Реферат: Теория Максвелла - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Теория Максвелла

Банк рефератов / Физика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 3420 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

11 11 Министерство образования РФ Санкт-Петербургский Институт Машинос троения Р еферат по Физике на тему : "Сущность электромагнитной теории Максвелла " Выполнила : студентка гр . 2801 Шкенева Ю.А. Санкт-Петербург 2003 Содержание Содержание 2 Введение 3 Вихревое электрическое поле 6 Ток смещения 7 Уравнение Максвелла для электромагнитного поля 9 Список используемой литературы 13 Введение Джеймс Клерк Максвелл родился 13 июня 1831г . в Эдинбурге , в семье юриста - обладателя поместья в Шотландии . В мальчике рано проявились любовь к технике и стремление постичь окружающий мир . Большо е влияние на него оказал отец - высокообразованный человек , глубоко интересовавшийся проблемами естествознания и техники . В школе Максвелла увлекала геометрия , и первой его научной работой , выполненной в пятнадцать лет , было открытие простого , но не извес т ного способа вычерчивания овальных фигур . Максвелл получил хорошее образование сначала в Эдинбургском , а затем в Кембриджском университетах. В 1856 г . молодого , подающего надежды ученого приглашают на преподавательскую работу в качестве профессора колледжа шотландского города Абердина . Здесь Максвелл увлеченно работает над проблемами теоретической и прикладной механики , оптики , физиологии цветового зрения . Он блестяще решает загадку колец Сатурна , математически доказав , что они образованы из отдельных част и ц . Имя ученого становится известным , и его приглашают занять кафедру в Королевском колледже в Лондоне . Лондонский период (1860-1865) был самым плодотворным в жизни ученого . Он возобновляет и доводит до завершения теоретические исследования по электродинам и ке , публикует фундаментальные работы по кинетической теории газов. После переезда из Абердина Максвелл с неослабевающим напряжением продолжил свои исследования , уделяя особенно много внимания кинетической теории газов . Рассказывают , что его жена (бывшая Кэ трин Мэри Дьюар , дочь главы Маришальского колледжа ) разводила огонь в подвальном этаже их лондонского дома , чтобы дать Максвеллу возможность проводить в мансарде опыты по изучению тепловых свойств газов . Но решающим и безусловно величайшим достижением Мак с велла было создание им электромагнитной теории. Начало девятнадцатого столетия изобиловало захватывающими открытиями . Вскоре после получения первых стационарных токов Эрстед показал , что текущий по проводнику ток порождает магнитные эффекты , аналогичные эф фектам обусловленным обычным постоянным магнитом . Поэтому было сделано предположение , что два проводника с током должны вести себя подобно двум магнитам , которые , как известно , могут либо притягиваться , либо отталкиваться . Действительно , опыты Ампера и др у гих исследователей подтвердили наличие сил притяжения или отталкивания между двумя проводниками с током . Вскоре удалось сформулировать закон притяжения и отталкивания с такой же точностью , с какой Ньютон сформулировал закон гравитационного притяжения межд у любыми двумя материальными телами. Затем Фарадей и Генри открыли замечательное явление электромагнитной индукции и тем самым продемонстрировали тесную связь между магнетизмом и электричеством. Однако ощущалась настоятельная потребность в создании единой , отвечающей необходимым требованиям теории , которая позволила бы предсказывать развитие электромагнитных явлений во времени и пространстве в самом общем случае , при любых мыслимых конкретных экспериментальных условиях. Именно такой и оказалась электромагнит ная теория Максвелла , сформулированная им в виде системы нескольких уравнений , описывающих все многообразие свойств электромагнитных полей с помощью двух физических величин – напряженности электрического поля Е и напряженности магнитного поля Н . Замечате л ьно то , что эти уравнения Максвелла в их окончательном виде и по сей день остаются краеугольным камнем физики , давая соответствующее действительности описание наблюдаемых электромагнитных явлений. При проектировании высоковольтной линии для передачи электр оэнергии на большие расстояния уравнения Максвелла помогают создать систему , обеспечивающую минимум потерь ; при проведении в лаборатории фундаментальных экспериментов по изучению свойств металлов в высокочастотном электрическом поле в условиях очень низки х температур мы с помощью уравнений Максвелла определяем характер распространения электромагнитного поля внутри металла ; если мы строим новый радиотелескоп , способный улавливать электромагнитные шумы космоса , то