Interactions physiques fondamentales.
Le phénomène d'auto-induction.
Loi de l'induction magnétique.
Travail de force magnétique.
Le phénomène d'induction électromagnétique dans un conducteur en mouvement.
Mouvement de la charge des particules en l.p.
La trajectoire de la particule se déplace perpendiculairement à la force lin one r m.p. représentait un cercle, et souvent déplacé selon un angle par rapport à la force lin - une spirale
La conclusion est que lorsque le fil a été inséré dans l'aimant électrique, un courant (induction) s'y est formé, ce courant chauffe le fil. L'énergie libérée par le courant dans le circuit est déterminée ainsi W= εiIt à partir de la loi de conservation de. trace d'énergie A=W=W-0 trace BIlx= εiIt trace εi=Bldx/t=Blv, εi=Blvsin un x-distance de mouvement.
Flux magnétique-caractère physique de la roche nombre de lignes de champ d'induction magnétique imprégné cercle fermé Ф(Вб)=BScos un 1Weber est un flux magnétique créant de manière homogène champ magnétique avec une induction de 1 T à travers une surface plane S 1m 2 une perpendiculaire au vecteur induction magnétique est placée. E (énergie du circuit) = SI. Travail A=IF=Fx=BILx=BIS trace A / =-A=-IF=I(Ф 1 -Ф 2)=I Ф 1 -I Ф 2
La FEM d'induction électromagnétique est apparue dans le circuit et était directement proportionnelle à la vitesse modifiée flux magnétiqueà travers lui εi=-Ф/t Règle de Lenz : le courant d'induction apparaissant dans le circuit a une direction telle que le flux créé par celui-ci à travers l'aimant à travers la zone est limité par le circuit et cherche à compenser le changement de flux aimant qui a provoqué le courant donné. La direction du courant inductif peut être déterminée par la règle de la main droite : le fil. saisir mentalement les droits. mains pour que le doigt soit pointé. direction courant, alors les doigts restants se révéleront. penché dans la direction lignes magnétiques induction(B)
F = LI Inductance (L) - échelle numérique des grandeurs physiques = le flux magnétique intrinsèque traversant le circuit à une intensité de courant dans le circuit de 1A Mesuré en henry. 1H est l'inductance du circuit si une FEM d'auto-inductance 1B Ε si = -LI/t s'y produit à un courant de 1A en 1 seconde
Le concept de mouvement en physique
DANS au sens large le mouvement était interprété comme tout changement se produisant dans la nature. Mais en physique, le mouvement était compris comme mouvement mécanique, un changement de position d'un corps dans l'espace au fil du temps par rapport à un point de référence sélectionné. Il existe d'autres formes de mouvement - dans la nature vivante, dans la société. DANS nature inanimée Vous pouvez également distinguer des formes telles que les mouvements chimiques et géologiques.
Néanmoins, c'est la physique qui étudie les processus qui se produisent dans la nature inanimée et qui sont à la base de bien plus encore. processus complexes qui se passe niveaux élevés organisation de la matière. ET mouvement mécanique est la base de tout plus formes complexes mouvements, à la fois physiques et non physiques. Ainsi, le mouvement le long d'une certaine trajectoire est mécanique, mais il existe un mouvement spatial sans trajectoire, comme la propagation sphérique du front électromagnétique ou ondes gravitationnelles dans les champs. Mouvement particules élémentaires ne peut pas non plus être représenté sous la forme d’une trajectoire définie, comme point matériel. Les changements (mouvements) se produisant dans les organismes vivants et dans la société sont soumis à des lois complètement différentes.
Le concept d'interaction en physique
Cependant, toutes les formes de mouvement de la matière ont quelque chose en commun. Tous se résument à l'interaction des corps, qui détermine la connexion de divers éléments matériels dans les systèmes, leurs connexions structurelles et leurs contacts avec les autres. systèmes matériels. Ainsi, toutes les propriétés des corps dérivent d’interactions. Pour tout objet, exister signifie interagir, se manifester d'une manière ou d'une autre par rapport à d'autres corps, être en relation objective avec eux.
Interactionest un processus se déroulant dans le temps et dans l'espace de l'influence de certains objets sur d'autres à travers l'échange de matière et de mouvement.
