Elektromagnetinis laukas – atradimų istorija ir fizinės savybės
Elektriniai ir magnetiniai reiškiniai žmonijai žinomi nuo senų senovės, juk jie matė žaibus ir daugelis senovės žmonių žinojo apie magnetus, kurie pritraukia tam tikrus metalus. Bagdado baterija, išrasta prieš 4000 metų, yra vienas iš įrodymų, kad žmonija naudojo elektrą dar gerokai prieš mūsų dienas ir akivaizdžiai žinojo, kaip ji veikia. Tačiau manoma, kad iki XIX amžiaus pradžios elektra ir magnetizmas visada buvo laikomi atskirai vienas nuo kito, laikomi nesusiję reiškiniais ir priklausantys skirtingoms fizikos šakoms.
Magnetinio lauko tyrimas prasidėjo 1269 m., kai prancūzų mokslininkas Peteris Peregrinas (riteris Pierre of Mericourt) pažymėjo magnetinį lauką sferinio magneto paviršiuje, naudodamas plienines adatas ir nustatė, kad susidariusios magnetinio lauko linijos susikerta dviejuose taškuose, kuriuos jis pavadino. „stulpai“ pagal analogiją su Žemės ašigaliais.
Oersted savo eksperimentuose tik 1819 m.aptiko kompaso adatos, esančios šalia srovę nešančio laido, įlinkį, o tada mokslininkas padarė išvadą, kad yra tam tikras ryšys tarp elektrinių ir magnetinių reiškinių.
Po 5 metų, 1824 m., Ampere sugebėjo matematiškai aprašyti srovę nešančio laido sąveiką su magnetu, taip pat laidų tarpusavio sąveiką, todėl atsirado Ampero dėsnis: "Jėga, veikianti srovę nešantį laidą, įdėtą į vienodą magnetinį lauką, yra proporcinga laido ilgiui, magnetinės indukcijos vektorius, srovė ir kampo tarp magnetinės indukcijos vektoriaus ir laido sinusas «.
Kalbant apie magneto poveikį srovei, Ampere'as pasiūlė, kad nuolatinio magneto viduje yra mikroskopinės uždaros srovės, kurios sukuria magnetinį magnetinį lauką, sąveikaujantį su srovę nešančio laidininko magnetiniu lauku.
Po dar 7 metų, 1831 m., Faradėjus eksperimentiškai atrado elektromagnetinės indukcijos reiškinį, tai yra, jam pavyko nustatyti elektrovaros jėgos atsiradimo laidininke faktą tuo metu, kai kintantis magnetinis laukas veikia šį laidininką. Žiūrėk - elektromagnetinės indukcijos reiškinio praktinis pritaikymas.
Pavyzdžiui, perkeliant nuolatinį magnetą šalia laido, jame galima gauti pulsuojančią srovę, o įjungus pulsuojančią srovę į vieną iš ritių, ant bendros geležies šerdies, su kuria yra antroji ritė, pulsuojanti srovė. taip pat atsiranda antroje ritėje.
Po 33 metų, 1864 m., Maksvelui pavyko matematiškai apibendrinti jau žinomus elektrinius ir magnetinius reiškinius – jis sukūrė elektromagnetinio lauko teoriją, pagal kurią elektromagnetinis laukas apima tarpusavyje sujungtus elektrinius ir magnetinius laukus. Taigi Maksvelo dėka atsirado galimybė moksliškai sujungti ankstesnių elektrodinamikos eksperimentų rezultatus.
Šių svarbių Maksvelo išvadų pasekmė yra jo prognozė, kad iš esmės bet koks elektromagnetinio lauko pokytis turi generuoti elektromagnetines bangas, kurios sklinda erdvėje ir dielektrinėse terpėse tam tikru baigtiniu greičiu, kuris priklauso nuo terpės magnetinio ir dielektrinio laidumo. sklidimui banguotas.
Vakuumui šis greitis pasirodė lygus šviesos greičiui, dėl kurio Maksvelas padarė prielaidą, kad šviesa taip pat yra elektromagnetinė banga, ir ši prielaida vėliau buvo patvirtinta (nors Jungas atkreipė dėmesį į šviesos banginį pobūdį dar prieš Oerstedą. eksperimentai).
Kita vertus, Maksvelas sukūrė matematinį elektromagnetizmo pagrindą, o 1884 m. garsiosios Maksvelo lygtys pasirodė modernia forma. 1887 m. Hertzas patvirtino Maxwello teoriją elektromagnetines bangas: imtuvas priims siųstuvo siunčiamas elektromagnetines bangas.
Klasikinė elektrodinamika tiria elektromagnetinius laukus.Kvantinės elektrodinamikos kontekste elektromagnetinė spinduliuotė laikoma fotonų srautu, kuriame elektromagnetinę sąveiką neša dalelės - fotonai - bemasiai vektoriniai bozonai, kuriuos galima pavaizduoti kaip elementarius elektromagnetinio lauko kvantinius sužadinimus. Todėl kvantinės elektrodinamikos požiūriu fotonas YRA elektromagnetinio lauko kvantas.
Elektromagnetinė sąveika šiandien laikoma viena iš pagrindinių fizikos sąveikų, o elektromagnetinis laukas kartu su gravitaciniais ir fermioniniais laukais yra vienas iš pagrindinių fizinių laukų.
Elektromagnetinio lauko fizikinės savybės
Elektrinių ar magnetinių laukų arba abiejų buvimą erdvėje galima spręsti pagal stiprų elektromagnetinio lauko poveikį įkrautai dalelei arba srovei.
Elektrinis laukas veikia elektrinius krūvius, tiek judančius, tiek nejudančius, tam tikra jėga, priklausomai nuo elektrinio lauko stiprumo tam tikrame erdvės taške tam tikru laiku ir nuo bandomojo krūvio q dydžio.
Žinant jėgą (dydį ir kryptį), kuria elektrinis laukas veikia bandomąjį krūvį, ir žinant krūvio dydį, galima rasti elektrinio lauko stiprumą E tam tikrame erdvės taške.
Elektrinį lauką sukuria elektros krūviai, jo jėgų linijos prasideda nuo teigiamų krūvių (sąlygiškai teka iš jų) ir baigiasi neigiamais krūviais (sąlygiškai į juos patenka). Taigi elektros krūviai yra elektrinio lauko šaltiniai. Kitas elektrinio lauko šaltinis yra kintantis magnetinis laukas, kurį matematiškai įrodo Maksvelo lygtys.
Jėga, veikianti elektrinį krūvį iš elektrinio lauko pusės, yra jėgos, veikiančios tam tikrą krūvį iš elektromagnetinio lauko pusės, dalis.
Magnetinis laukas sukuriamas judant elektros krūviams (srovėms) arba laikui bėgant kintančių elektrinių laukų (kaip matyti Maksvelo lygtyse) ir veikia tik judančius elektros krūvius.
Magnetinio lauko poveikio judančiam krūviui stiprumas yra proporcingas magnetinio lauko indukcijai, judančio krūvio dydžiui, jo judėjimo greičiui ir kampo tarp magnetinio lauko indukcijos vektoriaus B sinusui. ir krūvio judėjimo greičio kryptį. Ši jėga dažnai vadinama Lorenzobacho jėga yra tik „magnetinė“ jos dalis.
Tiesą sakant, Lorenco jėga apima elektrinius ir magnetinius komponentus. Magnetinis laukas susidaro judant elektros krūviams (srovėms), jo jėgos linijos visada uždaros ir dengia srovę.