Чем отличается вещество от поля?
Вещество — имеет массу, объем, визуально наблюдается (то есть, взаимодействует с наблюдателем).
Поле — не имеет массы, объема (если искусственно не ограничено в пространстве), наблюдается косвенными методами.
Ещё надо учесть, корпускулярно-волновой дуализм (в некоторых случаях). Например, электромагнитное поле может проявить свойства вещества — квант электромагнитного поля имеет "эквивалентную массу", которое в опыте может быть измерено, что и будет интерпретироваться как вещество.
По факту, вещество — это совокупность частиц, которая является единой системой. У вещества есть свои свойства, присущие ему (в т.ч. и агрегатное состояние, если это можно считать за свойство). Поле же, в свою очередь, — область пространства, в которой действует сила (с точки зрения физики). Например, поле сил притяжения напоминает сферу, внутри которой и действует сила притяжения. Пример: поиграйтесь с 2 магнитами. Разноименные полюса будут притягиваться друг к другу, начиная с определенного расстояния. Это и будет частью поля сил притяжения.
1. Что такое электрическое поле? 2. Чем отличается поле от вещества? 3. Перечислите основные свойства электрического поля. 4. Что указывают силовые линии. — презентация
Презентация на тему: » 1. Что такое электрическое поле? 2. Чем отличается поле от вещества? 3. Перечислите основные свойства электрического поля. 4. Что указывают силовые линии.» — Транскрипт:
1 1. Что такое электрическое поле? 2. Чем отличается поле от вещества? 3. Перечислите основные свойства электрического поля. 4. Что указывают силовые линии электрического поля? 5. Объясните, почему после сообщения электрическому султану заряд его бумажные полоски расходятся в разные стороны?
6 Магнисия Μαγνησία Магниси́я, Магнесия или Магезия (Μαγνησία) приморская часть Фессалии (Греции), где в древности обитало македонское племя магнитов.
7 1600 год – Вильям Гилберт опубликовал книгу «О магните» год – впервые описаны свойства магнита. Ещё в 1269 г. П. Перегрином была написана книга о магнитах, которая называлась «Письма о магнитах». В той книге были собраны почти все известные в то время сведения о свойствах магнитов.
8 1. Магнитное притяжение и отталкивание присущи только некоторым телам: железной руде, железу, стали и некоторым сплавам. 2. Магнит имеет по крайней мере два полюса: северный и южный. 3.Одноимённые полюса магнитов отталкиваются, а разноимённые – притягиваются. 4. Свободно подвешенный магнит ориентируется определённым образом относительно сторон света.
9 Магниты Естественные Искусственные
10 Свойства магнитов Имеют два полюса S, N Разноименные полюса притягиваются, одноименные отталкиваются Магнит, подвешенный на нитке, располагается определенным образом в пространстве, указывая север и юг Магниты оказывают свое действие через стекло, кожу и воду Невозможно получить магнит с одним полюсом Земной шар – большой магнит
11 В 1820 году датский ученый Ханс Эрстед заметил, что магнитная стрелка, находящаяся поблизости от проводов, отклоняется, когда по проводам течет ток.
12 1. Магнитное поле порождается магнитами и электрическими токами (движущимися зарядами). 2. Магнитное поле обнаруживается по действию на магниты и токи.
13 Вне магнита силовые линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный, замыкаясь внутри магнита. Силовые линии магнитного поля – замкнуты. — это линии, которые проведены так, что касательные к ним в каждой точке указывают направление поля в этой точке.
14 Источник поля Вид линий поля Графическое изображение взаимодействия заряд Магнит
15 магнитное поле Магнитное поле материально. Стальные опилки располагаются в магнитном поле вдоль магнитных силовых линий. За направление силовых линий магнитного поля принято направление, указываемое северным полюсом магнитной стрелки.
Электрическое поле. Действие электрического поля на электрические заряды. Проводники и диэлектрики
1. Электрическое взаимодействие отличается от взаимодействия тел, изучаемого механикой, прежде всего тем, что заряженные тела взаимодействуют, находясь на некотором расстоянии друг от друга. Это взаимодействие наблюдается как в вещественной среде, так и в безвоздушном пространстве. Согласно утверждению английских учёных М. Фарадея и Д. Максвелла, в пространстве, в котором находится заряженное тело, существует электрическое поле. Посредством этого поля одно заряженное тело действует на другое.
