Lý thuyết điện từ của ánh sáng. Lịch sử và bản chất của khám phá khoa học

KHÁM PHÁ KHOA HỌC QUAN TRỌNG NHẤT
Thư viện miễn phí / Cẩm nang / Những khám phá khoa học quan trọng nhất

Lý thuyết điện từ của ánh sáng. Lịch sử và bản chất của khám phá khoa học

Những khám phá khoa học quan trọng nhất

Cẩm nang / Những khám phá khoa học quan trọng nhất

"Trong thời đại của tôi Newton đã tin rằng ánh sáng bao gồm các hạt nhỏ nhất, tốc độ chuyển động của chúng gần như vô hạn, - T. Regge nói trong bối cảnh của vấn đề. - Người cùng thời với anh ấy Huygens, ngược lại, là người ủng hộ cơ chế truyền sóng của ánh sáng, tương tự như quá trình truyền âm thanh trong không khí hoặc trong bất kỳ môi trường vật chất nào. Thẩm quyền không thể chối cãi của Newton đã không cho phép công nhận giả thuyết của Huygens.

Năm 1700, Jung, Fresnel và một số nhà khoa học khác bắt đầu nghiên cứu các hiện tượng quang học không thể hiểu được theo quan điểm của các ý tưởng của Newton. Những hiện tượng này trực tiếp chỉ ra bản chất sóng của ánh sáng. Nghịch lý thay, trong số những hiện tượng này lại có các vòng Newton, được các nhiếp ảnh gia biết đến và phát sinh khi một tấm kính trong suốt được đặt giữa các tấm kính. Màu sắc tươi sáng của một số loài côn trùng cũng phát sinh do quá trình giao thoa sóng ánh sáng phức tạp xảy ra trong các lớp tinh thể lỏng mỏng nằm trên bề mặt cơ thể của côn trùng.

Tuy nhiên, bất chấp những thành công rõ ràng của lý thuyết cơ học sóng về ánh sáng vào nửa sau thế kỷ XNUMX, nó vẫn bị nghi ngờ vì hai lý do. Một - thí nghiệm Faradayngười đã khám phá ra tác dụng của từ trường đối với ánh sáng. Nghiên cứu còn lại là nghiên cứu về mối liên hệ giữa các hiện tượng điện và từ, được thực hiện bởi Maxwell. P.S. Kudryavtsev viết: “Việc khám phá ra bản chất điện từ của ánh sáng là một minh họa tuyệt vời cho phép biện chứng của sự phát triển của nội dung và hình thức. “Nội dung mới - sóng điện từ - được thể hiện dưới dạng cũ của các xoáy Descartes.

Sự khác biệt giữa nội dung mới xuất hiện do sự phát triển của điện từ học, không chỉ là hình thức cũ của lý thuyết về hành động tầm xa, mà còn cả lý thuyết cơ học của ête đã được Faraday, người đang tìm kiếm một hình thức mới để thể hiện nội dung này. Anh ta nhìn thấy một dạng như vậy trong các đường sức, nên được coi là không tĩnh, mà là động. Sự phát triển của ý tưởng này được dành cho các công trình của ông "Suy nghĩ về dao động của tia" (1846) và "Về đường vật lý của lực từ" (1851).

Phát hiện của Faraday vào năm 1845 về mối liên hệ giữa từ tính và ánh sáng là một nội dung mới trong lý thuyết ánh sáng, đồng thời một lần nữa chỉ ra tính chất ngang nghiêm ngặt của dao động ánh sáng. Tất cả điều này không phù hợp với dạng cũ của ête cơ học. "Faraday đưa ra ý tưởng về các đường sức trong đó dao động ngang xảy ra.) Được lấy làm cơ sở của bức xạ và các hiện tượng liên quan đến nó, xảy ra trong các đường lực kết nối các hạt, và do đó, các khối lượng vật chất thành một tổng thể. Ý tưởng này, nếu được thừa nhận, sẽ giải phóng chúng ta khỏi ether, theo một quan điểm khác, là môi trường diễn ra các dao động này.

Nhà khoa học chỉ ra rằng dao động xảy ra trong các đường sức không phải là một quá trình cơ học, mà là một dạng chuyển động mới, "một dạng dao động cao hơn nhất định." Những dao động như vậy là ngang và do đó có thể "giải thích các hiện tượng đa dạng tuyệt vời của sự phân cực." Chúng không giống như sóng âm thanh dọc trong chất lỏng và chất khí. Lý thuyết của ông, ông nói, "cố gắng loại bỏ ether, nhưng không phải dao động." Các dao động từ này lan truyền với tốc độ hữu hạn:

"... Sự xuất hiện của một sự thay đổi ở một đầu của lực cho thấy sự thay đổi tiếp theo ở đầu kia. Sự lan truyền của ánh sáng, và do đó, có lẽ, của tất cả các hành động bức xạ, cần có thời gian và để dao động của các đường của lực để giải thích các hiện tượng bức xạ thì cần một dao động như vậy cũng cần có thời gian ”.

Việc tìm kiếm một dạng mới đã đưa nhà khoa học đến việc phát triển ý tưởng quan trọng về dao động từ trường ngang, lan truyền giống như ánh sáng, với tốc độ hữu hạn. Nhưng đây là ý tưởng trung tâm của lý thuyết điện từ của ánh sáng - một ý tưởng nảy sinh từ năm 1832.

Maxwell đã lưu ý trong một ghi chú cho W. Bragg: "Lý thuyết điện từ của ánh sáng do ông ấy (Faraday) đề xuất trong" Suy nghĩ về Rung động xuyên tâm "(tháng 1846 năm 1865) hoặc" Điều tra thực nghiệm "về cơ bản giống như lý thuyết mà tôi bắt đầu phát triển. bài báo ("Lý thuyết trường động lực học" (tháng 1846 năm XNUMX), ngoại trừ việc năm XNUMX không có dữ liệu nào để tính toán tốc độ lan truyền. "

Tuy nhiên, sự thừa nhận như vậy không coi thường công lao trong nghiên cứu trường điện từ của James Maxwell.

James Maxwell (1831–1879) sinh ra ở Edinburgh. Không lâu sau khi cậu bé chào đời, cha mẹ cậu đã đưa cậu đến bất động sản của họ ở Glenlar. Lúc đầu, giáo viên được mời đến nhà. Sau đó, người ta quyết định gửi James đến một trường học mới, nơi mang tên Học viện Edinburgh. Maxwell là một trong những người đầu tiên tốt nghiệp học viện, và cánh cửa của Đại học Edinburgh đã mở ra trước mắt anh.

Khi còn là sinh viên, Maxwell đã thực hiện nghiên cứu nghiêm túc về lý thuyết đàn hồi, được các chuyên gia đánh giá cao. Và bây giờ anh ấy phải đối mặt với câu hỏi về triển vọng học tiếp của mình tại Cambridge. Khối lượng kiến thức của Maxwell, sức mạnh của trí tuệ và sự độc lập trong suy nghĩ đã cho phép anh ta đạt được vị trí cao trong quá trình phát hành của mình. Anh ấy chiếm vị trí thứ hai.

Chàng cử nhân trẻ bị bỏ lại ở Cambridge - Trinity College với tư cách là giáo viên. Tuy nhiên, ông lo lắng về các vấn đề khoa học. Ngoài sở thích cũ - hình học và vấn đề màu sắc mà ông bắt đầu nghiên cứu từ năm 1852, Maxwell còn quan tâm đến điện.

