Кто завершил создание классической электродинамики. Классическая электродинамика. Становление и развитие классической электродинамики

Окна и двери

План лекции

    Введение. Предмет классической электродинамики.

    Из истории электродинамики.

    Электродинамика и научно-технический прогресс.

    Электрические заряды.

    Свойства электрических зарядов.

    Закон Кулона.

    Электрическое поле.

    Идеи близко – и дальнодействия.

    Напряжённость электрического поля. Поле точечного заряда. Графическое представление электрических полей.

    Электромагнитные поля, электродинамика

    Многие примеры имеют релятивистскую электродинамику, а также релятивистский лагранжево-формализм, но только в ковариантной форме. Содержание: начинается с обработки ньютонов вращающейся системой координат и заканчивается гамильтоновским принципом. Гироскопический компас Маятник в теориях Ньютона, Лагранша и Гамильтона Охлаждение пучка частиц.

    Сравнение различных серий по теоретической физике

    • Некоторые примеры хорошо подходят для самостоятельного изучения.
    • Приложения и примеры более важны, чем теоретические.
    • Существует также краткий глава об истории электродинамики.
    • Содержание: векторное исчисление, механика Ньютона, спецификация.
    • Относительность.
    • Достаточно простой доступ, основанный на механике Ньютона.
    • Также кратко обсуждается теория Гамильтона-Якоби и переход к квантовой механике.
    Это действительно несколько более старая работа, но дидактически замечательная.

    Принцип суперпозиции электрических полей.

    Поле диполя.

    Поле бесконечной заряженной нити.

Разнообразные электрические и магнитные явления, которые люди наблюдают с незапамятных времён, всегда пробуждали их любопытство и интерес. Однако, «наблюдать» ещё не значит «исследовать».

Первые научные шаги в изучении электричества и магнетизма были сделаны только в конце 16 века врачом английской королевы Елизаветы Уильямом Гильбертом (1540 – 1603). В своей монографии «О магните, магнитных телах и о большом магните - Земля», Гильберт впервые ввёл понятие «магнитное поле Земли»… Экспериментируя с различными материалами, он обнаружил, что свойством притягивать легкие предметы обладает не только янтарь, потёртый о шёлк, но и многие другие тела: алмаз, хрусталь, смола, сера и т.д. Эти вещества он назвал «электрические», то есть «как янтарь». Так возник термин «электричество».

Грейнер: «Теоретическая физика», 11 томов 4 дополнительных тома

Менее подробные объяснения, обширный очень красиво подготовленный отличный справочник. Кроме того, имеется «Книга по теоретической физике». Краткое описание: очень яркий, но поверхностный. Начиная с Ньютона, он строил основные строительные блоки вместе математически и систематически, а затем он показал примеры того, как использовать методы. Рассматривает практически все важные контексты, также подходит для особо требовательных лекций. Гольдштейн - классическая механика Гольдштейн подробно рассматривает все важные формулировки и принципы классической механики. Это, безусловно, одна из его сильных сторон. Однако связь между симметриями и сохраняющими переменными упоминается лишь незначительно, и ускоренные системы отсчета и вибрации можно рассматривать более подробно. Для этого кинематика твердого тела занимает много места. Многим задачам не даются решения. Выбор материала иногда несколько самодостаточен, поэтому авторы начинаются на стр. 2 с гамильтоновским принципом и заканчивают механику Лагранжа после нескольких неудачных соображений на стр. 16, за исключением величин сохранения, посвященных следующим десяти страницам. Ввиду частичного необычного представления книга рекомендуется только в качестве дополнительного чтения. Книга содержит несколько примеров, но в конце каждого абзаца много задач с подробными решениями. Проверка - Механика Эта книга ясна и лаконична. Примечательны трактаты о геометрических аспектах механики и краткое введение в хаос. Книга содержит много примеров и, в конце концов, многочисленные задачи с подробными решениями. Джексон - классическая электродинамика Джексон - это Библия электродинамики и охватывает все, что происходит в электродинамической части лекции, и многое другое. Недостатком является то, что книга с 938 страницами очень толстая и поэтому тяжелая. Однако шрифт, а также используемые унитарные системы подвержены ограничениям, поэтому обратите внимание на то, что нужно точно. Коэн-Таннуджи - квантовая механика Коэн-Таннуджи, как и Джексон, является стандартной работой в своей области. Автору поразительно интересно как можно полнее представить полную картину квантовой механики. Особенно ясная и простая номенклатура автора, которая строго соблюдается, очень позитивна. Доказательства, которые описаны в других книгах как слишком длинные, находятся здесь в этой книге шаг за шагом со многими объяснениями. Эта книга очень подходит для переделки, поскольку она очень детализирована и поэтому читается почти как роман. Он очень рекомендуется, но довольно долго. Начиная с основ, частично, объяснения в книге повторяются, другими словами, если вы прочитаете его в одном куске, это может быть немного утомительным. Мессия - квантовая механика, часть 1 и часть 2 Эти книги несколько старше и часто рекомендуются. Они напоминают вышеупомянутые книги Коэна-Таннуджи, ученика Мессии, которые более современны, но не относятся к релятивистской квантовой механике. Первые три главы очень хорошо написаны. Остальная часть книги не имеет ясности и точности начала, выполняет задачу доведения квантовой механики до читателя, но этого достаточно.

