Бесплатная техническая библиотека

Электромагнитная теория света. История и суть научного открытия

Справочник / Важнейшие научные открытия

 Комментарии к статье

"В свое время Ньютон был убежден в том, что свет состоит из мельчайших частичек, скорость перемещения которых практически бесконечна, - говорит Т.Редже в предыстории вопроса. - Его современник Гюйгенс, напротив, был сторонником волнового механизма распространения света, подобного процессу распространения звука в воздухе или в любой материальной среде. Непререкаемый авторитет Ньютона не допустил признания гипотезы Гюйгенса.

В 1700 году Юнг, Френель и некоторые другие ученые приступили к исследованию оптических явлений, непонятных с точки зрения представлений Ньютона. Эти явления прямо указывали на волновую природу света. Как ни парадоксально, но среди этих явлений были и кольца Ньютона, хорошо известные фотографам и возникающие, когда диапозитив помещается между стеклянными пластинами. Яркая окраска некоторых насекомых также возникает в результате сложных процессов интерференции световых волн, происходящих в тонких слоях жидких кристаллов, расположенных на поверхности тела насекомых".

Однако, несмотря на очевидные успехи волновой механической теории света во второй половине XIX века, она была подвергнута сомнению по двум причинам. Одна - опыты Фарадея, открывшего действие магнитного поля на свет. Другая - исследования связи между электрическими и магнитными явлениями, которые проводил Максвелл. "Открытие электромагнитной природы света является великолепной иллюстрацией диалектики развития содержания и формы, - пишет П.С. Кудрявцев. - Новое содержание - электромагнитные волны - было выражено в старой форме картезианских вихрей.

Несоответствие нового содержания, появившегося в результате развития электромагнетизма, не только старой форме теории дальнодействия, но и механической теории эфира ощущал уже Фарадей, искавший для выражения этого содержания новую форму. Такую форму он усматривал в силовых линиях, которые следовало рассматривать не статически, а динамически. Развитию этой мысли посвящены его работы "Мысли о лучевых вибрациях" (1846) и "О физических линиях магнитной силы" (1851).

Открытие Фарадеем в 1845 году связи между магнетизмом и светом явилось новым содержанием в учении о свете и вместе с тем еще раз указывало на строгую поперечность световых колебаний. Все это плохо укладывалось в старую форму механического эфира". Фарадей выдвигает идею силовых линий, в которых происходят поперечные колебания. "Нельзя ли, - пишет он, - предположить, что колебания, которые в известной теории (волновой теории света. - Прим. авт.) принимаются за основу излучения и связанных с ним явлений, происходят в линиях сил, соединяющих частицы, а следовательно, массы материи в одно целое. Эта идея, если ее допустить, освободит нас от эфира, являющегося с другой точки зрения той средой, в которой происходят эти колебания".

Ученый указывает, что колебания, происходящие в линиях сил, представляют собой не механический процесс, а новую форму движения, "некий высший тип колебания". Подобные колебания поперечны и потому могут "объяснить чудесные разнообразные явления поляризации". Они не похожи на продольные звуковые волны в жидкостях и газах. Его теория, как он говорит, "пытается устранить эфир, но не колебания". Эти магнитные колебания распространяются с конечной скоростью:

"...Появление изменения в одном конце силы заставляет предполагать последующее изменение на другом. Распространение света, а потому, вероятно, всех лучистых действий, требует времени, и чтобы колебание линий силы могло объяснить явления излучения, необходимо, чтобы такое колебание также занимало время".

Поиски новой формы привели ученого к становлению важной идеи поперечных магнитных колебаний, распространяющихся, как и свет, с конечной скоростью. Но это и есть центральная идея электромагнитной теории света - мысль, возникшая еще в 1832 году.

Максвелл отмечал в записке к В.Бреггу: "Электромагнитная теория света, предложенная им (Фарадеем) в "Мыслях о лучевых вибрациях" (май, 1846) или "Экспериментальных исследованиях", - это по существу то же, что я начал развивать в этой статье ("Динамическая теория поля" (май, 1865), за исключением того, что в 1846 году не было данных для вычисления скорости распространения".

Подобное признание, однако, не принижает заслуг в исследовании электромагнитного поля Джеймса Максвелла.

Джеймс Максвелл (1831–1879) родился в Эдинбурге. Вскоре после рождения мальчика родители увезли его в свое имение Гленлэр. Сначала приглашали учителей на дом. Потом решено было отдать Джеймса в новую школу, носившую громкое название Эдинбургской академии. Максвелл окончил академию одним из первых, и перед ним распахнулись двери Эдинбургского университета.

