Темы докладов, страница 116 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 3. Электрические явления. Параграф 28. Электрическое поле. Вопросы - страница 116.

Условие.

Материальность электрического поля.

Решение.

Электрическое поле, наряду с веществом, является одной из форм существования материи. Утверждение о материальности электрического поля означает, что оно существует объективно, независимо от наблюдателя, и обладает рядом физических свойств, присущих материи, таких как энергия, импульс и способность к взаимодействию. Доказательства материальности электрического поля основаны на следующих его свойствах:

1. Конечность скорости распространения взаимодействий
Согласно теории близкодействия, разработанной Фарадеем и Максвеллом, электрические взаимодействия передаются не мгновенно, а с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме ($c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с). Это означает, что между взаимодействующими зарядами существует материальный посредник — электромагнитное поле. Если положение или величина одного заряда изменяется, то другой заряд "узнает" об этом только спустя время $\Delta t = \frac{r}{c}$, где $\text{r}$ — расстояние между зарядами. В течение этого времени поле существует в пространстве самостоятельно, "оторвавшись" от своего источника, что доказывает его объективное существование.

2. Наличие энергии
Электрическое поле обладает энергией. Любая система электрических зарядов, создающая поле, запасает в этом поле энергию. Плотность энергии электрического поля (энергия, приходящаяся на единицу объёма) в вакууме определяется формулой:
$w_E = \frac{\varepsilon_0 E^2}{2}$
где $\text{E}$ — напряжённость электрического поля, а $\varepsilon_0$ — электрическая постоянная. Эта энергия может быть преобразована в другие виды, например, в кинетическую энергию заряженных частиц, когда поле совершает над ними работу. Способность хранить и передавать энергию — фундаментальное свойство материи.

3. Наличие импульса
Электромагнитное поле (неотъемлемой частью которого является электрическое поле) обладает импульсом. Наличие импульса у поля наглядно проявляется в явлении светового давления. Электромагнитные волны (свет), которые являются распространяющимся в пространстве переменным электромагнитным полем, при падении на поверхность передают ей свой импульс, оказывая давление. Способность переносить импульс является неотъемлемым свойством материи.

4. Связь с массой
Согласно специальной теории относительности, энергия и масса эквивалентны, что выражается знаменитой формулой Эйнштейна $E = mc^2$. Поскольку электрическое поле обладает энергией, ему можно сопоставить и инертные свойства, то есть массу. Например, полная масса заряженной элементарной частицы складывается из её "собственной" массы и массы, обусловленной энергией создаваемого ею электрического поля.

5. Квантовая природа
В рамках квантовой электродинамики электромагнитное поле рассматривается как совокупность квантов — фотонов. Фотон — это реальная элементарная частица, которая является переносчиком электромагнитного взаимодействия. Фотон обладает энергией и импульсом, но не имеет массы покоя. Существование таких материальных частиц-квантов является наиболее убедительным доказательством того, что поле — это не математическая абстракция, а реальная физическая сущность.

Таким образом, электрическое поле — это объективно существующая форма материи, которая характеризуется энергией, импульсом и распространяется в пространстве с конечной скоростью, осуществляя взаимодействие между электрическими зарядами.

Ответ: Электрическое поле является материальным, так как оно существует объективно (независимо от нашего сознания), распространяется в пространстве с конечной скоростью (скоростью света), является носителем взаимодействия между зарядами, а также обладает фундаментальными физическими свойствами, присущими материи: энергией и импульсом. Согласно современным представлениям квантовой физики, поле состоит из квантов — фотонов, что окончательно подтверждает его материальную природу.