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विद्युतगतिकी का नियम और सापेक्षता का नियम

सापेक्षता का सिद्धांतबिजली का गतिविज्ञान

19वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में मैक्सवेल द्वारा इलेक्ट्रोडायनामिक्स के बुनियादी नियमों को तैयार करने के बाद, यह सवाल उठा कि क्या सापेक्षता का सिद्धांत, जो यांत्रिक घटनाओं के लिए मान्य है, विद्युत चुम्बकीय घटना पर भी लागू होता है। दूसरे शब्दों में, क्या विद्युत चुम्बकीय प्रक्रियाएं (आवेशों और धाराओं की बातचीत, विद्युत चुम्बकीय तरंगों का प्रसार, आदि) संदर्भ के सभी जड़त्वीय फ्रेम में उसी तरह आगे बढ़ती हैं? या, शायद, यांत्रिक घटनाओं को प्रभावित किए बिना एकसमान रेक्टिलाइनियर गति, विद्युत चुम्बकीय प्रक्रियाओं पर कुछ प्रभाव डालती है?

इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, यह पता लगाना आवश्यक था कि क्या एक जड़त्वीय फ्रेम से दूसरे में जाने पर इलेक्ट्रोडायनामिक्स के मूल नियम बदल जाते हैं, या न्यूटन के नियमों की तरह, वे अपरिवर्तित रहते हैं। केवल बाद के मामले में ही विद्युत चुम्बकीय प्रक्रियाओं पर लागू सापेक्षता के सिद्धांत की वैधता के बारे में संदेह को दूर किया जा सकता है और इस सिद्धांत को प्रकृति के सामान्य नियम के रूप में माना जा सकता है।

इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियम जटिल हैं, और इस समस्या का कठोर समाधान कोई आसान काम नहीं है। हालांकि, पहले से ही सरल विचार, ऐसा प्रतीत होता है, सही उत्तर खोजना संभव बनाता है। इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियमों के अनुसार, निर्वात में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के प्रसार की गति सभी दिशाओं में समान होती है और बराबर होती है सी = 3 ? 10 8 एमएस. लेकिन दूसरी ओर, न्यूटनियन यांत्रिकी के वेगों के योग के नियम के अनुसार, गति बराबर हो सकती है साथकेवल एक चुने हुए संदर्भ के फ्रेम में। इस चुने हुए फ्रेम के संबंध में गति के साथ आगे बढ़ने वाले संदर्भ के किसी अन्य फ्रेम में, प्रकाश की गति पहले से ही बराबर होनी चाहिए। इसका मतलब यह है कि यदि वेगों के जोड़ का सामान्य नियम मान्य है, तो एक जड़त्वीय फ्रेम से दूसरे में जाने पर, इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियमों को बदलना चाहिए ताकि संदर्भ के इस नए फ्रेम में प्रकाश की गति पहले से ही न के बराबर हो, लेकिन।

इस प्रकार, इलेक्ट्रोडायनामिक्स और न्यूटनियन यांत्रिकी के बीच कुछ विरोधाभास प्रकट हुए, जिनके नियम सापेक्षता के सिद्धांत के अनुरूप हैं। आने वाली कठिनाइयों को तीन अलग-अलग तरीकों से दूर किया गया।

पहला मौकाविद्युत चुम्बकीय घटना पर लागू सापेक्षता के सिद्धांत को अस्थिर घोषित करना था। इस दृष्टिकोण को महान डच भौतिक विज्ञानी, इलेक्ट्रॉन सिद्धांत के संस्थापक एक्स लोरेंत्ज़ ने लिया था। फैराडे के समय से, विद्युत चुम्बकीय घटना को एक विशेष, सभी-मर्मज्ञ माध्यम में प्रक्रियाओं के रूप में माना जाता है जो सभी स्थान, "विश्व ईथर" को भरता है। संदर्भ का जड़त्वीय ढांचा, जो ईथर के सापेक्ष आराम पर है, लोरेंत्ज़ के अनुसार, एक विशेष अधिमान्य फ्रेम है। इसमें मैक्सवेल के इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियम मान्य हैं और उनका सबसे सरल रूप है। केवल संदर्भ के इस फ्रेम में निर्वात में प्रकाश की गति सभी दिशाओं में समान होती है।

दूसरी संभावनामैक्सवेल के समीकरणों को गलत मानने और उन्हें इस तरह बदलने की कोशिश करना शामिल है कि वे एक जड़त्वीय फ्रेम से दूसरे में संक्रमण के दौरान नहीं बदलते हैं (स्थान और समय के बारे में सामान्य, शास्त्रीय विचारों के अनुसार)। ऐसा प्रयास, विशेष रूप से, जी. हर्ट्ज़ द्वारा किया गया था। हर्ट्ज के अनुसार, ईथर पूरी तरह से गतिमान पिंडों द्वारा दूर ले जाया जाता है, और इसलिए विद्युत चुम्बकीय घटनाएं उसी तरह आगे बढ़ती हैं, भले ही शरीर आराम कर रहा हो या चल रहा हो। सापेक्षता का सिद्धांत सही है।

आखिरकार, तीसरी संभावनाइन कठिनाइयों के समाधान में सापेक्षता के सिद्धांत और मैक्सवेल के नियमों दोनों को संरक्षित करने के लिए अंतरिक्ष और समय की शास्त्रीय अवधारणाओं की अस्वीकृति शामिल है। यह सबसे क्रांतिकारी तरीका है, क्योंकि इसका अर्थ है भौतिकी में गहनतम, सबसे बुनियादी विचारों का पुनरीक्षण। इस दृष्टिकोण से, यह विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के समीकरण नहीं हैं जो गलत हैं, बल्कि न्यूटनियन यांत्रिकी के नियम हैं, जो अंतरिक्ष और समय के बारे में पुराने विचारों के अनुरूप हैं। मैक्सवेल के इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियमों को नहीं, बल्कि यांत्रिकी के नियमों को बदलना आवश्यक है।

तीसरी संभावना एकमात्र सही निकली। इसे लगातार विकसित कर रहे हैं। A. आइंस्टीन को अंतरिक्ष और समय के बारे में नए विचार आए। पहले दो तरीके, जैसा कि यह निकला, प्रयोग द्वारा अस्वीकार कर दिया गया है।

जब हर्ट्ज़ ने मैक्सवेल के इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियमों को बदलने की कोशिश की, तो यह पता चला कि नए समीकरण कई देखे गए तथ्यों की व्याख्या करने में सक्षम नहीं थे। इस प्रकार, हर्ट्ज़ के सिद्धांत के अनुसार, चलते हुए पानी को उसमें फैलने वाले प्रकाश को पूरी तरह से प्रवेश करना चाहिए, क्योंकि यह ईथर में प्रवेश करता है, जिसमें प्रकाश फैलता है। अनुभव से पता चला है कि वास्तव में ऐसा नहीं है।

लोरेंत्ज़ का दृष्टिकोण, जिसके अनुसार विश्व ईथर से जुड़े संदर्भ का एक चुना हुआ फ्रेम होना चाहिए, जो कि पूर्ण विश्राम में है, का भी प्रत्यक्ष प्रयोगों द्वारा खंडन किया गया था।

यदि प्रकाश की गति केवल ईथर से जुड़े संदर्भ के फ्रेम में 300,000 किमी/सेकेंड के बराबर होती, तो मनमाने ढंग से जड़त्वीय फ्रेम में प्रकाश की गति को मापकर, इस फ्रेम के संबंध में आंदोलन का पता लगाना संभव होगा ईथर और इस आंदोलन की गति निर्धारित करते हैं। जिस तरह हवा के सापेक्ष गतिमान संदर्भ के फ्रेम में, एक हवा उत्पन्न होती है, जब ईथर के सापेक्ष चलती है (यदि, निश्चित रूप से, ईथर मौजूद है), "ईथर हवा" का पता लगाया जाना चाहिए। मैक्सवेल द्वारा 12 साल पहले व्यक्त किए गए एक विचार के आधार पर अमेरिकी वैज्ञानिकों ए। माइकलसन और ई। मॉर्ले द्वारा 1881 में "ईथर की हवा" का पता लगाने के लिए एक प्रयोग का मंचन किया गया था।

