|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
NAJWAŻNIEJSZE ODKRYCIA NAUKOWE
Elektromagnetyczna teoria światła. Historia i istota odkryć naukowych
Katalog / Najważniejsze odkrycia naukowe "W moim czasie Newton był przekonany, że światło składa się z najmniejszych cząstek, których prędkość ruchu jest prawie nieskończona – mówi w tle T. Regge. - Jego współczesny Huygensprzeciwnie, był zwolennikiem falowego mechanizmu rozchodzenia się światła, podobnego do procesu rozchodzenia się dźwięku w powietrzu lub w jakimkolwiek materialnym medium. Niekwestionowany autorytet Newtona nie pozwolił na uznanie hipotezy Huygensa. W 1700 r. Jung, Fresnel i niektórzy inni naukowcy zaczęli badać zjawiska optyczne, które były niezrozumiałe z punktu widzenia idei Newtona. Zjawiska te bezpośrednio wskazywały na falową naturę światła. Paradoksalnie wśród tych zjawisk znalazły się dobrze znane fotografom pierścienie Newtona, powstające przy umieszczaniu folii między płytami szklanymi. Jasne ubarwienie niektórych owadów powstaje również w wyniku złożonych procesów interferencji fal świetlnych zachodzących w cienkich warstwach ciekłych kryształów znajdujących się na powierzchni ciała owadów. Jednak pomimo oczywistych sukcesów falowo-mechanicznej teorii światła w drugiej połowie XIX wieku została ona zakwestionowana z dwóch powodów. Jednym z nich są doświadczenia Faradayaktóry odkrył wpływ pola magnetycznego na światło. Drugim jest badanie związku między zjawiskami elektrycznymi i magnetycznymi, które zostało przeprowadzone przez Maxwell. „Odkrycie elektromagnetycznej natury światła jest wspaniałą ilustracją dialektyki rozwoju treści i formy”, pisze P.S. Kudryavtsev. „Nowa treść - fale elektromagnetyczne - została wyrażona w starej formie wirów kartezjańskich. Rozbieżność między nową treścią, która pojawiła się w wyniku rozwoju elektromagnetyzmu, nie tylko starej formy teorii działania dalekiego zasięgu, ale także mechanicznej teorii eteru, odczuł już Faraday, który szukał nowa forma wyrażania tej treści. Widział taką formę w liniach sił, które należy rozpatrywać nie statycznie, ale dynamicznie. Rozwojowi tej myśli poświęcone są jego prace „Myśli o wibracjach promieni” (1846) oraz „O fizycznych liniach siły magnetycznej” (1851). Odkrycie przez Faradaya w 1845 r. związku między magnetyzmem a światłem było nową treścią w teorii światła i jednocześnie po raz kolejny wskazało na ściśle poprzeczny charakter drgań światła. Wszystko to nie pasowało dobrze do starej formy mechanicznego eteru”. Faraday wysuwa ideę linii sił, w których występują drgania poprzeczne. linie sił łączące cząstki, a w konsekwencji masy materii w jedną całość. Ta idea, jeśli zostanie przyjęta, uwolni nas od eteru, który z innego punktu widzenia jest ośrodkiem, w którym zachodzą te oscylacje. Naukowiec zwraca uwagę, że drgania zachodzące w liniach sił nie są procesem mechanicznym, ale nową formą ruchu, „pewnym wyższym rodzajem oscylacji”. Takie fluktuacje mają charakter poprzeczny i dlatego mogą „wyjaśnić cudowne, różnorodne zjawiska polaryzacji”. Nie przypominają podłużnych fal dźwiękowych w cieczach i gazach. Jego teoria, jak mówi, „próbuje wyeliminować eter, ale nie wibracje”. Te oscylacje magnetyczne rozchodzą się ze skończoną prędkością: „... Pojawienie się zmiany na jednym końcu siły sugeruje późniejszą zmianę na drugim. Propagacja światła, a zatem prawdopodobnie wszystkich działań promienistych, wymaga czasu i w celu oscylacji linii siły, aby wyjaśnić zjawiska promieniowania, konieczne jest, aby takie oscylacje również wymagały czasu”. Poszukiwanie nowej formy doprowadziło naukowca do powstania ważnej idei poprzecznych oscylacji magnetycznych, które podobnie jak światło rozchodzą się ze skończoną prędkością. Ale to jest centralna idea elektromagnetycznej teorii światła - idea, która pojawiła się już w 1832 roku. Maxwell zauważył w notatce do W. Bragga: „Elektromagnetyczna