L'interaction agit toujours comme un mouvement de la matière, et tout mouvement inclut différents types d'interaction. Pour l’essentiel, ces concepts coïncident, même s’ils sont souvent utilisés dans des contextes différents. Quand on parle de mouvement, on ne veut pas dire grand-chose changements internes, basé sur les interactions structurelles des éléments du système, autant que sur le mouvement spatial externe des corps, où l'interaction ne semble pas être visible. Mais si vous regardez plus profondément, alors même avec le mouvement spatial des corps, il y a nécessairement leur interaction avec environnement et les champs matériels, à la suite desquels les propriétés des corps changent. Il n'y a rien de tel
mouvement dont le contenu n'inclurait pas l'interaction des éléments de la matière. En même temps, toute interaction agit comme un certain changement et mouvement.
Longue portée. Après l'ouverture de la loi gravité universelle I. Newton, puis la loi de Coulomb, qui décrit l'interaction de corps chargés électriquement, la question s'est posée de savoir pourquoi corps physiques faire en sorte que les masses agissent les unes sur les autres en longues distancesà travers espace vide et pourquoi les corps chargés interagissent-ils les uns avec les autres même à travers un milieu électriquement neutre ? Avant l’introduction du concept de « champ », il n’existait pas de réponse satisfaisante à cette question. Pendant longtemps on croyait que l'interaction entre les corps pouvait s'effectuer directement à travers l'espace vide, qui ne participe pas au transfert des interactions, et le transfert de l'interaction d'un corps à l'autre se transmet instantanément, c'est-à-dire Avec démon vitesse terminale. Cette hypothèse constitue l'essence du concept d'action à longue portée, étayé par R. Descartes. La plupart des scientifiques ont adhéré à ce concept jusqu'à fin XIX V. Le principe de l'action à longue portée s'est imposé en physique également parce que l'interaction gravitationnelle des corps macroscopiques conformément à la loi de la gravitation universelle de I. Newton est à peine perceptible - l'attraction est trop faible pour être ressentie. Il était donc difficile de confirmer ou d’infirmer cela expérimentalement. Seulement expériences célèbres G. Cavendish fut le premier observations en laboratoire attraction gravitationnelle. Proximité. Au contraire, les lois d'interaction des corps chargés électriquement permettaient de les vérifier relativement simplement. On a vite découvert que l’interaction des charges électriques ne se produit pas instantanément. Chaque particule chargée électriquement crée un champ électrique qui agit sur les autres particules non pas au même moment, mais après un certain temps. En d’autres termes, l’interaction se transmet par un intermédiaire : un champ électromagnétique, et la vitesse de propagation champ électromagnétiqueégale à la vitesse de la lumière. C’est l’essence même du concept d’action à courte portée.
L'interaction entre les particules (chargées et non chargées) peut être décrite à l'aide de champs, mais la notion de champ ne peut pas être introduite. Le concept selon lequel l'interaction entre particules est décrite directement, sans introduire la notion de champ, s'appelle concept à longue portée. Le nom signifie que les particules interagissent sur de longues distances. Au contraire, le deuxième concept, selon lequel l'interaction s'effectue à travers un champ (gravitationnel et électromagnétique), s'appelle concept d'action rapprochée. La signification du concept d'interaction à courte portée est qu'une particule interagit avec un champ qui existe à proximité, bien que ce champ lui-même puisse être créé par des particules situées très loin.
Dans le premier cas, la charge \(q\) subit l'action d'une force \(F\) provenant de la charge \(Q\), située à une distance \(r\). Dans le second cas, la charge \(Q\) crée un champ \(\vec(E)(x, y, z)\) dans l'espace autour d'elle. En particulier, au point de coordonnées \(x_(0)\), \(y_(0)\), \(z_(0)\), où se trouve la charge \(q\), un champ \( \vec( E)(x_(0), y_(0), z_(0))\). Ce champ, et non la charge \(Q\), interagit directement avec la charge \(q\).
Historiquement, la connaissance de la nature s'est développée de telle manière que le concept d'action à courte portée, proposé dans les années 30. XIXème siècle par le physicien anglais M. Faraday, n'était perçu que comme une description commode.
La situation a fondamentalement changé après l'ouverture ondes électromagnétiques, se propageant à une vitesse finie - la vitesse de la lumière. De la théorie des ondes électromagnétiques, il découle que toute modification du champ électromagnétique se propage également dans l’espace à la vitesse de la lumière. Nous pouvons dire que si la charge \(Q\) commence à un moment donné à se déplacer, alors la charge \(q\) « ressentira » un changement dans la force agissant sur elle non pas au même moment, mais après un temps \(r/c \) (\(c\) est la vitesse de la lumière), c'est-à-dire le temps nécessaire à l'onde électromagnétique pour passer de la charge \(Q\) à la charge \(q\).
Le caractère fini de la propagation des ondes électromagnétiques conduit au fait que la description de l'interaction électromagnétique basée sur le concept d'action à longue portée devient peu pratique.
Pour comprendre cela, considérons exemple suivant. En 1054 apparut dans le ciel étoile brillante, dont la lumière a été observée même de jour pendant plusieurs semaines. Puis l'étoile s'est fanée, et maintenant dans la région sphère céleste, là où se trouvait l'étoile, on remarque une formation faiblement lumineuse, appelée nébuleuse du Crabe. Selon idées modernesà propos de l'évolution des étoiles, une étoile a explosé, au cours de laquelle sa puissance de rayonnement a augmenté des milliards de fois, après quoi l'étoile s'est désintégrée. L'endroit est lumineux étoile brillante une étoile à neutrons pratiquement non émettrice et un nuage en expansion de gaz faiblement brillant se sont formés.
Du point de vue de la notion d'action à courte portée, observer la lumière d'une étoile se résume à ce qui suit. Les charges présentes sur l'étoile créaient un champ qui, sous forme d'onde, atteignait la Terre et affectait les électrons de la rétine de l'œil de l'observateur. La vague a mis des centaines d’années pour atteindre la Terre. Les gens observaient l’éclat d’une étoile alors que l’étoile elle-même n’était plus là. Si nous essayons de décrire cette observation en nous basant sur le concept d'action à longue portée, nous devons supposer que les charges présentes dans la rétine de l'œil n'interagissent pas avec les charges de l'étoile, mais avec celles qui se trouvaient autrefois sur l'étoile, ce qui n'existe plus. Notez qu'en cours de formation étoile à neutrons de nombreuses charges disparaissent, puisque les neutrons sont formés d'électrons et de protons - des particules neutres qui ne participent pratiquement pas à l'interaction électromagnétique. Convenez qu'une description basée sur une interaction avec ce qui était autrefois, mais n'existe pas dans moment présent temps, « pas très pratique ».
Une autre raison de reconnaître le champ comme un matériau est due au fait qu'une onde électromagnétique transfère de l'énergie et de l'élan à travers l'espace. Si le champ n'est pas considéré comme matériel, alors il faut reconnaître que l'énergie et l'impulsion ne sont associées à rien de matériel et sont elles-mêmes transférées à travers l'espace.
Formulée en 1905 par Albert Einstein, la théorie de la relativité repose sur le postulat selon lequel il n'existe pas d'interactions (y compris fondamentales) qui se propagent plus vite que la lumière.
Nous avons commencé par la « matérialisation des esprits ». Alors... Les physiciens sont des gens pleins d'esprit, et le concept d'« esprits » est déjà utilisé dans théorie moderne champs. On peut dire que ces esprits ne sont pas encore matérialisés, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas observés dans l'expérience. Mais la science de domaines fondamentaux pas encore terminé.
La finitude de la répartition des champs fondamentaux et leur lien avec l'énergie et la quantité de mouvement (transfert d'énergie et de quantité de mouvement par ces champs) conduisent à la reconnaissance de ces champs comme l'une des composantes de la matière. La matière est ainsi représentée par des particules (substance) et des champs fondamentaux.
La proximité est l'idée selon laquelle l'interaction entre des corps éloignés les uns des autres s'effectue à l'aide d'un milieu intermédiaire (champ) et s'effectue à une vitesse finie. Au début du XVIIIe siècle, parallèlement à la théorie de l'action à courte portée, surgit la théorie opposée de l'action à longue portée, selon laquelle les corps agissent les uns sur les autres sans intermédiaires, à travers le vide, à n'importe quelle distance, et une telle interaction est réalisé à l'infini grande vitesse(mais sous réserve de certaines lois). Un exemple d'action à longue portée peut être considéré comme la force de gravité universelle dans théorie classique gravité par I. Newton.
