Электродинамическая картина мира презентация

того, каким сложным и противо-речивым путём постигается научная истина и стро-ится картина мира
Однако, при всём качественном отличии электро-динамических и термодинамических явлений, они взаимосвязаны, и при рассмотрении эволюции кар-тины мира следует начать с термодинамики
Многие философы древности рассматривали огонь и связанную с ним теплоту как одну из стихий, ко-торая наряду с землёй, водой и воздухом образует все тела

в., когда был построен термометр и появилась возможность количественного исследования тепловых процессов и свойств термодинамических мак-росистем
Наметилось две тенденции в определении теплоты – ве-щественная теория тепла – особого рода невесомая жид-кость, теплород, флогистон, перетекающая из одного те-ла в другое при теплообмене (Дж. Блэк), и корпускуляр-ная теория – вид внутреннего движения частиц, темпе-ратура зависит от быстроты движения частиц (Ньютон, Гук, Бойль, Бернулли, Ломоносов)
Открытие закона сохранения теплоты при теплообмене – важный вывод на основе теории теплорода, введено по-нятие теплоёмкости, разработана количественная тео-рия теплопроводности (термины сохранились до сих пор)

всеми мате-риальными телами, то магнитными силами обладает только железо в на-магниченном состоянии, а электриче-ские силы присущи многим телам, но только в наэлектризованном состоя-нии
Поэтому физики стали приписы-вать эти силы не частицам вещества, а якобы находящимся в порах обыч-ных материальных тел неким тон-ким жидкостям; между этими жидко-стями и частицами вещества дейст-вуют определенного рода силы
Так же стали объяснять и природу теплоты - нагревание тела связыва-ли с присутствием некой жидкости - теплорода, частицам которого также присущи определенные силы

а между частицами теплорода и частицами материальных тел - силы притяжения
Первые серьезные сомнения в тео-рии теплорода принадлежат амери-канцу Румфорду
Он обратил внимание на выделение тепла при сверлении пушечных ство-лов и пришел к выводу (1798), что количество выделяемой теплоты не зависит от объема вещества, из огра-ниченного количества материи мо-жет быть получено неограниченное количество теплоты
Это опровергало теорию теплорода (теплота как вещество), дорогу для понимания теплоты как формы дви-жения (Ломоносов, Лавуазье)

и формалистическим традициям науки того времени, общей направле-нности ньютонианской физики и бы-ла исторически необходимым этапом в развитии физики
Она сыграла и положительную роль, объединив целый ряд накопленных фактов и частных теорий, и позволила их систематизировать с единой точки зрения
Хотя и в искаженной форме, эта тео-рия отражала некоторые действитель-ные закономерности тепловых явле-ний; поэтому она продержалась более столетия, так как не тормозила разви-тия физической науки и не сразу при-шла в противоречие с действительнос-тью
 

по-лучены качественно новые результа-ты в области изучения электрических явлений
Важным шагом в изучении электри-ческих явлений стало изобретение в 1745 г. лейденской банки, благодаря которому физики могли получать зна-чительные электрические заряды и экспериментировать с ними
Это усилило интерес к изучению эле-ктрических явлений и способствовало утверждению представления о возмо-жности практического применения электричества, в том числе в лечеб-ных целях
 В России исследования атмосферного электричества проводили М.В. Ломо-носов и Г. Рихман, который был убит шаровой молнией, проводя 26.07.1753

электричестве и магнетизме разви-вается более быстрыми темпами
Среди многих ярких открытий этого времени — изобретение А. Вольта источника постоянного тока (вольтов столб)
Выявляется способность электричес-тва вызывать химические действия, зарождается электрохимия
В это же время намечаются две осно-вные концепции в понимании элект-рических и магнитных явлений - дальнодействия и близкодействия
Новый этап в истории учения об эле-ктричестве и магнетизме начинается с непосредственного измерения в 1780-х гг. французским физиком Ш.О. Куло-ном величины сил, действующих меж-ду электрическими зарядами

Кулона, кото-рый гласит, что электрические силы ослабевают обратно пропорционально квадрату расстояния, т.е. так же, как гравитационная сила



Но по величине электрические силы намного превосходят равитационные
В отличие от слабого гравитационно-го взаимодействия, наличие которого Г. Кавендишу удалось продемонстри-ровать только с помощью специально-го прибора, электрические силы, действующие между телами обычных размеров, можно легко наблюдать
 

вв. природа электричества частично прояснилась
Физика первой половины XIX в - это время бурного развития капиталисти-ческого способа производства в Евро-пе и Америке
Французская революция 1789 г., на-полеоновские войны способствовали разложению феодализма и открывали простор росту капитализма в странах Европы
В первой половине XIX в. промыш-ленный переворот происходит во всех передовых странах Европы
Основой промышленного производс-тва становится крупная машинная индустрия

