x-uni.com
x-uni.com
x-uni.com
Математика
Биология
Литература
Русский язык
География
Физика
Химия
История
Английский
Информатика
География
Информатика
Курс лекций для ФМШ Электростатика, Ершов А. П., 2007

Курс лекций для ФМШ Электростатика, Ершов А. П., 2007

Курс лекций для ФМШ Электростатика, Ершов А. П., 2007.

Мы начинаем изучение электродинамики. Это не просто новый раздел, что-то вроде усовершенствованной механики. Развитие физики - это развитие представлений людей о природе. Сейчас уместно вспомнить историю.

Основы механики заложили Галилей и Ньютон еще в XVII веке. Хотя современный вид эта наука приобрела в XVIII - XIX веках (Лагранж, Гамильтон), это было в основном развитие форм, методов и приемов. Механикой занимаются и до сих пор; нынешние продвижения — это новые решения, иногда даже новые неожиданные области (как динамический хаос). В механике есть сложные задачи, есть еще нерешенные, есть и такие, которые вряд ли удастся решить в обозримом будущем. Но все они в принципе уже содержатся в законах Ньютона. Механика в этом смысле проста и понятна. Она опирается на житейский здравый смысл и повседневный опыт каждого человека. Объекты механики тоже просты и привычны (кирпичи, повозки), а более сложные вещи (автомобили, самолеты) - это не более как комбинации простых деталей. Благодаря расцвету механики в XIX веке приобрела популярность концепция материи, в то время попросту понимаемой как вещество, и развелись во множестве философы-материалисты.

Молекулярная физика создана в основном в XIX веке. Такая задержка именно вызвана тем, что объекты «теплоты» более сложны и часто плохо доступны восприятию. Вначале появилась идея тепла как неосязаемой жидкости, которая как бы плещется в нагретых кирпичах и может из одного в другой перетекать. Прорыв начался, когда была осознана идея молекулярной структуры вещества, и всячески пытались свести теплоту к механике. Этот путь привел к частичному успеху (например, про горячее тело мы говорим не как бывало, что в нем избыток теплорода, а что его молекулы имеют много кинетической энергии). Но выявились проблемы следующего уровня: поведение теплоемкости, излучение... В прошлом семестре мы замели их под ковер, объявив, что это область квантовой механики и электродинамики. Возможно, преподавателям и не удалось в должной мере всех в этом убедить, но хорошо уже, если мы донесли, что тут не годится классическая механика. Впрочем, теплоемкость и фотоны — это некие тонкости, а есть проблема более грубая и зримая. Почему вещество делится на части только до масштаба порядка 10 в минус 8 степени см, а не дальше? Откуда взялся этот размер, который мы называем атомным?

Для ответа на эти вопросы следует прежде всего изучить электродинамику. В течение XIX века было осознано (Фарадей, Максвелл, Герц и др.), что кроме вещества (того, что делится на атомы), есть в природе и другие сущности - поля, из которых предметом электродинамики являются электрическое и магнитное поле.

«На глаз» нельзя отличить провода «под током» и отключенные, что и приводит к электрическим поражениям. Но это не значит, что наши органы чувств не реагируют на поля.

Электрическое поле
мы прекрасно чувствуем: если оно присутствует в организме (одновременно идет ток), то непроизвольно сокращаются мышцы и возникают непривычные ощущения, памятные каждому, кто хоть раз хватался за провода. Meнее сильное поле (от батарейки) ощущается на вкус. Связаны эти эффекты с тем, что управляющие сигналы в организме, в нервах и пр. — электрические.