teoria światła zaproponowana przez niego (Faraday) w „Thoughts on Radial Vibrations” (maj 1846) lub „Experimental Investigations” jest zasadniczo tą samą, którą zacząłem rozwijać w tym artykuł („Dynamical Field Theory” (maj 1865), z wyjątkiem tego, że w 1846 nie było danych do obliczenia prędkości propagacji”. Takie uznanie nie umniejsza jednak wartości w badaniu pola elektromagnetycznego przez Jamesa Maxwella. James Maxwell (1831-1879) urodził się w Edynburgu. Wkrótce po narodzinach chłopca rodzice zabrali go do swojej posiadłości Glenlar. Początkowo do domu zaproszono nauczycieli. Wtedy postanowiono wysłać Jamesa do nowej szkoły, która nosiła głośną nazwę Akademii Edynburskiej. Maxwell był jednym z pierwszych, którzy ukończyli akademię, a przed nim otworzyły się drzwi Uniwersytetu w Edynburgu. Jako student Maxwell prowadził poważne badania nad teorią sprężystości, która została wysoko oceniona przez specjalistów. A teraz stanął przed pytaniem o perspektywę dalszych studiów w Cambridge. Ogrom wiedzy Maxwella, siła jego intelektu i niezależność myśli pozwoliły mu osiągnąć wysokie miejsce w jego uwolnieniu. Zajął drugie miejsce. Młody kawaler został nauczycielem w Cambridge - Trinity College. Martwił się jednak problemami naukowymi. Oprócz swojej dawnej pasji – geometrii i problematyki kolorów, którą zaczął studiować już w 1852 roku, Maxwell zainteresował się elektrycznością. 20 lutego 1854 roku Maxwell informuje Thomsona o swoim zamiarze „zaatakowania elektryczności”. Efektem „ataku” jest esej „O liniach siły Faradaya” – pierwsza z trzech głównych prac Maxwella poświęconych badaniu pola elektromagnetycznego. Słowo „pole” pojawiło się po raz pierwszy w tym samym liście do Thomsona, ale Maxwell nie używa go w tej ani w kolejnej pracy o liniach sił. Pojęcie to pojawia się ponownie dopiero w 1864 roku w pracy „Dynamiczna teoria pola elektromagnetycznego”. Publikuje dwie ważne prace na temat stworzonej przez siebie teorii pola elektromagnetycznego: „O fizycznych liniach siły” (1861-1862) i „Dynamiczna teoria pola elektromagnetycznego” (1864-1865). Maxwell przez dziesięć lat wyrósł na wybitnego naukowca, twórcę fundamentalnej teorii zjawisk elektromagnetycznych, która obok mechaniki, termodynamiki i fizyki statystycznej stała się jednym z fundamentów klasycznej fizyki teoretycznej. "Traktat o elektryczności i magnetyzmie" - główne dzieło Maxwella i szczyt jego pracy naukowej. Podsumował w nim wyniki wieloletnich prac nad elektromagnetyzmem, które rozpoczęły się już na początku 1854 roku. Przedmowa do „Traktatu” datowana jest na 1 lutego 1873 r. Dziewiętnaście lat Maxwell pracował nad swoją podstawową pracą! Badania Maxwella doprowadziły go do wniosku, że w naturze muszą istnieć fale elektromagnetyczne, których prędkość propagacji w przestrzeni pozbawionej powietrza jest równa prędkości światła - 300 000 kilometrów na sekundę. Powstałe pole elektromagnetyczne rozchodzi się w przestrzeni z prędkością światła, zajmując coraz większą objętość. Maxwell argumentował, że fale światła mają tę samą naturę, co fale powstające wokół przewodu, w którym występuje zmienny prąd elektryczny. Różnią się od siebie tylko długością. Bardzo krótkie fale to światło widzialne. „Założenie Maxwella, że zmiany w polu elektrycznym pociągają za sobą pojawienie się strumienia indukcji magnetycznej, było kolejnym krokiem naprzód” – pisze A.A. pole magnetyczne obejmujące pole elektryczne, które ponownie wzbudza pole elektryczne itp. Szybko zmieniające się pola elektryczne i magnetyczne rozchodzące się z prędkością światła tworzą pole elektromagnetyczne. Pole elektromagnetyczne rozchodzi się w przestrzeni od punktu do punktu, tworząc fale elektromagnetyczne. Pole elektromagnetyczne w każdym punkcie charakteryzuje się siłą pól elektrycznych i magnetycznych. Natężenia pól elektrycznych i magnetycznych są wielkościami wektorowymi, ponieważ charakteryzują