A pesquisa fundamental de M. Faraday e outros cientistas no campo do eletromagnetismo, bem como as idéias de Faraday sobre a relação entre campos elétricos e magnéticos e seu modelo do campo eletromagnético foram o elo necessário no desenvolvimento da ciência, com base no qual o desenvolvimento teórico da eletrodinâmica clássica foi concluído, a teoria do campo eletromagnético foi criada e a teoria eletromagnética da luz foi formulada.
Como tudo começou
O físico inglês James Maxwell (1831-1879) continuou a pesquisa fundamental de Faraday. Em 1861-1862, uma série de artigos de Maxwell foram publicados, onde ele propôs uma nova teoria, destacando o papel do meio, e estabeleceu o objetivo de encontrar um modelo mecânico que revelasse o comportamento desse meio em interações magnéticas.
Com a ajuda do modelo que construiu, ele chega às suas famosas equações. O sistema de equações de Maxwell generalizou as ideias de Faraday e revelou a relação entre campos elétricos e magnéticos. Uma conclusão extremamente importante decorre das equações de Maxwell, previstas por Faraday: um campo eletromagnético alternado se propaga com uma velocidade finita, que é igual à velocidade da luz no vácuo.
Então, isso atestou a existência de ondas eletromagnéticas com todas as consequências científicas e técnicas dessa descoberta.
Em 1873, o famoso trabalho de J. Maxwell, Um Tratado sobre Eletricidade e Magnetismo, foi publicado. Resumindo sua pesquisa no campo do campo eletromagnético, o autor mostrou que a luz nada mais é do que ondas eletromagnéticas, notou a estreita relação entre as propriedades ópticas e eletromagnéticas do meio, introduziu pela primeira vez o conceito de corrente de deslocamento, que ocorre no dielétrico entre as placas do capacitor e forma um campo magnético.
A teoria de Maxwell, que completou o desenvolvimento da eletrodinâmica clássica, criou as bases científicas do campo eletromagnético e descobriu a natureza eletromagnética da luz, foi recebida com incredulidade pelos físicos a princípio. O fato é que as principais referências e conclusões da teoria não foram suficientemente confirmadas experimentalmente. O último quartel do século XIX decorreu essencialmente sob o lema de verificação experimental e teórica da teoria de Maxwell.
Prova da teoria de Maxwell
Um dos primeiros problemas que surgiram da teoria de Maxwell foi que se há uma conexão inseparável entre fenômenos elétricos e magnéticos, então deve haver a mesma conexão entre sistemas eletrostáticos e eletromagnéticos de unidades, ou seja, que a constante eletrodinâmica (a razão de unidades eletrostáticas e eletromagnéticas) deve ser igual à velocidade da luz no vácuo. Essa hipótese exigia verificação experimental.
Importantes resultados de pesquisas anteriores sobre a determinação da constante nas equações de Maxwell pertencem ao cientista russo A. G. Stoletov (1839-1896), que desenvolveu um método bastante preciso para determinar a razão dessas unidades e pela primeira vez estabeleceu que é igual a A velocidade da luz.
Esta foi talvez uma das primeiras provas da validade da teoria de Maxwell.
De grande importância para a solução do problema do movimento e distribuição de energia foram os trabalhos do cientista russo N.A. Umov (1846-1915), nos quais ele deu um importante passo no aprofundamento da teoria de campo, introduziu o conceito de movimento e fluxo de energia.
Com base na lei da conservação da energia, ele derivou uma equação para o movimento da energia em um meio e introduziu o vetor densidade de fluxo de energia, o vetor Umov.
Um caso separado do vetor Umov para um campo eletromagnético foi considerado dez anos depois pelo físico inglês John-Henry Poynting (1852-1914), que em 1884 derivou uma expressão para a densidade de fluxo de energia transportada por um campo eletromagnético.