Будучи студентом, Максвелл выполнил серьезное исследование по теории упругости, получившее высокую оценку специалистов. И теперь перед ним встал вопрос о перспективе его дальнейшей учебы в Кембридже. Объем знаний Максвелла, мощь его интеллекта и самостоятельность мышления позволили ему добиться высокого места в своем выпуске. Он и занял второе место.

Молодой бакалавр был оставлен в Кембридже - Тринити-колледже в качестве преподавателя. Однако его волновали научные проблемы. Помимо его старого увлечения - геометрии и проблемы цветов, которой он начал заниматься еще в 1852 году, Максвелл заинтересовался электричеством.

20 февраля 1854 года Максвелл сообщает Томсону о своем намерении "атаковать электричество". Результат "атаки" - сочинение "О Фарадеевых силовых линиях" - первое из трех основных трудов Максвелла, посвященных изучению электромагнитного поля. Слово "поле" впервые появилось в том самом письме Томсону, но ни в этом, ни в последующем сочинении, посвященном силовым линиям, Максвелл его не употребляет. Это понятие снова появится только в 1864 году в работе "Динамическая теория электромагнитного поля".

Он публикует две основные работы по созданной им теории электромагнитного поля: "О физических силовых линиях" (1861–1862 годы) и "Динамическая теория электромагнитного поля" (1864–1865 годы). За десять лет Максвелл вырос в крупнейшего ученого, творца фундаментальной теории электромагнитных явлений, ставшей, наряду с механикой, термодинамикой и статистической физикой, одним из устоев классической теоретической физики.

"Трактат по электричеству и магнетизму" - главный труд Максвелла и вершина его научного творчества. В нем он подвел итоги многолетней работы по электромагнетизму, начавшейся еще в начале 1854 года. Предисловие к "Трактату" датировано 1 февраля 1873 года. Девятнадцать лет работал Максвелл над своим основополагающим трудом!

Исследования, произведенные Максвеллом, привели его к выводу, что в природе должны существовать электромагнитные волны, скорость распространения которых в безвоздушном пространстве равна скорости света - 300 000 километров в секунду.

Возникнув, электромагнитное поле распространяется в пространстве со скоростью света, занимая все больший и больший объем. Максвелл утверждал, что волны света имеют ту же природу, что и волны, возникающие вокруг провода, в котором есть переменный электрический ток. Они отличаются друг от друга только длиной. Очень короткие волны и есть видимый свет.

"Предположение Максвелла о том, что изменения электрического поля влекут за собой возникновение потока магнитной индукции, явилось следующим шагом вперед, - пишет А.А. Коробко-Стефанов. - Таким образом, возникшее переменное электрическое поле вокруг магнитного, в свою очередь, создает переменное магнитное поле, охватывающее электрическое, которое вновь возбуждает электрическое, и т. д.

Быстропеременные электрические и магнитные поля, распространяющиеся со скоростью света, образуют электромагнитное поле. Электромагнитное поле распространяется в пространстве от точки к точке, создавая электромагнитные волны. Электромагнитное поле в каждой точке характеризуется напряженностью электрического и магнитного полей. Напряженность электрического и магнитного полей - величины векторные, так как характеризуются не только величиной, но и направлением. Векторы напряженности полей взаимно перпендикулярны и перпендикулярны к направлению распространения".

Поэтому электромагнитная волна является поперечной.

Из теории Максвелла вытекало, что электромагнитные волны возникают в том случае, если изменения напряженности электрического и магнитного полей будут происходить очень быстро.

Справедливость максвелловских представлений опытным путем доказал Генрих Герц. В восьмидесятые годы девятнадцатого века Герц приступил к изучению электромагнитных явлений, работая в аудитории длиной 14 метров и шириной 12 метров. Он обнаружил, что если расстояние приемника от вибратора менее одного метра, то характер распределения электрической силы аналогичен полю диполя и убывает обратно пропорционально кубу расстояния. Однако на расстояниях, превышающих 3 метра, поле убывает значительно медленнее и неодинаково в различных направлениях. В направлении оси вибратора действие убывает значительно быстрее, чем в направлении, перпендикулярном оси, и едва заметно на расстоянии 4 метров, тогда как в перпендикулярном направлении оно достигает расстояний, больших 12 метров.

Этот результат противоречит всем законам теории дальнодействия. Герц продолжал исследование в волновой зоне своего вибратора, поле которого он позже рассчитал теоретически. В ряде последующих работ Герц неопровержимо доказал существование электромагнитных волн, распространяющихся с конечной скоростью. "Результаты опытов, поставленных мною над быстрыми электрическими колебаниями, - писал Герц в своей восьмой статье 1888 года, - показали мне, что теория Максвелла обладает преимуществом перед всеми другими теориями электродинамики".