इस प्रयोग में प्रकाश की गति की तुलना पृथ्वी की गति की दिशा और लंबवत दिशा में की गई। माप एक विशेष उपकरण - माइकलसन इंटरफेरोमीटर की मदद से बहुत सटीक रूप से किए गए थे। प्रयोग दिन के अलग-अलग समय और वर्ष के अलग-अलग समय पर किए गए। लेकिन हमेशा एक नकारात्मक परिणाम प्राप्त हुआ: ईथर के संबंध में पृथ्वी की गति का पता नहीं लगाया जा सका।

यह सब ऐसा था जैसे आपने 100 किमी / घंटा की गति से अपना सिर कार की खिड़की से बाहर निकाल दिया और हेडविंड पर ध्यान नहीं दिया।

इस प्रकार, संदर्भ के एक प्रमुख फ्रेम के अस्तित्व का विचार प्रायोगिक सत्यापन नहीं था। बदले में, इसका मतलब था कि कोई विशेष माध्यम नहीं है - "चमकदार ईथर" - जिसके साथ इस तरह के एक प्रमुख संदर्भ फ्रेम को जोड़ा जा सकता है।

बिजली का गतिविज्ञान

इलेक्ट्रोडायनामिक्स भौतिकी की मुख्य शाखा है। यह बिजली और चुंबकत्व के उपयोग से संबंधित है। बिजली और चुंबकत्व मूल रूप से उन कानूनों पर आधारित हैं जिनकी खोज अलग-अलग वैज्ञानिकों ने अलग-अलग समय पर की थी। हमारे समय में, इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियम लगभग हर जगह लागू होते हैं। हर दिन हम इलेक्ट्रोडायनामिक्स के कई वर्गों के आवेदन के साथ मिलते हैं। उदाहरण के लिए: विद्युत प्रकाश, परिवहन, स्वयं बिजली और भी बहुत कुछ। बहुत से लोग यह भी नहीं जानते कि ये खोजें उनके लिए कितनी महत्वपूर्ण हैं। बिजली की तरह, चुंबकत्व हमारे जीवन में एक दैनिक घटना है। अक्सर, चुंबकत्व से, हम एक चुंबकीय क्षेत्र से मिलते हैं जो हमें हर जगह घेरता है। मैग्नेट का उपयोग विभिन्न रेडियो विद्युत उपकरणों में किया जाता है। इस पाठ्यक्रम कार्य का उद्देश्य भौतिकी के मुख्य वर्गों में से एक - इलेक्ट्रोडायनामिक्स पर विचार करना है।

इलेक्ट्रोडायनामिक्स का इतिहास. इलेक्ट्रोडायनामिक्स एक विशेष प्रकार के पदार्थ के गुणों और व्यवहार के पैटर्न का विज्ञान है - एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र जो विद्युत आवेशित निकायों और कणों के बीच परस्पर क्रिया करता है। इलेक्ट्रोडायनामिक्स में चार प्रकार की बातचीत होती है:

गुरुत्वीय

विद्युत चुम्बकीय

नाभिकीय

कमजोर (प्राथमिक कणों के बीच बातचीत)

विद्युत चुम्बकीय संपर्क पृथ्वी पर सबसे महत्वपूर्ण चीज है। इलेक्ट्रोडायनामिक्स की उत्पत्ति प्राचीन ग्रीस में हुई है। अनुवाद में, इलेक्ट्रॉन शब्द एम्बर है। एम्बर के अलावा, कई अन्य शरीर भी आकर्षित होते हैं। हल्की और भारी दोनों वस्तुएँ विद्युतीकृत पिंडों की ओर आकर्षित होती हैं। 1729 में, ग्रे ने दूर से शुल्क के हस्तांतरण की खोज की। चार्ल्स ड्यूफ्रे ने दो प्रकार के आवेशों की खोज की: कांच और राल। ग्लास को एक सकारात्मक चार्ज के रूप में दर्शाया गया है, और राल - एक नकारात्मक चार्ज के रूप में। भविष्य में, जेम्स क्लर्क मैक्सवेल इलेक्ट्रोडायनामिक्स के सिद्धांत के निर्माण को पूरा करते हैं, लेकिन इलेक्ट्रोडायनामिक्स का उपयोग केवल 19 वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में शुरू होता है। मैक्सवेल ने शास्त्रीय विद्युतगतिकी की कमियों की ओर ध्यान आकर्षित किया। चार्ज के संरक्षण के कानून के साथ विसंगति इसकी सच्चाई पर संदेह करने के लिए पर्याप्त तर्क थी, क्योंकि संरक्षण के नियम बहुत सामान्य प्रकृति के हैं।

मैक्सवेल के समीकरणों की संशोधित प्रणाली के गणितीय परिणाम विद्युत चुम्बकीय प्रक्रियाओं में ऊर्जा के संरक्षण के बारे में बयान और खाली जगह में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में आवेशों और धाराओं से स्वतंत्र क्षेत्र के अस्तित्व की संभावना के बारे में सैद्धांतिक निष्कर्ष थे। इस अंतिम भविष्यवाणी को हर्ट्ज़ और पोपोव के प्रसिद्ध प्रयोगों में शानदार प्रयोगात्मक पुष्टि मिली, जिसने आधुनिक रेडियो संचार की नींव रखी। प्रणाली से गणना की गई विद्युत चुम्बकीय तरंगों के प्रसार की गति निर्वात में प्रकाश के प्रसार की प्रयोगात्मक रूप से मापी गई गति के बराबर निकली, जिसका अर्थ था विद्युत चुंबकत्व और प्रकाशिकी के भौतिकी के व्यावहारिक रूप से पहले के स्वतंत्र वर्गों का एक पूर्ण सिद्धांत में एकीकरण।

विद्युत और चुंबकीय घटना के सिद्धांत के विकास में सबसे महत्वपूर्ण कदम प्रत्यक्ष धारा के पहले स्रोत का आविष्कार था - एक गैल्वेनिक सेल। इस आविष्कार का इतिहास इतालवी चिकित्सक लुइगी गलवानी के काम से शुरू होता है, जो 18 वीं शताब्दी के अंत तक का है। गलवानी एक विद्युत निर्वहन की शारीरिक क्रिया में रुचि रखते थे। 80 के दशक से। 18वीं शताब्दी में, उन्होंने एक विच्छेदित मेंढक की मांसपेशियों पर विद्युत निर्वहन के प्रभाव को निर्धारित करने के लिए कई प्रयोग किए। एक दिन उन्हें पता चला कि इलेक्ट्रिक मशीन में चिंगारी कब उछली या लेडेन जार कब डिस्चार्ज हुआ? मेंढक की मांसपेशियां सिकुड़ जाती हैं यदि उस समय उन्हें धातु की छुरी से छुआ जाता है। देखे गए प्रभाव से प्रेरित होकर, गलवानी ने यह जांचने का निर्णय लिया कि क्या वायुमंडलीय बिजली का मेंढक के पैरों पर समान प्रभाव नहीं पड़ेगा। दरअसल, मेंढक के पैर की नस के एक सिरे को कंडक्टर से छत पर लगे इंसुलेटेड पोल से और नस के दूसरे सिरे को जमीन से जोड़ने पर उसने देखा कि आंधी के दौरान मेंढक की मांसपेशियां समय-समय पर सिकुड़ती रहती हैं। .

