Teori elektromagnet cahaya. Sejarah dan intipati penemuan saintifik

PENEMUAN SAINTIFIK PALING PENTING
Perpustakaan percuma / Buku Panduan / Penemuan saintifik yang paling penting

Teori elektromagnet cahaya. Sejarah dan intipati penemuan saintifik

Penemuan saintifik yang paling penting

Buku Panduan / Penemuan saintifik yang paling penting

"Pada zaman saya Newton yakin bahawa cahaya terdiri daripada zarah terkecil, kelajuan pergerakan yang hampir tidak terhingga, - kata T. Regge di latar belakang isu itu. - sezamannya Huygens, sebaliknya, adalah penyokong mekanisme gelombang perambatan cahaya, serupa dengan proses perambatan bunyi di udara atau dalam mana-mana medium bahan. Pihak berkuasa Newton yang tidak dapat dipertikaikan tidak membenarkan pengiktirafan hipotesis Huygens.

Pada tahun 1700, Jung, Fresnel dan beberapa saintis lain mula mengkaji fenomena optik yang tidak dapat difahami dari sudut pandangan idea Newton. Fenomena ini secara langsung menunjukkan sifat gelombang cahaya. Secara paradoks, antara fenomena ini ialah cincin Newton, yang terkenal kepada jurugambar dan timbul apabila ketelusan diletakkan di antara plat kaca. Warna terang bagi sesetengah serangga juga timbul akibat proses kompleks gangguan gelombang cahaya yang berlaku dalam lapisan nipis hablur cecair yang terletak pada permukaan badan serangga.

Walau bagaimanapun, di sebalik kejayaan jelas teori mekanikal gelombang cahaya pada separuh kedua abad ke-XNUMX, ia dipersoalkan atas dua sebab. Satu - eksperimen Faradayyang menemui kesan medan magnet pada cahaya. Yang lain adalah penyelidikan mengenai hubungan antara fenomena elektrik dan magnet, yang telah dijalankan oleh Maxwell. "Penemuan sifat elektromagnet cahaya adalah ilustrasi yang sangat baik tentang dialektik perkembangan kandungan dan bentuk," tulis P.S. Kudryavtsev. "Kandungan baru - gelombang elektromagnet - dinyatakan dalam bentuk lama vorteks Cartesian.

Percanggahan antara kandungan baru yang muncul akibat perkembangan elektromagnetisme, bukan sahaja bentuk lama teori tindakan jarak jauh, tetapi juga teori mekanikal eter sudah dirasai oleh Faraday, yang sedang mencari bentuk baharu untuk menyatakan kandungan ini. Dia melihat bentuk sedemikian dalam garis kekuatan, yang sepatutnya dianggap tidak secara statik, tetapi secara dinamik. Perkembangan idea ini ditumpukan kepada karyanya "Pemikiran tentang getaran sinar" (1846) dan "Pada garis fizikal daya magnet" (1851).

Penemuan Faraday pada tahun 1845 tentang hubungan antara kemagnetan dan cahaya adalah kandungan baru dalam teori cahaya dan pada masa yang sama sekali lagi menunjukkan sifat getaran cahaya melintang yang ketat. Semua ini tidak sesuai dengan bentuk lama eter mekanikal." Faraday mengemukakan idea garis daya di mana ayunan melintang berlaku. .) diambil sebagai asas sinaran dan fenomena yang berkaitan dengannya, berlaku dalam garis-garis daya yang menghubungkan zarah, dan akibatnya, jisim jirim menjadi satu keseluruhan. Idea ini, jika diakui, akan membebaskan kita daripada eter, yang, dari sudut pandangan lain, adalah medium di mana ayunan ini berlaku.

Ahli sains menunjukkan bahawa ayunan yang berlaku dalam garisan daya bukanlah proses mekanikal, tetapi satu bentuk pergerakan baru, "jenis ayunan yang lebih tinggi." Turun naik sedemikian adalah melintang dan oleh itu boleh "menjelaskan pelbagai fenomena polarisasi yang mengagumkan." Mereka tidak seperti gelombang bunyi membujur dalam cecair dan gas. Teorinya, katanya, "cuba menghilangkan eter, tetapi bukan getaran." Ayunan magnetik ini merambat pada kelajuan terhingga:

"... Kemunculan perubahan pada satu hujung daya mencadangkan perubahan seterusnya pada yang lain. Perambatan cahaya, dan oleh itu, mungkin, semua tindakan berseri, mengambil masa, dan untuk ayunan garisan. daya untuk menerangkan fenomena sinaran, adalah perlu bahawa ayunan sedemikian juga mengambil masa ".

