Електромагнетизм

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Електромагнетизм — фізична теорія взаємозв'язку між електричними та магнітними явищами, що склалася в першій половині XIX століття завдяки аналізу сукупності фізичних експериментів і знайшла своє завершення в розвитку класичної електродинаміки.

Виділення електричних і магнітних явищ[ред.ред. код]

Хоча електричні та магнітні явища були відомі людству давно, довгий час їх не розрізняли, називаючи таємничу здатність тіл взаємодіяти між собою загальним терміном «магнетизм». Але 1600 року англійський лікар Вільям Гілберт опублікував книгу, в якій зробив висновок, що властивості постійного магніта і здатність натертого бурштину притягати предмети — безумовно різні явища. Гілберт почав застосовувати латинське слово electricus — бурштиноподібний, для опису властивості бурштину. Відтоді електрику і магнетизм вважалися двома окремими силами, не пов'язаними між собою.

Досліди Ерстеда. Магнітна дія струму[ред.ред. код]

Зв'язок між електрикою та магнетизмом вперше виявив Ганс Крістіан Ерстед, досліджуючи властивості електричного струму. Готуючись до лекції, увечері 21 квітня 1820 року, він зробив дивне спостереження — помітив, що стрілка компаса відхиляється від північного магнітного полюса, коли електричний струм від батареї, яку він використовував, вмикається і вимикається. Це відхилення навело його на думку, що магнітні поля виходять з усіх боків дроту, по якому проходить електричний струм, подібно до того як поширюється в просторі світло і тепло, і що спостереження вказує на прямий зв'язок між електрикою і магнетизмом.

На момент відкриття, Ерстед не запропонував задовільного пояснення цього явища, і не намагався описати явище в математичних викладках. Однак, через три місяці, він став проводити інтенсивніші дослідження. Незабаром після цього він опублікував їхні результати, довівши, що електричний струм при протіканні через провідник створює магнітне поле. В системі СГС одиницю напруженості магнітного поля (Е) назвали на честь внеску Ерстеда в дослідження електромагнетизму.

Висновки, зроблені Ерстедом, призвели до інтенсивного дослідженню електродинаміки світовим науковим співтовариством. 1820 роком також датуються роботи Франсуа Араго, який помітив, що провідник, по якому тече електричний струм, притягує до себе залізні ошурки. Він же вперше намагнітив залізні і сталеві дроти, поміщаючи їх усередину котушки мідного дроту, по якому проходив струм. Йому ж вдалося намагнітити голку, помістивши її в котушку і розрядивши через котушку лейденську банку. Незалежно від Араго намагнічування сталі і заліза струмом відкрив Гемфрі Деві.

Перші кількісні визначення дії струму на магніт так само відносяться до 1820 року і належать французьким вченим Жану-Батісту Біо і Феліксу Савару[1], які сформулювали закон Біо-Савара. Досліди Ерстеда вплинули також на французького фізика Андре-Марі Ампера, який представив закономірність взаємодії електромагніта та провідника зі струмом в математичній формі, сформулювавши закон Ампера та закон Ампера для циркуляції магнітного поля.

Ерстед не був єдиним, хто помітив зв'язок між електрикою і магнетизмом. У 1802 році Джованні Доменіко Романьозі, італійський вчений-правознавець, відхиляв магнітну стрілку електростатичними розрядами. Але, фактично, в дослідженнях Романьозі не застосовувався гальванічний елемент і постійний струм як такий був відсутній. Звіт про відкриття був опублікований в 1802 році в італійській газеті, але він був в основному проігнорований науковим співтовариством того часу.

Електромагнітна індукція[ред.ред. код]

Ерстед відкрив явище виникнення магнітного поля навколо провідника зі струмом. Зворотне явище створення електричного струму за допомогою магнітного поля отримало назву електромагнітної індукції, відкриття якої 1831 року належить Майклу Фарадею. Стаціонарне магнітне поле не створює електричний струм. Він виникає тільки тоді, коли магнітне поле змінюється, або тоді, коли змінюється площа контура, утвореного провідником. Узагальнюючи обидва механізми, Фарадей зробив висновок, що до виникнення електричного струму веде зміна магнітного потоку через контур.

Дещо раніше, 1821 року, Фарадей відкрив явище обертання рамки зі струмом у магнітному полі й обертання магнітів в полі провідника зі струмом. Разом із електромагнітною індукцією ці відкриття лягли в основу електротехніки, встановивши можливість побудови електродвигуна й генератора електричного струму.

Основи електродинаміки[ред.ред. код]

Публікація 1873 року роботи Джеймса Максвелла «Трактат з електрики і магнетизму» показала, що взаємодія позитивних і негативних зарядів регулюється однією силою. Існують чотири основних ефекти, що витікають з цих взаємодій, які були ясно продемонстровані експериментами:

  1. Електричні заряди притягуються або відштовхуються один від одного із силою, зворотно пропорційної квадрату відстані між ними: різнойменні заряди притягуються, однойменні - відштовхуються. Кількісні характеристики сил взаємодії зарядів встановлює закон Кулона.
  2. Магнітні полюси (або стани поляризації в окремих точках) притягують або відштовхують один одного схожим способом і завжди існують парами: кожен північний полюс не існує окремо від південного і навпаки.
  3. Електричний струм у проводі створює кругове магнітне поле навколо провідника, спрямоване (по або проти годинникової стрілки) залежно від напряму струму.
  4. Струм індукується в петлі провідника при її русі в магнітному полі, наближенні до магніта або віддалені від нього; напрямок струму залежить від напрямку цих переміщень.

Встановлення єдності електричних та магнітних явищ, яка була виявлена Ерстедом, Фарадеєм та іншими дослідниками, доповнена Джеймсом Максвеллом, а також уточнена Олівер Хевісайд і Генріхом Герцом, є одним з ключових досягнень XIX сторіччя в математичній фізиці. Далекосяжним наслідком цього відкриття стало розуміння природи світла як електромагнітної хвилі. Частоти цих хвиль визначають діапазон форм електромагнітного випромінювання: від радіохвиль на низьких частотах, до видимого світла на середніх та гамма-променів на високих частотах.

Виноски[ред.ред. код]

  1. Электромагнетизм // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907 (рос. )

Література[ред.ред. код]

  • Електромагнетні кола : навч. посіб. для електротехн. фахів / В. Чабан. – 7-е вид., доповн. – Львів : [б. в.], 2013. – 234 с. : іл. – Бібліогр.: с. 229 (6 назв).