поле это форма материи для которой не является характерным

Естествознание. 10 класс

Конспект урока

Естествознание, 10 класс

Урок 12. Фундаментальные поля как составляющие материи

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

Фундаментальное взаимодействие – тип физического взаимодействия, который не сводится к другим взаимодействиям.

Концепция дальнодействия — совокупность представлений, согласно которым действие одного тела на другое передается мгновенно через пустоту на сколь угодно большие расстояния. Открытие электромагнитного поля показало, что концепция дальнодействия неверна.

Гравитационное взаимодействие – универсальное фундаментальное взаимодействие между всеми материальными телами, имеющими массу.

Гравитационное поле – одно из физических полей, через которое осуществляется гравитационное взаимодействие.

Пробное тело – физическая модель, обладающая массой (остальными параметрами можно пренебречь) не влияющая на систему; применяется для измерения величины гравитационного взаимодействия.

Электромагнитное взаимодействие – тип фундаментального взаимодействия, в котором участвуют заряженные частицы.

Электромагнитное поле – одно из физических полей, через которое осуществляется электромагнитное взаимодействие.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Взаимосвязь материальных объектов проявляется прежде всего в том, что они взаимодействуют друг с другом, т.е. воздействуют друг на друга. Взаимодействие между телами характеризуется некоторой силой.

В повседневной жизни мы встречаемся с разнообразными силами. Мы можем наблюдать силу ветра, мы прикладываем мускульную силу, чтобы поднять и перенести тяжести. Электрическая сила заставляет двигаться электропоезда. В курсе физики вы знакомились с силами упругости и трения.

Для характеристики взаимодействий, которые не сводятся к другим взаимодействиям, используют понятие фундаментальные (основные).

Таким образом, все перечисленные выше силы — лишь разные проявления этих фундаментальных сил, или взаимодействий.

Современная наука выделяет четыре типа фундаментальных взаимодействий:

Заметим, что два последних проявляются на расстояниях соизмеримых с размером ядра, т.е. их действие распространяется на сверхмалых расстояниях.

Как описать фундаментальное взаимодействие

Чтобы понять, как воздействует одно тело на другое с помощью фундаментального взаимодействия, нужно уяснить какими характеристиками они обладают. Можно выделить два подхода к описанию фундаментальных взаимодействий: концепция дальнодействия и концепция близкодействия.

По концепции дальнодействия, зародившейся в рамках классической механики, считается, что все взаимодействия между телами осуществляются через пустое пространство на любое расстояние мгновенно, так как скорость света в классической механике принята за бесконечность.

Согласно второй концепции, все взаимодействия передаются при помощи тех или иных полей, непрерывно распространяющихся в пространстве. Согласно современным взглядам, не существует взаимодействий, в том числе фундаментальных, которые распространяются быстрее света (согласно общей теории относительности).

Рассмотрим описание взаимодействия частиц при помощи поля на примере гравитационного и электромагнитного взаимодействий.

В курсе физики вы изучали закон всемирного тяготения: все тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Оно универсально, т.е. осуществляется между любыми объектами, имеющими гравитационные свойства, которые характеризуются такой величиной как масса. Гравитационное взаимодействие – самое слабое и существенно лишь для тел с большими массами. Действуя и в микромире, оно играет основную роль лишь в макромире и особенно в мегамире.

Рассмотрим гравитационное взаимодействие на примере пробного тела в Солнечной системе, обозначив его массу через m (не путать с весом). В соответствии с законом всемирного тяготения на него действуют все тела Солнечной системы с силой притяжения, равной векторной сумме всех этих сил (_g – суммарная гравитационная сила). Поскольку каждая из отдельных сил пропорциональна массе m, то суммарную силу можно описать формулой:

Поэтому действие гравитационных сил, создаваемое некоторой системой тел и действующее на пробное тело, можно представить как действие гравитационного поля, создаваемого всеми телами (за исключением пробного) на пробное тело.

Подобные рассуждения можно сделать и для электрического поля. Используя в этом случае закон Кулона: сила взаимодействия двух пробных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Тогда, , где сила системы заряженных тел, q – пробный заряд, – напряженность электрического поля (является характеристикой поля).

Таким образом, система заряженных тел действует на пробный заряд с определенной силой как электрическое поле.

При этом стоит отметить, что если заряды перейдут в движение, то кроме электрических сил, начинают действовать и магнитные силы. Если принять во внимание относительность механического движения, тогда кажется правомерным вывод, что эти силы связаны между собой.

