光の電磁理論。科学的発見の歴史と本質

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光の電磁理論。科学的発見の歴史と本質

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「私の時代にはニュートン光は最小の粒子で構成されており、その移動速度はほぼ無限であると確信していました - 問題の背景でT.レゲは言います。 - 彼の同時代人ホイヘンスそれどころか、空気中または任意の物質媒体中の音の伝播のプロセスと同様に、光の伝播の波動メカニズムの支持者でした。ニュートンの議論の余地のない権威は、ホイヘンスの仮説の承認を許しませんでした。

1700 年、ユング、フレネル、その他の科学者たちは、ニュートンの考えからは理解できない光学現象の研究を始めました。これらの現象は、光の波動性を直接的に示していました。逆説的ですが、これらの現象の中には、写真家によく知られており、ガラス板の間に OHP フィルムを置いたときに発生するニュートンリングがありました。一部の昆虫の明るい色は、昆虫の体の表面にある液晶の薄い層で発生する光波干渉の複雑なプロセスの結果としても発生します。

しかし、XNUMX 世紀後半における光の波力学的理論は明らかな成功を収めたにもかかわらず、XNUMX つの理由から疑問視されました。一つは経験ですファラデー磁場が光に与える影響を発見した人。もう一つは、電気現象と磁気現象の関係についての研究で、マクスウェル。「光の電磁的性質の発見は、内容と形式の発展の弁証法を見事に示したものである。新しい内容である電磁波は、デカルト渦という古い形式で表現された。」とP.S.クドリャフツェフは書いている。

電磁気学の発展の結果として現れた新しい内容、遠距離作用の理論の古い形式だけでなく、エーテルの力学的理論の間の矛盾は、探していたファラデーによってすでに感じられていました。この内容を表現する新しい形。彼はそのような形を力線に見ましたが、それは静的ではなく動的に考慮されるべきです。このアイデアの発展は、彼の作品「光線の振動に関する考察」(1846 年) と「物理的な磁力線について」(1851 年) に向けられています。

1845年にファラデーが磁気と光の関係を発見したことは、光の理論における新しい内容であると同時に、光の振動の厳密な横方向の性質を再び指摘しました。これはすべて、古い形式の機械的エーテルにうまく適合しませんでした。」ファラデーは、横方向の振動が発生する力線のアイデアを提唱しています。粒子をつなぐ力線、ひいては物質の塊をXNUMXつの全体に接続します。この考えが認められれば、エーテルから私たちを解放します。エーテルは、別の観点から、これらの振動が起こる媒体です。

科学者は、力線で発生する振動は機械的なプロセスではなく、新しい形の動き、「特定の高次のタイプの振動」であると指摘しています。このようなゆらぎは横方向であるため、「分極という素晴らしい多様な現象を説明する」ことができます。それらは、液体や気体の縦方向の音波とは異なります。彼の理論は、「エーテルを排除しようとしますが、振動を排除しようとはしません」と彼は言います。これらの磁気振動は、有限の速度で伝播します。

「...力の一方の端での変化の出現は、もう一方の端でのその後の変化を示唆しています。光の伝播、したがっておそらくすべての放射作用の伝播には時間がかかり、線の振動のために放射線の現象を説明するには、そのような振動にも時間がかかる必要があります」.

新しい形の探求により、科学者は光のように有限の速度で伝播する横磁気振動という重要なアイデアの形成につながりました。しかし、これは光の電磁理論の中心的なアイデアであり、1832年にはすでに生まれたアイデアです。

マクスウェルは、W. ブラッグへのメモの中で次のように述べています。記事 (「動的場の理論」(1846 年 1865 月)、1846 年には伝播速度を計算するためのデータがなかった点を除いて)。

しかし、そのような認識は、ジェームズ・マクスウェルによる電磁場の研究におけるメリットを軽視するものではありません。

ジェームズ・マクスウェル (1831–1879) はエジンバラで生まれました。男の子が生まれて間もなく、両親は彼をグレンラー邸に連れて行きました。最初に、教師は家に招待されました。その後、ジェームズをエジンバラアカデミーという大きな名前の新しい学校に送ることが決定されました。マクスウェルはアカデミーを最初に卒業した人の XNUMX 人であり、エジンバラ大学の扉が彼の前に開かれました。

学生時代、マクスウェルは弾性理論について真剣な研究を行い、専門家から高く評価されました。そして今、彼はケンブリッジでの彼のさらなる研究の見通しの問題に直面しました。マクスウェルの知識の量、彼の知性の力、そして思考の独立性は、彼が彼の解放において高い位置を達成することを可能にしました。彼はXNUMX位になりました。

この若い独身者はケンブリッジ・トリニティ・カレッジに教師として残された。しかし、彼は科学的な問題を懸念していました。マクスウェルは、1852 年から研究を始めた幾何学や色の問題といった昔からの情熱に加えて、電気にも興味を持つようになりました。

