Вінницький державний ЕКОНОМІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «РІНХ»
ФАКУЛЬТЕТ КОМЕРЦІЇ І МАРКЕТИНГУ
КАФЕДРА ФІЛОСОФІЇ І КУЛЬТУРОЛОГІЇ
РЕФЕРАТ
на тему: «Електромагнітна картина світу»
Виконав:студент гр. 211 Є.В. Попов
Перевірив:
Ростов - на - Дону
2008
Зміст
Введення
1. Основні експериментальні закони електромагнетизму
2. Теорія електромагнітного поля Д. Максвелла
3. Електронна теорія Лоренца
Висновок
Список використаної літератури
Введення
Однією з найважливіших характеристик людини, що відрізняє її від тварини, є те, що він у своїх діях спирається на розум, на систему знань та їх оцінку. Поведінка людей, ступінь ефективності розв'язуваних ними завдань, звичайно, залежить від того, наскільки адекватно і глибоко їх розуміння реальності, в якій мірі вони можуть правильно оцінювати ту ситуацію, в якій їм доводиться діяти і застосовувати свої знання.
З давніх пір в людському житті велике значення набували не тільки ті знання, які мали безпосереднє практичне значення, а й ті, які ставилися до загальним уявленням про природу, суспільстві і самій людині. Саме останні як би скріплюють в єдине ціле духовний світ людей. На їх основі виникали, формувалися і розвивалися традиції у всіх сферах людської діяльності. Важливу роль при цьому відіграє те, як людина представляє пристрій світу. Людське самосвідомість прагне представити себе навколишній світ, тобто побачити уявним поглядом те, що називають Всесвіту, і знайти своє місце серед оточуючих речей, визначити своє положення в космічній та природній ієрархії. З давніх часів людей турбують питання про структуру світобудови, про можливості його пізнання, його практичного освоєння, про долі народів і всього людства, про щастя і справедливості в людському житті. Без прагнення осягнути світ у його цілісності, бажання зрозуміти природу і суспільні явища людство не створило б ні науки, ні мистецтва, ні літератури.
Сучасна наука націлена на побудову єдиної, цілісної картини світу, зображаючи її як взаємопов'язану "мережа буття". У суспільній свідомості історично складаються і поступово змінюються різні картини світу, які звичайна людина сприймає як даність, як об'єктивність, існуючу незалежно від наших особистих думок. Картина світу означає як би зримий портрет світобудови, образно понятійну копію Всесвіту, поглянувши на яку, можна зрозуміти і побачити зв'язку дійсності і своє місце в ній. Вона має на увазі розуміння того, як влаштований світ, якими законами він управляється, що лежить в його основі і як він розвивається. Тому поняття "картина світу" займає особливе місце в структурі природознавства.
Картини світу відводять людині певне місце у Всесвіті і допомагають йому орієнтуватися у бутті. Кожна з картин світу дає свою версію того, який світ насправді і яке місце займає в ньому людина. Почасти картини світу суперечать один одному, а почасти взаимодополнимости і здатні складати ціле. З розвитком науки на зміну одній картині світу приходить інша. Це називають науковою революцією, розуміючи під нею корінної ломки колишніх уявлень про світ. Кожна картина світу зберігає від своїх попередниць краще, найважливіше, що відповідає об'єктивному пристрою Всесвіту. Нова картина складніше старої. З філософської точки зору світ є дійсність, узята як ціле, схоплена в деякому її якісному єдності. Проте світ як ціле не даний нам безпосередньо, оскільки ми займаємо конкретну позицію; ми часткові і обмежені невеликим сегментом реальності.
1. Основні експериментальні закони електромагнетизму
Розглянемо електромагнітну картину світу з часів її зародження. Істотний внесок у цю картину внесла фізика.
Електромагнітні явища були відомі людству з давніх часів. Саме поняття «електричні явища» сходить до часів Стародавньої Греції, коли стародавні греки намагалися пояснити явище відштовхування двох шматків бурштину, натертих ганчірочкою, один від одного, а також притягнення ними дрібних предметів. Згодом було встановлено, що існує як би два види електрики: позитивне і негативне.
