электромагнитное поле и его материальность

Электромагнитное поле и его материальность

Электромагнитное поле— это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между заряженными частицами. Представляет собой взаимосвязан ные переменные электрическое поле и магнитное поле. Взаимная связь электрического Е и магнитного Н полей заключается в том, что всякое изменение одного из них приводит к появ лению другого: переменное электрическое поле, порождаемое уско ренно движущимися зарядами (источником), возбуждает в смежных областях пространства переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, возбуждает в прилегающих к нему областях пространства переменное электрическое поле.

Электрическое поле представляет собой частную форму проявления электромагнитного поля. В своем проявлении это силовое поле, основным свойством которого является способность воздействовать на внесенный в него электрический заряд с силой, не зависящей от скорости заряда. Источниками электрического поля могут быть электрические заряды (движущиеся и неподвижные) и изменяющиеся во времени магнитные поля.

Магнитное поле представляет собой частную форму электромагнитного поля. В своем проявлении это силовое поле, основным свойством которого является способность воздействовать на движущиеся электрические заряды (в т. Ч. На проводники с током), а также на магнитные тела независимо от состояния их движения. Источниками магнитного поля могут быть движущиеся электрические заряды (проводники с током), намагниченные тела и изменяющиеся во времени электрические поля.

Источниками электромагнитных излучений радиочастот (ЭМИ РЧ) и сверхвысоких частот (СВЧ) являются технические средства и изделия, которые предназначены для применения в различных сферах человеческой деятельности и в основе которых используются физические свойства этих излучений: распространение в пространстве и отражение, нагрев материалов, взаимодействие с веществами.

Электромагнитное поле имеет двойную физическую природу. Это два взаимосвязанных поля – электрическое и магнитное. Только в особых случаях их можно разделить, но это будут всего лишь частные варианты того же электромагнитного поля.

Материальность электромагнитного поля проявляется физически в том, что оно производит силовое действие на частицы, обладающие электрическим зарядом, электрическим или магнитным моментами, а так же в том, что оно обладает энергией, массой и импульсом. При таких свойствах электромагнитное поле проявляет себя как реальный вид материи, а не как теоретическая модель, оторванная от реальности.

Источник

Презентация была опубликована 8 лет назад пользователемГерман Чернопанёвкин

Похожие презентации

Презентация на тему: » Электромагнитное поле и его материальность. Электромагнитные волны.» — Транскрипт:

1 Электромагнитное поле и его материальность. Электромагнитные волны.

2 Электрическое поле существует вокруг любого заряда. существует вокруг любого заряда. Основное свойство поля – действовать силой на заряд. действовать силой на заряд. Силовая характеристика поля – напряженность напряженность.

3 Свойства силовых линий: Свойства силовых линий: Начинаются на положительных зарядах, Начинаются на положительных зарядах, заканчиваются на отрицательных; заканчиваются на отрицательных; Чем гуще расположены силовые линии, Чем гуще расположены силовые линии, тем больше напряженность. тем больше напряженность.

4 Источники магнитного поля: проводник с током, движущиеся заряды. Свойства магнитного поля: действие на магнитную стрелку, рамку с током. В – вектор магнитной индукции (Тл)

5 Линии магнитной индукции Свойства: Линии всегда замкнутые. Магнитное поле – вихревое.

6 Опыт Фарадея (1831 год) Майкл Фарадей

7 В N Е Электромагнитная индукция Переменное магнитное поле создает переменное электрическое поле. Чем быстрее изменяется индукция магнитного поля, тем больше напряженность электрического поля. Переменное электрическое поле называют вихревым, поскольку его силовые линии замкнуты подобно линиям индукции магнитного поля. 0

8 Гипотеза Максвелла Джеймс Максвелл Переменное электрическое поле создает переменное магнитное поле. Чем быстрее изменяется напряженность электрического поля, тем больше индукция магнитного поля. Е В 0

9 Е В ЕЕ Е В В В Электромагнитное поле – совокупность двух неразрывно связанных друг с другом, взаимно порождающих друг друга изменяющихся полей: переменного электрического и переменного магнитного поля. Источником электромагнитного поля служат заряды, движущиеся с ускорением.

