Electromagnetic field - kasaysayan ng pagtuklas at pisikal na katangian

Ang mga electric at magnetic phenomena ay kilala sa sangkatauhan mula noong sinaunang panahon, pagkatapos ng lahat ay nakakita sila ng kidlat at maraming mga sinaunang tao ang nakakaalam tungkol sa mga magnet na umaakit sa ilang mga metal. Ang baterya ng Baghdad, na naimbento 4000 taon na ang nakalilipas, ay isa sa mga patunay na ang sangkatauhan ay gumamit ng kuryente bago pa ang ating mga araw at malinaw na alam kung paano ito gumagana. Gayunpaman, pinaniniwalaan na hanggang sa simula ng ika-19 na siglo, ang kuryente at magnetismo ay palaging itinuturing na hiwalay sa isa't isa, na itinuturing na hindi nauugnay na mga phenomena at kabilang sa iba't ibang sangay ng pisika.

Ang pag-aaral ng magnetic field ay nagsimula noong 1269 nang markahan ng French scientist na si Peter Peregrin (Knight Pierre ng Mericourt) ang magnetic field sa ibabaw ng isang spherical magnet gamit ang mga bakal na karayom ​​at natukoy na ang nagresultang magnetic field na mga linya ay nagsalubong sa dalawang punto na tinawag niyang "poles" sa pamamagitan ng pagkakatulad sa mga pole ng Earth.

Oersted sa kanyang mga eksperimento noong 1819 lamang.natagpuan ang pagpapalihis ng isang compass needle na inilagay malapit sa isang kasalukuyang nagdadala ng wire, at pagkatapos ay napagpasyahan ng siyentipiko na mayroong ilang koneksyon sa pagitan ng mga electrical at magnetic phenomena.

Pagkalipas ng 5 taon, noong 1824, nagawang mathematically na ilarawan ni Ampere ang pakikipag-ugnayan ng isang kasalukuyang nagdadala ng wire na may magnet, pati na rin ang pakikipag-ugnayan ng mga wire sa isa't isa, kaya lumitaw ito. Batas ng Ampere: "Ang puwersa na kumikilos sa isang kasalukuyang nagdadala na kawad na inilagay sa isang pare-parehong magnetic field ay proporsyonal sa haba ng kawad, magnetic induction vector, kasalukuyang at sine ng anggulo sa pagitan ng magnetic induction vector at wire «.

Tungkol sa epekto ng isang magnet sa isang kasalukuyang, iminungkahi ni Ampere na sa loob ng isang permanenteng magnet ay may mga mikroskopiko na saradong mga alon na lumikha ng isang magnetic field ng magnet na nakikipag-ugnayan sa magnetic field ng isang conductor na nagdadala ng kasalukuyang.

Pagkaraan ng isa pang 7 taon, noong 1831, natuklasan ni Faraday ang eksperimento ng kababalaghan ng electromagnetic induction, iyon ay, nagawa niyang itatag ang katotohanan ng paglitaw ng isang electromotive force sa isang konduktor sa sandaling ang pagbabago ng magnetic field ay kumikilos sa konduktor na ito. tignan mo - praktikal na aplikasyon ng phenomenon ng electromagnetic induction.

Halimbawa, sa pamamagitan ng paglipat ng isang permanenteng magnet malapit sa isang wire, maaari kang makakuha ng isang pulsating current sa loob nito, at sa pamamagitan ng paglalapat ng isang pulsating current sa isa sa mga coils, sa karaniwang iron core kung saan matatagpuan ang pangalawang coil, isang pulsating current ay lalabas din sa second coil.

Pagkalipas ng 33 taon, noong 1864, nagtagumpay si Maxwell sa pagbubuod ng mga kilalang electric at magnetic phenomena sa matematika — lumikha siya ng teorya ng electromagnetic field, ayon sa kung saan ang electromagnetic field ay kinabibilangan ng magkakaugnay na electric at magnetic field. Kaya, salamat kay Maxwell, naging posible na siyentipikong pagsamahin ang mga resulta ng mga nakaraang eksperimento sa electrodynamics.

Ang kahihinatnan ng mga mahahalagang konklusyon na ito ng Maxwell ay ang kanyang hula na, sa prinsipyo, ang anumang pagbabago sa electromagnetic field ay dapat makabuo ng mga electromagnetic wave na nagpapalaganap sa kalawakan at sa dielectric media na may tiyak na bilis na nakasalalay sa magnetic at dielectric permittivity ng medium para sa pagpapalaganap ng kulot.

