Номер 1, страница 179, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

1. Сформулируйте гипотезу Максвелла.

1. Сформулируйте гипотезу Максвелла.

Решение

Гипотеза Максвелла, сформулированная Джеймсом Клерком Максвеллом, является одним из ключевых положений теории электромагнетизма. Она утверждает, что не только электрический ток (движущиеся заряды), но и любое изменяющееся во времени электрическое поле является источником магнитного поля.

До Максвелла был известен закон Ампера о циркуляции магнитного поля, который связывал магнитное поле с током проводимости, его создающим: $ \oint \vec{B} \cdot d\vec{l} = \mu_0 I_{\text{пр}} $ Здесь $ \vec{B} $ — вектор магнитной индукции, $ d\vec{l} $ — элемент длины замкнутого контура, $ \mu_0 $ — магнитная постоянная, а $ I_{\text{пр}} $ — сила тока проводимости, пронизывающего поверхность, ограниченную этим контуром.

Максвелл обнаружил, что эта формула неполна. Например, при зарядке или разрядке конденсатора в цепи течет ток, и вокруг проводов существует магнитное поле. Однако в пространстве между обкладками конденсатора ток проводимости (движение зарядов) отсутствует ($ I_{\text{пр}} = 0 $), но при этом электрическое поле изменяется. Эксперименты показывали, что и в этом пространстве возникает магнитное поле, что противоречило исходной форме закона Ампера.

Для разрешения этого противоречия Максвелл ввёл понятие тока смещения ($ I_{\text{см}} $). Ток смещения — это не движение зарядов, а величина, пропорциональная скорости изменения потока электрического поля. Для вакуума ток смещения определяется формулой: $ I_{\text{см}} = \varepsilon_0 \frac{d\Phi_E}{dt} $ где $ \varepsilon_0 $ — электрическая постоянная, а $ \Phi_E = \int_S \vec{E} \cdot d\vec{S} $ — поток вектора напряженности электрического поля $ \vec{E} $ через поверхность $\text{S}$.

Гипотеза Максвелла заключается в том, что ток смещения порождает магнитное поле точно так же, как и ток проводимости. Таким образом, полный ток, создающий магнитное поле, равен сумме тока проводимости и тока смещения. Обобщенный закон Ампера (или закон Ампера-Максвелла) принимает вид: $ \oint \vec{B} \cdot d\vec{l} = \mu_0 (I_{\text{пр}} + I_{\text{см}}) = \mu_0 \left( I_{\text{пр}} + \varepsilon_0 \frac{d\Phi_E}{dt} \right) $

Эта гипотеза установила полную симметрию между электрическими и магнитными явлениями:

• Переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле (закон электромагнитной индукции Фарадея).
• Переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле (гипотеза Максвелла).

Ответ: Гипотеза Максвелла утверждает, что любое изменяющееся во времени электрическое поле порождает в окружающем пространстве вихревое магнитное поле. Это явление описывается введением в физику понятия тока смещения ($ I_{\text{см}} = \varepsilon_0 \frac{d\Phi_E}{dt} $ в вакууме), который наравне с током проводимости является источником магнитного поля.