objavujú „rozptyl“ galaxií. EMKM sa rozširuje, spresňuje a prehlbuje. Vedci budujú stále viac nových modelov atómu a snažia sa zistiť, ktorý z nich je najbližšie k pravde.
Najkrajším a najpresnejším sa stal planetárny model atómu, ktorý vytvoril E. Rutherford. Ale práve to sa stalo východiskom pre vznik úplne nových pohľadov na štruktúru sveta okolo nás.
Už koncom 19. a začiatkom 20. storočia sa experimentálne údaje získané štúdiom mikro- a megasveta výrazne rozchádzali s predpoveďami existujúcich prírodovedných teórií a vyžadovali si vývoj nových, presnejších a adekvátnejších k podstate veľa záhadných javov.
Napriek tomu nám elektromagnetický obraz sveta dal veľa, bez čoho si moderný život nevieme predstaviť: spôsoby získavania a využívania elektrickej energie, napríklad elektrické osvetlenie a kúrenie, moderné elektromagnetické komunikačné prostriedky (rádio, telefón, televízia). ). Bez rádiokomunikácií je nemysliteľná napríklad existencia moderných štátov, fungovanie dopravy a výroby, ba ani každodenná komunikácia medzi ľuďmi.
2. Vývoj oborovej koncepcie opisu vlastností hmoty
elektromagnetická diskrétnosť kontinuita záležitosť
V klasickom pohľade, ako je uvedené vyššie, sa rozlišujú dva typy hmoty: látka a pole. Prvý z nich zahŕňa atómy, molekuly a všetky z nich postavené telesá, ktorých štruktúra a tvar sú veľmi rôznorodé. Pole je špeciálna forma hmoty (niekedy nazývaná fyzikálne pole). Dodnes je známych niekoľko typov polí: elektromagnetické a gravitačné polia, pole jadrových síl, ako aj vlnové (kvantové) polia zodpovedajúce rôznym elementárnym časticiam.
Obmedzme sa na zváženie elektromagnetického poľa. Práve opísať elektromagnetické javy mal v 30. rokoch 19. storočia vynikajúci anglický fyzik-samouk Michael Faraday (1791-1867). prvýkrát predstavil pojem pole.
Veda o vlastnostiach a vzorcoch správania špeciálneho druhu hmoty – elektromagnetického poľa, prostredníctvom ktorého dochádza k interakcii medzi elektricky nabitými telesami, sa nazýva elektrodynamika.
Medzi štyrmi typmi základných interakcií – gravitačná, elektromagnetická, silná a slabá – je elektromagnetická interakcia na prvom mieste z hľadiska šírky a rozmanitosti prejavov. V každodennom živote a v technike sa najčastejšie stretávame s rôznymi druhmi elektromagnetických interakcií: elastické sily, trenie, sila našich svalov a svalov rôznych zvierat atď.
Elektromagnetická interakcia nám umožňuje vidieť rôzne predmety a telá okolo nás, pretože svetlo je jednou z foriem elektromagnetického poľa. Samotný život je nemysliteľný bez síl elektromagnetickej povahy. Živé bytosti a dokonca aj ľudia, ako ukazujú lety kozmonautov, sú schopní byť v stave beztiaže po dlhú dobu, keď sa sily univerzálnej gravitácie výrazne neprejavia. Ak by však pôsobenie elektromagnetických síl na chvíľu prestalo, život by okamžite zmizol. Štruktúra atómového obalu, súdržnosť atómov do molekúl (chemické väzby) a vznik telies rôznych tvarov z hmoty sú určené výlučne elektromagnetickou interakciou.
Vytvorenie teórie elektromagnetického poľa viedlo k dlhému reťazcu náhodných objavov a systematického starostlivého výskumu, počnúc objavom schopnosti jantáru natretého na hodváb priťahovať svetelné predmety a končiac myšlienkou veľkého anglického vedca. James Clerk Maxwell o vytváraní magnetického poľa striedavým elektrickým poľom.
Až potom, čo Maxwell vytvoril teóriu elektromagnetického poľa, v druhej polovici 19. storočia, sa začalo rozšírené praktické využitie elektromagnetických javov. Vynález rádia ruským fyzikom a elektromechanikom A.S. Popov (1859-1906) - jedna z prvých dôležitých aplikácií princípov novej elektromagnetickej teórie. Vo vývoji teórie elektromagnetického poľa po prvýkrát vedecký výskum predchádzal technickým aplikáciám. Ak bol parný stroj postavený dlho pred vytvorením teórie tepelných procesov, potom sa ukázalo, že je možné skonštruovať elektrický motor alebo rádiový prijímač až po objavení a štúdiu zákonov elektrodynamiky.
Početné praktické aplikácie elektromagnetických javov nepochybne prispeli k výraznej premene sféry ľudskej činnosti a rozvoju civilizácie.
3. Koncepty dlhého a krátkeho dosahu
Zavedenie koncepcie poľa značne uľahčila túžba pochopiť povahu elektrických a gravitačných síl na veľké vzdialenosti. Bezprostredne po objavení I. Newtona zákona univerzálnej gravitácie a potom, asi o sto rokov neskôr, Coulombovho zákona, ktorý popisuje interakciu nabitých telies, vyvstali otázky filozofickejšieho charakteru: prečo na seba fyzické telesá s hmotnosťou pôsobia? na vzdialenosti, aj na tie obrovské, cez prázdny priestor a prečo nabité telesá interagujú aj cez elektricky neutrálne médium? Pred zavedením koncepcie poľa neboli na tieto otázky uspokojivé odpovede.
