Что измеряют в максвеллах

16.12.202323.07.2023 admin 0 Comments

Максвелл (единица измерения)

Ма́ксвелл — единица измерения магнитного потока в системе СГС. Русское сокращение — Мкс (не путать с микросекундой, её сокращённое обозначение — мкс — записывается со строчной буквы). Международное сокращение — Mx. [1]

Введена Международной электротехнической комиссией в 1930 г. (ранее эта единица называлась линией). Названа в честь английского физика Джеймса Клерка Максвелла.

1 максвелл = 1 гаусс·см² = 10 −8 вебер.

В однородном магнитном поле с индукцией 1 гаусс магнитный поток в 1 максвелл проходит через плоский контур площадью 1 см², расположенный перпендикулярно вектору индукции.

Примечания

Полезное

Смотреть что такое «Максвелл (единица измерения)» в других словарях:

Максвелл — В Викисловаре есть статья «максвелл» Максвелл (англ. Maxwell) англ … Википедия

Максвелл — единица магнитного потока; обозн. Мкс; названа по имени Дж. К. Максвелла. В настоящее время не подлежит применению. Джеймс Клерк Максвелл James Clerk Maxwell (1831–1879) английский физик, создатель классической электродинамики и теории… … Судьба эпонимов. Словарь-справочник

Максвелл, Джеймс Клерк — В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Максвелл. Джеймс Клерк Максвелл James Clerk Maxwell … Википедия

Максвелл — I Максвелл (Maxwell) Джеймс Клерк (Clerk) (13.6.1831, Эдинбург, 5.11.1879, Кембридж), английский физик, создатель классической электродинамики (См. Электродинамика), один из основателей статистической физики (См. Статистическая физика).… … Большая советская энциклопедия

ВЕБЕР (единица СИ) — ВЕБЕР, единица магнитного потока (см. МАГНИТНЫЙ ПОТОК) Ф и потокосцепления (см. ПОТОКОСЦЕПЛЕНИЕ) в системе СИ, названа в честь В. Вебера Обозначается Вб: 1 Вб=1 Тл.м2 1 Вб (вебер) магнитный поток, проходящий через плоскую поверхность площадью 1… … Энциклопедический словарь

Герц — единица измерения частоты, которая входит в Международную систему единиц СИ; обозн. Гц (между нар. Hz); названа по имени Г. Герца. Генрих Рудольф Герц Heinrich Rudolf Hertz (1857–1894) немецкий физик. Окончил университет в Берлине. С 1885 по… … Судьба эпонимов. Словарь-справочник

Физика — Примеры разнообразных физических явлений Физика (от др. греч. φύσις … Википедия

Электростатический потенциал — У этого термина существуют и другие значения, см. Потенциал. Классическая электродинамика … Википедия

Потенциал электростатический — Классическая электродинамика Магнитное поле соленоида Электричество · Магнетизм Электростатика Закон Кулона … Википедия

Источник

Почему теорию Максвелла так трудно понять?

Скромность не всегда добродетель

В 1865 году Джеймс Клерк Максвелл опубликовал свою статью “Динамическая теория электромагнитного поля» в «Философских трудах Королевского общества». Ему было тогда тридцать четыре года. Оглядываясь назад, мы можем заметить, что работа Максвелла была самым важным событием девятнадцатого века в истории физических наук. Если говорить в общем о естественных науках, то статья Максвелла была второй по значимости после «Происхождения видов» Дарвина. Но важность работ Максвелла не была очевидна для его современников. Более двадцати лет его теория электромагнетизма в основном игнорировалась. Физикам было трудно ее понять из-за обилия сложных уравнений. Математикам было трудно ее понять, потому что Максвелл использовал для объяснений физический язык. Этот труд был расценен как неясное предположение без должного количества экспериментальных доказательств. Физик Михаил Пупин в своей автобиографии «От иммигранта к изобретателю» описывает, как он путешествовал из Америки в Европу в 1883 году в поисках того, кто понимал Максвелла. Он отправился изучать теорию Максвелла, как рыцарь в поисках Святого Грааля.