गलवानी ने तब कटे हुए मेंढकों को तांबे के कांटों से लटका दिया, जो उनकी रीढ़ की हड्डी में बगीचे की लोहे की रेलिंग के पास लगे हुए थे। उन्होंने पाया कि कभी-कभी जब मेंढक की मांसपेशियां लोहे की बाड़ को छूती हैं, तो मांसपेशियां सिकुड़ जाती हैं। इसके अलावा, ये घटनाएं साफ मौसम में देखी गईं। नतीजतन, गलवानी ने फैसला किया, इस मामले में यह अब आंधी नहीं है जो कि देखी गई घटना का कारण है। इस निष्कर्ष की पुष्टि करने के लिए गलवानी ने एक कमरे में ऐसा ही प्रयोग किया। उसने एक मेंढक लिया, जिसकी रीढ़ की हड्डी तांबे के हुक से जुड़ी हुई थी, और उसे लोहे की प्लेट पर रख दिया। यह पता चला कि जब तांबे का हुक लोहे को छूता है, तो मेंढक की मांसपेशियां सिकुड़ जाती हैं। गलवानी ने फैसला किया कि उन्होंने "पशु बिजली" की खोज की है, यानी बिजली जो एक मेंढक के शरीर में उत्पन्न होती है। जब मेंढक की नस को तांबे के हुक और लोहे की प्लेट से बंद किया जाता है, तो एक बंद सर्किट बनता है, जिसके साथ एक विद्युत आवेश (विद्युत द्रव या पदार्थ) चलता है, जिससे मांसपेशियों में संकुचन होता है।

गलवानी की खोज में भौतिकविदों और डॉक्टरों दोनों की दिलचस्पी हो गई। भौतिकविदों में गलवानी के हमवतन, एलेसेंड्रो वोल्टा थे। वोल्टा ने गलवानी के प्रयोगों को दोहराया, और फिर यह जांचने का फैसला किया कि मेंढक की मांसपेशियां कैसे व्यवहार करेंगी यदि ("पशु बिजली") उनके माध्यम से पारित नहीं हुई थी, लेकिन किसी भी ज्ञात विधि द्वारा प्राप्त बिजली। उसी समय, उन्होंने पाया कि मेंढक की मांसपेशियां उसी तरह सिकुड़ती हैं जैसे गैलवानी प्रयोग में। इस तरह के शोध करने के बाद, वोल्टा इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि मेंढक केवल एक "उपकरण" है जो बिजली के प्रवाह को पंजीकृत करता है, कि कोई विशेष "पशु बिजली" मौजूद नहीं है। वोल्टा ने सुझाव दिया कि बिजली का कारण दो अलग-अलग धातुओं का संपर्क है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि गलवानी ने पहले ही मेंढक की मांसपेशियों के ऐंठन संकुचन की ताकत की निर्भरता को धातुओं के प्रकार पर देखा था जो सर्किट बनाते हैं जिसके माध्यम से बिजली प्रवाहित होती है।

हालांकि, गलवानी ने इस पर गंभीरता से ध्यान नहीं दिया। इसके विपरीत, वोल्टा ने इसमें एक नए सिद्धांत के निर्माण की संभावना देखी। "पशु बिजली" के सिद्धांत से असहमत होकर, वोल्टा ने "धातु बिजली" के सिद्धांत को सामने रखा। इस सिद्धांत के अनुसार गैल्वेनिक बिजली का कारण विभिन्न धातुओं का संपर्क है। वोल्टा का मानना ​​​​था कि प्रत्येक धातु में एक विद्युत द्रव होता है - एक तरल पदार्थ, जो धातु को चार्ज नहीं करने पर आराम पर होता है और स्वयं प्रकट नहीं होता है। लेकिन अगर आप दो अलग-अलग धातुओं को मिला दें, तो उनके अंदर बिजली का संतुलन गड़बड़ा जाएगा, बिजली का तरल पदार्थ हिलने लगेगा। इस मामले में, एक निश्चित मात्रा में विद्युत द्रव एक धातु से दूसरी धातु में जाएगा, जिसके बाद संतुलन फिर से बहाल हो जाएगा। लेकिन इसके परिणामस्वरूप, धातुएं विद्युतीकृत होती हैं: एक सकारात्मक है, दूसरी नकारात्मक है। वोल्टा ने प्रयोगात्मक रूप से इन विचारों की पुष्टि की। वह यह दिखाने में सक्षम था कि वास्तव में, दो धातुओं के एक साधारण संपर्क के साथ, उनमें से एक सकारात्मक चार्ज प्राप्त करता है, और दूसरा नकारात्मक।

इस प्रकार, वोल्ट ने तथाकथित संपर्क संभावित अंतर की खोज की। वोल्टा ने निम्नलिखित प्रयोग किया। एक गेंद के बजाय एक साधारण इलेक्ट्रोस्कोप से जुड़ी तांबे की डिस्क पर, उसने उसी डिस्क को दूसरी धातु से बना दिया और एक हैंडल रखा। लागू होने पर, डिस्क कई स्थानों पर संपर्क में आई। नतीजतन, डिस्क के बीच एक संपर्क संभावित अंतर दिखाई दिया (वोल्टा की शब्दावली के अनुसार, डिस्क के बीच एक "वोल्टेज अंतर" दिखाई दिया)।

विभिन्न धातुओं के संपर्क में आने पर दिखाई देने वाले "वोल्टेज अंतर" का पता लगाने के लिए, जो आम तौर पर छोटा होता है, वोल्टा ने ऊपरी डिस्क को ऊपर उठाया और फिर इलेक्ट्रोस्कोप की पत्तियों को स्पष्ट रूप से अलग किया गया। यह इस तथ्य के कारण था कि डिस्क द्वारा गठित संधारित्र की समाई कम हो गई, और उनके बीच संभावित अंतर समान मात्रा में बढ़ गया। लेकिन विभिन्न धातुओं के बीच संपर्क संभावित अंतर की खोज अभी तक गालवानी के मेंढकों के प्रयोगों की व्याख्या नहीं कर सकी है। अतिरिक्त मान्यताओं की आवश्यकता थी। लेकिन गलवानी के अनुभव में सिर्फ धातुओं का ही योग नहीं था। मेंढक की मांसपेशियां, जिनमें तरल भी होता है, को भी श्रृंखला में शामिल किया गया था। उन्होंने सुझाव दिया कि सभी कंडक्टरों को दो वर्गों में विभाजित किया जाना चाहिए: पहली तरह के कंडक्टर - धातु और कुछ अन्य ठोस, और दूसरे प्रकार के कंडक्टर - तरल पदार्थ। उसी समय, वोल्टा ने फैसला किया कि संभावित अंतर तभी उत्पन्न होता है जब पहली तरह के कंडक्टर संपर्क में आते हैं। इस धारणा ने गलवानी के प्रयोग की व्याख्या की। दो अलग-अलग धातुओं के संपर्क के परिणामस्वरूप उनमें बिजली का संतुलन गड़बड़ा जाता है। इस संतुलन को इस तथ्य के परिणामस्वरूप बहाल किया जाता है कि धातुएं मेंढक के शरीर से जुड़ी होती हैं।

इस प्रकार, विद्युत संतुलन लगातार गड़बड़ा जाता है और हर समय बहाल रहता है, जिसका अर्थ है कि बिजली लगातार चलती रहती है। गलवानी के अनुभव की यह व्याख्या गलत है, लेकिन इसने वोल्ट को एक प्रत्यक्ष वर्तमान स्रोत - एक गैल्वेनिक बैटरी बनाने के बारे में सोचने के लिए प्रेरित किया। और 1800 में, वोल्टा ने पहली गैल्वेनिक बैटरी - वोल्ट कॉलम का निर्माण किया। वोल्टाइक कॉलम में कई दर्जन गोल चांदी और जस्ता प्लेट होते हैं, जिन्हें एक दूसरे के ऊपर रखा जाता है। प्लेटों के जोड़े के बीच खारे पानी में भिगोए गए कार्डबोर्ड मग रखे गए थे। ऐसा उपकरण निरंतर विद्युत प्रवाह के स्रोत के रूप में कार्य करता है। दिलचस्प है, निरंतर विद्युत प्रवाह के अस्तित्व के तर्क के रूप में, वोल्टा ने एक व्यक्ति की प्रत्यक्ष संवेदनाओं को आकर्षित किया। उन्होंने लिखा है कि यदि मानव शरीर के माध्यम से चरम प्लेटों को बंद कर दिया जाता है, तो सबसे पहले, जैसा कि लेडेन जार के मामले में होता है, व्यक्ति को एक झटके और झुनझुनी का अनुभव होता है। फिर निरंतर जलने की भावना होती है, "जो न केवल कम होती है, बल्कि मजबूत और मजबूत हो जाती है, जल्द ही असहनीय हो जाती है, जब तक कि श्रृंखला नहीं खुलती।"