Dlho sa verilo, že interakcia medzi telami sa môže uskutočňovať priamo cez prázdny priestor, ktorý sa na tomto procese nezúčastňuje. K prenosu interakcie dochádza okamžite. Tento predpoklad je podstatou konceptu akcie na veľké vzdialenosti. Sám I. Newton považoval tento druh interakcie medzi telesami za neuveriteľný až nemožný.
Zakladateľom konceptu akcie na veľké vzdialenosti je francúzsky matematik, fyzik a filozof René Descartes. Mnohí vedci sa tohto konceptu držali až do konca 19. storočia.
Experimentálne štúdie elektromagnetických javov ukázali rozpor medzi konceptom pôsobenia na veľké vzdialenosti a fyzikálnou skúsenosťou. Táto koncepcia je navyše v rozpore s postulátom špeciálnej teórie relativity, podľa ktorej je rýchlosť prenosu interakcií medzi telesami obmedzená a nemala by prekročiť rýchlosť svetla vo vákuu.
Je dokázané, že interakcia elektricky nabitých telies nie je okamžitá a pohyb jednej nabitej častice vedie k zmene síl pôsobiacich na ostatné častice nie v rovnakom okamihu, ale až po určitom čase. Každá elektricky nabitá častica vytvára elektromagnetické pole, ktoré pôsobí na iné nabité častice, t.j. interakcia sa prenáša cez „prostredníka“ – elektromagnetické pole. Rýchlosť šírenia elektromagnetického poľa sa rovná rýchlosti svetla vo vákuu – približne 300 000 km/s. To je podstata nového konceptu – konceptu interakcie krátkeho dosahu, ktorý sa rozširuje nielen na elektromagnetické, ale aj na iné typy interakcií. Podľa koncepcie interakcie krátkeho dosahu sa interakcia medzi telesami uskutočňuje prostredníctvom určitých polí (napríklad gravitácie prostredníctvom gravitačného poľa), ktoré sú nepretržite rozložené v priestore.
4. Diskrétnosť a spojitosť hmoty
Čo je fyzikálne pole? Je možné si to predstaviť pomocou jednoduchých obrázkov, ktoré sú prístupné nášmu chápaniu? Ako to súvisí s predstavami o časticiach hmoty?
Najjednoduchšia predstava poľa je daná súvislým médiom, napríklad vodou, vypĺňajúcou určitú oblasť priestoru (alebo celý priestor). Toto médium môže mať napríklad rôznu hustotu alebo teplotu v rôznych bodoch a môže sa rôzne pohybovať. Je to špecifická fyzikálna vlastnosť média, odlišná v rôznych bodoch a dostupná pre merania, ktorá fyzicky určuje pole. V tomto ohľade sa rozlišuje teplotné pole, rýchlostné pole, silové pole atď.
Z filozofického hľadiska delenie sveta na telesá a častice na jednej strane a súvislé médium, pole a prázdny priestor na strane druhej zodpovedá identifikácii dvoch extrémnych vlastností sveta – jeho diskrétnosti a kontinuity.
Diskrétnosť (resp. diskontinuita) znamená „zrnitosť“, konečnú deliteľnosť časopriestorovej štruktúry a stavu predmetu alebo predmetu, jeho vlastnosti a formy pohybu (skoky), pričom kontinuita vyjadruje jednotu, celistvosť a nedeliteľnosť predmetu. samotný fakt jeho stabilnej existencie. Pre spojité neexistujú hranice deliteľného.
V matematike tieto filozofické kategórie zodpovedajú diskrétnej množine prirodzených čísel a spojitej množine (kontinuu) reálnych čísel. Pre presný časopriestorový popis vlastností spojitého prostredia (a poľa) bol vyvinutý špeciálny odbor matematiky.
Diskrétne a spojité vlastnosti sveta v rámci klasickej fyziky sa spočiatku javia ako protikladné, oddelené a nezávislé od seba, hoci vo všeobecnosti dopĺňajú všeobecnú predstavu o svete. A až vývoj koncepcie poľa, hlavne na opis elektromagnetických javov, umožnil pochopiť ich dialektickú jednotu. V modernej kvantovej teórii táto jednota protikladov diskrétneho a spojitého našla hlbšie fyzikálne a matematické opodstatnenie v koncepte vlnovo-časticovej duality.
Po príchode kvantovej teórie poľa sa myšlienka interakcie výrazne zmenila. Podľa tejto teórie nie je žiadne pole spojité, ale má diskrétnu štruktúru. Napríklad elektromagnetická interakcia v kvantovej teórii poľa je výsledkom výmeny častíc fotónmi - kvantami elektromagnetického poľa, t.j. fotóny sú nositeľmi tohto poľa. Podobne aj iné typy interakcií vznikajú v dôsledku výmeny častíc kvantami zodpovedajúcich polí. Predpokladá sa napríklad, že gravitóny sa zúčastňujú gravitačnej interakcie (ich existencia zatiaľ nebola experimentálne potvrdená).
Podľa koncepcie poľa častice zúčastňujúce sa interakcie vytvárajú v každom bode priestoru, ktorý ich obklopuje, špeciálny stav - pole síl, ktoré sa prejavuje silovým vplyvom na iné častice umiestnené v určitom bode v danom priestore. Spočiatku bola mechanická interpretácia poľa navrhnutá ako elastické napätia hypotetického média „éteru“. Teória relativity, ktorá odmietla „éter“ ako špeciálne elastické médium, zároveň dala základný význam pojmu poľa ako primárnej fyzikálnej reality.
