Elektromagnetisk felt - oppdagelseshistorie og fysiske egenskaper

Elektriske og magnetiske fenomener har vært kjent for menneskeheten siden antikken, tross alt så de lyn og mange eldgamle mennesker visste om magneter som tiltrekker seg visse metaller. Bagdad-batteriet, oppfunnet for 4000 år siden, er et av bevisene på at menneskeheten brukte elektrisitet lenge før våre dager og åpenbart visste hvordan det fungerte. Imidlertid antas det at frem til begynnelsen av 1800-tallet ble elektrisitet og magnetisme alltid betraktet separat fra hverandre, betraktet som urelaterte fenomener og tilhørende ulike grener av fysikken.

Studiet av magnetfeltet begynte i 1269 da den franske forskeren Peter Peregrin (Ridder Pierre av Mericourt) markerte magnetfeltet på overflaten av en sfærisk magnet ved hjelp av stålnåler og fant ut at de resulterende magnetfeltlinjene krysset hverandre i to punkter som han kalte. "poler" i analogi med jordens poler.

Oersted i sine eksperimenter først i 1819.fant avbøyningen av en kompassnål plassert nær en strømførende ledning, og så konkluderte forskeren med at det var en sammenheng mellom elektriske og magnetiske fenomener.

5 år senere, i 1824, var Ampere i stand til matematisk å beskrive samspillet mellom en strømførende ledning med en magnet, så vel som samspillet mellom ledninger med hverandre, så det så ut til at Amperes lov: "Kraften som virker på en strømførende ledning plassert i et jevnt magnetfelt er proporsjonal med lengden på ledningen, magnetisk induksjonsvektor, strøm og sinus av vinkelen mellom den magnetiske induksjonsvektoren og ledningen «.

Når det gjelder effekten av en magnet på en strøm, foreslo Ampere at inne i en permanent magnet er det mikroskopiske lukkede strømmer som skaper et magnetfelt av magneten som samhandler med magnetfeltet til en strømførende leder.

Etter ytterligere 7 år, i 1831, oppdaget Faraday eksperimentelt fenomenet elektromagnetisk induksjon, det vil si at han klarte å fastslå faktumet om utseendet til en elektromotorisk kraft i en leder i det øyeblikket et skiftende magnetfelt virker på denne lederen. Se - praktisk anvendelse av fenomenet elektromagnetisk induksjon.

For eksempel, ved å flytte en permanent magnet nær en ledning, kan du få en pulserende strøm i den, og ved å legge en pulserende strøm på en av spolene, på den felles jernkjernen som den andre spolen er plassert med, vil en pulserende strøm vises også i den andre spolen.

33 år senere, i 1864, lyktes Maxwell i å oppsummere allerede kjente elektriske og magnetiske fenomener matematisk - han skapte en teori om det elektromagnetiske feltet, ifølge hvilken det elektromagnetiske feltet inkluderer sammenkoblede elektriske og magnetiske felt. Så, takket være Maxwell, ble det mulig å vitenskapelig kombinere resultatene fra tidligere eksperimenter innen elektrodynamikk.

En konsekvens av disse viktige konklusjonene til Maxwell er hans spådom om at enhver endring i det elektromagnetiske feltet i prinsippet må generere elektromagnetiske bølger som forplanter seg i rommet og i dielektriske medier med en viss begrenset hastighet som avhenger av den magnetiske og dielektriske permittiviteten til mediet. for forplantning bølget.

For et vakuum viste denne hastigheten seg å være lik lysets hastighet, i forbindelse med at Maxwell antok at lys også er en elektromagnetisk bølge, og denne antagelsen ble senere bekreftet (selv om Jung påpekte lysets bølgenatur lenge før Oersteds eksperimenter).

Maxwell på sin side skapte det matematiske grunnlaget for elektromagnetisme, og i 1884 dukket Maxwells berømte ligninger opp i moderne form. I 1887 bekreftet Hertz Maxwells teori om elektromagnetiske bølger: Mottakeren vil fange opp de elektromagnetiske bølgene som sendes av senderen.

Klassisk elektrodynamikk omhandler studiet av elektromagnetiske felt.I rammen av kvanteelektrodynamikk betraktes elektromagnetisk stråling som en strøm av fotoner, der den elektromagnetiske interaksjonen bæres av bærerpartikler - fotoner - masseløse vektorbosoner, som kan representeres som elementære kvanteeksitasjoner av et elektromagnetisk felt. Derfor er et foton et kvante av det elektromagnetiske feltet fra kvanteelektrodynamikkens perspektiv.

Den elektromagnetiske interaksjonen regnes i dag som en av de grunnleggende interaksjonene i fysikk, og det elektromagnetiske feltet er et av de fundamentale fysiske feltene sammen med gravitasjons- og fermioniske felt.

Fysiske egenskaper til det elektromagnetiske feltet

Tilstedeværelsen av elektriske eller magnetiske felt eller begge deler i rommet kan bedømmes ved den sterke virkningen av det elektromagnetiske feltet på en ladet partikkel eller på en strøm.

Det elektriske feltet virker på elektriske ladninger, både bevegelige og stasjonære, med en viss kraft, avhengig av styrken til det elektriske feltet på et gitt punkt i rommet til et gitt tidspunkt og størrelsen på testladningen q.

Når man kjenner kraften (størrelse og retning) som det elektriske feltet virker på testladningen med, og kjenner størrelsen på ladningen, kan man finne den elektriske feltstyrken E på et gitt punkt i rommet.

Et elektrisk felt er skapt av elektriske ladninger, dets kraftlinjer begynner ved positive ladninger (betinget strømmer fra dem) og slutter ved negative ladninger (betinget strømmer inn i dem). Dermed er elektriske ladninger kilder til elektrisk felt. En annen kilde til det elektriske feltet er det skiftende magnetiske feltet, som er matematisk bevist av Maxwells ligninger.

Kraften som virker på en elektrisk ladning fra siden av det elektriske feltet er en del av kraften som virker på en gitt ladning fra siden av det elektromagnetiske feltet.

Et magnetfelt skapes ved å bevege elektriske ladninger (strømmer) eller av tidsvarierende elektriske felt (som sett i Maxwells ligninger) og virker kun på elektriske ladninger i bevegelse.

Styrken på virkningen av magnetfeltet på en bevegelig ladning er proporsjonal med induksjonen av magnetfeltet, størrelsen på den bevegelige ladningen, hastigheten på dens bevegelse og sinusen til vinkelen mellom induksjonsvektoren til magnetfeltet B og retningen for bevegelseshastigheten til ladningen. Denne kraften blir ofte referert til som Lorenzobache-kraften er bare den "magnetiske" delen av den.

Faktisk inkluderer Lorentz-kraften elektriske og magnetiske komponenter. Magnetfeltet skapes ved å bevege elektriske ladninger (strømmer), dets kraftlinjer er alltid lukket og dekker strømmen.