Что такое электродинамика

Сегодня мы начинаем изучение нового раздела, который называется электродинамикой. Электродинамика — это наука о свойствах и закономерностях поведения электромагнитного поля, посредством которого происходит взаимодействие электрически заряженных частиц и тел.

Напомним, что электромагнитное взаимодействие является одним из четырех типов фундаментальных взаимодействий.

Именно электромагнитные взаимодействия имеют наиболее разнообразные проявления. Электромагнитные явления позволяют видеть все, что вы видите вокруг себя, поскольку свет является одной из форм электромагнитного поля, а без света нельзя было бы что-либо увидеть.

Открытия в области электродинамики кардинально изменили жизнь человечества. Утюг, стиральная машина, мобильный телефон, компьютер, телевизор — это всего лишь несколько примеров среди сотен других, которые позволяют понять, насколько большую роль электромагнитные явления играют в жизни человека.

Изучая молекулярную физику, мы говорили о том, что все тела состоят из молекул, которые, в свою очередь, состоят из атомов. Атомы электрически нейтральны, но включают в себя заряженные частицы, которые называются электронами и протонами. Из курса физики восьмого класса вы знаете, что протон и электрон обладают зарядами, равными по модулю, но электрон — это отрицательно заряженная частица, а протон — положительно заряженная частица.

Электроны могут отрываться от атомов. Если атом теряет электрон, то он становится положительным ионом, а атом, который приобретает электрон, становится отрицательным ионом.

Напомним еще раз, что электрический заряд — это физическая величина, характеризующая силу взаимодействия заряженных тел.

Заметим, что тела становятся заряженными только из-за перераспределения зарядов. Это плавно подводит нас к закону сохранения электрического заряда, о котором мы поговорим чуть позже. Напомним также, что существуют два рода зарядов: положительный и отрицательный. Существует также, такое понятие как элементарный заряд. Это наименьший заряд в природе, то есть заряд электрона. Именно факт существования наименьшего электрического заряда позволил понять, что электризация тел есть ни что иное, как перераспределение электрических зарядов.

В выдвижении гипотез о природе электрического поля принимал участие небезызвестный президент США Бенджамин Франклин, который выдвинул унитарную теорию электричества. Он предположил, что электричество — это некая невесомая жидкость, способная перетекать из одного тела в другое. Электризацию тел Франклин объяснял тем, что в этой жидкости иногда был избыток электрического флюида, а иногда — недостаток. Так появилось понятие отрицательных и положительных зарядов. Как мы понимаем сейчас, под этими флюидами следует понимать электроны, о которых Франклин не знал.

Позднее, Шарль Дюфе и Роберт Симмер, проводя свои опыты, предположили, что существует два вида электричества, которые при соприкосновении нейтрализуют друг друга. Опять же, сейчас мы понимаем, что тело просто становилось электрически нейтральным, получив одинаковое количество положительных и отрицательных частиц.

В итоге, Андре Ампер, представляя свой труд в Парижской академии наук, решил принять одно из направлений токов за основное: «Так как мне пришлось бы постоянно говорить о двух противоположных направлениях, по которым текут оба электричества, то, во избежание излишних повторений, после слов «направление электрического тока», я буду всякий раз подразумевать направление положительного электричества».

Конечно, в наше время не существует понятия положительного электричества, — есть только положительные заряды или полюса источника. Однако, Ампер внес большой вклад в изучение электрических явлений, и в его честь была названа единица силы электрического тока.

В результате подобных исследований, было выяснено, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные заряды притягиваются. Также был открыт очень важный закон, который называется законом сохранения электрического заряда. Он гласит, что в изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц сохраняется:

Под изолированной системой подразумевается система, в которую не приходят заряды извне и которую заряды не покидают.

Если число заряженных частиц остается постоянным, то справедливость закона сохранения электрического заряда не вызывает сомнений. Однако, следует отметить, что частицы могут превращаться друг в друга посредством слабого взаимодействия. Тем не менее, было установлено, что частицы рождаются только парами с зарядами равными по модулю и противоположными по знаку. Или же, напротив, заряженные частицы исчезают тоже только парами с зарядами равными по модулю и противоположными по знаку. В этом случае, они превращаются в две электрически нейтральных частицы.