при конструировании антенн и волноводов , пер е дающих энергию от антенны к радиоприемнику , мы неизменно пользуемся уравнениями Максвелла. Существует закон , согласно которому сила , действующая на движущийся в магнитном поле заряд , прямо пропорциональна произведению величины заряда на перпендикулярную на правлению магнитного поля составляющую скорости ; эта сила известна нам как «сила Лоренца» . Однако кто-то называет ее «силой Лапласа». В отношении уравнений Максвелла такой неопределенности нет , честь этого открытия принадлежит ему одному. Следует отметить, что в прошлом столетии он был отнюдь не единственным физиком , пытавшимся создать всеохватывающую теорию электромагнетизма , другие тоже не без оснований подозревали наличие глубокой связи между световыми и электрическими явлениями. Главная заслуга Максвелл а в том , что он своим собственным путем пришел к изящной и простой системе уравнений , которая описывает все электромагнитные явления. Уравнения Максвелла не только охватывают и описывают все известные нам электромагнитные явления ; область их применения не ограничивается даже любыми мыслимыми электромагнитными явлениями , протекающими в конкретных локальных условиях . Теория Максвелла предсказала совершенно новый эффект , наблюдавшийся в свободном от материальных тел пространстве , - электромагнитное излучение. Это , безусловно , уникальное достижение , венчающее торжество теории Максвелла. Вихревое электрическое поле Из закона Фарадея i = - d Ф / dt следует , что любое изменение сцепленного с контуром потока магнитно й индукции приводит к возникновению электродвижущей силы индукции и вследствие этого появляется индукционный ток . Следовательно , возникновение э.д.с . электромагнитной индукции возможно и в неподвижном контуре , находящемся в переменном магнитном поле . Одна к о э.д.с . в любой цепи возникает только тогда , когда в ней на носители тока действуют сторонние силы – силы неэлектростатического происхождения . Опыт показывает , что эти сторонние силы не связаны ни с тепловыми , ни с химическими процессами в контуре ; их в озникновение также нельзя объяснить силами Лоренца , так как они на неподвижные заряды не действуют . Максвелл , высказал гипотезу , что всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле , которое и является причиной возн и кновения индукционного тока в контуре . Согласно представлениям Максвелла , контур , в котором появляется э.д.с ., играет второстепенную роль , являясь своего рода лишь “прибором” , обнаруживающим это поле . Итак , по Максвеллу , изменяющееся во времени магнитное поле порождает электрическое поле E B , циркуляция которого , по формуле, E B dl = E Bl dl = - d Ф /dt (1) где , проекция вектора E Bl – проекция вектора E на направление dl ; частная производная Ф / t учитывает зависимость пото ка магнитной индукции только от времени. Подставив в эту формулу (1) выражение Ф = B dS , получим E B dl = - / t B dS Так как контур и поверхность неподвижны , то операции дифференцирования и интегрирования можно поменять местами . Следовательно, E B dl = - B / t dS (2) Согласно E dl = E l dl = 0, циркуляция вектора напряженности электростатического поля (обозначим его E Q ) вдоль замкнутого контура равна нулю : E Q dl = E Ql dl = 0 (3) Сравнивая выражения (1) и (3), видим , что между рассматриваемыми полями ( E B и E Q ) имеется принципиальное различие : циркуляция вектора E B в отличие от циркуляции вектора E Q не равна нулю . Следовательно , электрическое поле E B , возбуждаемое магнитным полем , как и само магнитное поле , является вихревым. Ток смещения Согласно Максвеллу , если всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле , то должно существовать и обратное явле ние : всякое изменение электрического поля должно вызывать появление в окружающем пространстве вихревого магнитного поля . Так как магнитное поле всегда связывается с электрическим током , то Максвелл назвал переменное электрическое поле , возбуждающее магнит н ое поле , током смещения , в отличии от тока проводимости , обусловленного упорядоченным движением зарядов . Для возникновения тока смещения , по Максвеллу , необходимо лишь существование переменного электрического поля . Рис . 1 Рассмотрим цепь переменного тока , содержащую конденсатор (рис . 