Чем различаются электрические и магнитные явления?
Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь для публикации ответа на этот вопрос.
решение вопроса
Связанных вопросов не найдено
Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.
- Все категории
- экономические 43,679
- гуманитарные 33,657
- юридические 17,917
- школьный раздел 612,713
- разное 16,911
Популярное на сайте:
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
- Обратная связь
- Правила сайта
Электрические и магнитные явления
— распознавать электромагнитные явления и объяснять на основе имеющихся знаний основные свойства или условия протекания этих явлений: электризация тел, взаимодействие зарядов, электрический ток и его действия (тепловое, химическое, магнитное), взаимодействие магнитов, электромагнитная индукция, действие магнитного поля на проводник с током и на движущуюся заряженную частицу, действие электрического поля на заряженную частицу, электромагнитные волны, прямолинейное распространение света, отражение и преломление света, дисперсия света.
— составлять схемы электрических цепей с последовательным и параллельным соединением элементов, различая условные обозначения элементов электрических цепей (источник тока, ключ, резистор, реостат, лампочка, амперметр, вольтметр).
— использовать оптические схемы для построения изображений в плоском зеркале и собирающей линзе.
— описывать изученные свойства тел и электромагнитные явления, используя физические величины: электрический заряд, сила тока, электрическое напряжение, электрическое сопротивление, удельное сопротивление вещества, работа электрического поля, мощность тока, фокусное расстояние и оптическая сила линзы, скорость электромагнитных волн, длина волны и частота света; при описании верно трактовать физический смысл используемых величин, их обозначения и единицы измерения; находить формулы, связывающие данную физическую величину с другими величинами.
— анализировать свойства тел, электромагнитные явления и процессы, используя физические законы: закон сохранения электрического заряда, закон Ома для участка цепи, закон Джоуля-Ленца, закон прямолинейного распространения света, закон отражения света, закон преломления света; при этом различать словесную формулировку закона и его математическое выражение.
— приводить примеры практического использования физических знаний о электромагнитных явлениях
— решать задачи, используя физические законы (закон Ома для участка цепи, закон Джоуля-Ленца, закон прямолинейного распространения света, закон отражения света, закон преломления света) и формулы, связывающие физические величины (сила тока, электрическое напряжение, электрическое сопротивление, удельное сопротивление вещества, работа электрического поля, мощность тока, фокусное расстояние и оптическая сила линзы, скорость электромагнитных волн, длина волны и частота света, формулы расчета электрического сопротивления при последовательном и параллельном соединении проводников): на основе анализа условия задачи записывать краткое условие, выделять физические величины, законы и формулы, необходимые для ее решения, проводить расчеты и оценивать реальность полученного значения физической величины.
Выпускник получит возможность научиться:
— использовать знания об электромагнитных явлениях в повседневной жизни для обеспечения безопасности при обращении с приборами и техническими устройствами, для сохранения здоровья и соблюдения норм экологического поведения в окружающей среде; приводить примеры влияния электромагнитных излучений на живые организмы;
— различать границы применимости физических законов, понимать всеобщий характер фундаментальных законов (закон сохранения электрического заряда) и ограниченность использования частных законов (закон Ома для участка цепи, закон Джоуля-Ленца и др.);
— использовать приемы построения физических моделей, поиска и формулировки доказательств выдвинутых гипотез и теоретических выводов на основе эмпирически установленных фактов;
— находить адекватную предложенной задаче физическую модель, разрешать проблему как на основе имеющихся знаний об электромагнитных явлениях с использованием математического аппарата, так и при помощи методов оценки.
3.1-01. Электрический заряд
Эта работа отлично подойдёт для тех, кто начинает своё знакомство с разделом физики «Электростатика». Здесь вы узнаете о том, что такое электрический заряд, какие бывают заряды, как они взаимодействуют. Экспериментально исследуете процесс деления и переноса заряда. Познакомитесь с методами измерения заряда при помощи простейшего измерительного прибора — электроскопа.
8 класс электромагнетизм повышенная сложность
3.1-02. Закон Кулона. Взаимодействие заряженных сфер
В этой работе у вас появится возможность экспериментально проверить один из двух фундаментальных законов электростатики – закон Кулона. Лабораторная установка позволяет количественно исследовать зависимость силы взаимодействия заряженных сфер как от расстояния, так и от величины электрического заряда. Для этого, в составе установки имеется регулируемый высоковольтный источник питания, особо чувствительный динамометр, прибор для измерения электрического заряда.