Para sa isang vacuum, ang bilis na ito ay naging katumbas ng bilis ng liwanag, na may kaugnayan sa kung saan ipinapalagay ni Maxwell na ang liwanag ay isa ring electromagnetic wave, at ang pagpapalagay na ito ay nakumpirma sa kalaunan (bagaman itinuro ni Jung ang likas na alon ng liwanag bago pa man ang Oersted's mga eksperimento).

Si Maxwell, sa kabilang banda, ay lumikha ng mathematical na batayan para sa electromagnetism, at noong 1884 ang mga sikat na equation ni Maxwell ay lumitaw sa modernong anyo. Noong 1887, kinumpirma ni Hertz ang teorya ni Maxwell ng mga electromagnetic wave: Kukunin ng receiver ang mga electromagnetic wave na ipinadala ng transmitter.

Ang klasikal na electrodynamics ay tumatalakay sa pag-aaral ng mga electromagnetic field.Sa balangkas ng quantum electrodynamics, ang electromagnetic radiation ay itinuturing bilang isang daloy ng mga photon, kung saan ang electromagnetic na pakikipag-ugnayan ay dinadala ng mga particle ng carrier - mga photon - massless vector boson, na maaaring kinakatawan bilang elementarya na quantum excitations ng isang electromagnetic field. Samakatuwid, ang isang photon AY isang quantum ng electromagnetic field mula sa pananaw ng quantum electrodynamics.

Ang pakikipag-ugnayan ng electromagnetic ay itinuturing ngayon na isa sa mga pangunahing pakikipag-ugnayan sa pisika, at ang electromagnetic field ay isa sa mga pangunahing pisikal na larangan kasama ang mga patlang ng gravitational at fermionic.

Mga pisikal na katangian ng electromagnetic field

Ang pagkakaroon ng mga electric o magnetic field o pareho sa espasyo ay maaaring hatulan ng malakas na pagkilos ng electromagnetic field sa isang sisingilin na particle o sa isang kasalukuyang.

Ang electric field ay kumikilos sa mga electric charge, parehong gumagalaw at nakatigil, na may isang tiyak na puwersa, depende sa lakas ng electric field sa isang partikular na punto sa espasyo sa isang partikular na oras at sa magnitude ng test charge q.

Ang pag-alam sa puwersa (magnitude at direksyon) kung saan kumikilos ang electric field sa test charge, at alam ang magnitude ng charge, ang lakas ng electric field E sa isang partikular na punto sa espasyo ay matatagpuan.

Ang isang electric field ay nilikha ng mga electric charge, ang mga linya ng puwersa nito ay nagsisimula sa mga positibong singil (kondisyon na dumadaloy mula sa kanila) at nagtatapos sa mga negatibong singil (kondisyon na dumadaloy sa kanila). Kaya, ang mga singil sa kuryente ay pinagmumulan ng electric field. Ang isa pang pinagmumulan ng electric field ay ang nagbabagong magnetic field, na mathematically proven ng Maxwell's Equation.

Ang puwersa na kumikilos sa isang electric charge mula sa gilid ng electric field ay bahagi ng puwersa na kumikilos sa isang ibinigay na singil mula sa gilid ng electromagnetic field.

Ang isang magnetic field ay nilikha sa pamamagitan ng paggalaw ng mga electric charge (currents) o sa pamamagitan ng time-varying electric fields (gaya ng nakikita sa Maxwell's equation) at kumikilos lamang sa mga gumagalaw na electric charges.

Ang lakas ng pagkilos ng magnetic field sa isang gumagalaw na singil ay proporsyonal sa induction ng magnetic field, ang magnitude ng gumagalaw na singil, ang bilis ng paggalaw nito at ang sine ng anggulo sa pagitan ng induction vector ng magnetic field B at ang direksyon ng bilis ng paggalaw ng singil. Ang puwersang ito ay madalas na tinutukoy bilang ang puwersa ng Lorenzobache ay ang "magnetic" na bahagi lamang nito.

Sa katunayan, ang puwersa ng Lorentz ay kinabibilangan ng mga de-kuryente at magnetic na bahagi. Ang magnetic field ay nilikha sa pamamagitan ng paglipat ng mga singil sa kuryente (currents), ang mga linya ng puwersa nito ay palaging sarado at sumasakop sa kasalukuyang.