Elektromagnetväli – avastamise ajalugu ja füüsikalised omadused

Elektrilised ja magnetilised nähtused on inimkonnale teada juba iidsetest aegadest, nägid ju välku ja paljud iidsed inimesed teadsid magnetitest, mis tõmbavad teatud metalle. 4000 aastat tagasi leiutatud Bagdadi aku on üks tõendeid selle kohta, et inimkond kasutas elektrit juba ammu enne meie päevi ja ilmselt teadis, kuidas see töötab. Siiski arvatakse, et kuni 19. sajandi alguseni käsitleti elektrit ja magnetismi alati teineteisest lahus, käsitleti kui omavahel mitteseotud ja erinevatesse füüsikaharudesse kuuluvaid nähtusi.

Magnetvälja uurimine sai alguse 1269. aastal, kui prantsuse teadlane Peter Peregrin (Knight Pierre of Mericourt) märkis terasnõelte abil magnetvälja sfäärilise magneti pinnale ja tegi kindlaks, et saadud magnetvälja jooned lõikuvad kahes punktis, mida ta nimetas. "poolused" analoogselt Maa poolustega.

Oersted oma katsetes alles 1819. aastal.leidis voolu juhtiva juhtme lähedusse asetatud kompassinõela läbipainde ja siis järeldas teadlane, et elektriliste ja magnetiliste nähtuste vahel on mingi seos.

5 aastat hiljem, 1824. aastal, suutis Ampere matemaatiliselt kirjeldada voolu juhtiva juhtme ja magneti vastastikmõju, aga ka juhtmete vastastikmõju, nii et see ilmnes Ampere'i seadus: "Ühtsasse magnetvälja asetatud voolu juhtivale juhtmele mõjuv jõud on võrdeline juhtme pikkusega, magnetinduktsiooni vektor, magnetinduktsiooni vektori ja juhtme vahelise nurga vool ja siinus «.

Seoses magneti mõjuga voolule tegi Ampere ettepaneku, et püsimagneti sees on mikroskoopilised suletud voolud, mis loovad magneti magnetvälja, mis interakteerub voolu juhtiva juhi magnetväljaga.

Veel 7 aasta pärast, aastal 1831, avastas Faraday eksperimentaalselt elektromagnetilise induktsiooni nähtuse, see tähendab, et tal õnnestus kindlaks teha elektromotoorjõu ilmnemise fakt juhis hetkel, mil sellele juhile mõjub muutuv magnetväli. Vaata - elektromagnetilise induktsiooni nähtuse praktiline rakendamine.

Näiteks liigutades püsimagnetit juhtme lähedusse, saate sellesse pulseeriva voolu ja ühele mähisele pulseerivat voolu rakendades, ühisel raudsüdamikul, millega teine ​​mähis asub, tekib pulseeriv vool. ilmuvad ka teises mähises.

33 aastat hiljem, 1864. aastal õnnestus Maxwellil juba teadaolevad elektri- ja magnetnähtused matemaatiliselt kokku võtta — ta lõi elektromagnetvälja teooria, mille kohaselt elektromagnetväli hõlmab omavahel seotud elektri- ja magnetvälju. Nii sai tänu Maxwellile võimalik varasemate elektrodünaamika katsete tulemusi teaduslikult ühendada.

Nende Maxwelli oluliste järelduste tagajärg on tema ennustus, et põhimõtteliselt peab igasugune elektromagnetvälja muutus tekitama elektromagnetlaineid, mis levivad ruumis ja dielektrilises keskkonnas teatud piiratud kiirusega, mis sõltub keskkonna magnetilisest ja dielektrilisest läbilaskvusest. levimiseks laineline.

Vaakumi jaoks osutus see kiirus võrdseks valguse kiirusega, millega seoses eeldas Maxwell, et valgus on ka elektromagnetlaine ja see oletus leidis hiljem kinnitust (kuigi Jung tõi valguse lainelise olemuse välja juba ammu enne Oerstedi katsed).

Maxwell aga lõi elektromagnetismi matemaatilise aluse ja 1884. aastal ilmusid Maxwelli kuulsad võrrandid tänapäevasel kujul. 1887. aastal kinnitas Hertz Maxwelli teooriat elektromagnetlained: vastuvõtja võtab vastu saatja saadetud elektromagnetlaineid.

Klassikaline elektrodünaamika tegeleb elektromagnetväljade uurimisega.Kvantelektrodünaamika raames käsitletakse elektromagnetkiirgust kui footonite voogu, milles elektromagnetilist interaktsiooni kannavad kandjaosakesed — footonid — massita vektorbosonid, mida saab kujutada elektromagnetvälja elementaarsete kvantergastustena. Seetõttu ON footon kvantelektrodünaamika vaatenurgast elektromagnetvälja kvant.

Elektromagnetilist interaktsiooni peetakse tänapäeval üheks põhilisemaks koostoimeks füüsikas ja elektromagnetväli on koos gravitatsiooni- ja fermioonväljadega üks põhilisi füüsikalisi väljasid.

Elektromagnetvälja füüsikalised omadused

Elektri- või magnetvälja või mõlema olemasolu ruumis saab hinnata elektromagnetvälja tugeva toime järgi laetud osakesele või voolule.

Elektriväli mõjub nii liikuvatele kui ka seisvatele elektrilaengutele teatud jõuga, olenevalt elektrivälja tugevusest antud ruumipunktis antud ajahetkel ja katselaengu q suurusest.

Teades jõudu (suurust ja suunda), millega elektriväli katselaengule mõjub, ja teades laengu suurust, saab leida elektrivälja tugevuse E antud ruumipunktis.

Elektrivälja tekitavad elektrilaengud, selle jõujooned algavad positiivsetest laengutest (tinglikult voolavad neist) ja lõpevad negatiivsete laengutega (tinglikult voolavad neisse). Seega on elektrilaengud elektrivälja allikad. Teine elektrivälja allikas on muutuv magnetväli, mis on matemaatiliselt tõestatud Maxwelli võrranditega.

Elektrilaengule elektrivälja küljelt mõjuv jõud on osa jõust, mis mõjub antud laengule elektromagnetvälja küljelt.

Magnetväli tekib liikuvate elektrilaengute (voolude) või ajas muutuvate elektriväljade mõjul (nagu on näha Maxwelli võrrandites) ja see toimib ainult liikuvatele elektrilaengutele.

Magnetvälja toime tugevus liikuvale laengule on võrdeline magnetvälja induktsiooniga, liikuva laengu suuruse, liikumise kiiruse ja magnetvälja B induktsioonivektori vahelise nurga siinusega ja laengu liikumiskiiruse suund. Seda jõudu nimetatakse sageli Lorenzobache jõuks, mis on ainult selle "magnetiline" osa.

Tegelikult hõlmab Lorentzi jõud elektrilisi ja magnetilisi komponente. Magnetväli tekib liikuvate elektrilaengute (voolude) toimel, selle jõujooned on alati suletud ja katavad voolu.