8 класс весна онлайн электромагнетизм
3.1-03. Закон Кулона. Метод зеркального заряда
Метод зеркального заряда (метод зеркальных отображений) – один из классических методов математической физики, применяемый, в частности, для расчета электростатических полей, ограниченных какой-либо проводящей поверхностью правильной формы. В данной работе этот метод используется для теоретического описания взаимодействия заряженного шара и заземленной плоскости. Для экспериментальной проверки применимости данного метода в составе лабораторной установки имеется высоковольтный источник напряжения для передачи проводящей сфере электрического заряда, прибор для измерения величины этого заряда и торсионный динамометр, необходимый для измерения силы взаимодействия сферы и проводящей плоскости.
10 класс весна электромагнетизм
3.1-04. Электрическое поле конденсатора
Плоский конденсатор – одна из основных классических моделей в электростатике, фигурирующая в огромном количестве школьных задач различного уровня сложности. Конструкция конденсатора довольно проста: две параллельные проводящие пластины, пространство между которыми может быть заполнено каким – либо диэлектриком. В настоящей работе вам предлагается экспериментально исследовать зависимость напряженности электрического поля от напряжения и расстояния между пластинами, а также исследовать потенциал поля плоского конденсатора.
10 класс весна онлайн электромагнетизм
3.1-05. Плоский конденсатор
Плоский конденсатор – одна из основных классических моделей в электростатике, фигурирующая в огромном количестве школьных задач различного уровня сложности. Конструкция конденсатора довольно проста: две параллельные проводящие пластины, пространство между которыми может быть заполнено каким – либо диэлектриком. В настоящей работе вам предлагается экспериментально исследовать зависимость ёмкости конденсатора от расстояния между пластинами, от их площади и формы, а также с разными диэлектриками в пространстве между пластинами.
10 класс весна онлайн электромагнетизм
3.2-01. Закон Ома для участка цепи
Закон Ома, пожалуй, один из самых известных законов, изучаемых в школьном курсе физики, был эмпирически установлен немецким физиком Георгом Омом без малого 200 лет назад. В настоящей лабораторной работе у вас появится возможность повторить опыты Эрстеда и Ома, изучить принцип действия амперметра, вольтметра и омметра, исследовать зависимость сопротивления проводника от его длины.
8 класс весна электромагнетизм
3.2-03. Закон Ома для полной цепи. Правила Кирхгофа
Правила Кирхгофа имеют особое значение в электротехнике из-за своей универсальности, так как пригодны для решения многих задач в теории электрических цепей и их практических расчётов. Данная работа посвящена знакомству с методикой применения и экспериментальной проверкой правил Кирхгофа для расчета электрических схем различной сложности.
10 класс весна онлайн электромагнетизм
3.2-04. Мост Уитстона
Первая схема электрического моста, предназначенная для измерения сопротивления элементов цепи появилась вскоре после того, как Георг Ом экспериментальным путем открыл основной закон электротехники и научился вычислять сопротивление металлических проводников. Измерительный мост является электрическим аналогом рычажных весов, и в основе его работы лежит принцип сравнения с эталонным сопротивлением. В данной работе вы познакомитесь с принципом работы измерительного моста Уитстона и его основным элементом – реохордом. В качестве основного задания по результатам измерения сопротивления нескольких образцов проволок различной толщины предлагается вычислить удельное сопротивление константана (сплава меди никеля и марганца).
10 класс повышенная сложность электромагнетизм
3.2-05. Вольт-амперные характеристики элементов электрических цепей
Зависимость силы тока, протекающего через элемент электрической цепи, от поданного на этот элемент напряжения – одна из основных характеристик, используемых при проектировании любых электроприборов. Данная лабораторная работа позволит познакомиться с тем, сколь разнообразными могут быть подобные зависимости, и сколь разными могут быть причины, такое разнообразие поясняющие. Вам предстоит исследовать вольт-амперные характеристики резистора, лампы накаливания, диода, светодиода, познакомиться с теорией протекания электрического тока в проводниках и полупроводниках.
11 класс осень онлайн электромагнетизм
3.2-06. Температурная зависимости различных резисторов и диодов
В данной работе вы узнаете о том, каким образом изменение температуры влияет на электрические характеристики проводников и полупроводников и приборов на их основе. Ядром экспериментальной установки является термостат, позволяющий удерживать температуру исследуемых образцов в диапазоне 25-90 ̊С В качестве объектов изучения зависимости сопротивления резистивных элементов от температуры вам предлагается исследовать образцы медной проволоки, проволоки из сплава меди с никелем, углеродного и металлопленочного резисторов и двух термисторов различных типов. Для полупроводниковых приборов, в качестве образцов которых выступают диод и стабилитрон, исследуется температурная зависимость падения напряжения на элементе при постоянном токе.
11 класс повышенная сложность электромагнетизм
3.2-07. Вольтамперные характеристики транзистора
Транзистор – основной элемент электронно-вычислительных систем. В современном процессоре количество процессоров измеряется миллиардами, а их размер – нанометрами. Данная работа посвящена знакомству с принципами работы транзистора и изучению вольт-амперных характеристик полупроводникового диода и транзистора.