Що стосується магнетизму, то властивості деяких тіл притягувати інші тіла були відомі ще в далекій давнині, їх назвали магнітами. Властивість вільного магніту встановлюватися у напрямку «Північ-Південь» вже у II ст. до н.е. використовувалося в Стародавньому Китаї під час подорожей. Перше ж у Європі експериментальне вивчення магніту було проведено у Франції в XIII ст. У результаті було встановлено наявність у магніта двох полюсів. У 1600 р. Гільбертом була висунута гіпотеза про те, що земля є великий магніт: цим і обумовлена можливість визначення напрямку за допомогою компаса.
XVIII-е століття, що ознаменувався становленням механічної картини світу, фактично поклав початок систематичним дослідженням електромагнітних явищ. Так було встановлено, що однойменні заряди відштовхуються, з'явився найпростіший прилад - електроскоп. У середині XVIII ст. була встановлена електрична природа блискавки (дослідження Б. Франкліна, М. Ломоносова, Г. Рихмана, причому заслуги Франкліна слід відзначити особливо: він є винахідником блискавковідводу, вважається, що саме Франклін запропонував позначення "+" і "-" для електричних зарядів).
У 1759 р. англійський натураліст Р. Сіммер зробив висновок про те, що в звичайному стані будь-яке тіло містить рівну кількість різнойменних зарядів, взаємно нейтралізуючих один одного. При електризації відбувається їх перерозподіл.
В кінці 19-го, початку 20-го століття дослідним шляхом було встановлено, що електричний заряд складається з цілого числа елементарних зарядів е = 1,6 * 10 -19 Кл. Це найменший існуючий в природі заряд. У 1897 р. Дж. Томсоном була відкрита і найменша стійка частка, що є носієм елементарного негативного заряду. Це електрон, що має масу m e = 9,1 * 10 -31 кг. Таким чином, електричний заряд є дискретним, тобто складається з окремих елементарних порцій q = ± n * e, де n - ціле число. У результаті численних досліджень електричних явищ, зроблених у XVIII - XIX ст., Вченими-мислителями було отримано ряд найважливіших законів, таких як:
1) закон збереження електричного заряду: в електрично замкнутій системі сума зарядів є незмінною, тобто електричні заряди можуть виникати і зникати, але при цьому обов'язково з'являється і зникає рівну кількість елементарних зарядів протилежних знаків;
2) величина заряду не залежить від його швидкості;
3) закон взаємодії точкових зарядів, або закон Кулона:
де ε - відносна діелектрична проникність середовища (у вакуумі ε = 1). Згідно цього закону сили Кулона істотні на відстанях до 10-15 м (нижня межа). На менших відстанях починають діяти ядерні сили (так зване сильне взаємодія). Що стосується верхньої межі, то він прагне до нескінченності.
Дослідження взаємодії зарядів, що проводилися в XIX ст. чудово ще й тим, що разом з ним в науку було введено поняття «електромагнітного поля». У процесі формування цього поняття на зміну механічної моделі «ефіру» прийшла електромагнітна модель: електричне, магнітне і електромагнітні поля трактувалися спочатку як різні "стану" ефіру. Згодом необхідність в ефірі відпала. Прийшло розуміння того, що електромагнітне поле саме є певний вид матерії і для його розповсюдження не потрібно якась особлива середу «ефір».
Доказом цих тверджень є роботи видатного англійського фізика М. Фарадея. Поле нерухомих зарядів отримало назву електростатичного. Електричний заряд, перебуваючи у просторі, спотворює його властивості, тобто створює поле. Силовий характеристикою електростатичного поля є його напруженість
Природа магнетизму залишалася незрозумілою до кінця XIX ст., А електричні та магнітні явища розглядалися незалежно один від одного, поки в 1820 р. датський фізик Х. Ерстед не відкрив магнітне поле у провідника зі струмом. Так було встановлено зв'язок електрики і магнетизму. Силовий характеристикою магнітного поля є напруженість
Протягом вересня 1820 французький фізик, хімік і математик А.М. Ампер розробляє новий розділ науки про електрику - електродинаміку.
Закони Ома, Джоуля-Ленца стали одними з найважливіших відкриттів у галузі електрики. Відкритий Г. Омом в 1826 р. закон, згідно якого на ділянці кола I = U / R і для замкненого кола I = ЕРС / (R + r), а також закон Джоуля-Ленца Q = I * U * t для кількості тепла , що виділяється при проходженні струму по нерухомому провіднику за час t, помітно розширили поняття про електрику і магнетизм.