химическая, металлообрабаты-вающая и другие отрасли промышленности
Машинная индустрия требует постоянного совершенствова-ния техники - внедрения новых технологических методов, улу-чшения организации производства и т.д., а это в свою очередь требует применения и постоянного развития естественнонауч-ных знаний
Естествознание все в большей степени становится элементом производительных сил, его развитие во многом определяется потребностями промышленного и сельскохозяйственного про-изводства

развивается физическая нау-ка; производство непрерывно ставит перед ней все новые и новые пробле-мы, доставляя одновременно и новый эмпирический материал; значитель-ное развитие получает новая отрасль – теплотехника; её возникновение бы-ло непосредственной реакцией на про-мышленный переворот, энергетичес-кой основой которого являлась паро-вая машина; изобретенная еще в 18 в. паровая машина становится универ-сальным двигателем и применяется и на промышленных предприятиях, и на транспорте 
1807 г. в Америке Р. Фултоном был построен первый пассажирский коле-сный пароход

в 1825 г. в Англии
В течение короткого времени сеть железных дорог покрыла территорию Европы и Северной Америки; в Рос-сии пассажирское железнодорожное сообщение (на линии Петербург — Царское село) было открыто в 1837 г.
В первой половине XIX в. теплотех-ника своими обобщениями и потребностями оказывала значитель-ное влияние на развитие физики
Зарождающаяся электротехника изу-чает закономерности применения эле-ктричества в технике
Прежде всего электричество исполь-зуют для связи

дей-ствия электрического тока на магнит-ную стрелку возникает идея постро-ить электромагнитный телеграф
Были предприняты первые попытки использовать электричество в качес-тве двигательной силы
Возникает новая область электротех-ники - гальванопластика, изобретате-лем которой был русский академик Б.С. Якоби.
  В 1832 г. в Петербурге демонстриро-вался первый практически действую-щий телеграф русского изобретателя ПЛ. Шиллинга
Вскоре появляются другие конструк-ции телеграфа
В 1844 г. в Америке была построена первая телеграфная линия

связь между механической работой и количеством теплоты, а принцип теплорода заменён более глубо-ким законом сохранения энергии на основе МКТ вещества
Создание термодинамической теории привело к практическому её использованию для описания работы паровых машин
Значительный вклад в развитие теории тепловых явлений, описы-ваемых законами статистической механики, с использованием по-нятия термодинамической вероя-тности состояния системы сдела-ли немецкий ученый Рудольф Клаузиус (1822-1888) и австрийс-кий физик Людвиг Больцман (1844-1906)

проблемам в начале 19 в. был проди-ктован развитием учения об электричестве, химии и теплотех-нике
Казалось, что в природе теплоты, света и электричества есть нечто общее
Открытие и изучение фотохимических реакций, химических реакций с выделением теплоты и света, тепловых и химичес-ких действий электричества - все это заставляло думать, что изучение света окажется полезным для решения важных науч-ных и практических задач
В 18 в. подавляющее большинство ученых придерживалось корпускулярной теории света, которая хорошо объясняла многие, но не все оптические явления

в поле зрения физиков попадают вопросы интерференции, дифракции и поляризации света, ко-торые неудовлетворительно объясня-лись корпускулярной теорией
Это приводит к возрождению, каза-лось, забытых идей волновой оптики
В оптике происходит настоящая нау-чная революция, закончившаяся побе-дой волновой теории света над корпу-скулярной
Первым в защиту волновой теории света выступил в 1799 г. английский врач Т. Юнг, разносторонне образова-нный человек, занимавшийся исследо-ваниями в области математики, физи-ки, механики, ботаники и т.д., облада-вший обширными знаниями

света, указывая на явления, которые нельзя объяснить с ее пози-ций, в частности, одинаковые скорос-ти световых корпускул, выбрасывае-мых слабыми и сильными источника-ми, а также то обстоятельство, что при переходе из одной среды в другую одна часть лучей постоянно отражается, а другая постоянно преломляется
Юнг предложил рассматривать свет как колеблющееся движение частиц эфира: «...Светоносный эфир, в высо-кой степени разреженный и упругий, заполняет Вселенную... Колебатель-ные движения возбуждаются в этом эфире каждый раз, как тело начинает светиться»
Волновую природу света он обосно-вывал прежде всего явлением интер-ференции и дифракции света

корпускулярной и волновой теорий света явились результаты измерения скорости света в воде
Согласно корпускулярной теории, скорость света в оптически более плотной среде должна быть больше, чем в оптически менее плотной, а по волновой теории — наоборот
В 1850 г. французские физики Ж. Фу-ко и А. Физо, измеряя скорость света с помощью вращающегося зеркала, по-казали, что скорость света в воде ме-ньше, чем в воздухе, и тем самым око-нчательно подтвердили волновую тео-рию света
К середине 19 в. приверженцев кор-пускулярной теории света осталось мало