11 класс повышенная сложность электромагнетизм
3.2-08. Гальванический элемент
Первый химический источник ЭДС, так называемый «Вольтов столб», представленный Алессандро Вольта в 1800 году, стал революционным изобретением и положил основу новой науке электротехнике. В данной работе у вас появится возможность окунуться в атмосферу этого открытия, собрать простейшую кислотную, щелочную и солевую ячейки, объединить их в батарею, соединив последовательно и параллельно, исследовать характеристики полученных схем и даже запитать от такой батареи простейший электроприбор.
8 класс весна электромагнетизм
3.2-09. Реостат и потенциометр
Переменное сопротивление – один из основных элементов в схемах современных электроприборов. Данная работа посвящена знакомству с основными способами включения такого сопротивления в цепь. В работе исследуются параметры цепи с включенным под нагрузкой потенциометром и реостатом. Рассматриваются и собираются схемы регулировки яркости светодиода при помощи реостата и регулировки частоты вращения вала электродвигателя при помощи потенциометра.
10 класс весна онлайн электромагнетизм
3.2-10. Последовательное и параллельное соединение
Лабораторная работа посвящена экспериментальной проверке правила вычисления сопротивления при последовательном и параллельном соединении проводников. У ребят появится отличная возможность сделать первые шаги в электротехнике и самостоятельно собрать несколько схем соединения сопротивлений, увеличивая их сложность. Тех, кто успешно выполнит все задания, в конце работы ожидает интересная схема-задача, которую мы называем «полная неразбериха».
8 класс весна онлайн электромагнетизм
3.3-01. Генерация электрического тока
Работа посвящена изучению одного из трех видов электрических машин — генератора. На долю таких устройств приходится более 90% всей вырабатываемой на Земле электроэнергии. Рассматриваются четыре вида генераторов: генератор переменного тока с вращающимися магнитными полюсами постоянного магнита и неподвижным статором, генератор переменного тока с неподвижными магнитными полюсами постоянных магнитов и вращающимся якорем, генератор переменного и постоянного тока с возбуждением от внешнего источника. Исследуются их характеристики.
9 класс весна электромагнетизм
3.3-03. Кривая зарядки конденсатора
В этой работе вам предстоит экспериментально проверить теорию, описывающую экспоненциальный характер зависимости токов и напряжений от времени в процессе зарядки и разрядки конденсатора. Меняя ёмкость конденсатора и сопротивление цепи, вы сможете исследовать роль постоянной времени, являющейся важнейшей характеристикой таких элементов схем с переменным током, как, например, RC – фильтры.
10 класс онлайн повышенная сложность электромагнетизм
3.3-04. Мостовая схема измерения ёмкости и индуктивности
Измерительный мост – первое устройство, позволившее измерить величину электрического сопротивления в цепях постоянного тока. Оно появилось ещё в эпоху, когда единственным источником ЭДС в электрических схемах был гальванический элемент. Однако, оказалось, что общие принципы работы измерительного моста могут быть эффективно использованы и в цепях переменного тока. Не менее удивительно, что мостовая схема в таких цепях позволяет измерять не только омическое сопротивление резисторов, но и реактивное сопротивление элементов цепи. В настоящей работе вам предстоит, используя измерительный мост, генератор и обыкновенные акустические наушники, научиться измерять сопротивление резисторов, ёмкость конденсаторов и индуктивность катушек.
11 класс осень электромагнетизм
3.3-05. Цепи с выпрямителями
Выпрямитель, это электрическая схема, предназначенная для преобразования электрического тока переменного направления в ток постоянного направления. В настоящей работе у вас есть возможность теоретически и экспериментально познакомиться с работой основных наиболее простых схем выпрямителей, построенных с использованием полупроводниковых элементов: однополупериодный выпрямитель, двухполупериодный выпрямитель, цепь со стабилитроном и умножитель напряжения.
11 класс повышенная сложность электромагнетизм
3.3-06. Трансформатор
Данная работа позволяет подробно изучить работу электротрансформатора. Вам предстоит собрать схему и исследовать работу трансформатора в трех основных режимах: режим холостого хода, режим короткого замыкания и режим работы под нагрузкой, варьируя входное напряжение, число витков в катушках и тип сердечника и сравнивая полученный результат с теоретическим расчетом. Тех, кто успешно освоит эту часть работы, ждёт задание с «длинной линией».
9 класс весна онлайн электромагнетизм
3.3-08. LC-контур
Колебательный контур – очень важная часть любой современной радиоаппаратуры. В настоящей работе вы познакомитесь с тем, как ведут себя конденсатор и катушка индуктивности в цепях постоянного и переменного тока по отдельности и вместе, изучите реакцию, LC – цепи на одиночный импульс и периодический сигнал, познакомитесь с явлением резонанса и найдёте резонансную частоту колебательного контура. Важным с практической точки зрения станет исследование влияния качества и типа провода на передачу сигнала.