10 Электромагнитная волна – процесс распространения периодически изменяющегося электромагнитного поля. q Скорость электромагнитных волн : С С С

11 Генрих Герц Переход от закрытого колебательного контура к открытому В Е

12 Электромагнитные поля сотовых телефонов Наиболее вредным является высокочастотное излучение сантиметрового диапазона. Средства мобильной связи работают пока в самом начале этого диапазона, но постепенно рабочая частота повышается. Действие электромагнитных полей на организм человека проявляется в функциональном расстройстве центральной нервной системы. Субъективные ощущения при этом – повышенная утомляемость, сонливость или, наоборот, нарушение сна, головные боли и т.д. При систематическом облучении наблюдаются стойкие нервно-психические заболевания, изменение кровяного давления, замедление пульса.

13 Рекомендации по соблюдению мер безопасности: не разговаривайте по мобильному телефону долго, и отнюдь не из соображений тарифного плана; не подносите телефон к голове сразу же после нажатия кнопки начала набора номера, т.к. в этот момент электромагнитное излучение в несколько раз больше, чем во время самого разговора; опасайтесь находится подолгу вблизи антенны ретранслятора провайдера, поскольку она постоянно, причем во все стороны, излучает достаточно мощный сигнал; при выборе модели телефона предпочтение отдавайте аппаратам с внешними антеннами и хорошей заявленной в сертификатах чувствительностью.

14 Вредно ли для здоровья электромагнитное излучение? На данный момент наукой количественно не доказано прямой связи между уровнем электромагнитных полей и онкологической и другого рода заболеваемостью. Однако качественно такая связь прослеживается: в местах, где люди подвергаются воздействию электромагнитного облучения, чаще выявляются раковые заболевания и расстройства сердечно – сосудистой и вегетативной нервной систем. Наиболее чувствительны нервная система и органы зрения.

15 Искусственные электромагнитные поля вредны для всех, но особенно для групп повышенного риска: детей, беременных женщин, людей с заболеваниями центральной нервной, гормональной, сердечно – сосудистой систем, аллергиков. Неплохо поставить в квартире ионизатор воздуха – он снижает воздействие электростатических полей. Домашние цветы – бегонии и фиалки – тоже насыщают воздух весьма полезными ионами. Вокруг работающих СВЧ – печей образуется низкочастотное электромагнитное поле, которое снижается до безопасного уровня в радиусе не менее 0,5 м. Телевизоры излучают электромагнитное поле во всех направлениях, причем даже в режиме ожидания. Поэтому на ночь лучше их отключать от сети.

16 А. С. Попов Изобретение радио А.С. Поповым Первый приемник А.С. Попова

17 Вопросы: 1.Схема приемника. 2.Элементы приемника и их назначение.

18 Элементы приемника: 1.Источник питания. Поставляет энергию в цепь. 2. Антенна. Принимает электромагнитные волны. 3. Заземление. Увеличивает дальность приема волн. 4. Когерер. Управляет током в цепи приемника. 5. Звонок. Регистрирует принятые электромагнитные волны. Обеспечивает автоматичность приема волн.

19 Усовершенствование приемника 7 мая 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества А. С. Попов выступил с демонстрацией первого в мире радиоприемника. Через 10 месяцев 24 марта 1896 г. А. С. Попов передал первую в мире радиограмму их двух слов «Генрих Герц» на расстояние в 250 м. Летом следующего года дальность беспроволочной связи была увеличена до 5 км. В 1899 г. он сконструировал приемник для приема сигналов на слух при помощи телефонной трубки. В 1897 году А.С. Попов проводил прием радиоволн от грозовых облаков. Дальность приема составляла 30 км. Грозоотметчик А.С. Попова

20 В 1900 г. А. С. Попов осуществил связь в Балтийском море на расстоянии свыше 45 км между островами Гогланд и Кутсало, недалеко от города Котка. Эта первая в мире практическая линия беспроволочной связи обслуживала спасательную экспедицию по снятию с камней броненосца «Генерал-адмирал Апраксин», севшего на камни у южного берега Гогланда. Первая радиограмма, переданная А. С. Поповым на остров Гогланд 6 февраля 1900 г., содержала приказ ледоколу «Ермак» выйти на помощь рыбакам, унесенным на льдине в море. Ледокол выполнил приказ и 27 рыбаков были спасены. Первая в мире практическая линия, начавшая свою работу спасением людей, унесенных в море, наглядно доказала преимущества данного вида связи. Броненосец «Генерал-адмирал Апраксин». Сзади ледокол «Ермак».