20年1854月1864日、マクスウェルはトムソンに「電気を攻撃する」という意図を伝えた。「攻撃」の結果は、電磁場の研究に特化したマクスウェルの主要な著作XNUMX冊のうちの最初のエッセイ「ファラデーの力線について」である。「場」という言葉は、トムソンへの同じ手紙の中で最初に登場しましたが、マクスウェルはこの手紙や力線に関するその後の研究ではそれを使用していません。この概念は、XNUMX 年に「電磁場の動的理論」という著作の中でのみ再び登場します。

彼は、彼が作成した電磁界理論に関する 1861 つの主要な著作を出版しています。「物理的な力線について」(1862-1864) と「電磁界の動的理論」(1865-XNUMX) です。 XNUMX 年間、マクスウェルは著名な科学者に成長し、電磁気現象の基礎理論の作成者となりました。この基礎理論は、力学、熱力学、統計物理学とともに、古典理論物理学の基礎の XNUMX つになりました。

「電気磁気論」-マクスウェルの主な仕事と彼の科学的仕事の頂点。その中で、彼は、1854年の初めに始まった電磁気学に関する長年の研究の結果を要約しました。「論文」の序文は1年1873月XNUMX日付けです。 XNUMX年間、マクスウェルは彼の基本的な仕事に取り組みました！

マクスウェルの研究は、電磁波は自然界に存在するに違いなく、空気のない空間での伝播速度は光の速度に等しい、毎秒 300 キロメートルであるという結論に導きました。

発生すると、電磁場は光の速度で空間を伝播し、ますます大きな体積を占めます。マクスウェルは、光の波は、交流電流が流れているワイヤーの周りに発生する波と同じ性質のものであると主張しました。それらは長さだけが異なります。非常に短い波長は可視光です。

A.A. Korobko-Stefanov は次のように書いています。再び電場を励起する電場を取り囲む磁場など。

光の速度で伝播する急速に変化する電場と磁場が電磁場を形成します。電磁場は空間内を点から点へと伝播し、電磁波を生成します。各点の電磁場は、電場の強さと磁場の強さによって特徴付けられます。電界と磁界の強度は、大きさだけでなく方向によっても特徴付けられるため、ベクトル量です。電界強度ベクトルは相互に垂直であり、伝播方向に対して垂直です。

したがって、電磁波は横方向です。

電場と磁場の強さの変化が非常に急速に起こると、電磁波が発生するというマクスウェルの理論に基づいています。

マクスウェルの考えの妥当性は、以下によって経験的に証明されました。ハインリヒヘルツ. 14 世紀の 12 年代に、ヘルツは長さ 3 メートル、幅 4 メートルの講堂で働きながら、電磁気現象の研究を始めました。彼は、受信機とバイブレーターの距離が 12 メートル未満の場合、電気力の分布の性質は双極子場に似ており、距離の XNUMX 乗に反比例して減少することを発見しました。ただし、距離が XNUMX メートルを超えると、フィールドの減少はより遅くなり、異なる方向で同じではなくなります。バイブレーターの軸の方向では、軸に垂直な方向よりもアクションがはるかに速く減少し、XNUMX メートルの距離ではほとんど目立ちませんが、垂直方向では XNUMX メートル以上の距離に達します。

この結果は、長距離理論のすべての法則と矛盾しています。ヘルツは彼のバイブレーターの波動帯の研究を続け、後にその場を理論的に計算しました。その後の多くの研究で、ヘルツは有限の速度で伝搬する電磁波の存在を反論の余地なく証明しました。ヘルツは 1888 年の XNUMX 番目の論文で、「高速電気振動に関する私の実験の結果は、マクスウェルの理論が電気力学の他のすべての理論よりも優れていることを示した」と書いています。

さまざまな瞬間におけるこの波帯の場は、力線の図を使用してヘルツによって描かれました。 Hertz によるこれらの図面は、すべての電気の教科書に含まれていました。ヘルツの計算は、アンテナ放射の理論と原子と分子の放射の古典理論の基礎を形成しました。

したがって、彼の研究の過程で、ヘルツはついに無条件にマクスウェルの視点に切り替え、彼の方程式に便利な形式を与え、マクスウェルの理論を電磁放射の理論で補足しました。ヘルツは、マクスウェルの理論によって予測された電磁波を実験的に取得し、光の波との同一性を示しました。

1889 年、ヘルツは第 62 回ドイツ自然主義者および医師会議で「光と電気の関係について」というレポートを読みました。

ここで彼は自分の実験を次の言葉で要約しています。マクスウェルの理論の勝利...光の本質についての彼女の見解が以前はどれほどありそうになかったのか、今ではこの見解を共有しないことは非常に困難です.

1890 年、ヘルツは XNUMX つの記事を発表しました。これらの記事には、「電気力線」の伝搬に関する研究が含まれており、本質的に、マクスウェルの電場理論の標準的な解説を提供し、それは教科書に含まれています。

著者: サミン D.K.

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