Heinrich Hertz e confirmação experimental da teoria de Maxwell
E, no entanto, apenas os experimentos realizados por Hertz em 1886-1889 confirmaram experimentalmente a existência de ondas eletromagnéticas e a afirmação de que a velocidade das ondas eletromagnéticas é igual em magnitude à velocidade da luz, provou a identidade completa das propriedades eletromagnéticas e da luz. ondas, e assim trouxe a base de pesquisa para as teorias de Maxwell.
Sendo um defensor dos pontos de vista de M. Faraday e D. Maxwell, que rejeitavam a ação à distância, G. Hertz desde 1887, repetindo os experimentos de seu professor G. Helmholtz com bobinas de indução, com base nas equações de Maxwell, desenvolveu a teoria da um vibrador aberto que emite ondas eletromagnéticas. Com a ajuda de um “vibrador” e um “receptor”, ele mostrou que uma descarga oscilante causa ondas, que são uma combinação de duas oscilações perpendiculares – elétrica e magnética.
Hertz revelou a reflexão, refração, interferência e polarização dessas ondas e provou que todos os fatos da pesquisa são totalmente explicados pela teoria de Maxwell. Investigando a passagem de ondas através de fios, G. Hertz desenvolveu um método clássico para medir a velocidade das ondas em um condutor reto.
Na obra “Equações básicas da eletrodinâmica dos corpos em repouso”, publicada em 1890, Hertz deu uma forma simétrica clara à equação de Maxwell,
que exibe bem a completa reciprocidade entre as ações elétricas e magnéticas.
Hertz foi o primeiro a aplicar com sucesso o vetor Umov-Poynting para calcular o fluxo de energia irradiado por um dipolo para o espaço circundante e mostrou que a quantidade de energia que é transmitida pelo vibrador será diretamente proporcional ao quadrado do comprimento do dipolo e inversamente proporcional ao cubo do comprimento de onda gerado pelo dipolo.
Estes foram os pontos de partida na teoria das antenas e o início dos fundamentos teóricos da engenharia de rádio. A pesquisa de Hertz descobriu a existência de um campo eletromagnético livre, e a primeira prioridade para os físicos era a necessidade de gerar esse campo, detectá-lo e controlá-lo. Em primeiro lugar, foi necessário criar novos tipos de geradores para excitar ondas de comprimentos cada vez menores. O próprio Hertz usou ondas de 66 cm de comprimento.
O italiano Augusto Ritchie (1850-1920) em 1893 recebeu ondas de 10,6 cm de comprimento, e o notável cientista russo P.M. Lebedev em 1894 demonstrou experimentos na obtenção de ondas eletromagnéticas com um comprimento de 6 mm.
Telegrafia e rádio
Assim, no início dos anos 90 do século XIX. foi provada a síntese do eletromagnetismo e da óptica, a identidade completa das ondas eletromagnéticas e luminosas. Um novo problema surge diante da ciência – o uso de ondas eletromagnéticas para as necessidades da telegrafia. Pela primeira vez, o cientista russo A.S. Popov (1859–1906) em 1895
Os méritos de Popov na invenção do rádio foram oficialmente reconhecidos em 1900, concedendo-lhe um diploma honorário e uma medalha de ouro no Congresso Eletrotécnico Mundial em Paris. Deve-se notar que o engenheiro de rádio italiano Guglielmo Marconi propôs no final de 1896 à Inglaterra, para onde se mudou, os dispositivos que desenvolveu para a implementação do telégrafo sem fio e em 1897 recebeu uma patente para eles.
Os méritos de G. Marconi devem incluir sucessos na implementação da radiotelegrafia prática, em particular, em 1901 ele fez a primeira comunicação de rádio com a América através do Oceano Atlântico. Em 1896-1899, Nikola Tesla (1854-1943), um brilhante cientista sérvio e inventor no campo da engenharia elétrica e de rádio, estava envolvido no desenvolvimento de dispositivos de antena.
Assim se completou a luta pelo reconhecimento da realidade da existência do campo eletromagnético.