21 Диплом на звание «почетного электрика» Диплом русского технического общества Золотая медаль всемирной выставки в Париже Знак «почетный электрик»

24 Модуляция – процесс преобразования электромагнитных колебаний высокой частоты в соответствии с колебаниями звуковой частоты.

26 Детекторный приемник 1 2

27 Распространение радиоволн Радиолокация Вопросы: 1.Определение радиоволн. 2.Виды радиоволн. Диапазон длин волн. 3.За счет каких явлений распространяются радиоволны? Пояснить рисунком. 4. Определение радиолокации. 5. На каком явлении основана радиолокация?

28 Радиоволны – это электромагнитные волны, которые используются для радиосвязи. Виды радиоволн: средние (СВ) короткие (КВ) ультракороткие (УКВ) длинные (ДВ)

29 земля ДВ и СВ КВ УКВ ДВ и СВ скользят вдоль поверхности, огибают Землю (дифракция). КВ отражаются от ионосферы и поверхности Земли. УКВ проникают сквозь ионосферу.

30 Радиолокация – определение местонахождения объекта с помощью радиоволн. Радиолокация основана на явлении отражения радиоволн от объекта.

Источник

Электромагнитное поле и его материальность

1. Возникновение понятия электромагнитного поля. До создания Максвеллом классической теории электромагнетизма понятия поля как формы материи не существовало [2]. Широко использовалось лишь понятие силовой функции (потенциала) как отношения внешней потенциальной энергии определенной совокупности зарядов или масс к одному из них, считающемуся «пробным», т.е. не нарушающим их пропорциональности. Представление о поле и его силовых линиях как о физической реальности впервые появилось в трудах Майкла Фарадея [3]. Ему же принадлежит идея изучения взаимопревращений электричества и магнетизма как различных форм энергии. Понятие электромагнитного поля как единой материальной сущности возникло лишь после создания Максвеллом теории электромагнетизма в связи с его представлением о свете как о последовательности электрических и магнитных волн [4]. До этого Максвелл, как и все его предшественники в течение многих веков, вполне удовлетворялся концепцией эфира, и лишь предложил его оригинальную модель в виде совокупности больших и малых вихрей, которые перемещаются, взаимодействуя наподобие шестеренной передачи. Эфир как нельзя лучше отвечал требованиям светоносной среды, поскольку он обладал собственной (внутренней) энергией и был способен переносить энергию в пространстве «после того, как она покинула одно тело и еще не достигло другого» [4]. Однако изначальный замысел Максвелла обосновать электромагнитную природу света и тем самым объединить оптику с электромагнетизмом побуждал его трактовать электромагнитное поле как некую самостоятельную сущность, обладающую энергией даже в отсутствие ее материальных источников (наподобие тому, как продолжает существовать свет давно потухшей звезды).

Известно, что признание теория электромагнитного поля Максвелла получила только после экспериментов Г.Герца, которые обнаружили факт передачи энергии электромагнитных колебаний от излучателя к приемнику через разделяющее их пространство [5]. Однако из этих экспериментов вовсе не следовало, что энергия электромагнитных колебаний в излучателе переносится в пространстве в той же самой электромагнитной форме, а не превращается в нем в энергию оптических колебаний эфира как светоносной среды. Об этом недвусмысленно указывала полная тождественность обнаруженных Герцем волн в эфире свойствам обычного света. Однако он интерпретировал результаты экспериментов как подтверждение теории Максвелла.

Справедливости ради следует заметить, что сам Фарадей хорошо понимал необходимость отмеченного выше превращения энергии при ее передаче эфиру, о чем свидетельствует такое его высказывание: «Я уже давно придерживался мнения, что различные формы и силы материи настолько близки и родственны, что могут превращаться друг в друга. Это твердое убеждение побудило меня произвести много изысканий с целью открыть связь между светом и электричеством. Однако результаты оказались отрицательными» [3].

Если бы Максвелл отнесся к этим словам с должным вниманием, он не стал бы отождествлять свет с электромагнитными колебаниями в эфире. Это касается и Герца, который также неоднократно подчеркивал различие параметров вещества и эфира. Поэтому трактовка им результатов эксперимента не была адекватной. Именно это и утверждал Н. Тесла после повторения опытов Герца в более близком к оптическому диапазоне частот, пытаясь убедить в этом Герца во время своего визита к нему [6]. Достойно сожаления, что современники Н. Тесла не отнеслись всерьез к его аргументам, превратив теорию Максвелла в «истину в последней инстанции». Статус этой теории не изменился даже после того, как было обнаружено нарушение закона сохранения энергии при распространении электромагнитных волн в свободном пространстве вследствие синфазного изменения в нем напряженностей электрической и магнитной составляющей электромагнитного поля [7].

Положение усугубилось изгнанием эфира из физики специальной теорией относительности (СТО), когда электромагнитное поле оказалось единственно возможным переносчиком излучения. Убежденность в его материальности оказалась столь глубокой, что ее не смогло поколебать даже отсутствие у квантов лучистой энергии (фотонов) электрических и магнитных свойств. Более того, аналогичная концепция была распространена и на гравитационное поле, хотя его кванты (гравитоны) экспериментально не обнаружены до сих пор.

В результате в классической теории электромагнетизма возникла и стала доминировать концепция, согласно которой поле и источники поля существуют независимо друг от друга и взаимодействие между ними обусловлено созданием или поглощением поля источниками [11].

2. Имеют ли уравнения Максвелла отношение к электромагнитному полю? В связи с изложенным вполне оправдан вопрос, к чему относились в действительности постулированные Максвеллом уравнения: к электротехническим устройствам, с которыми экспериментировали его предшественники и чьи результаты он выразил математически, или к введенному им абстрактному электромагнитному полю? Аргументированный ответ на этот вопрос стал возможным после теоретического вывода этих уравнений из первых принципов энергодинамики [12] в ее приложении к электротехнической системе, обладающей электрической и магнитной степенью свободы и потому способной к взаимному преобразованию их энергии. Мы не будем полностью воспроизводить здесь этот вывод [13]. Отметим только, что для этого оказалось достаточным рассмотреть одно из звеньев так называемой цепочки Брэгга, которая иллюстрирует процесс преобразования электрической энергии в магнитную и состоит из замкнутого электрического контура про­из­­­­воль­­ной длины и переменного (в общем случае) сечения, охваты­вающего замкнутый же магнитопровод с переменным по длине сечением.

Для такой системы в отсутствие диссипации, объемной деформации, химических реакций и массообмена справедливо объединенное уравнение 1-го и 2-го начал термодинамики, имеющее вид [12,14]:

Правая часть этого уравнения характеризует элементарную обратимую работу, которую совершает внешнее электрическое и магнитное поле над рассматриваемой системой:

rot H = j е + (∂ D /∂ t ). (5)

3. Характеризует ли вектор Пойнтинга поток электромагнитной энергии? Весьма часто в качестве главного аргумента в пользу понимания электромагнитного поля как единой материальной сущности используют понятие потока электромагнитного поля, трактуя вектор Пойнтинга П как его меру. Формально аналитическое выражение этого вектора легко получить, опираясь на уравнения Максвелла (4,5). Согласно им, изменение энергии системы единичного объема Э v во времени (1) при обратимых взаимопревращениях электрической и магнитной энергии определяется выражением:

Отсюда и следует известное представление вектор Пойнтинга:

Согласно этому выражению, вектор Пойнтинга можно представить внешним произведением векторов напряженности электрического E и H магнитного полей. Этот вектор ориентирован по нормали к ним, что соответствует представлению Максвелла о потоке электромагнитной энергии как некотором подобии потока несжимаемой жидкости.

