Зачетное занятие

Магнитное поле

2. Сила Ампера
   В магнитном поле рамка
   Вращается скрипя
   И проводник в движение
   Приводит сам себя
   Чтоб лучше был понятен
   Амперовский закон
   Представь в громкоговорителе
   Работать может он.
   
   Жил был Ампер когда-то
   Физиком он был
   Он двигатель ребята
   Придумать не забыл.
   
   

Андрэ Мари Ампер родился 22 января 1775 г. в семье лионского коммерсанта. Отец его имел хорошую библиотеку, и еще четырнадцатилетним мальчиком Ампер прочитал с большим увлечением все 20 томов знаменитой «Энциклопедии» Дидро и Даламбера. Когда библиотека отца была исчерпана, Ампер стал ездить в городскую библиотеку, чтобы изучать труды великих ученых. В течение нескольких недель он освоил латинский язык, чтобы читать произведения в подлинниках. (Впоследствии он в совершенстве овладел греческим и итальянским языками.) Ампер увлеченно изучал математику и естественные науки по трудам Эйлера, Бернулли и других ученых.

С 1803 г. Ампера назначают преподавателем Лионского лицея.

Научные склонности Ампера проявились рано. В 13 лет он представил в Лионскую академию сочинение о квадратуре круга, считая, что нашел решение старинной задачи о построении квадрата, равного по площади кругу. В 1802 г. Ампер публикует работу по теории вероятностей «Соображения о математической теории игры», после чего в 1804 г. ему было предложено место, правда, пока репетитора, в Политехнической школе Парижа. В 1807 г. он стал ее профессором.

Жизнь Ампера была тяжелой, его все время преследовали несчастья: казнь отца, потеря первой жены, неудачный второй брак, несложившаяся жизнь сына и т. д.

Работая преподавателем, Ампер не бросил занятия математикой ив 1814 г. за ряд интересных работ был избран членом Парижской академии наук. С 1820 г., с того памятного заседания академии 4 сентября. Ампер усиленно занялся электричеством, разработав его новый раздел—электродинамику. И то, что сделал Ампер, вызывает у нас восхищение, а то, как он сумел это сделать, — изумление.

С огромным нетерпением Ампер дождался заседания 11 сентября, на котором Араго, собрав несложную установку , продемонстрировал опыт Эрстеда. Да, ученые своими глазами увидели, что электричество и магнетизм взаимодействуют друг с другом.

Взволнованный Ампер сломя голову бежит к слесарю, чтобы заказать необходимые приборы, поставить их дома и срочно все только что увиденное проделать своими руками. Пока слесарь исполнял заказ. Ампер сам соорудил небольшой лабораторный стол. В его распоряжении оказался сначала небольшой вольтов столб. Ученый убеждается, что магнитная стрелка, поднесенная к проводу, поворачивается, если цепь замкнута. Если же цепь разомкнута, то эффект полностью пропадает. Значит, магнитные явления сопутствуют не статическому, а вольтовско-гальваническому электричеству, причем величина магнитного действия зависит от интенсивности движения электричества. Для измерения этой интенсивности Ампер впервые в мире вводит понятие силы тока. Не случайно, что единица силы тока—ампер—увековечила этот факт.

На следующем заседании академии, 18 сентября 1820 г., хотя к этому времени часть приборов еще не была готова, Ампер решил выступить и рассказать о том, что ему уже ясно, и о том, что и с помощью каких приборов надо еще проверить. Ампер закончил свое выступление следующими словами: «Я описал приборы, которые я намереваюсь построить, и среди прочих гальванические (т. е. обтекаемые током) спирали и завитки. Я высказываю ту мысль, что последние должны производить во всех случаях такой же эффект, как магниты, ...и сведу тем самым все магнитные явления к чисто электрическим эффектам». Поистине пророческие слова. А уверенный тон Ампера, которым они были высказаны, заставляет думать о том, что основные контуры его учения, сводящего магнетизм к круговым токам, стали ему ясны в течение одной-двух недель.

И вот 19 сентября Ампер спешит со своими помощниками обнаружить предполагаемый эффект, а он упрямо не наблюдается. Снова опыты и снова безрезультатные. А ведь 25 сентября Ампер должен продемонстрировать все то, о чем утверждал на прошлом заседании академии. Не теряя уверенности, искал он причину неудач, решив, наконец, что виной всему является слабость ' батарей. С большим трудом достав более мощный вольтов столб, Ампер с фанатичной настойчивостью вновь принялся за опыты. И опыты один за другим стали подтверждать его предположения. Более того, два прямых проводника, по которым протекал электрический ток, притягивались и отталкивались, как магниты. И когда 25 сентября 45-летний Ампер вновь поднялся на кафедру академии, он уже мог доказать свои взгляды, высказанные неделю назад. Он демонстрирует взаимодействие не только спиралевидных токов, но и прямых. Он формулирует никому до сих пор не известный закон: «Два электрических тока притягиваются, когда они идут параллельно в одном направлении; они отталкиваются, когда идут в противоположных направлениях». Еще не успевает пройти изумление аудитории, а Ампер продолжает: «Все явления, которые представляют взаимодействие тока и магнита, открытые Эрстедом, входят как частный случай в законы притяжения электрических токов». Так было сделано новое великое открытие. Интересно отметить, что на этом же заседании Араго рассказал, как ему удалось намагнитить швейную иглу, пропуская через нее ток. Ампер тут же заметил, что намагничивание можно значительно усилить, если взять провод в виде спирали, как это делал он, и вставить внутрь иглу. Итак, ничего не подозревавший Ампер изобрел электромагнит! Но он не оценил этого, не оценил его замечания по достоинству и Араго. А честь открытия электромагнита досталась английскому физику Вильяму Стёрджену в 1825 г.

Работа Ампера над созданием электродинамики продолжалась вплоть до 1826 г., когда вышел в свет его основной, обобщающий все опыты труд под названием «Теория электродинамических явлений, выведенная из опыта». В этой работе Ампером была разработана не только качественная теория, но и количественный закон для силы взаимодействия токов. Это один из основополагающих законов электродинамики, из которого вытекает целый ряд следствий. Многие физики отмечали универсальность формулы Ампера, проницательность ее автора. Пожалуй, наиболее емкую и точную характеристику открытий Ампера дал основоположник теории электромагнитного поля Д. Максвелл: «Исследования Ампера, в которых он установил законы механического взаимодействия электрических токов, принадлежат к числу самых блестящих работ, которые были проведены когда-либо в науке. Теория и опыт как будто в полной силе и законченности вылились сразу из головы этого «Ньютона электричества». Его сочинение совершенно по форме, недосягаемо по точности выражений и в конечном счете приводит к одной формуле, из которой можно вывести все явления, представленные электричеством, и которая навсегда останется основной формулой электродинамики». Трудно представить себе более высокую оценку, чем та, которую дал английский физик своему французскому коллеге.

Но трудная жизнь великого французского ученого не стала легче несмотря на его известность. Он по-прежнему был вынужден тратить свои последние деньги на покупку необходимого оборудования. По три-четыре месяца, забросив работы по электродинамике, Ампер инспектировал училища далеких департаментов, проверяя ненавистные для него расходы на мел, чернила, мебель, контролируя знания учеников по разным предметам. Он мучился от своего бессилия, от необходимости тратить драгоценное время на совершенно пустяковые занятия, посильные для любого инспектора. По возвращении в Париж с него требовали отчеты, бумажные циркуляры. Чиновникам Франции, видимо, доставляло удовольствие «ставить на место» ученого-оригинала, этого «странного» Ампера — пусть не воображает о себе бог знает что. А он не воображал. Он был чрезвычайно, до болезненности скромен. И когда его труды были оценены по достоинству, «Ньютона электричества» уже не было в живых. Он умер в Марселе в 1836 г. по дороге на юг, где надеялся поправить свое никуда не годное здоровье. В 1869 г. прах Ампера из Марселя был перевезен в Париж на Монмартрское кладбище. На его надгробном памятнике высечены слова: «Он был так же добр и так же прост, как и велик».

Одним из важнейших открытий 30-х годов XIX в. явилось открытие немецким учителем Георгом Омом (1789—1854) количественного закона цепи электрического тока. В своих исследованиях Ом оригинально применил метод Кулона. Над проволокой с током он помещал магнитную стрелку, подвешенную на нити, закручиванием которой удерживал стрелку в положении равновесия. Углом кручения измерялась сила тока. Ом установил постоянство силы тока в различных участках цепи, показал, что сила тока убывает с увеличением длины провода и с уменьшением площади его поперечного сечения . Он нашел ряд из многих веществ по возрастанию сопротивления, подтвердив тем самым результаты опытов Дэви. Этот ряд выглядел следующим образом: серебро, медь, свинец, золото, цинк, олово, платина,. палладий, железо.

Опыты и теоретические доказательства Ома были описаны им в его главном труде «Гальваническая цепь, разработанная математически», вышедшем в 1827 г. Уподобляя сознательно движение электричества тепловому потоку или потоку воды, принимая перепад температур или высот за падение напряжения, Ом установил свой знаменитый закон.

В числе открытий в области электродинамики в этот период следует назвать закон Био—Савара—Лапласа (30 сентября 1820 г.), позволяющий вычислять индукцию магнитного поля тока. В 1821 г. прибалтийский физик Томас Зеебек (1770—1831) открыл термоэлектричество, а в 1834 г. парижский часовщик Жан Пельтье обнаружил обратное явление — с помощью электрического тока он охладил один из спаев двух разнородных металлов.

3. Сила Лоренца
   Лоренцова сила бегать нас манила
   Круг за кругом бегать эта сила звала
   В синхрофазотроне или циклотроне
   Вот такою сильной сила была
   
   
   Анализ формулы Лоренца для случаев:
   1. v=0;
   2. v параллельно B;
   3. v перпендикулярно B.
   Определение силы Лоренца. Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле. Применение силы Лоренца.

Гендрик Антон Лоренц (1853—1928) — один из крупнейших физиков-теоретиков конца XIX—начала XX в., творец классической электронной теории—родился 15 июля в г. Арнхеме (Голландия). Шести лет он пошел в школу. В 1866 г., окончивший школу лучшим учеником, Лоренц поступил в третий класс высшей гражданской школы, примерно соответствующей гимназии. Его любимыми предметами стали физика и математика, иностранные языки. Для изучения французского и немецкого языков Лоренц ходил в церкви и слушал на этих языках проповеди, хотя в бога не верил с детства.

В 1870 г. он поступил в Лейденский университет. С большим интересом Лоренц слушал лекции университетских профессоров», хотя его судьбу как ученого, видимо, в большей мере определило чтение трудов Максвелла, очень трудных для понимания и названных им в связи с этим «интеллектуальными джунглями». Но ключ к ним, по словам Лоренца, ему помогли подобрать статьи Гельмгольца, Френеля и Фарадея. В 1871 г. Лоренц с отличием сдал экзамены на степень магистра, но в 1872 г. покинул Лейденский университет, чтобы самостоятельно подготовиться к докторским экзаменам. Он возвращается в Арнхем и начинает работать учителем вечерней школы. Работа ему очень нравится, и вскоре Лоренц становится хорошим педагогом. Дома он создает небольшую лабораторию, продолжая усиленно изучать труды Максвелла и Френеля. «Мое восхищение и уважение переплелось с любовью и привязанностью; как велика была радость, которую я испытал, когда смог прочесть самого Френеля»,—вспоминал Лоренц. Он становится ярым сторонником электромагнитной теории Максвелла: «Его «Трактат об электричестве и магнетизме» произвел на меня, пожалуй, одно из самых сильных впечатлений в жизни; толкование света как электромагнитного явления по своей смелости превзошло все, что я до сих пор знал».

В 1875 г. Лоренц блестяще защищает докторскую диссертацию и в 1878 г. становится профессором кафедры теоретической физики (одной из первых в Европе) Лейденского университета. В 1881 г. он становится членом Королевской академии наук в Амстердаме.

В 1900 г. на Международном конгрессе физиков в Париже Лоренц выступил с докладом о магнитооптических явлениях. Его друзьями стали Больцман, Вин, Пуанкаре, Рентген, Планк и другие знаменитые физики.

Свое главное детище — электронную теорию — Лоренц разрабатывал и совершенствовал более тридцати лет (1880—1912); в 1895 г. в своей знаменитой работе «Опыт теории электрических и оптических явлений в движущихся телах» он дает первое систематическое изложение этой теории; в 1903 г.—записывает ее уравнения в современной форме; в 1909 г. в книге «Теория электронов и ее применение к явлениям света и теплового излучения» электронная теория была дана в наиболее полном изложении.

В 1902 г. Лоренц и его ученик Питер Зееман (1865—1943) становятся Нобелевскими лауреатами. В своей речи при вручении Нобелевской премии Лоренц сказал: «...мы надеемся, что электронная гипотеза, поскольку она принята в различных разделах физики, ведет к общей теории, которая охватит многие области физики и химии. Возможно, что на этом длинном пути сама она полностью перестроится».

В 1911 г. в Брюсселе состоялся I Международный Сольвеевский конгресс физиков, посвященный проблеме «Излучение и кванты». В его работе участвовали 23 физика, председательствовал Г. А. Лоренц. «Нас не покидает чувство, что мы находимся в тупике; старые теории оказываются все менее способными проникнуть в тьму, окружающую нас со всех сторон»,—сказал он во вступительном слове. Он ставит перед физиками задачу: создать новую механику: «Мы будем очень счастливы, если нам удастся хоть немного приблизиться к той будущей механике, о которой идет речь».

В 1925 г. в Голландии было торжественно отмечено 50-летие Научной деятельности Лоренца. Это были большие торжества, превратившиеся, по словам академика П. Лазарева, в международный съезд. Голландская академия наук учреждает «Золотую медаль Лоренца». Участники торжеств выступают с приветственными речами. Ответная речь Лоренца была очень интересной и, как всегда, чрезвычайно скромной: «Я бесконечно счастлив, что мне удалось внести свой скромный вклад в развитие физики. Наше время прошло, но мы передали эстафету в надежные руки».

Лоренц был признан старейшиной физической науки, великим классиком теоретической физики и ее духовным отцом.

В 1927 г. состоялся V Сольвеевский конгресс по проблеме «Электроны, фотоны и квантовая механика». Как и на всех предыдущих, председателем конгресса был Г. Лоренц.

4 февраля 1928 г. Лоренца не стало. В Голландии был объявлен национальный траур. На похороны великого физика прибыли ученые из разных стран. От Голландской академии наук выступал П. Эренфест, от Англии — Э. Резерфорд, от Франции—П. Ланжевен, от Германии—А. Эйнштейн.

«Его блестящий ум указал нам путь от теории Максвелла к достижениям физики наших дней. Именно он заложил краеугольные камни этой физики, создал ее методы... Образ и труды его будут служить на благо и просвещение еще многих поколений»,—сказал Эйнштейн над прахом Лоренца. Стиль работы Лоренца—брать глубоко и стремиться к полной завершенности—послужит, но словам М. Планка, образцом и для будущих поколений. «Его труды не перестали быть захватывающе интересными... он оставил после себя огромное наследие—истинное завершение классической физики»,— оценивал вклад Лоренца Л. де Бройль. Таким был и таким перед нами предстает Г. А. Лоренц—этот «великий классик теоретической физики».

В результате работ Дж. Томсона был открыт электрон и определен его удельный заряд. Однако ни заряд, ни масса электрона отдельно еще не были известны. Нужны были новые эксперименты для определения этих фундаментальных величин. Первыми, наиболее точными из них следует назвать опыты американского физика Р. Милликена (1868—1953) в 1909—1914 гг. Идея этих опытов сводилась к наблюдению за падением заряженной капли масла в однородном поле плоского конденсатора» В результате многочисленных экспериментов с использованием масляных капель различного веса и при разных условиях Милликен заключил, что в каждом случае заряд капли изменялся на величину, равную или кратную значению некоторого основного заряда е—заряда электрона. Эти опыты не только явно доказывали дискретность электрического заряда, но и позволили определить его наименьшую величину. Подобные опыты были проведены разными учеными, в том числе и академиком А. Ф. Иоффе. Опыт Иоффе был сходен с опытом Милликепа, но вместо капель масла использовались металлические ПЫЛИНКИ. В результате всех этих опытов в физике были установлены важнейшие физические константы. Еще в 1902 году, определяя отношение е/m для электрона, Кауфман обнаружил, что оно не является постоянной величиной, а зависит от скорости частиц. Работая с b-лучами (поток быстрых электронов) и действуя на них электрическим и магнитным полем, Кауфман обнаружил, что е/m уменьшается с ростом скорости. Из этого следовало, что с ростом скорости электрона либо уменьшается его заряд, либо увеличивается его масса.

Для объяснения этого и ряда других явлений в этот период создаются различные гипотезы. Справедливость одних и ошибочность других были установлены новыми экспериментами и сигнальной теорией относительности (СТО).

Электросчетчики – для определения количества потребленной электроэнергии.

Синквейн – стих по жесткой схеме, отражающий глубину понятий.
1. Понятие отвечающее на вопрос что (магнитное поле).
2. Три прилагательных, отвечающие на вопрос какой (характеризует существительное). Все проникающее, моющее, неуничтожимое.
3. Три глагола, отвечающие на вопрос что делает
4. Одно предложение об отношении к теме.
5. Синоним первого понятия (информация).


Рефлексия процесс самопознания учениками своих психологических состояний и эмоций вызванных уроком.