V modernej kvantovej fyzike si nový možný typ hmoty môže nárokovať úlohu „éteru“ – fyzického vákua. Prvé myšlienky o ňom dal jeden z tvorcov kvantovej teórie poľa, anglický fyzik P. Dirac (tzv. „Diracovo more“). Hoci vákuum priamo nevidíme (je priehľadné pre elektromagnetické žiarenie a nekladie žiadny odpor pohybu hmotných častíc a telies), stále sa môže objaviť, keď rovnaké častice alebo elektromagnetické vlny (gama kvantá), ktoré majú dostatočnú energiu interagovať s ním. Ak táto energia presiahne dvojnásobok pokojovej energie, napríklad elektrónu, potom gama kvantum môže v prítomnosti ďalšej častice (atómového jadra) po zmiznutí zrodiť pár elektrón-pozitrón, ako keby „ vytrhnutý“ z vákua. Existujú ďalšie dôkazy v prospech fyzického vákua.
V histórii fyziky za posledných 300 rokov boli navrhnuté najmenej štyri rôzne koncepty „éteru“: Newtonov absolútny priestor, Huygensov svetelný éter, Einsteinov gravitačný éter a Diracovo fyzikálne vákuum. Až budúcnosť ukáže, do akej miery bude oprávnená intuícia fyzikov o existencii špeciálneho média v prírode – fyzikálneho vákua.
5. Podstata Maxwellovej elektromagnetickej teórie
V 60-tych rokoch XIX storočia. Anglický fyzik Maxwell rozvinul Faradayovu teóriu elektromagnetického poľa a vytvoril teóriu elektromagnetického poľa. Toto bola prvá teória poľa. Zaoberá sa len elektrickými a magnetickými poľami a je veľmi úspešná pri vysvetľovaní mnohých elektromagnetických javov. Je užitočné pripomenúť si niektoré základné myšlienky tejto teórie a závery, ktoré z nej vyplývajú.
Z Faradayovho zákona vyplýva, že akákoľvek zmena magnetického toku viazaného na obvod vedie k vzniku elektromotorickej sily (EMF) indukcie, v dôsledku ktorej sa objaví indukovaný prúd. V dôsledku toho je výskyt elektromagnetickej indukcie emf možný aj v stacionárnom obvode umiestnenom v striedavom magnetickom poli. EMF v akomkoľvek obvode sa však vyskytuje iba vtedy, keď na nosiče prúdu v ňom pôsobia vonkajšie sily, t.j. sily neelektrostatického pôvodu. Preto sa v tomto prípade prirodzene vynára otázka o povahe vonkajších síl. Skúsenosti ukazujú, že takéto vonkajšie sily nie sú spojené s tepelnými ani chemickými procesmi v okruhu; ich výskyt nemožno vysvetliť ani Lorentzovými silami, keďže nepôsobia na stacionárne nálože. Maxwell predpokladal, že akékoľvek striedavé magnetické pole vybudí elektrické pole v okolitom priestore, čo je príčinou objavenia sa indukovaného prúdu v obvode. Podľa Maxwellovej myšlienky obvod, v ktorom sa EMF vyskytuje, hrá druhoradú úlohu, keďže je akýmsi iba „zariadením“, ktoré toto pole deteguje. Elektrické pole excitované magnetickým poľom, podobne ako samotné magnetické pole, je vír.
Podľa Maxwella, ak akékoľvek striedavé magnetické pole vybudí vírivé elektrické pole vo vesmíre, potom by mal existovať opačný jav: akákoľvek zmena elektrického poľa by mala spôsobiť vznik vírivého magnetického poľa v okolitom priestore. Na stanovenie kvantitatívnych vzťahov medzi meniacim sa elektrickým poľom a magnetickým poľom, ktoré spôsobuje, Maxwell zaviedol do úvahy takzvaný posuvný prúd, ktorý má schopnosť vytvárať magnetické pole v okolitom priestore. Výtlakový prúd vo vákuu nie je spojený s pohybom nábojov, ale je určený iba zmenou elektrického poľa v priebehu času a súčasne budí magnetické pole - to je zásadne nové tvrdenie Maxwella.
Z Maxwellových rovníc vyplýva, že zdrojom elektrického poľa môžu byť buď elektrické náboje, alebo časovo premenné magnetické polia a magnetické polia môžu byť excitované buď pohyblivými elektrickými nábojmi (elektrické prúdy) alebo striedavými elektrickými poľami. Maxwellove rovnice nie sú symetrické vzhľadom na elektrické a magnetické polia. Je to spôsobené tým, že v prírode existujú elektrické náboje, ale žiadne magnetické náboje.
V stacionárnom prípade, keď sa elektrické a magnetické pole v čase nemenia, sú zdrojom elektrického poľa iba elektrické náboje a zdrojom magnetického poľa sú len vodivé prúdy. V tomto prípade sú elektrické a magnetické polia navzájom nezávislé, čo umožňuje študovať permanentné elektrické a magnetické polia oddelene.
Maxwellove rovnice sú najvšeobecnejšími rovnicami pre elektrické a magnetické polia v prostredí v pokoji. V elektromagnetizme hrajú rovnakú úlohu ako Newtonove zákony v mechanike. Z Maxwellových rovníc vyplýva, že striedavé magnetické pole je vždy spojené s elektrickým poľom, ktoré vytvára, a striedavé elektrické pole s magnetickým poľom, ktoré vytvára, t.j. elektrické a magnetické pole sú neoddeliteľne spojené a tvoria jediné elektromagnetické pole.
Na elektromagnetické pole je aplikovateľný iba Einsteinov princíp relativity, keďže skutočnosť, že elektromagnetické vlny sa šíria vo vákuu vo všetkých referenčných sústavách rovnakou rýchlosťou, nie je kompatibilná s Galileovým princípom relativity.
