GUND : Ob Aguyin Thi Thép Lug odn tất ughi¢pm: SU THE HEN TINK LICH SỬ TRONG VAT LÝ HOC © €F EOE Từ xa xưa trước Công Nguyên , những kiến thức ban đầu đã được con người biết đến nhưng nó
Quan niệm về điện và từ ở thế kỉ XVII
Hiện tượng điện từ đã được con người phát hiện từ lâu, và đã có nhiều nỗ lực nghiên cứu về nó Tuy nhiên, trong suốt gần 4000 năm, lĩnh vực này không có sự phát triển đáng kể ngoài những nghiên cứu riêng lẻ.
Thalet, D.Maricourt đã chỉ ra rằng trong suốt thời gian dài, con người chỉ nhận thức được một điểm chung duy nhất của điện, từ đó hình thành nên "điều bí ẩn" của tự nhiên mà không thể giải thích được.
Thời kỳ từ thế kỷ II trước Công Nguyên đến thế kỷ XV là giai đoạn Thiên Chúa giáo thống trị, dựa trên những giáo điều hạn chế và tư tưởng của Aristote Con người chỉ tin vào những gì Aristote nói, coi đó là chân lý tự nhiên, dẫn đến sự bế tắc trong sự phát triển của các ngành khoa học, bao gồm cả Điện từ học Quan niệm về điện và từ trong thế kỷ XV vẫn chưa có sự tiến bộ đáng kể.
~ XVI không khác gì lắm so với con người thời cổ đại.
Đến thế kỷ XVII, quan niệm về điện và từ đã có sự thay đổi đáng kể khi Thiên Chúa giáo nhận ra những sai lầm trong giáo điều của mình Thời kỳ này, họ bắt đầu chấp nhận những điều chỉnh hợp lý và mở lòng với các phát minh khoa học, tạo động lực mạnh mẽ cho các nhà bác học tham gia vào nghiên cứu.
Với sự ra đời Vật lý học thực nghiệm mà cha đẻ ra nó là nhà bác học thiên tài người Ý Galileo
Ông (1564-1642) đã đặt nền tảng cho thực nghiệm trong Vật lý học, dẫn đến những bước tiến vượt bậc trong khoa học chỉ trong thời gian ngắn Cơ học Newton đã đạt được thành công rực rỡ, khơi dậy sự chú ý đặc biệt đối với điện và từ.
Gablec Galle đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà bác học, nhưng cho đến nay vẫn chưa có nhiều phát triển đáng kể Tuy nhiên, công trình đặc biệt của Gilbert vào đầu thế kỷ XVI vẫn giữ vai trò quan trọng trong nghiên cứu này.
Vào năm 1600, William Gilbert (1540-1603), một nhà khoa học người Anh, đã đặt nền móng cho lĩnh vực Điện từ học Ông là người đầu tiên tổng hợp tất cả các kết quả nghiên cứu về điện và từ tính trước đó, cùng với những phát hiện của riêng mình Tác phẩm nổi bật của ông, “Nói về nam châm, các vật thể có từ tính và khối nam châm khổng lồ của trái đất,” đã đánh dấu bước tiến quan trọng trong việc hiểu biết về hiện tượng điện từ.
GOD :@6 Nguyén Thy Zkếp Latin odn tất nughite
Trước Gilbert, người ta tin rằng các cực của kim nam châm hướng về các cực của trời Tuy nhiên, trong tác phẩm của mình, Gilbert đã khẳng định rằng trái đất là một nam châm khổng lồ, và kim nam châm của la bàn hướng về cực của trái đất do bị hút bởi cực đó, tương tự như cách các cực của nam châm hút nhau Ý tưởng này cũng được P.D Maricourt đề cập trong tác phẩm “Ban về nam châm”, nhưng điểm khác biệt là Gilbert không dựa vào học thuyết của Aristote.
Trong tác phẩm của mình, Gilbert chỉ ra rằng cực Bắc của trái đất tương ứng với cực âm, trong khi cực Nam tương ứng với cực dương Âm và dương chỉ là quy ước, nhưng khi đã được xác định, chúng giúp định danh các cực trong mọi trường hợp Kim nam châm đặt trên trục thẳng đứng sẽ tự động hướng cực dương về phía cực Bắc, tức là cực âm của trái đất, trong khi cực âm lại hướng về phía cực Nam Điều này tạo nên sự kỳ diệu cho chiếc la bàn trong việc xác định phương hướng cho con người.
Gilbert cũng tự chế tạo một nam châm hình cầu mà ông gọi là
“Terralla” (trái đất nhỏ) bằng cách đẻo một qủa cầu bằng quặng từ tính.