9 класс весна электромагнетизм
3.3-09. Радио
7 мая 1895 года, российский инженер Александр Попов продемонстрировал созданный им прибор для связи на расстоянии. Это изобретение стало одним из величайших в истории науки и техники, а 7 мая до сих пор отмечается в нашей стране как день радио. Настоящая работа посвящена знакомству с основными принципами радиосвязи. Вам предстоит, если, конечно, вы ещё не знакомы, познакомиться с такими незаменимыми спутниками любителя электроники, как двухлучевой осциллограф и генератор периодических сигналов, собрать и исследовать характеристики колебательного контура и простейшего АМ-радиопередатчика, и выйти, быть может, в свой первый самостоятельный радиоэфир.
11 класс осень электромагнетизм
3.4-01. Магнитное поле проводников с током
Впервые магнитное действие электрического тока было обнаружено в 1820 году датским физиком Хансом Кристианом Эрстедом. Эрстед обратил внимание на то, что стрелка магнитного компаса, установленная вблизи проводника, начинает отклоняться от своего естественного направления при пропускании через проводник электрического тока. В настоящей работе вам предстоит исследовать открытое эрстедом явление, используя более совершенный, нежели компас, прибор для обнаружения магнитного поля. Этот прибор – тесламетр, прибор для измерения индукции магнитного поля. Вам предстоит исследовать поле, создаваемое одним прямым проводником с током, парой проводников, по которым ток течет сонаправленно и противоположно направленно, поле на оси одного или нескольких круглых витков, поле соленоидов с различным числом витков.
11 класс осень электромагнетизм
3.4-03. Магнитное поле катушек Гельмгольца
Катушки Гельмгольца (или, как их ещё называют,кольца Гельмгольца) — две соосно расположенные одинаковые радиальные катушки, расстояние между центрами которых равно их среднему радиусу. Такая геометрия позволяет получить в центральной области промежутка между катушками однородное магнитное поле, что бывает весьма полезно в физических экспериментах, а также для калибровки датчиков магнитной индукции, намагничивания и размагничивания постоянных магнитов, размагничивания стальных заготовок, деталей и инструментов. В настоящей работе вам предстоит исследовать это поле при помощи специального прибора — тесламетра.
11 класс осень электромагнетизм
3.4-04. Магнитное поле Земли
Об удивительной способности стрелки компаса ориентироваться по направлению с севера на юг люди узнали эмпирически более двух тысяч лет назад. Однако, познать природу данного явления и исследовать магнитное поле Земли количественно удалось существенно позже. Тем не менее, вам, наверное, будет интересно узнать, что в задаче по измерению величины магнитного поля нам поможет как раз древнее изобретение человечества — магнитная стрелка, являющаяся основной деталью прибора под названием магнитометр. В отличие от обычного компаса, магнитометр снабжен шкалой и механизмом поворота оси вращения стрелки. Магнитометр устанавливается в центральную область колец Гельмгольца. Такой прибор позволяет измерять величину горизонтальной составляющей и угол склонения поля.
онлайн повышенная сложность электромагнетизм
3.4-06. Электромагнитная индукция
Эта лабораторная работа поможет вам ближе познакомиться с явлением электромагнитной индукции. Классический эксперимент, демонстрирующий возникновение электродвижущей силы на обмотках катушки, внутрь которой вводится полосовой магнит, дополняется возможностью измерения скорости движения магнита. На следующем этапе исследования место магнита занимает катушка, через которую пропускается постоянный ток. Такие эксперименты дают возможность напрямую исследовать зависимость ЭДС индукции от скорости изменения магнитного поля, и, тем самым, проверить справедливость закона Фарадея.
9 класс онлайн повышенная сложность электромагнетизм
Еще статьи.
- 3.4-07. Изучение гистерезиса феромагнитных материалов
- 3.4-08. Определение удельного заряда электрона
- 3.4-10. Электромагнит
- 3.4-11. Реле и компьютер
5. Изучение магнитных и электрических явлений
Первые сведения об электрических и магнитных явлениях были накоплены еще в древности. Так, античные ученые знали свойства натертого янтаря притягивать легкие предметы (электрон – с греч. янтарь). а также о существовании железной руды, способной притягивать железные предметы (залежи возле греч. города Магнезия). Предпринимались попытки научного объяснения магнитных явлений – Лукреций Кар в поэме «О природе вещей» действие магнита объяснял существованием потоков мельчайших атомов, вытекающих из него.
Главное практическое применение магнитных явлений было связано с компасом и явилось результатом наблюдений направляющего действия земного магнетизма на естественные магниты (первый водяной китайский компас 11 века).