Pencarian bentuk baru membawa saintis kepada perkembangan idea penting tentang ayunan magnet melintang, merambat, seperti cahaya, dengan kelajuan terhingga. Tetapi ini adalah idea utama teori cahaya elektromagnet - idea yang timbul pada tahun 1832.

Maxwell menyatakan dalam nota kepada W. Bragg: "Teori elektromagnet cahaya yang dicadangkan olehnya (Faraday) dalam "Thoughts on Radial Vibrations" (Mei, 1846) atau "Experimental Investigations" pada asasnya adalah sama yang saya mula kembangkan dalam hal ini. artikel ("Teori Medan Dinamik" (Mei, 1865), kecuali pada tahun 1846 tiada data untuk mengira kelajuan penyebaran."

Pengiktirafan sedemikian, bagaimanapun, tidak memperkecilkan merit dalam kajian medan elektromagnet oleh James Maxwell.

James Maxwell (1831–1879) dilahirkan di Edinburgh. Tidak lama selepas kelahiran budak itu, ibu bapanya membawanya ke ladang Glenlar mereka. Pada mulanya, guru dijemput ke rumah. Kemudian diputuskan untuk menghantar James ke sekolah baru, yang mempunyai nama kuat Akademi Edinburgh. Maxwell adalah salah seorang yang pertama menamatkan pengajian dari akademi, dan pintu Universiti Edinburgh dibuka di hadapannya.

Sebagai seorang pelajar, Maxwell menjalankan penyelidikan serius mengenai teori keanjalan, yang sangat dihargai oleh pakar. Dan kini dia berdepan dengan persoalan tentang prospek melanjutkan pelajaran di Cambridge. Jumlah pengetahuan Maxwell, kekuatan inteleknya dan kebebasan berfikir membolehkannya mencapai tempat yang tinggi dalam pembebasannya. Dia mendapat tempat kedua.

Bujang muda itu ditinggalkan di Cambridge - Trinity College sebagai seorang guru. Bagaimanapun, dia bimbang tentang masalah saintifik. Sebagai tambahan kepada hobi lamanya - geometri dan masalah warna, yang dia mula belajar pada tahun 1852, Maxwell mula berminat dengan elektrik.

Pada 20 Februari 1854, Maxwell memberitahu Thomson tentang niatnya untuk "menyerang elektrik." Hasil daripada "serangan" adalah esei "On Faraday's Lines of Force" - yang pertama daripada tiga karya utama Maxwell yang dikhaskan untuk kajian medan elektromagnet. Perkataan "medan" pertama kali muncul dalam surat yang sama kepada Thomson, tetapi Maxwell tidak menggunakannya sama ada dalam ini atau dalam esei berikutnya mengenai baris medan. Konsep ini akan muncul semula hanya pada tahun 1864 dalam karya "Teori Dinamik Medan Elektromagnet".

Beliau menerbitkan dua karya utama mengenai teori medan elektromagnet yang diciptanya: "Pada Garis Daya Fizikal" (1861-1862) dan "Teori Dinamik Medan Elektromagnet" (1864-1865). Selama sepuluh tahun, Maxwell telah berkembang menjadi seorang saintis terkemuka, pencipta teori asas fenomena elektromagnet, yang, bersama-sama dengan mekanik, termodinamik dan fizik statistik, telah menjadi salah satu asas fizik teori klasik.

"Treatise on Electricity and Magnetism" - karya utama Maxwell dan kemuncak karya saintifiknya. Di dalamnya, dia merumuskan hasil kerja bertahun-tahun mengenai elektromagnetisme, yang bermula seawal awal tahun 1854. Mukadimah kepada "Treatise" bertarikh 1 Februari 1873. Sembilan belas tahun Maxwell mengusahakan kerja asasnya!

Penyelidikan Maxwell membawanya kepada kesimpulan bahawa gelombang elektromagnet mesti wujud di alam semula jadi, kelajuan perambatan yang dalam ruang tanpa udara adalah sama dengan kelajuan cahaya - 300 kilometer sesaat.