Ông đã nghiên cứu sự tương tác của một kim nam châm nhỏ với "Terralla", nhưng đã nhầm lẫn khi coi các cực của "Terralla" là các địa cực Sự nhầm lẫn này khiến Gilbert gặp khó khăn khi được hỏi về hành vi của kim nam châm khi đưa địa bàn đến một trong hai cực của trái đất, và ông đã đưa ra câu trả lời không chính xác Ngày nay, chúng ta biết rằng địa cực không trùng với cực của trái đất mà nằm lệch so với nó, khác với những gì Gilbert đã trình bày.
Khi kim nam châm được đặt tại cực Bắc, cả hai đầu của nó đều chỉ về hướng Nam, điều này dễ hiểu vì di chuyển dọc theo kinh tuyến từ cực Bắc sẽ luôn dẫn đến cực Nam Ngược lại, khi kim nam châm được đưa về cực Nam, cả hai cực của nó sẽ chỉ về hướng Bắc.
Một điểm đáng lưu ý là Gilbert thấy được rằng không thể tách rời hai cực của một nam châm khi bẻ gãy chúng mặc dù bản chất của hiện i
SOTH : Trang Si Da 20 tượng còn chưa rõ Đặc biệt là Gilbert chứng minh được điều nay bằng thực nghiệm, ông tiến hành thí nghiệm như sau:
Khi treo một thanh nam châm nằm ngang tại điểm giữa, có sự tương tác khi đưa một thanh nam châm khác lại gần Lực tương tác giảm dần khi di chuyển từ đầu này đến đầu kia, và tại điểm treo không có tương tác, đánh dấu vị trí phân chia hai cực của nam châm Thí nghiệm với thanh nam châm bị bẽ gãy thành hai phần bằng nhau cho thấy kết quả tương tự, dẫn đến kết luận rằng hai cực của một nam châm không thể tách rời.
Gilbert đã chứng minh rằng không chỉ hổ phách mà còn nhiều chất khác như kim cương, xi gắn diêm sinh và phèn chua cũng có khả năng hút các vật nhỏ khi bị cọ xát Ông phân loại chúng thành “vật điện” và những vật không có tính chất này được gọi là “vật không điện”.
Gilbert nhận thấy rằng các lõi sắt có khả năng tăng cường tác dụng từ và cảm ứng điện từ, điều này đã được Faraday chứng minh qua các thí nghiệm trong thế kỷ XIX.
Gilbert được coi là người đầu tiên nghiên cứu có hệ thống và chi tiết về các hiện tượng điện và từ, sử dụng thực nghiệm để chứng minh các lý thuyết của mình Tác phẩm của ông đã trở thành một cột mốc quan trọng trong lịch sử phát triển điện từ trường Tuy nhiên, ông nhận định rằng các hiện tượng điện và từ hoàn toàn khác biệt và không có mối liên hệ nào với nhau Quan niệm này đã tồn tại trong khoa học suốt 200 năm, cho đến khi Oersted phát hiện ra sự tương tác giữa dòng điện và kim nam châm.
THẾ KỈ XIX - BỨC TRANH HIỆN THỰC MỚI CỦA
Quan niệm trường của Faraday _
Faraday đã hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ giải quyết bài toán "quan hệ điện - từ" và bác bỏ quan niệm của Gilbert thông qua thực nghiệm Tuy nhiên, niềm đam mê khoa học đã thúc đẩy ông tiếp tục nghiên cứu để trả lời câu hỏi về sự biến đổi giữa điện và từ Ông đã đặt ra một nhiệm vụ mới, tìm hiểu nguyên nhân, giải thích hiện tượng và xác định quy luật của sự chuyển đổi này.
Mặc dù thuyết tương tác xa của Newton đã gặp khó khăn từ thí nghiệm của Oersted, nó vẫn là nền tảng cho nhiều nhà bác học Các nhà khoa học đã đưa ra nhiều giả thuyết nhằm giải thích hiện tượng điện từ, trong nỗ lực vượt qua tình trạng bế tắc trong nghiên cứu.
Faraday đã có tư tưởng cách mạng khi đặt câu hỏi về việc tại sao phải dựa vào những lý thuyết cũ để giải thích những hiện tượng mới Ông nhận thấy những khuyết điểm trong thuyết tương tác xa và không tán thành với nó Chính Faraday là người đầu tiên phản đối thuyết tương tác xa của Newton, đồng thời xây dựng lý thuyết tương tác gần để thay thế.
Faraday một lần nữa khẳng định sự sáng tạo và lập trường vững chắc của mình khi ông phục hồi và phát triển thuyết tương tác gần của Descartes Ông đã mang lại cho thuyết này một sức mạnh mới, thể hiện quan điểm tiến bộ trong nghiên cứu khoa học.
