Elektrizität und Magnetismus N.F. Schmjakow

… Ladung und Strom tragen Felder, sie werden aus gutem Grund als elektromagnetisch bezeichnet,

Sie geben Wärme und Licht, damit eine Person in Komfort lebt ...

4. Einführung in Elektrizität und Magnetismus

1. Das Thema der klassischen Elektrodynamik

Der Zweig der Physik, der die Eigenschaften von Elektrizität untersucht Magnetfeld und andere Arten von Materie, die damit interagieren, werden als bezeichnet Klassische Elektrodynamik.

Das elektromagnetische Feld ist eine eigenständige Art von Materie. Aus historischen Gründen hat der Begriff „Feld“ in der Physik zwei unterschiedliche Bedeutungen. Zuerst, Feld heißt besondere Art Angelegenheit. Zweitens unter physikalische Quantitäten Funktionen von Koordinaten sind solche, die Felder genannt werden, zum Beispiel das Feld der Geschwindigkeiten. Der Satz " elektromagnetisches Feld" charakterisiert seine besondere Art von Materie. Ein elektrisches Feld ist wie jedes physikalische Objekt durch einen Zustand und Bewegungsgleichungen gekennzeichnet. Zu jedem Zeitpunkt der Staat elektromagnetisches Feld wird durch zwei Felder beschrieben: elektrisch und magnetisch. Die Bewegungsgleichungen für ein elektromagnetisches Feld sind in den mikroskopischen Gleichungen enthalten Maxwell. Mikroskopische Gleichungen Maxwell zusammen mit den Gleichungen Lorenz denn geladene Teilchen bilden ein grundlegendes Gleichungssystem der klassischen Elektrodynamik. Neben mikroskopischen werden makroskopische Gleichungen verwendet Maxwell, makroskopische Gleichungen Lorenz und materielle Gleichungen (zum Beispiel das Gesetz Ohma), die ein makroskopisches Gleichungssystem bilden.

2. Das Konzept der kurzen Reichweite

Der Begriff eines Kraftfeldes wird verwendet, um die Wechselwirkung von Körpern zu beschreiben. Da die Wechselwirkung geladener Teilchen mit endlicher Geschwindigkeit durch kurzreichweitige Wechselwirkung übertragen wird, ist der Vermittler das elektromagnetische Feld. Die Short-Range-Charakter-Hypothese elektromagnetische Wechselwirkungen vorgeschlagen Faraday Mitte des 19. Jahrhunderts. Später Maxwell schrieb seine berühmten Gleichungen der Elektrodynamik, die eine mathematische Interpretation der Idee der Kurzstreckenwirkung enthielten und die es ermöglichten, eine Vorhersage über die elektromagnetische Natur des Lichts zu treffen. Hertz experimentell die Erzeugung und Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in Übereinstimmung mit den Gleichungen festgestellt Maxwell, was schließlich die Idee der Aktion auf kurze Distanz bestätigte.

4.1. Elektrostatik

1.1. Ladungsquantisierung.

Elektrische Kräfte beziehen sich auf eine der grundlegenden Wechselwirkungen - die elektromagnetische Wechselwirkung, die von der Größe der elektrischen Ladungen abhängt. Die Existenz elektromagnetischer Kräfte wurde vor langer Zeit entdeckt. Ihre Wirkung war den alten Griechen bekannt.

Viele Elementarteilchen haben eine elektrische Ladung, z. Elektron, Proton, Ionen oder geladene Makrokörper usw.

Die elektrische Ladung eines Teilchens ist eine seiner Eigenschaften.

Ein Elementarteilchen kann ohne Ladung existieren, zum Beispiel ein Neutron, ein Photon usw., aber es gibt keine Ladung ohne Teilchen.

Beispielsweise ist die Ladung eines Elektrons und eines Protons betragsmäßig gleich der Elementarladung:

е=1,6 10  19 Cl.

Elektrische Ladung ist quantisiert, d.h. einen Ladungswert annehmen kann, der ein Vielfaches der Elementarladung ist. Jede makroskopische Ladung kann als Ausdruck dargestellt werden:

oder Q = nе,

wobei n die Anzahl der geladenen Teilchen ist.

2. Bestehen positiv und negativ elektrische Aufladungen. Beispielsweise ist ein Elektron ein negativ geladenes Teilchen, ein Proton ein positiv geladenes Teilchen.

3. Elektrische Ladung  unveränderlich, d.h. . sein Wert hängt nicht vom Bezugssystem ab, das heißt, er hängt nicht davon ab, ob es sich bewegt oder ruht.

4. Das Gesetz der Ladungserhaltung ist offen Faraday

In jedem elektrisch isolierten System algebraische Summe Gebühren ist eine Konstante, d.h.

. (1.1)

Die fundamentalen Eigenschaften der Ladung sind dabei von größter Bedeutung moderne Physik und in den Naturwissenschaften im Allgemeinen.

Kommentar:

Elementarteilchen wurden entdeckt – Quarks, die eine gebrochene Ladung haben, ein Vielfaches von ,. Quarks existieren im freien Zustand nicht. .

Die Entwicklungsgeschichte der klassischen Elektrodynamik ist ein instruktives Beispiel dafür, wie die Mathematisierung der Naturwissenschaften und der Übergang zu einer eleganten (wenn auch ziemlich komplizierten) Beschreibungssprache zu einem qualitativen Sprung im Verständnis einiger Naturphänomene geführt haben die ursprünglich theoretisch vorhergesagt wurden („auf der Spitze eines Stiftes“), und dann eine brillante experimentelle Bestätigung erhielten. Dieses Thema wird eine ziemlich große Anzahl enthalten mathematische Formeln nur gegeben, um die Schönheit und Kompaktheit der Sprache der Mathematik zu veranschaulichen.

