Elektromanyetik alan - keşif tarihi ve fiziksel özellikler
Elektrik ve manyetik fenomenler, insanlık tarafından eski zamanlardan beri biliniyor, sonuçta şimşek gördüler ve birçok eski insan belirli metalleri çeken mıknatısları biliyordu. 4000 yıl önce icat edilen Bağdat pili, insanlığın elektriği günümüzden çok önce kullandığının ve nasıl çalıştığını açıkça bildiğinin kanıtlarından biridir. Ancak 19. yüzyılın başlarına kadar elektrik ve manyetizmanın her zaman birbirinden ayrı, ilgisiz ve fiziğin farklı dallarına ait olgular olarak ele alındığına inanılmaktadır.
Manyetik alanın incelenmesi, 1269 yılında Fransız bilim adamı Peter Peregrin'in (Mericourt Şövalyesi Pierre) küresel bir mıknatısın yüzeyindeki manyetik alanı çelik iğneler kullanarak işaretleyip ortaya çıkan manyetik alan çizgilerinin kendi adını verdiği iki noktada kesiştiğini belirlemesiyle başladı. Dünya'nın kutuplarına benzetilerek "kutuplar".
Oersted, deneylerinde sadece 1819'da.akım taşıyan bir telin yanına yerleştirilmiş bir pusula iğnesinin sapmasını buldu ve ardından bilim adamı, elektriksel ve manyetik olaylar arasında bir bağlantı olduğu sonucuna vardı.
5 yıl sonra, 1824'te Ampere, akım taşıyan bir telin bir mıknatısla etkileşimini ve ayrıca tellerin birbirleriyle etkileşimini matematiksel olarak tanımlayabildi, bu yüzden ortaya çıktı. Amper Yasası: "Düzgün bir manyetik alana yerleştirilmiş akım taşıyan bir tele etki eden kuvvet, telin uzunluğu ile orantılıdır, manyetik indüksiyon vektörü, manyetik indüksiyon vektörü ve tel arasındaki açının akımı ve sinüsü «.
Bir mıknatısın akım üzerindeki etkisiyle ilgili olarak Ampere, kalıcı bir mıknatısın içinde, akım taşıyan bir iletkenin manyetik alanıyla etkileşen mıknatısın manyetik alanını oluşturan mikroskobik kapalı akımların olduğunu öne sürdü.
7 yıl sonra, 1831'de Faraday, elektromanyetik indüksiyon fenomenini deneysel olarak keşfetti, yani, bu iletken üzerinde değişen bir manyetik alanın etki ettiği anda bir iletkende bir elektromotor kuvvetinin ortaya çıktığı gerçeğini kurmayı başardı. Bakmak - elektromanyetik indüksiyon fenomeninin pratik uygulaması.
Örneğin, kalıcı bir mıknatısı bir telin yanına hareket ettirerek, içinde titreşimli bir akım elde edebilirsiniz ve ikinci bobinin bulunduğu ortak demir çekirdek üzerindeki bobinlerden birine titreşimli bir akım uygulayarak titreşimli bir akım elde edebilirsiniz. ikinci bobinde de görünür.
33 yıl sonra, 1864'te Maxwell, zaten bilinen elektrik ve manyetik olayları matematiksel olarak özetlemeyi başardı - elektromanyetik alanın birbirine bağlı elektrik ve manyetik alanları içerdiğine göre bir elektromanyetik alan teorisi yarattı. Böylece, Maxwell sayesinde, elektrodinamikteki önceki deneylerin sonuçlarını bilimsel olarak birleştirmek mümkün hale geldi.
Maxwell'in bu önemli sonuçlarının bir sonucu, prensip olarak, elektromanyetik alandaki herhangi bir değişikliğin, ortamın manyetik ve dielektrik geçirgenliğine bağlı olan belirli bir sonlu hızla uzayda ve dielektrik ortamda yayılan elektromanyetik dalgalar üretmesi gerektiği öngörüsüdür. yayılma dalgalı için.
