Номер 15, страница 86, часть 2 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 2. Глава 8. Электромагнитные явления. Параграф 63. Опыты Фарадея. Электромагнитная индукция - номер 15, страница 86.

Условие.

15. Сформулируйте гипотезу Максвелла о взаимосвязи магнитного и электрического полей.

Решение.

Гипотеза Джеймса Клерка Максвелла о взаимосвязи магнитного и электрического полей является краеугольным камнем классической электродинамики и представляет собой одно из величайших объединений в истории физики. До Максвелла было известно, что переменное магнитное поле порождает электрическое поле — это явление электромагнитной индукции, открытое Майклом Фарадеем.

Основываясь на идее симметрии в природе, Максвелл предположил, что должно существовать и обратное явление: переменное во времени электрическое поле должно порождать в окружающем пространстве магнитное поле.

Для математического описания этой идеи Максвелл ввёл концепцию тока смещения. В отличие от тока проводимости, представляющего собой направленное движение заряженных частиц, ток смещения не связан с перемещением зарядов, а определяется скоростью изменения электрического поля. Плотность тока смещения $ \vec{j_с} $ в вакууме выражается формулой: $ \vec{j_с} = \epsilon_0 \frac{\partial \vec{E}}{\partial t} $, где $ \epsilon_0 $ — электрическая постоянная, а $ \frac{\partial \vec{E}}{\partial t} $ — скорость изменения вектора напряженности электрического поля.

Введение тока смещения позволило Максвеллу обобщить закон Ампера о циркуляции магнитного поля. Согласно этому обобщенному закону (теорема о циркуляции магнитного поля в форме Максвелла), магнитное поле создается как токами проводимости (движущимися зарядами), так и токами смещения (переменными электрическими полями). Уравнение в интегральной форме выглядит так: $ \oint_L \vec{B} \cdot d\vec{l} = \mu_0 (I_п + I_с) = \mu_0 \left( \int_S \vec{j_п} \cdot d\vec{S} + \epsilon_0 \int_S \frac{\partial \vec{E}}{\partial t} \cdot d\vec{S} \right) $, где $ I_п $ — ток проводимости, а $ I_с $ — ток смещения.

Ключевые выводы из гипотезы Максвелла:

1. Единство полей: Электрическое и магнитное поля не являются независимыми. Они представляют собой две стороны единого целого — электромагнитного поля. Изменяющееся во времени электрическое поле порождает магнитное, а изменяющееся магнитное поле, в свою очередь, порождает электрическое.

2. Существование электромагнитных волн: Взаимное порождение полей приводит к возможности распространения в пространстве электромагнитных возмущений — электромагнитных волн. Максвелл теоретически предсказал их существование и вычислил скорость их распространения в вакууме, которая с высокой точностью совпала с экспериментально измеренной скоростью света. Это позволило ему сделать революционный вывод о том, что свет является электромагнитной волной.

Ответ: Гипотеза Максвелла утверждает, что любое изменение электрического поля во времени порождает в окружающем пространстве вихревое магнитное поле. Эта гипотеза установила полную симметрию между электрическими и магнитными явлениями и объединила их в рамках единой теории электромагнитного поля. Главным следствием этой теории стало предсказание существования электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света.