Kontinuierliche Ladungsverteilungen. Die Summen, die in den Ausdrücken für elektrostatische und magnetostatische Felder (9_4) und (9_8) bei makroskopisch geladenen Körpern enthalten sind, enthalten eine sehr große Anzahl von Termen, die den Beiträgen zu den Feldern entsprechen Punktgebühren. Ihre Berechnung ist aus rein „technischer“ Sicht umständlich: Die mathematische Operation der Summation ist mühsamer als beispielsweise die Integration (obiges gilt für analytische Berechnungen, mit einem Computerkonto ist die Summation der Integralbildung vorzuziehen, aber in im 19. Jahrhundert gab es in der Mathematik keine solche Alternative). Der Übergang zur Integration erforderte einen ungefähren Ersatz diskret Verteilung elementare Gebühren auf der kontinuierlich , charakterisiert durch elektrische Ladungsdichte (das Verhältnis der Ladung zum Volumen eines kleinen, aber makroskopischen Raumelements, das sie enthält):

Natürlich führte der Austausch (1) zu einer „Glättung“ der berechneten makroskopischen Felder im Vergleich zu realen mikroskopischen Feldern, die bei Abständen, die mit der Größe eines Atoms vergleichbar sind, stark variieren. Der beschriebene Übergang zu einer kontinuierlichen Ladungsverteilung vereinfachte die Berechnungen erheblich, ohne ihren praktischen Wert zu mindern (Wissenschaft und Technik des 19. Jahrhunderts waren noch nicht für die auf der mikroskopischen Ebene der Materieorganisation auftretenden Effekte ausgereift).

Mathematischer Formalismus.Übergang zu kontinuierliche Verteilungen Ladungen und Ströme ermöglichten es, die Gesetze der Elektrostatik und Magnetostatik in mehreren mathematischen Formen gleichzeitig umzuschreiben, die in der physikalischen Bedeutung gleichwertig sind, sich jedoch in der Technik zur Durchführung spezifischer Berechnungen erheblich unterscheiden:

integrale Formulierungen:

differentielle Formulierungen:

(3)
;

Feldberechnung über Skalar und Vektor
Potenziale :

Dass. eine adäquate Beschreibung derselben Naturgesetze ist in verschiedenen Sprachen der Mathematik möglich.

Betreiber. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden neue Objekte in die Mathematik eingeführt - Betreiber , ohne die die moderne Physik undenkbar wäre. Das Konzept eines Operators ist eine natürliche Verallgemeinerung des traditionellen Konzepts einer Funktion in der klassischen Mathematik. Wird eine Funktion als Gesetz (Regel, Abbildung) verstanden, wonach eine Zahl (Zahlenmenge) einer anderen Zahl (Zahlenmenge) zugeordnet ist, dann meint der Operator das Gesetz, nach dem ein Objekt (eine Gruppe von Objekten) einem anderen Objekt (einer Gruppe) zugeordnet ist. Am gebräuchlichsten sind Operatoren, die auf Funktionen (Multiplikation mit einer Zahl, Differentiation, Integration usw.) oder Vektoren (Rotation, Projektion usw.) wirken. Die Idee, mathematische Operationen auf Operatoren zu definieren, hat sich als sehr nützlich herausgestellt. Beispielsweise bedeutet das Produkt zweier Operatoren einen Operator, der nacheinander die Aktionen jedes der multiplizierten Operatoren ausführt. Für die Multiplikationsoperation von Operatoren in Allgemeiner Fall die Kommutativitätseigenschaft ist nicht erfüllt:

(5)
.

Die Verwendung der Sprache der Operatoren reduziert das Schreiben vieler mathematischer Formeln erheblich und macht sie „eleganter“. Also die Einführung von nur einem Differenzialoperator „nabla“

mit Hilfe von standardisierten Operationen des Skalars (,) und Vektor [ , ] Durch die Multiplikation können wir die Gleichungssysteme (3) und (4) in sehr kompakter Form schreiben:

(3’)
;

(4’)
,
.

In den letzten Gleichheiten haben wir verwendet Laplace-Operator:

(7)
.

Neben der Kürze der Schreibweise liegt der Vorteil der Operatormethode darin, dass. Der Nabla-Operator selbst kann ähnlich wie ein regulärer Vektor behandelt werden, was zweifellos umständliche Berechnungen vereinfacht.

Gesetz Elektromagnetische Induktion Faraday. Lange Zeit galten elektrische und magnetische Phänomene als unabhängig voneinander, obwohl dies selbst auf der Ebene der Magnetostatik nicht ganz richtig ist: Das magnetostatische Feld wird durch Gleichströme erzeugt, deren Existenz in Materie ohne das Vorhandensein eines elektrischen Feldes unmöglich ist . Faraday hat das experimentell herausgefunden ein zeitveränderliches Magnetfeld kann ein elektrisches erzeugen. Dieses elektrische Feld ist im Gegensatz zu dem potentiellen elektrostatischen Feld, das durch die Ladungen erzeugt wird Wirbel, jene. seine Linien sind geschlossene Kurven (Abb. 11_1). Das von Faraday entdeckte Induktionsgesetz hatte in der Folge eine enorme praktische Bedeutung, da er eine sehr bequeme und kostengünstige Möglichkeit entdeckte, die mechanische Energie der Bewegung von Magnetfeldquellen in elektrische Energie umzuwandeln, die heute der industriellen Stromerzeugung zugrunde liegt.

Aus Sicht der mathematischen Notation von Gleichungen für das Feld von Faraday entdeckt Phänomen erfordert eine Modifikation des Gleichungssystems (6):

(10)
.

Maxwells Hypothese. Nach gemeinsamer Betrachtung des Gleichungssystems (7) und (10) machte Maxwell auf die folgenden Mängel aufmerksam:

1. Dieses System ist mit dem Ladungserhaltungsgesetz nicht vereinbar.

2. Das System erwies sich selbst für den Fall der Beschreibung des elektromagnetischen Feldes im leeren Raum als sehr asymmetrisch ( =0 und j=0).

Die Widersprüchlichkeit der Gleichungen mit dem Ladungserhaltungssatz war ein ausreichendes Argument, um an ihrer Wahrheit zu zweifeln, da die Erhaltungssätze sehr sind allgemeinen Charakter. Es stellte sich heraus, dass es viele Möglichkeiten gibt, das Gleichungssystem (7), (10) zu modifizieren und mit dem Erhaltungssatz in Einklang zu bringen. Maxwell wählte Protozoon aus möglicher Weg, was das System zu führt symmetrisch bei Verwendung zur Beschreibung von Feldern im Leerraum. Der letzten Gleichung wurde ein Term hinzugefügt, der die Möglichkeit beschreibt, durch ein sich änderndes elektrisches Feld („Bias-Strom“) ein Wirbel-Magnetfeld zu erzeugen:

(11)

.