विद्युत और चुंबकत्व के सिद्धांत के विकास के लिए प्रत्यक्ष धारा का पहला स्रोत वोल्टाइक कॉलम का आविष्कार बहुत महत्वपूर्ण था। इस वोल्टा उपकरण के संचालन की व्याख्या के लिए, यह गलत था। यह जल्द ही कुछ वैज्ञानिकों द्वारा देखा गया था। दरअसल, वोल्टा के सिद्धांत के अनुसार, यह पता चला कि इसके संचालन के दौरान गैल्वेनिक सेल के साथ कोई परिवर्तन नहीं होता है।

तार के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह प्रवाहित होता है, इसे गर्म करता है, लेडेन जार आदि को चार्ज कर सकता है, लेकिन गैल्वेनिक सेल स्वयं अपरिवर्तित रहता है। ऐसा उपकरण एक सतत गति मशीन से ज्यादा कुछ नहीं है, जो बिना बदले, यांत्रिक कार्य सहित आसपास के निकायों में परिवर्तन उत्पन्न करता है।

XVIII सदी के अंत तक। वैज्ञानिकों के बीच, एक सतत गति मशीन के अस्तित्व की असंभवता के बारे में राय पहले ही व्यापक रूप से फैल चुकी है। इसलिए, उनमें से कई ने वोल्टा द्वारा आविष्कृत गैल्वेनिक सेल की कार्रवाई के सिद्धांत को खारिज कर दिया। वोल्टा के सिद्धांत के विपरीत, गैल्वेनिक सेल का एक रासायनिक सिद्धांत प्रस्तावित किया गया था। उनके आविष्कार के कुछ समय बाद, यह देखा गया कि एक गैल्वेनिक सेल में रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं, जिसमें धातु और तरल पदार्थ प्रवेश करते हैं।

गैल्वेनिक सेल की क्रिया के सही रासायनिक सिद्धांत ने वोल्टा के सिद्धांत को दबा दिया। वोल्टाइक स्तंभ की खोज के बाद, विभिन्न देशों के वैज्ञानिकों ने विद्युत प्रवाह के प्रभावों की जांच शुरू की। उसी समय, गैल्वेनिक सेल में भी सुधार हुआ। पहले से ही वोल्टा, "कॉलम" के साथ, गैल्वेनिक कोशिकाओं की एक अधिक सुविधाजनक कप बैटरी का उपयोग करना शुरू कर दिया। विद्युत प्रवाह के प्रभावों का अध्ययन करने के लिए अधिक से अधिक तत्वों के साथ बैटरी बनाना शुरू किया। XIX सदी की शुरुआत में सबसे बड़ी बैटरी। सेंट पीटर्सबर्ग में रूसी भौतिक विज्ञानी वासिली व्लादिमीरोविच पेट्रोव द्वारा निर्मित। उनकी बैटरी में 4200 जिंक और कॉपर मग थे। मगों को एक बॉक्स में क्षैतिज रूप से ढेर किया गया था और अमोनिया में भिगोकर पेपर स्पेसर द्वारा अलग किया गया था।

विद्युत प्रवाह के अध्ययन में पहला कदम इसकी रासायनिक क्रियाओं से संबंधित था। पहले से ही उसी वर्ष जिसमें वोल्टा ने गैल्वेनिक बैटरी का आविष्कार किया था, पानी को विघटित करने के लिए विद्युत प्रवाह की संपत्ति की खोज की गई थी। इसके बाद कुछ लवणों के विलयन विद्युत धारा द्वारा अपघटित हो गए। 1807 में, अंग्रेजी रसायनज्ञ डेवी ने कास्टिक क्षार के पिघलने के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा नए तत्वों की खोज की: पोटेशियम और सोडियम। विद्युत धारा की रासायनिक क्रिया का अध्ययन और गैल्वेनिक कोशिकाओं में होने वाली रासायनिक प्रक्रियाओं की व्याख्या ने वैज्ञानिकों को इलेक्ट्रोलाइट्स के माध्यम से विद्युत प्रवाह के पारित होने का एक सिद्धांत विकसित करने के लिए प्रेरित किया। करंट की रासायनिक क्रिया के अध्ययन के बाद, वैज्ञानिकों ने इसके थर्मल और ऑप्टिकल प्रभावों की ओर रुख किया।

XIX सदी की शुरुआत में इन अध्ययनों का सबसे दिलचस्प परिणाम। विद्युत चाप की खोज पेट्रोव ने की थी। पेट्रोव द्वारा की गई खोज को भुला दिया गया। कई, विशेष रूप से विदेशी, वैज्ञानिक उसके बारे में नहीं जानते थे, क्योंकि पेट्रोव की पुस्तक रूसी में लिखी गई थी। इसलिए, जब डेवी ने 1812 में फिर से विद्युत चाप की खोज की, तो उन्हें इस खोज का लेखक माना गया।

उपरोक्त सभी पर विचार करने के बाद, हम देखते हैं कि इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियम मूल रूप से एक-दूसरे पर निर्भर करते हैं, और एक नए कानून की खोज के लिए, किसी को शुरू से ही सभी कानूनों पर विचार और जांच करनी होगी। हम यह भी समझते हैं कि हमारे समय में इन सभी कानूनों के बिना, कहने के लिए, हम नहीं रह सकते। वे हर जगह लागू होते हैं। प्रत्येक व्यक्ति का अपना चुंबकीय क्षेत्र होता है। लेकिन वैज्ञानिकों के अलावा कोई भी इस तथ्य के बारे में नहीं सोचता है कि अगर यह सब नहीं होता, तो लोग विकास के पहले चरण में ही रुक जाते।

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पाठ का उद्देश्य: आइंस्टीन के सापेक्षता के विशेष सिद्धांत के प्रावधानों के प्रभाव में अंतरिक्ष और समय की अवधारणाएं कैसे बदल गई हैं, इसकी छात्रों की समझ का निर्माण करना।

कक्षाओं के दौरान

1. नियंत्रण कार्य का विश्लेषण।

2. नई सामग्री सीखना.

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जड़त्वीय संदर्भ का एक ऐसा ढांचा है, जिसके सापेक्ष मुक्त पिंड स्थिर गति से चलते हैं। क्या एकसमान सीधी गति का विद्युत चुम्बकीय प्रक्रियाओं पर प्रभाव पड़ता है (यह यांत्रिक घटनाओं को प्रभावित नहीं करता है)?

एक जड़त्वीय फ्रेम से दूसरे में जाने पर, क्या इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियम बदलते हैं, या न्यूटन के नियम कैसे स्थिर रहते हैं?

उदाहरण के लिए, यांत्रिकी में गति वृद्धि के नियमों के अनुसार, गति केवल संदर्भ के एक फ्रेम में c=3·108m/s के बराबर हो सकती है। संदर्भ के एक अन्य फ्रेम में, जो स्वयं V की गति से गति कर रहा है, प्रकाश की गति c̄-V̄ के बराबर होनी चाहिए। लेकिन इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियमों के अनुसार, विभिन्न दिशाओं में निर्वात में विद्युत चुम्बकीय तरंगों की गति है c=3 108m/s

इलेक्ट्रोडायनामिक्स और न्यूटनियन यांत्रिकी के बीच विरोधाभास उत्पन्न हुआ।

उत्पन्न होने वाले अंतर्विरोधों को हल करने के लिए, तीन अलग-अलग तरीकों का प्रस्ताव किया गया है।

पहला तरीकाइसमें विद्युत चुम्बकीय परिघटनाओं पर लागू सापेक्षता के सिद्धांत को त्यागना शामिल था। इस संभावना को इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत के संस्थापक एच. लोरेंत्ज़ (डच) द्वारा समर्थित किया गया था। तब यह माना जाता था कि "विश्व ईथर" में विद्युत चुम्बकीय घटनाएं होती हैं - यह एक सर्वव्यापी माध्यम है जो पूरे विश्व अंतरिक्ष को भर देता है। संदर्भ के जड़त्वीय फ्रेम को लोरेंत्ज़ ने ईथर के सापेक्ष एक फ्रेम के रूप में माना था। इस प्रणाली में, विद्युतगतिकी के नियमों का कड़ाई से पालन किया जाता है, और संदर्भ के इस फ्रेम में, निर्वात में प्रकाश की गति सभी दिशाओं में समान होती है।