1). Между обкладками заряжающегося и разряжающегося конденсатора имеется переменное электрическое поле , поэтому , согласно Максвеллу , через конденсатор “протекают” токи смещения , причем в тех участках , где отсутствуют проводники . Следовательно , так как между обкладками конденсатора имеется переменное электрическое поле (ток смещения ), между ними возбуждается и магнитное поле . Найдем , количественную связь между изменяющимся электрическим и вызываемым им магнитным полями . По Максвеллу , переменное электрическое поле в конденсаторе в каждый момент времени создает такое магнитное поле , как если бы между обкладками конденсатора существовал т ок проводимости силой , раной силе токов в подводящих проводах . Тогда можно утверждать , что плотности тока проводимости (j) и смещения (j см ) равны : j см = j. Плотность тока проводимости вблизи обкладок конденсатора j = = = ( )= d / dt , - поверхностная плотность заряда , S – площадь обкладок конденсатора . Следовательно , j см = d / dt (4). Если электрическое смещение в конденсаторе равно D , то , поверхностная плотность заряда на обкладках = D . Учитывая это , выражение (4) можно записать в виде : j см = D / t , где знак частной производной указывает на то , что магнитное поле определяется только быстротой изменения электрического смещения во времени. Так как ток смещения возникает при любом изменении электрическог о поля , то он существует не только в вакууме или диэлектриках , но и внутри проводников , по которым течет переменный ток . Однако в данном случае он пренебрежимо мал по сравнению с током проводимости . Наличие токов смещения подтверждено экспериментально сов е тским физиком А . А . Эйхенвальдом , изучившим магнитное поле тока поляризации , который является частью тока смещения. В общем случае токи проводимости и смещения в пространстве не разделены , они находятся в одном и том же объеме . Максвелл ввел поэтому поняти е полного тока , равного сумме токов проводимости ( а также конвекционных токов ) и смещения . Плотность полного тока : j полн = j + D / t . Введя понятие тока смещения и полного тока , Максвелл по-н овому подошел к рассмотрению замкнутости цепей переменного тока . Полный ток в них всегда замкнут , т . е . На концах проводника обрывается лишь ток проводимости , а в диэлектрике (вакууме ) между концами проводника имеется ток смещения , который замыкает ток пр о водимости. Максвелл обобщил теорему о циркуляции вектора H , введя в ее правую часть полный ток I полн = j полн dS , охватываемый замкнутым контуром L . Тогда о бобщенная теорема о циркуляции вектора H запишется в виде : H dl = ( j + D / t ) dS (5) Выражение (5) справедливо всегда , свидетельством чего является полное соответствие теории и опыта . Уравнение Максвелла для электромагнитного поля Вве дение Максвеллом понятия тока смещения привело его к завершению созданной им единой макроскопической теории электромагнитного поля , позволившей с единой точки зрения не только объяснить электрические и магнитные явления , но и предсказать новые , существова н ие которых было впоследствии подтверждено. В основе теории Максвелла лежат рассмотренные выше четыре уравнения : 1. Электрическое поле может быть как потенциальным ( E Q ), так и вихревым ( E B ), поэтому напряженность суммарного поля E = E Q + E B . Так как цирку ляция вектора E Q равна нулю , а циркуляция вектора E B определяется выражением (2), то циркуляция вектора напряженности суммарного поля E dl = - B / t dS . Это уравнение показывает , что источником электрического поля могут быть не только электрические заряды , но и меняющиеся во времени магнитные поля. 2. Обобщенная теорема о циркуляции вектора H : H dl = ( j + D / t ) dS . Это уравнение показывает , что магнитные поля могут возбуждаться либо движущимися зарядами (электрическими токами ), либо переме нными электрическими полями. 3. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике : D dS = Q (6) Если заряд распределен внутри замкнутой поверхности непрерывно с объемной плотностью с , то формула (6) запишется в виде : D dS = с dV. 4. Теорема Гаусса для поля B : B dS = 0. Итак , полная система уравнений Максвелла в интегральной форме : E dl = - B/ t dS; D dS = с dV; H dl = (j + D/ t) dS; B dS = 0. Величины , входящие в уравнения Максвелла , не являются независимыми и между ними существует следующая связь : D = 0 E ; B = 0 H ; j = E ; где 0 и 0 – соответственно электрическая и магнитная постоянные , и - соответственно диэлектрическая и магнитная проницаемости , - удельная проводимость вещества. Из уравнения Максвелла вытекает , что источниками электрического поля могут быть л ибо электрические заряды , либо изменяющиеся во времени магнитные поля , а магнитные поля могут возбуждаться либо движущимися электрическими зарядами (электрическими токами ), либо переменными электрическим полями . Уравнения Максвелла не симметричны относите л ьно электрического и магнитного полей . Это связано с тем , что в природе существуют электрические заряды , но нет зарядов магнитных . Для стационарных полей ( E = const и B = const ) уравнения Максвелла примут вид : E dl = 0; D dS = Q; H dl = I; B dS = 0. В