Содержание:

Введение

МАГНИТНАЯ СИЛА

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приложение

I. Введение

Подход, подчеркивающий взаимозависимость электрических и магнитных полей в пределах слабого релятивиского приближения предложен как основание для того, чтобы представить электромагнетизм во вводном университетском курсе физики. В пределах электромагнитного подхода объединения, '' магнитная сила "и" электромагнитная индукция " являются каждый преподанным в манере, совместимой с механикой с качественной релятивистской точки зрения. Силу Лоренца и магнитное правило потока рассматривают, точно так же связывая электрические и магнитные явления и улучшая целостность и последовательность курса. Статус составного закона Фарадея обсужден и показывается, чтобы быть из ограниченной закономерности в этом контексте. Американская 1997 Ассоциация Преподавателей Физики.

В разнообразии учебных планов на электромагнетизме в пределах вводных курсов физики (IPC) на уровне колледжа, " магнитная сила" введена следующим образом (используюя стандартные символы):

или, в его невекторной и менее информативной форме, как используется в средней школе,

Это тогда далее расширено на силу Лоренца, которая включает и электростатические и магнитные силы,

Хотя этот материал всегда представляется, только как понятие скорости было обсуждено как наличие, только понятие относительности и галилейский установленный принцип относительности, никаких комментарий обычно сделаных относительно структуры рекомендации, в которой скорость в (1) и (2) должна быть измерена. Кроме того, так как принцип неразличимости инерционных структур ссылки (принцип относительности Галилея) представлен как фундаментальным, это представляет противоречие, которое так или иначе могло бы тревожить любопытного студента или преподавателя. Действительно, казалось бы, что (1) и (2) не являются инвариантными в простом галилейском преобразовании скоростей v=v' + v0, который подразумевал бы, что различные силы действуют не приемлемы, особенно в концептуально ориентируемом курсе физики. Игнорировать эту проблему означал бы приводить физику до группы разъединенных единиц знания, вопреки целям, обычно объявляемым педагогами физики. Это могут быть только те студенты, которые усвоили связь относительности, которые, наиболее вероятно, будут смущены этой несогласованностью. Вопрос может быть очень практическим. Рассмотрим динамо в автомобиле предположим . Что скорость электронов должна вычислятся в формуле, чтобы вычислить силу Лоренца? Это относительно автомобиля, к земле, или к к чему то еще? Магнит перемещается и приближается к цепи физически эквивалентен цепи, приближающейся к магниту? Или, когда электрический заряд двигается параллельно токопроводящему проводу, какая скорость должна быть помещена в магнитную формулу (1) силы: относительно провода, или относительно зарядов, двигающихся в проводе, или "относительно магнитного поля? ". Это соответствует если, заявлена инвариантность наблюдателя законов физики, вводить законы электромагнетизма в сомнительных структурах ссылки? действительно ли лабораторная система отсчета - единственная возможная? Качественные вопросы этого вида часто оставляют без ответа.

Как покозало, студенты часто строят понимание, на том что, многие способы, являются несовместимым с обеспеченной формальной инструкцией , тема электромагнетизма - не исключение Например, студенты часто возвращаются к Аристотелевскому пониманию взаимосвязи движения силы в электрическом поле окружающей среды , они часто удаляют законы "механики" (включая самые фундаментальные) как не являющиеся применимыми к электромагнетизму. Например, студенты отказываются от третьего закона Ньютона в электромагнитном контексте Поэтому, удельные усилия очевидно необходимы, чтобы разъяснить и подчеркнуть универсальность физического знания. Скоростная зависимость магнитной силы, как обычно представлено сегодня на занятиях физики, вносит вклад во фрагментацию знания физики.

2. МАГНИТНАЯ СИЛА

Студенты обычно смущаются, когда подвергнут сомнению закон о скоростной зависимости магнетика или сила Лоренца, формально правильный ответ - то, что это является скоростью электрического заряда в структуре рекомендации, в которой магнитное поле B испытана. Другими словами, скорость v электрического заряда q, и магнитного поля B должна быть измерена тем же самым наблюдателем.

Хотя из фундаментальной концептуальной важности, этот вопрос обычно не поднимается, и объяснения не появляются в текстах IPC. Будучи спрошенными, студенты часто считают этот вопрос трудным и излишне "философским". Эта трудность в интерпретации скорости в конечном счете связана с пониманием магнитного поля. Вообще-то, если задуматься, однако, сомнительное знание студентов имеет очень заметную параллель. Как известено, та же самая неуверенность, из которой мы видим в 1 ученике новичка, сегодня было то, когда ученые столкнулись в конце эры классической физики. Эта самая проблема стимулировала драматические события в науке 100 лет назад. Альтернативные электромагнитные теории были предложены, чтобы понять скоростную зависимость в (1) и (2). Герц в 1890 пробовал расширить принцип относительности механики к электродинамике, опиывая полную конвекцию эфира, и Лоренц в 1895 оставил этот принцип в пользу эфира, остающегося при абсолютном покое. Еще ранее, Френель (в 1845) требовал частичной конвекции

эфира, и результаты эксперимента Физео (1851) интерпретировались как его твердое подтверждение 9, все эти теории были заменены в соответствии с революционным решением, обеспеченным эйнштейном в его специальной теории относительности, которая объединила электричество с магнетизмом.

С тех пор это было признано, что электричество и магнетизм представляют различные грани одного и того же физического процесса. Можно было бы ожидать релятивистский подход быть неизбежным в истории, нацеленной на концептуальное понимание электромагнетизма, просто потому что нет никакой конкурентоспособной теории. Несмотря на это, учебники IPC обычно продолжают представлять электромагнетизм "традиционным", предрелятивистским способом, выдерживая критическую концептуальную неуверенность. Не определяющий структуру ссылки в (1) и (2) (где скорость, не говоря уже о магнитной поле, как предполагается, будет измерен), является примером такой инструкции. Есть исключительные авторы", кто комментирует (часто в дополнительном материале) на инвариантности наблюдателя силы, проявленной на электрическом заряде в присутствии электрического тока, или на зависимости наблюдателя магнитного взаимодействия текст Purcell , который не может быть идентифицирован как вводный, не включает такую неуверенность.