Elektromagnetno polje - zgodovina odkritij in fizikalne lastnosti

Električni in magnetni pojavi so človeštvu znani že od pradavnine, saj so videli strele in mnogi starodavni ljudje so vedeli za magnete, ki privlačijo določene kovine. Bagdadska baterija, izumljena pred 4000 leti, je eden od dokazov, da je človeštvo uporabljalo elektriko že dolgo pred našimi dnevi in ​​očitno vedelo, kako deluje. Vendar pa velja, da sta bila elektrika in magnetizem vse do začetka 19. stoletja vedno obravnavana ločeno drug od drugega, obravnavana kot nepovezana pojava in pripadajoča različnima vejama fizike.

Proučevanje magnetnega polja se je začelo leta 1269, ko je francoski znanstvenik Peter Peregrin (vitez Pierre of Mericourt) z jeklenimi iglami označil magnetno polje na površini sferičnega magneta in ugotovil, da se nastale magnetne silnice sekajo v dveh točkah, ki jih je imenoval "polov" po analogiji z zemeljskimi poli.

Oersted v svojih poskusih šele leta 1819.ugotovil odklon igle kompasa, postavljene blizu žice, po kateri teče tok, nato pa je znanstvenik ugotovil, da obstaja neka povezava med električnimi in magnetnimi pojavi.

5 let pozneje, leta 1824, je Ampere uspel matematično opisati interakcijo žice, po kateri teče tok, z magnetom, pa tudi interakcijo žic med seboj, tako da se je zdelo Amperov zakon: "Sila, ki deluje na žico s tokom, postavljeno v enakomerno magnetno polje, je sorazmerna z dolžino žice, vektor magnetne indukcije, tok in sinus kota med vektorjem magnetne indukcije in žico «.

Kar zadeva učinek magneta na tok, je Ampere predlagal, da znotraj trajnega magneta obstajajo mikroskopski zaprti tokovi, ki ustvarjajo magnetno polje magneta, ki medsebojno deluje z magnetnim poljem prevodnika s tokom.

Po nadaljnjih 7 letih, leta 1831, je Faraday eksperimentalno odkril pojav elektromagnetne indukcije, to je uspelo mu je ugotoviti dejstvo, da se v prevodniku pojavi elektromotorna sila v trenutku, ko na ta prevodnik deluje spreminjajoče se magnetno polje. Poglej - praktična uporaba pojava elektromagnetne indukcije.

Na primer, s premikanjem trajnega magneta v bližini žice lahko dobite pulzirajoči tok v njem, in z uporabo pulzirajočega toka na eno od tuljav na skupnem železnem jedru, s katerim je druga tuljava, bo pulzirajoči tok pojavijo tudi v drugi tuljavi.

33 let kasneje, leta 1864, je Maxwellu uspelo matematično povzeti že znane električne in magnetne pojave – ustvaril je teorijo elektromagnetnega polja, po kateri elektromagnetno polje vključuje medsebojno povezana električna in magnetna polja. Tako je po zaslugi Maxwella postalo mogoče znanstveno združiti rezultate prejšnjih eksperimentov v elektrodinamiki.

Posledica teh pomembnih Maxwellovih zaključkov je njegova napoved, da mora načeloma vsaka sprememba v elektromagnetnem polju ustvariti elektromagnetne valove, ki se širijo v prostoru in v dielektričnih medijih z določeno končno hitrostjo, ki je odvisna od magnetne in dielektrične prepustnosti medija. za razmnoževanje valovito.

Za vakuum se je izkazalo, da je ta hitrost enaka svetlobni hitrosti, v zvezi s čimer je Maxwell domneval, da je svetloba tudi elektromagnetno valovanje, in ta domneva se je pozneje potrdila (čeprav je Jung na valovno naravo svetlobe opozoril že veliko pred Oerstedovim poskusi).

Maxwell pa je ustvaril matematično osnovo za elektromagnetizem in leta 1884 so se Maxwellove znane enačbe pojavile v sodobni obliki. Leta 1887 je Hertz potrdil Maxwellovo teorijo elektromagnetni valovi: Sprejemnik bo zajel elektromagnetne valove, ki jih pošilja oddajnik.

Klasična elektrodinamika se ukvarja s proučevanjem elektromagnetnih polj.V okviru kvantne elektrodinamike se elektromagnetno sevanje obravnava kot tok fotonov, v katerem elektromagnetno interakcijo izvajajo delci nosilci — fotoni — brezmasni vektorski bozoni, ki jih lahko predstavimo kot elementarna kvantna vzbujanja elektromagnetnega polja. Zato je foton z vidika kvantne elektrodinamike kvant elektromagnetnega polja.

Elektromagnetna interakcija danes velja za eno temeljnih interakcij v fiziki, elektromagnetno polje pa je poleg gravitacijskega in fermionskega polja eno temeljnih fizikalnih polj.

Fizikalne lastnosti elektromagnetnega polja

Prisotnost električnega ali magnetnega polja ali obojega v prostoru lahko presojamo po močnem delovanju elektromagnetnega polja na nabit delec ali na tok.

Električno polje deluje na električne naboje, tako gibljive kot mirujoče, z določeno silo, odvisno od jakosti električnega polja v dani točki prostora v določenem času in od velikosti poskusnega naboja q.

Če poznamo silo (velikost in smer), s katero električno polje deluje na preskusni naboj, in poznamo velikost naboja, je mogoče najti jakost električnega polja E na določeni točki v prostoru.

Električno polje ustvarjajo električni naboji, njegove silnice se začnejo pri pozitivnih nabojih (pogojno tečejo iz njih) in končajo pri negativnih nabojih (pogojno tečejo vanje). Tako so električni naboji viri električnega polja. Drug vir električnega polja je spreminjajoče se magnetno polje, kar je matematično dokazano z Maxwellovimi enačbami.

Sila, ki deluje na električni naboj s strani električnega polja, je del sile, ki deluje na dani naboj s strani elektromagnetnega polja.

Magnetno polje nastane s premikajočimi se električnimi naboji (tokovi) ali s časovno spremenljivimi električnimi polji (kot je razvidno iz Maxwellovih enačb) in deluje samo na premikajoče se električne naboje.

Moč delovanja magnetnega polja na gibljivi naboj je sorazmerna z indukcijo magnetnega polja, velikostjo gibajočega se naboja, hitrostjo njegovega gibanja in sinusom kota med vektorjem indukcije magnetnega polja B in smer hitrosti gibanja naboja. Ta sila se pogosto imenuje Lorenzobachejeva sila in je le njen "magnetni" del.

Pravzaprav Lorentzova sila vključuje električne in magnetne komponente. Magnetno polje nastane s premikanjem električnih nabojev (tokov), njegove silnice so vedno zaprte in pokrivajo tok.