M.V. Lomonosov est considéré comme l'un des fondateurs de la théorie de l'action à courte portée. Lomonossov était un opposant à la théorie de l’action à longue portée, estimant qu’un corps ne peut pas influencer instantanément d’autres corps. Il croyait que interaction électrique est transmis d'un corps à l'autre à travers un milieu spécial « l'éther », qui remplit tout l'espace vide, en particulier l'espace entre les particules qui constituent la « matière lourde », c'est-à-dire la substance. Phénomènes électriques, selon Lomonosov, doit être considéré comme certains mouvements microscopiques se produisant dans l'éther. Il en va de même pour les phénomènes magnétiques.
Cependant, les idées théoriques de Lomonosov et de L. Euler n'ont pas pu être développées à cette époque. Après la découverte de la loi de Coulomb, qui dans sa forme était la même que la loi de la gravitation universelle, la théorie de l'action à longue portée remplace complètement la théorie de l'action à courte portée. Et ce n'est qu'au début du XIXe siècle que M. Faraday a relancé la théorie de l'action à courte portée. Selon Faraday, charges électriques n’agissez pas directement les uns sur les autres. Chacun d'eux crée des champs électriques et magnétiques (s'il se déplace) dans l'espace environnant. Les champs d'une charge agissent sur une autre et vice versa. L'acceptation générale de la théorie de l'action à courte portée commence dans la seconde moitié du XIXe siècle, après preuve expérimentale théories de J. Maxwell, qui a réussi à donner aux idées de Faraday une forme quantitative, si nécessaire en physique - le système d'équations du champ électromagnétique.
Une différence importante théorie de l'action à courte portée de la théorie de l'action à longue portée est la présence vitesse maximale propagation des interactions (champs, particules) - la vitesse de la lumière. DANS physique moderne une division claire de la matière est réalisée en particules participant à (ou sources d') interactions (appelées matière) et particules porteuses d'interactions (appelées champ). De quatre types interactions fondamentales Une vérification expérimentale fiable de l'existence de particules porteuses a été obtenue par trois : fortes, faibles et interaction électromagnétique. Des tentatives sont actuellement en cours pour détecter des vecteurs interaction gravitationnelle- le soi-disant
Principe à longue portée
Longue portée Et Action courte (Proximité) - deux concepts de la physique classique qui s'opposaient à l'aube de sa formation.
Selon le concept d'action à longue portée, les corps agissent les uns sur les autres sans intermédiaires, à travers le vide, à n'importe quelle distance, et une telle interaction se produit à une vitesse infiniment élevée (mais obéit à certaines lois). Un exemple d'action à longue portée peut être considéré comme la force de gravitation universelle dans la théorie classique de la gravité de Newton. Selon la notion d'action à courte portée (action à courte portée), un corps ne peut agir que sur son environnement immédiat, et toute action à distance doit être réalisée avec l'aide de certains intermédiaires.
La différence fondamentale entre la théorie de l'action à courte portée adoptée aujourd'hui peut être considérée à exemple simple- interaction de deux particules ponctuelles. Le concept d'interaction à courte portée postule qu'au cours de cette interaction, la particule A émet une autre particule - C, tandis que sa vitesse et son élan changent, selon les lois de conservation. La particule C est absorbée par la particule B, ce qui entraîne à son tour une modification de la quantité de mouvement et de la vitesse de cette dernière. En conséquence, l'illusion d'une influence directe des particules les unes sur les autres est créée. Dans la physique moderne, la matière est clairement divisée en particules participant à (ou sources d’) interactions (appelées matière) et particules porteuses d’interactions (appelées champ). Parmi les quatre types d'interactions fondamentales, trois ont fait l'objet d'une vérification expérimentale fiable de l'existence de particules porteuses : les interactions fortes, faibles et électromagnétiques. Actuellement, des tentatives sont faites pour détecter les porteurs d'interaction gravitationnelle - ce qu'on appelle le graviton, prédit dans certaines extensions de la théorie générale de la relativité.
Une différence importante entre la théorie de l'action à courte portée et la théorie de l'action à longue portée est la présence d'une vitesse maximale de propagation des interactions (champs, particules) - la vitesse de la lumière.
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2010.
