Medan elektromagnet - sejarah penemuan dan sifat fizikal

Fenomena elektrik dan magnet telah diketahui oleh manusia sejak zaman purba, lagipun mereka melihat kilat dan ramai orang purba mengetahui tentang magnet yang menarik logam tertentu. Bateri Baghdad, yang dicipta 4000 tahun dahulu, adalah salah satu bukti bahawa manusia menggunakan elektrik jauh sebelum zaman kita dan jelas mengetahui cara ia berfungsi. Walau bagaimanapun, dipercayai bahawa sehingga awal abad ke-19, elektrik dan kemagnetan sentiasa dianggap secara berasingan antara satu sama lain, dianggap sebagai fenomena yang tidak berkaitan dan tergolong dalam cabang fizik yang berbeza.

Kajian tentang medan magnet bermula pada tahun 1269 apabila saintis Perancis Peter Peregrin (Knight Pierre of Mericourt) menandakan medan magnet pada permukaan magnet sfera menggunakan jarum keluli dan menentukan bahawa garis medan magnet yang terhasil bersilang pada dua titik yang dipanggilnya. "kutub" dengan analogi dengan kutub Bumi.

Oersted dalam eksperimennya hanya pada tahun 1819.mendapati pesongan jarum kompas diletakkan berhampiran wayar pembawa arus, dan kemudian saintis membuat kesimpulan bahawa terdapat beberapa hubungan antara fenomena elektrik dan magnet.

5 tahun kemudian, pada tahun 1824, Ampere dapat menerangkan secara matematik interaksi wayar pembawa arus dengan magnet, serta interaksi wayar antara satu sama lain, jadi ia muncul Hukum Ampere: "Daya yang bertindak ke atas wayar pembawa arus yang diletakkan dalam medan magnet seragam adalah berkadar dengan panjang wayar, vektor aruhan magnet, arus dan sinus sudut antara vektor aruhan magnet dan wayar «.

Mengenai kesan magnet pada arus, Ampere mencadangkan bahawa di dalam magnet kekal terdapat arus tertutup mikroskopik yang mencipta medan magnet magnet yang berinteraksi dengan medan magnet konduktor pembawa arus.

Selepas 7 tahun lagi, pada tahun 1831, Faraday secara eksperimen menemui fenomena induksi elektromagnet, iaitu, dia berjaya membuktikan fakta penampilan daya gerak elektrik dalam konduktor pada masa ini apabila medan magnet yang berubah bertindak pada konduktor ini. Lihat - aplikasi praktikal fenomena aruhan elektromagnet.

Sebagai contoh, dengan menggerakkan magnet kekal berhampiran wayar, anda boleh mendapatkan arus berdenyut di dalamnya, dan dengan menggunakan arus berdenyut pada salah satu gegelung, pada teras besi biasa yang mana gegelung kedua terletak, arus berdenyut akan juga muncul dalam gegelung kedua.

33 tahun kemudian, pada tahun 1864, Maxwell berjaya meringkaskan fenomena elektrik dan magnet yang telah diketahui secara matematik - dia mencipta teori medan elektromagnet, mengikut mana medan elektromagnet termasuk medan elektrik dan magnet yang saling berkaitan. Oleh itu, terima kasih kepada Maxwell, ia menjadi mungkin untuk menggabungkan secara saintifik hasil eksperimen sebelumnya dalam elektrodinamik.

Akibat daripada kesimpulan penting Maxwell ini ialah ramalannya bahawa, pada dasarnya, sebarang perubahan dalam medan elektromagnet mesti menghasilkan gelombang elektromagnet yang merambat di angkasa dan dalam media dielektrik dengan kelajuan terhingga tertentu yang bergantung kepada kebolehtelapan magnet dan dielektrik medium. untuk pembiakan beralun.

Untuk vakum, kelajuan ini ternyata sama dengan kelajuan cahaya, sehubungan dengannya Maxwell menganggap bahawa cahaya juga merupakan gelombang elektromagnet, dan andaian ini kemudiannya disahkan (walaupun Jung menunjukkan sifat gelombang cahaya jauh sebelum Oersted eksperimen).

Maxwell, sebaliknya, mencipta asas matematik untuk elektromagnetisme, dan pada tahun 1884 persamaan terkenal Maxwell muncul dalam bentuk moden. Pada tahun 1887, Hertz mengesahkan teori Maxwell tentang gelombang elektromagnet: Penerima akan mengambil gelombang elektromagnet yang dihantar oleh pemancar.

Elektrodinamik klasik berkaitan dengan kajian medan elektromagnet.Dalam rangka elektrodinamik kuantum, sinaran elektromagnet dianggap sebagai aliran foton, di mana interaksi elektromagnet dibawa oleh zarah pembawa - foton - boson vektor tanpa jisim, yang boleh diwakili sebagai pengujaan kuantum asas medan elektromagnet. Oleh itu, foton ADALAH kuantum medan elektromagnet dari perspektif elektrodinamik kuantum.

Interaksi elektromagnet hari ini dianggap sebagai salah satu interaksi asas dalam fizik, dan medan elektromagnet adalah salah satu medan fizikal asas bersama-sama dengan medan graviti dan fermionik.

Sifat fizikal medan elektromagnet

Kehadiran medan elektrik atau magnet atau kedua-duanya di angkasa boleh dinilai dengan tindakan kuat medan elektromagnet pada zarah bercas atau pada arus.

Medan elektrik bertindak ke atas cas elektrik, kedua-duanya bergerak dan pegun, dengan daya tertentu, bergantung kepada kekuatan medan elektrik pada titik tertentu dalam ruang pada masa tertentu dan pada magnitud cas ujian q.

Mengetahui daya (magnitud dan arah) dengan mana medan elektrik bertindak ke atas cas ujian, dan mengetahui magnitud cas, kekuatan medan elektrik E pada titik tertentu dalam ruang boleh didapati.

Medan elektrik dicipta oleh cas elektrik, garis dayanya bermula pada cas positif (mengalir secara bersyarat daripadanya) dan berakhir dengan cas negatif (mengalir secara bersyarat ke dalamnya). Oleh itu, cas elektrik adalah punca medan elektrik. Satu lagi sumber medan elektrik ialah medan magnet yang berubah-ubah, yang dibuktikan secara matematik oleh Persamaan Maxwell.

Daya yang bertindak ke atas cas elektrik dari sisi medan elektrik adalah sebahagian daripada daya yang bertindak ke atas cas tertentu dari sisi medan elektromagnet.

Medan magnet dicipta dengan menggerakkan cas elektrik (arus) atau dengan medan elektrik yang berubah-ubah masa (seperti yang dilihat dalam persamaan Maxwell) dan bertindak hanya pada cas elektrik yang bergerak.

Kekuatan tindakan medan magnet pada cas bergerak adalah berkadar dengan aruhan medan magnet, magnitud cas bergerak, kelajuan pergerakannya dan sinus sudut antara vektor aruhan medan magnet B. dan arah kelajuan pergerakan cas. Daya ini sering disebut sebagai daya Lorenzobache hanyalah bahagian "magnetik" daripadanya.

Malah, daya Lorentz termasuk komponen elektrik dan magnet. Medan magnet dicipta dengan menggerakkan cas elektrik (arus), garis dayanya sentiasa tertutup dan menutup arus.