się nie tylko wielkością, ale także kierunkiem. Wektory natężenia pola są wzajemnie prostopadłe i prostopadłe do kierunku propagacji. Dlatego fala elektromagnetyczna jest poprzeczna. Z teorii Maxwella wynikało, że fale elektromagnetyczne powstają, gdy zmiany natężenia pola elektrycznego i magnetycznego następują bardzo szybko. Słuszność idei Maxwella została empirycznie udowodniona przez: Heinrich Hertz. W latach osiemdziesiątych XIX wieku Hertz zaczął badać zjawiska elektromagnetyczne, pracując w audytorium o długości 14 metrów i szerokości 12 metrów. Stwierdził, że jeśli odległość odbiornika od wibratora jest mniejsza niż jeden metr, to charakter rozkładu siły elektrycznej jest podobny do pola dipolowego i maleje odwrotnie proporcjonalnie do sześcianu odległości. Jednak przy odległościach przekraczających 3 metry pole spada znacznie wolniej i nie jest takie samo w różnych kierunkach. W kierunku osi wibratora działanie maleje znacznie szybciej niż w kierunku prostopadłym do osi i jest ledwo zauważalne przy odległości 4 metrów, natomiast w kierunku prostopadłym osiąga odległości większe niż 12 metrów. Wynik ten przeczy wszystkim prawom teorii dalekiego zasięgu. Hertz kontynuował badania w strefie falowej swojego wibratora, którego pole później obliczył teoretycznie. W wielu kolejnych pracach Hertz niezbicie udowodnił istnienie fal elektromagnetycznych rozchodzących się ze skończoną prędkością. „Wyniki moich eksperymentów z szybkimi oscylacjami elektrycznymi”, napisał Hertz w swoim ósmym artykule w 1888 roku, „pokazały mi, że teoria Maxwella ma przewagę nad wszystkimi innymi teoriami elektrodynamiki”. Pole w tej strefie falowej w różnych momentach czasu zostało zobrazowane przez Hertza za pomocą obrazu linii sił. Te rysunki Hertza były zawarte we wszystkich podręcznikach dotyczących elektryczności. Obliczenia Hertza stanowiły podstawę teorii promieniowania antenowego oraz klasycznej teorii promieniowania atomów i cząsteczek. W ten sposób Hertz, w toku swoich badań, ostatecznie i bezwarunkowo przeszedł na punkt widzenia Maxwella, nadał wygodną formę swoim równaniom, uzupełniając teorię Maxwella o teorię promieniowania elektromagnetycznego. Hertz uzyskał eksperymentalnie fale elektromagnetyczne przewidywane przez teorię Maxwella i wykazał ich tożsamość z falami światła. W 1889 roku Hertz przeczytał na 62. Kongresie Niemieckich Przyrodników i Lekarzy raport „O relacji między światłem a elektrycznością”. Tutaj podsumowuje swoje eksperymenty następującymi słowami: „Wszystkie te eksperymenty są w zasadzie bardzo proste, niemniej jednak niosą za sobą najważniejsze konsekwencje. Niszczą każdą teorię, która zakłada, że siły elektryczne natychmiast przeskakują przestrzeń. Zwycięstwo teorii Maxwella... Jak nieprawdopodobne wydawała się wcześniej jej pogląd na istotę światła, teraz tak trudno nie podzielać tego poglądu. W 1890 roku Hertz opublikował dwa artykuły: „O podstawowych równaniach elektrodynamiki w ciałach w stanie spoczynku” oraz „O podstawowych równaniach elektrodynamiki ciał w ruchu”. Artykuły te zawierały badania nad rozchodzeniem się „promieni sił elektrycznych” iw istocie dały kanoniczne przedstawienie teorii pola elektrycznego Maxwella, która od tego czasu została włączona do podręczników. Autor: Samin D.K.
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Nowa zasada komunikacji - szybsza niż światłowód ▪ akumulator dachowy samochodu ▪ Lód jako paliwo dla satelitów ▪ Ciepło ludzkie - zagrożenie dla bezpieczeństwa komputerowego ▪ STSPIN233 - sterownik silników niskonapięciowych BLDC
▪ sekcja witryny Wykrywacze metali. Wybór artykułu ▪ artykuł Czym jest curling? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Mini-velomobile. Transport osobisty ▪ artykuł Wskaźnik poziomu cieczy. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Ulica jednokierunkowa. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony