На пути к научной революции
Развитие физики
Этот период характеризуется высокими темпами развития сложившихся и возникших разделов физики. Особенно развиваются теория теплоты и электродинамика (совершенствуется термодинамика, развивается кинематика, статическая физика, создается теория электромагнитного поля).
При этом усиливаются противоречия между старыми установками и новым содержанием науки. Все законы требуют новой методологии, но теория электромагнитного поля и кинетическая теория теплоты развиваются на основе механистических представлений.
Развитие физики связано с материальным производством, промышленностью, индустрией, т.е. результаты исследований становятся условием технического прогресса. Только на основе результатов научных исследований в области электричества и магнетизма могла возникнуть электротехника.
Принцип термодинамики
Очевидно, что время однонаправлено и необратимо. Но небольшое количество механических систем относится к обратимым (но не тепловые). Классическая механика занималась лишь моделированием обратимых систем, но с возникновением термодинамики, с изучением теории теплоты и молекулярных процессов физика перешла к познанию закономерностей необратимых систем. В ΧΙΧвеке термодинамика развивается как теоретическая база теплотехники и как важная отрасль теоретической физики, объясняющая сущность тепловой энергии.
|
|
|
Сади Карно показал, что теплота создает механическую работу только при тепловой «перепаде», т.е. при наличии разности температур нагревателя (Т1) и холодильника (Т2). Обратное: затрачивая механическую энергию, можно создать разность температур, которая определяет коэффициент полезного действия. Максимально возможный КПД определяется только температурами нагревателя и холодильника. Т.о., Карно обосновывает невозможность существования вечного двигателя. (1 закон термодинамики – термодинамическая система может совершать работу лишь за счет внутренней энергии или энергии от внешних источников). 1 закон вытекает из закона сохранения энергии: в замкнутой системе энергия сохраняется, хотя и может приобретать различные формы.
Клаузиус решил связать переход теплоты от одного тела к другому с превращением теплоты в работу и установить количественные соотношения между этими процессами. В тепловых двигателях процесс превращения теплоты в работу сопровождается передачей определенного количества теплоты внешней среде, в результате чего нагреватель охлаждается, а внешняя среда нагревается. Т.е термодинамические процессы могут протекать лишь в одном направлении. 2 закон термодинамики невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от холодного тела к нагретым, в замкнутой системе энтропия (мера способности теплоты к превращению) не может убывать, а лишь возрастает до максимума. В обратимых системах энтропия неизменна, а в необратимых постоянно меняется.
|
|
|
В начале ΧΧ века Нернст сформулировал 3 закон: при стремлении температуры (Т) к абсолютному нулю энтропия (Е) любой системы стремится к конечному пределу, не зависящему от давления, плотности или фазы. Т.е. ни в каком конечном процессе, связанном с изменением энтропии, достижение абсолютного нуля невозможно – к нему можно лишь бесконечно приближаться.
Больцман показал, что идеальный газ, находящийся первоначально в нестационарном состоянии, с течением времени сам собой должен переходить в состояние статического равновесия. Из чего он сделал вывод идею необратимости молекулярных процессов.
Статическая механика Гиббса обосновывает все три закона термодинамики, способна вычислять термодинамические величины для конкретных систем, решать любую задачу относительно равновесной системы, состоящей из произвольного числа независимых компонентов и сосуществующих фаз, но обходит вопрос обратимости и необратимости.
|
|
|
Смолуховский разрабатывает теорию флуктуаций (случайные колебания в открытой системе) и приходит к идее относительности обратимости и необратимости, их зависимости от времени, в течение которого наблюдается процесс.
Новый этап в развитии исследований необратимых систем наступил в конце ΧΧ века, с созданием теории самоорганизации.
Во второй половине ΧΙΧ анализируются понятия пространства и времени. Было введено понятие α-тело – такого тела во Вселенной, которое можно считать неподвижным и принять за начало абсолютной системы отсчета. Некоторые предлагали принять за α-тело центр тяжести всех тел во Вселенной, т.к. его можно считать находящимся в абсолютном покое. Другие, считая что понятие абсолютного прямолинейного и равномерного движения как движение относительно абсолютного пространства лишено научного содержания, предлагали понятие инерциальной системы отсчета (координат). Т.о., все системы, связанные со свободными телами, не находящимися под влиянием каких-либо других тел, равноправны (инерциальные системы движутся прямолинейно и равномерно относительно друг друга).
В конце ΧΙΧ века против ньютоновского представления об абсолютном пространстве выступил физик и философ Мах. С его точки зрения, всякое движение относительно пространства не имеет никакого смысла, о движении можно говорить лишь по отношению к телам и, следовательно, все величины, определяющие состояние движения, могут быть лишь относительными. Рациональное зерно его принципа состояло в том, что свойства пространства-времени обусловлены гравитирующей материей.
|
|
|
В 1870-х гг. математик Клиффорд предложил полевую теорию материи, где материальные частицы представляют собой сильно искривленные области пространства, а «изменение кривизны пространства и есть то, что реально происходит в явлении, которое мы называем движением материи».
Теория электромагнитного поля
К середине ΧΙΧ века был накоплен эмпирический материал, касающийся электрических и магнитных явлений (закон Кулона, закон Ампера, закон электромагнитной индукции, законы постоянного тока и др.), но сложнее было с теоретическими представлениями. Наиболее популярной стала теория Вебера, которая пыталась объединить электростатику, электродинамику и теорию магнетизма идей об активности движущихся электрических зарядов. Максвелл, основываясь на представлениях Фарадея (полевая концепция) пытался построить строгую математическую теорию, получить уравнения, из которых можно вывести законы Кулона, Ампера и т.д. В результате он создал теорию электромагнитного поля, сформулировал фундаментальные уравнения классической электродинамики.
Эта теория изменила представления о картине электрических и магнитных явлений.
Положения теории:
· электромагнитное поле реально и существует независимо от того, имеются или нет проводники и магнитные полюса, обнаруживающие его
· изменение электрического поля ведет к появлению магнитного и наоборот
· векторы напряженности электрического и магнитного полей перпендикулярны (почему электромагнитная волна поперечна)
· распространение в электромагнитном поле электромагнитных волн происходит с конечной скоростью (принцип близкодействия обоснован)
· скорость передачи электромагнитных колебаний равна скорости света
Великие открытия
В 1895 г. Рентген обнаружил луч, были выяснены необычные свойства этих лучей (проходить через светонепроницаемые тела, ионизировать газы..), но их природа была не ясна. Открытие рентгеновских лучей способствовало исследованиям электропроводности газов и изучению катодных лучей. Томсон с Резерфордом установили, что под действием рентгеновских лучей возрастает электрическая проводимость газа, причем это свойство сохраняется какое-то время после облучения. Получили данные, что проводниками являются заряженные частицы - электроны (установил их заряд и массу).
В конце ХIХ века открыта радиоактивность – Беккерель, исследуя почернение фотографической пластинки, оставшейся рядом с кристаллами сульфата урана. Резерфорд установил, что радиоактивные атомы испускают частицы двух типов: α – и β- частицы (тяжелые α – частицы это быстро движущиеся ядра гелия, β- частицы – летящие с большой скоростью электроны). Складовская – Кюри обнаружила в урановых рудах вещества, способные к излучению, совместно с П.Кюри выделила из урановых руд новый элемент – радий (радиоактивность выше). Вскоре после открытия Беккереля, стало ясно, что излучение неоднородно и содержит 3 компонента:α-, β-γ-лучи, причем, α-и β- лучи представляют собой электромагнитное излучение. Во II половине ХIХ также Герцем были обнаружены электромагнитные волны, открыт фотоэффект Столетовым, выяснено, что отношение заряда электрона к его массе не является постоянной величиной, а зависит от скорости электрона.
Возникла идея, что электрон имеет только электромагнитную массу и обычной массы не имеет. Развитие этой гипотезы привело к выводу, что всякая масса (а значит и материя) имеет электромагнитную природу. Это изменило взгляды на природу и познание материи.
Дата добавления: 2015-12-17; просмотров: 30; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!