6. Hlavné črty EMCM
Hlavnou počiatočnou myšlienkou EMCM je prírodný vedecký materializmus a jeho jadrom je teória elektromagnetického poľa. EMKM bol založený na nasledujúcich myšlienkach:
· Kontinuita hmoty (kontinuita),
Významnosť elektromagnetického poľa,
· Kontinuita hmoty a pohybu,
· Spojenie medzi priestorom a časom, medzi sebou navzájom aj s pohybujúcou sa hmotou.
Hmota a pohyb. Hmota existuje v dvoch formách: látka a pole. Sú prísne oddelené a ich premena na seba je nemožná. Hlavná vec je pole, čo znamená, že hlavnou vlastnosťou hmoty je spojitosť (kontinuita) na rozdiel od diskrétnosti.
Priestor a čas. V pôvodnom EMCM bol absolútny a prázdny priestor (ako v MCM) naplnený svetovým éterom. Elektromagnetické pole bolo reprezentované ako vibrácie éteru. S nehybným éterom sa snažili spojiť absolútny referenčný rámec, najjednoduchší, najlepší. Vytvorenie SRT viedlo k opusteniu éteru.
Z postulátov SRT (špeciálna teória relativity) vyplývala relativita dĺžky, času a hmotnosti, t.j. ich závislosť od referenčného systému. Z Lorentzových transformácií, odvodených pre prechod z jedného ISO (inerciálny referenčný systém (IRS) - referenčný systém, v ktorom sa všetky voľné telesá pohybujú priamočiaro a rovnomerne, alebo sú v pokoji) k inému, vyplynulo, že priestor a čas sú vzájomne prepojené a tvoria jediný štvorrozmerný svet (Minkowski časopriestorové kontinuum), ktoré sú jeho projekciami. Vlastnosti časopriestorového kontinua (metrika Sveta, jeho geometria) sú určené rozložením a pohybom hmoty.
Udalosť, ktorá nastane s určitou časticou, je charakterizovaná miestom, kde k nej došlo (t. j. množinou hodnôt x, y, z), a časom, kedy k nej došlo. ("Čo kde kedy?"). V imaginárnom štvorrozmernom priestore, pozdĺž ktorého osí sú vynesené priestorové súradnice x, y, z a čas t, môže byť udalosť reprezentovaná bodom. Bod reprezentujúci udalosť v 4-rozmernom priestore sa nazýva svetový bod. V priebehu času sa svetový bod zodpovedajúci danej častici pohybuje v 4-rozmernom priestore a opisuje určitú čiaru, ktorá sa nazýva svetová čiara.
Interakcia. V období vzniku a rozvoja EMCM fyzika poznala dve interakcie – gravitačnú a elektromagnetickú. V rámci tohto obrazu sveta boli obe tieto interakcie vysvetlené na základe ich konceptu „pole“. To znamenalo, že obe interakcie sa prenášajú pomocou medziľahlého média, t.j. poli rýchlosťou rovnajúcou sa rýchlosti svetla. Princíp pôsobenia MCM na veľké vzdialenosti bol teda nahradený princípom pôsobenia na krátky dosah. V rámci EMCM sa A. Einstein pokúsil vypracovať jednotnú teóriu gravitačnej a elektromagnetickej interakcie. Po vytvorení GTR (všeobecná teória relativity) vedec až do konca života pracoval na vytvorení jednotnej teórie poľa – práce, ktorá bola nad sily jedného človeka. (Dnes bola vytvorená teória poľa, ktorá zahŕňa tri interakcie: elektromagnetickú, silnú a slabú. Problémom stále zostáva zaradenie gravitačnej interakcie do nej).
Hlavnými princípmi EMCM sú Einsteinov princíp relativity, pôsobenie krátkeho dosahu, stálosť a limit rýchlosti svetla, ekvivalencia zotrvačných a gravitačných hmôt, kauzalita. (V porovnaní s MCM nedošlo k novému chápaniu kauzality. Za hlavné sa považovali vzťahy príčiny a následku a dynamické zákony, ktoré ich vyjadrujú.) Stanovenie vzťahu medzi hmotnosťou a energiou (E=mc2) bolo veľký význam. Hmotnosť sa stala nielen mierou zotrvačnosti a gravitácie, ale aj mierou energetického obsahu. V dôsledku toho sa dva zákony zachovania – hmoty a energie – spojili do jedného všeobecného zákona o zachovaní hmoty a energie.
Ďalší vývoj fyziky ukázal, že EMCM je obmedzená. Hlavným problémom tu bolo, že kontinuálne chápanie hmoty nebolo v súlade s experimentálnymi faktami potvrdzujúcimi diskrétnosť mnohých jej vlastností – náboj, žiarenie, pôsobenie. Nebolo možné vysvetliť vzťah medzi poľom a nábojom, stabilitou atómov, ich spektrami, javom fotoelektrického javu a žiarením čierneho telesa. To všetko svedčilo o relatívnej povahe EMCM a potrebe nahradiť ho novým obrazom sveta.
Čoskoro bol EMKM nahradený novým - kvantovým poľným obrazom sveta, ktorý spájal diskrétnosť MKM a kontinuitu EMKM.
