البحث الأساسي الذي أجراه إم. فاراداي وعلماء آخرون في مجال الكهرومغناطيسية ، بالإضافة إلى أفكار فاراداي حول العلاقة بين المجالين الكهربائي والمغناطيسي ونموذجه في المجال الكهرومغناطيسي كانت الحلقة الضرورية في تطور العلم ، والتي على أساسها اكتمل التطور النظري للديناميكا الكهربائية الكلاسيكية ، وتم إنشاء نظرية المجال الكهرومغناطيسي ، وصياغة النظرية الكهرومغناطيسية للضوء.
كيف بدأ كل شيء
واصل الفيزيائي الإنجليزي جيمس ماكسويل (1831-1879) أبحاث فاراداي الأساسية. في 1861-1862 تم نشر عدد من المقالات لماكسويل ، حيث اقترح نظرية جديدة ، تسلط الضوء على دور الوسيط ، وحدد لنفسه هدفًا لإيجاد نموذج ميكانيكي من شأنه أن يكشف عن سلوك هذه الوسيلة في التفاعلات المغناطيسية.
بمساعدة النموذج الذي بناه ، وصل إلى معادلاته الشهيرة. عمم نظام معادلات ماكسويل أفكار فاراداي وكشف العلاقة بين المجالات الكهربائية والمغناطيسية. يتبع استنتاج مهم للغاية من معادلات ماكسويل ، التي تنبأ بها فاراداي: ينتشر مجال كهرومغناطيسي متناوب بسرعة محدودة ، والتي تساوي سرعة الضوء في الفراغ.
لذلك ، فإن هذا يشهد على وجود موجات كهرومغناطيسية بكل ما يترتب على هذا الاكتشاف من نتائج علمية وتقنية.
في عام 1873 ، تم نشر عمل ج. ماكسويل الشهير ، أطروحة حول الكهرباء والمغناطيسية. تلخيصًا لأبحاثه في مجال المجال الكهرومغناطيسي ، أوضح المؤلف أن الضوء ليس سوى موجات كهرومغناطيسية ، ولاحظ العلاقة الوثيقة بين الخصائص البصرية والكهرومغناطيسية للوسط ، ولأول مرة قدم مفهوم الإزاحة الحالية ، والتي تحدث في العازل بين لوحات المكثف وتشكيل مجال مغناطيسي.
وتجدر الإشارة إلى أن ماكسويل عبر عن الفكرة الأساسية حول الطبيعة الكهرومغناطيسية للضوء في عام 1865. وتشمل مزايا ماكسويل حقيقة أنه كان أول من درس اعتماد معامل الانكسار للضوء على ثابت العزل للوسيط ، وأيضًا تحديد دوران مستوى استقطاب الضوء في مجال كهرومغناطيسي.
نظرية ماكسويل ، التي أكملت تطوير الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية ، ووضعت الأسس العلمية للمجال الكهرومغناطيسي ، واكتشفت الطبيعة الكهرومغناطيسية للضوء ، قوبلت بشكوك من قبل علماء الفيزياء في البداية. الحقيقة هي أن المراجع والاستنتاجات الرئيسية للنظرية لم يتم تأكيدها تجريبياً بشكل كافٍ. حدث الربع الأخير من القرن التاسع عشر بشكل أساسي تحت شعار التحقق التجريبي والنظري لنظرية ماكسويل.
إثبات نظرية ماكسويل
كانت إحدى المشكلات الأولى التي نشأت عن نظرية ماكسويل هي أنه إذا كان هناك اتصال لا ينفصل بين الظواهر الكهربائية والمغناطيسية ، فيجب أن يكون هناك نفس الاتصال بين الأنظمة الكهروستاتيكية والكهرومغناطيسية للوحدات ، أي أن الثابت الكهروديناميكي (نسبة يجب أن تكون الوحدات الكهروستاتيكية والكهرومغناطيسية مساوية لسرعة الضوء في الفراغ. تتطلب هذه الفرضية التحقق التجريبي.
تعود نتائج الأبحاث السابقة المهمة حول تحديد الثابت في معادلات ماكسويل إلى العالم الروسي أ. سرعة الضوء.
ربما كان هذا أحد البراهين الأولى على صحة نظرية ماكسويل.
كانت أعمال العالم الروسي ن.أ. أوموف (1846-1915) ذات أهمية كبيرة لحل مشكلة حركة وتوزيع الطاقة ، حيث اتخذ خطوة مهمة نحو تعميق نظرية المجال ، وقدم مفهوم الحركة وتدفق الطاقة.
استنادًا إلى قانون حفظ الطاقة ، اشتق معادلة لحركة الطاقة في وسط وقدم متجه كثافة تدفق الطاقة ، ناقل أوموف.
تم النظر في حالة منفصلة لمتجه أوموف للحقل الكهرومغناطيسي بعد عشر سنوات من قبل الفيزيائي الإنجليزي جون هنري بوينتينغ (1852-1914) ، الذي اشتق في عام 1884 تعبيرًا عن كثافة تدفق الطاقة التي يحملها المجال الكهرومغناطيسي.