Дослідження англійського фізика М. Фарадея (1791-1867 рр..) Придали певну завершеність вивчення електромагнетизму. Знаючи про відкриття Ерстеда і розділяючи ідею про взаємозв'язок явищ електрики і магнетизму, Фарадей в 1821 р. поставив завдання «перетворити магнетизм в електрику». Через 10 років експериментальної роботи він відкрив закон електромагнітної індукції. Суть закону полягає в тому, що змінюється магнітне поле призводить до виникнення ЕРС індукції ЕРС i = k * dФ m / dt, де dФ m / dt - швидкість зміни магнітного потоку крізь поверхню, натягнуту на контур. З 1831 по 1855 рр.. виходить в світ у вигляді серій головна праця Фарадея «Експериментальні дослідження з електрики».
Працюючи над дослідженням електромагнітної індукції, Фарадей приходить до висновку про існування електромагнітного поля. Одним з перших, хто оцінив роботи Фарадея і його відкриття, був Д. Максвелл, який розвинув ідеї Фарадея, розробивши у 1865 р. теорію електромагнітного поля, яка значно розширила погляди фізиків на матерію і призвела до створення електромагнітної картини світу.
2. Теорія електромагнітного поля Д. Максвелла
Концепція силових ліній, запропонована Фарадеєм, довгий час не приймалася всерйоз іншими вченими. Справа в тому, що Фарадей, не володіючи достатньо добре математичним апаратом, не дав переконливого обгрунтування своїх висновків мовою формул. («Це був розум, який ніколи не грузнути в формулах» - сказав про нього А. Ейнштейн).
Блискучий математик і фізик Джеймс Максвелл бере під захист метод Фарадея, його ідеї блізкодействія і поля, стверджуючи, що ідеї Фарадея можуть бути виражені у вигляді звичайних математичних формул, і ці формули можна порівняти з формулами професійних математиків.
Теорію поля Д. Максвелл розробляє у своїх працях «Про фізичні лініях сили» (1861-1865 рр..) Та «Динамічна теорія поля» (1864-1865 рр.).. В останній роботі і була дана система знаменитих рівнянь, які, за словами Г. Герца становлять суть теорії Максвелла.
Ця суть зводилася до того, що змінюється магнітне поле створює не тільки в оточуючих тілах, але і у вакуумі вихровий електричне поле, яке, у свою чергу, викликає поява магнітного поля. Таким чином, у фізику була введена нова реальність - електромагнітне поле. Це ознаменувало початок нового етапу у фізиці, етапу, на якому електромагнітне поле стало реальністю, матеріальним носієм взаємодії.
Світ став представлятися електродинамічної системою, побудованої з електрично заряджених частинок, що взаємодіють за допомогою електромагнітного поля.
Система рівнянь для електричних і магнітних полів, розроблена Максвеллом, складається з 4-х рівнянь, які еквівалентні чотирьом тверджень:
| Рівняння | Затвердження | |
| div E ~ q | Електричне поле, відповідає якому-небудь розподілу заряду, визначається із закону Кулона | |
| div H = 0 | Магнітні заряди не існують | |
| Змінне магнітне поле збуджує електричний струм | ||
| Магнітне поле збуджується струмами і змінними електричними полями |
Вершиною наукової творчості Максвелла з'явився «Трактат з електрики і магнетизму».
Розробивши електромагнітну картину світу, Максвелл завершив картину світу класичної фізики («початок кінця класичної фізики»). Теорія Максвелла є попередницею електронної теорії Лоренца і спеціальної теорії відносності А. Ейнштейна.
3. Електронна теорія Лоренца
Голландський фізик Г. Лоренц (1853-1928) вважав, що теорія Максвелла потребує доповнення, тому що в ній не враховується структура речовини. Лоренц висловив в зв'язку з цим свої уявлення про електронах, тобто вкрай малих електрично заряджених частинках, які у величезній кількості присутні у всіх тілах.
У 1895 р. Лоренц дає систематичний виклад електронної теорії, що спирається, з одного боку, на теорію Максвелла, а з іншого - на уявлення про «атомарності» (дискретності) електрики. У 1897 р. був відкритий електрон, і теорія Лоренца отримала свою матеріальну основу.
Спільно з німецьким фізиком П. Друде Лоренц розробив електронну теорію металів, яка будується на наступних положеннях.
1. У металі є вільні електрони - електрони провідності, що утворюють електронний газ.
