Индекс
zay4e Сря Дек 12, 2007 8:24 amЕлектромагнетизмът е дял от физиката, чийто обект на изследване е електромагнитното поле: това е полето, обхващащо цялото пространство около частици, притежаващи електричен заряд, което упражнява сила върху тях и на свой ред се влияе от присъствието и движението на такива частици.
Теорията на електромагнетизма разглежда редица електромагнитни явления, сред които могат да се обособят електростатика, магнитостатика, електродинамика, електрически вериги и др.
Електрично и магнитно поле
Често е удобно да разбираме електромагнитното поле като съставено от две отделни полета: електрично и магнитно. Около всяка електрически заредена частица съществува ненулево електрично поле и поражда електрични сили; тези сили са в основата на статичното електричество и пораждат движението на електрични заряди (електричен ток) по проводници. Магнитното поле, от друга страна, се причинява от движението на електрични заряди и поражда магнитни сили, които в магнитостатиката свързваме с магнитите.
Терминът "електромагнетизъм" произлиза от двете отделни компонентни полета на електромагнитното поле — електричното и магнитното. Променящо се във времето магнитно поле създава електрично поле (това е явлението електромагнитна индукция, което е в основата на действието на електрическите генератори, електромоторите и трансформаторите). По същия начин, променящо се електрично поле създава магнитно поле.
Заради тази взаимосвързаност на електричното и магнитното полета е логично да ги разглеждаме като един единствен обект — електромагнитното поле. Това обединяване, завършено от Джеймс Клерк Максуел, е едно от триумфалните постижения на физиката през 19 век. То има последствия с голямо значение, едно от които е изясняването на природата на светлината: както се оказва, тя всъщност представлява разпространяващо се електромагнитно излъчване или електромагнитна вълна. Различните честоти на трептене на вълната съответстват на различните части на електромагнитния спектър — от радиовълните с ниски честота, през видимата светлина със средни честоти, до гама лъчите с високи честоти.
Теоретичните изводи от теорията на електромагнетизма довеждат до създаването на Специалната теория на относителността от Алберт Айнщайн през 1905.
Електромагнитна сила
Електромагнитната сила е една от четирите фундаментални сили в природата и влияе на електрически заредени частици (лептони и кварки). Другите три фундаментални сили са силното взаимодействие (на него се дължи съществуването на атомните ядра), слабото взаимодействие (свързано с някои форми на радиокативния разпад) и гравитацията. Всички останали сили в природата са свързани с тези четири.
Оказва се, че електромагнитната сила е в основата на практически всички явления, с които се сблъскваме в ежедневието си, с изключение на гравитацията. Грубо казано, всички сили на взаимодействие между атомите могат да бъдат сведени до влиянието на електромагнитната сила върху електрически заредените протони и електрони, от които те са съставени. Това включва както силите, които упражняваме при "бутане" и "дърпане" на обикновени материални обекти, основаващи се на междумолекулното взаимодействие между молекулите на телата ни и тези на обектите, така и всички химични явления, които се дължат на взаимодействия между електронните орбитали.
Частицата-носител на електромагнитното взаимодействие е фотонът (символ γ), а съвременната теория на електромагнитната сила е свързана с виртуалните фотони.
Произход на електромагнитната теория
В своя труд De Magnete (1600) Уилям Джилбърт предполага, че макар електричеството и магнетизмът да причиняват привличане и отблъскване между обектите по сходен начин, те представляват различни явления. Моряците отдавна били забелязали, че при гръмотевчни бури стрелката на компаса полудява, но връзката между електричеството и светкавиците била потвърдена едва с експериментите на Бенджамин Франклин през 1752. Един от първите откриватели на връзката между произведеното от човека електричество и магнетизма бил италианецът Романьози, който през 1802 забелязал, че при свързването на проводник към електрическа батерия стрелката на намиращия се наблизо компас се отклонява. Ефектът обаче не бил широко известен до 1820, когато Оерщед провел подобен експеримент. Работата на Оерщед на свой ред повлияла на Ампер, който създал математическата основа на теорията на електромагнетизма.
Теорията на електромагнетизма, известна като класическа електродинамика, била разработена през 19-ти век от различни физици, като кулминацията представлява работата на английския физик Джеймс Клерк Максуел, който обединил всички теорeтични постижения до момента в стройна единна теория и открил електромагнитната природа на светлината. В класическата електродинамика електромагнитното поле се описва от система от четири уравнения, известни като Уравнения на Максуел, а електромагнитната сила се подчинява на закон на Лоренц.