Setelah timbul, medan elektromagnet merambat di angkasa pada kelajuan cahaya, menduduki volum yang lebih besar dan lebih besar. Maxwell berhujah bahawa gelombang cahaya adalah sama sifatnya dengan gelombang yang timbul di sekeliling wayar yang terdapat arus elektrik berselang-seli. Mereka berbeza antara satu sama lain hanya dalam panjang. Panjang gelombang yang sangat pendek ialah cahaya yang boleh dilihat.

"Anggapan Maxwell bahawa perubahan dalam medan elektrik memerlukan kemunculan fluks aruhan magnet adalah langkah seterusnya ke hadapan," tulis A.A. Korobko-Stefanov. "Oleh itu, medan elektrik berselang-seli yang terhasil di sekeliling medan magnet, seterusnya, mewujudkan a selang seli. medan magnet yang merangkumi medan elektrik, yang sekali lagi merangsang medan elektrik, dsb.

Medan elektrik dan magnet berselang-seli dengan pantas yang merambat pada kelajuan cahaya membentuk medan elektromagnet. Medan elektromagnet merambat di angkasa dari satu titik ke satu titik, menghasilkan gelombang elektromagnet. Medan elektromagnet pada setiap titik dicirikan oleh kekuatan medan elektrik dan magnet. Kekuatan medan elektrik dan magnet adalah kuantiti vektor, kerana ia dicirikan bukan sahaja dengan magnitud, tetapi juga dengan arah. Vektor kekuatan medan saling berserenjang dan berserenjang dengan arah penyebaran."

Oleh itu, gelombang elektromagnet adalah melintang.

Ia mengikuti teori Maxwell bahawa gelombang elektromagnet timbul jika perubahan dalam kekuatan medan elektrik dan magnet berlaku dengan cepat.

Kesahihan idea Maxwell telah dibuktikan secara empirikal oleh Heinrich Hertz. Pada tahun lapan puluhan abad kesembilan belas, Hertz mula mengkaji fenomena elektromagnet, bekerja di auditorium sepanjang 14 meter dan lebar 12 meter. Beliau mendapati bahawa jika jarak penerima dari penggetar kurang daripada satu meter, maka sifat taburan daya elektrik adalah serupa dengan medan dipol dan menurun secara songsang sebagai kubus jarak. Walau bagaimanapun, pada jarak melebihi 3 meter, medan berkurangan dengan lebih perlahan dan tidak sama dalam arah yang berbeza. Dalam arah paksi penggetar, tindakan berkurangan jauh lebih cepat daripada arah berserenjang dengan paksi, dan hampir tidak ketara pada jarak 4 meter, manakala dalam arah serenjang ia mencapai jarak lebih daripada 12 meter.

Keputusan ini bercanggah dengan semua undang-undang teori jarak jauh. Hertz meneruskan penyelidikan dalam zon gelombang penggetarnya, bidang yang kemudiannya dikira secara teori. Dalam beberapa karya berikutnya, Hertz tidak dapat dinafikan membuktikan kewujudan gelombang elektromagnet yang merambat pada kelajuan terhingga. "Hasil eksperimen saya mengenai ayunan elektrik yang cepat, " Hertz menulis dalam artikel kelapannya pada tahun 1888, "menunjukkan kepada saya bahawa teori Maxwell mempunyai kelebihan berbanding semua teori elektrodinamik yang lain."

Medan dalam zon gelombang ini pada momen masa yang berbeza telah digambarkan oleh Hertz menggunakan gambar garis daya. Lukisan oleh Hertz ini disertakan dalam semua buku teks elektrik. Pengiraan Hertz membentuk asas kepada teori sinaran antena dan teori klasik sinaran atom dan molekul.

Oleh itu, dalam perjalanan penyelidikannya, Hertz akhirnya dan tanpa syarat beralih kepada sudut pandangan Maxwell, memberikan bentuk yang mudah kepada persamaannya, menambah teori Maxwell dengan teori sinaran elektromagnet. Hertz memperoleh secara eksperimen gelombang elektromagnet yang diramalkan oleh teori Maxwell dan menunjukkan identiti mereka dengan gelombang cahaya.

Pada tahun 1889, Hertz membaca laporan "Mengenai Hubungan Antara Cahaya dan Elektrik" di Kongres Naturalis dan Pakar Perubatan Jerman ke-62.

