История открытия и практическое применение электромагнетизма

Реферат: История  открытия и практическое применение электромагнетизма 

РЕФЕРАТ по теме: «ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА». 

СОДЕРЖАНИЕ: 

Страницы

ВВЕДЕНИЕ 2-3

ГЛАВА 1

Из истории открытия электромагнитных волн 3-13 

1. Опыты Ганса  Христиана Эрстеда 3-9 

2. Роль Майкла  Фарадея в изучении электромагнетизма10-11

Уравнения Джеймса  Клерка Максвелла 12-14

ГЛАВА 2

Материальность магнитного поля 14-15

ГЛАВА 3

Практическое применение электромагнетизма 16-20

3.1 Синхрофазотроны  16

3.2 Радиовещание 17-19

3.3 Магнитотерапия 19-20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 21-22

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 22 

ВВЕДЕНИЕ.

Использование электромагнетизма  играет ведущую роль во многих отраслях науки и техники.

С электромагнетизмом связывают развитие энергетики, транспорта, вычислительной техники, физики плазмы, термоядерного синтеза и т.д.

Магнитные разведка, дефектоскопия, магнитные линзы  и магнитная запись информации, магнитная  обработка воды, поезда на магнитной  подушке – вот далеко не полный перечень перспективных областей промышленного  применения магнитного поля.

Неотъемлемой частью компьютерного томографа, без которого невозможна современная медицинская  диагностика, является также источник магнитного поля.

В течение многих лет не ослабевает интерес к магнитным  полям биологических объектов, повышено внимание к среде обитания их и  к космосу, а также вопросам влияния  магнитного поля Земли на человека.

А все началось с  вопроса: « Что происходит с электричеством, если соединить полюсы вольтовой  батареи проволокой?». Задал себе этот вопрос Ганс

Христиан Эрстед. 
 

ГЛАВА 1.

ИЗ ИСТОРИИ ОТКРЫТИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН. 

1.1 ОПЫТЫ ГАНСА  ХРИСТИАНА ЭРСТЕДА. 

В августе 1820 года все  более или менее известные  европейские физики, все научные  общества и редакции физических журналов получили небольшую, написанную на латыни брошюру. На обложке стояла ничего не говорящее название « Опыты по влиянию электрического тока на магнитную  иглу» и мало что говорящая  фамилия автора - Эрстед. Если бы каждый из учёных мог знать, что кроме  него, эту брошюру держат в руках  почти все физики, её сразу бы начали читать. Это объяснимо тем, что в ней было все: и само открытие, и то, как оно было сделано, и  даже то, что ничего необыкновенного  в нём, как тут же выяснилось, не было. 

Оказывается в 1806 году адъютант кафедры фармацевтики Копенгагенского  университета Ганс Христиан Эрстед, 29 лет от роду, осуществил свою заветную мечту – получить звание профессора. Но не на своей кафедре, входившей  в состав медицинского факультета, а на другой – на кафедре физики. Объяснялось это тем, что, знакомясь  с научными лабораториями

Европы во время  своей двухгодичной командировки, Эрстед почувствовал большую склонность к  наукам физическим и химическим и  по возвращению в

Копенгаген, стал с  усердием читать лекции именно по этим двум дисциплинам. 

Второе научное  путешествие, тоже двухгодичное, ещё  более сблизило его с физикой  и химией, он смог лично ознакомиться со многими выдающимися достижениями того времени, в частности с работами Вольты. Вернувшись в

1813 году в Данию,  Эрстед продолжил преподавание  физики. До мая 1820 года

Эрстед занимался  тем, что изучал возникновение тепла  под действием электрических  разрядов, то есть соединял полюсы вольтовой  батареи проволокой и раздумывал, что при этом происходит с электричеством. Его новаторская идея была такова: при соединение полюсов противоположные  заряды смешиваются, каким то образом, так как исчезнуть они совсем не могут и не окажет ли этот скрытый вид энергии действие на магнит. 

Сейчас такие рассуждения  покажутся наивными, но в то время  сама мысль уже была революцией. Если бы Эрстед выдвинул новую гипотезу, причём не просто новую, а гениальную, означающую новую эру в физике, он должен был, как всякий разумный человек, я уж не говорю – тщеславный, эту мысль тут же попытаться каким-то образом доказать. А этого-то он как  раз и не сделал.