Uverejnené na Allbest.ru
...Podobné dokumenty
Kontinuita hmoty ako východiskový princíp svetonázoru, jej miesto v teórii diferenciálneho počtu. Etapy vývoja kinetickej teórie plynov. História štúdia atómu, pôvod rozporov kontinuity a atomicity. Tempo a vývoj moderných myšlienok.
abstrakt, pridaný 20.9.2009
Hlavní predstavitelia fyziky. Základné fyzikálne zákony a pojmy. Pojmy klasickej prírodnej vedy. Atomistický koncept štruktúry hmoty. Vytváranie mechanického obrazu sveta. Vplyv fyziky na medicínu.
abstrakt, pridaný 27.05.2003
Fyzika je základným odvetvím prírodných vied. Mechanický obraz sveta - zákony dynamiky. Elektromagnetický obraz sveta - fyzika polí. Moderným vedeckým obrazom sveta je teória relativity. Zákon univerzálnej gravitácie a princíp relativity.
prezentácia, pridaná 12.10.2012
Všeobecné pojmy, história objavu elektromagnetickej indukcie. Koeficient proporcionality v zákone elektromagnetickej indukcie. Zmena magnetického toku na príklade Lenzovho prístroja. Indukčnosť elektromagnetu, výpočet hustoty energie magnetického poľa.
prednáška, pridaná 10.10.2011
História vývoja jadrovej fyziky v dvadsiatom storočí. Aplikácia Maxwellových teoretických modelov elektrodynamiky a všeobecných princípov termodynamiky. Vývoj molekulárnej kinetickej teórie. Štúdium fyzického obrazu sveta Galileo-Newton. Fyzikálne vákuum.
abstrakt, pridaný 25.03.2016
História objavu fenoménu elektromagnetickej indukcie. Štúdium závislosti magnetického toku od magnetickej indukcie. Praktická aplikácia fenoménu elektromagnetickej indukcie: rozhlasové vysielanie, magnetoterapia, synchrofazotróny, elektrické generátory.
abstrakt, pridaný 15.11.2009
Práca pri pohybe vodiča s prúdom v magnetickom poli. Štúdium fenoménu elektromagnetickej indukcie. Spôsoby výroby indukovaného prúdu v konštantnom a striedavom magnetickom poli. Povaha elektromotorickej sily elektromagnetickej indukcie. Faradayov zákon.
prezentácia, pridané 24.09.2013
Pojem vedeckého obrazu sveta. Základné základy nového obrazu sveta: teória relativity; kvantová mechanika. Entropia v modernom obraze sveta. Termodynamická, štatistická a informačná entropia. Vzťah medzi entropiou a nezvratnosťou.
abstrakt, pridaný 06.03.2010
Charakteristiky priebehu exotermických a exoergických procesov. Pojem hmoty ako podstaty sveta a toho, čo je spoločné všetkým objektom prírody. Štúdium duálnej časticovo-vlnovej podstaty mikročastíc. Teória vákuového „varu“.
test, pridané 08.09.2009
Svet nie je súhrn nesúrodých udalostí nezávislých na sebe, ale rôznorodé a početné prejavy jedného celku. Oboznámenie sa s fázami formovania prírodovedného obrazu sveta. Analýza štruktúry základných hmotných objektov.
FEDERÁLNA AGENTÚRA PRE VZDELÁVANIE
ŠTÁTNA HOSPODÁRSKA UNIVERZITA ROSTOV "RINH"
OBCHODNÁ A MARKETINGOVÁ FAKULTA
KATEDRA FILOZOFIE A KULTÚRNEHO ŠTÚDIA
na tému: „Elektromagnetický obraz sveta“
Dokončené:
študent gr. 211 E.V. Popov
Skontrolované:
Rostov na Done
Úvod
1. Základné experimentálne zákony elektromagnetizmu
2. Teória elektromagnetického poľa od D. Maxwella
3. Elektronická Lorentzova teória
Záver
Bibliografia
Úvod
Jednou z najdôležitejších vlastností človeka, ktorá ho odlišuje od zvieraťa, je to, že sa pri svojom konaní opiera o rozum, o systém poznania a jeho hodnotenie. Správanie ľudí a miera efektivity úloh, ktoré riešia, samozrejme závisia od toho, nakoľko adekvátne a hlboko rozumejú realite, do akej miery dokážu správne posúdiť situáciu, v ktorej majú konať a uplatniť svoje poznatky.
V ľudskom živote oddávna nadobúdali veľký význam nielen tie poznatky, ktoré mali priamy praktický význam, ale aj tie, ktoré sa týkali všeobecných predstáv o prírode, spoločnosti a samotnom človeku. Zdá sa, že práve to posledné spája duchovný svet ľudí do jedného celku. Na ich základe vznikali, formovali a rozvíjali sa tradície vo všetkých sférach ľudskej činnosti. Dôležitú úlohu v tom zohráva to, ako si človek predstavuje štruktúru sveta. Ľudské sebauvedomenie sa usiluje predstaviť si svet okolo nás, t.j. pozri okom svojej mysle to, čo sa nazýva Vesmír, a nájdi si svoje miesto medzi okolitými vecami, urči svoju pozíciu v kozmickej a prírodnej hierarchii. Od pradávna sa ľudia zaoberali otázkami o štruktúre vesmíru, o možnosti jeho poznania, o jeho praktickom vývoji, o osude národov a celého ľudstva, o šťastí a spravodlivosti v ľudskom živote. Bez túžby pochopiť svet v jeho celistvosti, túžby porozumieť prírode a spoločenským javom by ľudstvo nevytvorilo vedu, umenie ani literatúru.
Moderná veda je zameraná na vytvorenie jednotného, holistického obrazu sveta, ktorý ho zobrazuje ako prepojenú „sieť bytia“. V povedomí verejnosti sa historicky vyvíjajú a postupne menia rôzne obrazy sveta, ktoré bežný človek vníma ako danosť, ako objektívnosť, ktorá existuje nezávisle od našich osobných názorov. Obraz sveta znamená akoby viditeľný portrét vesmíru, obraznú konceptuálnu kópiu Vesmíru, pri pohľade na ktorú môžete pochopiť a vidieť súvislosti reality a svoje miesto v nej. Znamená to pochopiť, ako svet funguje, aké zákony ho riadia, čo je jeho základom a ako sa vyvíja. Preto pojem „obraz sveta“ zaujíma osobitné miesto v štruktúre prírodných vied.