  • Очень хорошо читают и работают, четкая структура и номенклатура.
  • Некоторые лекторы также читают лекции в основном из этой книги.
  • Английская версия удобна, но и несколько дорогая.
Электродинамика.

Первую теорию электрических явлений попытался создать французский исследователь Шарль Дюфэ (1698 – 1739). Он установил, что существует электричество двух родов: «Один род, - писал он, - я назвал «стеклянным» электричеством, другой - «смоляным». Особенность этих двух родов электричества: отталкивать однородное с ним и притягивать противоположное…» (1733 г.).

Изучение взаимосвязи между электрическими, магнитными и механическими явлениями. Он включает в себя анализ магнитных полей, создаваемых токами, электродвижущих сил, индуцированных переменными магнитными полями, силы на токи в магнитных полях, распространения электромагнитных волн и поведения заряженных частиц в магнитном и электрическом полях.

Классическая электродинамика посвящена полям и заряженным частицам в исходной форме, систематически описанным Джеймсом Клерком Максвелом, а квантовая электродинамика применяет принципы квантовой механики к электрическим и магнитным явлениям. Релятивистская электродинамика связана с поведением заряженных частиц и полей, когда их скорость приближается к скорости света.

Дальнейшее развитие теория электричества получила в работах американского учённого Бенджамина Франклина (1706 – 1790). Он ввёл понятие «положительное» и «отрицательное» электричество, установил закон сохранения электрического заряда, исследовал «атмосферное электричество», предложил идею громоотвода. Целый ряд созданных им экспериментальных установок стали классикой и уже более 200 лет украшают физические лаборатории учебных заведений (например, «колесо Франклина»).

В стакане воды присутствуют миллиарды молекул, образованных этими двумя химическими элементами. Все атомы или простые молекулы состоят из ядра, образованного протонами и нейтронами, и вокруг этого ядра постоянно вращается облако электронов, расположенных на одной или нескольких орбитах, в соответствии с рассматриваемым химическим элементом, аналогично планеты вращаются вокруг Солнца. То есть каждый атом представляет собой миниатюрную солнечную систему, как можно видеть на иллюстрации атома меди, который появляется слева.

Протон атомов всегда имеет положительный электрический заряд, нейтральные зарядовые нейтроны и отрицательные электроны электрического заряда. Число протонов, присутствующих в ядре нейтрального атома, всегда равно числу протонов, вращающихся на соответствующих орбитах. Атом в нейтральном состоянии имеет такое же количество отрицательных зарядов, как и положительное.

В 1785 году французский исследователь Шарль Кулон (1736 – 1806) экспериментально установил закон взаимодействия неподвижных электрических зарядов и позднее - магнитных полюсов. Закон Кулона - фундамент электростатики. Он позволил, наконец-то, установить единицу измерения электрического заряда и магнитных масс. Открытие этого закона стимулировало разработку математической теории электрических и магнитных явлений.

Атом может получить или вывести электроны с его последней орбиты с использованием химических или электрических средств и, таким образом, стать отрицательным или положительным ионом рассматриваемого элемента, за исключением атомов благородных газов. Великая электронная модель: классический эффект комптон-эффекта.

