«Теория электромагнетизма Максвелла» - Курсовая работа

Содержание

Введение 2

1. Автобиография Джеймса Клерка Максвелла 4

1.1 Происхождение и юность 4

1.2 Начало научной деятельности 6

2. Урав.нения Максвелла для электром.агнитного поля 8

2.1 Урав.нения Максвелла в дифферен.циальной и интегральной фо.рме 8

2.2 Граничные усл.овия 19

Заключение 24

Список использованной литературы 25

Приложения 26

Введение

Каждая наука является зданием, воздвигнутым ценою бесчисленных усилий многих поколений исследователей, писал в своей книге "Путь теоретической физики от Ньютона до Шрёдингера" австрийский физик Ганс Тирринг.

В среднем вклад каждого - это лишь крохотный камушек для строительства целого. Но иногда приходит человек, который возводит целый этаж или сносит часть здания и строит ее заново.

Во главе исследователей, которые, подобно архитекторам, решающим образом участвовали в перестройке фундамента физики нашего времени и заново возвели отдельные "этажи" здания, стоит Джеймс Клерк Максвелл, один из гениальнейших мыслителей в истории развития физики до Эйнштейна, охвативший в своих исследованиях физику во всех ее разделах.

Заслуги Максвелла как исследователя относятся к областям физиологического учения о цвете, кинетической теории теплоты и электромагнитной теории света.

Одновременно с Гельмгольцем Максвелл исследовал законы цветового зрения. Как предшественник австрийца Больцмана и американца Гиббса, он обосновал статистическое понимание кинетической теории газа. Его величайшей заслугой, однако является математическая разработка нового учения о магнетизме, электричестве и свете. Его достижения, по словам Планка, должны быть отнесены к "величайшим, изумительнейшим подвигам человеческого духа".

Актуальность работы заключается в том, что уравнения Максвелла охватывают и описывают все известные нам электромагнитные явления. Область их применения не ограничивается даже любыми мыслимыми электромагнитными явлениями, протекающими в конкретных локальных условиях. Теория Максвелла предсказала совершенно новый эффект, наблюдавшийся в свободном от материальных тел пространстве, - электромагнитное излучение. Это, безусловно, уникальное достижение, венчающее торжество теории Максвелла.

Цель данной работы: рассмотреть теорию электрических и магнитных явлений на основе уравнений Максвелла

Задачи:

 ознакомиться с научными достижения Дж. К. Максвелла;

 изучить основные положения теории Максвелла;

 изучить роль тока смещения;

 определить значение граничных условий при решении уравнении.

Предмет исследования: взаимосвязь электрического и магнитного поля.

Объект исследования: явление электромагнетизма.

Структура курсовой работы представлена введением двумя главами, заключением, списком использованной литературы и приложениями.

Выдержка из текста работы

1.1 Происхождение и юность

Джеймс Клерк Максвелл родился 13 июня 1831 года в Эдинбурге, Шотландия, в семье среднего класса. Он был единственным ребенком в паре, которая вышла замуж в преклонном возрасте; его мать родила его в 40 лет.

Его отец, Джон Клерк Максвелл из Миддлби, известный адвокат, унаследовал свою фамилию от важной семьи того времени. Фамилия Джеймса была синонимом шотландского высшего общества. Фрэнсис Кей была именем ее матери, женщины, которая принадлежала к семье с высоким положением в обществе того времени [5].

Вскоре после рождения клерка семья переехала в коттедж под названием Глинлейр, который находился в деревне Миддлбли и приходе.

Когда Максвеллу было примерно восемь лет, в 1839 году его мать скончалась от рака брюшной полости. Джону Клерку пришлось самостоятельно заниматься воспитанием своего сына. В дальнейшем, уже во взрослой жизни, ученый сохранил теплые отношения с единственным родителем, который действительно на протяжении всей своей жизни заботился о сыне [5].

Когда мальчик немного подрос и достиг школьного возраста домой, для его обучения были приглашены педагоги. Несмотря на его замечательное любопытство к учебе, учебная программа, которую он получил в школе, его не интересовала. По этой причине он начал склоняться к науке до такой степени, что даже опубликовал свою первую статью, касающуюся этой области, когда ему было всего 14 лет.

