Medan elektromagnetik - sejarah penemuan dan sifat fisik

Fenomena kelistrikan dan kemagnetan telah diketahui umat manusia sejak zaman dahulu kala, lagipula mereka melihat kilat dan banyak orang purba mengetahui tentang magnet yang menarik logam tertentu. Baterai Bagdad, ditemukan 4000 tahun yang lalu, adalah salah satu bukti bahwa umat manusia menggunakan listrik jauh sebelum zaman kita dan jelas tahu cara kerjanya. Namun diyakini bahwa hingga awal abad ke-19, listrik dan magnet selalu dianggap terpisah satu sama lain, dianggap sebagai fenomena yang tidak terkait dan termasuk dalam cabang fisika yang berbeda.

Studi tentang medan magnet dimulai pada tahun 1269 ketika ilmuwan Perancis Peter Peregrin (Knight Pierre of Mericourt) menandai medan magnet pada permukaan magnet berbentuk bola dengan menggunakan jarum baja dan menetapkan bahwa garis medan magnet yang dihasilkan berpotongan di dua titik yang disebutnya "kutub" dengan analogi dengan kutub bumi.

Oersted dalam eksperimennya hanya pada tahun 1819.menemukan defleksi jarum kompas yang ditempatkan di dekat kabel pembawa arus, dan kemudian ilmuwan menyimpulkan bahwa ada hubungan antara fenomena listrik dan magnet.

5 tahun kemudian, pada tahun 1824, Ampere mampu menggambarkan secara matematis interaksi kabel pembawa arus dengan magnet, serta interaksi kabel satu sama lain, sehingga muncul Hukum Ampere: "Gaya yang bekerja pada kawat pembawa arus yang ditempatkan dalam medan magnet seragam sebanding dengan panjang kawat, vektor induksi magnetik, arus dan sinus sudut antara vektor induksi magnetik dan kawat «.

Mengenai efek magnet pada arus, Ampere menyarankan bahwa di dalam magnet permanen terdapat arus tertutup mikroskopis yang menciptakan medan magnet magnet yang berinteraksi dengan medan magnet konduktor pembawa arus.

Setelah 7 tahun berikutnya, pada tahun 1831, Faraday secara eksperimental menemukan fenomena induksi elektromagnetik, yaitu, ia berhasil menetapkan fakta munculnya gaya gerak listrik dalam sebuah konduktor pada saat medan magnet yang berubah bekerja pada konduktor ini. Lihat - aplikasi praktis dari fenomena induksi elektromagnetik.

Misalnya, dengan menggerakkan magnet permanen di dekat kabel, Anda bisa mendapatkan arus pulsa di dalamnya, dan dengan menerapkan arus pulsa ke salah satu kumparan, pada inti besi biasa tempat kumparan kedua berada, arus pulsa akan juga muncul di koil kedua.

33 tahun kemudian, pada tahun 1864, Maxwell berhasil merangkum fenomena listrik dan magnet yang sudah diketahui secara matematis - dia menciptakan teori medan elektromagnetik, yang menurutnya medan elektromagnetik mencakup medan listrik dan magnet yang saling berhubungan. Jadi, terima kasih kepada Maxwell, menjadi mungkin untuk menggabungkan secara ilmiah hasil eksperimen sebelumnya dalam elektrodinamika.

Konsekuensi dari kesimpulan penting Maxwell ini adalah prediksinya bahwa, pada prinsipnya, setiap perubahan medan elektromagnetik harus menghasilkan gelombang elektromagnetik yang merambat di ruang angkasa dan media dielektrik dengan kecepatan terbatas tertentu yang bergantung pada permitivitas magnetik dan dielektrik medium. untuk propagasi bergelombang.

Untuk ruang hampa, kecepatan ini ternyata sama dengan kecepatan cahaya, sehubungan dengan asumsi Maxwell bahwa cahaya juga merupakan gelombang elektromagnetik, dan asumsi ini kemudian dikonfirmasi (walaupun Jung menunjukkan sifat gelombang cahaya jauh sebelum Oersted. percobaan).

Maxwell, sebaliknya, menciptakan dasar matematika untuk elektromagnetisme, dan pada tahun 1884 persamaan Maxwell yang terkenal muncul dalam bentuk modern. Pada tahun 1887, Hertz membenarkan teori Maxwell tentang gelombang elektromagnetik: Penerima akan menangkap gelombang elektromagnetik yang dikirim oleh pemancar.

Elektrodinamika klasik berkaitan dengan studi tentang medan elektromagnetik.Dalam kerangka elektrodinamika kuantum, radiasi elektromagnetik dianggap sebagai aliran foton, di mana interaksi elektromagnetik dilakukan oleh partikel pembawa - foton - boson vektor tak bermassa, yang dapat direpresentasikan sebagai eksitasi kuantum dasar dari medan elektromagnetik. Oleh karena itu, foton ADALAH kuantum medan elektromagnetik dari perspektif elektrodinamika kuantum.

Interaksi elektromagnetik saat ini dianggap sebagai salah satu interaksi fundamental dalam fisika, dan medan elektromagnetik adalah salah satu medan fisik fundamental bersama dengan medan gravitasi dan fermionik.

Sifat fisik medan elektromagnetik

Kehadiran medan listrik atau medan magnet atau keduanya di ruang angkasa dapat dinilai dari kuatnya aksi medan elektromagnetik pada partikel bermuatan atau pada arus.

Medan listrik bekerja pada muatan listrik, baik bergerak maupun diam, dengan gaya tertentu, tergantung pada kekuatan medan listrik pada titik tertentu dalam ruang pada waktu tertentu dan besarnya muatan uji q.

Mengetahui gaya (besar dan arah) medan listrik yang bekerja pada muatan uji, dan mengetahui besarnya muatan, kekuatan medan listrik E pada titik tertentu di ruang dapat ditemukan.

Medan listrik diciptakan oleh muatan listrik, garis gayanya dimulai dengan muatan positif (mengalir secara kondisional darinya) dan berakhir dengan muatan negatif (mengalir secara kondisional ke dalamnya). Jadi, muatan listrik adalah sumber medan listrik. Sumber medan listrik lainnya adalah perubahan medan magnet, yang secara matematis dibuktikan dengan Persamaan Maxwell.

Gaya yang bekerja pada muatan listrik dari sisi medan listrik adalah bagian dari gaya yang bekerja pada muatan tertentu dari sisi medan elektromagnetik.

Medan magnet diciptakan dengan menggerakkan muatan listrik (arus) atau medan listrik yang berubah-ubah terhadap waktu (seperti yang terlihat dalam persamaan Maxwell) dan hanya bekerja pada muatan listrik yang bergerak.

Kekuatan aksi medan magnet pada muatan bergerak sebanding dengan induksi medan magnet, besarnya muatan bergerak, kecepatan pergerakannya, dan sinus sudut antara vektor induksi medan magnet B dan arah kecepatan gerak muatan. Gaya ini sering disebut sebagai gaya Lorenzobache hanya bagian "magnetik" saja.

Faktanya, gaya Lorentz mencakup komponen listrik dan magnet. Medan magnet diciptakan dengan menggerakkan muatan listrik (arus), garis gayanya selalu tertutup dan menutupi arus.