Rein mathematische Konsequenzen aus dem modifizierten Systeme von Maxwell-Gleichungen es gab eine Aussage über die Energieerhaltung bei elektromagnetischen Prozessen und eine theoretische Schlussfolgerung über die Möglichkeit eines von Ladungen und Strömen unabhängigen Feldes in Form Elektromagnetische Wellen im leeren Raum. Diese letzte Vorhersage fand eine brillante experimentelle Bestätigung in den berühmten Experimenten von Hertz und Popov, die den Grundstein für die moderne Funkkommunikation legten. Berechnet aus der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Systems (11). Elektromagnetische Wellen entsprach der experimentell gemessenen Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht im Vakuum, was die Vereinigung der praktisch zuvor unabhängigen Teilbereiche der Physik des Elektromagnetismus und der Optik zu einer vollständigen Theorie bedeutete.

Das Problem der Existenz eines magnetischen Monopols. Der überwältigende Erfolg von Maxwells Theorie demonstrierte die Möglichkeit einer theoretischen Suche nach neuen Naturgesetzen auf der Grundlage der Analyse mathematischer Gleichungen, die zuvor bekannte Gesetzmäßigkeiten beschreiben, mit zwingender experimenteller Überprüfung der so „erratenen“ Ergebnisse.

Das System der Maxwell-Gleichungen (11), das zur Beschreibung elektromagnetischer Felder im leeren Raum symmetrisch ist, „verliert im Wesentlichen seine Schönheit“, wenn elektrische Ladungen und Ströme berücksichtigt werden: das durch elektrische Ladungen erzeugte Potentialfeld E hat kein Analogon in magnetischen Wechselwirkungen. Diese Asymmetrie war der Grund für die Einrichtung vieler Experimente zur Suche magnetische Monopole (oder magnetische Ladungen) - hypothetische Teilchen, die die Quelle eines potentiellen Magnetfelds sind, und theoretische Untersuchungen ihrer angenommenen Eigenschaften. Bisher wurden keine zuverlässigen experimentellen Daten über die Existenz magnetischer Monopole erhalten.

Widersprüche zwischen Elektrodynamik und klassischer Physik. Als vollständige Theorie formuliert und experimenteller Überprüfung standgehalten, stellten sich Maxwells Gesetze des Elektromagnetismus als im Widerspruch zu den Prinzipien heraus, die dem klassischen Weltbild von Galileo-Newton zugrunde liegen:

1. Klassische Kräfte, die das Relativitätsprinzip von Galilei erfüllen, können von der Zeit, den Abständen zwischen Körpern und ihren relativen Geschwindigkeiten abhängen, d.h. Größen, die sich nicht ändern, wenn man sich von einem Trägheitsbezugssystem zu einem anderen bewegt. Magnetostatische Felder und verwandte Lorentz-Kräfte sind Funktionen von Ladungsgeschwindigkeiten in Bezug auf den Beobachter und unterscheiden sich in verschiedenen Trägheitsbezugssystemen. Dass. Naturphänomene, die durch elektromagnetische Wechselwirkungen verursacht werden, aus der Sicht von klassische Physik in verschiedenen Trägheitsbezugssystemen unterschiedlich vorgehen sollte.

2. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen im leeren Raum, die man durch Lösen der Maxwell-Gleichungen erhält, erwies sich als unabhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit sowohl der Quelle dieser Wellen als auch des Beobachters. Diese Schlussfolgerung widersprach vollständig dem klassischen Gesetz der Geschwindigkeitsaddition.

Alle Versuche, die Gleichungen des Elektromagnetismus so zu modifizieren, dass sie mit den Prinzipien der klassischen Naturwissenschaft in Einklang gebracht werden, führten zur theoretischen Vorhersage von Effekten, die im Experiment nicht beobachtet wurden und als unhaltbar erkannt wurden.

Lorentz-Transformationen. Da Maxwells Gleichungen nicht waren unveränderlich in Bezug auf Galileische Transformationen, d.h. entgegen den Anforderungen des Relativitätsprinzips änderten sie ihre Form, wenn sie sich von einem Trägheitsbezugssystem in ein anderes bewegten, gemäß den durch die Beziehungen gegebenen Regeln:

(12) ,

Lorentz warf die natürliche Frage auf, solche Transformationen von Koordinaten und Zeit zu finden, die die Maxwellschen Gleichungen nicht ändern und gleichzeitig so einfach wie möglich sein würden. Dieses Problem wurde von ihm rein mathematisch gelöst:

(13) .

Vergleicht man die Transformationen von Galileo (12) und Lorentz (13), so ist leicht zu erkennen, dass sich letztere bei Geschwindigkeiten, die klein gegenüber der Lichtgeschwindigkeit sind, in klassische transformieren mit. Dass. die von Lorentz vorgeschlagenen Beziehungen erfüllt Konformitätsprinzip , Wobei die neue Theorie muss dort mit der alten übereinstimmen, wo letztere experimentell zuverlässig verifiziert wurde. Außerdem das Folgende aus den Lorentz-Transformationen Relativistisches Gesetz der Addition von Geschwindigkeiten ließ die Lichtgeschwindigkeit invariant in Bezug auf das Eintreten in ein beliebiges Trägheitsbezugssystem, das sich mit einer Geschwindigkeit von weniger als bewegte mit.

Michelsons Experimente. Die aus den Maxwellschen Gleichungen folgende Aussage über die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit beim Übergang in andere Bezugssysteme widersprach völlig den klassischen Vorstellungen. Es stellte sich natürlich die Frage nach seiner experimentellen Überprüfung. Ein sehr elegantes Experiment wurde von Michelson mit Hilfe eines speziell von ihm konstruierten Gerätes durchgeführt - Interferometer , die es ermöglicht, die Laufzeiten von Lichtsignalen entlang zweier senkrecht aufeinander stehender, an den Enden durch Spiegel begrenzter Geradenstücke zu vergleichen (Abb. 11_2). Die Idee des Experiments war es, zu versuchen, den Unterschied in der Lichtausbreitungsgeschwindigkeit entlang der verschiedenen Arme des Interferometers zu registrieren, der durch die Umlaufbahn der Erde verursacht wird. Experimente mit dem Michelson-Interferometer ergaben negative Ergebnisse: Die Lichtgeschwindigkeit mit hoher Genauigkeit erwies sich als unabhängig vom Verhältnis der Ausbreitungsrichtungen und der Bewegung der Erde.

Zahlreiche Versuche, das klassische Geschwindigkeitsadditionsgesetz durch Einführung eines hypothetischen Mediums zu retten - Äther , in dem sich Lichtschwingungen ausbreiten, stellten sich die Eigenschaften des vorgeschlagenen Mediums als sehr exotisch heraus, es wurde keine experimentelle Bestätigung seiner realen Existenz erhalten.