Vào ngày 20 tháng 1854 năm 1864, Maxwell thông báo cho Thomson về ý định “tấn công điện”. Kết quả của cuộc “tấn công” là bài tiểu luận “Về các đường lực của Faraday” - tác phẩm đầu tiên trong ba tác phẩm chính của Maxwell dành cho việc nghiên cứu trường điện từ. Từ “trường” lần đầu tiên xuất hiện trong cùng bức thư gửi Thomson, nhưng Maxwell không sử dụng nó trong bài viết này cũng như trong bài luận tiếp theo về các đường trường. Khái niệm này sẽ chỉ xuất hiện trở lại vào năm XNUMX trong tác phẩm “Lý thuyết động lực của trường điện từ”.

Ông xuất bản hai công trình lớn về lý thuyết trường điện từ do ông tạo ra: "Về các đường vật lý của lực" (1861-1862) và "Lý thuyết động lực học của trường điện từ" (1864-1865). Trong mười năm, Maxwell đã phát triển thành một nhà khoa học lỗi lạc, người tạo ra lý thuyết cơ bản về hiện tượng điện từ, cùng với cơ học, nhiệt động lực học và vật lý thống kê, đã trở thành một trong những nền tảng của vật lý lý thuyết cổ điển.

"Chuyên luận về Điện và Từ trường" - tác phẩm chính của Maxwell và là đỉnh cao trong công việc khoa học của ông. Trong đó, ông tổng hợp kết quả của nhiều năm nghiên cứu về điện từ học, bắt đầu từ đầu năm 1854. Lời nói đầu của "Luận thuyết" đề ngày 1 tháng 1873 năm XNUMX. Mười chín năm Maxwell đã làm việc với công việc cơ bản của mình!

Nghiên cứu của Maxwell đã đưa ông đến kết luận rằng sóng điện từ phải tồn tại trong tự nhiên, tốc độ lan truyền của nó trong không gian thiếu không khí bằng tốc độ ánh sáng - 300 km mỗi giây.

Khi đã phát sinh, trường điện từ lan truyền trong không gian với tốc độ ánh sáng, chiếm thể tích ngày càng lớn. Maxwell cho rằng sóng ánh sáng có cùng bản chất với sóng phát sinh xung quanh một sợi dây trong đó có dòng điện xoay chiều. Chúng chỉ khác nhau về độ dài. Bước sóng rất ngắn là ánh sáng nhìn thấy.

A.A. Korobko-Stefanov viết: “Giả thiết của Maxwell rằng sự thay đổi trong điện trường kéo theo sự xuất hiện của thông lượng cảm ứng từ là bước tiến tiếp theo. từ trường bao gồm một điện trường, một lần nữa kích thích một điện trường, v.v.

Điện trường và từ trường xen kẽ nhanh chóng lan truyền với tốc độ ánh sáng tạo thành một trường điện từ. Một trường điện từ lan truyền trong không gian từ điểm này sang điểm khác, tạo ra sóng điện từ. Trường điện từ tại mỗi điểm được đặc trưng bởi cường độ của điện trường và từ trường. Cường độ của điện trường và từ trường là các đại lượng vectơ, vì chúng không chỉ được đặc trưng bởi độ lớn mà còn theo hướng. Các vectơ cường độ trường vuông góc với nhau và vuông góc với hướng truyền."

Do đó, sóng điện từ là sóng ngang.

Theo lý thuyết của Maxwell, sóng điện từ phát sinh nếu sự thay đổi cường độ của điện trường và từ trường xảy ra rất nhanh.

Tính hợp lệ của các ý tưởng của Maxwell đã được thực nghiệm chứng minh bởi Heinrich Hertz. Vào những năm tám mươi của thế kỷ 14, Hertz bắt đầu nghiên cứu các hiện tượng điện từ, làm việc trong một khán phòng dài 12 m và rộng 3 m. Ông nhận thấy rằng nếu khoảng cách của máy thu từ máy rung nhỏ hơn một mét, thì bản chất của sự phân bố của lực điện tương tự như trường lưỡng cực và giảm nghịch như lập phương của khoảng cách. Tuy nhiên, ở khoảng cách vượt quá 4 mét, trường giảm chậm hơn nhiều và không giống nhau theo các hướng khác nhau. Theo hướng trục của máy rung, hành động giảm nhanh hơn nhiều so với hướng vuông góc với trục, và hầu như không nhận thấy ở khoảng cách 12 mét, trong khi theo hướng vuông góc, nó đạt được khoảng cách lớn hơn XNUMX mét.

