התיאוריה האלקטרומגנטית של האור. היסטוריה ומהות הגילוי המדעי

גילויים מדעיים חשובים ביותר
ספרייה חינם / מדריך / התגליות המדעיות החשובות ביותר

התיאוריה האלקטרומגנטית של האור. היסטוריה ומהות הגילוי המדעי

התגליות המדעיות החשובות ביותר

"בזמני ניוטון היה משוכנע שהאור מורכב מהחלקיקים הקטנים ביותר, שמהירות התנועה שלהם היא כמעט אינסופית, - אומר ט' רג' ברקע הנושא. - בן זמנו הויגנס, להיפך, היה תומך במנגנון הגלים של התפשטות האור, בדומה לתהליך התפשטות הקול באוויר או בכל תווך חומרי. הסמכות הבלתי מעורערת של ניוטון לא אפשרה הכרה בהשערתו של הויגנס.

בשנת 1700 החלו יונג, פרנל וכמה מדענים נוספים לחקור תופעות אופטיות שלא היו מובנות מנקודת המבט של רעיונותיו של ניוטון. תופעות אלו הצביעו ישירות על אופי הגל של האור. באופן פרדוקסלי, בין התופעות הללו היו הטבעות של ניוטון, המוכרות היטב לצלמים והן נוצרות כאשר מניחים שקפים בין לוחות זכוכית. הצבע הבהיר של חרקים מסוימים מתעורר גם כתוצאה מתהליכים מורכבים של הפרעות בגלי אור המתרחשים בשכבות דקות של גבישים נוזליים הממוקמים על פני גוף החרקים.

עם זאת, למרות ההצלחות הברורות של תיאוריית האור המכאנית של הגלים במחצית השנייה של המאה ה-XNUMX, היא הוטלה בספק משתי סיבות. האחת היא חוויות פאראדיישגילה את ההשפעה של שדה מגנטי על האור. השני הוא מחקר על הקשר בין תופעות חשמליות למגנטיות, שבוצע על ידי מקסוול. "הגילוי של הטבע האלקטרומגנטי של האור הוא המחשה מרהיבה של הדיאלקטיקה של התפתחות התוכן והצורה", כותב פ"ס קודריאבצב. "התוכן החדש - גלים אלקטרומגנטיים - התבטא בצורה הישנה של מערבולות קרטזיות.

את הפער בין התוכן החדש שהופיע כתוצאה מהתפתחות האלקטרומגנטיות, לא רק הצורה הישנה של תורת הפעולה ארוכת הטווח, אלא גם התיאוריה המכנית של האתר כבר הרגיש פאראדי, שחיפש אחר צורה חדשה לבטא תוכן זה. הוא ראה צורה כזו בקווי הכוח, שיש להתייחס אליה לא באופן סטטי, אלא באופן דינמי. פיתוח מחשבה זו מוקדש ליצירותיו "מחשבות על תנודות קרניים" (1846) ו"על הקווים הפיזיים של כוח מגנטי" (1851).

גילויו של פאראדיי בשנת 1845 של הקשר בין מגנטיות לאור היה תוכן חדש בתורת האור ובו בזמן הצביע שוב על האופי הרוחבי הקפדני של תנודות האור. כל זה לא התאים היטב לצורה הישנה של האתר המכני." פאראדיי מעלה את הרעיון של קווי כוח שבהם מתרחשות תנודות רוחביות...) נתפסים כבסיס לקרינה ולתופעות הקשורות אליה, מתרחשות ב קווי הכוחות המחברים את החלקיקים, וכתוצאה מכך, את המוני החומר למכלול אחד. רעיון זה, אם יתקבל, ישחרר אותנו מהאתר, שהוא, מנקודת מבט אחרת, המדיום שבו מתרחשות התנודות הללו.