Спустя некоторое время отец отправил сына на обучение в академию в Эдинбург. Первое время юный Максвелл весьма настороженно относился ко всему, что было связанно с процессом обучения. Однако со временем процесс затянул его, и Джеймс стал одним из лучших учеников. Каждый урок был интересен и познавателен, хотя особое внимание мальчика привлекала геометрия. Именно она стала той плодородной почвой на основе которой выросли все достижения Максвелла в области науки.

В год своего выпуска молодой студент написал для родной академии гимн, который сегодня знает не одно поколение учеников. После окончания академии, талантливый юноша принимает решение продолжить свое образование и отправляется в Эдинбургский университет. Здесь он со всей соей скрупулезностью погружается в изучение теории упругости. По итогам проведенной работы будущий ученый получает наивысшую оценку в научном мире.

В 1850 году, когда физику было 19 лет – Джеймс Максвелл, не слушая отца и не смотря на все его недовольство, отправляется в Кембридж. Сначала юноша посещал занятия в колледже святого Петра, а затем перешел в Тринити-Колледж. Преподаватели не могли нарадоваться талантливому ученику, который в своем выпуске стал вторым. После получения степени бакалавра бывшего студента пригласили в Тринити-Колледж на должность преподавателя. В этот период своей биографии Максвелл изучает геометрию, электричеству и проблему цветов [5].

Заключение

Планк говорил о том, что имя Максвелла "блещет на вратах классической физики". Максвелл действительно был блистательным явлением среди физиков нового времени. Своими научными трудами, особенно великолепной системой формул электродинамики, он заложил важнейшие основы физики атомного века. Его теория электричества и света настолько опередила свое время и была так закончена, что полвека спустя Эйнштейн мог почти без изменений включить ее в свою теорию относительности

Известность Максвелла как ученого первоначально основывалась на математическом обосновании кинетической теории газа, пока его электромагнитная теория света не начала своего победного шествия по миру. Многие физики, например Джеймс Джонс, даже считали, что самым великим достижением Максвелла было исследование движения молекул газа. Свобода мышления, характерная для всего его творчества, проявилась здесь особенно плодотворно. Больцман, который наряду с Максвеллом глубочайшим образом вникал в анализ движения молекул, сравнил максвелловскую кинетическую теорию газов с музыкальной драмой

Теория Максвелла объяснила все известные в то время экспериментальные факты и предсказала ряд новых явлений. Основным следствием теории Максвелла был вывод о существовании электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света, а теоретическое исследование свойств этих волн привело Максвелла к созданию электромагнитной теории света. Надо сказать, что никто этих волн до Максвелла не видел, никто даже не подозревал, что такие волны могут существовать. Но лишь через двадцать лет после того, как это предсказание было сделано, их наконец-то экспериментально обнаружили, что явилось настоящим триумфом этой теории.

Список литературы

1. Кураев, А. А. Электродинамика и распространение радиоволн : учеб. пособие / А. А. Кураев, Т. Л. Попкова, А. К. Синицын. – М. : ИНФРА-М, 2013. – 424 c.

2. Будагян, И. Ф. Электродинамика : учеб. пособие / И. Ф. Будагян, А. С. Сигов, В. Ф. Дубровин. – М. : Альфа-М, 2013. – 304 c.

3. Баскаков, С. И. Электродинамика и распространение радиоволн / С. И. Баскаков. – М. : Либроком, 2021. – 416 c.

4. Нефедов, Е. И. Техническая электродинамика : учеб. пособие / Е. И. Нефедов. – М. : Academia, 2008. – 410 c.

5. Муромцев, Д. Ю. Электродинамика и распространение радиоволн : учеб. пособие / Д. Ю. Муромцев, Ю. Т. Зырянов. – СПб. : Лань, 2014. – 448 c.

6. Юндин, М. А. Электродинамика и распространение радиоволн : учеб. пособие / М. А. Юндин, А. М. Королев. – СПб. : Лань, 2014. – 448 c.

7. Фейнман, Р. Фейнмановские лекции по физике : пер. с англ. / Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс. – М. : Либроком, 2016. – Т. 6 : Электродинамика. – 352 c.

8. Мах Э. Механика: Историко-критический очерк ее развития. – Ижевск, 2000. – С. 199.

9. Максвелл Дж.К. Трактат об электричестве и магнетизме. – М.: Наука, 1989. – Т. 1. – С. 31.

10. Ньютон И. Математические начала натуральной философии. – М.: Наука, 1989. – С. 37.