दूसरा रास्तामैक्सवेल के समीकरणों को गलत घोषित करना था।

जी. हर्ट्ज़ ने उन्हें इस तरह से फिर से लिखने की कोशिश की कि वे एक जड़त्वीय फ्रेम से दूसरे में संक्रमण के दौरान नहीं बदले, यानी यांत्रिकी के नियमों के रूप में। हर्ट्ज़ का मानना ​​​​था कि ईथर गतिमान पिंडों के साथ चलता है, और इसलिए विद्युत चुम्बकीय प्रक्रियाएं उसी तरह होती हैं, चाहे शरीर की गति या बाकी की परवाह किए बिना। यानी जी. हर्ट्ज़ ने सापेक्षता के सिद्धांत को बरकरार रखा।

तीसरा तरीका अंतरिक्ष और समय के बारे में पारंपरिक विचारों को त्यागना था।मैक्सवेल के समीकरण और सापेक्षता के सिद्धांत को संरक्षित रखा गया था, लेकिन शास्त्रीय यांत्रिकी के सबसे स्पष्ट, सबसे बुनियादी विचारों को छोड़ना पड़ा।

अंतर्विरोधों को सुलझाने का यह तरीका अंत में सही निकला।

प्रयोग ने इलेक्ट्रोडायनामिक्स और यांत्रिकी के बीच उत्पन्न होने वाले विरोधाभासों को ठीक करने के पहले और दूसरे प्रयास दोनों का खंडन किया, सापेक्षता के सिद्धांत को अपरिवर्तित छोड़ दिया।

समस्या को हल करने की तीसरी विधि विकसित करते हुए, ए आइंस्टीन ने साबित किया कि अंतरिक्ष और समय की अवधारणाएं पुरानी थीं और उन्हें नए के साथ बदल दिया।

मैक्सवेल के समीकरण, हर्ट्ज़ द्वारा सुधारे गए, प्रेक्षित परिघटनाओं की व्याख्या नहीं कर सके। अनुभव ने दिखाया है कि माध्यम प्रकाश को अपने साथ नहीं खींच सकता, क्योंकि यह उस ईथर को खींचेगा जिसमें प्रकाश फैलता है।

अमेरिकी वैज्ञानिकों ए. माइकलसन और ई. मॉर्ले के प्रयोगों ने साबित कर दिया कि "प्रकाश-असर वाले ईथर" जैसा कोई माध्यम नहीं है।

मैक्सवेल के इलेक्ट्रोडायनामिक्स और सापेक्षता के सिद्धांत को अंतरिक्ष और समय के बारे में पारंपरिक विचारों की अस्वीकृति के साथ जोड़ना संभव हो गया, अर्थात, न तो दूरी और न ही समय बीतना संदर्भ के फ्रेम पर निर्भर करता है।

उन्नीसवीं शताब्दी के अंत में, प्रायोगिक डेटा प्राप्त किया गया था जिसे न्यूटनियन भौतिकी के दृष्टिकोण से समझाया नहीं जा सकता था। विशेष रूप से, यदि प्रकाश स्रोत और रिसीवर एक-दूसरे की ओर समान रूप से और सीधे रूप से चलते हैं, तो उनके न्यूटनियन वेगों को जोड़ना होगा। हालांकि, अमेरिकी भौतिक विज्ञानी माइकलसन और अन्य ने एक संवेदनशील इंटरफेरोमीटर का उपयोग करते हुए प्रयोग करते हुए दिखाया कि निर्वात में प्रकाश की गति स्रोत और रिसीवर की गति पर निर्भर नहीं करती है और संदर्भ के सभी जड़त्वीय फ्रेम में समान होती है। आइंस्टीन इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि प्रकाश की गति की स्थिरताप्रकृति का एक मौलिक नियम है। यह निष्कर्ष आइंस्टीन ने सापेक्षता के अपने विशेष सिद्धांत के आधार पर रखा था (देखें खंड 2.5)। लोरेंत्ज़ रूपांतरणों के तहत मैक्सवेल समीकरणों (खंड 3.5 देखें) का अपरिवर्तन भी साबित हुआ, जबकि वे गैलीलियन परिवर्तनों के तहत अपरिवर्तनीय नहीं हैं (2.4 देखें)। यह आइंस्टीन के सिद्धांत का अनुसरण करता है कि विद्युत चुम्बकीय अंतःक्रियाएं (उदाहरण के लिए, आवेश) निर्वात में प्रकाश की गति से सीमित गति से, संदर्भ के सभी फ़्रेमों में एक क्षेत्र (शॉर्ट-रेंज एक्शन की अवधारणा) के माध्यम से प्रेषित होती हैं।

विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में विभाजन सापेक्ष है - प्रकृति में एक ही विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र होता है। प्रकाश की एक विद्युत चुम्बकीय प्रकृति भी होती है (चित्र 3.27)।

सापेक्षता के विशेष सिद्धांत के आधार पर नियमितताओं की व्याख्या की गई डॉपलर प्रभावविद्युत चुम्बकीय तरंगों के लिए। जब प्रकाश स्रोत प्रेक्षक से V गति से दूर जाता है, तो विकिरण तरंगदैर्घ्य के साथ स्रोत के विकिरण स्पेक्ट्रम में आवृत्ति (या तरंगदैर्ध्य Δλ) में परिवर्तन होता है ( लाल शिफ्ट):

डॉपलर प्रभाव ने राडार में गति V और गतिमान वस्तु की दूरी को मापने के लिए, खगोल भौतिकी में - आकाशगंगाओं के घटते वेगों को मापने के लिए, आदि में आवेदन पाया है।

प्रकाश की गति की परिमितता के कारण आकाशीय गोले में तारों की स्पष्ट स्थिति में परिवर्तन को कहा जाता है प्रकाश का विचलन.

3.7. अर्ध-स्थिर चुंबकीय क्षेत्र

विस्थापन धारा मूल रूप से चालन धारा से भिन्न है - यह आवेशों की गति से संबंधित नहीं है। यह केवल विद्युत क्षेत्र के समय में परिवर्तन के कारण होता है (देखें 3.5)। निर्वात में भी, विद्युत क्षेत्र में परिवर्तन होता है आसपास के अंतरिक्ष में एक चुंबकीय क्षेत्र की घटना. यह इस आधार पर है कि विस्थापन धारा चालन धारा के समान है, और इससे इसे पारंपरिक रूप से "वर्तमान" कहना संभव हो जाता है।

विस्थापन धारा j सेमी न केवल निर्वात या डाइलेक्ट्रिक्स में होती है, बल्कि कंडक्टरों में भी होती है जब चालन की एक प्रत्यावर्ती धारा j pr उनके माध्यम से गुजरती है। हालाँकि, यह j pr की तुलना में छोटा है (इसे देखते हुए, वे उपेक्षित हैं)।

एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र में रखे गए बड़े कंडक्टरों में, प्रेरित धाराओं को कानून (3.70) के अनुसार प्रेरित किया जा सकता है। ये धाराएँ कंडक्टरों के आयतन में एडी धाराएँ हैं और इन्हें के रूप में जाना जाता है फौकॉल्ट धाराएं.

फौकॉल्ट धाराएं अपने स्वयं के चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण करती हैं, जो लेनज़ के नियम के अनुसार (देखें 3.73), चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन को रोकती हैं जिससे वे उत्पन्न हुए। उच्च-आवृत्ति वाले फौकॉल्ट धाराएं कंडक्टरों को गर्म करती हैं, जो उन्हें इंडक्शन भट्टियों में धातुओं को पिघलाने के लिए, प्रवाहकीय उत्पादों को गर्म करने के लिए माइक्रोवेव ओवन में, फिजियोथेरेपी (मानव शरीर एक कंडक्टर है), आदि में उपयोग करने की अनुमति देता है। अन्य मामलों में, विद्युत मशीनों और ट्रांसफार्मर में गर्मी के नुकसान को कम करने के लिए, फौकॉल्ट धाराओं के प्रतिरोध को बढ़ाया जाता है, जिससे उनके कोर ठोस नहीं होते, बल्कि पतली प्लेटों से एक दूसरे से अलग हो जाते हैं।

प्रत्यावर्ती विद्युत धारा वाले परिपथों में, विद्युत धारा की बढ़ती आवृत्ति के साथ कंडक्टरों का विद्युत प्रतिरोध बढ़ता है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि कंडक्टर क्रॉस सेक्शन पर वर्तमान घनत्व वितरण गैर-समान हो जाता है, फौकॉल्ट धाराओं को ध्यान में रखते हुए: सतह के पास वर्तमान घनत्व बढ़ता है (तथाकथित त्वचा का प्रभाव) यह आपको कंडक्टरों को खोखला (ट्यूबलर) बनाने की भी अनुमति देता है। त्वचा-प्रभाव भागों की सतह की उच्च आवृत्ति सख्त करने के तरीकों का आधार है।

प्रत्यावर्ती धारा की शक्ति एक ही समय में कंडक्टर के विभिन्न भागों में असमान होती है। यह बदलते विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के कंडक्टर के साथ प्रसार की सीमित गति के कारण है। हालाँकि, यदि हम क्षेत्र प्रसार की गति की तुलना में आवेश वाहकों की कम गति को ध्यान में रखते हैं, तो धाराओं पर विचार किया जा सकता है अर्ध स्थिरसाथ ही चुंबकीय क्षेत्र जो वे उत्तेजित करते हैं।

जनरेटर का उपयोग करके प्रत्यावर्ती धाराएँ प्राप्त की जाती हैं। जब परिपथ परिपथ से घिरे क्षेत्र में कोणीय वेग से एकसमान चुंबकीय क्षेत्र में घूमता है, तो चुंबकीय प्रवाह समय-समय पर बदलता रहता है (देखें 3.67)।

जहां 0 समोच्च के क्षेत्र एस के माध्यम से प्रवाह का अधिकतम मूल्य है।

इससे उत्पन्न होने वाला विद्युत वाहक बल (3.70 देखें) होगा
साइनसॉइडल रूप से बदलें। 0 \u003d ωF 0 ईएमएफ का आयाम है। यदि परिपथ बंद है, तो उसमें प्रत्यावर्ती धारा प्रवाहित होगी:

.

सामान्य तौर पर, ओमिक प्रतिरोध आर के अलावा, किसी भी कंडक्टर में इंडक्शन एल और कैपेसिटेंस सी होता है। वे स्व-प्रेरण ईएमएफ (3.73 देखें) और कैपेसिटेंस को रिचार्ज करने की जड़ता की उपस्थिति के कारण वर्तमान में अतिरिक्त प्रतिरोध प्रदान करते हैं। फिर प्रत्यावर्ती धारा का आयाम मान:

(3.90)

मूल्य
प्रतिबाधा का चरित्र है ( मुक़ाबला) यह आर, एल, सी और आवृत्ति के मूल्यों पर निर्भर करता है। जब शर्त को संतुष्ट करता है:

,

प्रतिबाधा का न्यूनतम मान R के बराबर होता है, और प्रत्यावर्ती धारा का आयाम अपने अधिकतम मान तक पहुँच जाता है:

आवृत्ति
- गुंजयमान कहा जाता है। आर एल \u003d एल और
- प्रत्यावर्ती धारा परिपथ में आगमनात्मक और धारिता प्रतिरोध कहलाते हैं।

प्रत्यावर्ती विद्युत धारामहान व्यावहारिक अनुप्रयोग है। इसे लंबी दूरी पर कम नुकसान के साथ प्रेषित किया जा सकता है और ट्रांसफार्मर की मदद से इसकी ताकत और वोल्टेज को एक विस्तृत श्रृंखला में बदला जा सकता है।

वर्णन करना गतिविधिप्रत्यक्ष धारा की तुलना में प्रत्यावर्ती धारा, अवधारणा पेश की जाती है वर्तमान और वोल्टेज के प्रभावी मूल्य. वर्तमान ताकत का प्रभावी मूल्य I का मान है जो I 0 के आयाम से जुड़ा हुआ है:

इसी तरह तनाव
. वे प्रत्यावर्ती धारा की शक्ति का निर्धारण करते हैं। आप एक और परिभाषा भी दे सकते हैं: आई डी: एसी ताकत का प्रभावी मूल्य डीसी ताकत के बराबर है जो एसी के रूप में सर्किट में उतनी ही गर्मी जारी करता है।

परिभाषा 1

इलेक्ट्रोडायनामिक्स भौतिकी की एक शाखा है जो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों और उनके बीच की बातचीत का अध्ययन करती है।

चित्रा 1. इलेक्ट्रोडायनामिक्स की अवधारणा। लेखक24 - छात्र पत्रों का ऑनलाइन आदान-प्रदान

शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स व्यापक रूप से विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के सभी गुणों का वर्णन करता है, और भौतिक नियमों पर भी विचार करता है जिसके कारण कुछ भौतिक निकाय दूसरों के संपर्क में आते हैं जिनके पास सकारात्मक विद्युत आवेश होता है।

विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को पदार्थ का एक सार्वभौमिक रूप कहने की प्रथा है, जो एक आवेशित तत्व के दूसरे पर प्रभाव के परिणामस्वरूप प्रकट होता है। अक्सर, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का अध्ययन करते समय, इसके मुख्य घटक प्रतिष्ठित होते हैं: विद्युत क्षेत्र और चुंबकीय क्षेत्र।

परिभाषा 2

विद्युत चुम्बकीय क्षमता एक विशेष भौतिक मात्रा है जो सामान्य स्थान में क्षेत्र के वितरण को सटीक रूप से निर्धारित करती है।

इलेक्ट्रोडायनामिक्स में विभाजित किया जा सकता है:

• इलेक्ट्रोस्टैटिक्स;
• एक सतत माध्यम के विद्युतगतिकी;
• मैग्नेटोस्टैटिक्स;
• सापेक्षतावादी विद्युतगतिकी।

Poynting वेक्टर एक भौतिक मात्रा है, जो इलेक्ट्रोडायनामिक्स में क्षेत्र ऊर्जा प्रवाह घनत्व का मुख्य वेक्टर है। इस वेक्टर का मान उस ऊर्जा के समानुपाती होता है जिसे एक इकाई सतह क्षेत्र के माध्यम से अस्थायी स्थान की एक इकाई में स्थानांतरित किया जा सकता है, जो विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के वितरण की दिशा के सीधे लंबवत है।

इलेक्ट्रोडायनामिक्स प्रकाशिकी के विकास और रेडियो तरंगों के भौतिकी के लिए एक अच्छा आधार है। विज्ञान की इन शाखाओं को इलेक्ट्रिकल और रेडियो इंजीनियरिंग की नींव माना जाता है। शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स मैक्सवेल के समीकरणों की अवधारणा का उपयोग विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों की बातचीत के प्रमुख गुणों और सिद्धांतों का वर्णन करने के लिए करता है, इसे सार्वभौमिक भौतिक समीकरणों, प्रारंभिक और सीमा स्थितियों के साथ पूरक करता है।

इलेक्ट्रोडायनामिक्स में सापेक्षता का सिद्धांत

इलेक्ट्रोडायनामिक्स में सापेक्षता का सिद्धांत 19 वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में मैक्सवेल द्वारा बनाया गया था, जिन्होंने जनता को विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के बुनियादी कानूनों से परिचित कराया। नतीजतन, एक तार्किक सवाल उठता है कि क्या यह नियमितता इलेक्ट्रोडायनामिक्स में घटनाओं तक फैली हुई है। दूसरे शब्दों में, यह पता लगाना आवश्यक है कि क्या विद्युत चुम्बकीय प्रक्रियाएं, आवेशों और धाराओं के बीच परस्पर क्रिया करती हैं, संदर्भ के सभी जड़त्वीय फ़्रेमों में समान रूप से प्रचारित हो सकती हैं, या क्या वे यांत्रिक प्रक्रियाओं में समान रूप से छितरी हुई होंगी।