Obrazy sveta priraďujú človeku určité miesto vo Vesmíre a pomáhajú mu orientovať sa v existencii. Každý z obrázkov sveta dáva svoju vlastnú verziu toho, aký svet skutočne je a aké miesto v ňom človek zastáva. Obrazy sveta si sčasti protirečia, sčasti sa dopĺňajú a sú schopné tvoriť jeden celok. S rozvojom vedy sa jeden obraz sveta nahrádza druhým. Toto sa nazýva vedecká revolúcia, čo znamená radikálne zrútenie doterajších predstáv o svete. Každý obraz sveta si od svojich predchodcov zachováva to najlepšie, najdôležitejšie, čo zodpovedá objektívnej štruktúre vesmíru. Nový obrázok je zložitejší ako starý. Z filozofického hľadiska je svet realitou, branou ako celok, zachytenou v nejakej svojej kvalitatívnej jednote. Svet ako celok nám však nie je daný priamo, keďže zastávame špecifické postavenie; sme čiastoční a obmedzení na malý segment reality.
1. Základné experimentálne zákony elektromagnetizmu
Pozrime sa na elektromagnetický obraz sveta od jeho počiatku. K tomuto obrazu výrazne prispela fyzika.
Elektromagnetické javy sú ľudstvu známe už od staroveku. Samotný pojem „elektrické javy“ sa datuje do čias starovekého Grécka, keď sa starí Gréci pokúšali vysvetliť fenomén odpudzovania dvoch kusov jantáru otretých látkou od seba, ako aj príťažlivosti malých predmety nimi. Následne sa zistilo, že existujú dva typy elektriny: pozitívna a negatívna.
Čo sa týka magnetizmu, vlastnosti niektorých telies priťahovať iné telesá boli známe už v staroveku, nazývali sa magnety. Vlastnosť voľného magnetu sa v smere „sever – juh“ etablovala už v 2. storočí. BC. používané v starovekej Číne počas cestovania. Prvá experimentálna štúdia magnetu v Európe sa uskutočnila vo Francúzsku v 13. storočí. V dôsledku toho sa zistilo, že magnet má dva póly. V roku 1600 Gilbert predložil hypotézu, že Zem je veľký magnet: to vysvetľuje možnosť určenia smeru pomocou kompasu.
18. storočie poznačené vznikom mechanického obrazu sveta vlastne znamenalo začiatok systematického výskumu elektromagnetických javov. Zistilo sa teda, že podobné náboje sa odpudzujú a objavilo sa najjednoduchšie zariadenie - elektroskop. V polovici 18. stor. bola stanovená elektrická povaha blesku (obzvlášť treba poznamenať výskum B. Franklina, M. Lomonosova, G. Richmana a Franklinove zásluhy: je vynálezcom bleskozvodu; predpokladá sa, že to bol Franklin, kto navrhol označenia „+“ a „–“ pre elektrické náboje).
V roku 1759 anglický prírodovedec R. Simmer dospel k záveru, že v normálnom stave každé teleso obsahuje rovnaký počet opačných nábojov, ktoré sa navzájom neutralizujú. Pri elektrifikácii dochádza k ich prerozdeľovaniu.
Koncom 19. a začiatkom 20. storočia sa experimentálne zistilo, že elektrický náboj pozostáva z celého čísla elementárnych nábojov e = 1,6 * 10 -19 C. Ide o najmenší náboj existujúci v prírode. V roku 1897 J. Thomson objavil najmenšiu stabilnú časticu, ktorá je nositeľkou elementárneho záporného náboja. Ide o elektrón s hmotnosťou m e = 9,1*10 -31 kg. Elektrický náboj je teda diskrétny, t.j. pozostávajúce zo samostatných elementárnych častí q = ± n*e, kde n je celé číslo. V dôsledku mnohých štúdií elektrických javov uskutočnených v 18. – 19. storočí získali vedeckí myslitelia množstvo dôležitých zákonov, ako napríklad:
1) zákon zachovania elektrického náboja: v elektricky uzavretom systéme je súčet nábojov konštantná hodnota, t.j. elektrické náboje môžu vzniknúť a zaniknúť, ale súčasne sa nevyhnutne objaví a zmizne rovnaký počet elementárnych nábojov opačných znakov;
2) veľkosť náboja nezávisí od jeho rýchlosti;
3) zákon interakcie bodových nábojov alebo Coulombov zákon:
,kde ε je relatívna dielektrická konštanta média (vo vákuu ε = 1). Podľa tohto zákona sú Coulombove sily významné vo vzdialenostiach do 10-15 m (dolná hranica). Na menšie vzdialenosti začínajú pôsobiť jadrové sily (tzv. silná interakcia). Čo sa týka hornej hranice, tá smeruje k nekonečnu.
Štúdium interakcie nábojov, uskutočnené v 19. storočí. Je tiež pozoruhodné, že s ním bol do vedy zavedený pojem „elektromagnetické pole“. V procese formovania tohto konceptu bol mechanický model „éteru“ nahradený elektromagnetickým modelom: elektrické, magnetické a elektromagnetické polia boli spočiatku interpretované ako rôzne „stavy“ éteru. Následne potreba vysielania zanikla. Pochopilo sa, že samotné elektromagnetické pole je určitý druh hmoty a na jeho šírenie nie je potrebné žiadne špeciálne médium „éter“.