Ein Ausweg aus der Sackgasse, die um die Jahrhundertwende in der Naturwissenschaft entstand, wurde von A. Einstein, der geschaffen hat, vorgeschlagen Spezielle Relativität (SRT), in dem auf der Grundlage von zwei im Experiment bewährten postuliert (Aussagen) wird ein in sich konsistentes (wenn auch aus Sicht der klassischen Naturwissenschaft und Alltagserfahrung sehr seltsames) Konzept aufgebaut, das die Lorentz-Transformationen erklärt und eine Reihe neuer tatsächlich in der Natur registrierter Phänomene vorhersagt.

Vortrag 1

Das Thema der klassischen Elektrodynamik. Elektrisches Feld. Elektrische Feldstärke.

Thema Elektrodynamik. Elektrodynamik - Zweig der Physik, der die Wechselwirkung untersucht elektrisch geladene Teilchen und eine besondere Art von Materie, die von diesen Teilchen erzeugt wird - elektromagnetisches Feld .

1. ELEKTROSTATIK

Elektrostatik- ein Abschnitt der Elektrodynamik, der die Wechselwirkung untersucht bewegungslose geladene Körper . Das elektrische Feld, das diese Wechselwirkung ausführt, wird als bezeichnet elektrostatisch .

1.1. Elektrische Aufladungen.

Möglichkeiten, Gebühren zu erhalten. Das Gesetz der Erhaltung der elektrischen Ladung.

In der Natur gibt es zwei Arten von elektrischen Ladungen, die üblicherweise positiv und negativ genannt werden. Historisch gesehen ist es üblich, positive Ladungen zu nennen, die denen ähneln, die entstehen, wenn Glas auf Seide gerieben wird; negativ - Ladungen ähnlich denen, die entstehen, wenn Bernstein gegen Fell gerieben wird. Ladungen gleichen Vorzeichens stoßen sich ab, Ladungen unterschiedlichen Vorzeichens ziehen sich an (Abb. 1.1).

Im Wesentlichen elektrische Ladungen atomistisch (diskret). Das bedeutet, dass es in der Natur die kleinste, weiter unteilbare Ladung gibt, die sogenannte Elementarladung. Wert elementar Ladung durch Absolutwert im SI:

Elektrische Ladungen sind vielen Elementarteilchen inhärent, insbesondere Elektronen und Protonen, zu denen sie gehören verschiedene Atome aus der alle Körper in der Natur aufgebaut sind. Zu beachten ist jedoch, dass gem moderne Ideen stark wechselwirkende Teilchen - Hadronen (Mesonen und Baryonen) - werden aus den sogenannten gebaut Quarks – spezielle Partikel, die tragen Bruchteil aufladen. Derzeit sind sechs Arten von Quarks bekannt - u, d, s, t, b und c - nach den Anfangsbuchstaben der Wörter: hoch-Oberer, höher, Nieder-niedriger, seitwärts- seitlich (bzw seltsam-seltsam), oben- oben, Unterseite- extrem u Charme-Fasziniert. Diese Quarks teilen sich in Paare auf: (u,d), (c,s), (t,b). Die Quarks u, c, t haben eine Ladung von +2/3 und die Ladung der Quarks d, s, b ist -1/3. Jedes Quark hat sein eigenes Antiquar. Außerdem kann jedes der Quarks in einem von drei Farbzuständen sein (rot, gelb und blau). Mesonen bestehen aus zwei Quarks, Baryonen aus drei. In den Freistaatquarks nicht beobachtet. Das lässt uns annehmen, dass die Elementarladung in der Natur stillsteht ganze Zahl aufladen e, und nicht Bruchteil Quarkladung. Die Ladung makroskopischer Körper wird durch eine Kombination von Elementarladungen gebildet und ist somit ganzzahliges Vielfaches von z.

Für Experimente mit elektrische Aufladungen benutzen verschiedene Wege sie zu empfangen. Der einfachste und älteste Weg Reiben ein Körper nach dem anderen. Dabei spielt die Reibung selbst hier keine wesentliche Rolle. Elektrische Ladungen entstehen immer dann, wenn sich die Oberflächen berührender Körper in engem Kontakt befinden. Reibung (Schleifen) hilft nur, Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche der sich berührenden Körper zu beseitigen, die verhindern, dass sie eng aneinander anliegen, was entsteht Bevorzugte Umstände Ladungen von einem Körper auf einen anderen zu übertragen. Dieses Verfahren zum Erhalten elektrischer Ladungen liegt dem Betrieb einiger elektrischer Maschinen zugrunde, beispielsweise des elektrostatischen Generators von Van de Graaff (Van de Graaff R., 1901–1967), der in der Hochenergiephysik verwendet wird.

Eine andere Möglichkeit, elektrische Ladungen zu erhalten, basiert auf der Nutzung des Phänomens Elektrostatische Induktion . Sein Wesen ist in Abb.1.2 dargestellt. Bringen wir es in zwei Hälften geteilt ungeladen zu einem metallischen Körper (ohne ihn zu berühren) einen anderen Körper, sagen wir positiv geladen. Durch die Verdrängung eines bestimmten Anteils freier, negativ geladener Elektronen im Metall, linke Hälfte des ursprünglichen Körpers erhält eine überschüssige negative Ladung, und der rechte erhält die gleiche Größe, aber entgegengesetztes Vorzeichen, positive Ladung. Wenn wir nun in Gegenwart eines externen geladenen Körpers beide Hälften verdünnen verschiedene Seiten und den geladenen Körper entfernen, dann wird jeder von ihnen sein berechnet. Als Ergebnis erhalten wir zwei neue Körper, die mit Ladungen gleicher Größe und entgegengesetztem Vorzeichen geladen sind.

In unserem speziellen Fall änderte sich die Gesamtladung des ursprünglichen Körpers vor und nach dem Experiment nicht – sie blieb gleich Null:

q = q - + q + = 0

1.2. Wechselwirkung elektrischer Ladungen.

Coulomb-Gesetz. Anwendung des Coulombschen Gesetzes zur Berechnung der Wechselwirkungskräfte ausgedehnter geladener Körper.

