Номер 3, страница 88 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

3. В чем заключается основная идея теории электромагнитного поля Максвелла?

3. Основная идея теории электромагнитного поля, созданной Джеймсом Клерком Максвеллом в 1860-х годах, заключается в объединении электрических, магнитных и оптических явлений в единую стройную теоретическую систему. До Максвелла электричество и магнетизм рассматривались как отдельные, хотя и связанные друг с другом, явления. Максвелл же показал, что это две стороны единой физической сущности — электромагнитного поля.

В основе теории лежат два ключевых положения, которые описывают неразрывную связь между электрическим и магнитным полями:

1. Переменное магнитное поле порождает электрическое поле. Это утверждение является обобщением закона электромагнитной индукции Фарадея. Согласно этому закону, любое изменение магнитного потока через замкнутый контур приводит к возникновению в этом контуре электродвижущей силы (ЭДС), то есть вихревого электрического поля. Математически это выражается как: $ \nabla \times \vec{E} = - \frac{\partial \vec{B}}{\partial t} $.

2. Переменное электрическое поле (а также движущиеся заряды, то есть электрический ток) порождает магнитное поле. Это была гениальная гипотеза самого Максвелла, которая дополнила закон Ампера о циркуляции магнитного поля. Максвелл ввел понятие "тока смещения" ($ \varepsilon_0 \frac{\partial \vec{E}}{\partial t} $), который, подобно обычному току, способен создавать магнитное поле. Это позволило устранить противоречия в существовавших законах и сделать теорию симметричной. Математически: $ \nabla \times \vec{B} = \mu_0 \left( \vec{J} + \varepsilon_0 \frac{\partial \vec{E}}{\partial t} \right) $.

Эти два процесса — порождение электрического поля переменным магнитным и порождение магнитного поля переменным электрическим — неразрывно связаны. Они поддерживают друг друга, что приводит к распространению в пространстве возмущения в виде электромагнитной волны. В такой волне векторы напряженности электрического поля ($ \vec{E} $) и магнитной индукции ($ \vec{B} $) колеблются во взаимно перпендикулярных плоскостях и перпендикулярно направлению распространения волны.

Величайшим триумфом теории Максвелла стало предсказание существования таких волн и вычисление их скорости в вакууме по формуле $ c = \frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0 \mu_0}} $, где $ \varepsilon_0 $ — электрическая постоянная, а $ \mu_0 $ — магнитная постоянная. Полученное значение скорости с высокой точностью совпало с экспериментально измеренной скоростью света. Это позволило Максвеллу сделать революционный вывод: свет представляет собой электромагнитную волну.

Таким образом, теория Максвелла не только объединила электричество и магнетизм, но и включила в эту единую картину оптику, объяснив природу света.

Ответ: Основная идея теории Максвелла состоит в том, что электрические и магнитные поля являются взаимосвязанными компонентами единого электромагнитного поля. Изменяющееся во времени электрическое поле порождает магнитное поле, а изменяющееся во времени магнитное поле порождает электрическое поле. Этот процесс взаимного порождения полей приводит к распространению в пространстве электромагнитных волн, частным случаем которых является свет.