Elektromagnetsko polje - povijest otkrića i fizikalna svojstva

Električni i magnetski fenomeni poznati su čovječanstvu od davnina, nakon svega što su vidjeli munje i mnogi stari ljudi znali su za magnete koji privlače određene metale. Bagdadska baterija, izumljena prije 4000 godina, jedan je od dokaza da je čovječanstvo davno prije naših dana koristilo struju i očito znalo kako ona radi. Međutim, vjeruje se da su se do početka 19. stoljeća elektricitet i magnetizam uvijek razmatrali odvojeno jedan od drugoga, smatrani nepovezanim fenomenima i pripadajući različitim granama fizike.

Proučavanje magnetskog polja započelo je 1269. godine kada je francuski znanstvenik Peter Peregrin (vitez Pierre od Mericourta) čeličnim iglama označio magnetsko polje na površini sferičnog magneta i utvrdio da se rezultirajuće linije magnetskog polja sijeku u dvije točke koje je nazvao "polovima" po analogiji sa Zemljinim polovima.

Oersted je u svojim eksperimentima tek 1819. god.pronašao je otklon igle kompasa postavljene u blizini žice kojom teče struja, a zatim je znanstvenik zaključio da postoji neka veza između električnih i magnetskih pojava.

Pet godina kasnije, 1824., Ampere je uspio matematički opisati međudjelovanje žice s magnetom, kao i međusobno djelovanje žica, pa se pokazalo Amperov zakon: "Sila koja djeluje na žicu kojom teče struja smještena u jednoliko magnetsko polje proporcionalna je duljini žice, vektor magnetske indukcije, struja i sinus kuta između vektora magnetske indukcije i žice «.

Što se tiče učinka magneta na struju, Ampere je sugerirao da unutar trajnog magneta postoje mikroskopske zatvorene struje koje stvaraju magnetsko polje magneta u interakciji s magnetskim poljem vodiča kojim teče struja.

Nakon još 7 godina, 1831. godine, Faraday je eksperimentalno otkrio fenomen elektromagnetske indukcije, odnosno uspio je utvrditi činjenicu pojave elektromotorne sile u vodiču u trenutku kada na njega djeluje promjenjivo magnetsko polje. pogledaj - praktična primjena fenomena elektromagnetske indukcije.

Na primjer, pomicanjem trajnog magneta u blizini žice, možete dobiti pulsirajuću struju u njemu, a primjenom pulsirajuće struje na jednu od zavojnica, na zajedničkoj željeznoj jezgri s kojom se nalazi druga zavojnica, pulsirajuća struja će također se pojavljuju u drugom svitku.

33 godine kasnije, 1864., Maxwell je uspio matematički sažeti već poznate električne i magnetske pojave — stvorio je teoriju elektromagnetskog polja, prema kojoj elektromagnetsko polje uključuje međusobno povezana električna i magnetska polja. Dakle, zahvaljujući Maxwellu, postalo je moguće znanstveno kombinirati rezultate prethodnih eksperimenata u elektrodinamici.

Posljedica ovih važnih Maxwellovih zaključaka je njegovo predviđanje da, u načelu, svaka promjena u elektromagnetskom polju mora generirati elektromagnetske valove koji se šire u prostoru i u dielektričnim medijima određenom konačnom brzinom koja ovisi o magnetskoj i dielektričnoj permitivnosti medija. za širenje valovito.

Za vakuum se pokazalo da je ta brzina jednaka brzini svjetlosti, s tim u vezi Maxwell je pretpostavio da je i svjetlost elektromagnetski val, a ta je pretpostavka kasnije i potvrđena (iako je Jung ukazao na valnu prirodu svjetlosti davno prije Oerstedova pokusi).

Maxwell je, s druge strane, stvorio matematičku osnovu za elektromagnetizam, a 1884. godine pojavile su se poznate Maxwellove jednadžbe u modernom obliku. Godine 1887. Hertz je potvrdio Maxwellovu teoriju o Elektromagnetski valovi: Prijemnik će uhvatiti elektromagnetske valove koje šalje odašiljač.

Klasična elektrodinamika bavi se proučavanjem elektromagnetskih polja.U okviru kvantne elektrodinamike, elektromagnetsko zračenje se promatra kao tok fotona, u kojem elektromagnetsku interakciju nose čestice nositelji — fotoni — bezmaseni vektorski bozoni, koji se mogu prikazati kao elementarne kvantne ekscitacije elektromagnetskog polja. Prema tome, foton JEST kvant elektromagnetskog polja iz perspektive kvantne elektrodinamike.

Elektromagnetska interakcija danas se smatra jednom od temeljnih interakcija u fizici, a elektromagnetsko polje je jedno od temeljnih fizikalnih polja uz gravitacijsko i fermionsko polje.

Fizikalna svojstva elektromagnetskog polja

Po jakom djelovanju elektromagnetskog polja na nabijenu česticu ili na struju može se suditi o prisutnosti električnog ili magnetskog polja ili i jednog i drugog u prostoru.

Električno polje djeluje na električne naboje, pokretne i nepokretne, određenom silom, ovisno o jakosti električnog polja u određenoj točki prostora u određenom trenutku i o veličini probnog naboja q.

Poznavajući silu (veličinu i smjer) kojom električno polje djeluje na ispitni naboj i poznavajući veličinu naboja, može se pronaći jakost električnog polja E u određenoj točki prostora.

Električno polje stvaraju električni naboji, njegove silnice počinju na pozitivnim nabojima (uvjetno izlaze iz njih) i završavaju na negativnim nabojima (uvjetno se ulijevaju u njih). Dakle, električni naboji su izvori električnog polja. Drugi izvor električnog polja je promjenjivo magnetsko polje, što je matematički dokazano Maxwellovim jednadžbama.

Sila koja djeluje na električni naboj sa strane električnog polja je dio sile koja djeluje na dati naboj sa strane elektromagnetskog polja.

Magnetsko polje nastaje pokretnim električnim nabojima (strujama) ili vremenski promjenjivim električnim poljima (kao što se vidi u Maxwellovim jednadžbama) i djeluje samo na pokretne električne naboje.

Jakost djelovanja magnetskog polja na pokretni naboj proporcionalna je indukciji magnetskog polja, veličini pokretnog naboja, brzini njegova kretanja i sinusu kuta između vektora indukcije magnetskog polja B a smjer brzine kretanja naboja. Ta se sila često naziva Lorenzobacheovom silom i samo je njezin "magnetski" dio.

Zapravo, Lorentzova sila uključuje električne i magnetske komponente. Magnetsko polje nastaje kretanjem električnih naboja (struja), njegove su silnice uvijek zatvorene i prekrivaju struju.