grad-green grad-gray grad-blue grad-red grad-pink grad-purple grad-yellow
Нести помощь людям

Вход на сайт

Концепция электромагнетизма

Краткое описание: 
Библиографическая ссылка для цитирования: Коледов В.В., Сазонов В.Ф. Концепция электромагнетизма [Электронный ресурс] // Кинезиолог, 2009-2021: [сайт]. Дата обновления: 26.04.2021. URL: https://kineziolog.su/content/kontseptsiya-magnetizma (дата обращения: __.__.20__). __________________________Приводятся основополагающие представления об электромагнитных полях, складывающиеся в современную концепцию электромагнетизма.

Понятие "концепция" имеет множество значений и толкований, так же как и другие, родственные ему, понятия (постулаты, аксиомы, принципы).

Мы будем пользоваться следующим толкованием:

"КОНЦЕПЦИЯ (лат. conceptio - понимание, единый замысел, ведущая мысль, смысл) - это система взглядов, выражающая определенный способ видения ("точку зрения"), понимания, трактовки каких-либо предметов, явлений, процессов и презентирующая ведущую идею или (и) конструктивный принцип, реализующие определенный замысел в той или иной теоретической знаниевой практике.

В целом постклассическая методология сильно поколебала представления о теории как высшей форме организации и структуризации научного знания, а также представление о возможности преодоления его "гипотетической природы", реабилитировав тем самым Концепцию как самостоятельную форму знания.

ПРИНЦИП (лат. principum - начало, основа, происхождение, первопричина) - основание некоторой совокупности фактов или знаний, исходный пункт объяснения или руководства к действиям".

Источник: Социология: Энциклопедия / Сост. А.А. Грицанов, В.Л. Абушенко, Г.М. Евелькин, Г.Н. Соколова, О.В. Терещенко., 2003.

 

Физические представления о материи, веществе и поле

В естествознании и материалистической философии принято обозначать все проявления реальности понятием "материя". Материю можно разделить на живую (жизнь) и неживую. Живую материю изучает биология, а физика изучает материю безотносительно к тому, живая она или неживая.

В классической физике принято различать два вида материи: вещество и поле.

Вещество - это атомы, молекулы и все построенные из них тела.

Поле – это другая форма материи (иногда его называют "физическим полем"), представляющая собой реальную сущность, подверженную собственной динамике, посредством которой происходит взаимодействие между отдаленными материальными телами.

Понятие "собственная динамика" означает, что поле может существовать и проявлять себя даже после того, как исчезнет породившее его физическое тело.

В квантовой физике на уровне элементарный частиц понятия "вещества" и "поля" могут сливаться, приводя к "квантовому дуализму" в объяснении природы и поведения элементарных частиц.

Так, в квантовой физике принято говорить о  "полях частиц":  "электронном поле", "протонном", "фотонном" и т.д.

Фотонное поле квантовой физики - это и есть квантовый уровень описания электромагнитного поля классической физики, о котором говорится в работах М. Фарадея, Дж. Максвелла и других.

Итак, существует несколько разновидностей физических полей: электромагнитное, гравитационное, поле ядерных сил, а также волновые (квантовые) поля, соответствующие различным элементарным частицам.

Все элементарные частицы можно разделить на фермионы и бозоны.

Фермионы являются элементарными «кирпичиками» окружающего нас вещества, а бозоны — переносчиками взаимодействия между «кирпичиками-фермионами».

Таким образном, хотя бозоны и относятся к элементарныам частицам, но они отвечают за взаимодействие между другими элементарными частицами - фермионам. Бозонные поля - это общее понятие квантовой физики по отношению к полевой форме материи, отвечающей за взаимодействие между фермионами.

 

Концепция электромагнитного поля

Электромагнитное поле - это форма существования материи в виде взаимных переходов электрического и магнитного полей, существующая как в виде взаимодействия между электрически заряженными частицами, так и самостоятельно.

