Мои друзья-гуманитарии часто не подозревают, какой чудесный мир существует за пределами их интересов - мир физических явлений и математических уравнений, их описывающих. Вот например уравнения Максвелла, написанные (правда, в более громоздкой форме) полторы сотни лет назад великим шотландским физиком и математиком Джеймсом Кларком Максвеллом:
Посмотрите, какой они удивительной красоты и стройности. И при всей их предельной лаконичности они охватывают всё разнообразие электромагнитных явлений в природе. Давайте разберёмся, что здесь написано. Это очень просто.
В первой строке написано, что электрическое поле создаётся электрическим зарядом, и в том месте, где находится этот заряд, силовые линии поля расходятся во все стороны радиально. И всё! Правда ведь, как всё просто?
Во второй строке написано, что "магнитных зарядов" в природе не существует, и магнитные поля имеют "вихревую" структуру: их силовые линии замкнуты, это кольца. Тоже очень просто!
В третьей строке написано, что всякое изменение магнитного поля порождает электрический ток в замкнутом проводящем контуре, охватывающем магнитный поток. Чуть сложнее для понимания, но вспомните школьный опыт, когда вы махали магнитом около проволочной петли, в которую был включён гальванометр. Не делали этого опыта? Жаль! Мы делали в седьмом классе.
И наконец, четвёртая строка. Первый член уравнения говорит о том, что вокруг провода с электрическим током возникает магнитное поле кольцевой структуры, описанное во второй строке. Наверное вы делали в школе такой опыт: перемещали магнитный компас вокруг провода с током, и стрелка компаса всё время устанавливалась боком к проводу. Тоже седьмой класс.
А вот второй член последнего уравнения говорит о таком явлении, которое для многих из вас может оказаться неожиданным и не очень понятным: что электрический ток может протекать не только по проводнику, но и в непроводящей среде, даже в вакууме! Это действительно довольно сложно себе представить, потому что нам в школе долбили "электрический ток есть упорядоченное движение зарядов по проводнику". Но тут ни проводников, ни зарядов, а ток течёт! Придётся вам смириться с представлением, что происходит какое-то неосязаемое, неощутимое изменения электрического состояния среды - и это тоже электрический ток. Максвелл назвал его "током смещения" - что-то сместилось, сдвинулось в среде. Это не математическая фикция: ток смещения реально порождает магнитное поле точно так же, как и ток, протекающий по проводнику. Обратите внимание, что постоянных токов смещения не бывает, они существуют только в виде изменения в среде.
Здесь начинается самое интересное. Если в пространстве существуют токи смещения, то они создают вокруг себя вихревые магнитные поля, изменяющиеся вместе с токами. Но всякое изменение магнитного поля порождает охватывающие его вихревые (замкнутые кольцами) токи смещения, а те, в свою очередь, новые вихревые магнитные поля. И вся эта сказка про белого бычка распространяется во все стороны со скоростью света, потому что символ "с" в последнем уравнении - это и есть скорость света, равная 300 000 км с секунду. То есть в каждой точке пространства, через которую протекает ток смещения, возникает электромагнитная волна сферической формы. И таким густым клубящимся "туманом" всех цветов радуги из точечных источников электромагнитных волн широчайшего спектра частот заполнен весь наш мир! Красивая картина, правда? Слава Богу, что мы её не видим - с ума бы сошли.
Меня давно подмывает сделать маленький, на одну-две минуты, видеоклип, изображающий появление и распространение электромагнитной волны. Для этого не нужно никакой особой программы, достаточно стандартного "Муви-мейкера", входящего в системный пакет Виндовс. Но я не вижу, для кого делать этот клип. Когда я учился в институте, я старался все процессы в электрических цепях представить в виде зримых, объёмных и цветных "анимированных" образов. Не нашёл такой образ - значит не понял явления. Я тогда работал среди очень умных ребят. И когда пытался рассказать им, как я себе представляю, к примеру, распространение электромагнитной волны вдоль провода, они удивлялись: зачем это тебе? есть формулы, подставь числа, получишь результат. Наверное я один такой идиот.
Вы очень красиво говорите об электричестве! ) Действительно, читается, как поэзия!! )
А на тему вакуума меня недавно совсем старшая пытала - объясни, говорит, мне, как в вакууме распространяется свет, если свет - это волновая структура, а в вакууме нет ни молекул, ни атомов )) А я-то физику только в школе и изучала... тыщу лет назад ) Пришлось воспользоваться интернетом... заодно и сама узнала, что и ваккууме, оказывается, есть элементарные частицы! )
А знать бы, что вы в этом вопросе хорошо разбираетесь, так я бы ее к вам направила!!!