Электрическое поле материально, наряду с веществом оно представляет собой вид материи. Это означает, что электрическое поле реально, оно существует независимо от нас. Убедиться в реальности электрического поля заряженного тела можно, наблюдая его действие на другие тела.
Силу, с которой поле действует на внесённый в него электрический заряд, называют электрической силой. Предположим, что в электрическое поле, существующее вокруг некоторого заряженного тела, вносят электрический заряд. Значение силы, с которой это поле действует на заряд, зависит от расстояния между зарядами и от значения этих зарядов.
2. Одним из способов электризации тел является электризация через влияние. Предположим, что к шару электрометра поднесли, не касаясь его, отрицательно заряженную палочку. Электрическое поле этой палочки будет действовать на заряды, содержащиеся в электрометре. При этом свободные электроны будут отталкиваться и соберутся на конце стержня и на стрелке, отклонение стрелки покажет наличие заряда. На шаре электрометра при этом будет избыточный положительный заряд. Если палочку убрать, то стрелка электрометра вернётся в ноль.
Для того чтобы на электрометре остался заряд, его нужно заземлить, т.е. соединить с Землёй. Это можно сделать, если коснуться шара электрометра рукой. Тогда электроны, стремясь уйти как можно дальше, переместятся с электрометра в землю. Если теперь убрать руку и палочку, то стрелка покажет, что электрометр заряжен. На нём останется избыточный положительный заряд. Аналогично электрометр может приобрести отрицательный заряд, если поднести к нему положительно заряженную палочку. В этом случае при заземлении на электрометре будет избыток электронов.
3. В рассмотренном выше опыте электрические заряды перемещались по электрометру. По эбонитовой палочке они не перемещались, в противном случае при касании её рукой она бы разряжалась. Из этого следует, что существуют вещества, по которым заряды могут перемещаться, и вещества, по которым заряды не могут перемещаться.
Первый класс веществ называют проводниками. Хорошими проводниками являются металлы. Это связано с тем, что в металлах существуют электроны, слабо связанные с ядром атома и имеющие возможность свободно перемещаться. Если поместить проводник в электрическое поле так, как это было в рассмотренном опыте с электрометром, то произойдёт разделение зарядов.
Второй класс веществ называют диэлектриками. К ним относятся эбонит, стекло, пластмассы и пр. В диэлектрике нет свободных зарядов. Если внести диэлектрик в электрическое поле, то нейтральный атом в нём примет определённую ориентацию, однако никакого перемещения зарядов не произойдет.
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ
Часть 1
1. Лёгкий незаряженный шарик из металлической фольги подвешен на тонкой шёлковой нити. При поднесении к шарику стержня с положительным электрическим зарядом (без прикосновения) шарик
1) отталкивается от стержня
2) не испытывает ни притяжения, ни отталкивания
3) на больших расстояниях притягивается к стержню, на малых расстояниях отталкивается
4) притягивается к стержню
2. К незаряженной лёгкой металлической гильзе, подвешенной на шёлковой нити, поднесли, не касаясь, положительно заряженную стеклянную палочку. На каком рисунке правильно показано поведение гильзы и распределение зарядов на ней?
3. К незаряженному электрометру поднесли положительно заряженную палочку. Какой заряд приобретут шар и стрелка электрометра?
1) шар и стрелка будут заряжены отрицательно
2) шар и стрелка будут заряжены положительно
3) на шаре будет избыточный положительный заряд, на стрелке — избыточный отрицательный заряд
4) на шаре будет избыточный отрицательный заряд, на стрелке — избыточный положительный заряд
4. К двум одинаковым заряженным шарикам, подвешенным на изолирующих нитях, подносят положительно заряженную стеклянную палочку. В результате положение шариков изменяется так, как показано на рисунке (пунктирными линиями указано первоначальное положение нитей). Это означает, что
1) оба шарика заряжены положительно
2) оба шарика заряжены отрицательно
3) первый шарик заряжен положительно, а второй отрицательно
4) первый шарик заряжен отрицательно, а второй положительно
5. К подвешенному на тонкой нити отрицательно заряженному шарику А поднесли, не касаясь, шарик Б. Шарик А отклонился, как показано на рисунке. Шарик Б
1) имеет отрицательный заряд
2) имеет положительный заряд
3) может быть не заряжен
4) может иметь как положительный, так и отрицательный заряд
6. К отрицательно заряженному электроскопу поднесли, не касаясь его, диэлектрическую палочку. При этом листочки электроскопа разошлись на заметно больший угол. Заряд палочки может быть
1) только положительным
2) только отрицательным
3) и положительным, и отрицательным
4) равным нулю
7. К незаряженному изолированному проводнику АБ приблизили изолированный отрицательно заряженный металлический шар. В результате листочки, подвешенные с двух сторон проводника, разошлись на некоторый угол (см. рисунок).
Распределение заряда в проводнике АБ правильно изображено на рисунке
8. На нити подвешен незаряженный металлический шарик. К нему снизу поднесли заряженную палочку. Изменится ли сила натяжения нити, и если да, то как?
1) не изменится
2) увеличится независимо от знака заряда палочки
3) уменьшится независимо от знака заряда палочки
4) увеличится или уменьшится в зависимости от знака заряда палочки
9. Из какого материала может быть сделан стержень, соединяющий электроскопы, изображённые на рисунке?
А. Сталь
Б. Стекло
1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б
10. Два металлических шарика, укреплённых на изолирующей подставке, соединили металлическим стержнем. К правому шарику поднесли отрицательно заряженную палочку, затем убрали стержень и заряженную палочку. Какой заряд будет на правом и на левом шариках?
1) на правом шарике — положительный, на левом — отрицательный
2) на правом шарике — отрицательный, на левом — положительный
3) на нравом и на левом шариках — положительный
4) на правом и на левом шариках — отрицательный
11. Из перечня приведённых ниже высказываний выберите два правильных и запишите их номера в таблицу.
1) Вокруг электрического заряда существует электрическое поле.
2) В диэлектрике, помещенном в электрическое поле, происходит перераспределение зарядов.
3) Электрическое поле невидимо и не может быть обнаружено.
4) При электризации через влияние в проводнике происходит перераспределение зарядов.
5) Диэлектрику можно сообщить электрический заряд, поместив его в электрическое поле.
12. Электрометр с шариком на его конце помещён в поле отрицательного заряда. При этом его стрелка отклонилась на некоторый угол. Как при этом изменилось количество заряженных частиц электрометре? Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями при этом. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.
ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА
A) количество протонов на шарике
Б) количество электронов на шарике
B) количество электронов на стрелке
ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ
1) увеличилась
2) уменьшилась
3) не изменилась
ПОЛЕ И ВЕЩЕСТВО
Введение понятия электромагнитного поля расширило научное представление о формах материи, изучаемых в физике. Классическая, ньютоновская, физика имела дело только с одной-единствен- ной формой физической материи — веществом, которое было построено из материальных частиц и представляло собой систему таких частиц, в качестве которых рассматривались либо материальные точки (механика), либо молекулы и атомы (учение о теплоте).
Если главной характеристикой вещества является масса, так как именно она фигурирует в основном законе механики F = та, то в электродинамике основным является понятие энергии поля. Другими словами, при изучении движения в механике в первую очередь обращают внимание на перемещение тел, обладающих массой, а при исследовании электромагнитного поля — на распространение электромагнитных волн в пространстве с течением времени. Другим отличием вещества от поля является характер передачи воздействий. В механике такое воздействие передается с помощью силы, причем, как думали раньше, оно может быть передано на любое расстояние (принцип дальнодействия), в то время как в электродинамике энергетическое воздействие поля передается от одной точки поля к другой, соседней с ней (принцип близкодействия).
Наконец, нельзя не отметить также тот немаловажный факт, что после того, когда источник электромагнитных волн прекращает свое действие, возникшие электромагнитные волны продолжают распространяться в пространстве. Выходит, что электромагнитные волны могут существовать автономно, без непосредственной связи с источником энергии.
Исторически подход к изучению природы с точки зрения вещества и связанной с ним массы нашел свое выражение в механистической картине мира, которая пыталась объяснить другие, немеханические явления с помощью понятий и принципов механики. В его основе лежит представление о дискретной природе вещества, которое в механике рассматривалось в виде системы материальных частиц, а в других науках — как совокупность атомов или молекул вещества. Таким образом, дискретность можно рассматривать как конечную делимость материи на отдельные, все уменьшающиеся части. Еще древние греки поняли, что такая делимость не может продолжаться бесконечно, ибо тогда исчезнет сама материя. Поэтому они выдвинули предположение, что последними неделимыми частицами материи являются атомы.
В аспекте дискретности строение материи можно представить в виде такой структуры, которая предполагает возможность ее конечного деления на все уменьшающиеся части, начиная молекулами и атомами и заканчивая элементарными частицами и кварками.
С точки зрения непрерывности материя представляется в виде определенной целостности и единства. Наглядным образцом такой непрерывности является любая сплошная среда, заполняющая некоторое пространство. Свойства такой среды, например жидкости, изменяются от одной точки к другой непрерывно, без перерыва постепенности и скачков. На примере электромагнитного поля мы убедились, что его силовое воздействие передается от близлежащей предшествующей точки к последующей, т.е. непрерывно.
В классической теории существовало явное противопоставление дискретных взглядов непрерывным представлениям, когда исключалось всякое их взаимодействие при изучении вещества и поля. В современной же физике именно взаимосвязь и взаимодействие дискретности и непрерывности, корпускулярных и волновых свойств материи при исследовании свойств и закономерностей движения ее мельчайших частиц служат основой адекватного описания изучаемых явлений и процессов. Микрочастицам материи присущ корпускулярно-волновой дуализм, т.е. они одновременно обладают как свойствами корпускул (вещества), так и волн (поля).
Подобное представление совершенно чуждо классической физике, в которой дискретный и корпускулярный подход применялся при изучении одних явлений, а непрерывный и полевой — при исследовании других. Более того, мы знаем теперь, что механистическая трактовка явлений электричества и магнетизма опиралась в конечном счете на дискретный и корпускулярный подход, когда они рассматривались как особые невесомые жидкости, т.е. отождествлялись с разновидностью вещества.
Вместе с тем универсальный подход к единому объяснению всех физических явлений на основе единой теории поля был выдвинут в качестве грандиозной программы создателем теории относительности А. Эйнштейном, но так и остался нереализованным. Основные его идеи станут понятными после того, как мы познакомимся с теорией относительности.
Диалектическое взаимодействие дискретности и непрерывности находит свое яркое воплощение в современных квантовых теориях полей. Действительно, взаимодействие в квантовой теории электромагнитного поля происходит в результате взаимного обмена фотонами, или квантами, этого поля. То же самое можно сказать о гравитационном поле, где такое взаимодействие осуществляется с помощью гравитонов — гипотетических частиц. С точки зрения новой теории частицы, или кванты поля, в каждой точке пространства создают поле сил, которое оказывает свое воздействие на другие частицы.
Само же поле в истории физики, как мы видели, интерпретировалось по-разному. В первых представлениях об электромагнетизме поле рассматривалось чисто механически, а именно как натяжение силовых линий между зарядами, а в оптике как упругое колебание особой, все проникающей среды — мирового эфира. После отказа от такого допущения сначала в теории электромагнитного поля и окончательно в теории относительности на роль своеобразного эфира в современной физике претендует, по-видимому, физический вакуум. В квантовой теории поля он рассматривается как низшее энергетическое состояние квантованных полей, в котором отсутствуют какие- либо реальные частицы. Однако возможность виртуальных процессов в вакууме приводит к определенным эффектам при взаимодействии его с реальными частицами. В квантовой теории поля понятие физического вакуума считается основным, поскольку его свойствами определяют свойства всех других состояний системы.
Таким образом, с развитием физики представления о веществе и поле в корне изменились. Прежнее их противопоставление в классической физике уступило место пониманию их взаимосвязи и взаимодействия в современной физике. С одной стороны, вещество рассматривается как определенная дискретная система взаимодействующих элементарных частиц. С другой стороны, поле как непрерывная целостность состоит из квантов поля, которые обмениваются друг с другом энергией и тем самым обеспечивают существование и движение самой системы.