המדען מציין שהתנודות המתרחשות בקווי הכוחות אינן תהליך מכני, אלא צורה חדשה של תנועה, "סוג מסוים גבוה יותר של תנודה". תנודות כאלה הן רוחביות ולכן יכולות "להסביר את התופעות המגוונות הנפלאות של קיטוב". הם אינם כמו גלי קול אורכיים בנוזלים ובגזים. התיאוריה שלו, הוא אומר, "מנסה לחסל את האתר, אבל לא את התנודות". תנודות מגנטיות אלו מתפשטות במהירות סופית:

"... הופעתו של שינוי בקצה אחד של הכוח מרמזת על שינוי עוקב בקצה השני. התפשטות האור, ולכן, כנראה, של כל פעולות הקרינה, לוקחת זמן, ועל מנת לתנודת הקווים. של כוח כדי להסביר את תופעות הקרינה, יש צורך שגם תנודה כזו תיקח זמן".

החיפוש אחר צורה חדשה הוביל את המדען להיווצרות רעיון חשוב של תנודות מגנטיות רוחביות, אשר, כמו אור, מתפשטות במהירות סופית. אבל זה הרעיון המרכזי של התיאוריה האלקטרומגנטית של האור - רעיון שעלה כבר ב-1832.

מקסוול ציין בהערה ל-W. Bragg: "התיאוריה האלקטרומגנטית של האור שהוצעה על ידו (פאראדיי) ב"מחשבות על רעידות רדיאליות" (מאי, 1846) או "חקירות ניסויות" היא בעצם אותה תיאוריה שהתחלתי לפתח בזה. מאמר ("תורת השדה הדינמי" (מאי, 1865), אלא שבשנת 1846 לא היו נתונים לחישוב מהירות ההתפשטות."

אולם הכרה כזו אינה מזלזלת בזכות בחקר השדה האלקטרומגנטי על ידי ג'יימס מקסוול.

ג'יימס מקסוול (1831–1879) נולד באדינבורו. זמן קצר לאחר לידת הילד, הוריו לקחו אותו לאחוזתם גלנלר. בתחילה הוזמנו מורים לבית. אז הוחלט לשלוח את ג'יימס לבית ספר חדש, שנשא את השם הרם של האקדמיה של אדינבורו. מקסוול היה מהראשונים שסיימו את האקדמיה, ודלתות אוניברסיטת אדינבורו נפתחו לפניו.

כסטודנט, מקסוול ביצע מחקר רציני על תורת הגמישות, אשר זכה להערכה רבה על ידי מומחים. ועכשיו הוא עמד בפני שאלת הסיכוי להמשך לימודיו בקיימברידג'. נפח הידע של מקסוול, כוח האינטלקט שלו ועצמאות המחשבה אפשרו לו להשיג מקום גבוה בשחרורו. הוא לקח את המקום השני.

הרווק הצעיר הושאר בקיימברידג' - טריניטי קולג' כמורה. עם זאת, הוא היה מודאג מבעיות מדעיות. בנוסף לתשוקה הישנה שלו - גיאומטריה ובעיית הצבעים, אותה החל ללמוד כבר ב-1852, החל מקסוול להתעניין בחשמל.

ב-20 בפברואר 1854, מקסוול מודיע לתומסון על כוונתו "לתקוף חשמל". התוצאה של "המתקפה" היא החיבור "על קווי הכוח של פאראדיי" - הראשון מבין שלוש העבודות העיקריות של מקסוול שהוקדשו לחקר השדה האלקטרומגנטי. המילה "שדה" הופיעה לראשונה באותו מכתב לתומסון, אך מקסוול אינו משתמש בה בעבודה זו או בעבודה שלאחר מכן על קווי כוח. מושג זה מופיע שוב רק בשנת 1864 בעבודה "התיאוריה הדינמית של השדה האלקטרומגנטי".

הוא מפרסם שתי עבודות עיקריות על תורת השדה האלקטרומגנטי שיצר: "על קווי הכוח הפיזיים" (1861-1862) ו"התיאוריה הדינמית של השדה האלקטרומגנטי" (1864-1865). במשך עשר שנים גדל מקסוול למדען בולט, היוצר של התיאוריה הבסיסית של תופעות אלקטרומגנטיות, אשר יחד עם מכניקה, תרמודינמיקה ופיזיקה סטטיסטית, הפכה לאחד היסודות של הפיזיקה התיאורטית הקלאסית.