Фундаментальные поля как часть материи

Стоит отметить, что уже описанные фундаментальные взаимодействия (гравитационное и электромагнитное), а также сильное и слабое взаимодействия осуществляются на элементарном уровне.

В космических масштабах такие наблюдения более наглядны. Так, луч света (электромагнитное взаимодействие) от Солнца доходит до Земли за 8 минут, а от Полярной звезды — за 472 года, т.е. мы видим сейчас Полярную звезду такой, какой она была во времена Колумба.

Резюме теоретической части:

Взаимосвязь материальных объектов проявляется прежде всего в том, что они взаимодействуют друг с другом. При этом, не существует одного универсального вида взаимодействия, а имеются четыре вида взаимодействий, которые осуществляются посредством соответствующих полей, являющихся их материальным носителями. Такими взаимодействиями являются: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое.

Конечность скорости распространения фундаментальных полей и перенос энергии и импульса этими полями позволяют признать их одной из составляющих материи.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1. В макромире в области масштабов от радиуса атома до нескольких километров наиболее эффективным является … взаимодействие.

Пояснение: правильный ответ – «б». Поскольку сильное и слабое взаимодействие проявляются в масштабах, соотносимых с размером ядра. При этом гравитационное взаимодействие является очень слабым взаимодействием, суммируется и проявляется при огромных массах, поэтому на уровне атомов гравитационными силами пренебрегают.

Задание 2. Соотнесите, какие из утверждений относятся к электромагнитному, а какие – к гравитационному взаимодействию.

а) частица-переносчик – фотон;

б) частица-переносчик – гравитон;

в) обеспечивает взаимодействие абсолютно всех частиц;

г) обеспечивает взаимодействие электрически заряженных частиц;

д) действует на расстояниях соизмеримых с размером ядра атома;

е) распространяется со скоростью света.

Электромагнитное взаимодействие: а, г, е.

Гравитационное взаимодействие: б, в, е.

Пояснение: ответ «д» является характеристикой сильного взаимодействия, т.е. не соответствует ни одному из рассматриваемых взаимодействий.

Источник

МАТЕРИЯ И ПОЛЕ

Понятие поля — формировалось постепенно, можно сказать, на протяжении всего 19-го века. Как раз оно и положило начало становлению неклассической науки и философии. Поле — очень странное понятие. Поля — есть неотъемлемые компоненты любых, известных науке, частиц. У каждого электрона, например, имеется три поля: электромагнитное, гравитационное, и ещё т. н. поле «слабое». Прежде всего, нас сейчас интересует вопрос, во всей ли Вселенной у частиц — существуют поля? Нужно сперва разобраться в самой сути полей, чтобы ответить на этот вопрос. Но вообще, для начала, присущность полей всем частицам во всей бесконечной Вселенной — предположить можно. Хотя конкретные виды полей, там — конечно иные, чем у частиц в Мироздании — и бесконечно разнообразны.

Чем характеризуется поле вообще? Для начала, любое поле — характеризуется, во-первых, напряжённостью, и, во-вторых, безграничной протяжённостью в пространстве. Последнее свойство — как раз является наиболее странным и трудновообразимым. Чтобы вообразить это свойство (т. е. безграничную протяжённость), возьмём, для примера, обыкновенный магнит: напряжённость магнитного поля магнита — падает с увеличением расстояния от магнита, и вскоре становится мизерной, но нуля — ни на каком, даже на самом громадном расстоянии — не достигает! Размер поля магнита т. о. — безграничный. А т. к. поле является всего лишь частью магнита как объекта, то и сам магнит — оказывается обладающим безграничными размерами (!), т. е. безграничной протяжённостью в пространстве. Очень странно это есть и непривычно, но тем не менее, так есть.

Всем полям — свойственны безграничные размеры; а т. к. поля полагаются неотъемлемыми компонентами каждой частицы во Вселенной, то каждая частица, поэтому — тоже обладает безграничным размером (=безграничной протяжённостью в пространстве), и не может иметь, поэтому — ни поверхности, ни геометрической формы, ни определённого размера. Такие представления о частицах (и объектах вообще), — всё ещё кажутся непривычными, но именно таковы, в целом, современные представления и об электронах, и об атомах, и даже о макрообъектах. И эти представления — легко можно распространять на всю бесконечную Вселенную.