Пупин сначала поступил в Кембридж с твердым намерением изучить теорию у самого Максвелла. Он не знал, что Максвелл умер четыре года назад. Узнав, что Максвелл умер, он остался в Кембридже и был назначен преподавателем колледжа. Но его наставник знал о теории Максвелла меньше, чем он сам, и был заинтересован только в том, чтобы научить Михаила решать математические задачи трипоса. Михаил Пупин был поражен, обнаружив, как он говорит, «как мало было физиков, которые уловили смысл теории, даже через двадцать лет после того, как она была сформулирована Максвеллом в 1865 году». В конце концов он бежал из Кембриджа в Берлин и поступил студентом к Герману фон Гельмгольцу. Гельмгольц понимал теорию и учил Пупина тому, что знал сам. Пупин вернулся в Нью-Йорк, стал профессором Колумбийского университета и обучал последующие поколения студентов, которые впоследствии распространили Евангелие Максвелла по всей Америке.

Открытка от Максвелла Питеру Тейту

Как случилось, что теория Максвелла была так широко проигнорирована? В конце концов, Максвелл не был похож на своего современника Грегора Менделя, монаха, работавшего в безвестном монастырском саду в Богемии. Максвелл был известным профессором, директором Кавендишской лаборатории в Кембридже, ведущей фигурой в британском научном сообществе. Свидетельством его высокого положения можно считать то, что он был президентом секции А (математические и физические науки) Британской ассоциации содействия развитию науки, когда ассоциация провела свое ежегодное собрание в Ливерпуле в 1870 году. Он выступил с президентской речью в Ливерпуле, которая была опубликована во втором томе недавно основанного журнала «Nature». Стиль его выступления показывает нам, почему его теорию не воспринимали всерьез. Можно было ожидать, что он воспользуется возможностью, предоставленной президентской платформой, чтобы объявить миру о важности открытий, которые он сделал пять лет назад. Он не сделал ничего подобного. Он был абсурдно и раздражающе скромен.

Теория, которую сэр Уильям основал на великолепных гидродинамических теоремах Гельмгольца, ищет свойства молекул в кольцевых вихрях однородной несжимаемой жидкости без трения. Гельмгольц показал, что в идеальной жидкости такое кружащееся кольцо, если оно однажды возникло, будет продолжать кружиться вечно, всегда будет состоять из той же самой части жидкости, которая была сначала закручена, и никогда не может быть разрезана надвое какой-либо естественной причиной. Эти кольцевые вихри способны к таким разнообразным связям и узловатым самоинволюциям, что свойства различных узловатых вихрей должны быть столь же различны, как и свойства различных видов молекул.

И так далее. Максвелл объяснил, как древняя теория о том, что материя состоит из атомов, столкнулась с логическим парадоксом. С одной стороны, атомы должны были быть твердыми, непроницаемыми и неразрушимыми. С другой стороны, данные спектроскопии и химии показали, что атомы имеют внутреннюю структуру и находятся под влиянием внешних сил. Этот парадокс в течение многих лет блокировал прогресс в понимании природы материи. Теперь, наконец, вихревая теория молекул разрешила парадокс. Вихри в эфире мягкие и имеют внутреннюю структуру, и тем не менее, согласно Гельмгольцу, они индивидуальны и неразрушимы. Оставалось только вывести факты спектроскопии и химии из законов взаимодействия вихрей, предсказанных гидродинамикой идеальной жидкости. Максвелл считал эту вихревую теорию материи замечательным примером плодотворного взаимодействия математики и физики.

Неясно, верил ли Максвелл всерьез в то, что говорил о вихревой теории. Возможно, он хотел, чтобы его речь развлекала слушателей, а не просвещала их. У него было хитрое чувство юмора, и вполне возможно, что он хвалил теорию вихря, зная, что более проницательные члены аудитории поймут, что теория была шуткой. Только в конце своего выступления Максвелл кратко упомянул о своей теории электромагнетизма.

Другая теория электричества, которую я предпочитаю, отрицает действие на расстоянии и приписывает электрическое действие напряжениям и давлениям во всепроникающей среде, причем эти напряжения одинаковы по характеру с теми, которые известны инженерам, и среда идентична той, в которой предполагается распространение света.

Фраза «Другая теория электричества, которую я предпочитаю», кажется, намеренно скрывает тот факт, что это была его собственная теория. Неудивительно, что вихри Кельвина произвели на его слушателей большее впечатление, чем уравнения Максвелла.

