Elektromagnetisch veld - geschiedenis van ontdekking en fysische eigenschappen

Elektrische en magnetische verschijnselen zijn al sinds de oudheid bij de mensheid bekend, ze zagen tenslotte bliksem en veel oude mensen wisten van magneten die bepaalde metalen aantrekken. De Bagdad-batterij, 4000 jaar geleden uitgevonden, is een van de bewijzen dat de mensheid lang voor onze dagen elektriciteit gebruikte en duidelijk wist hoe het werkte. Er wordt echter aangenomen dat elektriciteit en magnetisme tot het begin van de 19e eeuw altijd afzonderlijk van elkaar werden beschouwd, als niet-gerelateerde verschijnselen werden beschouwd en tot verschillende takken van de natuurkunde behoorden.

De studie van het magnetische veld begon in 1269 toen de Franse wetenschapper Peter Peregrin (Ridder Pierre van Mericourt) het magnetische veld op het oppervlak van een bolvormige magneet markeerde met behulp van stalen naalden en vaststelde dat de resulterende magnetische veldlijnen elkaar kruisten op twee punten die hij noemde "polen" naar analogie met de polen van de aarde.

Oersted in zijn experimenten pas in 1819.vond de afbuiging van een kompasnaald die in de buurt van een stroomvoerende draad was geplaatst, en toen concludeerde de wetenschapper dat er een verband was tussen elektrische en magnetische verschijnselen.

5 jaar later, in 1824, was Ampere in staat om de interactie van een stroomvoerende draad met een magneet wiskundig te beschrijven, evenals de interactie van draden met elkaar, zo bleek De wet van Ampere: "De kracht die werkt op een stroomvoerende draad die in een uniform magnetisch veld is geplaatst, is evenredig met de lengte van de draad, magnetische inductievector, stroom en sinus van de hoek tussen de magnetische inductievector en de draad «.

Met betrekking tot het effect van een magneet op een stroom, suggereerde Ampere dat er binnen een permanente magneet microscopisch kleine gesloten stromen zijn die een magnetisch veld van de magneet creëren dat in wisselwerking staat met het magnetische veld van een stroomvoerende geleider.

Na nog eens 7 jaar, in 1831, ontdekte Faraday experimenteel het fenomeen van elektromagnetische inductie, dat wil zeggen, hij slaagde erin vast te stellen dat er een elektromotorische kracht in een geleider verschijnt op het moment dat een veranderend magnetisch veld op deze geleider inwerkt. Kijk - praktische toepassing van het fenomeen elektromagnetische inductie.

Door bijvoorbeeld een permanente magneet in de buurt van een draad te brengen, kun je er een pulserende stroom in krijgen, en door een pulserende stroom op een van de spoelen aan te leggen, op de gemeenschappelijke ijzeren kern waarmee de tweede spoel zich bevindt, zal er een pulserende stroom ontstaan. verschijnen ook in de tweede spoel.

33 jaar later, in 1864, slaagde Maxwell erin reeds bekende elektrische en magnetische verschijnselen wiskundig samen te vatten - hij creëerde een theorie van het elektromagnetische veld, volgens welke het elektromagnetische veld onderling verbonden elektrische en magnetische velden omvat. Dus dankzij Maxwell werd het mogelijk om de resultaten van eerdere experimenten in de elektrodynamica wetenschappelijk te combineren.

Een gevolg van deze belangrijke conclusies van Maxwell is zijn voorspelling dat in principe elke verandering in het elektromagnetische veld elektromagnetische golven moet genereren die zich voortplanten in de ruimte en in diëlektrische media met een bepaalde eindige snelheid die afhangt van de magnetische en diëlektrische permittiviteit van het medium. voor voortplanting golvend.

Voor een vacuüm bleek deze snelheid gelijk te zijn aan de lichtsnelheid, in verband waarmee Maxwell aannam dat licht ook een elektromagnetische golf is, en deze veronderstelling werd later bevestigd (hoewel Jung lang voordat Oersted op de golfkarakteristiek van licht wees) experimenten).

Maxwell, aan de andere kant, creëerde de wiskundige basis voor elektromagnetisme, en in 1884 verschenen de beroemde vergelijkingen van Maxwell in moderne vorm. In 1887 bevestigde Hertz de theorie van Maxwell elektromagnetische golven: De ontvanger pikt de elektromagnetische golven op die door de zender worden uitgezonden.

Klassieke elektrodynamica houdt zich bezig met de studie van elektromagnetische velden.In het kader van de kwantumelektrodynamica wordt elektromagnetische straling beschouwd als een stroom van fotonen, waarin de elektromagnetische interactie wordt gedragen door dragerdeeltjes - fotonen - massaloze vectorbosonen, die kunnen worden weergegeven als elementaire kwantumexcitaties van een elektromagnetisch veld. Daarom IS een foton een kwantum van het elektromagnetische veld vanuit het perspectief van de kwantumelektrodynamica.

De elektromagnetische interactie wordt tegenwoordig beschouwd als een van de fundamentele interacties in de natuurkunde, en het elektromagnetische veld is een van de fundamentele fysieke velden, samen met de zwaartekracht- en fermionische velden.

Fysische eigenschappen van het elektromagnetische veld

De aanwezigheid van elektrische of magnetische velden of beide in de ruimte kan worden beoordeeld aan de hand van de sterke werking van het elektromagnetische veld op een geladen deeltje of op een stroom.

Het elektrische veld werkt op elektrische ladingen, zowel bewegende als stationaire, met een bepaalde kracht, afhankelijk van de sterkte van het elektrische veld op een bepaald punt in de ruimte op een bepaald tijdstip en van de grootte van de testlading q.

Als we de kracht kennen (omvang en richting) waarmee het elektrische veld op de testlading inwerkt, en als we de grootte van de lading kennen, kan de elektrische veldsterkte E op een bepaald punt in de ruimte worden gevonden.

Een elektrisch veld wordt gecreëerd door elektrische ladingen, de krachtlijnen beginnen bij positieve ladingen (vloeien er voorwaardelijk uit) en eindigen bij negatieve ladingen (vloeien er voorwaardelijk in). Elektrische ladingen zijn dus bronnen van een elektrisch veld. Een andere bron van het elektrische veld is het veranderende magnetische veld, dat wiskundig wordt bewezen door de vergelijkingen van Maxwell.

De kracht die vanaf de kant van het elektrische veld op een elektrische lading werkt, maakt deel uit van de kracht die vanaf de kant van het elektromagnetische veld op een bepaalde lading werkt.

Een magnetisch veld wordt gecreëerd door bewegende elektrische ladingen (stromen) of door in de tijd variërende elektrische velden (zoals te zien in de vergelijkingen van Maxwell) en werkt alleen op bewegende elektrische ladingen.

De sterkte van de werking van het magnetische veld op een bewegende lading is evenredig met de inductie van het magnetische veld, de grootte van de bewegende lading, de snelheid van zijn beweging en de sinus van de hoek tussen de inductievector van het magnetische veld B en de richting van de bewegingssnelheid van de lading. Deze kracht wordt vaak de Lorenzobache-kracht genoemd en is slechts het "magnetische" deel ervan.

In feite omvat de Lorentzkracht elektrische en magnetische componenten. Het magnetische veld wordt gecreëerd door elektrische ladingen (stromen) te verplaatsen, de krachtlijnen zijn altijd gesloten en dekken de stroom af.