Kết quả này mâu thuẫn với tất cả các định luật của lý thuyết tầm xa. Hertz tiếp tục nghiên cứu vùng sóng của máy rung của mình, lĩnh vực mà sau này ông đã tính toán lý thuyết. Trong một số công trình tiếp theo, Hertz đã chứng minh một cách không thể chối cãi sự tồn tại của sóng điện từ lan truyền với tốc độ hữu hạn. "Kết quả thí nghiệm của tôi về dao động điện nhanh", Hertz viết trong bài báo thứ tám của ông vào năm 1888, "cho tôi thấy rằng lý thuyết của Maxwell có lợi thế hơn tất cả các lý thuyết khác về điện động lực học."

Trường trong vùng sóng này tại các thời điểm khác nhau được Hertz mô tả bằng cách sử dụng hình ảnh của các đường lực. Những bức vẽ này của Hertz đã được đưa vào tất cả các sách giáo khoa về điện. Các tính toán của Hertz đã hình thành cơ sở của lý thuyết bức xạ ăng-ten và lý thuyết cổ điển về bức xạ của nguyên tử và phân tử.

Vì vậy, trong quá trình nghiên cứu của mình, Hertz cuối cùng và vô điều kiện chuyển sang quan điểm của Maxwell, đã đưa ra một dạng thuận tiện cho các phương trình của mình, bổ sung lý thuyết của Maxwell với lý thuyết bức xạ điện từ. Hertz đã thu được bằng thực nghiệm các sóng điện từ theo dự đoán của lý thuyết Maxwell và cho thấy sự đồng nhất của chúng với các sóng ánh sáng.

Năm 1889, Hertz đọc một báo cáo "Về mối quan hệ giữa ánh sáng và điện" tại Đại hội lần thứ 62 của các nhà tự nhiên học và bác sĩ Đức.

Ở đây, ông tóm tắt các thí nghiệm của mình bằng những từ sau: "Tất cả các thí nghiệm này về nguyên tắc rất đơn giản, nhưng, tuy nhiên, chúng kéo theo những hệ quả quan trọng nhất. Chúng phá hủy bất kỳ lý thuyết nào cho rằng lực điện làm nhảy không gian ngay lập tức. Chúng có nghĩa là Chiến thắng của lý thuyết Maxwell ... Quan điểm của cô ấy về bản chất của ánh sáng dường như trước đó không chắc như thế nào, thì bây giờ thật khó để không chia sẻ quan điểm này.

Năm 1890, Hertz xuất bản hai bài báo: "Về các phương trình cơ bản của điện động lực học trong các vật thể ở trạng thái nghỉ" và "Về các phương trình cơ bản của điện động lực học đối với các vật thể chuyển động." Những bài báo này bao gồm nghiên cứu về sự lan truyền của "các tia lực điện" và về bản chất, đã đưa ra giải trình kinh điển của lý thuyết Maxwell về điện trường, từ đó đã được đưa vào sách giáo khoa.

Tác giả: Samin D.K.

Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela Những khám phá khoa học quan trọng nhất:

▪ Luật Oersted

▪ Nguyên tắc bổ sung

▪ Tác nhân gây bệnh lao

Xem các bài viết khác razdela Những khám phá khoa học quan trọng nhất.

Đọc và viết hữu ích bình luận về bài viết này.

<< Quay lại

Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:

Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng 15.04.2024

Trong thế giới công nghệ hiện đại, nơi khoảng cách ngày càng trở nên phổ biến, việc duy trì sự kết nối và cảm giác gần gũi là điều quan trọng. Những phát triển gần đây về da nhân tạo của các nhà khoa học Đức từ Đại học Saarland đại diện cho một kỷ nguyên mới trong tương tác ảo. Các nhà nghiên cứu Đức từ Đại học Saarland đã phát triển những tấm màng siêu mỏng có thể truyền cảm giác chạm vào từ xa. Công nghệ tiên tiến này mang đến những cơ hội mới cho giao tiếp ảo, đặc biệt đối với những người đang ở xa người thân. Các màng siêu mỏng do các nhà nghiên cứu phát triển, chỉ dày 50 micromet, có thể được tích hợp vào vật liệu dệt và được mặc như lớp da thứ hai. Những tấm phim này hoạt động như những cảm biến nhận biết tín hiệu xúc giác từ bố hoặc mẹ và đóng vai trò là cơ cấu truyền động truyền những chuyển động này đến em bé. Việc cha mẹ chạm vào vải sẽ kích hoạt các cảm biến phản ứng với áp lực và làm biến dạng màng siêu mỏng. Cái này ... >>

Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global 15.04.2024

Chăm sóc thú cưng thường có thể là một thách thức, đặc biệt là khi bạn phải giữ nhà cửa sạch sẽ. Một giải pháp thú vị mới từ công ty khởi nghiệp Petgugu Global đã được trình bày, giải pháp này sẽ giúp cuộc sống của những người nuôi mèo trở nên dễ dàng hơn và giúp họ giữ cho ngôi nhà của mình hoàn toàn sạch sẽ và ngăn nắp. Startup Petgugu Global đã trình làng một loại bồn cầu độc đáo dành cho mèo có thể tự động xả phân, giữ cho ngôi nhà của bạn luôn sạch sẽ và trong lành. Thiết bị cải tiến này được trang bị nhiều cảm biến thông minh khác nhau để theo dõi hoạt động đi vệ sinh của thú cưng và kích hoạt để tự động làm sạch sau khi sử dụng. Thiết bị kết nối với hệ thống thoát nước và đảm bảo loại bỏ chất thải hiệu quả mà không cần sự can thiệp của chủ sở hữu. Ngoài ra, bồn cầu có dung lượng lưu trữ lớn có thể xả nước, lý tưởng cho các hộ gia đình có nhiều mèo. Bát vệ sinh cho mèo Petgugu được thiết kế để sử dụng với chất độn chuồng hòa tan trong nước và cung cấp nhiều lựa chọn bổ sung. ... >>

Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm 14.04.2024

Định kiến phụ nữ thích “trai hư” đã phổ biến từ lâu. Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây được thực hiện bởi các nhà khoa học Anh từ Đại học Monash đã đưa ra một góc nhìn mới về vấn đề này. Họ xem xét cách phụ nữ phản ứng trước trách nhiệm tinh thần và sự sẵn sàng giúp đỡ người khác của nam giới. Những phát hiện của nghiên cứu có thể thay đổi sự hiểu biết của chúng ta về điều gì khiến đàn ông hấp dẫn phụ nữ. Một nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà khoa học từ Đại học Monash dẫn đến những phát hiện mới về sức hấp dẫn của đàn ông đối với phụ nữ. Trong thí nghiệm, phụ nữ được cho xem những bức ảnh của đàn ông với những câu chuyện ngắn gọn về hành vi của họ trong nhiều tình huống khác nhau, bao gồm cả phản ứng của họ khi gặp một người đàn ông vô gia cư. Một số người đàn ông phớt lờ người đàn ông vô gia cư, trong khi những người khác giúp đỡ anh ta, chẳng hạn như mua đồ ăn cho anh ta. Một nghiên cứu cho thấy những người đàn ông thể hiện sự đồng cảm và tử tế sẽ hấp dẫn phụ nữ hơn so với những người đàn ông thể hiện sự đồng cảm và tử tế. ... >>