इस प्रश्न का सही और पूर्ण उत्तर देने के लिए, भौतिकविदों ने शुरू में यह निर्धारित करने का निर्णय लिया कि क्या इलेक्ट्रोडायनामिक्स के केंद्रीय नियम एक प्रणाली से दूसरी प्रणाली में परिवर्तन के दौरान बदलते हैं या न्यूटन की परिकल्पना की तरह अपरिवर्तित रहते हैं। केवल बाद के मामले में यह वांछनीय है कि विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के तरीकों के संबंध में अध्ययन के तहत सिद्धांत की वैधता पर संदेह न करें, और फिर इस प्रणाली को प्रकृति के सामान्य नियम के रूप में मानें।

टिप्पणी 1

इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियम काफी बहुआयामी और जटिल हैं, इसलिए इस समस्या का सक्षम समाधान कोई आसान काम नहीं है।

हालांकि, पहले से ही अच्छी तरह से स्थापित विचार हमें एक तर्कसंगत उत्तर खोजने की अनुमति देते हैं। इलेक्ट्रोडायनामिक्स के सिद्धांतों के अनुसार, निर्वात में विद्युत और चुंबकीय तरंगों के प्रसार की कुल गति हमेशा समान होती है। हालांकि, दूसरी ओर, इस सूचक को न्यूटनियन यांत्रिकी के वेगों के जोड़ के सिद्धांत के अनुसार एक चुने हुए संदर्भ प्रणाली के साथ भी समझा जा सकता है।

इसका मतलब यह है कि यदि वेग जोड़ का सामान्य नियम निष्पक्ष और वैध है, तो बाद में एक जड़त्वीय अवधारणा से दूसरे में संक्रमण के दौरान, इलेक्ट्रोडायनामिक्स के सिद्धांतों को आवश्यक रूप से बदलना चाहिए ताकि संदर्भ के नए फ्रेम में प्रकाश की गति पहले से ही प्रदर्शित हो। पूरी तरह से अलग सूत्र।

इस प्रकार, भौतिकविदों ने न्यूटनियन यांत्रिकी और इलेक्ट्रोडायनामिक्स के बीच गंभीर अंतर्विरोधों की खोज की, जिसके नियम सापेक्षता के सिद्धांत के अनुरूप नहीं हैं।

उन्होंने निम्नलिखित विधियों के कारण उत्पन्न होने वाली कठिनाइयों को दूर करने का प्रयास किया:

• विद्युत चुम्बकीय प्रक्रियाओं के लिए अनुपयुक्त सापेक्षता के सिद्धांत की घोषणा करना;
• मैक्सवेल के समीकरणों को गलत के रूप में पहचानना और उन्हें इस तरह बदलने की कोशिश करना कि वे अगले संक्रमण के दौरान एक जड़त्वीय फ्रेम से दूसरे में परिवर्तित न हों;
• सापेक्षता के सिद्धांत और मैक्सवेल के नियमों दोनों को और संरक्षित करने के लिए समय और स्थान के बारे में शास्त्रीय विचारों को त्यागना।

दिलचस्प बात यह है कि यह तीसरी संभावना थी जो एकमात्र सही साबित हुई, क्योंकि इसे लगातार विकसित करके, ए आइंस्टीन अंतरिक्ष और समय के बारे में नए विचार प्रस्तुत करने में सक्षम थे। कई प्रयोगों के दौरान पहले दो तरीकों का अंततः खंडन किया गया। इस प्रकार, संदर्भ के एक जड़त्वीय फ्रेम के अस्तित्व का विचार प्रायोगिक सत्यापन नहीं था।

वैज्ञानिकों द्वारा अंतरिक्ष और समय के बारे में शास्त्रीय विचारों को त्यागने के बाद ही इलेक्ट्रोडायनामिक्स के तरीकों के साथ सापेक्षता के सिद्धांत का सामंजस्य बनाना संभव था, जिसके अनुसार समय प्रवाह और दूरी संदर्भ के प्रमुख फ्रेम पर निर्भर नहीं करते हैं।

विद्युत आवेश के संरक्षण का सिद्धांत

भौतिक निकायों के अस्थिर विद्युतीकरण के मामले में, विद्युत धनात्मक आवेश के संरक्षण के नियम का उपयोग किया जाता है। यह पैटर्न बंद भौतिक अवधारणा के लिए काफी मान्य है। इलेक्ट्रोडायनामिक्स में चार्ज संरक्षण के सिद्धांत की वैधता इस तथ्य के कारण प्रकृति में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है कि सभी पदार्थों की संरचना में केवल विद्युत आवेशित कण होते हैं।

निकायों के बीच विद्युत चुम्बकीय बलों की बातचीत का पता नहीं लगाया जा सकता है, क्योंकि कोई भी पदार्थ अपनी सामान्य अवस्था में विद्युत स्थिति से तटस्थ होता है। नकारात्मक और सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए तत्व इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों द्वारा सीधे एक दूसरे से जुड़े होते हैं और तटस्थ सिस्टम बनाते हैं।

एक मैक्रोस्कोपिक पदार्थ विद्युत रूप से चार्ज किया जाएगा यदि इसकी संरचना में एक निश्चित चार्ज साइन के साथ प्राथमिक कणों की अधिक संख्या शामिल है।

भौतिक शरीर को विद्युतीकृत करने के लिए वैज्ञानिक नकारात्मक चार्ज के हिस्से को सकारात्मक से अलग करते हैं। यह घर्षण के माध्यम से किया जा सकता है, जिसमें बड़ी संख्या में प्राथमिक कणों के परिवर्तनों का अवलोकन करना शामिल है।

अध्ययन के तहत प्रक्रिया का अस्तित्व, गतिमान तत्वों के बीच की जगह में, जिसके कारण परिमित समय विभाजित होता है, मुख्य चीज है जो कम दूरी की कार्रवाई के सिद्धांत को दूरी पर कार्रवाई की परिकल्पना से अलग करती है। इलेक्ट्रोडायनामिक्स में एक विद्युत क्षेत्र की प्रमुख संपत्ति अन्य विद्युत आवेशों पर इसके कणों का प्रभाव है।

टिप्पणी 2

एक इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र केवल एक विद्युत आवेश की क्रिया के माध्यम से प्रकट हो सकता है, क्योंकि यह अंतरिक्ष में परस्पर जुड़े हुए आवेशों के आसपास मौजूद होता है।

विद्युतगतिकी में चुंबकीय प्रेरण की रेखाएं

चुंबकीय प्रेरण के मुख्य वेक्टर की दिशा के लिए, वैज्ञानिक उत्तरी चुंबकीय सुई के सापेक्ष दक्षिणी ध्रुव के संकेतक का उपयोग करते हैं, जो चुंबकीय क्षेत्र में स्वतंत्र रूप से सेट होता है। इलेक्ट्रोडायनामिक्स में यह दिशा पूरी तरह से बंद लूप की सकारात्मक ऊर्जा की दिशा के साथ मेल खाती है। यदि आप इसे लूप में करंट के समानांतर घुमाते हैं तो पॉजिटिव नॉर्मल उस दिशा में आगे बढ़ता है जहां गिलेट बदल जाता है।

गिलेट नियम को निम्नानुसार तैयार किया जा सकता है: यदि गिलेट की निरंतर गति की दिशा अंततः कंडक्टर में वर्तमान के साथ मेल खाती है, तो हैंडल के रोटेशन की दिशा स्वचालित रूप से चुंबकीय प्रेरण वेक्टर के बराबर हो जाएगी। सक्रिय रूप से अभिनय करने वाले रेक्टिलिनियर कंडक्टर के चुंबकीय क्षेत्र में, तीर को टेंगेंट सर्कल के साथ सख्ती से सेट किया जाता है।

परिभाषा 3

चुंबकीय प्रेरण की रेखाएं विशेष रेखाएं होती हैं, जिनकी स्पर्शरेखा उसी तरह निर्देशित होती है जैसे वेक्टर क्षेत्र में एक विशिष्ट बिंदु पर।