с тем ставит и ряд новых
Так случилось и с волновой теорией света; в отличие от корпускулярной, волновая теория света должна была решить вопрос о свойствах среды - носителя световой волны; такую среду еще со времен Декарта назвали эфи-ром
Решение вопроса оказалось возмож-ным с введением и эксперименталь-ным обоснованием существования физических полей, в частности, ЭМП
Начиная с работ М.Фарадея и Дж. Максвелла, будучи вначале лишь вспомогательной моделью, это поня-тие становится в физике 19 в. все бо-лее и более конструктивной абстрак-цией

известные в области электри-ческих и магнитных явлений, и пред-сказывать новые явления
Со временем становилось все более очевидным, что этой абстракции соот-ветствует некоторая реальность
Постепенно понятие поля завоевало центральное место в физике и сохра-нилось в качестве одного из основных физических понятий
Экспериментальные открытия Фа-радея были хорошо известны, и он еще при жизни приобрел огромный авторитет и славу; однако к его теоре-тическим взглядам современники в лучшем случае оставались безразлич-ными; первым обратил на них серь-езное внимание Дж.К. Максвелл; он воспринял эти представления, развил их и построил теорию ЭМП

цепь случайных открытий и планомерных кропотливых ис-следований, начиная с обнару-жения способности янтаря при-тягивать лёгкие предметы и за-канчивая идеей Дж. Максвелла о порождении магнитного поля переменным электрическим по-лем и наоборот
Создание ЭМ теории привело к практическому использова-нию ЭМ явления – изобрете-нию радио, ЭМ генератора эле-ктрического тока, электродви-теля

закона всемирного тяготения Ньютоном и, через сто лет, закона электростатического взаимодейст-вия электрических зарядов Кулоном поставили вопрос: как тела и заряды действуют друг на друга на расстоя-нии?
До введения понятия поля удовлетворительных ответов на этот вопрос не было; предполагалось, что взаимодействие возможно через пустое пространство – концепция дальнодействия (Рене Декарт)
В концепции близкодействия носителем сигнала от тела к телу и от заряда к заряду является материальная субстанция – гравитационное или электромагнитное поле

максимальное значение рав-но скорости света в вакууме:
с = 300 000 км/с
В философском плане – разде-ление мира на тела и частицы, с одной стороны, поле и пустое пространство – физический ва-куум – с другой, соответствует выделению двух крайних свойств мира – дискретности и непрерывности
В современной квантовой тео-рии это единство противополо-жностей дискретного и непре-рывного нашло в концепции корпускулярно-волнового дуа-лизма –

проявлять в разных си-туациях одновременно и волно-вые, и корпускулярные свойст-ва; наглядно это можно наблю-дать на фотонах света и элемен-тарных частицах (электроны)
После появления квантовой теории поля представление о взаимодействии изменилось: любое поле имеет дискретную структуру, ЭМ взаимодействие, например, является результа-том обмена фотонами – кванта-ми ЭМП; в гравитационном взаимодействии (гипотеза) принимают участие гравитоны и т.д.

в окружающем пространстве создают поле сил, проявляющееся в силовом воз-действии на другие частицы, помещённые в какую-либо точ-ку данного пространства
Первоначально выдвигалась механическая интерпретация поля как упругих натяжений гипотетической среды (невесо-мой, невидимой, неосязаемой) – эфира
Теория относительности отвергла эфир как упругую среду, но придала похожему понятию – полю, смысл физической реальности
Первоначально выдвигалась

претендует возмо-жный вид материи – физический вакуум (П. Дирак)
Хотя мы его не видим (он позра-чен для ЭМИ и не оказывает ника-кого сопротивления движению ма-териальных частиц и тел), вакуум может проявляться при взаимодей-ствии частиц или ЭМВ с большой энергией
Например, гамма-квант излуче-ния при наличии ещё одной части-цы (атомного ядра) может исчез-нуть сам, породив при этом пару электрон-позитрон, как бы «выр-ванную» из вакуума
В истории науки за 300 лет пред-ложены по крайней мере четыре разные концепции «эфира»:
Первоначально выдвигалась

ваку-ум Дирака
Насколько оправдается интуиция физиков о существовании особой среды – физического вакуума, покажет будущее
Уравнения Максвелла – наиболее общие уравнения электро-динамики сыграли такую же роль в электромагнитной кар-тине мире, как законы Ньютона в механической картине мира
Корпускулярно-волновой дуализм, принцип неопределённос-ти и вероятностный характер микропроцессов, описываемый волновой функцией, строение атомного ядра и гипотеза квар-ков (1967, амер.физ. М. Гелл-Ман), формула Эйнштейна, связав-шая массу и энергию материальных объектов
Е =mc2,
привели в конечном итоге к созданию современной естест-веннонаучной картины – квантово-полевой картины мира
Современную естественнонаучную картину дополняют отк-рытия в других областях науки, экологические и социальные теории существующей цивилизации (у/ф)