Мораль этой истории заключается в том, что скромность не всегда является добродетелью. Максвелл и Мендель оба были чрезмерно скромны. Скромность Менделя задержала прогресс биологии на пятьдесят лет. Скромность Максвелла замедлила прогресс физики на двадцать лет. Для прогресса науки будет лучше, если люди, делающие великие открытия, не будут слишком скромны, чтобы трубить в свои собственные трубы. Если бы у Максвелла было такое же эго, как у Галилея или Ньютона, он бы позаботился о том, чтобы его работы не игнорировались. Максвелл был таким же великим ученым, как Ньютон, и гораздо более приятным человеком. Но, к сожалению, он не начал президентскую речь в Ливерпуле словами, подобными тем, которые Ньютон использовал, чтобы представить третий том своей Principia Mathematica: «. исходя из тех же принципов, я теперь демонстрирую структуру системы мира». Ньютон не называл свой закон всемирного тяготения «очередной теорией тяготения, которую я предпочитаю».

Теория Максвелла и квантовая механика

Помимо скромности Максвелла, были и другие причины, по которым его теорию было трудно понять. Он заменил ньютоновскую вселенную материальных объектов, взаимодействующих друг с другом на расстоянии, вселенной полей, простирающихся через пространство и взаимодействующих только локально с материальными объектами. Понятие поля было трудно понять, потому что поля неосязаемы. Ученые того времени, включая самого Максвелла, пытались представить поля как механические структуры, состоящие из множества маленьких колесиков и вихрей, простирающихся в пространстве. Эти структуры должны были переносить механические напряжения, которые электрические и магнитные поля передавали между электрическими зарядами и токами. Чтобы поля удовлетворяли уравнениям Максвелла, система колес и вихрей должна была быть чрезвычайно сложной.

https://ddcolrs.wordpress.com/2018/01/17/maxwells-equations-from-20-to-4/

Через шестьдесят лет после того, как Максвелл опубликовал свою теорию, Шредингер, Гейзенберг и Дирак изобрели квантовую механику. Квантовая механика была принята гораздо быстрее, чем теория Максвелла, потому что она сделала множество определенных предсказаний об атомных процессах и эксперименты показали, что все предсказания были правильными. Через год-два все поверили в квантовую механику как в практический инструмент для расчета основных процессов физики и химии. Природа, очевидно, подчинялась законам квантовой механики. Но значение квантовой механики оставалось спорным. Хотя квантовая механика была быстро принята, она не была быстро понята. Резкие расхождения во мнениях по поводу интерпретации квантовой механики сохраняются на протяжении семидесяти лет.

И почему их никто не понимал?

Для понимания квантовой механики может оказаться полезным подчеркнуть сходство между квантовой механикой и теорией Максвелла. В двух отношениях теория Максвелла может дать ключ к тайнам квантовой механики.

Вторая связь между теорией Максвелла и квантовой механикой заключается в глубоком сходстве структуры. Подобно теории Максвелла, квантовая механика делит Вселенную на два слоя. Первый слой содержит волновые функции Шредингера, матрицы Гейзенберга и векторы состояний Дирака. Величины в первом слое подчиняются простым линейным уравнениям. Их поведение можно точно рассчитать. Но их нельзя наблюдать непосредственно. Второй слой содержит вероятности столкновений и превращений частиц, интенсивности и поляризации излучения, математические ожидания энергий и спинов частиц. Величины во втором слое могут быть непосредственно наблюдаемы, но не могут быть непосредственно вычислены. Они не подчиняются простым уравнениям. Это либо квадраты величин первого слоя, либо произведения одной величины первого слоя на другую. В квантовой механике, как и в теории Максвелла, Природа живет в абстрактном математическом мире первого слоя, но мы, люди, живем в конкретном механическом мире второго слоя. Мы можем описать Природу только абстрактным математическим языком, потому что наш вербальный язык находится дома только во втором слое.

Все эти теории основаны на концепции динамических полей, введенной Максвеллом в 1865 году. Все они имеют одинаковую двухслойную структуру, отделяющую мир простых динамических уравнений от мира человеческого наблюдения. Все они воплощают в себе то же качество математической абстракции, которое сделало теорию Максвелла трудной для понимания его современниками. Мы можем надеяться, что глубокое понимание теории Максвелла приведет к рассеиванию тумана непонимания, который все еще окружает интерпретацию квантовой механики. И мы можем надеяться, что глубокое понимание теории Максвелла поможет проложить путь к дальнейшим триумфам физики в XXI веке.

Источник

Уравнения Максвелла

Четыре уравнения Максвелла — это краеугольный камень современной физики и ее самый серьезный шаг вперед со времени создания теории всемирного тяготения. Они описывают электрическое и магнитное поля как две стороны одной монеты. Оба поля — это проявления одной и той же сущности — электромагнитной волны.

В начале XIX столетия было экспериментально показано, что электричество и магнетизм способны преобразовываться одно в другое. Но только Джеймс Клерк Максвелл смог сделать колоссальный шаг вперед, выведя четыре уравнения, полностью описывающие электромагнетизм и ставшие одним из главных достижений современной физики.

Электромагнитные волны

Электрические и магнитные силы воздействуют на заряженные частицы и магниты, соответственно. Переменные электрические поля генерируют магнитные, и наоборот. Максвелл показал, как и те и другие возникают из одного и того же явления, электромагнитной волны, обладающей и электрическими, и магнитными свойствами. Электромагнитные волны несут переменное электрическое поле, сопровождаемое магнитным, которое меняется подобным же образом, но направлено под прямым углом к электрическому.

Максвелл измерил скорость распространения электромагнитной волны в вакууме, показав, что она ничем не отличается от скорости распространения света. С учетом работ Ханса Кристиана Эрстеда и Фарадея это подтвердило, что и свет является распространяющимся электромагнитным возмущением. Максвелл показал, что и световые волны, и все электромагнитные распространяются в пустоте с постоянной скоростью 300 миллионов метров в секунду. Эта скорость определяется абсолютными электрическими и магнитными свойствами пустого пространства.

«Теперь нам навряд ли удастся уклониться от вывода о том, что свет представляет собой поперечные колебания той же среды, которая создает электрические и магнитные явления» Джеймс Клерк Максвелл, 1862

Электромагнитные волны могут иметь самые разные длины волн и охватывают широкий спектр, выходящий далеко за пределы обычного видимого света. Наибольшей длиной обладают радиоволны (метры и даже километры), длины волн видимого света сопоставимы с расстояниями между атомами, а наивысшей частотой обладают рентгеновские и гамма-лучи.

Мы используем электромагнитные волны главным образом для связи — радио, телевидение, мобильные телефоны. Они могут также создавать тепловую энергию (микроволновые печи) и использоваться в исследовательских целях (медицинская рентгеноскопия, электронные микроскопы).

Электромагнитная сила, создаваемая электромагнитными полями, — это одна из четырех фундаментальных сил природы, три другие — гравитационная и силы слабого и сильного ядерного взаимодействия, обеспечивающие целостность атомов и их ядер. Электромагнитные силы играют важнейшую роль в химии, они связуют заряженные ионы, образующие химические вещества и их молекулы.

Максвелл начал с попыток осмыслить работы Фарадея, экспериментально описавшего электрическое и магнитное поля. Для физики поле — это средство передачи сил на расстояние. Гравитация распространяется в космосе на огромные расстояния посредством того, что называют «гравитационным полем». Подобным же образом электрическое и магнитное поля могут воздействовать на удаленные, обладающие зарядом частицы. Если вам доводилось забавляться с металлическими опилками, высыпанными на лист бумаги, под которым находится магнит, вы видели, как магнитная сила сдвигает опилки, создавая из них рисунок замкнутых линий, соединяющих северный и южный полюса магнита. При этом магнитная сила спадает по мере удаления от магнита.

Фарадей изобразил эти «магнитные линии» и вывел для них простые правила. Ему удалось также нарисовать аналогичные линии для электрически заряженных тел, однако в математике он силен не был. Для того чтобы соединить идеи Фарадея в математическую теорию, понадобился Максвелл.

Четыре уравнения

К большому удивлению ученого мира, Максвелл сумел описать все многообразные электромагнитные явления с помощью всего лишь четырех фундаментальных уравнений. Ныне они настолько известны, что ими украшают футболки, добавляя комментарий: «Вот таким Бог создал свет». Сейчас электромагнетизм представляется нам вполне привычным, но во времена Максвелла идея его была радикальной и такой же значительной, какой стала бы сейчас единая теория квантовой физики и гравитации.

Первое из уравнений Максвелла — это закон Гаусса, названный так в честь немецкого физика XIX века Карла Фридриха Гаусса и описывающий форму и силу электрического поля, генерируемого телом, которое обладает электрическим зарядом. Закон Гаусса — это закон обратного квадрата, математически схожий с гравитационным законом Ньютона. Электрическое поле, подобно гравитационному, спадает, удаляясь от поверхности заряженного тела, в обратной пропорции квадрату расстояния до него. То есть если вы удвоите расстояние от заряженного тела, то электрическое поле ослабнет в четыре раза.

Научных свидетельств того, что сигналы мобильного телефона дурно сказываются на вашем здоровье, не существует, однако закон обратного квадрата говорит, что, возможно, мачта мобильной связи, находящаяся вблизи от вашего дома, безопаснее, чем та, что стоит вдали от него. Поле передающей мачты быстро слабеет с увеличением расстояния до нее, и потому до вас оно доходит уже очень слабым. Поле, создаваемое мобильным телефоном, оказывается — в сравнении — сильным, поскольку вы держите его вблизи от головы. Поэтому чем ближе мачта, тем меньшую мощность приходится излучать потенциально опасному мобильному телефону. Но люди склонны к иррациональному поведению и мачт боятся сильнее.

Второе уравнение Максвелла описывает силу и форму магнитного поля, или рисунок создаваемых магнитом силовых линий. Оно утверждает, что силовые линии магнитного поля всегда замкнуты на северный и южный полюса магнита. Иными словами, все магниты должны обладать северным и южным полюсами — магнитных монополей не существует, а у магнитного поля всегда имеется начало и конец. Это проистекает из теории атомов, в которой каждый атом обладает магнитным полем, а магнетизм большого масштаба возникает из сложения этих полей. Если вы разрубите магнит пополам, у каждой половинки все равно будет два полюса. И на какие бы мелкие части вы магнит ни делили, полюса всегда останутся при них.

«Любой образованный дурак способен раздуть и усложнить все что угодно. Но чтобы пойти в противоположном направлении, нужно обладать качествами гения — и немалой отвагой» Приписывается Альберту Эйнштейну, 1879-1955

Третье и четвертое уравнения схожи одно с другим и описывают электромагнитную индукцию. Третье уравнение показывает, каким образом изменения электрического тока создают магнитное поле, а четвертое — каким образом изменения магнитного поля создают электрический ток. Последнее уравнение известно также как закон индукции Фарадея.

Описание столь многих явлений столь малым числом уравнений было великим подвигом, заставившим Эйнштейна поставить достижения Максвелла вровень с ньютоновскими. Эйнштейн использовал идеи Максвелла, создавая свои теории относительности. В уравнениях Эйнштейна магнетизм и электричество стали проявлениями одной и той же физической сущности, наблюдаемой из разных систем отсчета; электрическое поле одной движущейся системы отсчета может выглядеть как магнитное в другой. Возможно, именно Эйнштейн в конечном счете и показал, что электрическое и магнитное поля — это, по сути, одно и то же.

Джеймс Клерк Максвелл, 1831-1879

Джеймс Клерк Максвелл родился в Эдинбурге, Шотландия. Вырос он в сельской местности, где и проникся интересом к природе. После смерти его матери Максвелла отправили учиться в Эдинбург, учеба поглощала его настолько, что однокашники прозвали Максвелла «чокнутым». В Эдинбургском университете и затем в Кембридже его считали студентом умным, но неорганизованным. Окончив университет, он занялся развитием трудов Фарадея, посвященных электричеству и магнетизму, стараясь свести их в уравнения.

Когда отец его заболел, Максвелл вернулся в Шотландию и попытался получить место в Эдинбурге. Однако место это досталось старому наставнику Максвелла, и он перебрался в Лондонский королевский колледж, где и проделал большую часть прославившей его работы. Около 1862 года Максвелл произвел расчеты, показавшие, что электромагнитные волны распространяются с той же скоростью, что и свет, а 11 лет спустя опубликовал четыре своих уравнения электромагнетизма.

Источник