Многим кажется странным, что поле может быть электрическим и в то же самое время - магнитным. Но давайте возьмём для примера воду. Нам же не кажется странным, что вода может быть не только жидкой (собственно, водой), но и твёрдой (льдом). А теперь представьте себе, что было бы, если бы состояние воды быстро-быстро менялось вокруг точки замерзания, и она была бы то водой - то льдом, то льдом - то водой. Она бы этим напоминала электромагнитное поле! Более того, обратите внимание на то, что она при этом была бы то текучей и подвижной, то твёрдой и неподвижной! А ещё интересней представить себе эту воду в виде облака. В этом виде она, действительно, может быть и в газообразном состоянии (пар), и в жидком (туман), и в твёрдом (клисталлики льда). Но снизу, с земли, мы будем видеть только облако. Видимо, похоже дело обстоит и с физическим полем, ...которое, впрочем, мы совсем не видим, в отличие от облака в небе.

Электрическое поле - это векторная величина, характеризующая силовое взаимодействие между электрически заряженными частицами.

Магнитное поле - это векторная величина, характеризующая взаимодействие между заряженными частицами при их движении.

Уравнения классического электромагнетизма, предложенные Дж. Максвеллом, связывают оба этих поля в единый релятивистски инвариантный тензор электромагнитного поля.

Тензор - это математическая абстракция для характеристики многомерного объекта, который не меняет своей сущности при движении наблюдателя, описывающего данный объект. Таким образом, тензор - это то, что остаётся неизменным независимо от того, движемся ли мы по отношению к заряженным частицам, порождающим электромагнитное поле, или остаёмся неподвижными. Подобная "неизменность" в математике как раз и именуется "инвариантностью".

Таким образом, для характеристики электромагнитного поля требуется измерить все компоненты вектора электрического поля, все компоненты магнитного поля, затем составить матрицу тензора электромагнитного поля.

Интересно отметить, что уравнения, описывающие электромагнитное поле, оказались релятивистски инвариантными, хотя были открыты Дж. К. Максвеллом задолго до открытия теории относительности А. Эйнштейном.

Концепции близкодействия для электромагнитного поля

1. Взаимодействие между отдалёнными друг от друга электрически заряженными телами осуществляется посредством электромагнитного поля, распределенного в пространстве.

2. Каждая электрически заряженная частица создает электромагнитное поле, действующее на другие заряженные частицы.

3. Электромагнитное воздействие передается через "посредника" - электромагнитное поле.

4. Скорость распространения электромагнитной волны (радиоволны или света) в вакууме равна скорости света в пустоте - примерно 300 000 км/с.

5. Взаимодействие между электрически заряженными телами происходит не мгновенно, и поэтому перемещение какой-либо заряженной частицы производит изменения в состоянии других частиц не в тот же самый момент, а лишь спустя какой-то определённый отрезок времени.

6. Скорость движения электромагнитной волны в реальной среде всегда ниже скорости света в вакууме. Современная парадигма (общепринятый взгляд) естествознания, таким образом, исходит из невозможности превысить скорость света в вакууме. В то же время, «затормозить» его можно!  В специальных искусственно созданных для этого оптических средах удается почти «остановить» световой пучок, снизив его скорость всего лишь до нескольких метров в секунду. И это - тоже скорость света!

 © 2012-2021 Коледов В.В., Сазонов В.Ф.  © 2012-2021 kineziolog.su

 

Концептуальные принципы магнетизма

Магнети́зм — это явления, основанные на магнитной составляющей электромагнитного поля.

Магнетизм (магнитология)  - это также раздел физики, изучающий свойства магнитных тел и связанных с ними явлений.

1. Орбитальное и внутреннее движения электронов в атоме создают внутриатомные микроскопические электрические токи. Они, так же как и ток, текущий по обычным проводам, создают в окружающем пространстве магнитное поле, определяющее силы притяжения и отталкивания между носителями тока.