Далее: каждое отдельное существующее поле (как, например, электромагнитное поле отдельного электрона), — это некая, отдельная от других, непрерывная субстанция, обладающая безграничной протяжённостью. Любое поле — является частью какой-нибудь, той или иной, частицы (или макрообъекта). Поле — это материеподобное основание, присутствующее в любой частице наравне с материей (представленной т. н. материальной сердцевиной). В любой частице т. о. есть одновременно два основания: и материя, и поле (/ поля). Электрон, например, т. о. состоит — из материальной сердцевины, в окружёнии трёх полей (электромагнитного, гравитационного, и «слабого»), безгранично продолжающихся во все стороны от материальной сердцевины.

Благодаря полям, и их безграничной протяжённости в пространстве, любая частица — безгранична, и взаимодействует, одновременно, как минимум, со всеми частицами, что есть в Мироздании… (хотя интенсивность взаимодействий — велика и значительна лишь с «самыми близкорасположенными» частицами; всеми же остальными взаимодействиями — можно, до известной степени, пренебречь).

Далее: любое поле — это не полноценная субстанция, т. е. полу-субстанция, ибо поле — обладает только одним субстанциональным свойством из двух: поле — имеет протяжённость (безграничную), но зато полностью лишено плотности (твёрдости). (Напряжённость — вовсе не плотность!). Любое поле — напряжённо, но абсолютно бесплотно.

В каждой точке космического вакуума — присутствуют поля, одновременно, как минимум, от всех частиц, имеющихся в Мироздании, и вакуум т. о. — заполнен полями до отказа! но тем не менее, вакуум — прозрачен и бесплотен, ибо таковы — и поля. В результате, вакуум — не пустота, и пустоты т. о. — не существует вовсе, ибо всё вокруг — до отказа заполнено (безграничными) полями. Но при этом, это отсутствие пустоты — нисколько не препятствует движениям частиц!

Т.о. в неклассические времена находится решение, каким образом движение — может осуществляться и в условиях полного отсутствия пустоты (=несуществования небытия).

Читайте также

2. Вещество и поле

2. Вещество и поле Механистический взгляд на природу, которым характеризовалось классическое естествознание, оказался необычайно плодотворным. Вслед за ньютоновской механикой были созданы гидродинамика, термодинамика, теория упругости и множество других дисциплин,

1. Общественное поле

1. Общественное поле Что первично — курица или яйцо, то есть, если говорить иначе, отец и мать или ребенок? Психоанализ поступает так, словно первичен ребенок (отец болен только своим собственным детством), но также он вынужден постулировать предшествующее существование

Выигрыш на поле боя

Выигрыш на поле боя В мирной экономике, в которой труд дешев, прогресс робототехники идет медленно или не идет вообще. По мере роста стоимости труда автоматизация вообще и роботизация в частности становятся конкурентными преимуществами. То же самое во многом верно и для

4. Эфирное поле

4. Эфирное поле Одной из величайших загадок нашего времени, над решением которой до сих пор бьется материалистическая наука (в частности, биология), является вопрос: какой именно аспект внутри живых организмов организует клеточную структуру и управляет развитием и

БОБОВОЕ ПОЛЕ

БОБОВОЕ ПОЛЕ Тем временем мои бобы, которых я насадил столько рядов, что они вместе составили бы семь миль, требовали опалывания; первые успели подрасти, прежде чем я посадил последние, и медлить с этим было нельзя. В чем был смысл этого почтенного занятия, этого гераклова

НА ПОЛЕ КУЛИКОВОМ

НА ПОЛЕ КУЛИКОВОМ Настоящая работа задумана как опыт комментария к лирическому циклу Блока, носящему это имя, — комментария неполного, отнюдь не формального, а только тематического. Впрочем, тематический момент в творчестве Блока бесспорно первенствует. Все

ПОЛЕ БЕЗ МАТЕРИИ

ПОЛЕ БЕЗ МАТЕРИИ Любое поле — обладает энергией, а значит, и массой. Протон, например, в 1836 раз тяжелее электрона только благодаря тому, что имеет на два поля больше, чем электрон: т. е. протон имеет пять полей, в т. ч. поле «сильное», и поле глюонное. Тут же возникает вопрос:

Поле боя

Поле боя Воинские искусства могут служить образной метафорой всей жизни, тем не менее Путь Мирного Воина редко связан со столкновениями с внешними противниками. Самые трудные битвы скрыты глубоко внутри души — в глубинах самих себя мы сражаемся со своими страхами,

«Стрела в поле»

«Стрела в поле» Перья – птичий атрибут. У славян птицы – символы и вестники небесной сферы, духовного мира. Братья идут вслед за пером, т.е. их ведет к суженой небесная сфера, духовное начало.Старшие братья находят невест в боярском и купеческом домах.Стрела или перо Ивана

4.1. Семантическое поле[131]

4.1. Семантическое поле[131] 4.1.1. Объективность субъективности Объективность любого познания обусловлена субъективностью исследователя. Если исследователь не будет точным, не будет и критерия истины. Любая вещь должна исходить из сокровенности разума.Предположение о

Глава 1 Поле

Глава 1 Поле Самое удивительное вознаграждение в ремесле социолога – возможность войти в жизнь других людей и приобрести опыт, на основе всех накопленных ими знаний. Pierre Bourdieu and Lo?c Wacquant, An Invitation to Reflexive Sociology. (Chicago,

Поле молнии

Поле молнии Такие метафоры, как поле тяготения, или поле давления воздуха, создающее ветер, или электромагнитное поле, предшествующее ударам молнии, могут помочь нам в понимании процессуального ума, поскольку по своей сути он невидимvii. Точно так же, невидимое

Источник

Ядерная компонента жизни сообщества людей требует от нас приложения значительных усилий к пониманию физических законов окружающей природы. В журнале «Электричество» №7 1954 года приводится статья д.т.н., проф. О.Б. Брона «Поле как вид материи» в которой выражено мнение автора о глубокой взаимосвязи между понятиями «поле» и «материя». Это должен знать каждый свободный человек.

Поле как вид материи
Доктор техн. наук, проф. О. Б. БРОН
Ленинград

I. Определение понятия «поле». Понятие «поле» (электрическое, магнитное, электромагнитное, гравитационное) является одним из основных понятий для многих учебных дисциплин. Несмотря на это, ряд формулировок, терминов и определений, связанных с преподаванием теории поля, в некоторых учебниках трактуется неправильно или неточно. В одних говорится, что поле, это «пространство», где действуют рассматриваемые силы или совершается некоторый «физический процесс». В других учебниках полем называют «особое состояние среды-» или «особое состояние пространства». Третьи считают, что поле — это «особый физический процесс», совершающийся в рассматриваемой области пространства.
Приведенные формулировки весьма распространены. На них воспитывались десятилетиями инженеры и физики. Это делает необходимым критически их рассмотреть в свете современных физических открытий и марксистско-ленинского философского материализма.

где W — энергия светового потока, падающего на поверхность в единицу времени; с — скорость света.
Согласно механическим соотношениям давление должно быть равно изменению количества движения давящего тела, т. е. р = mс, откуда

Это соотношение подтверждает следующее основное положение; электромагнитное поле обладает определенной массой m и определенным количеством движения р = mс, как и всякий другой вид материи.
Соотношение (2), непосредственно вытекающее из опытов П. Н. Лебедева, устанавливало связь между энергией «массой электромагнитного поля. Позднее была доказана его справедливость по отношению к любым видам энергии и массы. Оно является математической формулировкой фундаментального закона взаимосвязи массы и энергии.
б) Электромагнитная масса. Известно, что изменение скорости тела требует затраты некоторой работы. Если движущееся тело несет электрический заряд, то работа, необходимая для изменения скорости тела, возрастет. Заряженное движущееся тело окружено электрическим и магнитным полем. Изменение скорости тела вызывает изменение напряженности магнитного поля, а стало быть и его энергии. Если скорость тела возрастет, эта энергия должна появиться за счет работы внешних сил. Если скорость тела уменьшается, эта энергия создает силы, препятствующие такому уменьшению. Явление в обоих случаях происходит так, как будто бы наличие электромагнитного поля вызывало появление дополнительной инертной массы, которую называют электромагнитной массой. Согласно классической теории полная масса электрона состоит из двух частей — из механической (точнее неэлектромагнитной) массы и массы электромагнитного происхождения. Электромагнитная масса электрона определяется соотношением

где е — заряд электрона; rо — его радиус.
Электромагнитная масса сосредоточена не в заряженном теле, а в его электромагнитном поле. Она распределена по всему полю.
в) Масса электрического и магнитного полей. Рассмотрим поле, заданное семейством „силовых трубок» и поверхностей равного потенциала. Каждой области (клетке) в таком поле, ограниченной соседними поверхностями U и V, соответствует энергия

