Вход

История открытия и практическое применение электромагнетизма

Реферат* по физике
Дата добавления: 05 сентября 2011
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 110 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Очень похожие работы
РЕФЕРАТ по теме: «ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ И П РАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА». СОДЕРЖАНИЕ: Страницы ВВЕДЕНИЕ 2-3 ГЛАВА 1 Из истории открытия электромагнитных во лн 3-13 1. Опыты Ганса Христиана Эрстеда 3-9 2. Роль Майкла Фарадея в изучении электромагнетизма10-11 Уравнения Джеймс а 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 мно гих отраслях науки и техники. С электромагнетизмом связывают развитие энергетики, транспорта, вычислительной техники, физики плазмы, термояде рного синтеза и т.д. Магнитные разведка, дефектоскопия, магнитные линзы и магнитная запись информации, магнитная обработка воды, поезда на магни тной подушке – вот далеко не полный перечень перспективных областей пр омышленного применения магнитного поля. Неотъемлемой частью компьют ерного томографа, без которого невозможна современная медицинская диа гностика, является также источник магнитного поля. В течение многих ле т не ослабевает интерес к магнитным полям биологических объектов, повыш ено внимание к среде обитания их и к космосу, а также вопросам влияния маг нитного поля Земли на человека. А все началось с вопроса: « Что происходи т 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 на учные общества и редакции физических журналов получили небольшую, напи санную на латыни брошюру. На обложке стояла ничего не говорящее название « Опыты по влиянию электрического тока на магнитную иглу» и мало что гов орящая фамилия автора - Эрстед. каждый из учёных мог знать, что кро ме него, эту брошюру держат в руках почти все физики, её сразу бы начали чи тать. Это объяснимо тем, что в ней было все: и само открытие, и то, как оно был о сделано, и даже то, что ничего необыкновенного в нём, как тут же выяснило сь, не было. Оказывается в 1806 году адъютант кафедры фармацевтики Копенгагенского ун иверситета Ганс Христиан Эрстед, 29 лет от роду, осуществил свою заветную м ечту – получить звание профессора. Но не на своей кафедре, входившей в со став медицинского факультета, а на другой – на кафедре физики. Объяснял ось это тем, что, знакомясь с научными лабораториями Европы во время сво ей двухгодичной командировки, Эрстед почувствовал большую склонность к наукам физическим и химическим и по возвращению в Копенгаген, стал с у сердием 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 дост ижениями того времени, в частности с работами Вольты. Вернувшись в 1813 год у в Данию, Эрстед продолжил преподавание физики. До мая 1820 года Эрстед зан имался тем, что изучал возникновение тепла под действием электрических разрядов, то есть соединял полюсы вольтовой батареи проволокой и раздум ывал, что при этом происходит с электричеством. Его новаторская идея был а такова: при соединение полюсов противоположные заряды смешиваются, ка ким то образом, так как исчезнуть они совсем не могут и не окажет ли этот с крытый вид энергии действие на магнит. Сейчас такие рассуждения покажутся наивными, но в то время сама мысль уж е была революцией. Если бы Эрстед выдвинул новую гипотезу, причём не прос то новую, а гениальную, означающую новую эру в физике, он должен был, как вс який разумный человек, я уж не говорю – тщеславный, эту мысль тут же попыт аться каким-то образом доказать. А этого-то он как раз и не сделал. Возмож но, он тогда ещё не понял, чего заслуживает эта идея. Он же пишет, что высказ ал её перед студентами, а потом забыл до тех пор, пока студенты не напомнил и. 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. Вед ь умение построить эксперимент требует не меньшей проницательности, че м создание умозрительной гипотезы. А, не зная, как доказать, не приступал к экспериментам, ограничиваясь только размышлениями на эту тему. Только с частливый случай на лекции указал этот скрытый путь. Вечером он решил п родемонстрировать этот опыт студентам. Эрстед поместил между провода ми, идущими от полюсов батареи, тонкую платиновую проволоку, а под провол оку поместил магнитную стрелку. Стрелка и впрямь качнулась, как и надеял ся учёный, но столь слабо, что он не посчитал этот опыт удачным и отложил с вою затею до другого времени, когда, как он пишет: «Надеялся иметь больше д осуга». Странное признание. Только в начале июля опыт был повторен, на эт от раз вполне удачно. И тогда меньше чем за 3 недели он выполнил всё своё зн аменитое ныне исследование, выполнил тщательно, досконально, и так же об стоятельно и досконально описал открытое явление, и не по - датски, а по - ла тыни, и не в одном экземпляре, а в десятках, и к 21 июля всё было закончено. Чтобы физики легко запомнили, куда что отклоняется, Эрстед выводит форму лу: «Полюс, над которым вступает отрицательное электричество, поворачив ается на запад; полюс, под которым оно вступает, поворачивается на восток ». Правда, оказалось, что усвоение самой формулы не намного легче, чем оп исание 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 утвержд ал, 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 мемуар а Эрстеда, потому что раскалить провод можно только с помощью достаточно мощной батареи, а не у всех учёных таковые имелись. Но как только было об наружено, что открытое явление происходит даже от двух пластин батареи, работы по электромагнетизму хлынули потоком. И вот тут среди общих возгл асов восторга вдруг прозвучал первый ехидный вопрос: позвольте, а кто ск азал, что открытие господина Эрстеда действительно открытие? Влияние эл ектричества на магниты давно открыто итальянцами Можоном и Романьози, ещё в 1802 году. В чём уличали Эрстеда? Дело в том, что работы итальянских учёных были опуб ликованы сначала в самой Италии, но Эрстед мог их не читать в оригинале; та к ведь они были переведены на французский. Кто ж поверит, что он их не чита л их? Ясное дело, читал. И умолчал об этом. И приписал всё себе. Если бы всё бы ло на самом деле так, то действительно получалось нехорошо. Даже совсем п лохо: уличение в плагиате для учёного – конец. Но ревнители научной нрав ственности в полемическом пылу упустили из виду некоторые детали, котор ые часто играют важную роль. Среди физиков нашлось немало людей, которые, подобно Шерлоку Холмсу, комиссару Мегрэ или Эркюлю Пуаро, занялись соп оставлением этих самых мелочей, чтобы установить истину. В числе наибо лее проницательных расследователей «дела Эрстеда» был русский академи к И. Гамель. Эрстед, конечно не преступник и мог не читать, но логика-качест во, свойственное каждому учёному, - должна была подсказать ему выход из ще котливой ситуации, если он её таковой считал; согласись он со случайност ью 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, продолжа ет настаивать, что он работал над электромагнетизмом давно, но безуспешн о. Отсюда можно сделать только один вывод, и Гамель делает его: «При всей моей готовности воздать должное заслугам Романьози, я в приведённых выш е фактах не могу найти какого бы то ни было основания приписывать Эрстед у столь отвратительную роль». К такому же выводу, но в результате иных рас суждений приходит немецкий физик Георг Мунке. Своё мнение он публично из ложил в «Физическом словаре». А как же все-таки создавалась картина электромагнитного поля? Нескольк ими месяцами позже Ампер проделав аналогичный опыт, установил, что два п араллельных проводника, по которым идёт ток в одном направлении, притяги ваются друг к другу и отталкиваются, если токи имеют противоположные нап равления. Им же были исследованы свойства соленоида и создан прибор, на званный гальванометром. Только что нашумевшее открытие Эрстеда возбу дило в учёном мире исключительный интерес к электромагнетизму. Араго п оказал, что железные опилки притягиваются к медному проводу, когда по не му идёт электрический ток. Повторяя опыты Араго, Дэви обнаружил, что опил ки, рассыпанные на листе бумаге, сквозь которую проходит перпендикулярн о к листу проводник с током, располагаются вокруг провода концентрическ ими окружностями. (Рис. 1) 2. РОЛЬ МАЙКЛА ФАРАДЕЯ В