Номер 2, страница 72 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

2. Чем подтверждается реальность существования электрического поля?

Реальность существования электрического поля, как и любого другого физического поля, подтверждается рядом фундаментальных физических явлений и экспериментальных фактов. Концепция поля была введена, чтобы объяснить взаимодействие зарядов на расстоянии, заменив устаревшую теорию дальнодействия, которая предполагала мгновенную передачу взаимодействия. Основные доказательства реальности поля следующие:

• Конечная скорость распространения взаимодействий.

  Согласно теории дальнодействия, сила, действующая со стороны одного заряда на другой, должна передаваться мгновенно. Однако эксперименты и теория, разработанная Джеймсом Клерком Максвеллом, показали, что электрические (и магнитные) взаимодействия распространяются в пространстве не мгновенно, а с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме ($c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с). Этот факт объясняется тем, что один заряд создает вокруг себя электрическое поле, которое затем распространяется в пространстве и, достигнув другого заряда, действует на него с силой. Задержка во времени, необходимая для распространения поля, является прямым доказательством того, что поле — это физический посредник, а не математическая абстракция.

• Существование электромагнитных волн.

  Наиболее убедительным доказательством реальности электрического (и магнитного) поля является существование электромагнитных волн (свет, радиоволны, рентгеновские лучи и т.д.). Электромагнитные волны — это распространяющиеся в пространстве возмущения электромагнитного поля, которые могут существовать независимо от создавших их источников. Они переносят энергию и импульс через вакуум. Например, свет от далеких звезд доходит до нас, путешествуя миллионы лет через пустое пространство. Это было бы невозможно без физического носителя — электромагнитного поля. Экспериментальное открытие электромагнитных волн Генрихом Герцем в 1888 году окончательно подтвердило предсказания теории Максвелла и реальность полей.

• Энергия, импульс и масса поля.

  Электрическое поле обладает энергией. Например, энергия заряженного конденсатора сосредоточена именно в электрическом поле между его обкладками. Плотность энергии электрического поля в вакууме определяется формулой: $w_E = \frac{\epsilon_0 E^2}{2}$, где $E$ — напряженность электрического поля, а $\epsilon_0$ — электрическая постоянная. Эта энергия вполне реальна: ее можно преобразовать в другие виды энергии (тепловую, механическую). Кроме того, электромагнитное поле обладает импульсом, что проявляется, например, в виде светового давления. Согласно теории относительности Эйнштейна, энергия связана с массой соотношением $E=mc^2$, следовательно, поле обладает и инертными свойствами (массой). Все эти физические свойства (энергия, импульс, масса) присущи материи, что подтверждает материальность и, следовательно, реальность электрического поля.

Таким образом, электрическое поле — это не просто удобный математический инструмент для описания взаимодействий, а особая форма материи, обладающая физическими свойствами и существующая объективно, независимо от нашего сознания.

Ответ: Реальность существования электрического поля подтверждается: 1) конечной скоростью распространения электромагнитных взаимодействий (равной скорости света), что требует наличия физического посредника — поля; 2) существованием и распространением электромагнитных волн (например, света) в вакууме, которые переносят энергию и импульс независимо от своих источников; 3) наличием у поля собственных физических свойств, таких как энергия, импульс и масса, что делает его объективной физической реальностью, а не просто математической моделью.