Развитие мореплавания и магнитных явлений стимулирует изучение земного магнетизма, составление карт магнитных склонений (в 15 веке Колумб знает о магнитном склонении). С развитием навигационной техники возникают практические задачи – изготовление искусственных магнитов, устранение влияния железных частей корабля на компас.
В книге английского ученого, врача королевы Елизаветы У. Гильберта «О магните, магнитных телах и великом магните Земли» (1600 год) изложены экспериментальные свойства магнитных явлений: магнитные свойства присущи только магнитной руде, железу и стали; магнит имеет два полюса, и одноименные полюса отталкиваются, а разноименные – притягиваются; описывается магнитная индукция; высказывается гипотеза о земном магнетизме – Земля большой магнит, полюса которого расположены возле географических полюсов (опыт – если приближать магнитную стрелку к поверхности большого шара, изготовленного из естественного магнита, то она всегда устанавливается в определенном направлении, подобно стрелке компаса на Земле).
В своей работе он также уделил внимание исследованию электрических явлений. Электрические свойства присущи многим веществам (янтарю, алмазу, хрусталю, стеклу, сере). Для объяснения природы электрических явлений предложил теорию – вокруг каждого наэлектризованного тела существуют невидимые испарения, которым присуще стремление к воссоединению с теми, от которых они отошли. Эта теория господствовала в течение 17 века и за это время, в учении об электричестве и магнетизме, было получено мало результатов.
Естествознание 18 — первой половины 19 века
1. Характеристика развития физики
На развитие физики существенное влияние оказало учение Ньютона, поэтому развитие физики – это распространение механистических идей Ньютона на всю физику.
Быстрыми темпами и в связи с развитием математики развивается аналитическая механика – создается аналитический аппарат механики, развивается математический анализ, теория дифференциальных уравнений, теория рядов, вариационное исчисление, теория вероятности, начертательная геометрия.
Также на развитие механики оказывает влияние и технический прогресс – растет потребность в разработке теории машин и механизмов, механики твердого тела, проводятся исследования по теплофизике, электричеству и магнетизму. В результате в 18 веке складываются основные разделы классической физики.
В меньшей степени развивается оптика, но зарождается фотометрия, изучается люминесценция. Английский астроном Дж.Брадлей (закон абберации в 1728 году), наблюдая за неподвижными звездами, заметил, что они с Земли кажутся не совсем неподвижными, а описывают в течении года малые замкнутые траектории на небесной сфере. Причину этого явления он объяснил движением телескопа вместе с Землей, в результате, пока световая частица движется внутри трубы телескопа, весь телескоп (с окуляром) перемещается вместе с движением Земли. Измерив величину абберации и зная скорость движения Земли по орбите, Брадлей подсчитал скорость света и получил значение, близкое к значению, полученному Рёмером.
В целом физика нацелена лишь на количественные исследования отдельных явлений, установление отдельных экспериментальных фактов, выявление частных закономерностей. Огромные успехи небесной механики способствовали развитию и других разделов физики.
Принцип дальнодействия ( если тело А, находящееся в точке а, действует другое тело В, то тело В, находящееся в точке b, испытывает это воздействие в тот же момент).
В 18 веке последователи Ньютона упростили его физическую картину мира: утвердилось представление о существовании бесконечно пустого межпланетного и межзвездного пространства (по Ньютону – мировая материя крайне разряжена), утвердился принцип дальнодействия как передачи действия тяготения через пустоту и мгновенно, т.е. с бесконечной скоростью.
Ньютон считал, что существует передатчик этого действия, который может иметь и нематериальную основу. Но все это было чуждо физикам века Просвещения, т.к на этом этапе научные исследования стали упрощенными, стандартизированными (а для этого нужны были немедленный эффект и простейшее обоснование).
Принцип дальнодействия утвердился, т.к. гравитационное взаимодействие макроскопических объектов незаметно, поскольку притяжение слабо, чтобы его ощутить. Только в 1774 г. Н.Маскелайн обнаружил незначительное отклонение отвеса от вертикали, вызванное гравитационным притяжением находящейся поблизости горы, а в 1797 г. Г.Кавендиш поставил эксперимент по измерению силы притяжения между двумя шариками, прикрепленными на концах горизонтально подвешенного деревянного стержня, и двумя большими свинцовыми шарами (первое лабораторное наблюдение).
Теория теплорода
В то время нагревание тела связывали с присутствием некой жидкости – теплорода, частицам которого присущи определенные силы. Так, между частицами теплорода действуют отталкивающие силы, а между частицами теплорода и частицами материальных тел – силы притяжения.
Тепловые явления изучали в связи с другими физическими явлениями, не затрагивая процессы превращения теплоты в работы. Физики полагали, что теплота переходит от одного тела к другому подобно жидкости, переливаемой из одного сосуда в другой; теплота перетекает по телу без потерь, подобно воде по трубам.
Теорию теплорода поставил под сомнение американец Б.Румфорд, который обратил внимание на выделение теплоты при сверлении пушечных стволов и пришел к выводу (в 1798 г), что количество выделяемой теплоты не зависит от объема вещества, из ограниченного количества материи может быть получено неограниченное количество теплоты.
Теория теплорода, будучи простой, удовлетворяла эмпирическим и формалистическим традициям науки того времени, направленности ньютонианской физики. Она сыграла положительную роль, объединив факты и теории, позволив их систематизировать. Хоть и в искаженном виде, она отражала некоторые закономерности тепловых явлений. Продержалась столетия, т.к. не тормозила развитие физики и не сразу вошла в противоречие с действительностью.
Учение об электричестве и магнетизме
В 1729 г. англичанин С.Грей открыл явление электрической проводимости, обнаружив, что электричество способно передаваться некоторыми телами. И разделил все тела на проводники и непроводники. Француз Ш.Ф.Дюфе открыл существование отрицательного и положительного электричества и обнаружил, что «однородные электричества отталкиваются, а разнородные притягиваются». Важным шагом стало изобретение в 1745 г. лейденской банки, благодаря которому физики могли получать значительные электрические заряды и экспериментировать с ними. Это усилило интерес к изучению электрических явлений. Опыты с электричеством стали модными, их превращали даже в забаву (Людовик 15 пропуская заряд через цепь солдат).
Появилась мысль, что электричество играет важную роль в жизнедеятельности организма (трактаты об «электрической лечебной материи» и «электричестве человеческого тела»). После изобретения лейденской банки Б.Франклин предложил гипотезу об электрической природе молнии и экспериментальный метод её проверки, а также идею громоотвода. В своих работах рассматривал электрические явления, как проявление некоторой «электрической материи», сформулировал понятие электрического заряда и закон его сохранения. В России исследования атмосферного электричества проводили М.В.Ломоносов и Г.Рихман, который был убит шаровой молнией, проводя эксперименты во время грозы.
Во 2 половине 18 века учение усиленно развивается:
- А.Вольт изобрел источник постоянного тока – вольтов столб;
- выявляется способность электричества вызывать химические действия;
- зарождается электрохимия;
- Ш.О.Кулон измерил величину электрического заряда и установил основной закон электростатики – закон Кулона (электрические силы ослабевают обратно пропорционально квадрату расстояния, т.е. так же, как гравитационная сила). Но по величине электрические силы намного превосходят гравитационные.
Физика 1 половины 19 века
В первой половине 19 века происходит промышленный переворот во всех передовых странах Европы.
Основой промышленного производства становится крупная машинная металлургия. Высокими темпами развиваются металлургическая, горнодобывающая, химическая, металлообрабатывающая и др. области. Требуется внедрение новых технологических методов, улучшение организации производства, что в свою очередь требует применения и развития естественно-научных знаний.
В единстве с естествознанием происходит становление прикладных наук, прежде всего технических.
В первую очередь развивается теплотехника, возникновение которой стало реакцией на промышленный переворот, энергетической основой которого была паровая машина (Фултон в 1807 году в Америке построил пассажирский колесный пароход; первая железная дорога в Англии в 1825 году, в России в 1837 году).
Зарождающаяся электротехника изучает закономерности применения электричества в технике. Электричество используют для связи – после открытия Х.К.Эрстедом в 1819 году действия электрического тока на магнитную стрелку возникла идея построить электромагнитный телеграф. Возникает гальванопластика (русский академик Б.С.Якоби)
В 1839 году французом Л.Дагером был разработан практический метод получения фотографических снимков. Позитивное изображение получалось на стеклянной пластинке, покрытой светочувствительной пленкой. Несмотря на несовершенство, метод был широко распространен. В 1850-х гг. появился обычный метод фотографирования.
Быстро развивается оптика, возникает учение о электромагнетизме, складываются основы волновой оптики, теории дифракции (отклонение распространения волн от прямолинейного при взаимодействии с препятствием), интерференции (сложение в пространстве нескольких волн, при котором амплитуда результирующей волны в разных точка увел. или умен.) и поляризации.
Волновая теория
В 18 веке большинство ученых придерживалось корпускулярной теории света, которая хорошо объясняла многие, но не все оптические явления. Но в 19 веке появляются идеи, которые не объяснялись корпускулярной теорией. Это приводит в возрождению забытых идей волновой оптики и в результате волновая теория победила над корпускулярной.
В 1799 году Т. Юнг критиковал корпускулярную теорию, указывая на явления, которые нельзя объяснить — одинаковые скорости световых корпускул, при переходе из одной среды в другую одна часть лучей постоянно преломляется, а другая постоянно отражается. И Юнг предложил рассматривать свет как колеблющееся движение частиц эфира, а волновую природу он обосновывал явлением интерференции.
Опыт В экране прокалывают два отверстия на близком расстоянии друг от друга и освещают его солнечным светом, проходящим через отверстие в окне. За экраном – второй экран, на который падают два световых конуса, образовавшиеся за первым экраном. В том месте где эти конусы перекрываются, на втором экране видны светлые и темные полосы — от присоединения света к свету получается темнота. Юнг предположил, что темные полосы образуются там, где гребни световых волн, поглощают друг друга. Если закрыть отверстие, то темные полосы пропадают, а на экране видны дифракционные кольца. Измеряя расстояние между кольцами, он определил длины волн красного, фиолетового и других цветов. Появление дифракционных полос он объяснял интерференцией двух волн: прошедшей прямо и отраженной от края препятствия.
Положительные результаты работы Юнга не привели к отказу от корпускулярной теории.
В1815 году против нее выступил француз О.Френель – он объединил все результаты и изложил в своей работе о дифракции света на суд комиссии – Лаплас, Гей-Люссак, Пуассон — сторонников корпускулярной теории. Комиссия признала правильность его результатов и присудила премию. Однако теория не стало общепринятой.
Последним, что поставило под сомнение корпускулярную теорию, были результаты измерения скорости света в воде. Согласно ей, скорость света в оптически более плотной среде должна быть больше, чем в корпускулярной теории оптически менее плотной, а по волновой теории – наоборот. В 1850 г. французы Фуко и Физо, измеряя скорость света с помощью вращающегося зеркала, показали, что скорость света в воде меньше, чем в воздухе.
К середине 19 века сторонников корпускулярной теории осталось мало.
Проблема эфира
Теория света должна была решить вопрос о свойствах среды – носителя световых волн (такую среду назвали эфиром). Ответ на вопрос предполагал решение фундаментальных проблем:
- какую волну представляют собой световые колебания – продольную или поперечную. Если световые волны продольны (как звуковые колебания), то теорию эфира надо строить по аналогии с акустикой и теорией газов; поперечные же колебания распространяются лишь в плотных (не газообразных) средах
- каким образом эфир взаимодействует с движущимся источником света
Для ответа на первый вопрос решающим оказалось объяснение поляризации света на основе гипотезы поперечных колебаний – теория поляризации света Френеля. Согласно этой теории свет, испускаемый светящимся телом, не является поляризованным. А так как поляризованные лучи не интерферируют, не влияют друг на друга, Френель сделал вывод о поперечности световых волн. Но этот вывод привел к затруднениям: с одной стороны, эфир как носитель поперечных колебаний (распространяются с большой скоростью) должен быть твердым веществом, а с другой стороны, он не должен оказывать заметного препятствия прохождению через него небесных тел. Попытки выяснить причину противоречий ни к чему не привели.
В теории возникает и еще одна проблема – определение характера взаимодействия между движущейся Землей и эфиром как носителем световых волн. Конкретно она выражалась в вопросе: увлекается или нет эфир Землей при её движении в Космосе. Если эфир не увлекается, значит он является абсолютной системой отсчета, и тогда механические, электрические, оптические и магнитные процессы можно связать в единое целое. Если же он увлекается движущимися телами, то существует взаимодействие между эфиром и веществом в оптических явлениях, но отсутствует в механических явлениях. Это проблема, до возникновения СТО, определяла развитие фундаментальных проблем теоретической физики. Особенно она обострилась после создания Максвеллом теории электромагнитного поля.
Полевая концепция
В начале 20 века выяснилось, что между электричеством и магнетизмом существует глубокая связь. В 1819 г. Эрстед обнаружил, что электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. В это же время Ампер установил закон взаимодействия электрических токов и пришел к выводу. Что все магнитные явления сводятся к взаимодействию токов, магнитных же зарядов не существует.
В 1821 году Фарадей ставит перед собой задачу «превратить магнетизм в электричество». Но лишь в 1831 году ему удается показать, что переменное магнитное поле индуцирует в проводнике электрический ток. Это открытие привело к разработке принципов электродвигателя и электрогенератора. Фарадей возражал против атомистического взгляда на строение вещества: наличие атомов и пространства между ними. Если пустота – проводник, то все тела должны быть проводниками, а если пустота – не проводник, то все тела должны быть изоляторами, ни того, ни другого не наблюдается. Фарадей создает новую теорию структуры вещества: исходным материальным образованием являются не атомы, а поле; атомы – лишь сгустки силовых линий поля. Материя занимает все пространство, она активна и немыслима без движения, имеет силу притяжения и отталкивания. Сила, по Фарадею, это активность тела или материи; а атомы – центры сил притяжения и отталкивания, они проницаемы и бесконечны в пространстве.