ИЗУЧЕНИИ ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА. В дневнике Майкла Фарадея, да – да, то го самого Майкла Фарадея, помещён рисунок, показывающий расположение эт их опилок, - рисунок, который сейчас можно видеть в любом учебнике физики. Фарадей был ассистентом Ганса Христиана Эрстеда, но он и самостоятельн о проделал много опытов. Поведение же магнитной стрелки натолкнуло его н а мысль: нельзя ли получить непрерывное вращение магнита вокруг провода или заставить проводник с током вращаться вокруг магнита? Осуществлен ию такого вращения мешало то обстоятельство, что магнит обладает двумя п олюсами. Фарадей нашёл способ устранить это затруднение. В 1827г. Фарадей п олучил п рофессорскую кафедру в Короле вском институте. О колоссальной работоспособности Фарадея можно судит ь по печатному труду «Экспериментальные исследования по электричест ву», выходившему отдельными сериями с 1831 по 1865г. Издание состояло из 30 серий. Здесь выразилось умение Фарадея работать систематически. Собственнору чные заметки Фарадея к его работам аккуратно пронумерованы. Последний п араграф к «Экспериментальным исследованиям» имеет №… 16041! Земля притяги вает находящиеся над ней тела, причём это притяжение можно наблюдать и в безвоздушном пространстве. Что же является посредником между Землёй и т елом в этом случае? Любой физик знает, что таким материальным посредник ом является «поле», «поле тяготения». Материальным посредником между м агнитом и куском железа, удалённым от него на некоторое расстояние, явля ется магнитное поле, между электрическими зарядами – электрическое по ле. Вводя понятие поля и отвергая теорию дальнодействия, Фарадей был убежде н в материальности силовых линий, идущих от магнита или заряженного пров одника. Для него силовые линии были не просто графическим изображением действия сил, а реально существующими и заполняющими все пространство в округ магнита или заряженного проводника. 1.3 УРАВНЕНИЯ ДЖЕЙМСА КЛЕРКА МАКСВЕЛЛА. Впоследствии Максвелл идеи Фарадея облек в математическую форму. Он выс око 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 пони мания тоже математичен, хотя и представлен в условной форме математичес ких символов. Я также нашел, что метод может быть выражен в обычной матема тической форме и таким образом может быть сопоставлен с методами призна нных математиков». Максвелл составил четыре уравнения, два из которых имеют непосредствен ное отношение к физике средней школы. Для электромагнитного поля (в отсу тствие проводников) они могут быть представлены так: ФЕ dl = dФ / dt Уравнение электродвижущей силы ФH dl = dN / dt Уравнение магнитодвижущей силы Е – напряженность электрическо го поля на участке dl; Н – напряженность магнитного поля на участке dl; N – по ток электрической индукции, Ф – поток магнитной индукции, t – время. Бросается в глаза симметричный характер уравнений, устанавливающих: пе рвое – связь электрических и магнитных явлений, второе – аналогичную с вязь магнитных явлений с электрическими. Популярно электрическую сущн ость этих уравнений можно выразить следующими двумя положениями: 1) изме нение электрического поля всегда сопровождается магнитным полем; 2) из меняющееся магнитное поле всегда сопровождается электрическим полем. В своих математических формулах Максвелл показал, что наличие веществе нных носителей (металлических колец в модели Брэгга, металлических пров одов) на практике не является существенным для распространения электро магнитного поля. Замкнутые на себя магнитные и электрические поля распр остраняются от источника (излучаются) по направлению радиусов во всех на правлениях. Восхищенный внутренней и внешней красотой математической формы уравне ний Джеймса Максвелла, немецкий физик Людвиг Больцман выразил свой вост орг стихами, начинавшимися фразой: «War es ein Gott der diese Zeichen schrieb?» («Не бог ли эти знаки начертал?..») ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЬНОСТЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ. Электромагнитное поле материально. Физика знает две формы материи – ве щество (твердое, жидкое, газообразное) и поле (электромагнитное, гравитац ионное, внутриядерное). Скорость распространения электромагнитного по ля, как теоретически установил Джеймс Максвелл, равна скорости распрост ранения света. Отсюда у Максвелла возникла идея, что и свет представляет собой электромагнитное поле. Электромагнитная теория света сменила пр едшествующую ей теорию Гюйгенса, которая рассматривала свет как колеба ния эфира. « Электромагнитное поле – это та часть пространства, котора я содержит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом или магни тном состоянии», - писал Максвелл. Материальность электромагнитного поля подтверждается тем, что в нем на блюдается действие сил, что оно является носителем и передатчиком энерг ии. Эта материя всегда налицо, так как если откачать насосом обычную, вещ ественную материю, которую Максвелл называл «грубой» (или «сгущенной») м атерией, то останется «тончайшая» материя, способная передавать электр ические и световые действия. Вершиной научного творчества Джеймса Мак свелла стал его «Трактат об электричестве и магнетизме», увидевший свет в 1873 году. Восемь лет труда отдал Максвелл «Трактату». Наука ХХ века окончательно отбросила противоречивое понятие светового эфира, хотя в разговорной речи до сих пор сохранились выражения типа: «в олны эфира», «передача в эфире», когда речь идет о радиовещании и когда в с ущности мы имеем дело с колебательными явлениями в электромагнитном по ле. Максвеллу не удалось дожить до того времени, когда его идеи получили пра ктическое подтверждение, он умер в расцвете творческих сил в 1879 году в воз расте 48 лет. Теория электромагнитного поля стала самым большим научным достижением Джеймса Максвелла. ГЛАВА 3 ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА. 3.1 Синхрофазотроны В настоящее время под магнитным полем понимают особ ую форму материи состоящую из заряженных частиц. В современной физике пу чки заряженных частиц используют для проникновения в глубь атомов с цел ью их изучения. Сила, с которой действует магнитное поле на движущуюся з аряженную частицу, называется силой Лоренца. Fл=qBvsin@ Где B – индукция магнитного поля, то есть его силовая характеристика. @ - это угол между направлением скорости и направлением индукции. Но энергия частиц, испускаемых при естественном распаде радиоактивных веществ, относительно невелика. Поэтому возникла необходимость создан ия искусственных источников заряженных частиц высоких энергий – уско рителей. 3.2 Радиовещание После того как было открыто электричество, его использо вали в качестве «почтальона», предающего информацию с молниеносной бы стротой. Но ведь телефонные и телеграфные провода не протянешь за кора блём или за самолётом, за поездом или автомобилем. Перекинуть мост через пространство людям помогло радио. В переводе с латинского «радио» озна чает «излучать». Первый кирпич в фундамент радиотехники, как мы уже зна ем, заложил датский профессор Ганс Христиан Эрстед, который показал, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле. Его соотечественни к и последователь Джеймс Максвелл пришёл к выводу, что переменное магн итное поле, возбуждаемое изменяющимся током, создаёт в окружающем прост ранстве электрическое поле, которое в свою очередь возбуждает магнитно е поле, и т.д. Взаимно порождая друг друга, эти поля образуют единое переме нное электромагнитное поле – электромагнитную волну. Возникнув в том м есте, где есть провод с током, электромагнитное поле распространяется в пространстве со скоростью света – 300000 км/с. Максвелл утверждал, что вол ны света имеют ту же природу. Они отличаются только длиной. Видимый свет - это короткие волны, а электромагнитные волны – это волны большей длин ы. В 1888 г. их впервые смог получить и исследовать немецкий физик Генрих Р удольф Герц. Однако путей практического применения своего открытия он н е нашел. Эти пути увидел Александр Степанович Попов. Опираясь на резуль таты опытов Герца, он создал прибор для обнаружения и регистрирования эл ектрических «колебаний» - радиоприёмник. 7 мая 1895г. А.