Една от особеностите на класическата теория на електромагнетизма, е че тя трудно се съгласува с класическата механика, но е в добро съгласие със специалната теория на относителността. Според уравненията на Максуел скоростта на светлината е универсална константа, зависеща единствено от диелектричната проницаемост и магнитната проницаемост на вакуума. Тове е в противоречие с принципа на Галилей, че физическите закони са еднакви във всички инерциални координатни системи - основен принцип на класическата механика. Една възможност двете теории да бъдат съгласувани е предположението за съществуване на "световен етер", през който се разпространява светлината. Опитите за експериментално потвърждение на етера (сред тях най-забележителен е опитът на Майкелсън) обаче са неуспешни. През1905, Алберт Айнщайн решава противоречието като предлага своята специална теория на относителността, в която класическата кинематика се замества от нова, която е в съгласие с класическия електромагнетизъм. Освен това специалната теория на относителността показва, че в движещи се координатни системи магнитното поле се трансформира в поле, което притежава различна от нула електрическа компонента, както и обратно, доказвайки по този начин, че това са две страни на едно и също явления - от там е и изразът електромагнетизъм.
Проблеми пред класическия електромагнетизъм
Обаче в друга своя статия от същата година Айнщайн поставя под въпрос самите основи на класическия електромагнетизъм. Теорията му за фотоелектричния ефект (за която получава Нобелова награда за физика) съдържа твърдението, че светлината може да съществува като дискретни порции, подобни на частици (кванти) които по-късно стават известни като фотони. Тази негова теория на фотоефекта увеличава напредъка, постигнат при решаването на проблема за "ултравиолетовата катастрофа" от Макс Планк през 1900. В своята работа Планк показва, че горещите обекти имат електромагнитно излъчване и то е на дискретни пакети, което води до извода, че от т.нар. абсолютно черно тяло се излъчва точно определено количество енергия - Закон на Планк. Тези два резултата изпадат в директно противоречие с класическия възглед за светлината като непрекъсната вълна. Теориите на Планк и Айнщайн пряко предшествуват създаването на квантовата механика, формулирана през 1925, която се наложило да бъде последвана и от квантова теория на електромагнетизма. Тази теория, завършена през 40-те години на 20 век е известна като квантова електродинамика и е една от най-точните физически теории.[b]
Теорията на електромагнетизма разглежда редица електромагнитни явления, сред които могат да се обособят електростатика, магнитостатика, електродинамика, електрически вериги и др.
Електрично и магнитно поле
Често е удобно да разбираме електромагнитното поле като съставено от две отделни полета: електрично и магнитно. Около всяка електрически заредена частица съществува ненулево електрично поле и поражда електрични сили; тези сили са в основата на статичното електричество и пораждат движението на електрични заряди (електричен ток) по проводници. Магнитното поле, от друга страна, се причинява от движението на електрични заряди и поражда магнитни сили, които в магнитостатиката свързваме с магнитите.
Терминът "електромагнетизъм" произлиза от двете отделни компонентни полета на електромагнитното поле — електричното и магнитното. Променящо се във времето магнитно поле създава електрично поле (това е явлението електромагнитна индукция, което е в основата на действието на електрическите генератори, електромоторите и трансформаторите). По същия начин, променящо се електрично поле създава магнитно поле.
Заради тази взаимосвързаност на електричното и магнитното полета е логично да ги разглеждаме като един единствен обект — електромагнитното поле. Това обединяване, завършено от Джеймс Клерк Максуел, е едно от триумфалните постижения на физиката през 19 век. То има последствия с голямо значение, едно от които е изясняването на природата на светлината: както се оказва, тя всъщност представлява разпространяващо се електромагнитно излъчване или електромагнитна вълна. Различните честоти на трептене на вълната съответстват на различните части на електромагнитния спектър — от радиовълните с ниски честота, през видимата светлина със средни честоти, до гама лъчите с високи честоти.
Теоретичните изводи от теорията на електромагнетизма довеждат до създаването на Специалната теория на относителността от Алберт Айнщайн през 1905.
Електромагнитна сила
Електромагнитната сила е една от четирите фундаментални сили в природата и влияе на електрически заредени частици (лептони и кварки). Другите три фундаментални сили са силното взаимодействие (на него се дължи съществуването на атомните ядра), слабото взаимодействие (свързано с някои форми на радиокативния разпад) и гравитацията. Всички останали сили в природата са свързани с тези четири.