Поле в этой волновой зоне в различные моменты времени Герц изобразил с помощью картины силовых линий. Эти рисунки Герца вошли во все учебники электричества. Расчеты Герца легли в основу теории излучения антенн и классической теории излучения атомов и молекул.

Таким образом, Герц в процессе своих исследований окончательно и безоговорочно перешел на точку зрения Максвелла, придал удобную форму его уравнениям, дополнил теорию Максвелла теорией электромагнитного излучения. Герц получил экспериментально электромагнитные волны, предсказанные теорией Максвелла, и показал их тождество с волнами света.

В 1889 году Герц прочитал доклад "О соотношении между светом и электричеством" на 62-м съезде немецких естествоиспытателей и врачей.

Здесь он подводит итоги своих опытов в следующих словах: "Все эти опыты очень просты в принципе, но, тем не менее, они влекут за собой важнейшие следствия. Они рушат всякую теорию, которая считает, что электрические силы перепрыгивают пространство мгновенно. Они означают блестящую победу теории Максвелла... Насколько маловероятным казалось ранее ее воззрение на сущность света, настолько трудно теперь не разделить это воззрение".

В 1890 году Герц опубликовал две статьи: "Об основных уравнениях электродинамики в покоящихся телах" и "Об основных уравнениях электродинамики для движущихся тел". Эти статьи содержали исследования о распространении "лучей электрической силы" и, в сущности, давали то каноническое изложение максвелловской теории электрического поля, которое вошло с тех пор в учебники.

Автор: Самин Д.К.

 Рекомендуем интересные статьи раздела Важнейшие научные открытия:

▪ Радиоактивность

▪ Принцип дополнительности

▪ Психоанализ Юнга

Смотрите другие статьи раздела Важнейшие научные открытия.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Учуять деменцию 28.12.2016 Несмотря на то, что существует несколько лекарств, замедляющих развитие болезни Альцгеймера, их лучше принимать на самых ранних стадиях развития деменции. Вопрос в том, как определить начало заболевания. Существующие способы включают в себя выявление факторов риска вроде гена АРОЕ-е4 через анализ крови, неврологическое обследование, нейровизуализацию и т.п. Новый способ диагностики предложили исследователи из университета штата Пенсильвания (США). Они взяли за основу исследования, которые показывали, что снижение чувствительности обоняния может быть связано с болезнью Альцгеймера. После этого ученые обследовали в общей сложности 728 пожилых людей, используя стандартную Монреальскую шкалу оценки когнитивных функций, а также ольфакторный тест, в котором испытуемый определяет различные запахи с закрытыми глазами. Каждый из пациентов прошел предварительное обследование с использованием различных неврологических методов, после чего пациентов разделили на три группы: здоровые пожилые люди, люди с умеренным когнитивным расстройством и пациенты с болезнью Альцгеймера. С помощью когнитивного теста ученые смогли правильно идентифицировать 75% пациентов в группе с умеренным когнитивным расстройством. С добавлением результатов ольфакторного теста результат вырос до 87%, что весьма важно, поскольку умеренное когнитивное расстройство обычно наступает за несколько лет до начала болезни Альцгеймера. Комбинация когнитивного и ольфакторного тестов повысила точность выявления пациентов, входивших и в другие группы. Теперь исследователи работают над тем, чтобы сократить время, затрачиваемое на ольфакторный тест, с 5-8 минут до трех и подтвердить, что более короткое время не влияет на результат. Кроме того, ученые собираются выяснить, можно ли обнаружить в носовой жидкости белковые маркеры болезни Альцгеймера, которые присутствуют в ольфакторном отделе мозга до начала деменции, чтобы разработать еще один диагностический инструмент.

Другие интересные новости:

▪ Устройство, разлагающее звуки без помощи цифровых технологий

▪ Кофеманы имеют меньший риск ранней смерти

▪ Упрощение переработки древесины в биотопливо

▪ Пользователи онлайн-магазинов чаще просматривают товары, чем покупают их

▪ Ремни безопасности с подогревом

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Справочные материалы. Подборка статей

▪ статья Максимилиан Робеспьер. Знаменитые афоризмы

▪ статья Когда ослов и ученых поставили на середину? Подробный ответ

▪ статья Функциональный состав телевизоров Akai. Справочник

▪ статья Узел управления симистором. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Летающая спичка. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026