2. Підстава металу утворює кристалічна решітка, у вузлах якої знаходяться іони.
3. При наявності електричного поля на безладний рух електронів накладається їх впорядкований рух під дією сил поля.
4. При своєму русі електрони зіштовхуються з іонами решітки. Цим пояснюється електричний опір.
Електронна теорія дозволила кількісно описати багато явищ, проте в ряді випадків, наприклад, при поясненні залежності опору металів від температури та ін була практично безсила. Це було пов'язано з тим, що до електронам в загальному випадку не можна застосовувати закони механіки Ньютона і закони ідеальних газів, що було з'ясовано в 30-х роках XX ст.
Висновок
Як було розглянуто раніше, електромагнітна картина світу продовжувала формуватися протягом усього XX ст. Вона використала не тільки вчення про магнетизм і досягнення атомістики, але також і деякі ідеї сучасної фізики (теорії відносності і квантової механіки). Після того як об'єктом вивчення фізики поряд з речовиною стали різноманітні поля, картина світу набула більш складний характер, але все одно це була картина класичної фізики.
Основні її риси наступні. Згідно цій картині матерія існує у двох видах - речовині і поле, між якими є непрохідна грань: речовина не перетворюється в поле і навпаки. Відомі два види поля - електромагнітне і гравітаційне, відповідно - два види фундаментальних взаємодій. Поля, на відміну від речовини, безперервно розподіляються в просторі. Електромагнітна взаємодія пояснює не тільки електричні і магнітні явища, але й інші - оптичні, хімічні, теплові. Все більшою мірою зводиться до електромагнетизму. Поза сфери панування електромагнетизму залишається лише тяжіння.
Як елементарних "цеглинок", з яких складається вся матерія, розглядаються три частинки - електрон, протон і фотон. Фотони - кванти електромагнітного поля. Корпускулярно-хвильовий дуалізм "примирює" хвильову природу поля з корпускулярної, тобто при розгляді електромагнітного поля використовуються, поряд з хвильовими, і корпускулярні (фотонні) уяви. Елементарні "цеглинки" речовини - електрони і протони. Речовина складається з молекул, молекули з атомів, атом має масивне ядро і електронну оболонку. Ядро складається з протонів. Сили, що діють в речовині, зводяться до електромагнітних. Ці сили відповідають за міжмолекулярні зв'язки і зв'язки між атомами в молекулі; вони утримують електрони атомної оболонки поблизу ядра, але вони забезпечують міцність атомного ядра (що виявилося в подальшому невірним). Електрон і протон - стабільні частинки, тому атоми і їх ядра теж стабільні. Картина, на перший погляд, виглядала бездоганно. Але в ці рамки не вписувалися такі, як вважалося тоді, "дрібниці", наприклад, радіоактивність і ін Скоро з'ясувалося, що ці "дрібниці" є принциповими. Саме вони і призвели до "краху" електромагнітної картини світу.
Електромагнітна картина світу представляла величезний крок вперед у пізнанні світу. Багато її деталі збереглися і в сучасній природничо картині: поняття фізичного поля, електромагнітна природа сил, відповідальних за різні явища в речовині (але не в самих атомах), ядерна модель атома, дуалізм (двоїстість) корпускулярних і хвильових властивостей матерії та ін Але й в цій картині світу також панують однозначні прічінноследственние зв'язку, все таким же чином жорстко визначено. Імовірнісні фізичні закономірності не визнаються фундаментальними і тому не включаються й до неї. Ці ймовірності відносили до молекул, а самі молекули все одно йшли однозначним ньютоновским законам. Не змінювалися уявлення про місце і роль людини у Всесвіті. Таким чином, і для електромагнітної картини світу також характерна метафізичність мислення, де все чітко розмежовано, внутрішні протиріччя відсутні.
Список використаної літератури
1. Дягілєв Ф.М. Концепції сучасного природознавства. - М.: Изд. ІЕМПЕ, 1998.
2. Недільський Н.Ф., Олейников Б.І., Тулін В.Ф. Концепції сучасного природознавства. - М: Изд. Думка, 1996.
3. Грушевіцкая Т.Г., Садохін А.П. Концепції сучасного природознавства .- М.: Изд. ЮНИТИ, 2005.
4. Карпенків С.Х. Основні концепції природознавства. - М.: Изд. ЮНИТИ, 2004.