1.Электродинамика как наука

2.Историческая справка

3.Теория дальнодействия

4.Теория близкодействия

5.Борьба двух теорий

6.О физической картине мира

7.Вакуум и вещество

Вся литература
Сивухин	§1;
Савельев	§;
Гершензон	§Введение
Трофимова	§1;
БКФ	стр.15
Калашников	§8

Все демонстрации:

Все эксперименты:

Все задачи Занятие №1

ЛЕКЦИЯ №1

ВВЕДЕНИЕ

1. Электродинамика - как наука.

def:[1] Классическая электродинамика - теория поведения электромагнитного поля, осуществляющего взаимодействие между электрическими зарядами.

Пока вряд ли это можно считать определением, потому что неясно, что такое поле и заряд. Об этом мы поговорим ниже, а здесь отметим, что среди известных видов взаимодействий электромагнитное занимает одно из первых мест по широте и разнообразию проявлений. Это связано с тем, что все тела построены из электрически заряженных частиц, взаимодействие между которыми на много порядков интенсивнее гравитационного и слабого, а с другой стороны действует на гораздо больших расстояниях, чем сильное взаимодействие.

Электродинамика тесно связана и полностью совместима c различными областями физики, в том числе с СТО, которая собственно выросла из классической теории электромагнетизма и связанных с ней экспериментов. Электродинамика является теоретической основой многих прикладных наук: электро- и радиотехники, радиоастрономии и т.д.

Законы классической электродинамики не работают на малых пространственно-временных интервалах, где царит квантовая электродинамика. Слово "классическая" означает здесь "не квантовая".

2. Историческая справка. Развитие представлений о природе электричества и магнетизма.

Здесь можно привести почти весь курс истории физики, однако наша задача - лишь расставить вехи.

Собственно классическая электродинамика на этом закончена, а дальше идут уже ее применения. Краткие сведения об этих и других ученых разбросаны по всему курсу.

3. Теория дальнодействия.

Попробуем понять, как взаимодействуют заряженные тела. Более старая теория исходит из представления о непосредственном действии тел друг на друга на расстоянии, без участия каких-либо материальных посредников.

Теория действия на расстоянии господствовала примерно до последней четверти 19 века. Дело в том, что в механике в это время безраздельно правили законы Ньютона ( в том числе закон всемирного тяготения), которые прекрасно объясняли огромное количество наблюдаемых фактов, сами не поддаваясь какому-либо объяснению. Легко предположить, что тяготение, электрические и магнитные силы вообще не нуждаются в объяснении, так как являются врожденными свойствами материи.

Следовательно, задача теории электромагнетизма заключается лишь в математизации законов природы, и на их основе объяснении электрических и магнитных явлений. Следует отметить, что часто электромагнитные законы - калька законов механических (закон Кулона - закон всемирного тяготения Ньютона).

В математическом отношении теория дальнодействия благодаря усилиям выдающихся физиков и математиков (Лапласа, Ампера, Гаусса, Остроградского и т.д. - подробнее о каждом из них расскажем в соответствующем разделе курса) обладала простотой, ясностью, не использовала гипотез о физической природе электричества, основывалась только на экспериментальных фактах и их обобщениях.

4. Теория близкодействия.

И все же: "Можно ли воздействовать , не действуя ?" "Нет !" - ответил Фарадей. Он высказал простую до гениальности мысль, что действие одного тела на другое возможно либо через соприкосновение, либо передается через промежуточную среду. Такой средой Фарадей считал "мировой эфир", заполняющий все пространство. В нем при наличии заряженных тел возникают изменения типа упругих деформаций, которые и передают воздействие. Его же можно назвать электромагнитным полем.

Прекрасный экспериментатор, Фарадей не был таким же математиком, поэтому его качественные объяснения не всегда находили понимание среди современников.

Максвелл, который был приверженцем Фарадея, сумел облечь его идеи в математическую форму. Он сформулировал систему уравнений, в которой содержатся все законы электромагнитных взаимодействий.

5. Борьба двух теорий.

Изначально к теории Максвелла отнеслись весьма настороженно. Дело в том, что тогда электродинамика занималась изучением постоянных или почти постоянных полей, а в этом случае уравнения Максвелла переходят в уравнения теории дальнодействия и, конечно, выводы из обеих теорий, поддающиеся экспериментальной проверке, совпадают.

Ситуация кардинально изменилась, как только речь зашла о быстро меняющихся полях. Из теории Максвелла следует (мы это покажем ниже), что электромагнитное поле существует, причем распространяется в вакууме в виде волны со скоростью

c=299792458 м/с~3,00·108 м/с

т.е. со скоростью света. Эта скорость настолько велика, что огромный круг явлений воспринимается так, как если бы взаимодействия передавались мгновенно, т.е. по теории дальнодействия.

Опыты Герца и Попова (см. соответствующие разделы курса) однозначно решили спор в пользу теории Максвелла-Фарадея, теории близкодействия.

6. О физической картине мира.

Физики 19 века (в том числе и Максвелл) стремились свести электромагнитные явления к механическим. Использовалось понятие эфира, который обладал механическими свойствами: упругостью и т.д. Однако в итоговом труде Максвелла "Трактат по электричеству и магнетизму" (1873) механические модели вообще не используются.

Оказалось, что природу сил упругости можно объяснить, на основе знания об электромагнитных силах. Пришлось признать равноправие двух видов материи: тел (вещества), и поля, которые обладают физическими свойствами, такими как энергия, импульс и т.д.

7. Вакуум и вещество.

Следует отметить, что с точки зрения классической электродинамики, вакуум и вещество не являются равноправными средами. Для нас вполне достаточно считать, что вакуум - это состояние, в котором отсутствуют реальные частицы (не говорим о физическом вакууме, а лишь о термодинамическом). Это универсальная среда, в которой существует и распространяется электромагнитное поле.

Вещество же будем рассматривать как вакуум, "испорченный" вкраплениями атомных ядер и электронов, собственные поля которых искажают внешнее электромагнитное поле.