@402⁄2 : Od Hguydn Thi Thég Lugn odn tất nghi¢p sống mới,chính vì thé người ta vẫn thường gọi thuyết đó là của Faraday.
Ông đã chứng minh tính đúng đắn của lý thuyết khi sử dụng nó để giải thích thành công thí nghiệm của Oersted và của bản thân Qua đó, có thể thấy sự cạnh tranh không chính thức giữa hai quan điểm về tương tác xa.
Newton và tương tác gần của Faraday.
Thuyết tương tác xa khẳng định rằng các lực tương tác xảy ra ngay lập tức từ xa mà không cần môi trường truyền, với vận tốc truyền tương tác là vô hạn Tuy nhiên, thuyết của Faraday hoàn toàn trái ngược khi cho rằng các lực tương tác là tương tác gần, cần một môi trường để truyền và có vận tốc hữu hạn Do đó, Faraday đã hướng đến việc tìm kiếm môi trường truyền tương tác để từ đó hiểu rõ quy luật của nó.
Ông Faraday đã giả thiết rằng môi trường xung quanh nam châm hoặc dây dẫn có dòng điện ở trạng thái "kích thích điện" sẽ thay đổi khi dây dẫn di chuyển gần hoặc xa nam châm, dẫn đến sự xuất hiện của điện Ông gọi môi trường này là từ trường, trong khi môi trường xung quanh điện tích đứng yên được gọi là điện trường Khái niệm điện trường và từ trường đã được hình thành, mặc dù trước đó đã có sự hiểu biết về chúng Faraday đã sử dụng hình ảnh các đường sức điện và đường sức từ để mô tả sự phân bố của lực điện và từ lực trong không gian Các đường sức từ được coi là phương tiện biểu diễn sự phân bố của từ lực xung quanh nam châm hoặc dòng điện, trong khi đường sức điện biểu diễn lực điện xung quanh điện tích đứng yên.
Khi nghiên cứu hiện tượng cảm ứng tĩnh điện và cảm ứng điện từ, Faraday nhận thấy vai trò của môi trường ngày càng rõ ràng Ông tin tưởng vào sự tồn tại của điện trường và từ trường, coi chúng là những thực thể vật lý với các đường sức là cấu trúc thực của các trường này Faraday cũng cho rằng có sự tương tác mạnh mẽ giữa dòng điện và các trường này.
SOTH : Trang Si Di 40 lên kim nam châm trong thí nghiệm Oersted hoàn toàn dựa trên môi trường tương tác đặc biệt này.
Faraday giải thích hiện tượng cảm ứng tĩnh điện bằng cách cho rằng mỗi hạt trong môi trường xung quanh vật nhiễm điện bị phân cực thành hai cực, dương và âm Trạng thái phân cực này sẽ được truyền từ hạt này sang hạt khác, và chính nhờ sự phân cực đó mà hiện tượng tĩnh điện xảy ra.
Faraday giải thích rằng khi di chuyển nam châm gần hoặc xa vòng dây, đường sức từ xuyên qua vòng dây thay đổi, dẫn đến sự hình thành dòng điện cảm ứng trong khung dây Ông gọi hiện tượng này là định luật cảm ứng điện từ Khi phát hiện ra hiện tượng này, Faraday mô tả rằng vật chất xung quanh nam châm hoặc dòng điện ở trong trạng thái điện hoạt, và khi trạng thái này thay đổi, nó sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng Sau đó, khái niệm từ thông đã được đưa ra để chỉ số đường cảm ứng từ xuyên qua vòng dây, và định luật cảm ứng điện từ đã được điều chỉnh để phù hợp với nội dung sách giáo khoa phổ thông.
Faraday nhận thấy rằng khi nam châm được dịch chuyển ngược chiều, dòng điện cảm ứng cũng sẽ đảo chiều Tuy nhiên, ông chưa đưa ra phương pháp xác định rõ ràng về chiều của dòng điện cảm ứng Điều này đã được E Lenz làm rõ hơn vào năm 1804.
1865) nhà vật lý người Nga viện sĩ viện hàn lâm
Petecbua thiết lập bằng một định luật gọi là định luật
Lenz :”Đòng điện cảm ứng có chiều sao cho nó chống lại sự biến đổi đang làm cho nó phát sinh ”.
Neumann (1798-1895) đã phát triển một biểu thức định lượng cho định luật cảm ứng điện từ của Faraday, thông qua khái niệm suất điện động cảm ứng liên quan đến dòng điện cảm ứng.
Tuy nhiên, Neumann vẫn phải dựa trên nguyên lý tác dụng xa để xây dựng biểu thức ấy.