Оказва се, че електромагнитната сила е в основата на практически всички явления, с които се сблъскваме в ежедневието си, с изключение на гравитацията. Грубо казано, всички сили на взаимодействие между атомите могат да бъдат сведени до влиянието на електромагнитната сила върху електрически заредените протони и електрони, от които те са съставени. Това включва както силите, които упражняваме при "бутане" и "дърпане" на обикновени материални обекти, основаващи се на междумолекулното взаимодействие между молекулите на телата ни и тези на обектите, така и всички химични явления, които се дължат на взаимодействия между електронните орбитали.
Частицата-носител на електромагнитното взаимодействие е фотонът (символ γ), а съвременната теория на електромагнитната сила е свързана с виртуалните фотони.
Произход на електромагнитната теория
В своя труд De Magnete (1600) Уилям Джилбърт предполага, че макар електричеството и магнетизмът да причиняват привличане и отблъскване между обектите по сходен начин, те представляват различни явления. Моряците отдавна били забелязали, че при гръмотевчни бури стрелката на компаса полудява, но връзката между електричеството и светкавиците била потвърдена едва с експериментите на Бенджамин Франклин през 1752. Един от първите откриватели на връзката между произведеното от човека електричество и магнетизма бил италианецът Романьози, който през 1802 забелязал, че при свързването на проводник към електрическа батерия стрелката на намиращия се наблизо компас се отклонява. Ефектът обаче не бил широко известен до 1820, когато Оерщед провел подобен експеримент. Работата на Оерщед на свой ред повлияла на Ампер, който създал математическата основа на теорията на електромагнетизма.
Теорията на електромагнетизма, известна като класическа електродинамика, била разработена през 19-ти век от различни физици, като кулминацията представлява работата на английския физик Джеймс Клерк Максуел, който обединил всички теорeтични постижения до момента в стройна единна теория и открил електромагнитната природа на светлината. В класическата електродинамика електромагнитното поле се описва от система от четири уравнения, известни като Уравнения на Максуел, а електромагнитната сила се подчинява на закон на Лоренц.
Една от особеностите на класическата теория на електромагнетизма, е че тя трудно се съгласува с класическата механика, но е в добро съгласие със специалната теория на относителността. Според уравненията на Максуел скоростта на светлината е универсална константа, зависеща единствено от диелектричната проницаемост и магнитната проницаемост на вакуума. Тове е в противоречие с принципа на Галилей, че физическите закони са еднакви във всички инерциални координатни системи - основен принцип на класическата механика. Една възможност двете теории да бъдат съгласувани е предположението за съществуване на "световен етер", през който се разпространява светлината. Опитите за експериментално потвърждение на етера (сред тях най-забележителен е опитът на Майкелсън) обаче са неуспешни. През1905, Алберт Айнщайн решава противоречието като предлага своята специална теория на относителността, в която класическата кинематика се замества от нова, която е в съгласие с класическия електромагнетизъм. Освен това специалната теория на относителността показва, че в движещи се координатни системи магнитното поле се трансформира в поле, което притежава различна от нула електрическа компонента, както и обратно, доказвайки по този начин, че това са две страни на едно и също явления - от там е и изразът електромагнетизъм.
Проблеми пред класическия електромагнетизъм
Обаче в друга своя статия от същата година Айнщайн поставя под въпрос самите основи на класическия електромагнетизъм. Теорията му за фотоелектричния ефект (за която получава Нобелова награда за физика) съдържа твърдението, че светлината може да съществува като дискретни порции, подобни на частици (кванти) които по-късно стават известни като фотони. Тази негова теория на фотоефекта увеличава напредъка, постигнат при решаването на проблема за "ултравиолетовата катастрофа" от Макс Планк през 1900. В своята работа Планк показва, че горещите обекти имат електромагнитно излъчване и то е на дискретни пакети, което води до извода, че от т.нар. абсолютно черно тяло се излъчва точно определено количество енергия - Закон на Планк. Тези два резултата изпадат в директно противоречие с класическия възглед за светлината като непрекъсната вълна. Теориите на Планк и Айнщайн пряко предшествуват създаването на квантовата механика, формулирана през 1925, която се наложило да бъде последвана и от квантова теория на електромагнетизма. Тази теория, завършена през 40-те години на 20 век е известна като квантова електродинамика и е една от най-точните физически теории.[b]
» Бъдете честни(за момчета)
» Всички марки коли!
» Мисли за приятелството
» В какво училище учите?
» Мистични същества - игра
» Човешкото тяло (ЕНЦИКЛОПЕДИЯ)
» Покана за уика форум
» Силата на човешката психика - по-силна от всичко!?