С. Попов сделал докла д на заседании Русского физико- химического общества в Петербурге и прод емонстрировал в действии свои приборы связи. Это был день рождения радио . Первый радиоприёмник Попова имел очень простое устройство: батарея, э лектрический звонок, электромагнитное реле и стеклянная трубка с метал лическими опилками внутри – когерер (от латинского слова «когеренция» - «сцепление». (Рис.2) Передатчиком служил искровой разрядник, возбужда вший электромагнитные колебания в антенне, которую Попов впервые в мире использовал для беспроводной связи. Под действием радиоволн, принятых а нтенной, металлические опилки в когерере сцеплялись, и он начинал пропус кать электрический ток от батареи. Срабатывало реле, включался звонок, а когерер получал «лёгкую встряску», сцепление между металлическими опи лками ослабевало, и они были готовы принять следующий сигнал. Продолжа я опыты и совершенствуя приборы, А.С.Попов медленно, но уверенно увеличив ал дальность действия радиосвязи. Через 5лет после создания первого пр иёмника начала действовать регулярная линия беспроволочной связи на р асстояние 40км. Благодаря радиограмме, переданной по этой линии зимой 1900 г ода, ледокол «Ермак» снял со льдины рыбаков, которых шторм унёс в море. Радио, начавшее свою практическую историю спасением людей, стало новым п рогрессивным видом связи 20 века. 3. Магнитотерапия. В спектре частот разные места з анимают радиоволны, свет, рентгеновское излучение и другие электромагн итные излучения. Их обычно характеризуют непрерывно связанными между с обой электрическими и магнитными полями. Однако при определенных усло виях электрическая и магнитная составляющие становятся практически не зависимыми, и их можно рассматривать отдельно. «Магнитотерапия» (лечен ие магнитным полем) и «магнитобиология» (биологическое воздействие ма гнитным полем)- термины, относящиеся к низкочастотному диапозону. Для ле чения с помощью электромедицинских аппаратов используют постоянное ма гнитное поле (франклинизация), магнитное поле 10-40 мГц (индуктотерапия), элек трическое поле 25-50 мГц (УВЧ- терапия). Отмечено, что при воздействии магнит ным полем происходит изменение окислительно-восстановительных процес сов и перекисного окисления липидов, перестройка в звеньях эндокринной системы. Противовоспалительный эффект действия магнитного поля связыв ают с изменением в свертывающей и противосвертывающей системах крови, у лучшением микроциркуляции, а также выбросом гармонов. Магнитотерапия п рименяется в имплантологии и травмотологии, т.к. ускоряет процессы реген ерации тканей. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. История науки - тысячелетняя драма. Драм а не только идей, но и их творцов. На памятниках, барельефах, мемориальны х досках ученые всегда кажутся чуждыми суете и страданиям. Но до того, как их лики застыли в бронзе или граните, им были ведомы и печаль и отчаяние; в се они были самыми обычными смертными; только одареннее и ранимее. И тер нии, всегда устилающие дорогу к пьедесталам, ранили их ничуть не меньше, ч ем всех остальных людей; только раны их были невидимы миру. Ученый – это не специальность, ей нельзя обучить в институте. Каждое открытие делает человек, ставший ученым по призванию. Открытия не бывают случайными. Дл я торжества нового в науке нужны талант, знания, непредвзятость мнений, у мение удивиться новому, трудолюбие, смелость в отстаивании своих убежде ний. И , что очень важно, необходимость в данном открытии. Наука и обществ о должны по меньшей мере созреть, чтобы принять новое открытие, а еще лучш е – они должны остро нуждаться в нем. В таких условиях и находилось науч ное общество, когда новаторская мысль посетила скромного датского проф ессора Ганса Христиана Эрстеда и произошло рождение нового раздела физ ики – электромагнетизма. Список прочитанной литературы: В.З. Озерников «Неслучайные случайност и. Рассказы о великих открытиях и выдающихся ученых» Л.С.Жданов, В.А.Мара нджян «Курс физики» Справочник школьника под редакцией А.Барашкова М .И.Блудов «Беседы по физике» М.И.Яковлева «Физиологические механизмы д ействия электромагнитных полей»
© Рефератбанк, 2002 - 2024