Di sini dia merumuskan eksperimennya dalam kata-kata berikut: "Semua eksperimen ini pada dasarnya sangat mudah, tetapi, bagaimanapun, ia memerlukan akibat yang paling penting. Mereka memusnahkan mana-mana teori yang menganggap bahawa kuasa elektrik melompat ke angkasa dengan serta-merta. Mereka bermaksud yang cemerlang kemenangan teori Maxwell ... Betapa tidak mungkin pandangannya tentang intipati cahaya kelihatan lebih awal, kini sangat sukar untuk tidak berkongsi pandangan ini.

Pada tahun 1890, Hertz menerbitkan dua artikel: "Mengenai persamaan asas elektrodinamik dalam badan dalam keadaan diam" dan "Mengenai persamaan asas elektrodinamik untuk jasad bergerak." Artikel-artikel ini mengandungi penyelidikan tentang penyebaran "sinar daya elektrik" dan, pada dasarnya, memberikan eksposisi kanonik teori medan elektrik Maxwell, yang telah dimasukkan ke dalam buku teks.

Pengarang: Samin D.K.

Kami mengesyorkan artikel yang menarik bahagian Penemuan saintifik yang paling penting:

▪ undang-undang Oersted

▪ Prinsip saling melengkapi

▪ Agen penyebab tuberkulosis

Lihat artikel lain bahagian Penemuan saintifik yang paling penting.

Baca dan tulis berguna komen pada artikel ini.

<< Belakang

Berita terkini sains dan teknologi, elektronik baharu:

Kulit tiruan untuk emulasi sentuhan 15.04.2024

Dalam dunia teknologi moden di mana jarak menjadi semakin biasa, mengekalkan hubungan dan rasa dekat adalah penting. Perkembangan terkini dalam kulit tiruan oleh saintis Jerman dari Universiti Saarland mewakili era baharu dalam interaksi maya. Penyelidik Jerman dari Universiti Saarland telah membangunkan filem ultra nipis yang boleh menghantar sensasi sentuhan dari jauh. Teknologi canggih ini menyediakan peluang baharu untuk komunikasi maya, terutamanya bagi mereka yang mendapati diri mereka jauh daripada orang tersayang. Filem ultra-nipis yang dibangunkan oleh penyelidik, hanya 50 mikrometer tebal, boleh disepadukan ke dalam tekstil dan dipakai seperti kulit kedua. Filem ini bertindak sebagai penderia yang mengenali isyarat sentuhan daripada ibu atau ayah, dan sebagai penggerak yang menghantar pergerakan ini kepada bayi. Ibu bapa yang menyentuh fabrik mengaktifkan penderia yang bertindak balas terhadap tekanan dan mengubah bentuk filem ultra-nipis. ini ...>>

Petgugu Global kotoran kucing 15.04.2024

Menjaga haiwan peliharaan selalunya boleh menjadi satu cabaran, terutamanya dalam hal menjaga kebersihan rumah anda. Penyelesaian menarik baharu daripada pemula Global Petgugu telah dipersembahkan, yang akan menjadikan kehidupan lebih mudah bagi pemilik kucing dan membantu mereka memastikan rumah mereka bersih dan kemas dengan sempurna. Startup Petgugu Global telah melancarkan tandas kucing unik yang boleh menyiram najis secara automatik, memastikan rumah anda bersih dan segar. Peranti inovatif ini dilengkapi dengan pelbagai sensor pintar yang memantau aktiviti tandas haiwan kesayangan anda dan diaktifkan untuk membersihkan secara automatik selepas digunakan. Peranti ini bersambung ke sistem pembetung dan memastikan penyingkiran sisa yang cekap tanpa memerlukan campur tangan daripada pemilik. Selain itu, tandas mempunyai kapasiti storan boleh siram yang besar, menjadikannya sesuai untuk isi rumah berbilang kucing. Mangkuk sampah kucing Petgugu direka bentuk untuk digunakan dengan sampah larut air dan menawarkan pelbagai jenis tambahan ...>>