Таким образом, сетка силовых линий и поверхностей равного потенциала характеризует и пространственное распределение массы в поле.
Иногда возникает вопрос, а не сосредоточена ли вся масса поля в тех зарядах, которые его образуют? В свое время подобный же вопрос возникал и относительно энергии поля. Опыты П. Н. Лебедева доказали наличие у электромагнитной волны массы, которая движется со скоростью света. Процесс образования электромагнитной волны основан на том, что при быстром изменении полярности заряженных тел или при изменении направления тока в проводниках энергии и массы, распределенные в поле, не успевают вернуться к заряженному телу или к проводнику с током. Они отшнуровываются от него и начинают свое свободное движение в виде электромагнитной волны. Если бы энергия или масса не были бы распределены по всему полю, а были бы сосредоточены в электрических зарядах, то электромагнитная волна не могла бы возникнуть.
г) Момент количества движения.
Электромагнитное поле, вращающееся вокруг оси, проявляет свойства, которые в обычных механических системах характеризуются моментом количества движения. Наиболее характерным проявлением момента количества движения в механических системах является жироскопический эффект. Он заключается в том, что ось вращения системы стремится сохранить неизменным свое направление.
Одним из проявлений момента количества движения электромагнитного поля является вращательное движение тонкого ферромагнитного стержня при его намагничивании в цилиндрической катушке. Элементарные магнитики должны повернуться при перемагничивании на 180°, а так как они являются одновременно и волчками (вследствие быстрого вращения электронов), то такой поворот связан с изменением полного момента количества движения системы, что невозможно. Поэтому весь ферромагнитный стержень должен повернуться в противоположную сторону так, чтобы общее изменение момента количества движения было равно нулю. Это и наблюдается.
Прямое отношение к рассматриваемому вопросу имеют опыты, в которых было обнаружено намагничивание ферромагнитных стержней при их быстром вращении вокруг оси. Такое намагничивание объясняется жироскопическими свойствами электромагнитного поля электронов в атомах. Эти явления имеют исключительно важное значение для современной теории ферромагнитизма.
Итак, электромагнитное поле обладает массой, энергией, количеством движения и моментом количества движения.
4. Подобно веществу, состоящему из элементарных частиц, поле обладает корпускулярными свойствами. Элементарные частицы электромагнитного поля называют фотонами; фотоны подобно частицам вещества характеризуются следующими основными величинами
энергия фотона

Здесь происходит возникновение вещества за счет электромагнитного поля.
в) Свободно распространяющаяся электромагнитная волна при ударе о поглощающую поверхность перестает существовать, передавая свою массу, энергию и количество движения преграде. Энергетическая сторона, этого процесса описана в учебниках и сомнений не вызывает. Однако вопрос о том, куда девается масса электромагнитной волны, требует разъяснения. Известно, что масса вещества зависит от скорости. Эта зависимость определяется соотношением

Когда электромагнитная волна поглощается преградой, то скорость движения частиц преграды возрастает благодаря нагреванию. А вместе с увеличением скорости частиц возрастают их масса и количество движения в соответствии с законами сохранения.
г) Как известно, заряженный конденсатор или реактивная катушка, по которой протекает ток, содержит энергию, сосредоточенную в их электрическом и магнитном полях. Эта энергия равна We=CU^2/2 у конденсатора и Wm=LI^2/2 для катушки. Однако, помимо этого, электрическое и магнитное поля имеют массу соответственно

