Наука - Физика

невидимым. Электромагнитные поля представлялись в виде натяжений в эфире.

Заряженные частицы порождали в эфире волны натяжений. скорость

распространения которых, как и показали расчеты, оказалась около 300000

км/с. Свет стал рассматриваться в виде электромагнитных волн, которые

вызывались движениями заряженных частиц и которые распространялись в

пространстве как колебания эфира. С открытием электромагнитных волн

(радиоволны, сверхвысокочастотные. тепловые (инфракрасные),

ультрафиолетовые, рентгеновские волны. гамма-излучения) появилась

возможность проверки ньютоновской теории пространства и времени.

Если Фарадей осуществил новый подход к изучению электрических и магнитных

явлений, создав концепцию поля. которое описвывалось с помощью силовых

линий, то Максвелл. введя точное понятие электромагнитного поля.

сформулировал его законы.

Из концепции Френеля о поперечных световых волн неизбежно вытекали

вопросы о том, в какой же среде распространяются волны, почему нет

продольных световых волн, как действует эфир на движущиеся в нем тела и

т.д. Было высказано множество самых разнообразных гипотез относительно

поперечности световых волн (например, гипотеза абсолютно несжимаемого

эфира, гипотеза неподвижного эфира, гипотеза эфира, частично увлекаемого за

собой движущимися в нем телами и т.д.). Т.е. существование самого эфира

сомнению не подвергалось, ибо распространение волн требовало

соответствующей среды.

Максвелл создает электромагнитную теорию света, установив уравнения,

объяснявшие все известные к тому времени факты с единой точки зрения. В них

устанавливалась связь между изменениями магнитного поля и возникновением

электродвижущей силы. Свою главную задачу Максвелл усматривал в том, чтобы

привести электрические явления к области динамики. Он исходил из того, что

электрический ток нельзя рассматривать иначе как действия не расположения.

а распространения протекающие во времени. Причина электрических токов была

им названа электродвижущей силой.

Состояние электромагнитного поля в теории Максвелла задается

напряженностью электрического поля и магнитной индукцией. Исследовав связи

между электрическими и магнитными полями. Максвелл из того, что

изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле, которое само

создает электрическое поле, и количественного анализа этих соотношений

пришел к выводу о распространении данного процесса в пространстве. Иными

словами, переменное электрическое поле в одной точке создает магнитное поле

по соседству с ней, которое в свою очередь вызывает электрическое поле чуть

дальше. Поскольку этот процесс происходит снова и снова, возникает

колеблющееся электромагнитное поле, непрерывно расширяющееся в

пространстве. При этом электрическое или магнитное поле распространяется

независимо от способов их возникновения (будь то колебания зарядов или

появление магнитов). Вычисления скорости распространения поля, выполненные

по данным о наблюдаемом токе, индуцированным движущимися магнитами, или по

данным о создаваемом токами магнитном поле, выявили. что она равна скорости

света. И хотя Максвелл в своих вычислениях использовал измерения

электрических токов и магнитных полей, т.е. явлений, казалось бы, не

имеющих со светом ничего общего. Он из этих измерений сделал вывод о том,

что колеблющееся электрическое поле распространяется в виде волн со

скоростью света. Этим была установлена связь между оптикой и электричеством

- областями, которые ранее представлялись не связанными друг с другом.

Оптика стала разделом электродинамики.

Таким образом, свет оказался не чем иным, как распространением

электромагнитных волн. Экспериментальное их обнаружение Г.Герцем в 1880 г.

означало победу электромагнитной концепции, хотя она в сознании ученых

утвердилась не сразу (концепции Ньютона понадобилось для своего утверждения

половина века, концепции Максвелла понадобилась для этого четверть века).

Герц установил, что электромагнитные волны имеют свойство, аналогичные

световым: преломление, отражение, интерференцию, дифракцию, поляризацию, ту

же скорость распространения. ( Оценивая результаты своих экспериментов,

Герц прекрасно понимал, что они рушат всякую теорию, считающую, что

электрические силы распространяются в пространстве мгновенно.)

Концепция Максвелла явилась новым шагом в понимании природы электрических

и магнитных явлений, обусловившим возможность появления радио,

радиолакации, телевидения и т.д. Она дала ответ на вопрос о природе

световых волн: световая волна есть волна электромагнитного поля,

распространяющаяся в пространстве. Открытие Максвелла принято сравнивать по

степени важности с открытием Ньютоном закона всемирного тяготения. Если

Ньютон ввел понятие всеобщего поля тяготения, то Максвелл ввел понятие

электромагнитного поля и установил законы его распространения.

Развитием концепции Максвелла было измерение П.Н. Лебедевым давления

света, предсказанного Максвеллом, а также использование электромагнитных

волн для беспроволочной связи А.С.Поповым и Г.Маркони.