Если это чистый вакуум, то в нём никаких частиц нет, а электромагнитные волны распространяются в вакууме благодаря существованию токов смещения, о которых я пишу. Нужно только сделать небольшое усилие и представить себе, что есть такое явление. Гравитационные поля тоже не видны глазом, но и им не требуется никаких материальных частиц, чтобы распространяться в виде волн на неограниченные расстояния. Отличие в том, что гравитационное поле ослабевает пропорционально квадрату расстояния от источника (закон Ньютона), а электромагнитные волны затухают гораздо меньше (пропорционально первой степени удаления), поэтому даже маломощные радиопередатчики позволяют нам связываться на больших расстояниях.
Ответ на комментарий Unico_Unicornio #
Тем, кто знает язык символов в физике и математике, ничего объяснять не надо, они сразу понимают. Так же как музыканту не надо объяснять, какая это нота. Он видит нотную строчку, и у него в мозгу уже звучит мелодия. А физический смысл каждого уравнения я объяснил. Может быть не очень доходчиво. Но это на школьном уровне, ниже не смогу ))
Я вот думаю - как можно было обожать математику , и при этом , ну совершенно не понимать физику ?! А все из-за того , что у меня в 9-10 кл была классная руководительница физичка , которую мы все дружно ненавидели , вместе с ее физикой. До сих пор не понимаю , как я смогла поступить в технический ВУЗ и сдать физику на 1-2 курсе , но зато потом , мне лет до 40-ка снился один и тот же сон , что я сдаю экзамен по физике в институте , и я просыпалась от ужаса в холодном поту !!!
Ответ на комментарий Юрий_Басин #
Нужен не друг, а школьный учитель, который умел бы захватить воображение учеников, строя пространственные модели процессов. Но и учителей таких мало, и школьная программа более сухая и формальная, чем мои измышления.
Ответ на комментарий Юрий_Басин #
Она не ненавидела нас и свой предмет , сейчас я уже могу это понять . Она просто была несчастной старой девой , у которой никогда не было своих детей , и которая не понимала и не представляла , что с нами делать . Кроме того , она была очень недалеким человеком .
Ответ на комментарий Yuliya_S #
Это портрет нашей химички "Гидры". Один к одному. Но отвращения к химии она никому не привила. Хотя двойками сыпала нещадно. Наверное у нас в старших классах было другое, менее детское отношение к учёбе. Мы были нацелены на поступление в вузы, и все до единого что-то закончили.
Ответ на комментарий Юрий_Басин #
Еще она была страшная , по кличке "Тушкан ", с корявым произношением , нещадно перевирала слова и фамилии . Особенно ее раздражала я своей форменной юбченке , которую сама себе укоротила донельзя .Она однажды на родительском собрании при всех пожаловалась моей маме , что " Если ваша Юля в 16 лет красит брови и ресницы , то в 18 она точно пойдет по рукам !" . Мама подошла к ней после и сказала - Вот посмотрите , у меня тоже черные брови и ресницы , и я тоже их не крашу !
Но после того собрания , а это было в начале 9 класса , сказала мне - Извини меня , но я больше твою косноязычную дуру Вальку слышать не хочу , и на собрания больше не хожу ! После этого мама только передавала записки , что работает на двух работах , одна растит ребенка и не может придти .
В итоге у меня в аттестате , среди пятерок и четверок был единственный трояк по физике !
Ответ на комментарий Yuliya_S #
Ну, тоже один к одному наша Гидра! Та сильно картавила, и тоже была озабочена моральным обликом наших девочек. Наверное всё это от хронического недотраха или природной дурости. Кстати, вот рассказик, как мы с моим другом пытались выяснить степень невинности Гидры http://www.proza.ru/2013/03/06/1832
Ответ на комментарий Юрий_Басин #
Смеялась до слез над твоим "Спиритическим сеансом "!!!! Ну насчет нашего Тушкана таакое даже никому и в голову не пришло бы !)))
Ответ на комментарий Yuliya_S #
Я не стал писать, как мы узнали о сохранности девственных признаков Гидры: мама ИПИ с ней подружилась (а моя мама боялась её как огня), и узнала от неё, что та действительно девушка в свои сорок лет! Обмолвилась об этом при ИПИ, и так мы узнали, что зря тревожили тень Их сиятельства.