данном случае электрические и магнитные поля независимы друг от друга , что позволяет изучать отдельно постоянные электрическое и магнитное поля. Воспользовавшись известными из векторного анализа теоремами Стокса и Гаусса : A dl = rot A dS; A dS = div A dV, можно представить полную систему уравнений Максвелла в дифференциальной форме : rot E = - B/ t; div D = с ; rot H = j + D/ t; div B = 0. Если заряды и токи распределены в пространстве непрерывно , то обе формы урав нений Максвелла - интегральная и дифференциальная - эквивалентны . Однако когда имеются поверхности разрыва – поверхности , на которых свойства среды или полей меняются скачкообразно , то интегральная форма уравнений является более общей . Уравнения Максве лла - наиболее общие уравнения для электрических и магнитных полей в покоящихся средах . Они играют в учении об электромагнетизме такую же роль , как законы Ньютона в механике . Из уравнений Максвелла следует , что переменное магнитное поле всегда связано с п орождаемым им электрическим полем , а переменное электрическое поле всегда связано с порождаемым им магнитным , т . е . Электрическое и магнитное поля неразрывно связаны друг с другом – они образуют единое электромагнитное поле. Теория Максвелла является макр оскопической , так как рассматривает электрические и магнитные поля , создаваемые макроскопическими зарядами и токами . Поэтому эта теория не смогла вскрыть внутреннего механизма явлений , которые происходят в среде и приводят к возникновению электрического и магнитного полей . Дальнейшим развитием теории электромагнитного поля Максвелла явилась электронная теория Лоренца , а теория Максвелла – Лоренца получила свое дальнейшее развитие в квантовой физике. Теория Максвелла , являясь обобщением основных законов эле ктрических и магнитных явлений , смогла объяснить не только уже известные экспериментальные факты , что также является важным ее следствием , но и предсказала новые явления . Одним из важных выводов этой теории явилось существование магнитного поля токов смещ е ния , существование электромагнитных волн – переменного электромагнитного поля , распространяющегося в пространстве с конечной скоростью . В дальнейшем было доказано , что скорость распространения свободного электромагнитного поля (не связанного и токами ) в в а кууме равна скорости света с = 3 10 8 м / c . Этот вывод и теоретическое исследование свойств электромагнитных волн привели Максвелла к созданию электромагнитной теории света , согласно которой свет представляет собой также элект ромагнитные волны . Электромагнитные волны на опыте были получены Г . Герцем (1857 – 1894), доказавшим , что законы их возбуждения и распространения полностью описываются уравнениями Максвелла . Таким образом , теория Максвелла получила блестящее экспериментал ь ное подтверждение. Позднее А . Эйнштейн установил , что принцип относительности Галилея для механических явлений распространяется на все другие физические явления. Согласно принципу относительности Эйнштейна , механические , оптические и электромагнитные явл ения во всех инерциальных системах отсчета протекают одинаково , т.е . описываются одинаковыми уравнениями . Из этого принципа вытекает , что отдельное рассмотрение электрического и магнитного полей имеет относительный смысл . Так , если электрическое поле созд а ется системой неподвижных зарядов , то эти заряды , являясь неподвижными относительно одной инерциальной системы отсчета , движутся относительно другой и , следовательно , будут порождать не только электрическое , но и магнитное поле . Аналогично , неподвижным от н осительно одной инерциальной системы отсчета проводник с постоянным током , возбуждая в каждой точке пространства постоянное магнитное поле , движется относительно других инерциальных систем , и создаваемое им переменное магнитное поле возбуждает вихревое эл е ктрическое поле. Таким образом , теория Максвелла , ее экспериментальное подтверждение , а также принцип относительности Эйнштейна приводят к единой теории электрических , магнитных и оптических явлений , базирующиеся на представлении об электромагнитном поле. Список используемой литературы · П . С . Кудрявцев . «Максвелл» , М ., 1976 г. · Д . Мак-Дональд . «Фарадей» , Максвелл и Кельвин» , М ., 1967 г. · Т . И . Трофимова . «Курс Физики» , М ., 1983 г. · Г.М . Голин , С.Р . Филонови ч . Классики физической науки . "Высшая школа ". М ., 1989.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Женщинам хорошо, от них мужчины хотят только секса, а вот мужчинам - сиди, ломай голову, что женщине от тебя нужно.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по физике "Теория Максвелла", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru