Elektromagnētiskais lauks - atklājumu vēsture un fizikālās īpašības
Elektriskās un magnētiskās parādības cilvēcei ir zināmas kopš seniem laikiem, galu galā viņi redzēja zibeni un daudzi senie cilvēki zināja par magnētiem, kas piesaista noteiktus metālus. Bagdādes akumulators, kas izgudrots pirms 4000 gadiem, ir viens no pierādījumiem, ka cilvēce izmantoja elektrību ilgi pirms mūsu dienām un acīmredzami zināja, kā tā darbojas. Tomēr tiek uzskatīts, ka līdz pat 19. gadsimta sākumam elektrība un magnētisms vienmēr tika aplūkoti atsevišķi viens no otra, uzskatīti par nesaistītām parādībām un piederīgām dažādām fizikas nozarēm.
Magnētiskā lauka izpēte sākās 1269. gadā, kad franču zinātnieks Pīters Peregrins (bruņinieks Pjērs no Merikūras) ar tērauda adatām iezīmēja magnētisko lauku uz sfēriska magnēta virsmas un noteica, ka iegūtās magnētiskā lauka līnijas krustojas divos punktos, kurus viņš nosauca. "stabi" pēc analoģijas ar Zemes poliem.
Oersted savos eksperimentos tikai 1819. gadā.atrada kompasa adatas novirzi, kas novietota pie strāvu nesoša vada, un tad zinātnieks secināja, ka pastāv zināma saikne starp elektriskajām un magnētiskajām parādībām.
5 gadus vēlāk, 1824. gadā, Ampere spēja matemātiski aprakstīt strāvu nesoša vada mijiedarbību ar magnētu, kā arī vadu mijiedarbību savā starpā, tāpēc parādījās Ampera likums: "Spēks, kas iedarbojas uz strāvu nesošu vadu, kas novietots vienmērīgā magnētiskajā laukā, ir proporcionāls stieples garumam, magnētiskās indukcijas vektors, strāva un leņķa sinuss starp magnētiskās indukcijas vektoru un vadu «.
Attiecībā uz magnēta ietekmi uz strāvu Ampere ierosināja, ka pastāvīgā magnēta iekšpusē ir mikroskopiskas slēgtas strāvas, kas rada magnēta magnētisko lauku, kas mijiedarbojas ar strāvu nesoša vadītāja magnētisko lauku.
Vēl pēc 7 gadiem, 1831. gadā, Faradejs eksperimentāli atklāja elektromagnētiskās indukcijas fenomenu, tas ir, viņam izdevās konstatēt elektromotora spēka parādīšanās faktu vadītājā brīdī, kad uz šo vadītāju iedarbojas mainīgs magnētiskais lauks. Skaties - elektromagnētiskās indukcijas fenomena praktiskā pielietošana.
Piemēram, pārvietojot pastāvīgo magnētu pie stieples, jūs varat iegūt tajā pulsējošu strāvu, un, pieliekot pulsējošu strāvu vienai no spolēm, uz kopējā dzelzs serdes, ar kuru atrodas otrā spole, radīsies pulsējoša strāva. parādās arī otrajā spolē.
33 gadus vēlāk, 1864. gadā, Maksvelam izdevās matemātiski apkopot jau zināmās elektriskās un magnētiskās parādības — viņš izveidoja elektromagnētiskā lauka teoriju, saskaņā ar kuru elektromagnētiskais lauks ietver savstarpēji savienotus elektriskos un magnētiskos laukus. Tātad, pateicoties Maksvelam, kļuva iespējams zinātniski apvienot iepriekšējo elektrodinamikas eksperimentu rezultātus.
Šo svarīgo Maksvela secinājumu sekas ir viņa prognoze, ka principā jebkurai elektromagnētiskā lauka izmaiņai ir jāģenerē elektromagnētiskie viļņi, kas izplatās telpā un dielektriskos vidē ar noteiktu ierobežotu ātrumu, kas ir atkarīgs no vides magnētiskās un dielektriskās caurlaidības. pavairošanai viļņaini.
Vakuumam šis ātrums izrādījās vienāds ar gaismas ātrumu, saistībā ar kuru Maksvels pieņēma, ka gaisma ir arī elektromagnētiskais vilnis, un šis pieņēmums vēlāk tika apstiprināts (lai gan Jungs norādīja uz gaismas viļņa raksturu jau ilgi pirms Orsteda eksperimenti).
Savukārt Maksvels radīja elektromagnētisma matemātisko pamatu, un 1884. gadā mūsdienu formā parādījās slavenie Maksvela vienādojumi. 1887. gadā Hercs apstiprināja Maksvela teoriju par elektromagnētiskie viļņi: uztvērējs uztvers raidītāja sūtītos elektromagnētiskos viļņus.
Klasiskā elektrodinamika nodarbojas ar elektromagnētisko lauku izpēti.Kvantu elektrodinamikas ietvaros elektromagnētiskais starojums tiek uzskatīts par fotonu plūsmu, kurā elektromagnētisko mijiedarbību veic nesējdaļiņas — fotoni — bezmasas vektorbozoni, kurus var attēlot kā elektromagnētiskā lauka elementārus kvantu ierosmes. Tāpēc fotons IR elektromagnētiskā lauka kvants no kvantu elektrodinamikas viedokļa.
Elektromagnētiskā mijiedarbība mūsdienās tiek uzskatīta par vienu no fundamentālajām mijiedarbībām fizikā, un elektromagnētiskais lauks ir viens no fundamentālajiem fiziskajiem laukiem kopā ar gravitācijas un fermionu laukiem.
Elektromagnētiskā lauka fizikālās īpašības
Elektrisko vai magnētisko lauku vai abu klātbūtni telpā var spriest pēc elektromagnētiskā lauka spēcīgās iedarbības uz lādētu daļiņu vai strāvu.
Elektriskais lauks iedarbojas uz elektriskiem lādiņiem, gan kustīgiem, gan nekustīgiem, ar noteiktu spēku atkarībā no elektriskā lauka stipruma noteiktā telpas punktā noteiktā laikā un no testa lādiņa q lieluma.
Zinot spēku (lielumu un virzienu), ar kādu elektriskais lauks iedarbojas uz testa lādiņu, un zinot lādiņa lielumu, var atrast elektriskā lauka intensitāti E noteiktā telpas punktā.
Elektrisko lauku rada elektriskie lādiņi, tā spēka līnijas sākas pie pozitīvajiem lādiņiem (nosacīti plūst no tiem) un beidzas pie negatīviem lādiņiem (nosacīti ieplūst tajos). Tādējādi elektriskie lādiņi ir elektriskā lauka avoti. Vēl viens elektriskā lauka avots ir mainīgais magnētiskais lauks, ko matemātiski pierāda Maksvela vienādojumi.
Spēks, kas iedarbojas uz elektrisko lādiņu no elektriskā lauka puses, ir daļa no spēka, kas iedarbojas uz noteiktu lādiņu no elektromagnētiskā lauka puses.
Magnētiskais lauks tiek izveidots, pārvietojot elektriskos lādiņus (straumes) vai laika gaitā mainīgos elektriskos laukus (kā redzams Maksvela vienādojumos), un tas iedarbojas tikai uz kustīgiem elektriskiem lādiņiem.
Magnētiskā lauka iedarbības spēks uz kustīgu lādiņu ir proporcionāls magnētiskā lauka indukcijai, kustīgā lādiņa lielumam, tā kustības ātrumam un leņķa sinusam starp magnētiskā lauka B indukcijas vektoru un lādiņa kustības ātruma virzienu. Šo spēku bieži dēvē par Lorenzobaha spēku, kas ir tikai tā "magnētiskā" daļa.
Faktiski Lorenca spēks ietver elektriskās un magnētiskās sastāvdaļas. Magnētiskais lauks tiek radīts, pārvietojot elektriskos lādiņus (strāvas), tā spēka līnijas vienmēr ir slēgtas un pārklāj strāvu.