-->
|
|
|
Ýëåêòðîäèíàìèêà Ðîëü ýëåêòðîìàãíèòíûõ ñèë â ïðèðîäå è òåõíèêå (îêîí÷àíèå)Ýëåêòðîìàãíèòíûå âçàèìîäåéñòâèÿÂñå îñòàëüíûå ñèëû, ïðîÿâëÿþùèåñÿ â ïðèðîäå è èñïîëüçóåìûå â òåõíèêå, èìåþò ýëåêòðîìàãíèòíóþ ïðèðîäó.  ïîâñåäíåâíîé æèçíè, çà èñêëþ÷åíèåì ïðèòÿæåíèÿ ê Çåìëå è ïðèëèâîâ, ìû âñòðå÷àåìñÿ â îñíîâíîì òîëüêî ñ ðàçëè÷íûìè ïðîÿâëåíèÿìè ýëåêòðîìàãíèòíûõ ñèë.  ÷àñòíîñòè, óïðóãàÿ ñèëà ïàðà èìååò ýëåêòðîìàãíèòíóþ ïðèðîäó. Ïîýòîìó ñìåíà «âåêà ïàðà» «âåêîì ýëåêòðè÷åñòâà» îçíà÷àëà ëèøü ñìåíó ýïîõè, êîãäà ìû íå óìåëè óïðàâëÿòü ýëåêòðîìàãíèòíûìè ñèëàìè, ýïîõîé, êîãäà ìû íàó÷èëèñü ðàñïîðÿæàòüñÿ èìè ïî ñâîåìó óñìîòðåíèþ. Òðóäíî äàæå ïåðå÷èñëèòü âñå ïðîÿâëåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ ñèë. Îíè îïðåäåëÿþò óñòîé÷èâîñòü àòîìîâ, îáúåäèíÿþò àòîìû â ìîëåêóëû, îáóñëîâëèâàþò âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó àòîìàìè è ìîëåêóëàìè, ïðèâîäÿùåå ê îáðàçîâàíèþ êîíäåíñèðîâàííûõ (æèäêèõ è òâåðäûõ) ñðåä. Âñå âèäû ñèë óïðóãîñòè è òðåíèÿ èìåþò ýëåêòðîìàãíèòíóþ ïðèðîäó; ñèëû ìûøö è âñÿ æèçíåäåÿòåëüíîñòü íàøåãî îðãàíèçìà è îðãàíèçìîâ æèâîòíûõ îñíîâàíû íà ýëåêòðîìàãíèòíûõ âçàèìîäåéñòâèÿõ. Òî æå ñàìîå îòíîñèòñÿ è êî âñåì ðàñòåíèÿì. Âåëèêà ðîëü ýëåêòðè÷åñêèõ ñèë â ÿäðå àòîìà.  àòîìíîì ðåàêòîðå è ïðè âçðûâå àòîìíîé áîìáû èìåííî ýòè ñèëû ðàçãîíÿþò îñêîëêè ÿäåð è ïðèâîäÿò ê âûäåëåíèþ îãðîìíîé ýíåðãèè. Íàêîíåö, âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó òåëàìè îñóùåñòâëÿåòñÿ ïîñðåäñòâîì ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí: ñâåò, ðàäèîâîëíû, òåïëîâîå èçëó÷åíèå è äð. Ýëåêòðîìàãíèòíûå ñèëû íå óíèâåðñàëüíû. Îíè äåéñòâóþò ëèøü ìåæäó ýëåêòðè÷åñêè çàðÿæåííûìè ÷àñòèöàìè.  ÷åì æå òîãäà ñîñòîèò ïðè÷èíà òàêîé íåîáû÷àéíî øèðîêîé ñôåðû äåéñòâèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ ñèë? Ïî÷åìó èìåííî îíè îïðåäåëÿþò ñòðóêòóðó ìàòåðèè è ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû â îãðîìíîé îáëàñòè ïðîñòðàíñòâåííûõ ìàñøòàáîâ — îò 10-13 äî 107 ñì (íà ìåíüøèõ ðàññòîÿíèÿõ îïðåäåëÿþùèìè ñòàíîâÿòñÿ ÿäåðíûå âçàèìîäåéñòâèÿ, à íà áîëüøèõ íóæíî ó÷èòûâàòü è ãðàâèòàöèîííûå ñèëû)? Ãëàâíàÿ ïðè÷èíà ñîñòîèò â òîì, ÷òî âåùåñòâî ïîñòðîåíî èç ýëåêòðè÷åñêè çàðÿæåííûõ ÷àñòèö — ýëåêòðîíîâ è àòîìíûõ ÿäåð. Ïðè÷åì èìåþòñÿ çàðÿäû äâóõ çíàêîâ: ïîëîæèòåëüíûå è îòðèöàòåëüíûå, ÷òî îáåñïå÷èâàåò ñóùåñòâîâàíèå êàê ñèë ïðèòÿæåíèÿ, òàê