एक समान क्षेत्र के पैरामीटर हमेशा समानांतर होते हैं, और इलेक्ट्रोडायनामिक्स में चुम्बकों के प्रेरण की रेखाओं की मुख्य विशेषता उनकी अनंतता कहलाती है। बल की बंद रेखाओं वाले क्षेत्र एक चुंबकीय क्षेत्र बनाते हैं जिसका कोई स्रोत नहीं होता है।

सापेक्षता का सिद्धांत और न्यूटन के नियम

गैलीलियो के सापेक्षता के सिद्धांत ने आई न्यूटन द्वारा निर्मित शास्त्रीय यांत्रिकी में व्यवस्थित रूप से प्रवेश किया। यह तीन "स्वयंसिद्धों" पर आधारित है - न्यूटन के तीन प्रसिद्ध नियम। पहले से ही उनमें से पहला, जो पढ़ता है: "प्रत्येक शरीर अपनी आराम या एकसमान और सीधी गति की स्थिति में तब तक जारी रहता है, जब तक कि लागू बलों द्वारा इस राज्य को बदलने के लिए मजबूर किया जाता है," गति की सापेक्षता की बात करता है और एक ही समय में संदर्भ के फ्रेम के अस्तित्व को इंगित करता है (उन्हें जड़त्वीय कहा जाता था), जिसमें बाहरी प्रभावों का अनुभव नहीं करने वाले निकाय "जड़ता से" चलते हैं, न तो तेज होते हैं और न ही धीमे होते हैं। यह ठीक ऐसी जड़त्वीय प्रणालियाँ हैं जो अन्य दो न्यूटन के नियमों को तैयार करते समय होती हैं। एक जड़त्वीय फ्रेम से दूसरे में संक्रमण के दौरान, कई मात्राएँ जो पिंडों की गति को दर्शाती हैं, उदाहरण के लिए, उनकी गति या गति के प्रक्षेपवक्र का आकार, लेकिन गति के नियम, यानी इन मात्राओं को जोड़ने वाले संबंध बने रहते हैं। लगातार।

गैलीलियन परिवर्तन

यांत्रिक गतियों का वर्णन करने के लिए, अर्थात् अंतरिक्ष में पिंडों की स्थिति में परिवर्तन, न्यूटन ने अंतरिक्ष और समय के बारे में स्पष्ट रूप से विचार तैयार किए। अंतरिक्ष की कल्पना एक प्रकार की "पृष्ठभूमि" के रूप में की गई थी जिसके विरुद्ध भौतिक बिंदुओं की गति सामने आती है। उनकी स्थिति निर्धारित की जा सकती है, उदाहरण के लिए, समय टी के आधार पर कार्टेशियन निर्देशांक x, y, z का उपयोग करके। एक जड़त्वीय संदर्भ फ्रेम K से दूसरे K पर जाने पर ", गति v के साथ x-अक्ष के साथ पहले के सापेक्ष चलते हुए, निर्देशांक रूपांतरित हो जाते हैं: x" \u003d x - vt, y "= y, z" \u003d z, और समय अपरिवर्तित रहता है: t" = t। इस प्रकार, यह माना जाता है कि समय निरपेक्ष है। इन सूत्रों को गैलीलियन रूपांतरण कहा जाता है।

न्यूटन के अनुसार, अंतरिक्ष एक प्रकार के समन्वय ग्रिड के रूप में कार्य करता है, जो पदार्थ और उसकी गति से प्रभावित नहीं होता है। दुनिया की ऐसी "ज्यामितीय" तस्वीर में समय, जैसा कि यह था, किसी निरपेक्ष घड़ी द्वारा गिना जाता है, जिसके पाठ्यक्रम को न तो तेज किया जा सकता है और न ही धीमा किया जा सकता है।

इलेक्ट्रोडायनामिक्स में सापेक्षता का सिद्धांत

गैलीलियो के सापेक्षता के सिद्धांत को केवल तीन सौ से अधिक वर्षों के लिए यांत्रिकी के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था, हालांकि 19 वीं शताब्दी की पहली तिमाही में, मुख्य रूप से एम। फैराडे के कार्यों के लिए धन्यवाद, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का सिद्धांत उत्पन्न हुआ, जिसे तब और विकसित किया गया था और जेके के कार्यों में गणितीय रूप से तैयार किया गया। मैक्सवेल। लेकिन सापेक्षता के सिद्धांत को इलेक्ट्रोडायनामिक्स में स्थानांतरित करना असंभव लग रहा था, क्योंकि यह माना जाता था कि सभी स्थान एक विशेष माध्यम से भरे हुए थे - ईथर, तनाव जिसमें विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों की ताकत के रूप में व्याख्या की गई थी। उसी समय, ईथर ने निकायों के यांत्रिक आंदोलनों को प्रभावित नहीं किया, ताकि यांत्रिकी में इसे "महसूस नहीं किया गया", लेकिन ईथर ("ईथर हवा") के सापेक्ष आंदोलन का विद्युत चुम्बकीय प्रक्रियाओं पर प्रभाव होना चाहिए था। नतीजतन, एक बंद केबिन में एक प्रयोगकर्ता, ऐसी प्रक्रियाओं को देखकर, यह निर्धारित करने में सक्षम प्रतीत होता है कि उसका केबिन गति में था (पूर्ण!), या क्या यह आराम से था। विशेष रूप से, वैज्ञानिकों का मानना ​​​​था कि "ईथर की हवा" को प्रकाश के प्रसार को प्रभावित करना चाहिए। हालांकि, "ईथर हवा" की खोज करने के प्रयास असफल रहे, और एक यांत्रिक ईथर की अवधारणा को खारिज कर दिया गया, जिसके लिए सापेक्षता के सिद्धांत का पुनर्जन्म हुआ, जैसा कि यह था, लेकिन पहले से ही एक सार्वभौमिक के रूप में, न केवल यांत्रिकी में मान्य है , बल्कि इलेक्ट्रोडायनामिक्स और भौतिकी के अन्य क्षेत्रों में भी।

लोरेंत्ज़ परिवर्तन

जिस तरह न्यूटन के समीकरण यांत्रिकी के नियमों का गणितीय सूत्रीकरण हैं, मैक्सवेल के समीकरण इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियमों का एक मात्रात्मक प्रतिनिधित्व हैं। संदर्भ के एक जड़त्वीय फ्रेम से दूसरे में संक्रमण के दौरान इन समीकरणों का रूप भी अपरिवर्तित रहना चाहिए। इस शर्त को पूरा करने के लिए, गैलीलियो परिवर्तनों को दूसरों के साथ बदलना आवश्यक है: x"= g(x-vt); y"= y; z "= z; t" \u003d g (t-vx / c 2), जहाँ g \u003d (1-v 2 / c 2) -1/2, और c निर्वात में प्रकाश की गति है। एच. लोरेंत्ज़ द्वारा 1895 में स्थापित अंतिम परिवर्तन और उनके नाम के साथ सापेक्षता के विशेष (या निजी) सिद्धांत के आधार हैं। वीसी में वे गैलीलियन परिवर्तनों में बदल जाते हैं, लेकिन अगर वी सी के करीब है, तो स्पेस-टाइम तस्वीर से महत्वपूर्ण अंतर हैं, जिसे आमतौर पर गैर-सापेक्षवादी कहा जाता है। सबसे पहले, समय के बारे में सामान्य सहज ज्ञान युक्त विचारों की विफलता का पता चलता है, यह पता चलता है कि संदर्भ के एक फ्रेम में एक साथ होने वाली घटनाएं दूसरे में एक साथ समाप्त हो जाती हैं। गति रूपांतरण का नियम भी बदलता है।

सापेक्षतावादी सिद्धांत में भौतिक मात्राओं का परिवर्तन

सापेक्षतावादी सिद्धांत में, स्थानिक दूरी और समय अंतराल एक संदर्भ के दूसरे फ्रेम से संक्रमण के दौरान अपरिवर्तित नहीं रहते हैं, पहले के सापेक्ष गति v के साथ चलते हैं। लंबाई को (गति की दिशा में) 1/g गुना कम कर दिया जाता है, और समय अंतराल को उतनी ही बार "विस्तारित" किया जाता है। समकालिकता की सापेक्षता, सापेक्षता के आधुनिक निजी सिद्धांत की मुख्य मौलिक रूप से नई विशेषता है।