Возможно, он тогда  ещё не понял, чего заслуживает эта  идея. Он же пишет, что высказал её перед  студентами, а потом забыл до тех  пор, пока студенты не напомнили. Странная забывчивость, если подумать, о чём  идёт речь.

Мне кажется, тут  возможна и третья версия: Эрстед и  впрямь предчувствовал новое открытие, устанавливающее связь между  электричеством и магнетизмом, и, возможно, действительно говорил об этом студентам, но не знал, как это доказать. Ведь умение построить эксперимент требует  не меньшей проницательности, чем  создание умозрительной гипотезы. А, не зная, как доказать, не приступал  к экспериментам, ограничиваясь  только размышлениями на эту тему. Только счастливый случай на лекции указал этот скрытый путь.

Вечером он решил  продемонстрировать этот опыт студентам.

Эрстед поместил между проводами, идущими от полюсов  батареи, тонкую платиновую проволоку, а под проволоку поместил магнитную  стрелку. Стрелка и впрямь качнулась, как и надеялся учёный, но столь  слабо, что он не посчитал этот опыт удачным и отложил свою затею до другого времени, когда, как он пишет: «Надеялся иметь больше досуга». Странное признание.

Только в начале июля опыт был повторен, на этот раз  вполне удачно. И тогда меньше чем  за 3 недели он выполнил всё своё знаменитое ныне исследование, выполнил тщательно, досконально, и так же обстоятельно и досконально описал открытое явление, и не по - датски, а по - латыни, и не в одном экземпляре, а в десятках, и к 21 июля всё было закончено. 

Чтобы физики легко  запомнили, куда что отклоняется, Эрстед выводит формулу: «Полюс, над которым  вступает отрицательное электричество, поворачивается на запад; полюс, под  которым оно вступает, поворачивается на восток».

Правда, оказалось, что  усвоение самой формулы не намного  легче, чем описание всего опыта; некоторые физики даже назвали изобретённую формулу неудобной и нецелесообразной. Если сравнить её с правилом, приведённым  в современном учебнике, то можно  согласиться с таким определением. И ещё в одном Эрстед нечаянно напутал сам и запутал тем  самым коллег: он утверждал, что для  получения «электрического конфликта» (так он поначалу назвал электромагнетизм) необходимо, чтобы провод был раскалён.

Вероятно, это заблуждение  и вызвало некоторую паузу  после получения физиками мемуара Эрстеда, потому что раскалить провод можно только с помощью достаточно мощной батареи, а не у всех учёных таковые имелись.

Но как только было обнаружено, что открытое явление  происходит даже от двух пластин батареи, работы по электромагнетизму хлынули  потоком. И вот тут среди общих  возгласов восторга вдруг прозвучал  первый ехидный вопрос: позвольте, а  кто сказал, что открытие господина  Эрстеда действительно открытие? Влияние электричества на магниты  давно открыто итальянцами

Можоном и Романьози, ещё в 1802 году. 

В чём уличали  Эрстеда? Дело в том, что работы итальянских  учёных были опубликованы сначала в  самой Италии, но Эрстед мог их не читать в оригинале; так ведь они  были переведены на французский. Кто ж поверит, что он их не читал их? Ясное дело, читал. И умолчал об этом. И приписал всё себе. Если бы всё было на самом деле так, то действительно получалось нехорошо. Даже совсем плохо: уличение в плагиате для учёного – конец. Но ревнители научной нравственности в полемическом пылу упустили из виду некоторые детали, которые часто играют важную роль. Среди физиков нашлось немало людей, которые, подобно Шерлоку Холмсу, комиссару Мегрэ или Эркюлю

Пуаро, занялись сопоставлением этих самых мелочей, чтобы установить истину.

В числе наиболее проницательных расследователей «дела  Эрстеда» был русский академик И. Гамель. Эрстед, конечно не преступник и мог не читать, но логика-качество, свойственное каждому учёному, - должна была подсказать ему выход из щекотливой ситуации, если он её таковой считал; согласись он со случайностью своего открытия, тогда уж никто не смог бы сказать, что он это открытие где-то у кого-то вычитал. Но вместо этого Эрстед, явно вредя себе, продолжает настаивать, что он работал над электромагнетизмом давно, но безуспешно. Отсюда можно сделать только один вывод, и Гамель делает его:

«При всей моей готовности воздать должное заслугам Романьози, я в приведённых выше фактах не могу найти какого бы то ни было основания приписывать Эрстеду столь отвратительную роль». К такому же выводу, но в результате иных рассуждений приходит немецкий физик Георг Мунке. Своё мнение он публично изложил в «Физическом словаре». 