è ñèë îòòàëêèâàíèÿ. È ýòè ñèëû î÷åíü âåëèêè ïî ñðàâíåíèþ ñ ãðàâèòàöèîííûìè. Ýëåêòðîìàãíèòíûå ñèëû ìåäëåííî, êàê Ðîëü ýëåêòðîäèíàìèêè â òåõíèêåÊ ñîçäàíèþ ýëåêòðîäèíàìèêè ïðèâåëà äëèííàÿ öåïü ïëàíîìåðíûõ èññëåäîâàíèé è ñëó÷àéíûõ îòêðûòèé, íà÷èíàÿ ñ îáíàðóæåíèÿ ñïîñîáíîñòè ÿíòàðÿ, ïîòåðòîãî î øåðñòü, ïðèòÿãèâàòü ëåãêèå ïðåäìåòû è êîí÷àÿ ãèïîòåçîé Ìàêñâåëëà î ïîðîæäåíèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ ïåðåìåííûì ýëåêòðè÷åñêèì ïîëåì. Ëèøü âî âòîðîé ïîëîâèíå XIX â., ïîñëå ñîçäàíèÿ Ìàêñâåëëîì êëàññè÷åñêîé ýëåêòðîäèíàìèêè, íà÷àëîñü øèðîêîå ïðàêòè÷åñêîå èñïîëüçîâàíèå ýëåêòðîìàãíèòíûõ ÿâëåíèé. Èçîáðåòåíèå ðàäèî À. Ñ. Ïîïîâûì è Ã. Ìàðêîíè — îäíî èç âàæíåéøèõ ïðèìåíåíèé ïðèíöèïîâ íîâîé òåîðèè. Ïðè ðàçâèòèè ýëåêòðîäèíàìèêè âïåðâûå â èñòîðèè ÷åëîâå÷åñòâà íàó÷íûå èññëåäîâàíèÿ ïðåäøåñòâîâàëè òåõíè÷åñêèì ïðèìåíåíèÿì. Åñëè ïàðîâàÿ ìàøèíà áûëà ïîñòðîåíà çàäîëãî äî ñîçäàíèÿ òåðìîäèíàìèêè, òî ñêîíñòðóèðîâàòü ýëåêòðîäâèãàòåëü èëè îñóùåñòâèòü ðàäèîñâÿçü îêàçàëîñü âîçìîæíûì òîëüêî ïîñëå îòêðûòèÿ è èçó÷åíèÿ çàêîíîâ ýëåêòðîäèíàìèêè. Áåñ÷èñëåííûå ïðàêòè÷åñêèå ïðèìåíåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ ÿâëåíèé ïðåîáðàçîâàëè æèçíü ëþäåé íà çåìíîì øàðå. ×åëîâå÷åñòâî ñîçäàëî âîêðóã ñåáÿ íåêóþ íîâóþ «ýëåêòðè÷åñêóþ ñðåäó» ñî øòåïñåëüíîé ðîçåòêîé íà êàæäîé ñòåíêå. Øèðîêîå ïðèìåíåíèå ýëåêòðîäèíàìèêè ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî ýëåêòðè÷åñêóþ ýíåðãèþ ëåãêî ïåðåäàâàòü ïî ïðîâîäàì íà áîëüøèå ðàññòîÿíèÿ è, ãëàâíîå, ñ ïîìîùüþ ñðàâíèòåëüíî íåñëîæíûõ óñòðîéñòâ ïðåîáðàçîâûâàòü â äðóãèå ýíåðãèè: ìåõàíè÷åñêóþ, âíóòðåííþþ, ýíåðãèþ èçëó÷åíèÿ è ò. ä. Çàêîíû ýëåêòðîäèíàìèêè ëåæàò â îñíîâå âñåé ýëåêòðîòåõíèêè è ðàäèîòåõíèêè, âêëþ÷àÿ òåëåâèäåíèå, âèäåîçàïèñü è ïî÷òè âñå ñðåäñòâà ñâÿçè. Ýëåêòðîäèíàìèêà ñîñòàâëÿåò ôóíäàìåíò òàêèõ àêòóàëüíûõ íàïðàâëåíèé ñîâðåìåííîé ôèçèêè, êàê ôèçèêà ïëàçìû è ïðîáëåìà óïðàâëÿåìûõ òåðìîÿäåðíûõ ðåàêöèé, íåëèíåéíàÿ îïòèêà, ìàãíèòíàÿ ãèäðîäèíàìèêà, àñòðîôèçèêà, êîíñòðóèðîâàíèå âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí, óñêîðèòåëåé ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö è ò. ä. Ãðàíèöû ïðèìåíèìîñòè êëàññè÷åñêîé ýëåêòðîäèíàìèêèÊàê è ëþáàÿ äðóãàÿ ôèçè÷åñêàÿ òåîðèÿ, êëàññè÷åñêàÿ ýëåêòðîäèíàìèêà Ìàêñâåëëà íå ÿâëÿåòñÿ àáñîëþòíî òî÷íîé. Îíà èìååò îïðåäåëåííûå ãðàíèöû ïðèìåíèìîñòè.