Большая электронная модель: классический фон комптон-эффекта. Фигура Артура Холли Комптона обычно рассматривается как один из отцов-основателей квантовой теории из-за ее квантовой формулировки для объяснения процесса взаимодействия высокочастотного излучения с веществом. Однако история Комптона показывает нам характер, который не является образ физика, заинтересованного в развитии квантовой теории. Открытие эффекта Комптона было результатом классического физика, который неохотно принимал квант излучения.

Впрочем, долгое время (ещё со времён Гильберта) считалось, что электричество и магнетизм не имеют ничего общего. Только в 1820 году датчанин Ганс Эрстед (1777 – 1851) обнаружил влияние электрического тока на магнитную стрелку, которое он объяснил тем, что «вокруг проволоки с током образуется магнитный вихрь». Иными словами Эрстед установил, что электрический ток является источником магнитного поля. Это положение стало первым из двух основных законов электродинамики. Второе было установлено экспериментально английским физиком Майклом Фарадеем (1791 – 1867). В 1831 году он впервые наблюдал явление «магнитоэлектрической индукции», когда в проводящем контуре возникал индукционный электрический ток при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

Цель этой статьи - подчеркнуть образ классического физика, который был встроен в четко определенную исследовательскую программу, рентгеновскую и γ-физику, из которой он вносил вклад как в развитие этой области исследований, так и в построение квантовой теории. Для этого мы представим модель большого электрона, используемую Комптоном для объяснения процесса рассеяния рентгеновских лучей на веществе.

Ключевые слова: Артур Холли Комптон, классическая физика, рентгеновское рассеяние и γ, квантовая теория, история физики, история науки. «Артур Комптон» обычно воспринимается как один из основателей отцов квантовой механики благодаря своей квантовой формулировке, чтобы объяснить процесс взаимодействия между высокочастотным излучением и веществом. не согласен с изображением физика, интересуется развитием квантовой механики.

В конце 19-го столетия разрозненные результаты исследований электромагнитных явлений обобщил молодой шотландский физик Джемс Кларк Максвелл (1831 – 1879). Он создал классическую теорию электродинамики, в которой в частности предсказал существование электромагнитных волн, выдвинул идею электромагнитной природы света, вычислил объемную плотность энергии электромагнитной волны, рассчитал давление, которое должна производить электромагнитная волна при падении на поглощающую поверхность.

Публичный образ Артура Холли Комптона всегда ассоциируется с его вкладом в развитие старой квантовой теории из-за его открытия эффекта Комптона, который принес ему Нобелевскую премию по физике. Фактически, такое открытие было сильным экспериментальным доказательством необходимости квантования излучения для объяснения рассеяния рентгеновских лучей на веществе. Тем не менее, реконструкция научной траектории Комптона показала нам характер, который смещается от образа квантового физика, одного из «отцов-основателей квантовой теории».

Поэтому линия исследования нашего персонажа была связана с исследованием рентгеновских лучей и γ, а не с построением квантовой теории. Его квантовый подход для объяснения процесса рассеяния рентгеновских лучей и γ был плодом длительного периода, когда Комптон не желал принимать квантовую теорию. Между тем он использовал классические модели и теории, чтобы обосновать свои догадки.

Выводы теории Максвелла нашли экспериментальное подтверждение в работах Генриха Герца (1857 – 1894), П.Н. Лебедева (1866 – 1912). А.А. Майкельсона (1852 – 1931), А.С. Попова (1859 – 1906) и многих других исследователей.

Максвелловская теория электромагнитного поля является фундаментальным обобщением электродинамики, поэтому она по праву занимает почётное место в ряду величайших научных достижений человечества, таких как классическая механика, релятивистская физика и квантовая механика.

Их вклад в рентгеновскую и γ-физику забыл перед лицом квантового физика. Например, в работах историков науки Комптон не упоминается как один из главных героев исследования рентгеновских лучей и 7, включенный только тогда, когда авторы ссылаются на историю построения квантовой теории. Это заканчивается тем, что наш персонаж всегда интересовался развитием квантовой физики. Однако другие историки были более внимательны к специфике научной практики Комптона, например.

Цель этой статьи - показать классический фон Комптона, который привел к комптоновскому квантовому эффекту, из анализа его модели большого электрона, используемого для объяснения процесса рассеяния рентгеновских лучей и γ по веществу. Для этого мы использовали оригинальные статьи, опубликованные в исследуемом периоде, вторичную литературу, опубликованную историками науки, в консультации с персональными архивами Комптона. Таким образом, мы пытаемся понять основные проблемы, связанные с взаимодействием излучения с веществом и решениями, предложенными нашим персонажем, в зависимости от времени изучения, избегая, таким образом, анахронизма.

Электричество и магнетизм Н.Ф. Шемяков

Заряд и ток несут поля, зовут их электромагнитными не зря,

Дают они тепло и свет, чтоб жил в комфорте человек…

4. Электричество и магнетизм введение

1. Предмет классической электродинамики

Раздел физики, в котором исследуются свойства электромагнитного поля и взаимодействующих с ним других видов материи, называют классической электродинамикой .

Таким образом, в настоящей работе не анализировался переход в работе Комптона от классических или полуклассических методов квантовой обработки, который был проведен в этой статье, организован следующим образом. Первые два раздела, вводного характера, представляют биографические заметки и приверженность Комптона классической физике. Четвертый и наиболее важный раздел представляет модель великого электрона, с которой Комптон пытался объяснить рассеяние излучения материей. В пятом разделе рассматриваются трудности, с которыми сталкивается эта модель.

Электромагнитное поле представляет собой самостоятельный вид материи. По историческим причинам термин «поле» в физике имеет два разных смысла. Вопервых, полем называют особый вид материи. Вовторых, среди физических величин функциями координат считаются такие, которые называют полями, например, поле скоростей. Словосочетание «электромагнитное поле» характеризует его особый вид материи. Электрическое поле, как и всякий физический объект, характеризуется состоянием и уравнениями движения. В каждый момент времени состояние электромагнитного поля описывается двумя полями: электрическим и магнитным. Уравнения движения для электромагнитного поля содержатся в микроскопических уравнениях Максвелла . Микроскопические уравнения Максвелла совместно с уравнениями Лоренца для заряженных частиц образуют фундаментальную систему уравнений классической электродинамики. Наряду с микроскопическими, используются макроскопические уравнения Максвелла , макроскопические уравнения Лоренца и материальные уравнения (например, закон Ома ), которые образуют макроскопическую систему уравнений.

2. Понятие близкодействия

Для описания взаимодействия тел используется понятие силового поля. Так как взаимодействие заряженных частиц передается с конечной скоростью посредством близкодействия, то посредником является электромагнитное поле. Гипотезу о близкодействующем характере электромагнитных взаимодействий предложил Фарадей в середине 19 столетия. Позднее Максвелл написал свои знаменитые уравнения электродинамики, содержащие математическую трактовку идеи близкодействия и позволившие сделать предсказание об электромагнитной природе света. Герц экспериментально установил генерацию и распространение электромагнитных волн в соответствии с уравнениями Максвелла , что окончательно подтвердило идею близкодействия.

4.1. Электростатика

1.1. Квантование заряда.

Электрические силы относятся к одному из фундаментальных взаимодействий  электромагнитному взаимодействию, которое зависит от величины электрических зарядов. Существование электромагнитных сил обнаружено давно. Их действие было известно древним грекам.

Электрический заряд имеют многие элементарные частицы, например, электрон, протон, ионы или заряженные макротела и т. д.

Электрический заряд частицы является одной из ее характеристик.

Элементарная частица может существовать без заряда, например, нейтрон, фотон и др., но не существует заряда без частицы.

Например, заряд электрона и протона равен по абсолютной величине элементарному заряду:

е=1,6 10  19 Кл.

    Электрический заряд квантуется, т.е. может принимать величину заряда, кратную элементарному заряду. Любой макроскопический заряд можно представить в виде выражения:

или Q = nе,

где n  число заряженных частиц.

2. Существуют положительный и отрицательный электрические заряды. Например, электрон  отрицательно заряженная частица, протон  положительно заряженная частица.

3. Электрический заряд  инвариантен, т. е. его величина не зависит от системы отсчета, т. е. не зависит от того, движется он или покоится.

4. Закон сохранения заряда открыт Фарадеем

В любой электрически изолированной системе алгебраическая сумма зарядов есть величина постоянная , т. е.


. (1.1)

Фундаментальные свойства заряда имеют важнейшее значение в современной физике и в естествознании вообще.

Замечание:

Открыты элементарные частицы  кварки, которые имеют дробный заряд, кратный ,. В свободном состоянии кварки не существуют.