Das Gesetz der Wechselwirkung elektrischer Ladungen wurde 1785 von Charles Coulomb (CoulombSh., 1736-1806) aufgestellt. Coulomb maß die Wechselwirkungskraft zwischen zwei kleinen geladenen Kugeln in Abhängigkeit von der Größe der Ladungen und dem Abstand zwischen ihnen mit einer von ihm speziell konstruierten Torsionswaage (Abb. 1.3). Als Ergebnis seiner Experimente fand Coulomb das heraus Die Wechselwirkungskraft zweier Punktladungen ist direkt proportional zur Größe jeder der Ladungen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen, während die Richtung der Kraft mit der geraden Linie zusammenfällt, die durch beide Ladungen verläuft:

Mit anderen Worten können wir schreiben:

Der Proportionalitätskoeffizient k hängt von der Wahl der Maßeinheit der in dieser Formel enthaltenen Größen ab:

Jetzt gemeinsam internationales System Maßeinheiten (SI) Das Coulombsche Gesetz wird daher in der Form geschrieben:

Es muss noch einmal betont werden, dass das Coulomb-Gesetz in dieser Form nur für Punktladungen formuliert ist, also für solche geladenen Körper, deren Abmessungen im Vergleich zum Abstand zwischen ihnen vernachlässigt werden können. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, so muss für jedes Elementarladungspaar dq1 und dq2, in das geladene Körper „einbrechen“ das Coulombsche Gesetz in Differentialform geschrieben werden:

Dann volle Kraft Die Wechselwirkung zweier makroskopischer geladener Körper wird dargestellt als:

Die Integration in dieser Formel wird über alle Ladungen jedes Körpers durchgeführt.
Beispiel. Finden Sie die Kraft F, die auf die Punktladung Q von der Seite eines unendlich ausgedehnten geradlinigen geladenen Fadens wirkt (Abb. 1.4). Der Abstand von der Ladung zum Filament a, die lineare Ladungsdichte des Filaments τ.

Die erforderliche Kraft ist F = Fx= Qτ/(2πε0a).

1.3. Elektrisches Feld. Elektrische Feldstärke. Das Prinzip der Überlagerung elektrischer Felder.
Die Wechselwirkung elektrischer Ladungen erfolgt durch eine spezielle Art von Materie, die durch geladene Teilchen erzeugt wird - ein elektrisches Feld. Elektrische Ladungen verändern die Eigenschaften des umgebenden Raums. Dies äußert sich darin, dass eine andere Ladung, die in der Nähe eines geladenen Körpers platziert wird (nennen wir es eine Testladung), von einer Kraft beeinflusst wird (Abb. 1.5). Anhand der Größe dieser Kraft kann man die "Intensität" des von der Ladung q erzeugten Feldes beurteilen. Damit die auf die Testladung wirkende Kraft das elektrische Feld an einem bestimmten Punkt im Raum genau charakterisiert, muss die Testladung natürlich eine Punktladung sein.

Abb.1.5. Zur Bestimmung der elektrischen Feldstärke.
Indem wir eine Testladung qpr in einem bestimmten Abstand r von der Ladung q platzieren (Abb. 1.5), stellen wir fest, dass auf sie eine Kraft wirkt, deren Größe

hängt vom Wert der entnommenen Testladung qpr ab. Es ist jedoch leicht einzusehen, dass das Verhältnis F/ qpr für alle Testladungen gleich ist und nur von den Größen q und r abhängt, die das Ladungsfeld q an einem gegebenen Punkt r bestimmen. Es liegt daher nahe, dieses Verhältnis als eine Größe zu nehmen, die die "Intensität" oder, wie sie sagen, die Stärke des elektrischen Feldes (in dieser Fall Punktladungsfelder):
.
Somit ist die Stärke des elektrischen Feldes seine Leistungscharakteristik. Sie ist numerisch gleich der Kraft, die auf die in diesem Feld platzierte Testladung qpr = +1 wirkt.
Die Feldstärke ist ein Vektor. Seine Richtung stimmt mit der Richtung des Kraftvektors überein, der auf eine in diesem Feld platzierte Punktladung wirkt. Wenn also eine Punktladung q in ein starkes elektrisches Feld gebracht wird, wirkt eine Kraft auf sie:

Die Dimension der elektrischen Feldstärke in SI: .
Das elektrische Feld wird bequem durch Kraftlinien dargestellt. Eine Kraftlinie ist eine Linie, deren Tangentenvektor an jedem Punkt mit der Richtung des elektrischen Feldstärkevektors an diesem Punkt übereinstimmt. Das wird allgemein akzeptiert Kraftlinien beginnen mit positive Ladungen und enden negativ (oder gehen ins Unendliche) und werden nirgendwo unterbrochen. Beispiele für Kraftlinien einiger elektrischer Felder sind in Abb. 1.6 dargestellt.
Abb.1.6. Beispiele für die Abbildung elektrischer Felder anhand von Kraftlinien: eine Punktladung (positiv und negativ), ein Dipol, ein gleichförmiges elektrisches Feld.
Das elektrische Feld gehorcht dem Prinzip der Überlagerung (Addition), das wie folgt formuliert werden kann: Die Stärke des elektrischen Feldes, das an einem bestimmten Punkt im Raum durch ein Ladungssystem erzeugt wird, ist gleich der Vektorsumme der Stärken der elektrischen Felder am selben Punkt im Raum durch jede der Ladungen separat erzeugt:

Beispiel. Finden Sie die elektrische Feldstärke E eines Dipols (ein System aus zwei starr verbundenen Punktladungen). entgegengesetztem Vorzeichen) an einem Punkt im Abstand r1 von der Ladung - q und im Abstand r2 von der Ladung + q (Abb. 1.7). Der Ladungsabstand (Dipolarm) ist gleich l.

Abb.1.7. Zur Berechnung der elektrischen Feldstärke eines Systems aus zwei Punktladungen.

Das Thema der klassischen Elektrodynamik

Die klassische Elektrodynamik ist eine Theorie, die das Verhalten eines elektromagnetischen Feldes erklärt, das eine elektromagnetische Wechselwirkung zwischen elektrischen Ladungen ausführt.

Die Gesetze der klassischen makroskopischen Elektrodynamik sind in den Maxwell-Gleichungen formuliert, mit denen Sie die Werte der Eigenschaften des elektromagnetischen Felds bestimmen können: die elektrische Feldstärke E und magnetische Induktion BEIM im Vakuum und in makroskopischen Körpern, abhängig von der Verteilung elektrischer Ladungen und Ströme im Raum.

Die Wechselwirkung stationärer elektrischer Ladungen wird durch die Gleichungen der Elektrostatik beschrieben, die man als Folgerung aus den Maxwellschen Gleichungen erhält.

