Номер 3, страница 230 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Имеет ли физический смысл второй из предлагаемых способов преодоления противоречий? Вспомните экспериментальные доказательства справедливости теории Максвелла.

Имеет ли физический смысл второй из предлагаемых способов преодоления противоречий? Да, второй способ преодоления противоречий, предложенный Джеймсом Клерком Максвеллом, имеет глубокий физический смысл и является одним из краеугольных камней современной физики.

Противоречие, о котором идет речь, возникало при применении теоремы о циркуляции магнитного поля (закона Ампера) к незамкнутым цепям, например, к процессу зарядки конденсатора. Закон Ампера в первоначальной форме связывал циркуляцию вектора магнитной индукции $ \vec{B} $ только с током проводимости $ I $, то есть с движением зарядов: $ \oint \vec{B} \cdot d\vec{l} = \mu_0 I $. Однако между пластинами заряжающегося конденсатора ток проводимости отсутствует, но магнитное поле там все равно существует.

Второй способ решения этого парадокса, предложенный Максвеллом, заключался не в отказе от закона сохранения заряда, а в дополнении закона Ампера. Максвелл предположил, что переменное во времени электрическое поле $ \vec{E} $ также является источником магнитного поля, подобно электрическому току. Он ввел понятие тока смещения: $ I_D = \varepsilon_0 \frac{d\Phi_E}{dt} $, где $ \Phi_E $ – поток вектора напряженности электрического поля, а $ \varepsilon_0 $ – электрическая постоянная.

Физический смысл этой гипотезы заключается в том, что не только движущиеся заряды (ток проводимости), но и изменяющееся во времени электрическое поле порождает в окружающем пространстве вихревое магнитное поле. Это симметрично дополняет закон электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому изменяющееся магнитное поле порождает вихревое электрическое поле.

Это предположение привело к созданию единой теории электромагнетизма (уравнений Максвелла), из которой следовало существование электромагнитных волн, распространяющихся в вакууме со скоростью света. Таким образом, свет был объяснен как частный случай электромагнитных волн.

Ответ: Да, второй способ, заключающийся во введении гипотезы о токах смещения, имеет фундаментальный физический смысл. Он состоит в том, что переменное электрическое поле, так же как и электрический ток, порождает магнитное поле. Это положение легло в основу теории электромагнитных волн.

Вспомните экспериментальные доказательства справедливости теории Максвелла. Теория Максвелла получила ряд блестящих экспериментальных подтверждений, которые доказали ее справедливость.

1. Опыты Генриха Герца (1886–1889 гг.). Это самое прямое и знаменитое доказательство. Немецкий физик Генрих Герц экспериментально доказал существование электромагнитных волн, предсказанных Максвеллом.

• Он создал генератор электромагнитных волн (вибратор Герца, или искровой передатчик) и приемник (резонатор).
• Герц продемонстрировал, что эти волны обладают свойствами, аналогичными световым: они отражаются от металлических поверхностей, преломляются при прохождении через диэлектрические призмы, могут интерферировать и поляризоваться.
• Самым важным результатом его экспериментов было измерение скорости распространения этих волн. Определив длину волны $ \lambda $ (по положению узлов и пучностей в стоячей волне) и зная частоту $ \nu $ своего генератора, Герц вычислил скорость по формуле $ v = \lambda \nu $. Полученное значение оказалось очень близким к скорости света $ c $, что убедительно доказало, что свет является электромагнитной волной.

2. Совпадение расчетной и измеренной скорости света. Еще до опытов Герца сама теория Максвелла содержала сильное косвенное доказательство. Согласно его уравнениям, скорость распространения электромагнитных волн в вакууме определяется только электрической ($ \varepsilon_0 $) и магнитной ($ \mu_0 $) постоянными: $ c = \frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0 \mu_0}} $. Значения $ \varepsilon_0 $ и $ \mu_0 $ были известны из электростатических и магнитостатических экспериментов, не имевших отношения к оптике. Подстановка этих значений в формулу дала результат, поразительно совпадающий с экспериментально измеренной скоростью света.

3. Измерение давления света. Теория Максвелла предсказывала, что электромагнитные волны переносят не только энергию, но и импульс, а значит, должны оказывать давление на поверхности. Это давление было экспериментально обнаружено и измерено русским физиком П.Н. Лебедевым в 1900 году. Его опыты с высокой точностью подтвердили теоретические расчеты Максвелла.

4. Развитие радиотехники. Все современные технологии беспроводной связи (радио, телевидение, мобильная связь, Wi-Fi, радары) основаны на принципах генерации, распространения и приема электромагнитных волн, полностью описываемых теорией Максвелла. Успешное функционирование этих технологий является непрерывным практическим подтверждением справедливости его теории.

Ответ: Основными экспериментальными доказательствами справедливости теории Максвелла являются: опыты Герца по генерации и исследованию свойств электромагнитных волн; измерение скорости этих волн, которая оказалась равной скорости света; совпадение теоретически рассчитанной скорости электромагнитных волн ($ c = 1/\sqrt{\varepsilon_0 \mu_0} $) с измеренной скоростью света; экспериментальное обнаружение и измерение давления света П.Н. Лебедевым.