5. Молекулярно-кинетическая концепция тепловых процессов

Как отмечалось ранее, глубокое изучение тепловых процессов предполагает

учет молекулярного строения вещества. Решение такой задачи оказалось

сопряженным с использованием статистических методов. Включение тепловых

процессов в рамки механической картины мира привело к открытию

статистических законов, в которых связи между физическими величинами носят

вероятностный характер. В классической статистической механике, в отличие

от динамической, задаются не координаты и импульсы частиц системы, а

функция распределения частиц по координатам и импульсам, имеющая смысл

плотности вероятности обнаружения наблюдаемых значений координат и

импульсов.

Господство концепции теплорода и отсутствие необходимых экспериментальных

фактов в первой половине XIX века задержали развитие молекулярно-

кинетической теории вещества. Открытие закона сохранения энергии

продемонстрировало связь теплоты с движением невидимых частиц вещества, дав

толчок исследованиям, начатым Р.Бойлем, М.В.Ломоносовым, Д.Бернулли и др.

М.В.Ломоносов впервые высказал идею о тепловом вращательном движении

атомов. К этой идеи пришел и Г.Дэви. Д.Дальтон установил, что атомы одного

и того же химического элемента обладают идентичными свойствами и, введя

понятие атомного веса химического элемента, дал ему определение как

отношения массы одного атома этого элемента к массе одного атома водорода.

А.Авогадро установил. что идеальные газы (газы с пренебрежительно малыми

силами взаимодействия между его частицами) при одинаковых температуре и

давлении содержат в единице объема одинаковые количества молекул.

К середине XIX века эквивалентность теплоты и энергии признало

большинство ученых, теплоту стали рассматривать как молекулярное движение.

Опыты Ж.Л.Гей-Люссака и Д.Джоуля подтвердили независимость внутренней

энергии идеальных газов от их объемов, что было свидетельством ничтожности

действующих между их молекулами сил. Р.Клаузиус к поступательному движению

молекул добавляет вращательное и внутримолекулярное колебательное движение

и дает объяснение закону Авогадро как следствию того. что молекулы любых

газов обладают одинаковой "живой силой" поступательного движения. Для

данного этапа развития молекулярно-кинетической теории газов важным было

вычисление средних значений различных физических величин, таких как

скорость движения молекул, число их столкновений в секунду, длина

свободного пробега и т.д., определение зависимости давления газа от числа

молекул в единице объема и средней кинетической энергии поступательного

движения молекул - все это дало возможность выявить физический смысл

температуры как меры средней кинетической энергии молекул.

Следующий этап в развитии молекулярно-кинетической теории газов начался с

работ Д.Максвелла. Благодаря введению понятия вероятности был установлен

закон распределения молекул по скоростям (всякая система, вначале

содержащая быстрые (горячие) и медленные (холодные) молекулы, должна прийти

в такое состояние, при котором большинство молекул движется со средними

скоростями, становясь чуть теплыми), что и привело к созданию

статистической механики. В работах Л.Больцмана, построившего кинетическую

теорию газов, было дано статистическое обоснование второго начала

термодинамики - необратимость процессов была связана со стремлением систем

к наиболее вероятному состоянию. Выявление статистического смысла второго

начала термодинамики имело важное значение - оказалось , что второе начало

термодинамики в отличие от первого имеет границы своей применимости: оно не

применимо к движению отдельной молекулы. Необратимость движения

обнаруживается в поведении лишь огромного числа молекул.

Классическая статистическая механика завершается работами Д.Гиббса,

создавшего метод расчета функций распределения не только для газа, но

вообще для любых систем в состоянии термодинамического равновесия. Всеобщее

же признание статистической механики наступит уже в XX веке, когда, на

основе молекулярно-кинетической теории будет построена количественная

теория броуновского движения (на основе исследования последнего Ж.Перрен

доказал реальность существования молекул).

Таким образом, молекулярно-кинетическая концепция газа является

совокупностью огромного числа молекул, движущихся во всех направлениях,

соударяющихся друг с другом и после каждого столкновения изменяющих

направление своего движения. В таком газе существует средняя скорость

движения молекул, а поэтому должна существовать и средняя кинетическая

энергия молекулы. Если это так, то теплота есть кинетическая энергия

молекулярного движения и любой определенной температуре соответствует

определенная кинетическая энергия молекулы. Молекулярно-кинетическая теория

вещества и качественно и количественно объясняет законы газов и других

веществ, установленные экспериментально. Броуновское движение, обнаруженное

Р.Броуном, продемонстрировало движение частиц в жидкостях. Наблюдая через

микроскопы за движением органических и неорганических веществ в воде, Броун

установил, что их движение вызывается потоками в жидкости и не ее

постоянным испарением, а принадлежит самим частицам. Это наблюдение

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27



Реклама
В соцсетях
скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты