Номер 1, страница 62 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

1. Какие идеи Фарадея нашли свое продолжение в теории Максвелла?

1. Джеймс Клерк Максвелл создал свою знаменитую теорию электромагнетизма, опираясь на экспериментальные открытия и, что не менее важно, на физические концепции, предложенные Майклом Фарадеем. Идеи Фарадея, изначально носившие качественный, интуитивный характер, получили в работах Максвелла строгое математическое описание и дальнейшее развитие. Вот ключевые из них:

Концепция электромагнитного поля. До Фарадея господствовала теория дальнодействия, согласно которой заряды и токи действуют друг на друга мгновенно на расстоянии через пустоту. Фарадей ввел революционное понятие поля — особой формы материи, которая является посредником во взаимодействиях. Он представлял поле наглядно с помощью силовых линий. Максвелл воспринял эту идею и сделал поле центральным объектом своей теории. Он описал электромагнитное поле как динамическую систему, подчиняющуюся определенным законам (уравнениям Максвелла), способную накапливать энергию и распространяться в пространстве.

Электромагнитная индукция. Открытый Фарадеем закон электромагнитной индукции, гласящий, что изменяющееся во времени магнитное поле порождает вихревое электрическое поле (ЭДС индукции), стал одним из краеугольных камней теории Максвелла. Этот закон в математической форме вошел в систему уравнений Максвелла. Он описывает фундаментальную связь между электрическими и магнитными явлениями. Фарадей показал, что ЭДС индукции в замкнутом контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром: $ \mathcal{E} = -\frac{d\Phi_B}{dt} $. Максвелл обобщил это в виде дифференциального уравнения, связывающего векторы полей: $ \nabla \times \vec{E} = -\frac{\partial \vec{B}}{\partial t} $.

Гипотеза о токе смещения. Развивая идею Фарадея о взаимосвязи электричества и магнетизма, Максвелл выдвинул гениальную гипотезу. Если, согласно Фарадею, переменное магнитное поле создает электрическое, то для симметрии должно существовать и обратное явление: переменное электрическое поле должно создавать магнитное поле. Это явление он назвал током смещения. Плотность тока смещения равна $ \vec{j}_D = \varepsilon_0 \frac{\partial \vec{E}}{\partial t} $ (в вакууме). Введение тока смещения позволило замкнуть систему уравнений и устранить логические противоречия в существовавшей теории (в частности, в законе Ампера для незамкнутых токов). Именно этот "добавленный" Максвеллом член стал ключом к предсказанию существования электромагнитных волн.

Электромагнитная природа света. Фарадей интуитивно предполагал, что свет может быть разновидностью электромагнитных колебаний. Он даже пытался экспериментально обнаружить влияние сильного магнитного поля на свет и открыл эффект вращения плоскости поляризации света (эффект Фарадея). Максвелл, решив свои уравнения для свободного пространства (без зарядов и токов), получил волновое уравнение. Скорость распространения этих гипотетических волн, вычисленная им из чисто электрических и магнитных постоянных ($ c = \frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0 \mu_0}} $), с поразительной точностью совпала с уже известной на тот момент скоростью света. Это позволило ему сделать величайший вывод: свет представляет собой электромагнитную волну.

Таким образом, Максвелл не просто использовал результаты Фарадея, он перевел его физические образы и интуитивные догадки на строгий язык математики, обобщил их и, дополнив собственными идеями, создал единую и полную теорию электромагнитных явлений.

Ответ: Основные идеи Фарадея, нашедшие продолжение в теории Максвелла, это: 1) концепция физического поля как посредника взаимодействий, пришедшая на смену теории дальнодействия; 2) закон электромагнитной индукции, установивший связь между переменным магнитным полем и возникающим электрическим полем; 3) идея о единстве природных сил, которая привела Максвелла к гипотезе о токе смещения (переменное электрическое поле порождает магнитное) и, как следствие, к предсказанию электромагнитной природы света.