Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

Разъяснение основных терминов

Формы и виды энергии

Условия успешной систематизации

Классификация физических систем

Основная идея системы

Таблицы физических величин

В чем новизна сайта?

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Систематизация величин         силовых полей

     Систематизация величин         колебаний и волн

     Новая размерность         температуры

     Обобщение явлений         переноса

     Критерии подобия всюду

     О природе размерности


Системный подход в экономике

История проблемы

Учить физику по-новому!

Учебно-наглядные пособия


Каталог ссылок

Новые страницы сайта

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Изменить методику преподавания электричества и магнетизма

АННОТАЦИЯ. Современная методика преподавания электричества и магнетизма принципиально неверна, так как изначально противоречит принципу причинности. Предлагается иная последовательность изложения учебного материала по электричеству и магнетизму.

ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения краткой справки по поводу недостаточно ясных, редко применяемых или введенных автором сайта терминов пройдитесь по ссылке Предметный указатель (от А до О и от П до Я).

Нарушения принципа причинности при преподавании имеют место и в других разделах физики. Например, в термодинамике принцип причинности нарушается при записи уравнения состояния. В статье, посвященной этому уравнению, пояснено, что это продиктовано удобством записи уравнения, хотя нарушение принципа причинности ничем оправдывать нельзя. При преподавании же электричества и магнетизма неоднократные нарушения принципа причинности вызваны недопониманием сущности физического поля, что и пояснено далее.

Какова методика преподавания электричества и магнетизма сейчас

Электричество начинают изучать с закона Кулона, определяющего силу взаимодействия F двух неподвижных друг относительно друга электрически заряженных систем в электрическом поле. Электрическое поле действительно создается заряженной системой с зарядом системы Q, но оно создается полеобразующим зарядом Q. И если нет второго, взаимодействующего с ним полевого заряда q, то нет и силы взаимодействия этих двух заряженных систем. Хотя поле от этого не перестает существовать.

В современной физике для преодоления этого алогизма вводят в электрическое поле путем мысленного эксперимента так называемый пробный заряд, что и позволяет записать закон Кулона для взаимодействия двух зарядов. А уж затем по силе взаимодействия полеобразующего заряда с мысленно введенным пробным зарядом выводят определяющее уравнение для такой важнейшей характеристики поля, как напряженность.

Основной ошибкой такой методики является игнорирование факта, что физическое поле может иметь место и при наличии только полеобразующего заряда. И этого вполне достаточно для определения напряженности созданного полеобразующим зарядом электрического поля. А сила взаимодействия является следствием внесения в уже существующее физическое поле другого заряда. Получается, что в современной физике преподавание электричества начинают с определения силы взаимодействия зарядов, зависящей от напряженности поля, а затем по силе взаимодействия определяют напряженность поля. Прямо скажем, нелогичный путь.

Интересно еще и то, что вместо силы взаимодействия двух зарядов часто говорят о силе, действующей на заряд в физическом поле, поскольку суммарная напряженность в той точке, в которой находится заряд, может создаваться не одним, а многими полеобразующими зарядами, и она получается тогда с помощью метода суперпозиции. Но метод суперпозиции можно использовать и другим путем: суммировать силы взаимодействия зарядов вместо суммирования напряженностей.

В чем суть неверности методики преподавания электричества и магнетизма?

Если следовать новым взглядам на устройство мира, являющимся повторением не совсем забытых старых взглядов, то энергия поля, создаваемого зарядом центрального или вихревого поля, – это количественная и качественная мера движения частиц среды, окружающей полеобразующий заряд. Эту среду раньше называли эфиром, в ХХ веке стали называть физическим вакуумом, сейчас предлагают вернуться к старому названию (В.Ацюковский, 2003) или называть гравитонной средой (В.Пакулин, 2004, 2007), либо полевой средой (О.Репченко, 2008). Но суть от изменения названий не меняется, природа не терпит пустоты.

Локальная напряженность в любой точке эквипотенциальной поверхности поля зависит от значения полеобразующего заряда и от расстояния от центра полеобразующего заряда до точки, в которой напряженность определяется. И сила взаимодействия зарядов в данном случае не при чем, она возникает только после того, как в уже существующем поле появляется физическая система, обладающая зарядом той же природы.

А пока физики спорят о том, какова природа пространства, заполненного движущейся материей, принцип причинности при преподавании электричества и магнетизма отсутствует.

В левой половине представленной ниже схемы показана та последовательность изложения учебного материала по электромагнетизму, которая применяется сейчас (см. например, учебник Т.Трофимовой, 2004, и учебник И.Савельева, 2005) и которая соответствует учебной программе. В этой схеме нами опущены только дополнительные разделы, которые расширяют знания об электромагнитном поле, такие как "Диполи" и "Электромагнитное поле в веществе". Учебники для будущих физиков отличаются от учебников для будущих инженеров лишь глубиной изложения и подробностями, но не последовательностью изложения.

Какая методика преподавания электричества и магнетизма предлагается

Правая половина схемы показывает ту последовательность изложения учебного материала, которая диктуется принципом причинности. Ее основные особенности заключаются в следующем:

1. Электрическое (центральное) и магнитное (вихревое) поля и образующие их заряды изучаются параллельно, а не последовательно (магнитное поле после электрического поля). При этом приводится аналогия между электромагнитным и гравитационным полем.

2. Причиной возникновения центрального поля считается скалярный заряд Q. Поясняется различие между зарядом системы и элементарным (единичным) зарядом, приводится модель последнего.

3. Электрический ток I, как направленный поток зарядов, является векторной величиной, а не скалярной, как в современной физике.

4. Причиной возникновения вихревого поля считается векторный (динамический заряд) Q, который может иметь две разновидности: движущийся заряд (Qv) и токовый заряд (Il) как аналог магнитного заряда. Сомножители движущегося заряда и токового заряда не выносятся за скобки в определяющих уравнениях для других физических величин.

5. Составлена общая классификация зарядов физического поля, а на ее основе классификация форм физического поля.

6. Определяющие уравнения для потенциала форм поля и напряженности форм поля, составленные именно в указанной последовательности, имеют одну и ту же форму записи, отличаясь друг от друга только видом заряда и видом векторной функции (в центральном поле − градиент, в вихревом поле − ротор). Не выносится за скобки множитель 4π, входящий в уравнение для расчета площади эквипотенциальной поверхности.

7. Силы взаимодействия зарядов определяются по напряженностям соответствующих форм поля (а не наоборот), и их определяющие уравнения имеют аналогичные формы записи.

8. Понятие об электрическом вихревом поле устраняется, поскольку то, что понимается под электрическим вихревым полем, является одной из составляющих переменного магнитного поля. Пересматривается физическое содержание понятия "электромагнитная индукция".

9. Понятию ток смещения придается физическое содержание, соответствующее реальности, а именно: изменению поляризованности диэлектрической среды. Уравнения Максвелла принимают другую форму записи.

10. Вводится единая система символов и индексов, физические величины электромагнитного поля объединяются в единую Таблицу величин физического поля.

Конечно, при внедрении предлагаемой методики в педагогическую практику предвидятся трудности, связанные с частичной сменой символики и терминологии практически во всех разделах электромагнетизма. Нельзя не предвидеть и психологическую сложность перехода к унифицированным терминам и символам. Для облегчения перехода от старых, но, к сожалению, уже привычных терминов и символов к унифицированным новым можно было бы на первых порах применять их параллельно, подобно тому, как это делается и сейчас в учебниках и справочниках по физике в отношении уравнений электродинамики, записываемым и в СИ, и в СГС.

Весьма чувствительными могут оказаться экономические затраты, связанные с заменой учебных и справочных пособий, с необходимостью переквалификации преподавателей. Но рано или поздно такой или подобный этому переход осуществить придется. И могут это сделать только люди с государственным мышлением, ориентирующиеся на будущее, то есть скорее на послезавтра, чем на завтра.

Литература

1. Ацюковский В.А., 2003, Общая эфиродинамика. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газоподобном эфире. 2-ое изд. – М.: Энергоатомиздат, 584 с.
2. Пакулин В.Н., 2004, Структура материи. – http://www.valpak.narod.ru
3. Пакулин В.Н., 2007, Структура поля и вещества. – Санкт-Петербург, НТФ "Истра".
4. Репченко О.Н, 2008, Полевая физика или Как устроен мир? Изд. 2-е – М.: Галерия, 320 с.
5. Савельев И.В., 2005, Курс общей физики (в 5 книгах). – М.: АСТ: Астрель
6. Трофимова Т.И., 2004, Краткий курс физики. – М:, Высшая школа, 352 с.



© И. Коган Дата первой публикации 21.03.2010
Дата последнего обновления 22.04.2015

Оглавление раздела Предыдущая Следующая