Может показаться невероятным, но представление о свете как о совокупности электрического и магнитного полей, которые непрерывно превращаются друг в друга и тем самым поддерживают распространение волны, до сих пор не подвергалось серьезной экспериментальной проверке. Не подтверждено экспериментально и равенство мощностей электрической и магнитной составляющей этой волны, вытекающее из (1). Недавно проведенные прецизионные эксперименты смогли обнаружить лишь признаки магнитной составляющей в непосредственной близости к световоду [19]. Недаром все детекторы света в конечном счете основаны на его воздействии на заряженные частицы.

На этом основании Шрам (H. Schramm), Браумюллер (W. Braumüller), Н.Умов, Дж. Томсон (J.Thomson), Хэвисайд (О. Heaviside), Пуанкаре (J.H. Poincarе) и Хазенорль (F. Hasenöhrl) [20] задолго до А.Эйнштейна пришли к выводу о пропорциональности энергии излучения массе лучистого потока:

Как показано в [12], любая сила (внешняя и внутренняя, дальнодействующая и короткодействующая, механическая и немеханическая) определяется градиентом соответствующей формы энергии. Соответственно этому и любая волна порождает в эфире пару сил, пропорциональных крутизне соответственно переднего и заднего её фронта [21]. Эта пара противоположно направленных сил, разнесенная в пространстве, и порождает эффекты притяжения одних и отталкивания других волн, создавая предпосылки для уплотнения эфира с образованием твердых, жидких и газообразных тел в одних областях пространства и разрежения его в промежутке между ними. Это и воспринимается как образование тел, обладающих свойством полной или частичной «непроницаемости» друг для друга. Таким образом, в эфире, как и в веществе, основной причиной протекающих в них процессов, равно как и взаимодействия между ними, является их пространственная неоднородность.

История становления концепции невидимой всепроникающей среды уходит своими корнями в далекое прошлое религиозных, метафизических и научных поисков первооснов бытия [1]. Философы всех времен и народов выдвигали логические аргументы в обоснование ее существования, а многие ученые предлагали физические модели такой среды. Одной из них была теория вихрей Гельмгольца, в которой эфир представлялся совокупностью вихрей, которые вращаются вокруг их осевой линии и движутся в то же время поступательно. Как показал дальнейший математический анализ, выполненный В. Томсоном и Дж. Томсоном [22], условия образования и существования таких вихрей в жидкостях и газах таковы, что, раз возникнув, вихрь становится неразрушимым индивидуумом среди остальной массы жидкости, обладающим всеми свойствами, которые мы приписываем атому. На этом основании В. Томсон выдвинул идею «вихревых атомов», разнообразие формы которых обусловливает разнообразие веществ. Ряд других моделей и теорий эфира описан Г.А. Лоренцом [23].

Главным аргументом против такой концепции с момента ее возникновения явилось невозможность создания вихрей в идеальной жидкости. Если же жидкость вязкая, то вихревое движение в ней через некоторое время само собой прекратится. Кроме того, в таком случае движение твердых тел через эфир сопровождалось бы диссипацией энергии и возникновением «эфирного ветра», обусловленного наличием градиента скорости в так называемом «пограничном слое» частично увлекаемого твердыми телами эфира. Поэтому многие экспериментаторы (Физо, Фуко, Араго, Майкельсон и Морли, Гаэль и Миллер, Харисон, Саньяк и Погани) потратили немало лет на постановку опытов по обнаружению этого «ветра». До сих пор официально считается, что они не привели к его обнаружению, поскольку давали возможность неоднозначного их толкования. Это послужило основанием для отказа от концепции «эфира».

В эфире возникновение термодинамических сил Х в обусловлено наличием у любой волны пары сил, пропорциональных крутизне ее переднего и заднего фронта. Такие силы являются внутренними (не способными вызвать движение объекта как целого) и потому именуются обычно «внутренними напряжениями». Таково, например, поверхностное натяжение. Наличие таких сил и обусловливает напряженное состояние эфира, которое и является причиной всех происходящих в нем процессов, включая перенос излучения [25].

