ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА I. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ ФАРАДЕЯ 7
1.1 Исследование развития электродинамики до Фарадея 7
1.2 Труды М. Фарадея по постоянному току 19
1.3. Исследование положений М.Фарадея о существовании электрического и магнитного полей 22
1.4 Исследование положений Фарадея о превращении магнетизма в
электричество и электричества в магнетизм 25
Вывод 34
ГЛАВА II. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ ФАРАДЕЯ-МАКСВЕЛЛА 35
2.1. Роль Фарадея в развитии электродинамики и электромагнетизма 35
2.2. Модельное представление об электромагнитных процессах 45
2.3. Достоинства и недостатки идей Фарадея 49
2.4. Использование идей Фарадея Максвеллом 50
2.5. Современный взгляд на электродинамику Фарадея-Максвелла 55
Вывод 58
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 59
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Чтобы гений реализовал свой творческий потенциал, он должен родиться в нужное время и в нужном месте, то судьба Майкла Фарадея полностью это подтверждает. В год его рождения был опубликован трактат Гальвани, когда Фарадею исполнилось 8 лет, был создан Лондонский Королевский институт по распространению научных знаний. Годом позже в Лондонское Королевское общество - высший научный центр Великобритании - пришло сообщение об изобретении Вольта, когда Фарадею было 11 лет, его учитель Гемфри Деви доказал факт разложения воды с помощью вольтова столба и стал, таким образом, одним из основателей новой науки - электрохимии.
Будущий великий английский физик (Faraday, Michael) (1791-1867), родился 22 сентября 1791 в предместье Лондона в семье кузнеца. С 12 лет работал разносчиком газет, затем учеником в переплетной мастерской. Занимался самообразованием, читал книги по химии и электричеству. В 1813 один из заказчиков подарил Фарадею пригласительные билеты на лекции Г.Дэви в Королевском институте, сыгравшие решающую роль в судьбе Фарадея. Благодаря Дэви он получил место ассистента в Королевской ассоциации.
В начале Фарадей посвятил себя химии, но затем увлёкся опытами с магнитными и электрическими явлениями. Он приступил к этим опытам не сразу, хотя постоянно носил с собой маятник, чтобы не забывать о том, что пора давно заняться магнетизмом.
В 1813-1815, путешествуя вместе с Дэви по Европе, Фарадей посетил лаборатории ряда стран. Помогал Дэви в химических экспериментах, начал самостоятельные исследования по химии. Осуществил сжижение газов, получил бензол. В 1821 впервые наблюдал вращение магнита вокруг проводника с током и проводника с током вокруг магнита, создал первую модель электродвигателя. В течение последующих 10 лет занимался исследованием связи между электрическими и магнитными явлениями, в 1831 открыл электромагнитную индукцию, лежащую в основе работы всех электрогенераторов постоянного и переменного тока.
С 1824 г Фарадей - член Королевского общества, а с 1825 - директор лаборатории Королевской ассоциации. Используя огромный экспериментальный материал, Фарадей доказал тождественность известных тогда "видов" электричества: "животного", "магнитного", термоэлектричества, гальванического электричества и т.д. Стремление выявить природу электрического тока привело его к экспериментам по прохождению тока через растворы кислот, солей и щелочей. Результат исследования - открытие в 1833 законов электролиза (законы Фарадея). В 1845 Фарадей обнаружил явление вращения плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея). В том же году открыл диамагнетизм, в 1847 - парамагнетизм. Ввел ряд понятий - подвижности (1827), катода, анода, ионов, электролиза, электродов (1834); изобрел вольтметр (1833). В 1830-х годах предложил понятие поля, в 1845 впервые употребил термин "магнитное поле", а в 1852 сформулировал концепцию поля.
Основные работы по электричеству и магнетизму Фарадей представлял Королевскому обществу в виде серий докладов под названием Экспериментальные исследования по электричеству. Кроме Исследований, Фарадей опубликовал работу Химические манипуляции (ChemicalManipulation, 1827). Широко известна его книга История свечи (1861).
Тема дипломной работы "Изучение истории открытий Фарадея в школьном курсе физики" актуальна, так как его открытия внесли огромный вклад в развитие не только фундаментальной, но и прикладной физики.
Талантливый экспериментатор, наделённый научной интуицией, Фарадей поставил ряд опытов, в которых были открыты фундаментальные физические законы и явления. Идеи Фарадея об электрическом и магнитном полях оказали большое влияние на развитие всей физики. В 1832 Фарадей высказал мысль о том, что распространение электромагнитных взаимодействий есть волновой процесс, происходящий с конечной скоростью.
В 1845 году, исследуя магнитные свойства различных материалов, Фарадей открыл явления парамагнетизма и диамагнетизма. В 1845 он установил вращение плоскости поляризации света в магнитном поле (Фарадея эффект), это было первое наблюдение связи между магнитными и оптическими явлениями, которая позднее явилась подтверждением электромагнитной теории света Дж. Максвелла. Фарадей изучал также электрические разряды в газах, пытаясь выяснить природу электричества.
Значение Фарадея в развитии науки отмечал А. Г. Столетов: "Никогда со времен Галилея свет не видал стольких поразительных и разнообразных открытий, вышедших из одной головы"
Объект исследования: научная деятельность М. Фарадея в области электродинамики и магнетизма.
Цель исследования: изучение истории научных открытий и применение законов М. Фарадея на уроках в средней школе.
Задачи исследования:
1) проанализировать основные идеи и работы по электродинамике и магнетизму, способствующие открытиям М. Фарадея;
2) изучить работы М. Фарадея по постоянному току;
3) раскрыть идеи М. Фарадея о существовании электрического и магнитного полей;
4) рассмотреть эксперименты Фарадея по превращению электричества в магнетизм и магнетизма в электричество;
5) дать характеристику модельному представлению об электромагнитных процессах;
6) проанализировать основные идеи М. Фарадея, получившие продолжение в работах Д. Максвелла.
7) изучить развитие электродинамики Максвелла-Фарадея в современный период.
Структура дипломного исследования: дипломная работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованной литературы.
Роль Фарадея в человеческой цивилизации совершенно уникальна. До него ученые - естествоиспытатели исследовали круг явлений, известных из повседневного опыта и воспринимаемых каким-либо из пяти органов чувств человека. Фарадей же открыл новый вид материи, органами чувств не воспринимаемый - электоромагнитное поле, положив новые пути развития науки и техники [13].
Черту подвел Д.К. Максвелл, который в период с 1860 г. по 1865 г. обобщил всю сумму экспериментальных данных и предложил в виде системы уравнений теорию электромагнитного поля, выражающую все основные закономерности электромагнитных явлений. Элементами новизны в этой теории были введенное им понятие тока смещения, а также предсказание ряда эффектов - существование в свободном пространстве электромагнитного излучения (волн), распространение электромагнитных волн в пространстве со скоростью света.
Модель силового поля рождается в электродинамике Максвелла, точнее Фарадея-Максвелла, поскольку основы модельного слоя были заложены Фарадеем на основе модели силовых линий, а математический слой был разработан Максвеллом. Исходя из концепции близкодействия, Фарадей перенес центр тяжести своих исследований с электрических и магнитных тел на пространство между этими телами [14].
Одно лишь только формальное перечисление работ М. Фарадея способно составить объемный каталог, поэтому следует выделить наиболее значительное в этих исследованиях.
Прежде всего, открытие явления электромагнитной индукции, во-вторых, явление вращения плоскости поляризации света в магнитном поле - первое экспериментальное доказательство связи между светом и магнетизмом, в-третьих, введение понятия "силового поля". А. Эйнштейн по этому поводу отмечал: "Идея поля была самой оригинальной идеей Фарадея, самым важным открытием со времен Ньютона.
К настоящему времени не установлено ни единого экспериментального факта, который позволил бы усомниться в справедливости электромагнитной теории Фарадея-Максвелла. Однако не существует до сих пор и строгого вы-вода основных соотношений этой теории. Поскольку электрон был открыт значительно позже (Дж.Дж. Томсоном в 1897 г.), а дискретность же электрического заряда и его величина были установлены позднее (Р.Э. Милликеном в 1910-1914 гг.), то в основе теории Максвелла лежали представления о "заряде-жидкости", т.е. теория Максвелла - это, прежде всего, макроскопическая электродинамика [1].
Подвиг Фарадея состоит в том, что он завершил накопление экспериментальных открытий в области электромагнетизма и положил начало их теоретическому осмыслению, завершенному Максвеллом. Наглядность перестала быть обязательной для объяснения физических явлений.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