Dôkazom týchto tvrdení je práca vynikajúceho anglického fyzika M. Faradaya. Pole stacionárnych nábojov sa nazýva elektrostatické. Elektrický náboj, ktorý je v priestore, skresľuje jeho vlastnosti, t.j. vytvára pole. Silovou charakteristikou elektrostatického poľa je jeho intenzita
. Elektrostatické pole je potenciálne. Jeho energetická charakteristika je potenciál φ.Povaha magnetizmu zostala nejasná až do konca 19. storočia a elektrické a magnetické javy sa posudzovali nezávisle od seba, až kým v roku 1820 dánsky fyzik H. Oersted neobjavil magnetické pole vodiča s prúdom. Takto sa vytvorilo spojenie medzi elektrinou a magnetizmom. Silovou charakteristikou magnetického poľa je intenzita
. Na rozdiel od otvorených siločiar elektrického poľa (obr. 1) sú siločiary magnetického poľa uzavreté (obr. 2), t.j. je to vír.V priebehu septembra 1820 francúzsky fyzik, chemik a matematik A.M. Ampere rozvíja nové odvetvie vedy o elektrine – elektrodynamiku.
Ohmove a Joule-Lenzove zákony sa stali jedným z najdôležitejších objavov v oblasti elektriny. Zákon objavený G. Ohmom v roku 1826, podľa ktorého v úseku obvodu I = U/R a pre uzavretý okruh I = EMF/(R + r), ako aj Joule-Lenzov zákon Q = I *U*t pre množstvo tepla uvoľneného pri prechode prúdu cez stacionárny vodič počas času t výrazne rozšírilo pojmy elektriny a magnetizmu.
Výskum anglického fyzika M. Faradaya (1791-1867) dal štúdiu elektromagnetizmu určitú úplnosť. Faraday, ktorý vedel o Oerstedovom objave a zdieľal myšlienku vzťahu medzi javmi elektriny a magnetizmu, si v roku 1821 stanovil úlohu „premeniť magnetizmus na elektrinu“. Po 10 rokoch experimentálnej práce objavil zákon elektromagnetickej indukcie. Podstatou zákona je, že meniace sa magnetické pole vedie k vzniku indukovaného emf emf i = k*dФ m/dt, kde dФ m/dt je rýchlosť zmeny magnetického toku cez povrch natiahnutý cez obrys. . V rokoch 1831 až 1855 Faradayova hlavná práca, Experimentálny výskum elektriny, vychádza v sérii.
Strana 40 zo 42
Elektromagnetický obraz sveta
Základy nových predstáv o hmote položili koncom 18. – začiatkom 19. storočia diela H. Oersteda a A. Ampereho. Potom, v procese dlhých úvah o podstate elektrických a magnetických javov, M. Faraday dospel k myšlienke, že je potrebné nahradiť korpuskulárne predstavy o hmote kontinuálnymi, súvislými. Po objavení fenoménu elektromagnetickej indukcie dospel k záveru, že médium zohráva obrovskú úlohu pri prenose elektrických a magnetických síl. Jedným z prvých, ktorí ocenili Faradayove myšlienky, bol D. Maxwell, ktorý v polovici 19. storočia vytvoril elektromagnetickú teóriu. Tak bolo zavŕšené vytvorenie elektrodynamiky, ďalšej základnej fyzikálnej teórie.
Najdôležitejšie pojmy novej teórie sú: náboj, ktorý môže byť pozitívny aj negatívny; sila poľa je sila, ktorá by pôsobila na teleso nesúce jednotkový náboj, ak by sa nachádzalo v príslušnom bode.
J. Maxwell (1831 – 1879)
Keď sa elektrické náboje navzájom pohybujú, vytvára sa dodatočná magnetická sila. Preto sa celková sila spájajúca elektrické a magnetické sily nazýva elektromagnetická. Predpokladá sa, že elektrické sily zodpovedajú nábojom v pokoji, magnetické sily pohybujúcim sa nábojom. Celá rôznorodosť týchto síl a nábojov je opísaná systémom rovníc klasickej elektrodynamiky. Tieto rovnice sú známe ako Maxwellove rovnice. Tieto rovnice majú riešenia, ktoré opisujú elektromagnetické vlny šíriace sa rýchlosťou svetla. Z nich je možné získať riešenia pre množinu všetkých vĺn, ktoré sa môžu šíriť ľubovoľným smerom v priestore.
Tak boli predložené nové fyzikálne aj filozofické pohľady na hmotu, priestor, čas a sily, ktoré do značnej miery zmenili predchádzajúci mechanický obraz sveta. Samozrejme, nemožno povedať, že tieto zmeny boli radikálne, pretože sa uskutočnili v rámci klasickej vedy. Preto nový elektromagnetický obraz sveta možno považovať za stredný, ktorý kombinuje nové myšlienky a staré mechanické predstavy o svete.
Nový obraz sveta si vyžadoval nové riešenie problému fyzickej interakcie. Newtonov koncept akcie na veľké vzdialenosti bol nahradený Faradayovým princípom akcie na krátku vzdialenosť. Tvrdil, že akékoľvek interakcie sú prenášané poľom z bodu do bodu, nepretržite a konečnou rýchlosťou.
Newtonov koncept absolútneho priestoru a absolútneho času nezodpovedal novým poľným konceptom hmoty, keďže polia nemajú jasne definované hranice a navzájom sa prekrývajú. Polia sú navyše absolútne súvislá hmota, takže tam jednoducho nie je prázdne miesto. Rovnako čas musí byť neoddeliteľne spojený s procesmi prebiehajúcimi v teréne. Bolo jasné, že priestor a čas musia prestať byť nezávislými entitami nezávislými od hmoty. Ale zotrvačnosť myslenia a sila zvyku boli také veľké, že vedci po dlhú dobu radšej verili v existenciu absolútneho priestoru a absolútneho času. Až začiatkom 20. storočia tieto názory ustúpili relatívnemu poňatiu priestoru a času, podľa ktorého priestor, čas a hmota existujú len spolu, úplne na sebe závislé.
