Електромагнетно поље - историја открића и физичка својства

Електрични и магнетни феномени познати су човечанству од давнина, уосталом видели су муње и многи древни људи су знали за магнете који привлаче одређене метале. Багдадска батерија, измишљена пре 4000 година, један је од доказа да је човечанство користило електричну енергију много пре наших дана и очигледно знало како она функционише. Међутим, верује се да су до почетка 19. века електрицитет и магнетизам увек сматрани одвојено један од другог, сматрани неповезаним појавама и припадајући различитим гранама физике.

Проучавање магнетног поља почело је 1269. године када је француски научник Петер Перегрин (витез Пјер од Мерикура) помоћу челичних игала означио магнетно поље на површини сферног магнета и утврдио да се настале линије магнетног поља секу у две тачке које је назвао „полове“ по аналогији са Земљиним половима.

Ерстед у својим експериментима тек 1819. године.пронашао отклон игле компаса постављеног у близини жице која води струју, а онда је научник закључио да постоји нека веза између електричних и магнетних феномена.

5 година касније, 1824. године, Ампер је био у стању да математички опише интеракцију жице која носи струју са магнетом, као и интеракцију жица једна са другом, тако да се испоставило да Амперов закон: „Сила која делује на жицу са струјом смештену у једнолично магнетно поље пропорционална је дужини жице, вектор магнетне индукције, струја и синус угла између вектора магнетне индукције и жице «.

Што се тиче утицаја магнета на струју, Ампер је сугерисао да унутар сталног магнета постоје микроскопске затворене струје које стварају магнетно поље магнета у интеракцији са магнетним пољем проводника који носи струју.

После још 7 година, 1831. године, Фарадеј је експериментално открио феномен електромагнетне индукције, односно успео је да утврди чињеницу појаве електромоторне силе у проводнику у тренутку када на овај проводник делује променљиво магнетно поље. Погледај - практична примена феномена електромагнетне индукције.

На пример, померањем сталног магнета у близини жице, можете добити пулсирајућу струју у њему, а применом пулсирајуће струје на један од намотаја, на заједничко гвоздено језгро са којим се налази други калем, пулсирајућа струја ће такође се појављују у другом калему.

33 године касније, 1864, Максвел је успео да математички сумира већ познате електричне и магнетне појаве — створио је теорију електромагнетног поља, према којој електромагнетно поље укључује међусобно повезана електрична и магнетна поља. Дакле, захваљујући Максвелу, постало је могуће научно комбиновати резултате претходних експеримената у електродинамици.

Последица ових важних Максвелових закључака је његово предвиђање да, у принципу, свака промена електромагнетног поља мора да генерише електромагнетне таласе који се шире у простору и у диелектричним медијима са одређеном коначном брзином која зависи од магнетне и диелектричне пермитивности средине. за ширење таласасто.

За вакуум се испоставило да је ова брзина једнака брзини светлости, у вези са чим је Максвел претпоставио да је светлост такође електромагнетни талас, а ова претпоставка је касније потврђена (иако је Јунг указао на таласну природу светлости много пре Ерстедовог експерименти).

Максвел је, с друге стране, створио математичку основу за електромагнетизам, а 1884. године појавиле су се познате Максвелове једначине у модерном облику. Године 1887. Херц је потврдио Максвелову теорију о електромагнетни таласи: Пријемник ће покупити електромагнетне таласе које шаље предајник.

Класична електродинамика се бави проучавањем електромагнетних поља.У оквиру квантне електродинамике, електромагнетно зрачење се посматра као ток фотона, у коме електромагнетну интеракцију носе честице носача — фотони — векторски бозони без масе, који се могу представити као елементарне квантне побуде електромагнетног поља. Дакле, фотон ЈЕ квант електромагнетног поља из перспективе квантне електродинамике.

Електромагнетна интеракција се данас сматра једном од фундаменталних интеракција у физици, а електромагнетно поље је једно од основних физичких поља заједно са гравитационим и фермионским пољима.

Физичка својства електромагнетног поља

Присуство електричног или магнетног поља или оба у простору може се проценити по јаком деловању електромагнетног поља на наелектрисану честицу или на струју.

Електрично поље делује на електрична наелектрисања, како покретна тако и непокретна, са одређеном силом, у зависности од јачине електричног поља у датој тачки простора у датом тренутку и од величине пробног наелектрисања к.

Познавајући силу (величину и правац) којом електрично поље делује на испитно наелектрисање и знајући величину наелектрисања, може се наћи јачина електричног поља Е у датој тачки простора.

Електрично поље стварају електрична наелектрисања, његове линије силе почињу од позитивних наелектрисања (условно теку из њих) и завршавају се код негативних наелектрисања (условно се уливају у њих). Дакле, електрични набоји су извори електричног поља. Други извор електричног поља је променљиво магнетно поље, што је математички доказано Максвеловим једначинама.

Сила која делује на електрично наелектрисање са стране електричног поља је део силе која делује на дато наелектрисање са стране електромагнетног поља.

Магнетно поље се ствара померањем електричних наелектрисања (струја) или електричним пољима која се мењају у времену (као што се види у Максвеловим једначинама) и делује само на покретна електрична наелектрисања.

Јачина дејства магнетног поља на покретно наелектрисање пропорционална је индукцији магнетног поља, величини покретног наелектрисања, брзини његовог кретања и синусу угла између вектора индукције магнетног поља Б. и смер брзине кретања наелектрисања. Ова сила се често назива Лорензобацхеова сила само је њен "магнетни" део.

У ствари, Лоренцова сила укључује електричне и магнетне компоненте. Магнетно поље настаје кретањем електричних наелектрисања (струја), његове линије силе су увек затворене и покривају струју.