Номер 3, страница 272 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

Основные понятия и законы электромагнитной картины мира

Электромагнитная картина мира пришла на смену механической и ввела новые фундаментальные понятия и законы, описывающие электрические, магнитные и оптические явления с единой точки зрения.

Ключевые понятия:

• Электромагнитное поле – особый вид материи, непрерывно распределенный в пространстве, посредством которого осуществляется взаимодействие между электрическими зарядами. Оно является единым целым, состоящим из электрического и магнитного полей, которые могут превращаться друг в друга.
• Электрический заряд ($q$) – фундаментальное свойство элементарных частиц, являющееся источником электромагнитного поля.
• Электрическое поле – компонент электромагнитного поля, создаваемый неподвижными электрическими зарядами и переменными магнитными полями. Характеризуется вектором напряженности $\vec{E}$.
• Магнитное поле – компонент электромагнитного поля, создаваемый движущимися зарядами (электрическим током) и переменными электрическими полями. Характеризуется вектором магнитной индукции $\vec{B}$.
• Электромагнитные волны – распространяющиеся в пространстве возмущения электромагнитного поля. Они движутся в вакууме со скоростью света $c$.
• Принцип близкодействия – фундаментальный принцип, согласно которому взаимодействия передаются не мгновенно (в отличие от ньютоновского принципа дальнодействия), а последовательно от точки к точке через поле с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.

Основные законы:

Фундаментом электромагнитной картины мира является теория электромагнетизма Максвелла, которая обобщается в системе из четырех уравнений, а также закон, описывающий действие поля на заряды.

• Уравнения Максвелла:
  1. Закон Гаусса для электрического поля: Источниками силовых линий электрического поля являются электрические заряды.
  2. Закон Гаусса для магнитного поля: В природе не существует магнитных зарядов (монополей), поэтому силовые линии магнитного поля всегда замкнуты.
  3. Закон электромагнитной индукции Фарадея: Изменяющееся во времени магнитное поле порождает вихревое электрическое поле.
  4. Закон Ампера-Максвелла о циркуляции магнитного поля: Магнитное поле порождается как движущимися зарядами (током), так и изменяющимся во времени электрическим полем (током смещения).
• Сила Лоренца: Закон, определяющий силу, действующую на точечный заряд $q$, движущийся со скоростью $\vec{v}$ в электромагнитном поле: $\vec{F} = q(\vec{E} + [\vec{v} \times \vec{B}])$.
• Закон сохранения электрического заряда: В любой замкнутой системе алгебраическая сумма электрических зарядов остается постоянной.

Ответ: Основными понятиями электромагнитной картины мира являются электромагнитное поле, электрический заряд и принцип близкодействия. Основные законы — это система уравнений Максвелла, закон силы Лоренца и закон сохранения заряда, которые описывают генерацию, распространение и взаимодействие электромагнитных полей, а также их действие на заряженные тела.

Когда она возникла?

Электромагнитная картина мира начала формироваться в середине XIX века благодаря работам многих ученых, но окончательно оформилась во второй половине XIX века.

Ключевую роль в ее создании сыграл шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл. В период с 1860 по 1865 год он разработал и опубликовал свою теорию электромагнетизма. Полностью теория была изложена в его фундаментальном труде "Трактат об электричестве и магнетизме", опубликованном в 1873 году. Эта теория математически объединила все известные на тот момент электрические и магнитные явления и предсказала существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света.

Блестящее экспериментальное подтверждение теории Максвелла было получено в 1886-1888 годах немецким физиком Генрихом Герцем. Он смог экспериментально сгенерировать и обнаружить электромагнитные волны, доказав их реальное существование и измерив их свойства, которые совпали с предсказанными теорией.

Ответ: Электромагнитная картина мира возникла во второй половине XIX века. Её теоретической основой стали работы Джеймса Максвелла (1860-1873 гг.), а экспериментальным подтверждением — опыты Генриха Герца (1886-1888 гг.).