Теория Максвелла
Теория Максвелла
Ученые всего мира занимались исследованием того, как распространяется по проводникам переменный электрический ток, какие свойства наблюдаются в этом случае, как эти электромагнитные колебания возможно использовать.
Джеймс Клерк Максвелл родился в 1831 году, как раз в этом году Майкл Фарадей совершил свое великое открытие – открытие электромагнитной индукции.
Майкл Фарадей в своей работе, посвященной электромагнитной индукции, установил, что под действием переменного магнитного поля создается вихревое электрическое поле (рис. 1).
Рис. 1. Изменяющееся электромагнитное поле
Замкнутая линия напряженности электрического поля охватывает линии индукции, если линии замкнуты – это и есть главная характеристика вихревого электрического поля. Индукционная напряженность электрического поля располагается перпендикулярно линиям магнитной индукции. На втором рисунке показано, что при изменении магнитного поля изменяется направление вихревых линий напряженности. В опытах Фарадея было доказано существование вихревого электрического поля, которое, в свою очередь, заставляет двигаться электрические заряды.
Логично было предположить следующее: нельзя ли попытаться сделать обратное, чтобы изменяющееся электрическое поле дало возможность существовать переменному магнитному полю? Именно это предложение и выдвинул Максвелл как гипотезу своей теории. В своей работе он решил показать, существует ли взаимосвязь между переменным электрическим полем и магнитным полем.
Максвелл по специальности был математик и свою работу, посвященную магнитному полю, обосновал математически. Он четко доказал, что две силовые характеристики связаны между собой – магнитная индукция и напряженность электрического поля. Максвелл показал, что эти две величины неразделимы, что нельзя говорить только об одном из полей – магнитном или электрическом, эти поля существуют одновременно. Если мы наблюдаем движущийся заряд, значит, вокруг него будет наблюдаться магнитное поле, и наоборот, при наблюдении покоящегося заряда вокруг него будет наблюдаться только электрическое поле. В данном случае важную роль играет выбор системы отсчета. Для существования магнитного поля обязательно должно быть ускоренное движение заряда. Электромагнитное поле определяется ускоренно движущимся зарядом, источником этого поля является заряд, движущийся с ускорением.
В теории Максвелла были получены формулы, которые связывали эти величины, и следствия из этих формул очень важны:
- переменное электрическое поле создает магнитное поле (рис. 1);
- распространяется электромагнитное поле самостоятельно, то есть существует самостоятельно, и именно распространение электромагнитного поля называется электромагнитной волной;
- скорость распространения электромагнитной волны – 3·108 м/с – это скорость света.
Не все ученые были согласны с теорией Максвелла; считалось, что если электрический заряд придет в движение, то мгновенно будет наблюдаться движение другого заряда, расположенного рядом, а из теории Максвелла следовало, что это не так. Он показал, что при взаимодействии двух электрических зарядов пройдет какое-то время протекания этого взаимодействия, то есть оно будет проходить не мгновенно, а в течении какого-то времени, и это время определяется скоростью распространения электромагнитных волн – скоростью света. Именно работа Максвелла послужила основанием доказательства того, что свет является частным случаем электромагнитной волны.
Заключение
Рассуждения по поводу распространения электромагнитных волн продолжались, и сомнения в теории Максвелла в скором времени были рассеяны. На следующем уроке мы рассмотрим вопросы по обнаружению электромагнитных волн немецким ученым Генрихом Герцем.