Daya tarikan lelaki penyayang 14.04.2024

Stereotaip bahawa wanita lebih suka "budak jahat" telah lama tersebar luas. Walau bagaimanapun, penyelidikan baru-baru ini yang dijalankan oleh saintis British dari Universiti Monash menawarkan perspektif baru mengenai isu ini. Mereka melihat bagaimana wanita bertindak balas terhadap tanggungjawab emosi lelaki dan kesanggupan untuk membantu orang lain. Penemuan kajian itu boleh mengubah pemahaman kita tentang perkara yang menjadikan lelaki menarik kepada wanita. Kajian yang dijalankan oleh saintis dari Universiti Monash membawa kepada penemuan baharu tentang daya tarikan lelaki kepada wanita. Dalam eksperimen itu, wanita ditunjukkan gambar lelaki dengan cerita ringkas tentang tingkah laku mereka dalam pelbagai situasi, termasuk reaksi mereka terhadap pertemuan dengan gelandangan. Sebahagian daripada lelaki itu tidak mengendahkan gelandangan itu, manakala yang lain membantunya, seperti membelikan dia makanan. Kajian mendapati lelaki yang menunjukkan empati dan kebaikan lebih menarik perhatian wanita berbanding lelaki yang menunjukkan empati dan kebaikan. ...>>

Berita rawak daripada Arkib

Membangkitkan enzim tidak aktif untuk fotosintesis buatan 13.01.2020

Keupayaan untuk mencipta semula proses fotosintesis di makmal adalah hidangan yang sangat lazat untuk saintis dan penyelidik dalam konteks sains biologi moden - jika hanya kerana ia dapat menyelesaikan beberapa masalah yang berkaitan dengan keupayaan untuk mengembangkan sesuatu di luar planet kita. Oleh itu, penyelidik dari Universiti Cambridge telah mengusahakan projek sedemikian untuk masa yang lama - dan hari ini mereka membentangkan hasil pertamanya, yang sangat menjanjikan. Dan masalahnya ialah mereka berjaya meningkatkan kecekapan fotosintesis semula jadi dengan ketara menggunakan mekanisme yang telah tidak aktif dalam tumbuhan untuk masa yang lama.

Kita bercakap tentang meningkatkan kecekapan fotosintesis semula jadi tumbuhan melalui penggunaan sel fotoelektrokimia khas asal tiruan, yang dilekatkan pada fotosistem tumbuhan, yang menggunakan spektrum cahaya merah dan biru. Selain itu, lampiran ini dilakukan dengan bantuan enzim khas yang dipanggil hidrogenase, pertama kali ditemui dalam alga, yang mempunyai keupayaan untuk fotosintesis. Gabungan ini memungkinkan untuk meningkatkan kecekapan mekanisme evolusi terpendam fotosintesis semula jadi dalam tumbuhan, sambil mengelakkan penggunaan sebarang jenis pemangkin asal elektrik.

Sebagai contoh, kerja awal dalam satu cara atau yang lain membimbangkan kemungkinan dan keperluan menggunakan elektrik untuk meningkatkan sifat fotosintesis - walau bagaimanapun, pendekatan ini mempunyai beberapa batasan yang sangat ketara dan tidak menyelesaikan masalah penanaman tumbuhan di luar habitat semulajadi mereka - iaitu , di luar planet asal kita.

Keputusan pakar sangat menjanjikan memandangkan fakta bahawa dengan cara ini kehilangan masa yang ketara dan keperluan untuk menggunakan pemangkin pihak ketiga dapat dielakkan. Ramai yang pasti teknologi dan kaedah yang dibentangkan oleh pakar ini akan menjadi sebahagian daripada amalan pada masa hadapan tertentu dan mungkin menjadi salah satu syarat untuk kemungkinan terbang ke planet lain dan menjajahnya. Lagipun, keupayaan untuk menanam tumbuhan dengan lancar sangat bernilai!

Berita menarik lain:

▪ Suis buluh kecil daripada Teknologi Coto

▪ Kertas boleh guna semula

▪ MOSFET Silicon Carbide CoolSiC 1200V dalam Pakej TO247-3/-4

▪ Altimeter MS5611 dan MS5607

▪ Traktor elektrik

Suapan berita sains dan teknologi, elektronik baharu

Bahan-bahan menarik Perpustakaan Teknikal Percuma:

▪ bahagian tapak Pengecas, bateri, bateri. Pemilihan artikel

▪ artikel Jangan berpisah dengan orang tersayang. Ungkapan popular

▪ artikel Bagaimanakah piramid kewangan disusun? Jawapan terperinci

▪ artikel Solnik. Legenda, penanaman, kaedah aplikasi

▪ pasal Seterika elektrik. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

▪ artikel pasu yang menakjubkan. Fokus Rahsia

Tinggalkan komen anda pada artikel ini:

Semua bahasa halaman ini

Laman utama | Perpustakaan | artikel | Peta Laman | Ulasan laman web