Das mikroskopische elektromagnetische Feld, das von einzelnen geladenen Teilchen in der klassischen Elektrodynamik erzeugt wird, wird durch die Lorentz-Maxwell-Gleichungen bestimmt, die der klassischen zugrunde liegen Statistische Theorie elektromagnetische Prozesse in makroskopischen Körpern. Die Mittelung dieser Gleichungen führt zu den Maxwell-Gleichungen.

Unter allen bekannte Arten Wechselwirkung Die elektromagnetische Wechselwirkung steht an erster Stelle in Breite und Vielfalt der Erscheinungsformen. Dies liegt daran, dass alle Körper aus elektrisch geladenen (positiven und negativen) Teilchen aufgebaut sind, deren elektromagnetische Wechselwirkung einerseits um viele Größenordnungen intensiver ist als die gravitative und schwache, andererseits Hand, ist weitreichend, im Gegensatz zu der starken Wechselwirkung.

Elektromagnetische Wechselwirkung bestimmt die Struktur Atomhüllen, Adhäsion von Atomen zu Molekülen (Kräfte chemische Bindung) und die Bildung von kondensierter Materie (interatomare Wechselwirkung, intermolekulare Wechselwirkung).

Die Gesetze der klassischen Elektrodynamik sind bei hohen Frequenzen und dementsprechend kleinen elektromagnetischen Wellenlängen, d.h. für Prozesse, die in kleinen Raum-Zeit-Intervallen ablaufen. In diesem Fall gelten die Gesetze der Quantenelektrodynamik.

1.2. Elektrische Ladung und ihre Diskretion.
Kurzstreckentheorie

Die Entwicklung der Physik hat gezeigt, dass physikalische und Chemische Eigenschaften Substanzen werden weitgehend durch die Wechselwirkungskräfte aufgrund des Vorhandenseins und der Wechselwirkung elektrischer Ladungen von Molekülen und Atomen verschiedener Substanzen bestimmt.

Es ist bekannt, dass es in der Natur zwei Arten von elektrischen Ladungen gibt: positiv und negativ. Sie können in der Form vorhanden sein Elementarteilchen: Elektronen, Protonen, Positronen, positive und negative Ionen usw., sowie "freie Elektrizität", aber nur in Form von Elektronen. Daher ist ein positiv geladener Körper eine Ansammlung elektrischer Ladungen mit einem Mangel an Elektronen und ein negativ geladener Körper - mit ihrem Überschuss. Ladungen unterschiedlichen Vorzeichens kompensieren sich gegenseitig, daher sind in ungeladenen Körpern immer Ladungen beider Vorzeichen in solchen Mengen vorhanden, dass sich ihre Gesamtwirkung ausgleicht.

Umverteilungsprozess positiv u negative Ladungen ungeladene Körper oder unter separate Teile des gleichen Körpers, unter dem Einfluss verschiedene Faktoren namens Elektrisierung.

Da es beispielsweise bei der Elektrifizierung zu einer Umverteilung freier Elektronen kommt, werden beide wechselwirkenden Körper elektrisiert, wobei der eine positiv und der andere negativ ist. Die Anzahl der Ladungen (positiv und negativ) bleibt unverändert.

Dies impliziert die Schlussfolgerung, dass Ladungen nicht erzeugt werden und nicht verschwinden, sondern nur zwischen wechselwirkenden Körpern und Teilen desselben Körpers umverteilt werden, in quantitativ unverändert bleiben.

Dies ist die Bedeutung des Erhaltungssatzes elektrischer Ladungen, der mathematisch wie folgt geschrieben werden kann:

jene. in einem isolierten System bleibt die algebraische Summe der elektrischen Ladungen konstant.

Unter einem isolierten System versteht man ein System, das außer Lichtphotonen, Neutronen, von keinem anderen Stoff durchdrungen wird, da sie keine Ladung tragen.

Es muss berücksichtigt werden, dass die elektrische Gesamtladung Isoliertes System ist relativistisch invariant, da Beobachter, die sich in irgendeiner gegebenen Weise befinden Trägheitssystem Koordinaten, Messung der Ladung, erhalten den gleichen Wert.

Eine Reihe von Experimenten, insbesondere die Gesetze der Elektrolyse, Millikans Experiment mit einem Tropfen Öl, haben gezeigt, dass elektrische Ladungen in der Natur diskret zur Ladung eines Elektrons sind. Jede Ladung ist ein Vielfaches einer ganzen Zahl der Elektronenladung.

Bei der Elektrifizierung ändert sich die Ladung diskret (quantisiert) um den Wert der Elektronenladung. Ladungsquantisierung ist ein universelles Naturgesetz.

In der Elektrostatik werden die Eigenschaften und Wechselwirkungen von Ladungen untersucht, die in dem Bezugssystem, in dem sie sich befinden, unbeweglich sind.

Das Vorhandensein einer elektrischen Ladung in Körpern bewirkt, dass sie mit anderen geladenen Körpern interagieren. Gleichzeitig stoßen sich gleichnamige Körper ab, und entgegengesetzt geladene Körper ziehen sich an.

Die Theorie der Nahbereichswechselwirkung ist eine der Wechselwirkungstheorien in der Physik. Unter Wechselwirkung versteht man in der Physik jede Beeinflussung von Körpern oder Teilchen untereinander, die zu einer Änderung ihres Bewegungszustandes führt.

In der Newtonschen Mechanik wird die gegenseitige Wirkung von Körpern aufeinander quantitativ durch Kraft charakterisiert. Mehr gemeinsames Merkmal Interaktion ist potentielle Energie.

Zunächst hat sich in der Physik die Idee etabliert, dass die Wechselwirkung zwischen Körpern direkt durch erfolgen kann Freiraum, die nicht an der Übertragung der Interaktion teilnimmt. Die Übertragung der Interaktion erfolgt sofort. So wurde angenommen, dass die Bewegung der Erde sofort zu einer Änderung der auf den Mond wirkenden Gravitationskraft führen sollte. Das war die Bedeutung der sogenannten Wechselwirkungstheorie, genannt Theorie der Fernwirkung. Diese Ideen wurden jedoch nach der Entdeckung und Untersuchung des elektromagnetischen Feldes als unwahr aufgegeben.

Es wurde bewiesen, dass die Wechselwirkung elektrisch geladener Körper nicht augenblicklich erfolgt und die Bewegung eines geladenen Teilchens zu einer Änderung der auf andere Teilchen wirkenden Kräfte führt, nicht im selben Moment, sondern erst nach einer endlichen Zeit.

Jedes elektrisch geladene Teilchen erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das auf andere Teilchen wirkt, d.h. Interaktion wird durch einen "Vermittler" übertragen - ein elektromagnetisches Feld. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines elektromagnetischen Feldes ist gleich der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht im Vakuum. entstand neue Theorie Interaktionstheorie der Nahbereichsinteraktion.

Nach dieser Theorie erfolgt die Wechselwirkung zwischen Körpern durch bestimmte Felder (zum Beispiel Gravitation durch Schwerkraftfeld) kontinuierlich im Raum verteilt.

Nach dem Aufkommen der Quantenfeldtheorie hat sich das Konzept der Wechselwirkungen erheblich verändert.

Nach der Quantentheorie ist jedes Feld nicht kontinuierlich, sondern hat eine diskrete Struktur.

Aufgrund des Korpuskularwellen-Dualismus entsprechen jedem Feld bestimmte Teilchen. Geladene Teilchen emittieren und absorbieren ständig Photonen, die das sie umgebende elektromagnetische Feld bilden. Die elektromagnetische Wechselwirkung in der Quantenfeldtheorie ist das Ergebnis des Austauschs von Teilchen durch Photonen (Quanten) des elektromagnetischen Feldes, d.h. Photonen sind Träger solcher Wechselwirkungen. Ebenso entstehen andere Arten von Wechselwirkungen durch den Austausch von Teilchen durch Quanten der entsprechenden Felder.

Trotz der vielfältigen Einflüsse von Körpern aufeinander (abhängig von der Wechselwirkung ihrer konstituierenden Elementarteilchen) gibt es in der Natur nach modernen Daten nur vier Arten grundlegende Wechselwirkungen: gravitativ, schwach, elektromagnetisch und stark (in der Reihenfolge zunehmender Wechselwirkungsintensität). Die Intensitäten von Wechselwirkungen werden durch Kopplungskonstanten bestimmt (insbesondere die elektrische Ladung für elektromagnetische Wechselwirkung ist eine Kopplungskonstante).

Modern Quantentheorie Die elektromagnetische Wechselwirkung beschreibt perfekt alle bekannten elektromagnetischen Phänomene.

In den 60er - 70er Jahren des Jahrhunderts wurde es hauptsächlich gebaut Einheitliche Theorie schwache und elektromagnetische Wechselwirkungen (die sogenannte elektroschwache Wechselwirkung) von Leptonen und Quarks.

Moderne Theorie starke Wechselwirkung ist Quantenchromodynamik.

Es wird versucht, die elektroschwachen und starken Wechselwirkungen zur sogenannten "Großen Vereinigung" zusammenzufassen und sie in ein einziges Schema der Gravitationswechselwirkung einzufügen.

Bestimmung 1

Die Elektrodynamik ist eine Theorie, die berücksichtigt elektromagnetische Prozesse im Vakuum und in verschiedenen Umgebungen.

Die Elektrodynamik umfasst die Gesamtheit der Prozesse und Phänomene, bei denen Schlüsselrolle Spielaktionen zwischen geladenen Teilchen, die mittels eines elektromagnetischen Feldes ausgeführt werden.

Entwicklungsgeschichte der Elektrodynamik

Die Entwicklungsgeschichte der Elektrodynamik ist die Entwicklungsgeschichte der Tradition physikalische Konzepte. Bereits vor der Mitte des 18. Jahrhunderts wurden wichtige experimentelle Ergebnisse festgestellt, die auf die Elektrizität zurückzuführen sind:

• Abstoßung und Anziehung;
• Aufteilung der Materie in Isolatoren und Leiter;
• die Existenz von zwei Arten von Elektrizität.

Auch beim Studium des Magnetismus wurden beachtliche Ergebnisse erzielt. Die Nutzung der Elektrizität begann in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts. Mit dem Namen Franklin (1706-1790) ist die Entstehung der Hypothese der Elektrizität als einer besonderen materiellen Substanz verbunden, und 1785 stellte Coulomb das Gesetz der Wechselwirkung von Punktladungen auf.

Volt (1745-1827) erfand viele elektrische Messgeräte. 1820 wurde ein Gesetz erlassen, das bestimmte mechanische Kraft mit der das Magnetfeld auf das Element wirkt elektrischer Strom. Dieses Phänomen wurde als Ampèresches Gesetz bekannt. Ampere begründete auch das Gesetz der Kraft mehrerer Ströme. 1820 wurde Oersted entdeckt magnetische Wirkung elektrischer Strom. Das Ohmsche Gesetz wurde 1826 aufgestellt.

In der Physik ist die bereits 1820 von Ampere aufgestellte Hypothese der Molekularströme von besonderer Bedeutung. Faraday entdeckte 1831 das Gesetz der elektromagnetischen Induktion. James Clerk Maxwell (1831-1879) stellte 1873 die Gleichungen auf, die später wurden theoretische Basis Elektrodynamik. Eine Folge der Maxwellschen Gleichungen ist die Vorhersage der elektromagnetischen Natur des Lichts. Er sagte auch die Möglichkeit der Existenz elektromagnetischer Wellen voraus.

Im Laufe der Zeit ein Physikalische Wissenschaft Es gab eine Vorstellung vom elektromagnetischen Feld als einer eigenständigen materiellen Einheit, die eine Art Träger elektromagnetischer Wechselwirkungen im Weltraum ist. Verschiedene magnetische und elektrische Phänomene haben schon immer das Interesse der Menschen geweckt.

Häufig wird unter dem Begriff „Elektrodynamik“ die traditionelle Elektrodynamik verstanden, die nur umschreibt kontinuierliche Eigenschaften elektromagnetisches Feld.

Das elektromagnetische Feld ist Hauptthema das Studium der Elektrodynamik sowie einer besonderen Art von Materie, die sich in Wechselwirkung mit geladenen Teilchen manifestiert.

Popov A.S. 1895 erfand er das Radio. Dies hatte einen entscheidenden Einfluss auf weitere Entwicklung Technik und Wissenschaft. Mit den Maxwell-Gleichungen lassen sich alle elektromagnetischen Phänomene beschreiben. Die Gleichungen stellen die Beziehung von Größen her, die magnetische und elektrische Felder charakterisieren und Ströme und Ladungen im Raum verteilen.

Abbildung 1. Entwicklung der Elektrizitätslehre. Author24 - Online-Austausch von Studienarbeiten

Entstehung und Entwicklung der traditionellen Elektrodynamik

Der Schlüssel und bedeutendste Schritt in der Entwicklung der Elektrodynamik war die Entdeckung von Faraday - dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion (Erregung elektromotorische Kraft in Leitern mit elektromagnetischem Wechselfeld). Dies wurde zur Grundlage der Elektrotechnik.

Michael Faraday ist Englischer Physiker der in London in eine Schmiedefamilie hineingeboren wurde. Er hat seinen Abschluss gemacht Grundschule und arbeitete ab dem 12. Lebensjahr als Zeitungsjunge. 1804 wurde er Schüler des französischen Emigranten Ribot, der Faradays Wunsch nach Selbstbildung förderte. In Vorlesungen versuchte er sein Wissen aufzufrischen Naturwissenschaften Chemie und Physik. 1813 wurde ihm eine Eintrittskarte zu Humphry Davys Vorlesungen überreicht, die für sein Schicksal eine entscheidende Rolle spielte. Mit seiner Hilfe bekam Faraday eine Stelle als Assistent an der Royal Institution.

Faradays wissenschaftliche Tätigkeit fand am Royal Institute statt, wo er Davy zunächst bei seiner half chemische Experimente, danach begann er, sie selbstständig zu dirigieren. Faraday erhielt Benzol durch Reduktion von Chlor und anderen Gasen. 1821 entdeckte er, wie sich ein Magnet mit Strom um einen Leiter dreht, und schuf damit das erste Modell eines Elektromotors.

In den nächsten 10 Jahren hat Faraday die Beziehung zwischen magnetischen und elektrische Phänomene. All seine Forschungen wurden mit der Entdeckung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion gekrönt, die 1831 stattfand. Er studierte dieses Phänomen im Detail und bildete auch sein Grundgesetz, während dessen er die Abhängigkeit aufdeckte Induktionsstrom. Faraday untersuchte auch die Phänomene des Schließens, Öffnens und der Selbstinduktion.

Die Entdeckung der elektromagnetischen Induktion produziert wissenschaftliche Bedeutung. Dieses Phänomen liegt allen alternierenden und zugrunde Gleichstrom. Da Faraday ständig versuchte, die Natur des elektrischen Stroms aufzudecken, führte ihn dies dazu, Experimente zum Stromdurchgang durch Lösungen von Salzen, Säuren und Laugen durchzuführen. Als Ergebnis dieser Studien erschien das Gesetz der Elektrolyse, das 1833 entdeckt wurde. Dieses Jahr öffnet er ein Voltmeter. 1845 entdeckte Faraday das Phänomen der Polarisation von Licht in einem Magnetfeld. In diesem Jahr entdeckte er auch den Diamagnetismus und 1847 den Paramagnetismus.

Bemerkung 1

Die Entwicklung der gesamten Physik wurde von Faradays Ideen über das magnetische und beeinflusst elektrische Felder. 1832 schlug er vor, dass die Ausbreitung elektromagnetischer Phänomene ein Wellenprozess ist, der mit auftritt Endgeschwindigkeit. 1845 verwendete Faraday erstmals den Begriff „elektromagnetisches Feld“.

Faradays Entdeckungen erlangten weltweit große Popularität. wissenschaftliche Welt. Ihm zu Ehren Brite chemische Gesellschaft gründete die Faraday-Medaille, die zu einem wissenschaftlichen Ehrenpreis wurde.

Als er das Phänomen der elektromagnetischen Induktion erklärte und auf Schwierigkeiten stieß, schlug Faraday vor, elektromagnetische Wechselwirkungen mit Hilfe elektrischer und magnetischer Felder zu implementieren. All dies legte den Grundstein für die Schaffung des Konzepts des elektromagnetischen Felds, das von James Maxwell umrahmt wurde.

Maxwells Beitrag zur Entwicklung der Elektrodynamik

James Clerk Maxwell ist ein englischer Physiker, der in Edinburgh geboren wurde. Unter seiner Leitung entstand das Cavendish Laboratory in Cambridge, das er sein ganzes Leben lang leitete.

Maxwells Arbeiten widmen sich der Elektrodynamik, der allgemeinen Statistik, der Molekularphysik, der Mechanik, der Optik und auch der Elastizitätstheorie. Er leistete den bedeutendsten Beitrag zur Elektrodynamik und Molekulare Physik. Einer der Gründer Kinetische Theorie Gase ist Maxwell. Er stellte die Verteilungsfunktionen von Molekülen in Form von Geschwindigkeiten auf, die auf der Berücksichtigung von umgekehrten und direkten Stößen beruhen; Maxwell entwickelte die Transporttheorie in Gesamtansicht und auf Diffusionsprozesse angewendet, innere Reibung, Wärmeleitfähigkeit, und führte auch das Konzept der Entspannung ein.

1867 zeigte er erstmals die statistische Natur der Thermodynamik und führte 1878 das Konzept der „statistischen Mechanik“ ein. am bedeutendsten wissenschaftliche Leistung Maxwell ist die Theorie des von ihm geschaffenen elektromagnetischen Feldes. In seiner Theorie verwendet er den neuen Begriff „Verschiebungsstrom“ und gibt eine Definition des elektromagnetischen Feldes.

Bemerkung 2

Maxwell sagt einen neuen wichtigen Effekt voraus: die Existenz elektromagnetische Strahlung und elektromagnetische Wellen im freien Raum sowie deren Ausbreitung mit Lichtgeschwindigkeit. Er formulierte auch einen Satz in der Elastizitätstheorie, der die Beziehung zwischen den wichtigsten thermophysikalischen Parametern aufstellte. Maxwell entwickelt die Theorie des Farbensehens, erforscht die Stabilität der Saturnringe. Er zeigt, dass die Ringe nicht flüssig oder fest sind, sie sind ein Meteoritenschwarm.

Maxwell war ein berühmter Popularisierer physikalisches Wissen. Der Inhalt seiner vier elektromagnetischen Feldgleichungen lautet wie folgt:

1. Das Magnetfeld wird durch bewegte Ladungen und ein elektrisches Wechselfeld erzeugt.
2. Ein elektrisches Feld mit geschlossenen Feldlinien wird durch ein magnetisches Wechselfeld erzeugt.
3. Magnetfeldlinien sind immer geschlossen. Dieses Feld hat keine magnetischen Ladungen, die elektrischen ähnlich sind.
4. Das elektrische Feld, das offene Kraftlinien hat, wird durch elektrische Ladungen erzeugt, die die Quellen dieses Felds sind.