При разрядке конденсатора или реактивной катушки на активное сопротивление электрическое магнитное поля исчезают. Вся энергия этих полей идет на нагревание разрядных сопротивлений. Но благодаря нагреванию увеличивается скорость движения частиц проводов, образующих сопротивление. Возрастает и их масса в соответствии с соотношением (11). Происходит превращение электрического и магнитного полей в вещество. Число частиц в сопротивлении не меняется, но увеличиваются их масса и энергия.
Так как поле возникает за счет вещества и обращается в вещество, то поле и вещество следует рассматривать как два вида материи.
д) Поле как вид материи возникает не только за счет вещества, но и за счет другого поля. Процесс такого преобразования полей весьма распространен.
Так, например, в колебательном контуре, состоящем из емкости и индуктивности, электрическое поле заряженного конденсатора превращается в магнитное поле индуктивности и наоборот. При этом емкость и индуктивность обмениваются энергией и массой в строгом соответствии с законами сохранения.
В свободно распространяющейся электромагнитной волне происходит непрерывное возникновение магнитного поля за счет электрического и электрического поля за счет магнитного. Оба поля здесь все время обмениваются массой , энергией и количеством движения в строгом соответствии с законами сохранения.
е) Процесс возникновения электромагнитного поля в электрических генераторах всегда связан с убылью массы и энергии в первичном двигателе.
На паровых электростанциях струи пара, приводящие во вращение лопатки турбин, сами теряют свою температуру и скорость. Они отдают лопаткам турбины не только свою энергию, но и ту часть своей массы, которую они теряют из-за снижения скорости в соответствии с соотношением (11). В результате ряда преобразований, совершающихся в соответствии с законами сохранения, масса и энергия, потерянные струями пара, обращаются в массу и энергию электромагнитного поля, производимого генератором. Тепло через ряд промежуточных преобразований обращается в электромагнитное поле.
Аналогичный процесс— на гидростанциях, турбины которых приводятся во вращение водяным напором, возникающим в результате действия гравитационного поля. При падении воды из верхнего бьефа в нижний происходит изменение гравитационного поля как вида материи. За этот счет в гидрогенераторах появляется другой вид материи —электромагнитное поле.
III. Различие между полем и веществом. Рассмотрим особенности поля, отличающие его от вещества в обычном понимании.
1. Всякое материальное тело занимает определенный объем, который не может одновременно занимать другое тело. Там, где находится атом одного вещества, не может одновременно находиться атом другого вещества.
В противоположность этому в одном и том же объеме может существовать много различных полей, не оказывающих обнаруживаемых влияний друг на друга. Это же положение относится и к электромагнитным волнам, создаваемым различными источниками. Фотоны от различных источников существуют в одном объеме в любом количестве без обнаруживаемых воздействий друг на друга.
2. Вещество и поле проницаемы друг для друга. Они могут занимать один и тот же объем. При этом поле изменяет состояние вещества, а вещество в свою очередь влияет на поле.
3. Механическая (гравитационная) и электрическая (полевая) массы зависят от скорости движения. Эта зависимость определяется соотношением ( 11).
Фотоны не имеют массы покоя. Для них mо = 0 и υ = с, а при этих условиях выражение (11) обращается в неопределенность.
По отношению к массе электромагнитного поля действительным оказывается соотношение m=W/c^2 выражающее неразрывную связь массы и энергии. Поэтому массу электромагнитного поля нельзя отождествлять с массой вещества в обычном понимании: электромагнитное поле всегда распространяется в вакууме со скоростью света; вещество никогда не может достигнуть этой скорости.
4. Всякое тело может двигаться под действием внешних сил ускоренно или замедленно. Для свободного электромагнитного поля как вида материи ускорения не существует. Фотоны в вакууме либо движутся со скоростью света, либо вовсе не существуют.
5. При ударе о неупругую преграду твердое или жидкое тело теряет только свою кинетическую энергию и свое количество движения, отдавая их преграде. Электромагнитная волна, ударившись о поглощаюшую преграду, перестает существовать. Происходит превращение поля как особого вида материи в вещество в обычном понимании.
6. Различные поля (электрическое, магнитное, гравитационное и др.) обладают своими характерными особенностями. Так, характерной особенностью того вида материи, который называют электрическим полем, является механическая сила, действующая на неподвижный электрический заряд, помещенный в этом поле, и никакой другой известный нам вид материи не обладает этим свойством. Характерной особенностью магнитного поля является механическая сила, действующая на электрический ток, определенным образом ориентированный относительно поля. Только магнитное поле обладает этим свойством. Характерной особенностью поля тяготения является механическая сила, действующая на гравитационную массу, помещенную в этом поле. Такими особенностями не обладают другие виды материи.
Исходя из этого, можно заключить:
а) Электрическое поле есть вид материи, характерным проявлением которого является механическая сила, приложенная к неподвижному электрическому заряду в пространстве данного вида материи.
б) Магнитное поле есть вид материи, характерным проявлением которого является механическая сила, приложенная к определенным образом ориентированному электрическому току в пространстве данного вида материи.
в) Всякое изменение во времени магнитного потока вызывает появление электрического поля.
Электромагнитная индукция есть, таким образом, процесс преобразования магнитного поля в электрическое поле. Этот процесс преобразования не может быть сведен ни к каким механическим явлениям.
г) Совершенно аналогично этому всякое изменение во времени электрического потока вьвзывает появление магнитного поля. Магнитоэлектрическая индукция есть, таким образом, процесс преобразования электрического поля в магнитное поле. Этот процесс преобразования не может быть сведен ни к каким механическим явлениям.
д) Электромагнитное поле как вид материи характеризуется наличием двух полей — магнитного и электрического, связанных непрерывным взаимным преобразованием на основе явлений электромагнитной и магнитоэлектрической индукции. Проявлением электромагнитного поля является механическое давление, производимое на определенным образом ориентированную поглощающую плоскость.
7. Магнитное и электрическое поля в электромагнитной волне не вполне идентичны с магнитным полем постоянных токов и электрическим полем неизменяющихся зарядов. К магнитному и электрическому полям в электромагнитной волне понятие «ускорение» неприменимо. Эти поля в пустоте движутся со скоростью света. Электрическое поле неизменяющихся зарядов и магнитное поле постоянных токов никогда не могут достигнуть скорости света. Эти поля могут двигаться ускоренно или замедленно.
8. Вещество обладает несравненно большей плотностью массы и энергии, чем поле. Вследствие огромной величины с^2 = 9∙10^20 см^2/сек^2 плотность массы в обычных полях чрезвычайно мала. Только при ядерных реакциях масса поля приобретает измеримую величину. Не имея возможности измерить массу поля, мы легко обнаруживаем его энергию. Причина этого заключается в том, что энергия в с^2 раз больше массы.
9. При передаче одинаковой мощности при помощи механических систем и при помощи электромагнитного поля весьма сильно разнятся силы, массы, давления. Исчезающе малая величина массы, незначительные силы и огромные скорости характерны для электромагнитной передачи. Именно это обстоятельство является причиной той легкости, с которой электромагнитное поле передается, распределяется и используется.
Мощность механической системы Р=f1(υ).
Мощность, передаваемая полем, Р = f2(с).
Здесь f1, и f2 соответствуют силе в механической системе и в электромагнитном поле.
Из полученных выражений находим:

В электромагнитном поле силы f2 ничтожны по сравнению с силами f1 в механических системах благодаря большой скорости света с.
10. Для того чтобы характеризовать механическое движение какого-либо тела, необходимо условиться, относительно какого другого тела будет отсчитываться перемещение. Про такое тело говорят, что оно образует систему отсчета. Электромагнитное поле в отличие от известных нам механических сред и тел (вещества) не может служить системой отсчета. Это следует из опытов Майкельсона и Морлея, Трутона и Нобля и ряда других и обосновывается всей теорией относительности.
IV. Некоторые следствия. Вводя представления о поле как о виде материи, мы должны пересмотреть многое в старых курсах. Рассмотрим как примеры некоторые следствия, вытекающие из новых определений.
1. Проникновение идеализма в науку охарактеризовал В.И. Ленин, который писал: «. Использование философским идеализмом новой физики или идеалистические выводы из нее вызываются не тем, что открываются новые виды вещества и силы, материи и движения, а тем, что делается попытка мыслить движение без материи» (Материализм и эмпириокритицизм, стр. 249, изд. 1952 г.).
Такую попытку мыслить движение без материи представляет собой распространенная энергетическая трактовка поля, рассматривающая поле как энергию, а не как определенный вид материи. При этом искусственно отрывают энергию от неразрывно связанной с нею материи и рассматривают «свободное» движение энергии.
Процессы, происходящие в электрических машинах, трансформаторах, аппаратах, линиях передачи, радиоустановках и т. д., это не только энергетические процессы, как их обычно описывают. Принимая представление о поле как о виде материи, мы должны все эти процессы рассматривать как преобразование одного вида материи в другой. Энергетические процессы представляют собой только одну сторону этих преобразований. Вместе с энергией происходит преобразование масс, количеств движения, моментов количества движения.
Ныне применяемые термины: «излучение энергии», «передача энергии», «преобразование энергии» в электрических системах следует заменить соответственно терминами: «излучение, передача и преобразование электромагнитного поля». Нельзя говорить, что электромагнитные устройства «создают или «уничтожают» поле. Электромагнитное поле нельзя ни создать, ни уничтожить. Его можно «получить» за счет других видов материи и «преобразовать» в другие виды материи.
2. В наших учебниках часто говорится о том, что два заряда, два электрических тока или две гравитационные массы «действуют друг на друга» или «взаимодействуют между собой» с определенной механической силой и что при этом они не приходят в соприкосновение, а находятся на некотором расстоянии друг от друга.
Эти формулировки являются наследием идеалистического учения о действии на расстоянии. В них ничего не говорится о том, что происходит между зарядами, токами или массами. Здесь игнорируется роль поля, тогда как на каждый заряд, ток или массу действует не другой заряд, ток или масса, а их общее поле. Принимая это во внимание, закон всемирного тяготения и закон Кулона следовало бы формулировать так: «Механическая сила, с которой на два заряда (или две массы), находящихся в однородной среде, действует их общее поле, пропорциональна произведению этих зарядов (масс) и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними».
3. Максвелл представлял себе «ток смещения в вакууме» как процесс механического смещения частиц вездесущего эфира. Считая электромагнитное поле видом материи, мы не можем связывать ток смещения с движением эфира. Мы его связываем с процессом преобразования электрического поля в магнитное поле в движущейся электромагнитной волне, которой нет в рассматриваемой точке (где раньше был эфир), но которая туда приходит, двигаясь со скоростью света. Сам термин «ток смещения», возникший в период механистических представлений об электромагнитных явлениях, не передает сущности процесса, а заставляет искать механические модели там, где их вовсе нет.
Изменение напряженности электрического поля в вакууме, как равно и изменение напряженности магнитного поля, всегда сопровождается возникновением электромагнитной волны. Поэтому для явлений, связанных с изменением во времени напряженности электрического поля в вакууме, было бы целесообразно ввести термин «электрический волновой ток», а для явлений, связанных с изменением во времени напряженности магнитного поля в вакууме, — «магнитный волновой ток». Термин «ток» для этих явлений желательно сохранить для того, чтобы не нарушать весьма удобный для расчетов и интерпретаций принцип замкнутости электрического тока.
4. В свете представлений о поле как о виде материи новое толкование получают такие понятия, как электрическое сопротивление, емкость, индуктивность.
а) Электрическое сопротивление. Исходя из выражения для мощности Р электромагнитного поля, превращающейся в тепло в проводнике, и из выражения для плотности тепловых потерь энергии р, получаем:

Таким образом, электрическое сопротивление r пропорционально энергии Р и массе т электромагнитного поля, которые в единицу времени обращаются в энергию и массу частиц проводящего тела, участвующих в тепловом движении.
Удельное электрическое сопротивление ρ пропорционально плотности энергии р и плотности массы т’, выделяющихся в единицу времени в проводнике и обращающихся в тепло.
Таким образом, приходим к выводу: электрическое сопротивление есть свойство тел или сред превращать при протекании по ним электрического тока электромагнитное поле как вид материи в тепло.
б) Электрическая емкость. Исходя из выражения для энергии электрического поля Wе и ее плотности W’e получаем:

Таким образом, емкость С пропорциональна энергии We, и массе электрического поля, а диэлектрическая проницаемость ε или удельная емкость пропорциональна плотности энергии W’e и плотности массы т’e этого поля.
Исходя из этого, приходим к выводу: электрическая емкость есть способность, заряженных тел и окружающей их среды накапливать энергию и массу электрического поля.
в) Индуктивность. Исходя из выражения для энергии магнитного поля Wm и ее плотности W’m получаем:

Отсюда следует, что индуктивность L пропорциональна энергии Wm и массе mm магнитного поля, а удельная индуктивность или магнитная проницаемость µ пропорциональна плотности энергии W’m и плотности массы магнитного поля.
Таким образом приходим к выводу: индуктивность есть способность контуров с током и окружающей их среды накапливать энергию и массу электромагнитного поля.
5. При разряде емкости или индуктивности на активное сопротивление изменение массы и энергии поля подчиняется законам:

здесь τ — постоянная времени контуров; m0 и W0 — начальные значения массы и энергии поля.
Эти соотношения идентичны с теми, которые характеризуют скорость превращения элементов при радиоактивном распаде. Относительной скоростью (или радиоактивной постоянной) называют отношение массы dm вещества, разложившегося за время dt, к массе т вещества, оставшегося еще не разложившимся. Из соотношения (20) следует, что

Источник