"מסכת על חשמל ומגנטיות" - יצירתו העיקרית של מקסוול ושיא עבודתו המדעית. הוא סיכם בו את התוצאות של שנים רבות של עבודה על אלקטרומגנטיות, שהחלה כבר בתחילת 1854. ההקדמה ל"מסכת" מתוארכת ל-1 בפברואר 1873. תשע עשרה שנים עבד מקסוול על עבודתו הבסיסית!

מחקריו של מקסוול הובילו אותו למסקנה שבטבע חייבים להתקיים גלים אלקטרומגנטיים, שמהירות ההתפשטות שלהם בחלל חסר אוויר שווה למהירות האור - 300 קילומטרים לשנייה.

לאחר שהתעורר, השדה האלקטרומגנטי מתפשט בחלל במהירות האור, ותופס נפח גדול יותר ויותר. מקסוול טען שגלי האור הם בעלי אופי זהה לגלים המתעוררים סביב חוט שבו יש זרם חשמלי לסירוגין. הם נבדלים זה מזה רק באורך. אורכי גל קצרים מאוד הם אור נראה.

"ההנחה של מקסוול ששינויים בשדה החשמלי כרוכים בהופעת שטף אינדוקציה מגנטי הייתה הצעד הבא קדימה", כותבת א.א. קורובקו-סטפנוב. "לפיכך, השדה החשמלי המתחלף שנוצר סביב השדה המגנטי, יוצר בתורו חילופין שדה מגנטי חובק שדה חשמלי, ששוב מעורר שדה חשמלי וכו'.

שדות חשמליים ומגנטיים המשתנים במהירות המתפשטים במהירות האור יוצרים שדה אלקטרומגנטי. שדה אלקטרומגנטי מתפשט בחלל מנקודה לנקודה ויוצר גלים אלקטרומגנטיים. השדה האלקטרומגנטי בכל נקודה מאופיין בעוצמת השדות החשמליים והמגנטיים. עוצמת השדות החשמליים והמגנטיים הם כמויות וקטוריות, מכיוון שהם מאופיינים לא רק בגודל, אלא גם בכיוון. וקטורי עוצמת השדה מאונכים ומאונכים זה לזה לכיוון ההתפשטות.

לכן, הגל האלקטרומגנטי הוא רוחבי.

לפי התיאוריה של מקסוול, גלים אלקטרומגנטיים נוצרים אם שינויים בעוצמת השדות החשמליים והמגנטיים מתרחשים מהר מאוד.

תקפותם של רעיונותיו של מקסוול הוכחה אמפירית על ידי היינריך הרץ. בשנות השמונים של המאה התשע-עשרה החל הרץ לחקור תופעות אלקטרומגנטיות, ועבד באולם באורך 14 מטרים ורוחבו 12 מטרים. הוא מצא שאם המרחק של המקלט מהוויברטור קטן ממטר אחד, אז אופי ההתפלגות של הכוח החשמלי דומה לשדה הדיפול ויורד הפוך כקוביית המרחק. עם זאת, במרחקים העולה על 3 מטרים, השדה יורד הרבה יותר לאט ואינו זהה לכיוונים שונים. בכיוון ציר הוויברטור, הפעולה פוחתת מהר הרבה יותר מאשר בכיוון הניצב לציר, וכמעט לא מורגשת במרחק של 4 מטר, בעוד שבכיוון הניצב היא מגיעה למרחקים הגדולים מ-12 מטר.

תוצאה זו סותרת את כל חוקי התיאוריה ארוכת הטווח. הרץ המשיך במחקר באזור הגל של הוויברטור שלו, שאת שדהו חישב מאוחר יותר באופן תיאורטי. במספר עבודות עוקבות, הרץ הוכיח ללא עוררין את קיומם של גלים אלקטרומגנטיים המתפשטים במהירות סופית. "תוצאות הניסויים שלי על תנודות חשמליות מהירות", כתב הרץ במאמרו השמיני ב-1888, "הראו לי שלתיאוריה של מקסוול יש יתרון על פני כל התיאוריות האחרות של האלקטרודינמיקה".

