нилась, но изменилась скорость электрона, следовательно, изменилась величина τ. То- гда отношение μ/μ0 примет вид
μ |
= |
τ |
= |
v0 |
= |
T0 |
||||||
μ0 |
τ0 |
v |
T э |
|||||||||
или |
||||||||||||
μ = μ0 |
1 |
. |
(11.4) |
|||||||||
1+αE 2 |
||||||||||||
Считая отклонения Tэ от T0 небольшими, формулу (11.4) можно упростить, воспользо- вавшись следующим приближением:
æ |
αE |
2 |
ö |
||
ç |
÷ |
, |
(11.5) |
||
μ = μ0 ç1- |
2 |
÷ |
|||
è |
ø |
где
Mμ2
α= 3 kT00 .
Из формулы (11.5) видно, что подвижность μ, является функцией E, а следовательно, при некоторых значениях напряженности поля E (т. е. при αE2/2 близких к единице) за- кон Ома (11.1) нарушается.
Обсуждение
Проведем численные оценки.
αE 2 |
2 |
||||||||||
а) В газе (азот): так как |
»1, то E ≈ 2/α, |
||||||||||
2 |
|||||||||||
E 2 |
= 2 ×3kT 0 |
, |
|||||||||
M μ02 |
|||||||||||
где |
|||||||||||
μ02 |
= |
q2τ 2 |
= |
q2 l2 |
. |
||||||
0 |
|||||||||||
4m2 |
4m |
2v02 |
|||||||||
При T = 300 К, v0 = 105 м/с из формулы n = p/kT находим
n = |
106 |
= 2,4 ×1026 |
м−3 . |
||||
1,38 ×10 |
−23 |
×300 |
|||||
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1.Детлаф А. А., Яворский Б. М., Милковская Л. Б. Курс физики. Т. 2. М.: Высш.
шк., 1977.
2.Парселл Э. Курс физики. Т. М.: Наука, 1971.
3.Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля. М.: Мир, 1972.
4.Савельев И. В. Курс общей физики. Т. 2. М.: Наука, 1978.
5.Демидова-Панферова Р. М., Малиновский В. Н., Солодов Ю. С. Задачи и примеры расчетов по электроизмерительной технике. М.: Энергия, 1977.
6.Урусов И. Д. МГД генераторы. М.: Наука, 1966.
7.Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т, 3. М.: Наука, 1977.
Рекомендуемая
8.Нестерин В. А. Оборудование для импульсного намагничивания. М.: Энерго- атомиздат, 1986.
9.Калашников С. Г. Электричество. М.: Наука, 1985.
10.Малиновский В. Н. Электрические измерения. М.: Энергоиздат, 1985.
11.Драхсел Р. Основы электроизмерительной техники. М.: Энергоиздат, 1982.
12.Иродов И. Е. Основные законы электромагнетизма. М.: Высш. шк., 1983.
l3. Смит Р. Полупроводники. М.: Мир, 1982.
14. Кацнельсон А. А. Введение в физику твердого тела. М.: Изд-во Моск. гос.
ун-та, 1984.
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ И МИРОВОЗЗРЕНЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ В ОБЩЕМ КУРСЕ ФИЗИКИ
(часть 2: ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ)
1. Введение
Данная работа посвящена разработке методических указаний для преподавателей по изложению методологических и мировоззренческих вопросов в следующих разделах курса физики - электростатика, постоянный электрический ток, электромагнетизм, колебания и волны, волновая оптика и квантовая природа излучения.
Обращается особое внимание на мировоззренческие вопросы теории электромагнетизма, при становлении которой зарождалась электродинамическая картина мира. Обсуждается дальнейшее развитие этой картины и условия, при которых начали складываться первые элементы новой, квантово- полевой картины мира.
Под физической картиной мира понимается "физическая модель природы, включающая в себя наиболее общие понятия, принципы и гипотезы физики и характеризующая определенный исторический этап ее развития" [1]. В физической картине мира происходит конкретизация философских представлений о материи и движении, пространстве и времени, взаимосвязи и взаимодействии.
Первой физической картиной мира была механическая. Она сформировалась во времена Галилея и Ньютона и просуществовала свыше двух столетий. На всем протяжении этого времени, несмотря на то, что в физике накапливались новые опытные факты и возникали новые теории и понятия, физическая картина мира почти не менялась. Сохранялось общее представление о мире, как о механической системе, обладающей корпускулярной структурой.
Второй физической картиной мира была электродинамическая. Она возникла в последнее десятилетие XIX века, хотя основы ее, как известно, были заложены еще М. Фарадеем. Электродинамическая картина мира способствовала появлению таких физических теорий, как электродинамика Максвелла, электронная теория Лоренца и теория относительности Эйнштейна. В этой физической картине Вселенная мыслилась в виде всеобъемлющей электродинамической системы, в основе которой лежит единое универсальное электромагнитное поле [2], а также, конечно, гравитация.
Следует подчеркнуть, что объединение элементов физической картины в единое целое представляет собой сложный творческий процесс, в котором важную роль играют мировоззренческие и
философские взгляды исследователей. Физическая картина мира является как бы промежуточным звеном между философией и физическими теориями, через которое философия влияет на эти теории. Конечно, не любые философские идеи могут играть положительную роль в построении физических картин мира. В процессе развития физики происходит опробование и отбор наиболее плодотворных философских идей, новые физические данные способствуют возникновению новых философских представлений.
Механическая картина мира сыграла сложную роль в становлении теории электромагнетизма. Сначала, в руках Фарадея, грубая механическая модель электромагнитного поля, основанная на механике сплошных сред, оказалась весьма эффективным орудием, обладающим большой эвристической силой. Очень важно, упоминая Фарадея, подчеркнуть, что как всякий крупный экспериментатор, он имел определенную теоретическую концепцию. Об этом хорошо сказал известный английский физик Джон Тиндаль: "Основные исследования Фарадея... связаны между собой невидимой нитью умозаключений. Теоретические идеи всегда были истинной основой его интеллекта - источником, из которого он черпал силы как экспериментатор ... Да так и должно быть всегда: великий экспериментатор всегда обязан быть по складу теоретиком, вне зависимости от того, выражает ли он формально свои теории" [3]. Более усложненная механическая модель натолкнула Максвелла на открытие тока смещения.
Вместе с тем механическая картина мира вызвала много неудачных попыток уложить все многообразие явлений электродинамики в рамки ньютоновской механики. Было затрачено много усилий для построения механической теории электрических и магнитных явлений. Однако для представления различных свойств поля потребовались разные модели, противоречащие друг другу, и все усилия построения непротиворечивой механической теории электромагнетизма потерпели неудачу.
Они убедили физиков последующих поколений в принципиальной невозможности механической картины мира.
Интересно отметить, что сам Максвелл хорошо понимал, что между механическими и электромагнитными явлениями нет полной тождественности. Максвелл рассматривал метод аналогий как подсобное средство исследований, по существу как некие мысленные эксперименты, которые должны были обосновать новые физические представления [4]. Максвелл хорошо понимал значение и роль философского поиска в процессе формирования новых физических идей. Он, как верно отмечает Больцман, был не только выдающимся физиком-теоретиком, но и крупным творцом в теории познания, ясно излагавшим новые для своего времени методы познания в физике [5].
История создания электродинамики особенно наглядно показывает, что существенно новая
теория не может быть построена на несоответствующем ей фундаменте и построению принципиально