Myšlienka miesta a úlohy človeka vo vesmíre sa v elektromagnetickom obraze sveta nezmenila. Jeho vzhľad bol považovaný len za rozmar prírody. Tieto názory zosilneli až po príchode Darwinovej evolučnej teórie. Predstavy o kvalitatívnej špecifickosti života a mysle sa dostali do vedeckého svetonázoru len veľmi ťažko.
Nový elektromagnetický obraz sveta vysvetľoval veľkú škálu javov, ktoré boli z hľadiska doterajšieho mechanického obrazu sveta nepochopiteľné. Hlbšie odhalila materiálnu jednotu sveta, keďže elektrina, magnetizmus a svetlo boli vysvetlené na základe rovnakých zákonov.
Aj na tejto ceste sa však čoskoro začali objavovať neprekonateľné ťažkosti, ktoré jasne ukázali prechodnosť nového obrazu sveta. Podľa elektromagnetického obrazu sveta sa teda náboj začal považovať za bodový stred a fakty svedčili o konečnom rozsahu nábojovej častice. Preto už v elektrónovej teórii X. Lorentza sa o náboji častice, na rozdiel od nového obrazu sveta, začalo uvažovať vo forme pevnej nabitej gule s hmotnosťou.
Výsledky Michelson-Morleyho experimentov, v ktorých sa pokúšali odhaliť „éterický vietor“, sa ukázali ako nepochopiteľné. Svetlo sa v tom čase považovalo za elektromagnetické vlny, ktoré sa šírili v špeciálnom médiu – éteri. Pozorovateľ na Zemi sa pohybuje vzhľadom na éter v dôsledku pohybu Zeme, a preto by vnímaná rýchlosť svetla mala závisieť od rýchlosti planéty. Išlo o fenomén „éterického vetra“, ktorého hľadanie pokračovalo v množstve experimentov vyššie spomínaných vedcov. Napriek zvyšujúcej sa presnosti meraní (prvý experiment sa uskutočnil v roku 1881 a posledný v roku 1963) sa tento jav nepodarilo odhaliť. To vyvolalo pochybnosti o existencii éteru.
Dôsledná aplikácia Maxwellovej teórie na iné pohyblivé médiá viedla k záverom o neabsolútnosti priestoru a času. Presvedčenie o ich absolútnosti však bolo také veľké, že vedci boli prekvapení ich závermi, nazvali ich divnými a opustili ich. Presne to urobili H. Lorentz a A. Poincaré, ktorých diela zavŕšili predeinsteinovské obdobie vo vývoji fyziky. Hovoríme o Lorentzovej elektrónovej teórii, ako aj o jeho slávnych rovniciach, preložených do jazyka Poincarého štvorrozmerného časopriestoru, ktorý A. Einstein neskôr použil vo svojej teórii relativity.
Prijatím zákonov elektrodynamiky ako základných zákonov fyzikálnej reality Einstein zaviedol myšlienku relativity priestoru a času do elektromagnetického obrazu sveta. Odstránil sa tak rozpor medzi chápaním konceptov kontinua (pole) hmoty a newtonovským konceptom absolútneho priestoru a času.
Teda do konca 19. stor. Nahromadilo sa čoraz viac nevysvetliteľných nezrovnalostí medzi teóriami a skúsenosťami. Niektoré boli spôsobené neúplnosťou elektromagnetického obrazu sveta, iné sa vôbec nezhodovali s predstavami kontinua o hmote.
Na tieto drobné problémy však fyzici radšej nemysleli. Verili, že sú bližšie ako kedykoľvek predtým k vyriešeniu hlavnej úlohy vedy - získania absolútnej pravdy, odhalenia všetkých tajomstiev okolitého sveta. To umožnilo takému slávnemu fyzikovi ako
G. Kirchhoff, v 80. rokoch XIX storočia. vyhlásiť, že vo fyzike nie je nič neznáme alebo neobjavené.
Ale ani vytvorenie teórie relativity nedokázalo zachrániť elektromagnetický obraz sveta. Od konca 19. stor. Medzi elektromagnetickým obrazom a faktami sa objavovalo čoraz viac nezlučiteľných rozporov, ktoré slúžili ako základ pre druhú globálnu vedeckú revolúciu, ktorá zničila nielen existujúci obraz sveta, ale aj celú budovu klasickej vedy. Počas tejto revolúcie sa začala formovať moderná veda a nový kvantovo-relativistický obraz sveta.
| Obsah |
|---|
| Systém prírodných vied a prírodovedný obraz sveta. |
| Didaktický plán |
| Predslov |
| Tematická recenzia |
| Základné prírodné vedy |
| Vedecká metóda chápania prírody |
| Prvky vedeckej metódy poznávania |
| Pseudoveda |
| Základné a aplikované vedy. Technológia |
| Vedecké poznatky na starovekom východe |
| Vznik vedy v starovekom Grécku |
| Staroveká veda |
| Matematický program Pytagoras – Platón |
| Atomistický program Leucippa a Demokrita |
| Aristotelov program kontinua |
| Rozvoj vedy v ére helenizmu |
| Vedecké poznanie v stredoveku |
| Hlavné črty stredovekého svetonázoru a vedy |
| Renesancia: revolúcia vo svetonázore a vede |
| Objavy Koperníka a Bruna sú základom prvej vedeckej revolúcie |
| Galileo Galilei a jeho úloha vo vývoji klasickej vedy |