Champ électromagnétique - histoire de la découverte et propriétés physiques

Les phénomènes électriques et magnétiques sont connus de l'humanité depuis l'Antiquité, après tout, ils ont vu la foudre et de nombreuses personnes de l'Antiquité connaissaient les aimants qui attirent certains métaux. La batterie de Bagdad, inventée il y a 4000 ans, est l'une des preuves que l'humanité utilisait l'électricité bien avant nos jours et savait évidemment comment cela fonctionnait. Cependant, on pense que jusqu'au début du XIXe siècle, l'électricité et le magnétisme ont toujours été considérés séparément l'un de l'autre, considérés comme des phénomènes sans rapport et appartenant à des branches différentes de la physique.

L'étude du champ magnétique a commencé en 1269 lorsque le scientifique français Peter Peregrin (Chevalier Pierre de Méricourt) a marqué le champ magnétique à la surface d'un aimant sphérique à l'aide d'aiguilles en acier et a déterminé que les lignes de champ magnétique résultantes se croisaient en deux points qu'il appelait "pôles" par analogie avec les pôles de la Terre.

Oersted dans ses expériences seulement en 1819.a trouvé la déviation d'une aiguille de boussole placée près d'un fil conducteur de courant, puis le scientifique a conclu qu'il y avait un lien entre les phénomènes électriques et magnétiques.

5 ans plus tard, en 1824, Ampère était capable de décrire mathématiquement l'interaction d'un fil conducteur de courant avec un aimant, ainsi que l'interaction des fils entre eux, il est donc apparu Loi d'Ampère: "La force agissant sur un fil conducteur de courant placé dans un champ magnétique uniforme est proportionnelle à la longueur du fil, vecteur d'induction magnétique, courant et sinus de l'angle entre le vecteur d'induction magnétique et le fil « .

En ce qui concerne l'effet d'un aimant sur un courant, Ampère a suggéré qu'à l'intérieur d'un aimant permanent, il existe des courants fermés microscopiques qui créent un champ magnétique de l'aimant interagissant avec le champ magnétique d'un conducteur porteur de courant.

Après encore 7 ans, en 1831, Faraday découvrit expérimentalement le phénomène d'induction électromagnétique, c'est-à-dire qu'il réussit à établir le fait de l'apparition d'une force électromotrice dans un conducteur au moment où un champ magnétique changeant agit sur ce conducteur. Regarder - application pratique du phénomène d'induction électromagnétique.

Par exemple, en déplaçant un aimant permanent près d'un fil, vous pouvez y obtenir un courant pulsé, et en appliquant un courant pulsé à l'une des bobines, sur le noyau de fer commun avec lequel se trouve la deuxième bobine, un courant pulsé sera apparaissent également dans la deuxième bobine.

33 ans plus tard, en 1864, Maxwell réussit à résumer mathématiquement les phénomènes électriques et magnétiques déjà connus - il créa une théorie du champ électromagnétique, selon laquelle le champ électromagnétique comprend des champs électriques et magnétiques interconnectés. Ainsi, grâce à Maxwell, il est devenu possible de combiner scientifiquement les résultats d'expériences antérieures en électrodynamique.

Une conséquence de ces conclusions importantes de Maxwell est sa prédiction selon laquelle, en principe, tout changement dans le champ électromagnétique doit générer des ondes électromagnétiques qui se propagent dans l'espace et dans les milieux diélectriques avec une certaine vitesse finie qui dépend de la permittivité magnétique et diélectrique du milieu. pour la propagation ondulée.

Pour un vide, cette vitesse s'est avérée être égale à la vitesse de la lumière, à propos de laquelle Maxwell a supposé que la lumière est aussi une onde électromagnétique, et cette hypothèse a été confirmée plus tard (bien que Jung ait souligné la nature ondulatoire de la lumière bien avant la théorie d'Oersted). expériences).

Maxwell, d'autre part, a créé la base mathématique de l'électromagnétisme et, en 1884, les célèbres équations de Maxwell sont apparues sous une forme moderne. En 1887, Hertz confirme la théorie de Maxwell sur ondes électromagnétiques: Le récepteur captera les ondes électromagnétiques envoyées par l'émetteur.

L'électrodynamique classique traite de l'étude des champs électromagnétiques.Dans le cadre de l'électrodynamique quantique, le rayonnement électromagnétique est considéré comme un flux de photons, dans lequel l'interaction électromagnétique est portée par des particules porteuses - des photons - des bosons vecteurs sans masse, qui peuvent être représentés comme des excitations quantiques élémentaires d'un champ électromagnétique. Par conséquent, un photon EST un quantum du champ électromagnétique du point de vue de l'électrodynamique quantique.

L'interaction électromagnétique est aujourd'hui considérée comme l'une des interactions fondamentales en physique, et le champ électromagnétique est l'un des champs physiques fondamentaux avec les champs gravitationnel et fermionique.

Propriétés physiques du champ électromagnétique

La présence de champs électriques ou magnétiques ou les deux dans l'espace peut être jugée par la forte action du champ électromagnétique sur une particule chargée ou sur un courant.

Le champ électrique agit sur les charges électriques, mobiles et stationnaires, avec une certaine force, qui dépend de la force du champ électrique en un point donné de l'espace à un instant donné et de l'amplitude de la charge d'essai q.

Connaissant la force (amplitude et direction) avec laquelle le champ électrique agit sur la charge d'essai et connaissant l'amplitude de la charge, l'intensité du champ électrique E en un point donné de l'espace peut être trouvée.

Un champ électrique est créé par des charges électriques, ses lignes de force commencent à des charges positives (en découlent conditionnellement) et se terminent à des charges négatives (s'y écoulent conditionnellement). Ainsi, les charges électriques sont des sources de champ électrique. Une autre source du champ électrique est le champ magnétique changeant, qui est mathématiquement prouvé par les équations de Maxwell.

La force agissant sur une charge électrique du côté du champ électrique fait partie de la force agissant sur une charge donnée du côté du champ électromagnétique.

Un champ magnétique est créé par des charges électriques en mouvement (courants) ou par des champs électriques variables dans le temps (comme on le voit dans les équations de Maxwell) et agit uniquement sur les charges électriques en mouvement.

La force de l'action du champ magnétique sur une charge mobile est proportionnelle à l'induction du champ magnétique, à l'amplitude de la charge mobile, à la vitesse de son mouvement et au sinus de l'angle entre le vecteur d'induction du champ magnétique B et la direction de la vitesse de déplacement de la charge. Cette force est souvent appelée la force de Lorenzobache n'en est que la partie "magnétique".

En fait, la force de Lorentz comprend des composantes électriques et magnétiques. Le champ magnétique est créé par le déplacement de charges électriques (courants), ses lignes de force sont toujours fermées et recouvrent le courant.