Elektromagnetické pole - história objavov a fyzikálne vlastnosti

Elektrické a magnetické javy sú ľudstvu známe už od staroveku, koniec koncov videli blesky a mnohí starovekí ľudia vedeli o magnetoch, ktoré priťahujú určité kovy. Bagdadská batéria, vynájdená pred 4000 rokmi, je jedným z dôkazov, že ľudstvo využívalo elektrinu dávno pred našimi dňami a zjavne vedelo, ako funguje. Predpokladá sa však, že až do začiatku 19. storočia sa elektrina a magnetizmus vždy posudzovali oddelene od seba, považovali sa za nesúvisiace javy a patriace do rôznych odvetví fyziky.

Štúdium magnetického poľa začalo v roku 1269, keď francúzsky vedec Peter Peregrin (rytier Pierre z Mericourtu) označil magnetické pole na povrchu guľového magnetu pomocou oceľových ihiel a určil, že výsledné siločiary magnetického poľa sa pretínajú v dvoch bodoch, ktoré nazval „póly“ analogicky s pólmi Zeme.

Oersted vo svojich experimentoch až v roku 1819.našli vychýlenie strelky kompasu umiestnenej v blízkosti vodiča s prúdom a potom vedec dospel k záveru, že existuje určitá súvislosť medzi elektrickými a magnetickými javmi.

O 5 rokov neskôr, v roku 1824, bol Ampere schopný matematicky opísať interakciu vodiča pod prúdom s magnetom, ako aj vzájomné pôsobenie vodičov, takže sa zdalo Amperov zákon: „Sila pôsobiaca na vodič s prúdom umiestnený v rovnomernom magnetickom poli je úmerná dĺžke vodiča, vektor magnetickej indukcie, prúd a sínus uhla medzi vektorom magnetickej indukcie a drôtom «.

Pokiaľ ide o vplyv magnetu na prúd, Ampere navrhol, že vo vnútri permanentného magnetu sú mikroskopické uzavreté prúdy, ktoré vytvárajú magnetické pole magnetu interagujúce s magnetickým poľom vodiča s prúdom.

Po ďalších 7 rokoch, v roku 1831, Faraday experimentálne objavil fenomén elektromagnetickej indukcie, to znamená, že sa mu podarilo zistiť skutočnosť výskytu elektromotorickej sily vo vodiči v okamihu, keď na tento vodič pôsobí meniace sa magnetické pole. Pozri - praktická aplikácia fenoménu elektromagnetickej indukcie.

Napríklad pohybom permanentného magnetu v blízkosti drôtu v ňom môžete získať pulzujúci prúd a privedením pulzujúceho prúdu do jednej z cievok na spoločnom železnom jadre, s ktorým je umiestnená druhá cievka, pulzujúci prúd sa objavujú aj v druhej cievke.

O 33 rokov neskôr, v roku 1864, sa Maxwellovi podarilo matematicky zhrnúť už známe elektrické a magnetické javy — vytvoril teóriu elektromagnetického poľa, podľa ktorej elektromagnetické pole zahŕňa vzájomne prepojené elektrické a magnetické polia. Takže vďaka Maxwellovi bolo možné vedecky spojiť výsledky predchádzajúcich experimentov v elektrodynamike.

Dôsledkom týchto dôležitých záverov Maxwella je jeho predpoveď, že v zásade každá zmena elektromagnetického poľa musí generovať elektromagnetické vlny, ktoré sa šíria v priestore a v dielektrickom prostredí určitou konečnou rýchlosťou, ktorá závisí od magnetickej a dielektrickej permitivity prostredia. pre šírenie zvlnená.

Pre vákuum sa ukázalo, že táto rýchlosť je rovná rýchlosti svetla, v súvislosti s čím Maxwell predpokladal, že svetlo je tiež elektromagnetické vlnenie a tento predpoklad sa neskôr potvrdil (hoci Jung poukázal na vlnovú povahu svetla dávno pred Oerstedovým experimenty).

Na druhej strane Maxwell vytvoril matematický základ pre elektromagnetizmus a v roku 1884 sa objavili slávne Maxwellove rovnice v modernej podobe. V roku 1887 Hertz potvrdil Maxwellovu teóriu o elektromagnetické vlny: Prijímač zachytí elektromagnetické vlny vysielané vysielačom.

Štúdiom elektromagnetických polí sa zaoberá klasická elektrodynamika.V rámci kvantovej elektrodynamiky sa elektromagnetické žiarenie považuje za tok fotónov, v ktorom elektromagnetickú interakciu nesú nosné častice — fotóny — bezhmotné vektorové bozóny, ktoré možno reprezentovať ako elementárne kvantové excitácie elektromagnetického poľa. Preto je fotón z pohľadu kvantovej elektrodynamiky kvantom elektromagnetického poľa.

Elektromagnetická interakcia je dnes považovaná za jednu zo základných interakcií vo fyzike a elektromagnetické pole je jedným zo základných fyzikálnych polí spolu s gravitačnými a fermiónovými poľami.

Fyzikálne vlastnosti elektromagnetického poľa

Prítomnosť elektrických alebo magnetických polí alebo oboch v priestore možno posúdiť podľa silného pôsobenia elektromagnetického poľa na nabitú časticu alebo na prúd.

Elektrické pole pôsobí na elektrické náboje, pohyblivé aj stacionárne, určitou silou v závislosti od sily elektrického poľa v danom bode priestoru v danom čase a od veľkosti skúšobného náboja q.

Pri znalosti sily (veľkosti a smeru), ktorou elektrické pole pôsobí na skúšobný náboj, a pri znalosti veľkosti náboja možno nájsť intenzitu elektrického poľa E v danom bode priestoru.

Elektrické pole je vytvárané elektrickými nábojmi, jeho siločiary začínajú pri kladných nábojoch (podmienene z nich prúdia) a končia pri záporných nábojoch (podmienečne do nich prúdia). Elektrické náboje sú teda zdrojom elektrického poľa. Ďalším zdrojom elektrického poľa je meniace sa magnetické pole, čo je matematicky dokázané Maxwellovými rovnicami.

Sila pôsobiaca na elektrický náboj zo strany elektrického poľa je súčasťou sily pôsobiacej na daný náboj zo strany elektromagnetického poľa.

Magnetické pole vzniká pohybom elektrických nábojov (prúdov) alebo časovo premenlivými elektrickými poľami (ako je vidieť v Maxwellových rovniciach) a pôsobí iba na pohybujúce sa elektrické náboje.

Sila pôsobenia magnetického poľa na pohybujúci sa náboj je úmerná indukcii magnetického poľa, veľkosti pohybujúceho sa náboja, rýchlosti jeho pohybu a sínusu uhla medzi vektorom indukcie magnetického poľa B. a smer rýchlosti pohybu náboja. Táto sila sa často označuje ako sila Lorenzobache, ktorá je len jej „magnetickou“ časťou.

Lorentzova sila v skutočnosti zahŕňa elektrické a magnetické zložky. Magnetické pole vzniká pohybom elektrických nábojov (prúdov), jeho siločiary sú vždy uzavreté a prekrývajú prúd.