Содержание

I.Основные положения природы электромагнитных взаимодействий. Атом электричества. Закон сохранения заряда. Закон Кулона 3

II. Электростатическое поле. Металлы в электрическом поле. Ток. Законы Ома и Джоуля-Ленца. 8

Список литературы 17

I.Основные положения природы электромагнитных взаимодействий. Атом электричества. Закон сохранения заряда. Закон Кулона

Электромагнитные взаимодействия - тип фундаментальных взаимодействий (наряду с гравитационным, слабым и сильным), который характеризуется участием электромагнитного поля в процессах взаимодействия.

Электромагнитное поле (в квантовой физике - фотоны) либо излучается или поглощается при взаимодействии, либо переносит взаимодействие между телами. Так, притяжение между двумя неподвижными телами, обладающими разноименными электрическими зарядами, осуществляется посредством электрического поля, создаваемого этими зарядами; сила притяжения пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними (закон Кулона). Такая зависимость от расстояния определяет дальнодействующий характер электромагнитных воздействий, его неограниченный (как и у гравитационного взаимодействия) радиус действия. Поэтому даже в атомах (на расстояниях ~ 10-8 см) электромагнитные силы намного порядков превышают ядерные, радиус действия которых ~ 10-12 см.

Электромагнитное взаимодействие ответственно за существование основных «кирпичиков» вещества: атомов и молекул и определяет взаимодействие ядер и электронов в этих микросистемах. Поэтому к электромагнитному взаимодействию сводится большинство сил, наблюдающихся в макроскопических явлениях: сила трения, сила упругости и др.

Свойства различных агрегатных состояний вещества (кристаллов, аморфных тел, жидкостей, газов, плазмы), химические превращения, процессы излучения, распространения и поглощения электромагнитных волн определяются электромагнитным взаимодействием. В детекторах частиц высокой энергии используется явление ионизации атомов вещества электрическим полем пролетающих частиц. Процессы расщепления ядер фотонами, реакции фоторождения мезонов, радиационные (с испусканием фотонов) распады элементарных частиц и возбужденных состояний ядер, упругое и неупругое рассеяние электронов, позитронов и мюонов и т. п. обусловлены электромагнитным взаимодействием. Проявления электромагнитного взаимодействия широко используются в электротехнике, радиотехнике, электронике, оптике, квантовой электронике.

Таким образом, Электромагнитное взаимодействие ответственно за подавляющее большинство явлений окружающего нас мира. Явления, в которых участвуют слабые, медленно меняющиеся электромагнитные поля (, где w - характерная круговая частота изменения поля, - постоянная Планка, e - энергия поля), управляются законами классической электродинамики, которая описывается Максвелла уравнениями. Для сильных или быстро меняющихся полей ( ) существенны квантовые эффекты. Кванты поля электромагнитного излучения (фотоны, или g-кванты), характеризующие корпускулярные свойства электромагнитного поля, имеют энергию , импульс (n - единичный вектор в направлении распространения электромагнитной волны, с - скорость света), спин J = 1 и отрицательную зарядовую четность (четность относительно операции зарядового сопряжения). Взаимодействия между фотонами g, электронами (е-), позитронами (е+) и мюонами (m+, m-) описываются уравнениями квантовой электродинамики, которая является наиболее последовательным образцом квантовой теории поля. При электромагнитном взаимодействии адронов (сильно взаимодействующих частиц) и атомных ядер существенную роль играет сильное взаимодействие, теория которого пока полностью не разработана.

Константой электромагнитного взаимодействия в квантовых явлениях служит элементарный электрический заряд е " 4,8?10-10 ед. заряда СГСЭ; интенсивность электромагнитных процессов в микромире пропорциональна безразмерному параметру " 1/137, называется постоянной тонкой структуры; более точное значение (на 1976): a-1 = 137,035987(23).

Среди других типов взаимодействий электромагнитное взаимодействие занимает промежуточное положение как по «силе» и характерным временам протекания процессов, так и по числу законов сохранения. Отношение безразмерных параметров, пропорциональных квадратам констант сильного, электромагнитного, слабого и гравитационного взаимодействий и характеризующих «силу» взаимодействия протона с протоном при энергии ~ 1 Гэв в системе их центра масс, составляет по порядку величин 1:10-2:10-10:10-38.

Характерные времена электромагнитных распадов элементарных частиц и возбужденных состояний ядер (10-12-10-21 сек) значительно превосходят «ядерные» времена (10-22 -10-24 сек) и много меньше времен распадов, обусловленных слабым взаимодействием (103-10-11 сек).

Помимо строгих законов сохранения, справедливых для всех типов взаимодействий (энергии, импульса, момента количества движения, электрического заряда и др.), при электромагнитном взаимодействии, в отличие от слабых взаимодействий, сохраняется пространственная четность, зарядовая четность и странность. С хорошей степенью точности установлено, что электромагнитное взаимодействие инвариантно по отношению к обращению времени.

Электромагнитное взаимодействие адронов нарушает присущие сильному взаимодействию законы сохранения изотопического спина и G-четности, при этом изотопический спин адронов может измениться при испускании или поглощении фотона не более чем на 1. Унитарная симметрия адронов приводит к определенным соотношениям между электромагнитными характеристиками (например, магнитными моментами) частиц, принадлежащих к одному и тому же унитарному мультиплету.

Законы сохранения и свойства фотонов в значит, степени определяют специфические черты электромагнитного взаимодействия. Так, равенство нулю массы покоя фотона обусловливает дальнодействующий характер