Ñîçäàíèå òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè íå âíåñëî êàêèõ-ëèáî ïðèíöèïèàëüíûõ èçìåíåíèé â ýëåêòðîäèíàìèêó Ìàêñâåëëà. Íàïðîòèâ, èìåííî ðàçâèòèå ýëåêòðîäèíàìèêè ïðèâåëî â íà÷àëå XX â. ê ñîçäàíèþ òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè. Äåëî â òîì, ÷òî ýëåêòðîìàãíèòíûå ïðîöåññû ñâÿçàíû ñ áîëüøèìè ñêîðîñòÿìè ðàñïðîñòðàíåíèÿ âçàèìîäåéñòâèé. Òåîðèÿ Ìàêñâåëëà, îïèñûâàþùàÿ ýòè âçàèìîäåéñòâèÿ, ïðèìåíèìà äëÿ ïðîöåññîâ, ïðîòåêàþùèõ ñ ëþáûìè ñêîðîñòÿìè, ìåíüøèìè ñêîðîñòè ñâåòà. Ãðàíèöû ïðèìåíèìîñòè êëàññè÷åñêîé ýëåêòðîäèíàìèêè óñòàíàâëèâàþòñÿ êâàíòîâîé òåîðèåé. Êëàññè÷åñêàÿ ýëåêòðîäèíàìèêà óñïåøíî îïèñûâàåò ïîâåäåíèå ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ ïðè äîñòàòî÷íî ìàëûõ ÷àñòîòàõ êîëåáàíèé ýòîãî ïîëÿ. ×åì áîëüøå ÷àñòîòà êîëåáàíèé, òåì îò÷åòëèâåå îáíàðóæèâàþòñÿ êâàíòîâûå (êîðïóñêóëÿðíûå) ñâîéñòâà ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ïîäðîáíåå ýòîò âîïðîñ ìû îáñóäèì â äàëüíåéøåì. Îáëàñòü ïðèìåíèìîñòè êëàññè÷åñêîé ýëåêòðîäèíàìèêè î÷åíü âåëèêà. È â ðàìêàõ ýòîé îáëàñòè ÷åëîâå÷åñòâî âñåãäà áóäåò ïîëüçîâàòüñÿ òåîðèåé Ìàêñâåëëà. Ïî ìíåíèþ àìåðèêàíñêîãî ôèçèêà Ð. Ôåéíìàíà, «â èñòîðèè ÷åëîâå÷åñòâà (åñëè ïîñìîòðåòü íà íåå, ñêàæåì, ÷åðåç äåñÿòü òûñÿ÷ ëåò) ñàìûì çíà÷èòåëüíûì ñîáûòèåì XIX ñòîëåòèÿ, íåñîìíåííî, áóäåò îòêðûòèå Ìàêñâåëëîì çàêîíîâ ýëåêòðîäèíàìèêè. Íà ôîíå ýòîãî âåëèêîãî îòêðûòèÿ ãðàæäàíñêàÿ âîéíà â Àìåðèêå â òîì æå äåñÿòèëåòèè áóäåò âûãëÿäåòü ìåëêèì ïðîâèíöèàëüíûì ïðîèñøåñòâèåì». Íàøà çàäà÷à â äàëüíåéøåì áóäåò ñîñòîÿòü â èçó÷åíèè îñíîâíûõ çàêîíîâ ýëåêòðîìàãíèòíûõ âçàèìîäåéñòâèé, à òàêæå â çíàêîìñòâå ñî ñïîñîáàìè ïîëó÷åíèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè è èñïîëüçîâàíèåì åå íà ïðàêòèêå.
|
|
|