Trở lại thí nghiệm của Faraday, ông cho rằng cuộn dây, thanh nam châm hay điện kế chỉ là những phương tiện để thấy sự diễn biến của qúa
Faraday đã tập trung vào việc mô tả từ trường xung quanh dây dẫn có dòng điện, nhấn mạnh vai trò của "trường" xung quanh dây dẫn và các quả cầu kim loại Các nghiên cứu của ông về điện môi và tính nghịch từ cho thấy rằng môi trường giữa dây dẫn và thanh nam châm có ảnh hưởng lớn đến sự tương tác giữa chúng.
Faraday nghĩ môi trường ấy là nguyên nhân gây ra tác dụng lực làm thanh nam châm chuyển động trong thí nghiệm Oersted.
Faraday viết :”Tôi nghiêng về giả thuyết là các đường sức của từ trường ton tại, các đường sức của điện trường cũng tôn tại giống như vay”.
Kể từ năm 1846, Faraday đã sử dụng hình ảnh các đường sức để nghiên cứu hiện tượng cảm ứng điện từ một cách sâu sắc Ông khẳng định rằng các đường sức là thực tế và mang bản chất vật lý, đồng thời cho rằng vật chất được cấu thành từ nguyên tử và các hạt ête không trọng lượng, tương tác với nhau thông qua các loại đường sức như đường sức hấp dẫn, đường sức điện và đường sức từ Faraday cũng đề cập đến sự xuất hiện của đường sức khi có từ trường cắt ngang qua dây dẫn.
Cường độ dòng điện trong dây dẫn phụ thuộc vào số lượng các đường cảm ứng từ cắt ngang dây dẫn trong một đơn vị thời gian Faraday đã không xây dựng được khái niệm cụ thể về đường sức từ, nhưng ông đã đề cập đến vấn đề này trong một tác phẩm của mình.
Cơ sở lý thuyết Trường điện từ của ô~+ 41
Vào giữa thế kỷ XIX, thuật ngữ "trường" do Faraday đưa ra trong lĩnh vực Vật lý học đã không được chấp nhận ngay lập tức và bị coi là một sự lầm lẫn Mặc dù vậy, Faraday vẫn nhận được sự kính trọng lớn từ cộng đồng khoa học nhờ những đóng góp quan trọng của ông cho khoa học và đời sống Do đó, khái niệm "trường" của ông đã được mọi người lặng lẽ bỏ qua mà không chỉ trích.
Thiên tài của Faraday được công nhận toàn cầu, với danh hiệu nhà Vật lý học thực nghiệm xuất sắc nhất Giáo sư Humphy Davy, người dẫn dắt Faraday vào khoa học, đã khẳng định: “Faraday chính là phát minh lớn nhất của tôi.” Xuất thân từ một cậu bé giao nhật báo, Faraday đã trở thành nhân vật được kính nể, sống trong một tòa lâu đài cổ Tuy nhiên, ông vẫn luôn trăn trở và nuối tiếc vì chưa thể chứng minh sự tồn tại của “trường.” Dù tưởng chừng như “trường” sẽ bị lãng quên, nhưng nó đã được hồi sinh mạnh mẽ nhờ công lao của Faraday.
Maxwell, người đầu tiên tin vào "trường" của Faraday, đã mang lại niềm hạnh phúc lớn lao cho Faraday Ông đánh giá rằng Faraday, mặc dù hiểu biết về các dạng cơ bản của không gian, thời gian và lực, nhưng không phải là nhà toán học thực hành, điều này khiến ông không thu hút bằng những khía cạnh thú vị mà toán học thuần túy có thể mang lại.
Để tóm gọn các kết quả vào dạng toán học, cần chú ý đến thị hiếu toán học hiện nay; nếu không, sẽ gặp phải sự phản đối từ các nhà toán học.
Faraday không bị ảnh hưởng bởi những ý kiến bên ngoài, ông kiên định theo đuổi con đường nghiên cứu của mình Ông kết hợp các suy nghĩ với bằng chứng thực tế và trình bày kết quả một cách tự nhiên, thể hiện sự tôn trọng đối với khoa học.
Nhận thấy được các ý niệm độc đáo đó của Faraday, Maxwell tự nhận lấy nhiệm vụ sẽ toán học hóa toàn bộ các khám phá của Faraday.
Năm 1854, Maxwell tốt nghiệp đại hoc Cambridge và được giữ lại trường đào tạo thành giáo sư Ngay năm đó, trong một bức thư gởi William
Thomson đã tuyên bố rằng ông sẽ tập trung vào việc nghiên cứu điện từ học và mối tương quan giữa điện và truyền nhiệt Maxwell đã nghiên cứu kỹ lưỡng công trình "Những khảo sát thực nghiệm trong lĩnh vực điện học" của Faraday, từ đó phát hiện ra những ý tưởng sâu sắc Ông nhận thức rằng để những tư tưởng này thành công, cần phải xây dựng một ngôn ngữ toán học chính xác cho chúng Ngay lập tức, Maxwell bắt tay vào thực hiện công trình mang tên "Về những đường sức của Faraday".
