Elektromagnetisk felt - opdagelseshistorie og fysiske egenskaber

Elektriske og magnetiske fænomener har været kendt af menneskeheden siden oldtiden, trods alt så de lyn, og mange gamle mennesker vidste om magneter, der tiltrækker visse metaller. Bagdad-batteriet, der blev opfundet for 4000 år siden, er et af beviserne på, at menneskeheden brugte elektricitet længe før vore dage og åbenbart vidste, hvordan det fungerede. Det menes dog, at indtil begyndelsen af ​​det 19. århundrede blev elektricitet og magnetisme altid betragtet som adskilt fra hinanden, betragtet som uafhængige fænomener og tilhørende forskellige grene af fysikken.

Undersøgelsen af ​​magnetfeltet begyndte i 1269, da den franske videnskabsmand Peter Peregrin (ridder Pierre af Mericourt) markerede magnetfeltet på overfladen af ​​en sfærisk magnet ved hjælp af stålnåle og fastslog, at de resulterende magnetfeltlinjer skærede hinanden i to punkter, som han kaldte. "poler" i analogi med jordens poler.

Ørsted i sine eksperimenter først i 1819.fandt afbøjningen af ​​en kompasnål placeret nær en strømførende ledning, og så konkluderede videnskabsmanden, at der var en sammenhæng mellem elektriske og magnetiske fænomener.

5 år senere, i 1824, var Ampere i stand til matematisk at beskrive samspillet mellem en strømførende ledning og en magnet, samt ledningernes vekselvirkning med hinanden, så det så ud til Amperes lov: "Den kraft, der virker på en strømførende ledning placeret i et ensartet magnetfelt, er proportional med længden af ​​ledningen, magnetisk induktionsvektor, strøm og sinus af vinklen mellem den magnetiske induktionsvektor og ledningen «.

Med hensyn til effekten af ​​en magnet på en strøm, foreslog Ampere, at der inde i en permanent magnet er mikroskopiske lukkede strømme, der skaber et magnetfelt af magneten, der interagerer med magnetfeltet i en strømførende leder.

Efter yderligere 7 år, i 1831, opdagede Faraday eksperimentelt fænomenet elektromagnetisk induktion, det vil sige, at han formåede at fastslå kendsgerningen om udseendet af en elektromotorisk kraft i en leder i det øjeblik, hvor et skiftende magnetfelt virker på denne leder. Se - praktisk anvendelse af fænomenet elektromagnetisk induktion.

For eksempel ved at flytte en permanent magnet nær en ledning, kan man få en pulserende strøm i den, og ved at tilføre en pulserende strøm til en af ​​spolerne, på den fælles jernkerne, som den anden spole er placeret med, vil en pulserende strøm vises også i den anden spole.

33 år senere, i 1864, lykkedes det Maxwell at opsummere allerede kendte elektriske og magnetiske fænomener matematisk - han skabte en teori om det elektromagnetiske felt, ifølge hvilken det elektromagnetiske felt omfatter indbyrdes forbundne elektriske og magnetiske felter. Så takket være Maxwell blev det muligt videnskabeligt at kombinere resultaterne af tidligere eksperimenter i elektrodynamik.

En konsekvens af disse vigtige konklusioner af Maxwells er hans forudsigelse, at enhver ændring i det elektromagnetiske felt i princippet skal generere elektromagnetiske bølger, der forplanter sig i rummet og i dielektriske medier med en vis endelig hastighed, der afhænger af mediets magnetiske og dielektriske permittivitet. til udbredelse bølget.

For et vakuum viste denne hastighed sig at være lig med lysets hastighed, i forbindelse med hvilken Maxwell antog, at lys også er en elektromagnetisk bølge, og denne antagelse blev senere bekræftet (selv om Jung påpegede lysets bølgenatur længe før Ørsteds eksperimenter).

Maxwell skabte derimod det matematiske grundlag for elektromagnetismen, og i 1884 dukkede Maxwells berømte ligninger op i moderne form. I 1887 bekræftede Hertz Maxwells teori om elektromagnetiske bølger: Modtageren vil opfange de elektromagnetiske bølger, der sendes af senderen.

Klassisk elektrodynamik beskæftiger sig med studiet af elektromagnetiske felter.Inden for rammerne af kvanteelektrodynamik betragtes elektromagnetisk stråling som en strøm af fotoner, hvor den elektromagnetiske interaktion bæres af bærerpartikler - fotoner - masseløse vektorbosoner, som kan repræsenteres som elementære kvanteexcitationer af et elektromagnetisk felt. Derfor er en foton en kvante af det elektromagnetiske felt set fra kvanteelektrodynamikkens perspektiv.

Den elektromagnetiske interaktion betragtes i dag som en af ​​de fundamentale interaktioner i fysikken, og det elektromagnetiske felt er et af de fundamentale fysiske felter sammen med gravitations- og fermionfelterne.

Det elektromagnetiske felts fysiske egenskaber

Tilstedeværelsen af ​​elektriske eller magnetiske felter eller begge dele i rummet kan bedømmes ved den stærke virkning af det elektromagnetiske felt på en ladet partikel eller på en strøm.

Det elektriske felt virker på elektriske ladninger, både bevægelige og stationære, med en vis kraft, afhængig af styrken af ​​det elektriske felt på et givet punkt i rummet på et givet tidspunkt og af størrelsen af ​​testladningen q.

Ved at kende kraften (størrelse og retning), hvormed det elektriske felt virker på testladningen, og ved at kende ladningens størrelse, kan den elektriske feltstyrke E på et givet punkt i rummet findes.

Et elektrisk felt er skabt af elektriske ladninger, dets kraftlinjer begynder ved positive ladninger (strømmer betinget fra dem) og slutter ved negative ladninger (strømmer betinget ind i dem). Således er elektriske ladninger kilder til elektriske felter. En anden kilde til det elektriske felt er det skiftende magnetiske felt, som er matematisk bevist af Maxwells ligninger.

Kraften, der virker på en elektrisk ladning fra siden af ​​det elektriske felt, er en del af kraften, der virker på en given ladning fra siden af ​​det elektromagnetiske felt.

Et magnetfelt skabes ved at bevæge elektriske ladninger (strømme) eller af tidsvarierende elektriske felter (som det ses i Maxwells ligninger) og virker kun på bevægelige elektriske ladninger.

Styrken af ​​magnetfeltets virkning på en ladning i bevægelse er proportional med induktionen af ​​magnetfeltet, størrelsen af ​​den bevægende ladning, hastigheden af ​​dens bevægelse og sinus af vinklen mellem induktionsvektoren af ​​magnetfeltet B og retningen af ​​ladningens bevægelseshastighed. Denne kraft omtales ofte som Lorenzobache-kraften er kun den "magnetiske" del af den.

Faktisk inkluderer Lorentz-kraften elektriske og magnetiske komponenter. Magnetfeltet skabes ved at bevæge elektriske ladninger (strømme), dets kraftlinjer er altid lukkede og dækker strømmen.