Câmp electromagnetic - istoria descoperirii și proprietăți fizice

Fenomenele electrice și magnetice sunt cunoscute omenirii din cele mai vechi timpuri, până la urmă au văzut fulgere și mulți oameni din vechime știau despre magneții care atrag anumite metale. Bateria de la Bagdad, inventată acum 4000 de ani, este una dintre dovezile că omenirea folosea electricitatea cu mult înaintea zilelor noastre și, evident, știa cum funcționează. Cu toate acestea, se crede că până la începutul secolului al XIX-lea, electricitatea și magnetismul au fost întotdeauna considerate separat una de cealaltă, considerate ca fenomene fără legătură și aparținând diferitelor ramuri ale fizicii.

Studiul câmpului magnetic a început în 1269 când omul de știință francez Peter Peregrin (Cavalerul Pierre de Mericourt) a marcat câmpul magnetic pe suprafața unui magnet sferic folosind ace de oțel și a determinat că liniile de câmp magnetic rezultate se intersectează în două puncte pe care le-a numit „poli” prin analogie cu polii Pământului.

Oersted în experimentele sale abia în 1819.a găsit devierea unui ac de busolă plasat lângă un fir care transportă curent și apoi omul de știință a concluzionat că există o anumită legătură între fenomenele electrice și magnetice.

5 ani mai târziu, în 1824, Ampere a reușit să descrie matematic interacțiunea unui fir care transportă curent cu un magnet, precum și interacțiunea firelor între ele, așa că a apărut Legea lui Ampere: „Forța care acționează asupra unui fir purtător de curent plasat într-un câmp magnetic uniform este proporțională cu lungimea firului, vector de inducție magnetică, curentul și sinusul unghiului dintre vectorul de inducție magnetică și firul «.

În ceea ce privește efectul unui magnet asupra unui curent, Ampere a sugerat că în interiorul unui magnet permanent există curenți microscopici închisi care creează un câmp magnetic al magnetului care interacționează cu câmpul magnetic al unui conductor purtător de curent.

După alți 7 ani, în 1831, Faraday a descoperit experimental fenomenul inducției electromagnetice, adică a reușit să stabilească faptul apariției unei forțe electromotoare într-un conductor în momentul în care asupra acestui conductor acţionează un câmp magnetic în schimbare. Uite - aplicarea practică a fenomenului de inducție electromagnetică.

De exemplu, prin mutarea unui magnet permanent în apropierea unui fir, puteți obține un curent pulsatoriu în acesta, iar prin aplicarea unui curent pulsator la una dintre bobine, pe miezul comun de fier cu care se află a doua bobină, un curent pulsator va apar și în a doua bobină.

33 de ani mai târziu, în 1864, Maxwell a reușit să rezumă matematic fenomenele electrice și magnetice deja cunoscute - a creat o teorie a câmpului electromagnetic, conform căreia câmpul electromagnetic include câmpuri electrice și magnetice interconectate. Așadar, datorită lui Maxwell, a devenit posibilă combinarea științifică a rezultatelor experimentelor anterioare în electrodinamică.

O consecință a acestor concluzii importante ale lui Maxwell este predicția lui că, în principiu, orice modificare a câmpului electromagnetic trebuie să genereze unde electromagnetice care se propagă în spațiu și în medii dielectrice cu o anumită viteză finită care depinde de permittivitatea magnetică și dielectrică a mediului. pentru propagare ondulată.

Pentru un vid, această viteză s-a dovedit a fi egală cu viteza luminii, în legătură cu care Maxwell a presupus că lumina este, de asemenea, o undă electromagnetică, iar această presupunere a fost confirmată mai târziu (deși Jung a subliniat natura ondulatorie a luminii cu mult înaintea lui Oersted). experimente).

Maxwell, pe de altă parte, a creat baza matematică pentru electromagnetism, iar în 1884 celebrele ecuații ale lui Maxwell au apărut în formă modernă. În 1887, Hertz a confirmat teoria lui Maxwell despre undele electromagnetice: Receptorul va prelua undele electromagnetice trimise de transmițător.

Electrodinamica clasică se ocupă cu studiul câmpurilor electromagnetice.În cadrul electrodinamicii cuantice, radiația electromagnetică este considerată ca un flux de fotoni, în care interacțiunea electromagnetică este purtată de particule purtătoare — fotoni — bosoni vectoriali fără masă, care pot fi reprezentate ca excitații cuantice elementare ale unui câmp electromagnetic. Prin urmare, un foton ESTE un cuantum al câmpului electromagnetic din perspectiva electrodinamicii cuantice.

Interacțiunea electromagnetică este astăzi considerată una dintre interacțiunile fundamentale din fizică, iar câmpul electromagnetic este unul dintre câmpurile fizice fundamentale alături de câmpurile gravitaționale și fermionice.

Proprietățile fizice ale câmpului electromagnetic

Prezența câmpurilor electrice sau magnetice sau ambele în spațiu poate fi judecată după acțiunea puternică a câmpului electromagnetic asupra unei particule încărcate sau asupra unui curent.

Câmpul electric acționează asupra sarcinilor electrice, atât în ​​mișcare, cât și staționare, cu o anumită forță, în funcție de intensitatea câmpului electric într-un punct dat din spațiu la un moment dat și de mărimea sarcinii de încercare q.

Cunoscând forța (magnitudinea și direcția) cu care acționează câmpul electric asupra sarcinii de testare și cunoscând mărimea sarcinii, se poate găsi intensitatea câmpului electric E într-un punct dat din spațiu.

Un câmp electric este creat de sarcini electrice, liniile sale de forță încep la sarcini pozitive (curg condiționat din ele) și se termină la sarcini negative (curg condiționat în ele). Astfel, sarcinile electrice sunt surse de câmp electric. O altă sursă a câmpului electric este câmpul magnetic în schimbare, care este dovedit matematic de ecuațiile lui Maxwell.

Forța care acționează asupra unei sarcini electrice din partea câmpului electric este parte a forței care acționează asupra unei sarcini date din partea câmpului electromagnetic.

Un câmp magnetic este creat prin sarcini electrice în mișcare (curenți) sau prin câmpuri electrice care variază în timp (după cum se vede în ecuațiile lui Maxwell) și acționează numai asupra sarcinilor electrice în mișcare.

Puterea acțiunii câmpului magnetic asupra unei sarcini în mișcare este proporțională cu inducerea câmpului magnetic, mărimea sarcinii în mișcare, viteza mișcării acesteia și sinusul unghiului dintre vectorul de inducție al câmpului magnetic B. și direcția vitezei de mișcare a încărcăturii. Această forță este adesea denumită forța Lorenzobache este doar partea „magnetică” a acesteia.

De fapt, forța Lorentz include componente electrice și magnetice. Câmpul magnetic este creat prin mișcarea sarcinilor electrice (curenți), liniile sale de forță sunt întotdeauna închise și acoperă curentul.