השדה באזור גל זה ברגעי זמן שונים תואר על ידי הרץ באמצעות תמונה של קווי כוח. רישומים אלה של הרץ נכללו בכל ספרי הלימוד בחשמל. חישוביו של הרץ היוו את הבסיס לתיאוריית קרינת האנטנה ולתיאוריה הקלאסית של קרינת אטומים ומולקולות.

לפיכך, במהלך המחקר שלו, הרץ עבר לבסוף וללא תנאי לנקודת המבט של מקסוול, נתן צורה נוחה למשוואות שלו, השלים את התיאוריה של מקסוול עם תורת הקרינה האלקטרומגנטית. הרץ השיג בניסוי את הגלים האלקטרומגנטיים שנחזה על ידי התיאוריה של מקסוול והראה את זהותם עם גלי האור.

ב-1889 קרא הרץ דו"ח "על הקשר בין אור לחשמל" בקונגרס ה-62 של חוקרי טבע ורופאים גרמנים.

כאן הוא מסכם את הניסויים שלו במילים הבאות: "כל הניסויים האלה הם פשוטים מאוד בעקרון, אבל, בכל זאת, הם טומנים בחובם את ההשלכות החשובות ביותר. הם הורסים כל תיאוריה שחושבת שכוחות חשמליים קופצים לחלל באופן מיידי. הם מתכוונים ל"מבריק" ניצחון התיאוריה של מקסוול... עד כמה ראייתה של מהות האור נראתה לא סבירה קודם לכן, עכשיו כל כך קשה שלא לחלוק את הדעה הזו.

ב-1890 פרסם הרץ שני מאמרים: "על המשוואות הבסיסיות של האלקטרודינמיקה בגופים במנוחה" ו"על המשוואות הבסיסיות של האלקטרודינמיקה לגופים נעים". מאמרים אלה הכילו מחקר על התפשטות "קרני כוח חשמלי" ובעצם נתנו את אותה הסבר קנוני של תיאוריית השדה החשמלי של מקסוול, שנכללה מאז בספרי לימוד.

מחבר: סאמין ד.ק.

אנו ממליצים על מאמרים מעניינים סעיף התגליות המדעיות החשובות ביותר:

▪ חוק הכבידה

▪ ירחים של צדק

▪ יסודות האמבריולוגיה

ראה מאמרים אחרים סעיף התגליות המדעיות החשובות ביותר.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

קיומו של כלל אנטרופיה להסתבכות קוונטית הוכח 09.05.2024

מכניקת הקוונטים ממשיכה להדהים אותנו עם התופעות המסתוריות והתגליות הבלתי צפויות שלה. לאחרונה הציגו ברטוס רגולה ממרכז RIKEN למחשוב קוונטי ולודוביקו לאמי מאוניברסיטת אמסטרדם תגלית חדשה הנוגעת להסתבכות קוונטית והקשר שלה לאנטרופיה. להסתבכות קוונטית יש תפקיד חשוב במדע ובטכנולוגיה של מידע קוונטי מודרני. עם זאת, מורכבות המבנה שלו הופכת את ההבנה והניהול שלו למאתגרים. התגלית של רגולוס ולמי מראה שההסתבכות הקוונטית פועלת לפי כלל אנטרופיה דומה לזה של מערכות קלאסיות. תגלית זו פותחת נקודות מבט חדשות בתחום מדע וטכנולוגיה של מידע קוונטי, ומעמיקה את הבנתנו את ההסתבכות הקוונטית והקשר שלה לתרמודינמיקה. תוצאות המחקר מצביעות על אפשרות הפיכה של טרנספורמציות של הסתבכות, מה שיכול לפשט מאוד את השימוש בהן בטכנולוגיות קוונטיות שונות. פתיחת כלל חדש ... >>

