La investigación fundamental de M. Faraday y otros científicos en el campo del electromagnetismo, así como las ideas de Faraday sobre la relación entre campos eléctricos y magnéticos y su modelo del campo electromagnético fueron el eslabón necesario en el desarrollo de la ciencia, sobre cuya base se completó el desarrollo teórico de la electrodinámica clásica, se creó la teoría del campo electromagnético y se formuló la teoría electromagnética de la luz.
Cómo empezó todo
El físico inglés James Maxwell (1831–1879) continuó la investigación fundamental de Faraday. En 1861-1862 se publicaron una serie de artículos de Maxwell, donde proponía una nueva teoría, destacando el papel del medio, y se fijó como objetivo encontrar un modelo mecánico que revelara el comportamiento de este medio en las interacciones magnéticas.
Con la ayuda del modelo que construyó, llega a sus famosas ecuaciones. El sistema de ecuaciones de Maxwell generalizó las ideas de Faraday y reveló la relación entre los campos eléctrico y magnético. Una conclusión extremadamente importante se deriva de las ecuaciones de Maxwell, predichas por Faraday: un campo electromagnético alterno se propaga con una velocidad finita, que es igual a la velocidad de la luz en el vacío.
Entonces, esto atestiguó la existencia de ondas electromagnéticas con todas las consecuencias científicas y técnicas de este descubrimiento.
En 1873, se publicó la famosa obra de J. Maxwell, Tratado sobre electricidad y magnetismo. Resumiendo su investigación en el campo del campo electromagnético, el autor demostró que la luz no es más que ondas electromagnéticas, notó la estrecha relación entre las propiedades ópticas y electromagnéticas del medio, introdujo por primera vez el concepto de corriente de desplazamiento, que ocurre en el dieléctrico entre las placas del condensador y forma un campo magnético.
La teoría de Maxwell, que completó el desarrollo de la electrodinámica clásica, creó los fundamentos científicos del campo electromagnético y descubrió la naturaleza electromagnética de la luz, fue recibida con incredulidad por los físicos al principio. El hecho es que las principales referencias y conclusiones de la teoría no han sido suficientemente confirmadas experimentalmente. El último cuarto del siglo XIX se desarrolla esencialmente bajo la consigna de verificación experimental y teórica de la teoría de Maxwell.
Prueba de la teoría de Maxwell
Uno de los primeros problemas que surgieron de la teoría de Maxwell fue que si existe una conexión inseparable entre los fenómenos eléctricos y magnéticos, entonces debe existir la misma conexión entre los sistemas de unidades electrostático y electromagnético, es decir, que la constante electrodinámica (la relación de unidades electrostáticas y electromagnéticas) debe ser igual a la velocidad de la luz en el vacío. Esta hipótesis requería verificación experimental.
Importantes resultados de investigaciones previas sobre la determinación de la constante en las ecuaciones de Maxwell pertenecen al científico ruso A. G. Stoletov (1839–1896), quien desarrolló un método bastante preciso para determinar la proporción de estas unidades y por primera vez estableció que es igual a la velocidad de la luz.
Esta fue quizás una de las primeras pruebas de la validez de la teoría de Maxwell.
De gran importancia para resolver el problema del movimiento y la distribución de la energía fueron los trabajos del científico ruso N. A. Umov (1846-1915), en los que dio un paso importante hacia la profundización de la teoría de campos, introdujo el concepto de movimiento y flujo de energía.
Basado en la ley de conservación de la energía, derivó una ecuación para el movimiento de la energía en un medio e introdujo el vector de densidad de flujo de energía, el vector Umov.
Diez años después, el físico inglés John-Henry Poynting (1852-1914) consideró un caso separado del vector Umov para un campo electromagnético, quien en 1884 derivó una expresión para la densidad de flujo de energía transportada por un campo electromagnético.
Heinrich Hertz y la confirmación experimental de la teoría de Maxwell
Y, sin embargo, solo los experimentos realizados por Hertz en 1886-1889 confirmaron experimentalmente la existencia de ondas electromagnéticas y la afirmación de que la velocidad de las ondas electromagnéticas es igual en magnitud a la velocidad de la luz, demostró la identidad completa de las propiedades de las ondas electromagnéticas y de la luz. ondas, y así trajo la base de investigación a las teorías de Maxwell.
Siendo partidario de los puntos de vista de M. Faraday y D. Maxwell, que rechazaban la acción a distancia, G. Hertz desde 1887, repitiendo los experimentos de su maestro G. Helmholtz con bobinas de inducción, basándose en las ecuaciones de Maxwell, desarrolló la teoría de la un vibrador abierto que emite ondas electromagnéticas. Con la ayuda de un «vibrador» y un «receptor», demostró que una descarga oscilante provoca ondas, que son una combinación de dos oscilaciones perpendiculares: eléctrica y magnética.
Hertz reveló la reflexión, la refracción, la interferencia y la polarización de estas ondas y demostró que todos los hechos de la investigación se explican completamente por la teoría de Maxwell. Al investigar el paso de las ondas a través de los cables, G. Hertz desarrolló un método clásico para medir la velocidad de las ondas en un conductor rectilíneo.
En el trabajo «Ecuaciones básicas de electrodinámica de cuerpos en reposo», publicado en 1890, Hertz dio una forma simétrica clara a la ecuación de Maxwell,
que exhibe bien la reciprocidad completa entre las acciones eléctricas y magnéticas.
Hertz fue el primero en aplicar con éxito el vector Umov-Poynting para calcular el flujo de energía radiado por un dipolo en el espacio circundante, y demostró que la cantidad de energía que transmite el vibrador será directamente proporcional al cuadrado de la longitud del dipolo. e inversamente proporcional al cubo de la longitud de onda generada por el dipolo.
Estos fueron los puntos de partida en la teoría de las antenas y el comienzo de los fundamentos teóricos de la ingeniería de radio. La investigación de Hertz descubrió la existencia de un campo electromagnético libre, y la primera prioridad para los físicos era la necesidad de generar este campo, detectarlo y controlarlo. En primer lugar, era necesario crear nuevos tipos de generadores para excitar ondas de longitudes cada vez más pequeñas. El mismo Hertz usó ondas de 66 cm de largo.
El italiano Augusto Ritchie (1850-1920) en 1893 recibió ondas de 10,6 cm de largo, y el destacado científico ruso P.M. Lebedev en 1894 demostró experimentos sobre la obtención de ondas electromagnéticas con una longitud de 6 mm.
Telegrafía y radio
Entonces, a principios de los años 90 del siglo XIX. se comprobó la síntesis del electromagnetismo y la óptica, la identidad completa de las ondas electromagnéticas y luminosas. Surge un nuevo problema ante la ciencia: el uso de ondas electromagnéticas para las necesidades de la telegrafía. Por primera vez, el científico ruso A.S. Popov (1859-1906) en 1895
Los méritos de Popov en la invención de la radio fueron reconocidos oficialmente en 1900 al otorgarle un diploma honorífico y una medalla de oro en el Congreso Electrotécnico Mundial de París. Cabe señalar que el radioingeniero italiano Guglielmo Marconi propuso a fines de 1896 a Inglaterra, a donde se mudó, los dispositivos que desarrolló para la implementación del telégrafo inalámbrico y en 1897 recibió una patente para los mismos.
Los méritos de G. Marconi deben incluir éxitos en la implementación de la radiotelegrafía práctica, en particular, en 1901 realizó la primera comunicación por radio con América a través del Océano Atlántico. En 1896-1899, Nikola Tesla (1854-1943), un brillante científico e inventor serbio en el campo de la ingeniería eléctrica y de radio, se dedicó al desarrollo de dispositivos de antena.
Así se completó la lucha por el reconocimiento de la realidad de la existencia del campo electromagnético.