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Déjà dans monde antique les penseurs ont réfléchi à la nature et à l'essence de l'espace et du temps. Certains philosophes ont nié la possibilité de l’existence d’un espace vide ou, comme ils le disent, de la non-existence. C'étaient des représentants de l'école Eleatic de Grèce antique - Parménide et Zénon. D'autres philosophes, dont Démocrite, ont soutenu que le vide existe, comme les atomes, et qu'il est nécessaire à leurs mouvements et à leurs connexions.
Jusqu'au XVIe siècle, les sciences naturelles étaient dominées par système géocentrique Ptolo-meia. Il représentait le premier universel modèle mathématique monde dans lequel le temps était infini et l'espace fini, y compris l'uniformité circulation de rond-point corps célestes autour de la Terre immobile. Changement fondamental l'image spatiale et physique entière s'est produite dans système héliocentrique monde représenté Copernic. Ayant reconnu la mobilité de la Terre, il a rejeté toutes les idées existantes sur son caractère unique en tant que centre de l'Univers et a ainsi orienté le mouvement de la pensée scientifique vers la reconnaissance de l'infini et de l'infinité de l'espace. Cette idée a été développée en philosophie Giordano Bruno, qui a conclu que l'Univers est infini et n'a pas de centre.
L'espace ouvert a joué un rôle important dans le développement des idées sur l'espace. Galilée principe d'inertie. Selon ce principe, tous les phénomènes physiques (mécaniques) se produisent de la même manière dans tous les systèmes se déplaçant uniformément et rectilignement avec une vitesse constante en ampleur et en direction.
Le développement ultérieur de l'idée d'espace et de temps est lié à l'image physique et cosmique du monde R. Descartes. Il l'a basé sur l'idée que tous les phénomènes naturels s'expliquent impact mécanique particules matérielles élémentaires. Descartes a représenté l'impact lui-même sous forme de pression ou d'impact lorsque des particules entrent en contact les unes avec les autres et a ainsi introduit l'idée en physique. action à courte portée.
Une nouvelle image physique du monde a été présentée dans mécanique classique I. Newton. Il a peint un tableau harmonieux système planétaire, a donné une théorie quantitative stricte du mouvement planétaire. Le summum de sa mécanique était la théorie de la gravitation, qui proclamait une loi universelle de la nature : loi de la gravitation universelle. Selon cette loi, deux corps quelconques s'attirent avec une force directement proportionnelle à leurs masses et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare.
Cette loi s'exprime la formule suivante:
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Cette loi ne dit rien sur la dépendance de la force gravitationnelle au temps. La force de gravité, d'un point de vue purement mathématique, peut être qualifiée de longue portée, il connecte instantanément les corps en interaction et son calcul ne nécessite aucune hypothèse sur le support transmettant l'interaction.
Après avoir étendu la loi de la gravité à l’Univers tout entier, Newton réfléchit également à sa structure possible. Il est arrivé à la conclusion que l'Univers est infini. C'est seulement dans ce cas qu'il peut exister plusieurs objets spatiaux- les centres de gravité. Dans le cadre du modèle newtonien de l'Univers, l'idée de espace infini, dans lequel ils se trouvent objets spatiaux, reliés par gravité. La découverte des lois fondamentales de l'électro- et de la magnétostatique, similaires dans forme mathématique la loi de la gravitation universelle encore plus solidement ancrée dans la conscience idée des scientifiques des forces à longue portée qui dépendent uniquement de la distance, mais pas du temps.
Le tournant vers les idées d'action à court terme est associé aux idées de Faraday et Muswell, qui a développé le concept du champ électromagnétique en tant que champ indépendant réalité physique. Le point de départ était la reconnaissance des interactions à courte portée et de la vitesse limitée de transmission de toute interaction.
La conclusion selon laquelle le champ électromagnétique des ondes est détaché de la décharge et peut exister et se propager indépendamment dans l'espace semblait absurde. Maxwell lui-même cherchait constamment à dériver ses équations de propriétés mécaniqueséther. Mais lorsque Hertz découvrit expérimentalement l'existence des ondes électromagnétiques, cela fut considéré comme une preuve décisive de la validité de la théorie de Maxwell. L'action instantanée à longue portée a été remplacée par une action à courte portée transmise à une vitesse finie.
