Электродинамика және арнаулы салыстырмалық теориясы «Физика», «Физика және информатика»
жүктеу/скачать 1,19 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Идеалданған объекті
- Теорияның ядросына
| негіз, ядро, қорытындылар болады. Негіздің құрылуы эмпирикалық базисті жинақтаудан басталады. Эмпирикалық базиске Кулон заңын (1785), Эрстед жаңалығын (1820), Ампердің жұмыстарын (1826), Био-Савар-Лаплас заңын, Фарадейдің электромагниттік ин-дукция заңын(1831) жатқызады. Идеалданған объекті бөлі-ніп алынды: ол үздіксіз электромагниттік өріс. Өрісті 4 шама арқылы сипаттайды: электр және магнит өрістерінің кернеу-ліктері және индукциялары. Бұлар координат пен уақыттың үздіксіз функциялары болып табылады, өрістегі зарядтар мен токтарға күштік әсері бойынша тіке өлшенеді. Өрістің білінуі мен сипатталуы осы шамалармен байланысты. Зарядтар мен токтар Максвелл электродинамикасында өріс көздері болса да, олар теорияда сырттай ғана қарастырылады, яғни олар-дың табиғаты ашып көрсетілмейді, заттың құрылысынан тәуелсіз алынады. Заттың электрлік және магниттік өтімді-ліктері, электрөткізгіштік сияқты шамалар феноменология-лық жолмен, яғни еш анықтамасыз, тәжірибе арқылы енгізіледі. Теорияның ядросына дербес туындылы диффе-ренциалдық Максвелл теңдеулер жүйесі кіреді. Олар өріс сипаттамаларын зарядтар мен токтардың кеңістікте орнала-суымен және уақыт өтуімен байланыстырады. Бұл жүйеге материалдық теңдеулер қосылады. Олар ортаның қасиеттерін ескереді. Сонымен бірге электр зарядының сақталу заңы да, өрістер суперпозиция принципі де ядроға кіреді. Соңғысы кернеуліктерді қосу ережесін анықтайды. Теорияның нақты қорытындыларын шығару үшін Максвеллдің дифференциал-дық теңдеулер жүйесін бастапқы және шекаралық шарттарын ескере отырып, шешеді.
12-сурет. Электромагниттік теорияның құрылымы Электродинамика физикалық құбылыстардың өте кең аумағын қамтиды. Ол макроскопиялық өрістерге, токтарға, зарядтар үлестірімдігіне арналған кез келген есепті теория-лық жолмен шеше алады. Осы тұрғыдан ол механика саласы сияқты теорияның ең көрінекті моделі болып табылады. Ол белгілі бір құбылыстарды, жеке заңдарды түсіндіріп қана қоймай, жаңа эффектілерді болжауға да шамасы жетеді. Мысалы: Максвеллдің электромагниттік толқындардың мүм-кіндігі жөніндегі болжамы дәлелденіп қана қоймай, жарық-тың теориясына айналды. Электромагниттік толқындарды ерекше материалдық субстанция болатындығы жөніндегі көзқарас арнаулы салыс-тырмалық теория пайда болғаннан кейін ғана орнығып қалды. Бірақ бұл көзқарас Максвелл теңдеулерінен де қоры-тылып шығады, өйткені бұл теңдеулерден энергия, импульс, импульс моментінің сақталу заңдары да қорытылып шығады. Өрістің зарядтармен байланысын үзіп, жеке объект болу мүмкіндігі жөніндегі теорияның қорытындысы да маңызды. Бұл еркін электромагниттік өріс (1-сурет). Өріс механика са-ласындағыдай көмекші математикалық ұғым емес, ол физи-калық болмыс. Макроскопиялық электродинамика – заттың атомдық-молекулалық құрылымын және зарядтың дискретті-гін ескермейді. ХІХ ғасырдың аяғында Максвелл теориясын және атомизм идеяларын біріктіріп, Лоренц зат құрылымы-ның біртұтас электрондық теориясын құруға әрекет жасады. Бірақ Лоренц теориясын қарастыру біздің мақсатқа кірмейді. Электромагнетизмнің пайда болуы және дамуы. Электр мен магнетизмді ғылыми түрде зерттеудің негі-зін салған Гилберт болды. (ХҮІ ғасырдың екінші жартысын-да). Ол магнит өрістердің әсерімен магниттік стрелканың қозғалысын, магниттелу құбылысын түсіндірді, денелердің электрленетіндігін ашты, «электричество» терминін енгізді. Кавендиш, 1771 жылы электр зарядтардың өзара әсер күші-нің зарядтардың өзара қашықтықтарының квадратына кері пропорционал болатындығын тәжірибе жүзінде анықтады. 