Существование в эфире незатухающих колебаний плотности делает его носителем собственной (внутренней) энергии, не зависящей от наличия каких-либо иных полей. Поэтому подмена эфира неким «электромагнитным полем», якобы не зависящим от источников, не имеет под собой реальной почвы. С позиций классической (доквантовой) физики единственной субстанцией, обладающей помимо вещества собственной энергией, является эфир. Приведенные здесь термодинамические аргументы, не опирающиеся на какие-либо гипотезы и постулаты, являются существенной поддержкой сторонников реабилитации эфира, продолжающих делать это на основании каких-либо его моделей [7,27,28 и др.].

Серьезную поддержку получает такая трактовка процесса излучения с позиций эфирно-солитоной концепции строения материи, которая представляет как вещество, так и излучение состоящим из солитонов (локализованных в пространстве структурно устойчивых частицеподобных волн). Эта теория не нуждается в постулировании дуализма «волна-частица» (ибо солитон и есть волна со свойствами частицы); в ней нет противопоставления эфира веществу (ибо оно отличается лишь наличием границ), для нее излишни специфические квантовые представления (ибо солитон и его энергия заведомо дискретны) [32].

Интерес к волновой теории строения вещества существенно возрастает по мере увеличения числа объектов, подпадающих под определение солитона. Ранее считалось, что структурная устойчивость уединенной волны обусловлена исключительно компенсацией «расползания» волны нелинейной зависимостью скорости перемещения ее фронта от высоты (амплитуды) волны (дисперсией света). Однако в эфире, где диссипация отсутствует, структурная устойчивость волны обеспечивается и в отсутствие дисперсии ее скорости, в том числе и в случае равенства этой скорости нулю [33].

Вышеизложенное свидетельствует о необходимости ревизии аксиоматических представлений современной физики и делает целесообразным возврат (по крайней мере в классической физике) к концепции эфира. К этому побуждает и запоздалое признание А.Эйнштейна в том, что согласно его убеждению поле отнюдь не вид материи, а её свойство, «ибо поле не обладает совокупностью свойств, присущих материи, а является средством взаимодействия материальных систем» [9]. При этом уже не достаточно определения поля как области пространства, в котором обнаруживаются какие-либо силы, поскольку наряду с силовыми (векторными) полями современная физика рассматривает скалярные и тензорные поля температур, давлений, концентраций, скоростей, деформаций и других свойств материальных тел.

Остается надеяться, что постепенное накопление «критической массы» экспериментальных данных вынудит научную общественность пересмотреть установившиеся взгляды на природу «невещественной» формы энергии и более внимательно отнестись к возможности ее использования.

3. Фарадей М. Экспериментальные исследования по электричеству, т.1-3.М., 1947-1959.

4. Максвелл Дж. К. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля: Пер. с англ.- М.: Гостехтеориздат, 1952.

7. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика.- М. Энергоиздат, 1990.

8. Эйнштейн А. Об эфире. 1924 г. Собрание научных трудов. М.: Наука. 1966. Т. 2. С. 160.

12. Эткин В.А. Энергодинамика (синтез теорий переноса и преобразования энергии).- СПб, Наука, 2008. 409 с.

14. Базаров И.П. Термодинамика. Изд.4-е. М.Высшая школа, 1991.

20. Эткин В.А. Эквивалентны ли масса и энергия? viXra:1205.0049.

22. Томсон Дж. Дж. Взаимоотношения между материей и эфиром по новейшим исследованиям в области электричества: Пер. с англ./ Под ред. И. И. Боргмана. СПб.: Изд-во «Естествоиспытатель». 1910. 23 с.

23. Лоренц Г.А. Теории и модели эфира: Пер. с англ./ Под ред. А.К. Тимирязева. М.-Л.: ОНТИ, 1936.

35. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Т. 6. М.: Мир, 1966. С.15).

1) Последнее обусловлено синфазностью изменений напряженностей электрического и магнитного полей в электромагнитной волне.

3) По расчетам Уиллера, энергия физического вакуума приблизительно на 100 порядков больше данных астрономических наблюдений.

4) В границах существующих экспериментальных средств обнаружения структурных элементов.

5) Это и обусловливает восприятие фотона щелчком детектора как неделимого кванта излучения.

Источник

Adblock
detector