מזגן מיני Sony Reon Pocket 5 09.05.2024

הקיץ הוא זמן להירגעות ולנסיעות, אבל לעתים קרובות החום יכול להפוך את הזמן הזה לייסורים בלתי נסבלים. הכירו מוצר חדש מבית סוני - מזגן המיני Reon Pocket 5, המבטיח להפוך את הקיץ לנוח יותר עבור המשתמשים בו. סוני הציגה מכשיר ייחודי - המיני-מרכך Reon Pocket 5, המספק קירור הגוף בימים חמים. בעזרתו, המשתמשים יכולים ליהנות מקרירות בכל זמן ובכל מקום פשוט על ידי לענוד אותו על צווארם. מזגן מיני זה מצויד בהתאמה אוטומטית של מצבי פעולה, כמו גם בחיישני טמפרטורה ולחות. הודות לטכנולוגיות חדשניות, Reon Pocket 5 מתאים את פעולתו בהתאם לפעילות המשתמש ולתנאי הסביבה. משתמשים יכולים להתאים בקלות את הטמפרטורה באמצעות אפליקציה ייעודית לנייד המחוברת באמצעות Bluetooth. בנוסף, זמינים לנוחות חולצות טי ומכנסיים קצרים בעיצוב מיוחד, אליהם ניתן לחבר מזגן מיני. המכשיר יכול הו ... >>

אנרגיה מהחלל עבור ספינת הכוכבים 08.05.2024

ייצור אנרגיה סולארית בחלל הופך לאפשרי יותר עם כניסתן של טכנולוגיות חדשות ופיתוח תוכניות חלל. ראש הסטארט-אפ Virtus Solis שיתף את החזון שלו להשתמש בספינת הכוכבים של SpaceX כדי ליצור תחנות כוח מסלוליות המסוגלות להניע את כדור הארץ. הסטארט-אפ Virtus Solis חשף פרויקט שאפתני ליצירת תחנות כוח מסלוליות באמצעות ספינת הכוכבים של SpaceX. רעיון זה עשוי לשנות באופן משמעותי את תחום הפקת האנרגיה הסולארית, ולהפוך אותו לנגיש וזול יותר. ליבת התוכנית של הסטארט-אפ היא להפחית את עלות שיגור לוויינים לחלל באמצעות Starship. פריצת דרך טכנולוגית זו צפויה להפוך את ייצור אנרגיה סולארית בחלל לתחרותי יותר עם מקורות אנרגיה מסורתיים. Virtual Solis מתכננת לבנות פאנלים פוטו-וולטאיים גדולים במסלול, באמצעות Starship כדי לספק את הציוד הדרוש. עם זאת, אחד האתגרים המרכזיים ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

סטנט מתכלה לילדים עם מחלות בדרכי הנשימה 25.01.2021

היצרות של דרכי הנשימה היא פתולוגיה מורכבת לילדים. לרוב מטפלים בשיטות כירורגיות ומתקינים צינור מיוחד - סטנט, כדי שדרכי הנשימה לא ייסגרו ולא יפריעו לגישה של אוויר לגוף.

עם הזמן מסירים סטנטים (בדרך כלל עשויים מתכת או סיליקון) מכיוון שהם עלולים לפגוע בדרכי הנשימה.

חוקרים מאוניברסיטת פיטסבורג בארה"ב מצאו דרך ליצור סטנט מסגסוגת מגנזיום שהוא מתכלה.

בניסויי מעבדה, הסטנט הראה פלסטיות גבוהה במיוחד, שבגללה אין פגיעה ברקמות הגוף, והראה תוצאות טובות יותר מאלה שהיו בשימוש עד כה.

עוד חדשות מעניינות:

▪ פלסטיק תפוחי אדמה

▪ אנרגיה מזיתים

▪ טלקינזיס וירטואלי

▪ כרטיס Nvidia GeForce GTX Titan X 3D

▪ מגבר תפעולי כפול EL1510

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ קטע באתר החשמלאי. PTE. בחירת מאמרים

▪ מאמר הכוח השתנה! ביטוי עממי

▪ מאמר מהו העופות הרבים ביותר? תשובה מפורטת

▪ מאמר מהנדס הידראולי. תיאור משרה

▪ מאמר מחולל צורות גל תוסף. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר הגנה אוטומטית על ציוד רדיו מעומסי יתר כאשר מופעל. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר