¿Cuáles son los mínimos de experimentos en la necesidad de realizar con el fin de reconstruir las ecuaciones de Maxwell a partir de cero, asumiendo incluso los conceptos de $\vec E$ $\vec B$ son desconocidos?
Mientras yo no estoy necesariamente interesados en un enfoque histórico, prefiero experimentos que podrían razonablemente ser realizado en el nivel de licenciatura. (No estoy planeando crear un plan de estudios; estoy más interesado en los experimentos de la pedagogía.)
Jefimenko del libro presenta corrientes con los experimentos, y sólo la lectura de su libro se sentía como si estuviera viendo los experimentos que se realiza justo en frente de usted. No he leído el libro entero, así que no sé si se acaba el trabajo, pero él introduce como las corrientes de las cosas reales (para el sistema de unidades, y como una observación física de hecho), y luego se hace cargo de eso.
La física es inductiva, por lo que aún tiene que generalizar a partir de situaciones: Desde una particular descripción matemática trabajado en estas situaciones, postulamos que la misma descripción matemática que podría funcionar en otras situaciones. Y que la postulación tiene que ser confirmado por la experiencia. Así Maxwell ecuación es todavía sólo postulado después de cualquier finito de selección de los diferentes experimentos.
Si quieres que la gente piense de $\vec{E}$ $\vec{B}$ como real, entonces usted debe comenzar por convencer a creer en la conservación de la energía y el impulso de la conservación, a continuación, han de Maxwell de la Ecuación, y la Fuerza de Lorentz de la Ley, y luego que los campos son necesarios para salvar a la energía y el impulso de la conservación.
Las limaduras de hierro son sugerentes, pero realmente no hay evidencia de que un campo es una cosa real en lugar de un cálculo de la herramienta hasta llegar a ahorro de energía y la conservación del momento. Por lo que necesita más que sólo Maxwell, que necesita de Maxwell-Lorentz.
Si los conceptos de E y B son desconocidos, las cuatro ecuaciones de Maxwell no será suficiente. Usted también necesita saber acerca de la fuerza de Lorentz ecuación F = q(E + v x B). Estoy asumiendo que el concepto de carga es también desconocido. También estoy asumiendo que estás haciendo esta pregunta porque usted está planeando un magistral de grado de algún tipo.
Me gustaría empezar con una justificación de los conceptos de cargo y de los campos, que es : la acción a distancia. Personalmente, yo uso dos laboratorios con mis alumnos, uno para la electrostática y uno para magnetostatics. El laboratorio en la electrostática debe cubrir al menos : 1) observaciones cualitativas de las fuerzas electrostáticas. Esto por sí solo puede llevar fácilmente a un modelo en el que dos y sólo dos tipos de cargos que se requieren para explicar cada una de las observaciones. 2) observaciones cuantitativas : utilizando una escala y las pequeñas bolas de cubiertos en la realización de la pintura, se puede obtener la ley de Coulomb. El r dependance es obvio, pero también se puede obtener la q de dependencia, mediante el siguiente truco : si una bola cargada se pone en contacto con un idéntico sin carga de bolas, la carga se divide por la mitad. Esto puede ser repetido varias veces. 3) El concepto de un campo puede ser introducido mediante la siguiente pregunta : ¿qué sucede si r es suddently mayor. Un retardo es necesario antes de que la fuerza está actualizado, lo que muestra que la acción no es directa. Por supuesto, el retraso es demasiado pequeño para ser observado, pero es generalmente convincente mencionar que el e-m ondas no existiría si que la demora sería cero.
Como para el laboratorio en magnetostatics, por lo general comienzan con cierta analogía entre un dipolo eléctrico y un pequeño imán. La mejor manera de justificar la dirección del campo B es decir que es elegido en la dirección a lo largo de la cual dipolos magnéticos tienden a alinearse. Que es analogus el hecho de que los dipolos eléctricos alinean en la dirección del campo. Por lo tanto, usando esta definición, la dirección de E y B campo puede ser determinada experimentalmente el uso de semillas de pasto y limaduras de hierro, respectivamente.
La observación de algunas de las diferencias entre dipolos eléctricos y magnéticos es importante mostrar que los dos tipos de campos que realmente son necesarios para explicar todos los fenómenos. En particular, se necesita ser demostrado experimentalmente que "polos" no puede estar aislado frente a las cargas eléctricas.
Una vez que la necesidad de un segundo tipo de campo está establecido, tiene que ser demostrado que no hay observaciones requieren la introducción de una "carga magnética" concepto. Esto se puede hacer demostrando que transporta corriente solenoides se comportan exactamente como pequeños imanes hacer : no sólo se alinean alrededor de hierro rellenos, pero pequeños solenoides también puede rotar y alinearse a un gran campo magnético. Esto conduce a la idea de que la fuente fundamental de un campo B es "cualquier carga eléctrica en movimiento, y no sólo de una corriente. Esta idea puede ser confirmado experimentalmente mediante el establecimiento de cualquier objeto cargado en movimiento : rotación de plástico arrancó produce un campo B análoga a la de una carga de corriente de bucle.
La prueba de que magnéticas de los cargos de no existir se completa una vez que usted también muestran que los campos B, ejercen fuerzas sobre las cargas eléctricas. Cualquier foto de una cámara de burbujas normalmente hace el truco.
El anterior debería ser suficiente para establecer que hay dos tipos de campos y los dos tipos de cargas eléctricas y el establecimiento de la fuerza de Lorentz ecuación.
Después, usted necesita para transformar ese conocimiento en forma de dos ecuaciones de Maxwell. Gauss la ley se puede obtener analíticamente de la ley de Coulomb y la "ley de Gauss para el campo B" puede ser obtenida por analogía con la ley de Gauss y por el hecho de que "los polos" no puede estar aislado.
Antes de seguir adelante, que me haría falta más precisión en cuanto a tu pregunta : 1) ¿cómo detallada ¿quieres que tu prueba. Por ejemplo, la validez de la ley de Gauss se extiende más allá de la electrostática, pero mostrando que requieren más experimentos. 2) ¿cuánto analytics está usted dispuesto a introducir como parte de su prueba.
Espero que esta ayuda :-)
1) Voltaje de Kirchoff de la ley en el circuito(generalmente con un inductor) de la ley de faraday en escalar forma. 2) Hoteles de electrificación experimentos para la ley de coulomb. 3) Electroimanes en dc y Condensadores en el circuito de la ca de ampere-maxwell ley.
Usted tendrá que medir la fuerza/par de patrones para obtener el concepto de E, B, campos para la plena generalidad de lo anterior. Hierro rellenos, compás de seguimiento, gauss-medidor necesarios para que.
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