Магнитное поле
человек не замечает: попробуйте отличить магнит и простой кусок железа, не прибегая к таким индикаторам, как гвозди.
Однако некоторые птицы как будто ориентируются по довольно слабому земному магнитному полю.
С другой стороны, свет — это чистое электромагнитное поле, больше в нем ничего нет, а именно свет мы только и видим.
И вообще все наши ощущения на микроуровне формируются именно полями, в основном электрическое поле действует как передаточный ремень.
Можно сказать, что наши ощущения нас обманывают. Мы чувствуем не то, что есть на самом деле.
Видно, что восприятие полей какое-то косвенное, оно резко отличается от восприятия грубо материальных предметов. Потому-то понятие поля возникло достаточно поздно, приблизительно с работ Фарадея (первая треть XIX века). Если теплота как-то свелась к механике, правда не всегда обычной, то электродинамика - вещь принципиально не механическая. Хоть электромагнитное поле имеет энергию и импульс, может воздействовать на «обычные» макроскопические предметы с некоторой силой, но это воздействие никак не главное, а сами поля не имеют ничего общего с основой ньютоновской механики - материальными точками. Это гораздо более тонкие вещи. Напротив, на микроскопическом уровне все вещество пронизано и «скреплено» полями: в атомах в основном электрическое поле не дает электронам разбежаться.

Пример из текста
В проводниках электрические заряды движутся свободно. Если внести проводник в поле, оно начнет перемещать заряды (другими словами, пойдет ток). Легко видеть, что заряды перемещаются так, чтобы компенсировать внешнее поле. Иначе в куске металла неопределенное время протекал бы ток из-за того только, что к нему поднесли заряд (вечный двигатель). Реально токи идут короткое время, пока не исчезнет поле внутри металла. После установления равновесия в проводнике Е = 0. Следовательно, в электростатике проводники будут эквинотенциалями при любой форме и независимо от распределения зарядов снаружи. (Конечно, конкретные значения потенциалов зависят от этих факторов). Типичная задача электростатики и состоит в нахождении поля и/или потенциала в области, по крайней мере часть границ которой образована проводниками с известными потенциалами. Электрическое поле всегда перпендикулярно поверхности проводника, как эквипотенциали.
Еще одно свойство проводников: внутри проводника не может находиться нескомпенсированный заряд. Действительно, при нулевом поле нулевым будет и поток через любую замкнутую поверхность, которая умещается целиком внутри проводника. Тогда согласно (1-11) заряд внутри такой поверхности нулевой. Это не значит, что проводник нельзя зарядить. Избыточные заряды на проводнике — совершенно обычное дело, но все они «выталкиваются» на поверхность проводника. Если в проводнике имеется полость, не содержащая зарядов, то и внутри полости иоле равно нулю (экранировка).

Предложения интернет-магазинов

Архимед. Научно-методический сборник №12

  Издательство: АНО Институт логики, 2013 г.

Цена: 269 руб.   Купить

В настоящем сборнике представлены тезисы докладов участников семинара "Интеграция основного и дополнительного физико-математического образования", проходившего 03 февраля 2016 года в ФМШ № 2007 ЮЗОУО г. Москвы, а также другие публикации, посвященные вопросам дополнительного физико-математического образования.


Архимед. Научно-методический сборник. Выпуск 11

  Издательство: АНО Институт логики, 2013 г.

Цена: 219 руб.   Купить

В настоящем сборнике представлены тезисы докладов участников семинара "Интеграция основного и дополнительного физико-математического образования", проходившего 28 января 2015 года в ФМШ №2007 ЮЗОУО г. Москвы, а так же другие публикации, посвященные вопросам дополнительного физико-математического образования.


Архимед. Научно-методический сборник. Выпуск 10

  Издательство: АНО Институт логики, 2014 г.  Серия: Архимед

Цена: 225 руб.   Купить

В настоящем сборнике представлены тезисы докладов участников семинара "Интеграция основного и дополнительного физико-математического образования", проходившего 29 января 2014 года в ФМШ № 2007 ЮЗОУО г. Москвы, а также другие публикации, посвященные вопросам дополнительного физико-математического образования.


Лексикология китайского языка

Автор(ы): Кленин Иван Дмитриевич, Щичко Владимир Федорович   Издательство: Восточная книга, 2013 г.

Цена: 284 руб.   Купить

Настоящий курс лекций отражает современный уровень знаний в области лексикологии и фразеологии китайского языка. В нем подробно изложены сведения об особенностях китайской лексики, в частности, о таких, как военно-техническая терминология, морфемная контракция, китайская лексикография, которые в лекциях других авторов обычно не рассматриваются.