Các công trình của Faraday đã ảnh hưởng mạnh mẽ đến thế giới quan khoa học của Maxwell Maxwell hiểu được các quan điểm mới của
Faraday khiêm tốn nhận rằng ông chỉ là người diễn dịch các quan điểm mới bằng toán học Tuy nhiên, Maxwell đã hệ thống hóa và hoàn chỉnh những ý niệm sâu sắc của Faraday, mang lại sự thống nhất cho chúng.
Diễn tả toán học không chỉ nhằm tạo ra hình thức đẹp mà còn giúp suy luận những điều chưa thể khám phá qua thí nghiệm, mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu Sự liên kết giữa thực nghiệm và lý thuyết, cùng với tầm quan trọng của việc phát triển lý thuyết, được thể hiện rõ ràng qua thành tựu của Maxwell trong việc xây dựng lý thuyết Trường điện từ.
Năm 1855 Maxwell mới chính thức bắt đầu nghiên cứu tác phẩm của Faraday, kể từ công trình đầu tiên đến công trình hoàn chỉnh sau cùng
SOTHO : Trang Si Di 48 ge OFD : Ca Nguyen Thi chế Luge oan tốt kg hiệp
Maxwell đã dành gần 20 năm nghiên cứu lý thuyết, không chỉ dựa vào công trình của Faraday mà còn nhiều nhà bác học khác như Ampere, Oersted và Weber Ông đã phân tích và giải thích các hiện tượng, tìm ra những khuyết điểm trong các lý thuyết trước đó nhằm xây dựng một kết luận chung nhất Thông qua những nghiên cứu này, Maxwell đã tạo ra chiếc cầu nối quan trọng trong lĩnh vực vật lý.
“trường” của Faraday Đó chính là khái niệm “Dòng điện dịch” viên gạch cuối cùng của tòa lâu đài “Trường điện từ".
3/ Lý thuyết Trường điện từ của Maxwell
Trước Maxwell, nghiên cứu về điện từ học mặc dù chưa hoàn thiện nhưng đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể, tạo nền tảng vững chắc cho sự phát triển của lĩnh vực này.
Maxwell nghiên cứu, xây dựng lý thuyết của mình.
Trong lĩnh vực vật lý, một loạt khái niệm cơ bản đã được phát triển để mô tả điện trường và từ trường, bao gồm các đại lượng như vector cường độ điện trường, vector cường độ từ trường, cảm ứng điện, cảm ứng từ, hằng số điện môi và độ từ thẩm Những khái niệm này giúp hiểu rõ hơn về các tính chất điện và từ của các môi trường vật chất.
Trong thuyết điện từ, điện tích và dòng điện là nguồn của các trường, nhưng bản chất và mối liên hệ của chúng với cấu tạo vật chất chưa được làm rõ Các định luật thực nghiệm mô tả các hiện tượng điện từ quan trọng có thể tóm tắt như sau: Các điện tích đứng yên tạo ra điện trường xung quanh, và lực tác dụng giữa hai điện tích được mô tả bởi định luật Coulomb.
Dây dẫn mang dòng điện sẽ tạo ra từ trường xung quanh chúng Định luật Ampere mô tả lực tác động giữa các dòng điện này.
> Định luật Ohm cho dòng điện không đổi.
> Từ trường biến thiên sẽ gây ra điện trường xoáy: Định luật cảm ứng điện từ của Faraday.
Điện tích được bảo toàn, nghĩa là tổng điện tích trong một thể tích nhất định sẽ không thay đổi nếu không có sự di chuyển của điện tích vào hoặc ra khỏi thể tích đó.
Định luật cảm ứng điện từ của Faraday đã được Neumann phát triển thành một công thức định lượng vào năm 1845 Sau đó, Weber đã đưa ra công thức tổng quát, từ đó có thể suy ra tất cả các định luật của Coulomb và Ampere.
Neumann, ông gọi đó là định luật cơ bản về các hiện tượng điện và từ.
Sau đó Helmholtz đã phê phán lý thuyết của
Weber ông chi ra định luật cơ bản của Weber mâu thuẫn với định luật bảo toàn chuyển hóa năng lượng.