А как же все-таки создавалась картина электромагнитного  поля?

Несколькими месяцами позже Ампер проделав аналогичный  опыт, установил, что два параллельных проводника, по которым идёт ток  в одном направлении, притягиваются  друг к другу и отталкиваются, если токи имеют противоположные  направления.

Им же были исследованы  свойства соленоида и создан прибор, названный гальванометром.

Только что нашумевшее открытие Эрстеда возбудило в  учёном мире исключительный интерес  к электромагнетизму.

Араго показал, что железные опилки притягиваются к медному проводу, когда по нему идёт электрический ток. Повторяя опыты Араго, Дэви обнаружил, что опилки, рассыпанные на листе бумаге, сквозь которую проходит перпендикулярно к листу проводник с током, располагаются вокруг провода концентрическими окружностями. (Рис. 1) 

2. РОЛЬ МАЙКЛА  ФАРАДЕЯ В ИЗУЧЕНИИ ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА. 

В дневнике Майкла Фарадея, да – да, того самого Майкла Фарадея, помещён рисунок, показывающий расположение этих опилок, - рисунок, который сейчас можно видеть в любом учебнике физики. Фарадей был ассистентом  Ганса

Христиана Эрстеда, но он и самостоятельно проделал много опытов. Поведение же магнитной стрелки натолкнуло его на мысль: нельзя ли получить непрерывное вращение магнита вокруг провода или заставить проводник с током вращаться вокруг магнита?

Осуществлению такого вращения мешало то обстоятельство, что  магнит обладает двумя полюсами. Фарадей  нашёл способ устранить это затруднение.

В 1827г. Фарадей получил  профессорскую кафедру в Королевском  институте. О колоссальной работоспособности  Фарадея можно судить по печатному  труду

«Экспериментальные  исследования по электричеству», выходившему  отдельными сериями с 1831 по 1865г. Издание  состояло из 30 серий. Здесь выразилось умение Фарадея работать систематически. Собственноручные заметки Фарадея  к его работам аккуратно пронумерованы. Последний параграф к

«Экспериментальным  исследованиям» имеет №… 16041! Земля  притягивает находящиеся над  ней тела, причём это притяжение можно наблюдать и в безвоздушном пространстве. Что же является посредником  между Землёй и телом в этом случае?

Любой физик знает, что таким материальным посредником  является «поле»,

«поле тяготения». Материальным посредником между магнитом и  куском железа, удалённым от него на некоторое расстояние, является магнитное  поле, между электрическими зарядами – электрическое поле. 

Вводя понятие поля и отвергая теорию дальнодействия, Фарадей был убежден в материальности силовых линий, идущих от магнита или заряженного проводника.

Для него силовые  линии были не просто графическим  изображением действия сил, а реально  существующими и заполняющими все  пространство вокруг магнита или  заряженного проводника. 

1.3 УРАВНЕНИЯ ДЖЕЙМСА  КЛЕРКА МАКСВЕЛЛА. 

Впоследствии Максвелл идеи Фарадея облек в математическую форму. Он высоко оценил идеи Фарадея  за скрытый в них глубокий математический смысл, за точность и логичность его  определений.

Максвелл так говорил: « Когда я стал углубляться  в изучение работ Фарадея, я заметил, что метод его понимания тоже математичен, хотя и представлен в условной форме математических символов. Я также нашел, что метод может быть выражен в обычной математической форме и таким образом может быть сопоставлен с методами признанных математиков». 

Максвелл составил четыре уравнения, два из которых  имеют непосредственное отношение  к физике средней школы. Для электромагнитного  поля (в отсутствие проводников) они  могут быть представлены так:

ФЕ dl = dФ / dt Уравнение электродвижущей силы 

ФH dl = dN / dt Уравнение магнитодвижущей силы

Е – напряженность  электрического поля на участке dl; Н – напряженность магнитного поля на участке dl; N – поток электрической индукции, Ф – поток магнитной индукции, t – время.