Становление идей современного естествознания



Pdf просмотр
страница23/39
Дата28.01.2019
Размер5.05 Kb.
1   ...   19   20   21   22   23   24   25   26   ...   39
вает направление протекания термодинамических процессов. В формулировке немецкого физика Р. Клаузиуса оно состоит в том, что невозможен процесс,
при котором теплота самопроизвольно переходила бы от более холодных тел
к более нагретым телам.
В 1854 г. Клаузиус ввёл понятие энтропии как меры необратимого рассеяния теплоты в термодинамических процессах. Энтропия системы является ее важнейшей макроскопической характеристикой. При количественной эквивалентности двух форм энергии – теплоты и работы, утверждаемой первым законом термодинамики, второй закон термодинамики устанавливает их качественную неэквивалентность тепловая энергия в работу превращается неполно- стью, а лишь частично. Оставшаяся часть теплоты передаётся другим телам, повышая их энтропию, так что общий уровень энтропии замкнутой системы возрастает Австрийский физик Людвиг Больцман (1844–1906) дал статистическое истолкование энтропии в терминах термодинамической вероятности (термодинамической вероятностью некоторого состояния системы понимается число элементарных исходов, реализующих это состояние. В рамках статистической физики возрастание энтропии означает переход системы от менее вероятных состояний к более вероятным. Наиболее вероятное состояние термодинамической системы – состояние теплового равновесия, при котором прекращаются все виды теплообмена и температура всех составляющих термодинамической системы одинакова. Оно соответствует максимуму энтропии. Поэтому энтропия не только характеризует направленность природных процессов (выражением чего является закон роста энтропии в замкнутых системах, но она также является мерой беспорядка (мерой хаоса) системы, состоящей из большого числа частей. Рост энтропии означает рост хаоса, а уменьшение энтропии – уменьшение хаоса и, следовательно, увеличение упорядоченности системы Выдающимся достижением физики XIX в. явилось обнаружение электро-
магнетизма и создание теории электромагнитного поля. Основы экспериментальной электродинамики были заложены опытами датского физика Эрстеда вначале в. В частности, Эрстед обнаружил, что ток, протекающий в прямолинейном проводнике, отклоняет магнитную стрелку, то есть электрический ток производит магнитное действие. Английский ученый Майкл Фарадей
(1791-1867) поставил перед собой задачу – доказать обратное, то есть что магнетизм можно превратить в электричество. Усилия Фарадея завершились блестящим успехом в 1831 гон открывает явление электромагнитной индукции. Это открытие поставило Фарадея в один ряд с выдающимися учеными Нового времени и обессмертило его имя. Вот какую оценку дает ему известный историк науки Джон Бернал. Открытие Фарадея имело также значительно большее практическое значение по сравнению с открытием Эрстеда потому, что оно означало возможность получения электрического тока механическим путем, а также обратную возможность приведения в действие машин с помо-
70

щью электрического тока. По сути дела, в этом открытии Фарадея заключалась судьба всей тяжелой электропромышленности, однако потребовалось чуть лине лет для того, чтобы оказалось возможным извлечь все вытекающие из него выводы. В конце своей научной деятельности Фарадей приходит к идее о передаче электромагнитных взаимодействий посредством электрических и магнитных полей, которые он представлял как состояния эфира, пронизанного силовыми линями.
В середине XIX в. выдающийся английский ученый Джеймс Клерк Максвелл, основываясь на идеях Фарадея, объединил учение об электрических и магнитных явлениях в единую теорию – электродинамику (до этого электрические и магнитные явления длительное время изучались отдельно. В 1865 г. Максвелл опубликовал свою фундаментальную работу Динамическая теория электромагнитного поля, в которой было введено понятие электромагнитного поля и получены математические уравнения электродинамики. Согласно Максвеллу, состояние электромагнитного поля характеризуется четырьмя векторами векторами напряженности электрического и магнитного поля, а также электрической и магнитной индукции. Уравнения Максвелла позволяют при заданных начальных значениях параметров поля и граничных условиях для некоторого объема выявить динамику электромагнитного поля, те. определить указанные четыре вектора в любой момент времени.
Из уравнений Максвелла следовало, что в электромагнитном поле существуют волны, которые распространяются с огромной, но все же конечной скоростью 300 000 км/с. То, что скорость распространения электромагнитных волн с высокой точностью совпадает со скоростью света в вакууме, навело Максвелла на мысль, что свет представляет собой электромагнитные волны определенного диапазона частот. Таким образом, Максвелл сделал решающий шаг в построении единой теории разных физических взаимодействий, объединив в своей электродинамике электричество, магнетизм и свет. Эта теория объяснила множество явлений, связанных со светом (таких, как интерференция, дифракция, преломление, отражение, рассеяние. Первое экспериментальное подтверждение теории электродинамики произошло в 1887 году Генрих Герц создал генератор электромагнитных волн и смог осуществить их прием на некотором расстоянии от передатчика. Так впервые были искусственно созданы радиоволны.
Обнаружение конечной скорости распространения электромагнитных волн ставит крест на концепции дальнодействия. А. Эйнштейн и Л. Инфельд охарактеризовали новый этап развития физики следующими словами Результаты работ Фарадея, Максвелла и Герца привели к развитию современной физики, к созданию новых понятий, образующих новую картину действительности Какова же природа электромагнетизма Фарадей и Максвелл вначале пытались все электромагнитные явления свести к механическим напряжениям в гипотетической среде – эфире, который, как тогда считалось, заполняет всё
71

пространство. Несмотря на настойчивые попытки, такая механическая трактовка не увенчалась успехом. Постепенно они пришли к понятию поля, совершенно новому для того времени элементу физической реальности. Согласно полевой трактовке, электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно, через пустоту каждый из них создаёт вокруг себя электрическое и магнитное поле наподобие невидимого ореола поле одного заряда действует на другой и обратно. Электромагнитное поле представляет собой особую форму материи, не подчиняющуюся законам механики. Суммарно это проявляется в следующем.
1. Областью действия законов механики являются только те точки, где находится вещество. В тоже время областью действия законов электромагнитного поля является всё пространство.
2. Механические взаимодействия подчиняются уравнениям Ньютона, электромагнитные уравнениям Максвелла.
3. Если в классической физике взаимодействие тел происходит безучастия среды, тов теории электромагнетизма именно среда является носителем процессов, передающих взаимодействие.
4. Концепция дальнодействия, господствующая в миропонимании соврем н Ньютона, сменилась концепцией близкодействия. Взамен мгновенного действия силы через пустоту и без посредников пришло понимание действия силы через среду, происходящее не мгновенно, ас конечной скоростью.
Заключение
Физика XIX в. завершает классический этап развития научного знания. К концу XIX в. физики считали, что основные законы мироздания уже открыты. Действительно, уже более двухсот лет были известны законы механики и закон всемирного тяготения Ньютона была построена теория электромагнетизма и получены уравнения Максвелла обнаружены мельчайшие носители свойств веществ – молекулы и атомы разработана статистическая физика и термодинамика создана концепция валентности и построена периодическая система Менделеева открыты законы сохранения массы, энергии, импульса. Однако на рубеже XIX–XX вв. в естествознании (главным образом, в физике) были сделаны открытия, опрокинувшие сложившиеся представления о материи, её свойствах, формах движения, а также о структуре пространства и времени. Это привело к кризису физики и всего естествознания. Классический этап естествознания закончился. Началась эпоха современного естествознания.
72



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   19   20   21   22   23   24   25   26   ...   39


База данных защищена авторским правом ©genderis.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница