Elektromagnetické pole - historie objevu a fyzikální vlastnosti

Elektrické a magnetické jevy lidstvo znalo od pradávna, koneckonců viděli blesky a mnoho starověkých lidí vědělo o magnetech, které přitahují určité kovy. Bagdádská baterie, vynalezená před 4000 lety, je jedním z důkazů, že lidstvo využívalo elektřinu dávno před našimi dny a evidentně vědělo, jak funguje. Předpokládá se však, že až do začátku 19. století byly elektřina a magnetismus vždy považovány za oddělené, považovány za nesouvisející jevy a patřící do různých odvětví fyziky.

Studium magnetického pole začalo v roce 1269, kdy francouzský vědec Peter Peregrin (rytíř Pierre z Mericourtu) označil magnetické pole na povrchu kulového magnetu pomocí ocelových jehel a určil, že výsledné magnetické siločáry se protínají ve dvou bodech, které nazval „póly“ analogicky se zemskými póly.

Oersted ve svých experimentech až v roce 1819.našel vychýlení střelky kompasu umístěné poblíž vodiče s proudem a poté vědec dospěl k závěru, že existuje určitá souvislost mezi elektrickými a magnetickými jevy.

O 5 let později, v roce 1824, byl Ampere schopen matematicky popsat interakci vodiče s proudem a magnetem a také vzájemné působení vodičů, takže se zdálo Ampérův zákon: „Síla působící na vodič s proudem umístěný v rovnoměrném magnetickém poli je úměrná délce vodiče, vektor magnetické indukce, proud a sinus úhlu mezi vektorem magnetické indukce a drátem «.

Pokud jde o vliv magnetu na proud, Ampere navrhl, že uvnitř permanentního magnetu jsou mikroskopické uzavřené proudy, které vytvářejí magnetické pole magnetu interagující s magnetickým polem vodiče s proudem.

Po dalších 7 letech, v roce 1831, Faraday experimentálně objevil fenomén elektromagnetické indukce, to znamená, že se mu podařilo prokázat skutečnost, že se ve vodiči objevuje elektromotorická síla v okamžiku, kdy na tento vodič působí měnící se magnetické pole. Dívej se - praktická aplikace jevu elektromagnetické indukce.

Například pohybem permanentního magnetu v blízkosti drátu v něm můžete získat pulzující proud a přivedením pulzujícího proudu do jedné z cívek na společném železném jádru, u kterého je umístěna druhá cívka, bude pulzující proud objevují se také ve druhé cívce.

O 33 let později, v roce 1864, se Maxwellovi podařilo matematicky shrnout již známé elektrické a magnetické jevy — vytvořil teorii elektromagnetického pole, podle níž elektromagnetické pole zahrnuje vzájemně propojená elektrická a magnetická pole. Takže díky Maxwellovi bylo možné vědecky kombinovat výsledky předchozích experimentů v elektrodynamice.

Důsledkem těchto důležitých závěrů Maxwella je jeho předpověď, že v zásadě jakákoli změna v elektromagnetickém poli musí generovat elektromagnetické vlny, které se šíří v prostoru a v dielektrickém prostředí určitou konečnou rychlostí, která závisí na magnetické a dielektrické permitivitě prostředí. pro šíření zvlněná.

Pro vakuum se ukázalo, že tato rychlost je rovna rychlosti světla, v souvislosti s čímž Maxwell předpokládal, že světlo je také elektromagnetické vlnění, a tento předpoklad se později potvrdil (ačkoliv Jung na vlnovou povahu světla poukázal již dávno před Oerstedovým experimenty).

Maxwell na druhé straně vytvořil matematický základ pro elektromagnetismus a v roce 1884 se objevily slavné Maxwellovy rovnice v moderní podobě. V roce 1887 Hertz potvrdil Maxwellovu teorii elektromagnetické vlny: Přijímač zachytí elektromagnetické vlny vysílané vysílačem.

Klasická elektrodynamika se zabývá studiem elektromagnetických polí.V rámci kvantové elektrodynamiky je elektromagnetické záření uvažováno jako tok fotonů, ve kterém je elektromagnetická interakce nesena nosnými částicemi — fotony — bezhmotnými vektorovými bosony, které lze reprezentovat jako elementární kvantové excitace elektromagnetického pole. Foton je tedy z pohledu kvantové elektrodynamiky kvantem elektromagnetického pole.

Elektromagnetická interakce je dnes považována za jednu ze základních interakcí ve fyzice a elektromagnetické pole je jedním ze základních fyzikálních polí spolu s gravitačními a fermionovými poli.

Fyzikální vlastnosti elektromagnetického pole

Přítomnost elektrických nebo magnetických polí nebo obou v prostoru může být posuzována podle silného působení elektromagnetického pole na nabitou částici nebo na proud.

Elektrické pole působí na elektrické náboje, pohybující se i stacionární, určitou silou v závislosti na síle elektrického pole v daném bodě prostoru v daném čase a na velikosti zkušebního náboje q.

Při znalosti síly (velikost a směr), kterou elektrické pole působí na zkušební náboj, a při znalosti velikosti náboje lze zjistit intenzitu elektrického pole E v daném bodě prostoru.

Elektrické pole je vytvářeno elektrickými náboji, jeho siločáry začínají u kladných nábojů (podmíněně z nich proudí) a končí u záporných nábojů (podmíněně do nich proudí). Zdrojem elektrického pole jsou tedy elektrické náboje. Dalším zdrojem elektrického pole je měnící se magnetické pole, které je matematicky prokázáno Maxwellovými rovnicemi.

Síla působící na elektrický náboj ze strany elektrického pole je součástí síly působící na daný náboj ze strany elektromagnetického pole.

Magnetické pole je vytvářeno pohybujícími se elektrickými náboji (proudy) nebo časově proměnnými elektrickými poli (jak je vidět v Maxwellových rovnicích) a působí pouze na pohybující se elektrické náboje.

Síla působení magnetického pole na pohybující se náboj je úměrná indukci magnetického pole, velikosti pohybujícího se náboje, rychlosti jeho pohybu a sinusu úhlu mezi vektorem indukce magnetického pole B. a směr rychlosti pohybu náboje. Tato síla je často označována jako Lorenzobachova síla, která je pouze její "magnetickou" částí.

Lorentzova síla ve skutečnosti zahrnuje elektrické a magnetické složky. Magnetické pole vzniká pohybem elektrických nábojů (proudů), jeho siločáry jsou vždy uzavřené a proud překrývají.