لذلك ، حتى الثمانينيات ، أي حتى الوقت الذي بدأ فيه الفيزيائي الألماني هاينريش رودولف هيرتز (1857-1894) العمل في دراساته التجريبية الشهيرة لتأكيد نظرية المجال الكهرومغناطيسي ، ليس فقط في الفيزياء أكمل إنشاء الديناميكا الكهربية الكلاسيكية ، وصياغة نظرية المجال الكهرومغناطيسي وأسس الطبيعة الكهرومغناطيسية للضوء ، ولكن أيضًا أجرى دراسات تجريبية لتأكيد بعض استنتاجات وأحكام النظرية الكهرومغناطيسية.
هاينريش هيرتز والتأكيد التجريبي لنظرية ماكسويل
ومع ذلك ، فإن التجارب التي أجراها هيرتز في 1886-1889 فقط أكدت تجريبيًا وجود الموجات الكهرومغناطيسية والتأكيد على أن سرعة الموجات الكهرومغناطيسية متساوية في الحجم مع سرعة الضوء ، وأثبتت الهوية الكاملة لخصائص الكهرومغناطيسية والضوء. موجات ، وبالتالي جلب أساس البحث لنظريات ماكسويل.
كونه مؤيدًا لوجهات نظر إم فاراداي ود. ماكسويل ، اللذان رفضا الفعل عن بعد ، ج. هيرتز منذ عام 1887 ، مكررًا تجارب أستاذه ج. هزاز مفتوح ينبعث منه موجات كهرومغناطيسية. بمساعدة “هزاز” و “مستقبل” ، أظهر أن التفريغ المتذبذب يسبب موجات ، وهي مزيج من ذبذبتين متعامدين – كهربائية ومغناطيسية.
كشف هيرتز عن انعكاس هذه الموجات وانكسارها وتداخلها واستقطابها وأثبت أن جميع حقائق البحث قد تم شرحها بالكامل من خلال نظرية ماكسويل. للتحقيق في مرور الموجات عبر الأسلاك ، طور G.Hertz طريقة كلاسيكية لقياس سرعة الموجات في موصل مستقيم.
في العمل “المعادلات الأساسية للديناميكا الكهربية للأجسام في حالة السكون” ، الذي نُشر عام 1890 ، أعطى هيرتز شكلاً متماثلًا واضحًا لمعادلة ماكسويل ،
الذي يظهر بشكل جيد التبادل الكامل بين الأفعال الكهربائية والمغناطيسية.
كان Hertz أول من استخدم بنجاح متجه Umov-Poynting لحساب تدفق الطاقة المشع بواسطة ثنائي القطب في الفضاء المحيط ، وأظهر أن كمية الطاقة التي ينقلها الهزاز ستكون متناسبة بشكل مباشر مع مربع طول ثنائي القطب ويتناسب عكسيا مع مكعب الطول الموجي الناتج عن ثنائي القطب.
كانت هذه هي نقاط البداية في نظرية الهوائيات وبداية الأسس النظرية للهندسة الراديوية. اكتشف بحث هيرتز وجود مجال كهرومغناطيسي حر ، وكانت الأولوية الأولى لعلماء الفيزياء هي الحاجة إلى توليد هذا المجال واكتشافه والتحكم فيه. بادئ ذي بدء ، كان من الضروري إنشاء أنواع جديدة من المولدات من أجل إثارة موجات ذات أطوال أصغر وأصغر. استخدم هيرتز نفسه موجات طولها 66 سم.
تلقى الإيطالي Augusto Ritchie (1850–1920) في عام 1893 موجات طولها 10.6 سم ، وتلقى العالم الروسي المتميز P.M. أظهر ليبيديف في عام 1894 تجارب على الحصول على موجات كهرومغناطيسية بطول 6 ملم.
التلغراف والراديو
لذلك ، في أوائل التسعينيات من القرن التاسع عشر. تم إثبات تركيب الكهرومغناطيسية والبصريات ، الهوية الكاملة للموجات الكهرومغناطيسية والموجات الضوئية. ظهرت مشكلة جديدة قبل العلم – استخدام الموجات الكهرومغناطيسية لاحتياجات التلغراف. لأول مرة ، قام العالم الروسي أ. بوبوف (1859-1906) عام 1895
تم الاعتراف رسميًا بمزايا بوبوف في اختراع الراديو في عام 1900 من خلال منحه دبلومًا فخريًا وميدالية ذهبية في المؤتمر الكهرتقني العالمي في باريس. وتجدر الإشارة إلى أن مهندس الراديو الإيطالي جوجليلمو ماركوني اقترح في نهاية عام 1896 على إنجلترا ، حيث انتقل الأجهزة التي طورها لتنفيذ التلغراف اللاسلكي وحصل في عام 1897 على براءة اختراع لها.
مزايا G.Marconi ينبغي أن تشمل النجاحات في تنفيذ عملية الإبراق الراديوي ، على وجه الخصوص ، في عام 1901 قام بأول اتصال لاسلكي مع أمريكا عبر المحيط الأطلسي. في 1896-1899 ، شارك نيكولا تيسلا (1854-1943) ، وهو عالم صربي لامع ومخترع في مجال الهندسة الكهربائية والراديو ، في تطوير أجهزة الهوائي.
لذلك اكتمل النضال من أجل الاعتراف بحقيقة وجود المجال الكهرومغناطيسي.
