Campo elettromagnetico - storia della scoperta e proprietà fisiche

I fenomeni elettrici e magnetici sono noti all'umanità fin dai tempi antichi, dopotutto hanno visto i fulmini e molti antichi conoscevano i magneti che attraggono determinati metalli. La batteria di Baghdad, inventata 4000 anni fa, è una delle prove che l'umanità utilizzava l'elettricità molto prima dei nostri giorni e ovviamente sapeva come funzionava. Tuttavia, si ritiene che fino all'inizio del XIX secolo l'elettricità e il magnetismo fossero sempre considerati separatamente l'uno dall'altro, considerati come fenomeni non correlati e appartenenti a diversi rami della fisica.

Lo studio del campo magnetico iniziò nel 1269 quando lo scienziato francese Peter Peregrin (Cavaliere Pierre di Mericourt) segnò il campo magnetico sulla superficie di un magnete sferico usando aghi d'acciaio e determinò che le risultanti linee del campo magnetico si intersecavano in due punti che chiamò "poli" per analogia con i poli della Terra.

Oersted nei suoi esperimenti solo nel 1819.ha trovato la deflessione di un ago della bussola posto vicino a un filo percorso da corrente, e poi lo scienziato ha concluso che c'era qualche connessione tra fenomeni elettrici e magnetici.

5 anni dopo, nel 1824, Ampere fu in grado di descrivere matematicamente l'interazione di un filo percorso da corrente con un magnete, nonché l'interazione dei fili tra loro, così apparve Legge di Ampere: "La forza che agisce su un filo percorso da corrente posto in un campo magnetico uniforme è proporzionale alla lunghezza del filo, vettore di induzione magnetica, corrente e seno dell'angolo tra il vettore di induzione magnetica e il filo «.

Per quanto riguarda l'effetto di un magnete su una corrente, Ampere ha suggerito che all'interno di un magnete permanente ci sono microscopiche correnti chiuse che creano un campo magnetico del magnete che interagisce con il campo magnetico di un conduttore percorso da corrente.

Dopo altri 7 anni, nel 1831, Faraday scoprì sperimentalmente il fenomeno dell'induzione elettromagnetica, cioè riuscì a stabilire il fatto della comparsa di una forza elettromotrice in un conduttore nel momento in cui un campo magnetico variabile agisce su questo conduttore. Aspetto - applicazione pratica del fenomeno dell'induzione elettromagnetica.

Ad esempio, spostando un magnete permanente vicino a un filo, è possibile ottenere una corrente pulsante al suo interno e, applicando una corrente pulsante a una delle bobine, sul nucleo di ferro comune con cui si trova la seconda bobina, verrà generata una corrente pulsante appaiono anche nella seconda bobina.

33 anni dopo, nel 1864, Maxwell riuscì a riassumere matematicamente fenomeni elettrici e magnetici già noti — creò una teoria del campo elettromagnetico, secondo la quale il campo elettromagnetico include campi elettrici e magnetici interconnessi. Così, grazie a Maxwell, è stato possibile combinare scientificamente i risultati di precedenti esperimenti di elettrodinamica.

Una conseguenza di queste importanti conclusioni di Maxwell è la sua previsione che, in linea di principio, qualsiasi cambiamento nel campo elettromagnetico deve generare onde elettromagnetiche che si propagano nello spazio e nei mezzi dielettrici con una certa velocità finita che dipende dalla permittività magnetica e dielettrica del mezzo per propagazione ondulata.

Per il vuoto, questa velocità si è rivelata uguale alla velocità della luce, in relazione alla quale Maxwell ha ipotizzato che la luce sia anche un'onda elettromagnetica, e questa ipotesi è stata successivamente confermata (sebbene Jung abbia sottolineato la natura ondulatoria della luce molto prima di Oersted esperimenti).

Maxwell, d'altra parte, creò le basi matematiche dell'elettromagnetismo e nel 1884 le famose equazioni di Maxwell apparvero in forma moderna. Nel 1887, Hertz confermò la teoria di Maxwell onde elettromagnetiche: Il ricevitore capterà le onde elettromagnetiche inviate dal trasmettitore.

L'elettrodinamica classica si occupa dello studio dei campi elettromagnetici.Nel quadro dell'elettrodinamica quantistica, la radiazione elettromagnetica è considerata come un flusso di fotoni, in cui l'interazione elettromagnetica è trasportata da particelle portatrici - fotoni - bosoni vettoriali senza massa, che possono essere rappresentati come eccitazioni quantistiche elementari di un campo elettromagnetico. Pertanto, un fotone È un quanto del campo elettromagnetico dal punto di vista dell'elettrodinamica quantistica.

L'interazione elettromagnetica è oggi considerata una delle interazioni fondamentali della fisica, e il campo elettromagnetico è uno dei campi fisici fondamentali insieme ai campi gravitazionale e fermionico.

Proprietà fisiche del campo elettromagnetico

La presenza di campi elettrici o magnetici o di entrambi nello spazio può essere giudicata dalla forte azione del campo elettromagnetico su una particella carica o su una corrente.

Il campo elettrico agisce su cariche elettriche, sia in movimento che stazionarie, con una certa forza, dipendente dall'intensità del campo elettrico in un dato punto nello spazio in un dato momento e dall'entità della carica di prova q.

Conoscendo la forza (intensità e direzione) con cui il campo elettrico agisce sulla carica di prova, e conoscendo l'entità della carica, si può trovare l'intensità del campo elettrico E in un dato punto dello spazio.

Un campo elettrico è creato da cariche elettriche, le sue linee di forza iniziano con cariche positive (fluiscono condizionalmente da esse) e terminano con cariche negative (fluiscono condizionalmente in esse). Pertanto, le cariche elettriche sono sorgenti di campo elettrico. Un'altra fonte del campo elettrico è il campo magnetico variabile, che è dimostrato matematicamente dalle equazioni di Maxwell.

La forza che agisce su una carica elettrica dal lato del campo elettrico fa parte della forza che agisce su una data carica dal lato del campo elettromagnetico.

Un campo magnetico è creato da cariche elettriche in movimento (correnti) o da campi elettrici variabili nel tempo (come si vede nelle equazioni di Maxwell) e agisce solo su cariche elettriche in movimento.

La forza dell'azione del campo magnetico su una carica in movimento è proporzionale all'induzione del campo magnetico, all'entità della carica in movimento, alla velocità del suo movimento e al seno dell'angolo tra il vettore di induzione del campo magnetico B e la direzione della velocità di movimento della carica. Questa forza è spesso indicata come la forza di Lorenzobache ne è solo la parte "magnetica".

Infatti, la forza di Lorentz comprende componenti elettriche e magnetiche. Il campo magnetico è creato dal movimento di cariche elettriche (correnti), le sue linee di forza sono sempre chiuse e coprono la corrente.