2. Каждый электрон и каждое ядро атома представляет собой "атомный магнитик". В силу этого все тела, построенные из атомов, являются источниками магнитного поля, или магнетиками  (Вонсовский С.В.).

3. Кроме "вещественной" формы материи существует её "полевая" электромагнитная форма - это статическое электрическое и магнитное поля, а также электромагнитные волны в таких формах как видимый свет и невидимые для человека излучения - инфракрасные, ультрафиолетовые, радиоволны, рентгеновские и гамма-лучи. Они частично также обладают магнитными свойствами. Таким образом, всё в окружающем мире, от элементарных частиц вещества до безграничного космического пространства, заполненного световой материей, имеет магнитную природу.

4. Большинство тел слабомагнитны. Это обусловлено тем, что в обычных условиях все микроскопические атомные магнитики распределены в пространстве хаотически, направления их полей не упорядочены и потому результирующий эффект всего тела оказывается близким к нулю. И только с помощью внешних воздействий и при низкой температуре можно заставить "зазвучать" магнетизм слабомагнитного тела.

5. Всегда, когда заряженные частицы начинают двигаться, они создают магнитное поле помимо электрического.

6. Магнитное поле может существовать и без всяких электрически заряженных тел или токов - в качестве компонента электромагнитной волны.

7. Движение заряженных частиц может быть не только прямолинейным, но и внутренним движением по орбитам или собственное вращение (так называемый «спин»).

8. Всякие тела и вещества создают вокруг себя магнитные поля различной напряжённости.

9. Как правило, магнетизм является небольшим. Причинами этого являются небольшие скорости движения заряженных частиц и разнонаправленные движения этих частиц. Разнонаправленные поля взаимокомпенсируют друг друга.

10. Явление магнитного упорядочения возникает при синхронном движении частиц. Это упорядочение может быт объяснено только с позиций квантовой механики (как, впрочем, и само существование твёрдых тел, типа кристаллов) при понижении температуры тела ниже определенной.

      Виды магнитного упорядочения

  1. Ферромагнитное - частицы коррелируют и направления их магнитного момента совпадают при температуре ниже некоторой определенной (точка Кюри).
  2. Антиферромагнитное - соседние частицы строго коррелируют, но имеют в точности противоположно направленный магнитный момент.
  3. Ферримагнетизм – сочетание ферромагнитного и антиферромагнитного упорядочения в сложных кристаллах, например, в ферритах – оксидах железа.
  4. Состояние спинового стекла – наблюдается в сложных магнитных системах, как правило, при низких температурах, и характеризуется отсутствием дальнего порядка в упорядочении спинов (магнитных моментов). 
  5. Геликоидальное магнитное упорядочение – специфическое «веероподобное» распределение направления векторов намагниченности внутри некоторых магнетиков, например, металлического европия, диспрозия, тербия или гольмия при низкой температуре.

11. Относительная сила магнитного взаимодействия по отношению к электрическому зависит от скорости заряженной частицы. Электрические и магнитные взаимодействия сравнялись бы друг с другом по величине в том случае, если бы заряженные частицы двигались по отношению друг к другу со скоростью порядка скорости света. Поэтому магнитные взаимодействия часто называют релятивистскими. Однако, обычно, скорость электронов при движении по атомным орбитам не выше 1% от неё. 

12. Сила магнита может быть велика, что достигается за счёт взаимной корреляции отдельных атомных магнитных моментов. Такую корреляцию можно вызвать только с помощью электрической силы, которая намного больше магнитной. Этот кажущийся парадокс объясняется квантовой механикой, соответствующая сила носит название «обменной».

Дополнительные материалы:

znaniya-sila.narod.ru/phisics/phisics_atom_02.htm
nplit.ru/books/item/f00/s00/z0000060/st046.shtml
www.gumer.info/bibliotek_Buks/Science/karpenk/index.php

 © 2012-2021 Коледов В.В., Сазонов В.Ф.  © 2012-2021 kineziolog.su

Ваша оценка: 
5
Средняя: 5 (8 проголосовавших)