Sóng điện từ của Maxwell : .:.‹-.:‹‹2-⁄: 56 5/ Những khó khăn đối với ly thuyết Trường điện từ
Faraday đã tiên đoán sự tồn tại của Trường điện từ, và Maxwell đã chứng minh điều này bằng ngôn ngữ toán học tinh tế Sự táo bạo trong tiên đoán của Faraday không chỉ thể hiện tính sáng tạo mà còn có khả năng làm thay đổi hệ thống lý thuyết trước đó Trường điện từ do Faraday đề xuất đã cách mạng hóa cách nhìn nhận về điện từ học, mở ra những hướng đi mới cho nghiên cứu khoa học.
SOTH : rang Si Di 56 g.°2 : Óð Aguyén Thi Thép Lugn odn tốt ughitp người về một thế giới quan khoa học Sau khi tao được cơ sở vững chắc cho
Maxwell đã tiên đoán sự tồn tại của trường điện từ, và dự đoán này không chỉ làm thay đổi bức tranh hiện thực mà còn làm phong phú thêm nó Đặc biệt, ông đã đưa ra khái niệm về "sóng điện từ", một nét chấm phá độc đáo trong lĩnh vực điện từ học.
Trường điện từ thực sự tổn tại và sẽ lan truyền trong không gian dưới dạng sóng”.
Nhìn lại những công trình của Oersted, của Faraday, Maxwell đã nhận định:
Trong thí nghiệm của Oersted, đã chỉ ra rằng điện có liên hệ với từ, mặc dù khái niệm trường chưa được hình thành Maxwell đã nghiên cứu hiện tượng này và khẳng định rằng không chỉ đơn thuần là mối quan hệ giữa điện và từ, mà còn là sự liên kết chặt chẽ giữa điện trường và từ trường.
Trong nghiên cứu hiện tượng điện từ của Faraday, Maxwell nhận thấy sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng cho thấy có một trường lực lạ xuất hiện trong vòng dây dẫn Trường lực này tương tự như điện trường, khiến các electron di chuyển và tạo ra dòng điện kín, khác với tĩnh điện trường có đường sức hở Maxwell đã đặt tên cho trường lực này là “điện trường xoáy”.
Nguyên nhân chính ở đây là từ trường biến thiên theo thời gian, tạo ra điện trường xoáy Từ phát hiện này, Maxwell đã đưa ra kết luận quan trọng, được gọi là luận điểm thứ nhất của ông.
Tại bất kỳ điểm nào trong không gian, sự biến thiên của từ trường theo thời gian sẽ tạo ra điện trường xoáy Đây là nền tảng cho việc hình thành phương trình Maxwell - Faraday, được diễn đạt dưới dạng vi phân là: rotE = - ∂B/∂t.
Sau khi hoàn thiện luận điểm đầu tiên, Maxwell đã chuyển hướng nghiên cứu để xem xét mối liên hệ từ thí nghiệm Oersted Ông đặt ra câu hỏi liệu trong không gian có điện trường biến thiên theo thời gian có xuất hiện từ trường xoáy hay không Qua nhiều công trình nghiên cứu, Maxwell đã khẳng định luận điểm thứ hai của mình.
WD : C2 HW a Thi Thé; in oan tot
“Bất ky một điện trường nào biến thiên theo thời gian cũng sinh ra một từ trường xoáy”, luận điểm này thể hiện bằng phương trình:
— 42- aD rot H =— j+—— c ot Đó là sự kết hợp của định luật Ampere va dòng điện dich của
Luận điểm một và hai của Maxwell chỉ ra rằng khi có từ trường biến thiên theo thời gian tại một điểm trong không gian, sẽ xuất hiện điện trường xoáy trong vùng không gian đó Điện trường và từ trường tồn tại đồng thời, hỗ trợ và chuyển hóa lẫn nhau Quá trình này diễn ra một cách tuần hoàn và lan truyền trong không gian dưới dạng sóng, được gọi là sóng điện từ.
Maxwell đã đưa ra một kết luận quan trọng về sóng điện từ, nhưng điều này cũng đặt ra câu hỏi cần giải quyết: Tốc độ lan truyền của sóng điện từ là bao nhiêu?
Theo nguyên lý tác dụng gần, vận tốc lan truyền của sóng điện từ được xác định là tốc độ tương tác của trường điện từ, và điều này phải là hữu hạn.
Cuối cùng, vấn đề đã được làm rõ khi Maxwell xác định vận tốc lan truyền là bằng vận tốc ánh sáng trong chân không, cụ thể là c = 3000000 km/giây Từ năm 1983, tốc độ ánh sáng được công nhận là 299792458 km/giây theo tiêu chuẩn quốc tế.
Maxwell đã xác định được công thức liện hệ giữa vận tốc truyền sóng điện từ và vận tốc ánh sáng “c”: a—- c
Với e và p là hằng số điện môi và độ từ thẩm của môi trường Trong {su chân không c=u=l
Sự xuất hiện hằng số “c” trong hệ phương : trình Maxwell có một ý nghĩa cực kỳ quan trọng Vee tơ Điện Trường
Hệ phương trình F và Trường điện từ đã trở nên gần gũi và thực tế hơn, nhấn mạnh quan điểm về tương tác giữa điện và từ trường Tương tác này được xem là gần, với vận tốc hữu hạn rất lớn, đạt đến giá trị "c".
Với kết qua ấy, Maxwell đã không ngừng phạm vi ảnh hưởng của mình ở Điện từ học ma
Giai đoạn đấu tranh giữa thuyết sóng và thuyết hạt ánh sáng đã có ảnh hưởng lớn đến lĩnh vực quang học Maxwell đã chứng minh sự trùng khớp giữa giá trị c trong công thức Biot-Savart và tốc độ ánh sáng, từ đó ông khẳng định rằng “ánh sáng là một loại sóng điện từ, được tạo ra từ sự kết hợp của hai vector điện trường và từ trường vuông góc với nhau, biến thiên hình sin theo thời gian.” Kết luận này đã góp phần quan trọng vào việc khẳng định lý thuyết sóng ánh sáng vào cuối thế kỷ XIX.
Trước đó 1856, Weber và Kohlrausch làm thí nghiệm chứng tỏ sự trùng nhau giữa vận tốc ánh sáng trong chân không và hằng số điện động lực.
Trong tác phẩm “Giáo trình điện học và từ học”, lời tuyên bố quan trọng nhất đó chính là:
Trong không gian tồn tại một loại sóng điện từ chưa được phát hiện, mà con người không thể nhìn thấy hay chạm vào, nhưng nó tràn ngập khắp nơi Ánh sáng cũng là một dạng sóng điện từ, chỉ khác ở chỗ con người có khả năng nhìn thấy ánh sáng.
Trong công trình nghiên cứu của mình, ông đã phát triển và khảo sát phương trình sóng cho thế vectơ A, từ đó rút ra rằng ánh sáng là một dạng nhiễu loạn điện từ Ông nhấn mạnh rằng vận tốc ánh sáng trong một môi trường cụ thể được xác định bởi các hằng số p và e của môi trường đó Ông cũng đề xuất rằng kết luận này có thể được kiểm tra thông qua thực nghiệm, và sự kiểm tra này sẽ là tiêu chuẩn đánh giá cho lý thuyết điện từ về ánh sáng.
Cơ sở thực nghiệm của của Điện động luc học Maxwell và sự thắng lợi của lý thuyết Trường điện từ
I/ Nhận xét và dé xuất phương án giảng day một số bài học của phần Điện từ trường
Điện tích và định luật bảo toàn điện tích
1 / Lich tử tim va dinh luật bảo toàn điện tich:
Hổ phách, được con người biết đến từ rất sớm, có khả năng hút các vật nhẹ khi cọ xát vào da thú Vào thế kỷ XVII, nhà bác học Anh Gilbert đã chứng minh rằng một số chất khác như thủy tinh và êbonit cũng sở hữu tính chất tương tự Thuật ngữ "điện tích" lần đầu tiên được Gilbert sử dụng vào năm này.
1733 Dufay nêu lên rằng có hai loại điện tích :” Điện thuỷ tinh và điện nhựa “ Các điện tích cùng loại thì đẩy nhau khác loại thi hút nhau.
Giữa thế kỷ XVIII, Benjamin Franklin đã giới thiệu khái niệm "điện dương" và "điện âm", đồng thời giải thích hiện tượng nhiễm điện của thủy tinh khi cọ xát với dạ Ông chỉ ra rằng khi cọ xát một miếng dạ vào tấm thủy tinh, thủy tinh sẽ nhận "lửa điện" từ dạ, khiến thủy tinh mang điện dương Khi ngừng ma sát và tách ống thủy tinh ra, nó có khả năng truyền lửa điện cho bất kỳ vật nào có ít lửa điện hơn Franklin coi điện là một loại chất đặc biệt mà ông gọi là lửa điện, cho rằng mọi vật trước khi tích điện đều chứa một lượng điện như nhau.
Franklin cho rằng điện tích là một dạng chất không thể tạo ra hay tiêu hủy, mà chỉ có thể phân bố lại Trong quá trình phân bố này, vật mang thừa điện tích sẽ mang điện dương, trong khi vật thiếu điện tích sẽ mang điện âm Đây là cơ sở cho định luật bảo toàn điện tích.
Franklin đã chứng minh lý thuyết của mình bằng cách cho một người đứng trên một cái đế bằng sáp ong, cầm ống thủy tinh và chà xát ống này Một người khác đứng trên đế sáp ong khác và nhận điện từ ống thủy tinh Cả hai người đều tích điện, và khi họ chạm tay vào nhau, sẽ xảy ra tia lửa điện và cả hai sẽ mất điện tích Từ những quan điểm của Franklin, Aepinus đã phát triển thuyết chất lỏng điện.
4020 2: 0ọ Hguyộn Thi Thộp Lugn oan tất ughiÂp là những chất không trong lượng có khả năng thấm vào mọi vật và di chuyển giữa các vật thể Thuyết này đã giúp giải thích nhiều hiện tượng điện, bao gồm nhiễm điện do cọ xát và nguyên lý bảo toàn điện tích trong các thí nghiệm.
Năm 1785, định luật Coulomb được công bố, xác nhận sự tồn tại của hai loại điện tích: âm và dương Đến những năm 1870, Lorentz phát triển lý thuyết điện tử, cho rằng mọi vật thể đều được cấu thành từ nhiều điện tích âm hoặc dương.
Năm 1784, Stoney đã suy ra từ định luật điện phân và thuyết điện tử rằng tồn tại các điện tích nguyên tố không thể chia nhỏ hơn, và ông đã đặt tên cho nó là electron Đến năm 1891, ông xác định được điện tích của electron là -1,602023 x 10^-19 coulomb.
Năm 1917 Milikan, nhà Vật lý người Mỹ do được giá trị e= 1,590
0.002.10'?€ Công trình này đã được giải Nobel vào năm 1923.
2/ Phin tich , niận xét etich xâu dung eia sich giáo khoa:
Sách giáo khoa bắt đầu bằng việc giới thiệu về sự nhiễm điện của các vật, kiến thức đã được học sinh nắm vững từ lớp 9 Tuy nhiên, để giúp học sinh dễ dàng tiếp cận vấn đề mới, sách cũng nhắc lại hiện tượng hổ phách và thủy tinh khi cọ xát vào da hoặc len, cho thấy khả năng hút các vật nhẹ như mẫu giấy và lông chim.
Sách giáo khoa giải thích rằng hiện tượng này xảy ra do sự xuất hiện điện tích trên miếng hổ phách và các mẫu giấy nhỏ, dẫn đến sự tương tác giữa các vật mang điện.
Sách giáo khoa giới thiệu hai loại điện tích: điện tích âm và điện tích dương, với tính chất là cùng dấu thì đẩy nhau, còn khác dấu thì hút nhau Mặc dù phần giới thiệu này ngắn gọn và dễ hiểu, nhưng lịch sử đã chứng minh rằng việc hình thành khái niệm về điện tích âm và điện tích dương đã trải qua một quá trình dài và phức tạp.
Bước tiếp theo sách giáo khoa giới thiệu chất dẫn điện và chất cách điện :
Chất cách điện là những vật liệu cho phép điện tích di chuyển bên trong chúng, nhưng không dẫn điện ra ngoài Những chất này đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ và cách ly các thành phần điện.
SOTH : Trang Si Da 90 god : 6 Hguyén 2k Thép Lugn oan tốt ughitp nội dung chính là Dinh luật bảo toàn điện tích , sách giáo khoa đã trình bay như sau:
Khi thanh ebonit bị cọ xát với da, nó sẽ xuất hiện điện tích âm, đồng thời cũng tạo ra điện tích dương trên da với cùng độ lớn Nếu một vật mang điện truyền điện tích cho một vật nhiễm điện, sau khi tách rời, cả hai vật sẽ mang điện cùng dấu, nhưng tổng điện tích của chúng vẫn bằng điện tích ban đầu của vật mang điện.
Quá trình nhiễm điện thực chất là sự tách biệt giữa điện tích âm và dương, cùng với việc phân bố lại các điện tích này trong vật hoặc các phần của vật Điều này dẫn đến kết luận rằng, trong một hệ điện cô lập, tổng đại số các điện tích luôn giữ nguyên giá trị hằng số.
Bài học ngắn gọn về tĩnh điện học trong sách giáo khoa đã khái quát lại lịch sử hình thành các điện tích, nhưng chưa đầy đủ và thiếu các mốc quan trọng để hình thành khái niệm điện tích, điện tích âm và điện tích dương Đặc biệt, định luật bảo toàn điện tích, một trong những định luật cơ bản nhất của tự nhiên, được trình bày một cách sơ sài và chưa được giải thích rõ ràng trong sách giáo khoa.
Bài viết không đề cập đến các tư tưởng hình thành và quá trình thí nghiệm để xây dựng định luật, mà chỉ tập trung vào nội dung của định luật đó Điều này dẫn đến việc học sinh không hiểu rõ ràng và thiếu thuyết phục về kiến thức.