1784-85 жылдары Ш.Кулон қозғалмайтын электр зарядтары-ның өзара әсерлесуінің фундаменттік заңын ашты. Ал 1781 жылы Гальвани электр тогі құбылысын ашты. Вольта 1800 жылы ең алғашқы ток көзі – «вольт бағанын» жасады. 1820 жылы Эрстед токтың магниттік әсері болатындығын анықта-ды. Электродинамиканың дербес ғылым болып қалыптасуын Ампер есемімен байланыстырады. Ол «кернеу», «ток» ұғы-мын 1820 жылы қолдана бастады. Токтардың механикалық өзара әсерлесуінің заңдылықтарын анықтайды. Тұрақты маг-ниттердің магниттік өрістердің табиғатын заттардағы микро-скопиялық молекулалық токтар арқылы түсіндірудің әрекетін жасады. 1827 жылы Ом- ток күші мен кернеудің арасындағы байланысты тапса, 1831 жылы М.Фарадей электромагниттік индукция заңын ашады, сол арқылы электрлік өріс пен маг-нит өрістерінің арасында маңызды байланыстарды анықтай-ды. Сол заманда электр мен магнетизм жайындағы бастапқы эмпирикалық білімнің ерекшелігі: олардың әрқайсысы және оптика дербес ғылым болатын. Теориялық жалпылау проце-сінің арқасында табиғаты бөлек болып есептелінетін құбы-лыстар мен объектілерінің ортақ табиғаты анықталады. Бұл жалпылау нәтижесінде Максвелл 1860-1865 жылдары элект-ромагниттік өрістің теориясын дамытады. Электр өрісі және магниттік өріс дегені- электромагниттік өрістің құрамдас бөліктері екендігі анықталды, бір-бірімен байланыстылығы, ал электромагнетизмнің эмпирикалық заңдары өрісті сипат-тайтын негізгі теңдеулерден қорытылып шығарылатындығы көрсетіледі. Максвелл теориясының орнығуына Герцтің 1888 жылы электромагниттік толқындарды ашуы көп көмектесті. Максвелл теориясында заттың электромагниттік қасиеттері феноменологиялық жолмен ғана ескерілді. Яғни заттың электрлік және магниттік өтімділіктері арнайы коэффициент арқылы ескеріліп, олардың заттардың құрылымымен, зарядтардың дискреттілігімен байланысы анықталмады. 1898 жылы Лоренц электрондық теориясын қорытындылап шығарғанда, өріс теориясының идеаларын зарядтардың дискреттілік табиғатымен байланыстырады. Ол кезде кванттық физика әлі шықпағандықтан, Лоренцтің электрондық теориясы шектелген болып шықты, бірақ та заттың электр және магниттік қасиеттерін талдау, ондағы электромагниттік өрістің ерекшеліктерін заттағы зарядтар мен өрістің әсерлесуі тұрғысынан зерттеу елеулі жетістік болды. Қазіргі заманғы электрондық теория – электродина-мика мен классикалық механикаға ғана емес, сонымен бірге кванттық механика мен статистикалық физикаға сүйенген физиканың фундаментальды саласы болып табылады. Қазір электродинамика курсын даму сатысына қарай құру қиын болып тұр. Ең алдымен қарастыратынымыз: вакуумдегі элек-тромагниттік өріс қасиеттері. Одан кейін 3 тарауда стацио-нарлы электр және магнит өрістерінің ерекшеліктері және электромагниттік толқындардың пайда болуы және таралуы қарастырылады. Бұл қазіргі электродинамика курсының бағ-дарламасында алғашқы тараулардың мазмұнына сәйкес келе-ді. Бірақ бұдан кейінгі тарауларда заттағы электр және маг-нит өрістерінің ерекшеліктерін қарастыру біздің мақсатқа кірмейді. Сондықтан осы жұмыста электр индукция векторы, екі орта шекарасындағы кернеулік пен индукция векторының өзгерісі сияқты мәселелерді кейінгі жұмыстардың үлесіне қалдырып отырмыз. жүктеу/скачать 1,19 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|