Tin tức ngẫu nhiên từ Kho lưu trữ

Đánh thức các enzym không hoạt động để quang hợp nhân tạo 13.01.2020

Khả năng tái tạo quá trình quang hợp trong phòng thí nghiệm là một điều rất hấp dẫn đối với các nhà khoa học và nhà nghiên cứu trong bối cảnh khoa học sinh học hiện đại - nếu chỉ vì nó có thể giải quyết một số vấn đề liên quan đến khả năng phát triển một thứ gì đó bên ngoài hành tinh của chúng ta. Vì vậy, các nhà nghiên cứu từ Đại học Cambridge đã làm việc trong một dự án như vậy trong một thời gian dài - và hôm nay họ đã trình bày những kết quả đầu tiên, rất hứa hẹn. Và vấn đề là họ đã tìm cách tăng đáng kể hiệu quả của quá trình quang hợp tự nhiên bằng cách sử dụng một cơ chế đã không hoạt động trong thực vật trong một thời gian dài.

Chúng ta đang nói về việc tăng hiệu quả quang hợp tự nhiên của thực vật thông qua việc sử dụng một tế bào quang điện đặc biệt có nguồn gốc nhân tạo, được gắn vào hệ thống quang học của thực vật, tiêu thụ quang phổ màu đỏ và xanh lam của ánh sáng. Hơn nữa, sự gắn kết này được thực hiện với sự trợ giúp của một loại enzyme đặc biệt gọi là hydrogenase, lần đầu tiên được tìm thấy trong tảo, loài có khả năng quang hợp. Sự kết hợp này có thể làm tăng đáng kể hiệu quả của cơ chế tiến hóa tiềm ẩn của quá trình quang hợp tự nhiên ở thực vật, đồng thời tránh sử dụng bất kỳ loại chất xúc tác nào có nguồn gốc điện.

Ví dụ, công việc ban đầu theo cách này hay cách khác liên quan đến khả năng và sự cần thiết của việc sử dụng điện để tăng cường các đặc tính quang hợp - tuy nhiên, cách tiếp cận này có một số hạn chế rất đáng chú ý và không giải quyết được vấn đề trồng cây bên ngoài môi trường sống tự nhiên của chúng - đó là , bên ngoài hành tinh quê hương của chúng ta.

Kết quả của các chuyên gia là rất hứa hẹn vì bằng cách này có thể tránh được sự mất thời gian đáng kể và nhu cầu sử dụng chất xúc tác của bên thứ ba. Nhiều người chắc chắn rằng công nghệ và phương pháp do các chuyên gia này trình bày sẽ trở thành một phần của thực tiễn trong một tương lai nhất định và có thể trở thành một trong những điều kiện cho khả năng bay đến các hành tinh khác và thuộc địa của chúng. Rốt cuộc, khả năng trồng cây liền mạch đáng giá rất nhiều!

Tin tức thú vị khác:

▪ Công tắc sậy thu nhỏ từ Công nghệ Coto

▪ Giấy tái sử dụng

▪ CoolSiC 1200V Silicon cacbua MOSFET trong gói TO247-3 / -4

▪ Máy đo độ cao MS5611 và MS5607

▪ Máy kéo điện

Nguồn cấp tin tức khoa học và công nghệ, điện tử mới

Tài liệu thú vị của Thư viện kỹ thuật miễn phí:

▪ phần của trang web Bộ sạc, pin, pin. Lựa chọn bài viết

▪ bài viết Đừng chia tay với những người thân yêu của bạn. biểu thức phổ biến

▪ bài viết Kim tự tháp tài chính được tổ chức như thế nào? đáp án chi tiết

▪ bài báo Solnik. Truyền thuyết, canh tác, phương pháp áp dụng

▪ bài viết Bàn là điện. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

▪ bài viết Chiếc bình kỳ diệu. bí mật tập trung

Để lại bình luận của bạn về bài viết này:

Tất cả các ngôn ngữ của trang này

Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web