Bir vakum için, bu hızın ışık hızına eşit olduğu ortaya çıktı, bununla bağlantılı olarak Maxwell ışığın da bir elektromanyetik dalga olduğunu varsaydı ve bu varsayım daha sonra doğrulandı (Jung, Oersted'inkinden çok önce ışığın dalga doğasına işaret etmesine rağmen) deneyler).
Maxwell ise elektromanyetizmanın matematiksel temelini oluşturdu ve 1884'te Maxwell'in ünlü denklemleri modern haliyle ortaya çıktı. 1887'de Hertz, Maxwell'in teorisini doğruladı. elektromanyetik dalgalar: Alıcı, verici tarafından gönderilen elektromanyetik dalgaları alacaktır.
Klasik elektrodinamik, elektromanyetik alanların incelenmesiyle ilgilenir.Kuantum elektrodinamiği çerçevesinde, elektromanyetik radyasyon, elektromanyetik etkileşimin, bir elektromanyetik alanın temel kuantum uyarımları olarak temsil edilebilecek taşıyıcı parçacıklar - fotonlar - kütlesiz vektör bozonları tarafından taşındığı bir foton akışı olarak kabul edilir. Bu nedenle, bir foton, kuantum elektrodinamiği açısından elektromanyetik alanın bir kuantumudur.
Elektromanyetik etkileşim bugün fizikteki temel etkileşimlerden biri olarak kabul edilir ve elektromanyetik alan, yerçekimi ve fermiyonik alanlarla birlikte temel fiziksel alanlardan biridir.
Elektromanyetik alanın fiziksel özellikleri
Uzayda elektrik veya manyetik alanların veya her ikisinin varlığı, elektromanyetik alanın yüklü bir parçacık veya bir akım üzerindeki güçlü etkisi ile değerlendirilebilir.
Elektrik alan, uzayda belirli bir noktada belirli bir zamanda elektrik alanın gücüne ve test yükünün q büyüklüğüne bağlı olarak, hem hareketli hem de sabit elektrik yüklerine belirli bir kuvvetle etki eder.
Elektrik alanın test yüküne etki ettiği kuvveti (büyüklük ve yön) bilmek ve yükün büyüklüğünü bilmek, uzayda belirli bir noktada elektrik alan şiddeti E bulunabilir.
Bir elektrik alanı, elektrik yükleri tarafından oluşturulur, kuvvet hatları pozitif yüklerle başlar (şartlı olarak onlardan akar) ve negatif yüklerle biter (şartlı olarak onlara akar). Bu nedenle, elektrik yükleri elektrik alan kaynaklarıdır. Elektrik alanın diğer bir kaynağı, Maxwell Denklemleri ile matematiksel olarak kanıtlanmış olan değişen manyetik alandır.
Elektrik alanın yanından bir elektrik yüküne etki eden kuvvet, elektromanyetik alanın yanından belirli bir yüke etki eden kuvvetin bir parçasıdır.
Bir manyetik alan, hareketli elektrik yükleri (akımlar) veya zamanla değişen elektrik alanları (Maxwell denklemlerinde görüldüğü gibi) tarafından oluşturulur ve yalnızca hareketli elektrik yükleri üzerinde etki eder.
Manyetik alanın hareketli bir yük üzerindeki etkisinin gücü, manyetik alanın indüksiyonu, hareketli yükün büyüklüğü, hareket hızı ve manyetik alanın indüksiyon vektörü B arasındaki açının sinüsü ile orantılıdır. ve şarjın hareket hızının yönü. Lorenzobache kuvveti olarak adlandırılan bu kuvvet, onun yalnızca "manyetik" kısmıdır.
Aslında, Lorentz kuvveti elektrik ve manyetik bileşenleri içerir. Manyetik alan, hareket eden elektrik yükleri (akımlar) tarafından oluşturulur, kuvvet çizgileri her zaman kapalıdır ve akımı kapsar.