В основе теории электричества и магнетизма Фарадея лежит представление об электрических и магнитных силовых линиях, заполняющих все пространство. Силовые линии объединяются в объемные силовые трубки. Силовые линии – это характеристики реального электромагнитного поля – особого вида материи, носителя и передатчика энергии. Возникновение полевой концепции Фарадея стало началом становления современной континуальной физики. Но идеи Фарадея воспринял лишь Максвелл, который их развил и построил теорию электромагнитного поля. Выработанное в оптике понятие «эфир» и сформулированное в теории электрических и магнитных явлений понятие «электромагнитное поле» сначала сближаются, а после создания теории относительности – отождествляются.
Закон сохранения и превращения энергии
Возникновению и развитию идеи о взаимопревращаемости «сил» природы способствовали исследования химических, тепловых, световых действий электрического тока, процессов превращения теплоты в работу.
Основную роль, в установлении закона сыграли Маейр, Гельмгольц и Джоуль. Значение этого закона выходило за пределы физики и касалось всего естествознания. Наряду с законом сохранения масс этот закон, выражая принцип неуничтожимости материи и движения, образует краеугольный камень материалистического мировоззрения. Логическим его развитием и обобщением выступал принцип материального единства мира.
Закон в настоящее время является важным принципом физической науки. Новая форма действия этого закона основана на учете взаимосвязи массы и энергии (Е=mc 2 ): закон сохранения массы применяется совместно с законом сохранения энергии.
Концепции пространства и времени
Материя, абсолютное пространство и абсолютное время – это три независимые друг от друга субстанции, начала мира.
Абсолютное пространство – чистое и неподвижное вместилище тел; абсолютное время – чистая длительность, равномерность событий. Ньютон считал, что возможно существование мира, в котором есть лишь пространство и нет материи, ни времени; либо мир, в котором есть пространство и время и нет материи; либо мир, в котором есть время и нет пространства и материи. По мнению Ньютона, пространство и время – реальные физические характеристики мира, но их свойства могут быть постигнуты лишь в абстракции. В своей жизни человек имеет дело лишь с относительными движениями, связывая системы отсчета с конкретными телами, т.е. имеет дело с относительными пространством и временем. По-новому посмотрели на свойства пространства в связи с открытием неевклидовой геометрии. Лобачевский в 1829 году считал, что вопрос о том, евклидовой или неевклидовой геометрии подчиняется реальное пространство, должен решить опыт астрономических наблюдений. Он полагал, что свойства пространства определяются свойствами материи и её движения и считал, что «некоторые силы в природе следуют одной, другие своей особой геометрии».
В 1868 году Риман ввел обобщенное понятие пространства как непрерывного многообразия n-го порядка или совокупности любого рода однотипных объектов – точек, определяемых системой чисел (х1,х2,….,хn).
Идеи неевклидовых геометрий первое время имели мало сторонников, т.к. противоречили «здравому смыслу».Окончательные сомнения в логической правильности неевклидовых геометрий были развеяны в работах математика Э.Бельтрами, который показал, что на поверхностях постоянной отрицательной кривизны (псевдосферы) осуществляется именно неевклидова геометрия Лобачевского.
Развитие теории неевклидовых пространств привело к задаче построения механики в таких пространствах – если механику невозможно построить в неевклидовом пространстве, то, значит, реальное неевклидово пространство невозможно. Исследования показали, что механика может быть построена в неевклидовом пространстве.
В классической физике же пространство оставалось евклидовым, и большинство физиков не видели необходимости рассматривать физические явления в неевклидовом пространстве.
Методологические установки классической физики 18 – начало 20 в.
- важной предпосылкой является признание объективного существования (до и независимо от человека и его сознания) физического мира (совокупности устойчивых явлений, вещей, процессов)
- каждая вещь, находясь в определенном месте пространства, существует в определенный промежуток времени независимо (в пространственно-временном отношении) от других вещей.
- Лапласовский детерминизм – все элементы физ. мира связаны между собой так, что, зная в определенный момент времени координаты каждого элемента, можно предсказать положение этого элемента через любой промежуток времени.
- материальный мир познаваем – на основе теоретических и эмпирических средств можно описать и объяснить все явления.
- основой физ. познания и критерием его истинности является эксперимент.
- в процессе исследования физический объект остается неизменным, он не зависит от условий познания.
- возможно получение абсолютно объективного знания, т.е. такого знания, которое не содержит ссылок на познающего субъекта.
- данные о состоянии исследуемых явлений выражаются через величины, имеющие количественную меру.
- можно пренебречь атомным строением измерительных приборов.
- структура познания в области физики, так же как и структура мира физ.элементов, не претерпевает существенных качественных изменений.
- теоретическое описание мира осуществляется с помощью трех видов логических форм: понятий, теорий и картины мира: различие теории и картины лишь количественной, теория и есть картина.