Les recherches fondamentales de M. Faraday et d’autres scientifiques dans le domaine de l’électromagnétisme, ainsi que les idées de Faraday sur la relation entre les champs électriques et magnétiques et son modèle du champ électromagnétique étaient le lien nécessaire dans le développement de la science, sur la base duquel le développement théorique de l’électrodynamique classique a été achevé, la théorie du champ électromagnétique a été créée et la théorie électromagnétique de la lumière a été formulée.
Comment tout a commencé
Le physicien anglais James Maxwell (1831–1879) a poursuivi les recherches fondamentales de Faraday. En 1861-1862, un certain nombre d’articles de Maxwell sont publiés, où il propose une nouvelle théorie, mettant en évidence le rôle du milieu, et se fixe pour objectif de trouver un modèle mécanique qui révélerait le comportement de ce milieu dans les interactions magnétiques.
A l’aide du modèle qu’il a construit, il arrive à ses fameuses équations. Le système d’équations de Maxwell a généralisé les idées de Faraday et a révélé la relation entre les champs électriques et magnétiques. Une conclusion extrêmement importante découle des équations de Maxwell, prédites par Faraday : un champ électromagnétique alternatif se propage avec une vitesse finie, qui est égale à la vitesse de la lumière dans le vide.
Donc, cela témoignait de l’existence des ondes électromagnétiques avec toutes les conséquences scientifiques et techniques de cette découverte.
En 1873, le célèbre ouvrage de J. Maxwell, A Treatise on Electricity and Magnetism, est publié. Résumant ses recherches dans le domaine du champ électromagnétique, l’auteur a montré que la lumière n’est rien d’autre que des ondes électromagnétiques, a noté la relation étroite entre les propriétés optiques et électromagnétiques du milieu, a introduit pour la première fois le concept de courant de déplacement, qui se produit dans le diélectrique entre les plaques du condensateur et forme un champ magnétique.
La théorie de Maxwell, qui a achevé le développement de l’électrodynamique classique, créé les fondements scientifiques du champ électromagnétique et découvert la nature électromagnétique de la lumière, a d’abord rencontré l’incrédulité des physiciens. Le fait est que les principales références et conclusions de la théorie n’ont pas été suffisamment confirmées expérimentalement. Le dernier quart du XIXe siècle s’est déroulé essentiellement sous le slogan de la vérification expérimentale et théorique de la théorie de Maxwell.
Preuve de la théorie de Maxwell
L’un des premiers problèmes soulevés par la théorie de Maxwell était que s’il existe un lien inséparable entre les phénomènes électriques et magnétiques, alors il doit y avoir le même lien entre les systèmes d’unités électrostatiques et électromagnétiques, c’est-à-dire que la constante électrodynamique (le rapport de unités électrostatiques et électromagnétiques) doit être égale à la vitesse de la lumière dans le vide. Cette hypothèse a nécessité une vérification expérimentale.
D’importants résultats de recherche antérieurs sur la détermination de la constante dans les équations de Maxwell appartiennent au scientifique russe A. G. Stoletov (1839–1896), qui a développé une méthode assez précise pour déterminer le rapport de ces unités et a établi pour la première fois qu’il est égal à la vitesse de la lumière.
Ce fut peut-être l’une des premières preuves de la validité de la théorie de Maxwell.
Les travaux du scientifique russe N.A. Umov (1846–1915), dans lesquels il a fait un pas important vers l’approfondissement de la théorie des champs, ont introduit le concept de mouvement et de flux d’énergie.
Basé sur la loi de conservation de l’énergie, il a dérivé une équation pour le mouvement de l’énergie dans un milieu et a introduit le vecteur de densité de flux d’énergie, le vecteur Umov.
Un cas distinct du vecteur Umov pour un champ électromagnétique a été considéré dix ans plus tard par le physicien anglais John-Henry Poynting (1852–1914), qui en 1884 a dérivé une expression pour la densité de flux d’énergie transportée par un champ électromagnétique.
Heinrich Hertz et confirmation expérimentale de la théorie de Maxwell
Et pourtant, seules les expériences réalisées par Hertz en 1886-1889 ont confirmé expérimentalement l’existence d’ondes électromagnétiques et l’affirmation selon laquelle la vitesse des ondes électromagnétiques est égale en grandeur à la vitesse de la lumière, a prouvé l’identité complète des propriétés de l’électromagnétisme et de la lumière. vagues, et a ainsi apporté la base de recherche aux théories de Maxwell.
Partisan des vues de M. Faraday et D. Maxwell, qui rejetaient l’action à distance, G. Hertz depuis 1887, répétant les expériences de son professeur G. Helmholtz avec des bobines d’induction, basées sur les équations de Maxwell, a développé la théorie de un vibrateur ouvert qui émet des ondes électromagnétiques. À l’aide d’un « vibrateur » et d’un « récepteur », il a montré qu’une décharge oscillante provoque des ondes, qui sont une combinaison de deux oscillations perpendiculaires – électrique et magnétique.
Hertz a révélé la réflexion, la réfraction, l’interférence et la polarisation de ces ondes et a prouvé que tous les faits de recherche sont pleinement expliqués par la théorie de Maxwell. En étudiant le passage des ondes à travers les fils, G. Hertz a développé une méthode classique pour mesurer la vitesse des ondes dans un conducteur droit.
Dans l’ouvrage « Équations de base de l’électrodynamique des corps au repos », publié en 1890, Hertz a donné une forme symétrique claire à l’équation de Maxwell,
qui montre bien la réciprocité complète entre les actions électriques et magnétiques.
Hertz a été le premier à appliquer avec succès le vecteur Umov-Poynting pour calculer le flux d’énergie rayonné par un dipôle dans l’espace environnant, et a montré que la quantité d’énergie transmise par le vibrateur sera directement proportionnelle au carré de la longueur du dipôle et inversement proportionnel au cube de la longueur d’onde générée par le dipôle.
Ce furent les points de départ de la théorie des antennes et le début des fondements théoriques de l’ingénierie radio. Les recherches de Hertz ont découvert l’existence d’un champ électromagnétique libre, et la première priorité des physiciens était la nécessité de générer ce champ, de le détecter et de le contrôler. Tout d’abord, il a fallu créer de nouveaux types de générateurs afin d’exciter des ondes de longueurs de plus en plus petites. Hertz lui-même utilisait des ondes de 66 cm de long.
L’Italien Augusto Ritchie (1850–1920) a reçu en 1893 des vagues de 10,6 cm de long, et le remarquable scientifique russe P.M. Lebedev en 1894 a démontré des expériences sur l’obtention d’ondes électromagnétiques d’une longueur de 6 mm.
Télégraphie et radio
Ainsi, au début des années 90 du XIXe siècle. la synthèse de l’électromagnétisme et de l’optique a été prouvée, l’identité complète des ondes électromagnétiques et lumineuses. Un nouveau problème se pose devant la science : l’utilisation des ondes électromagnétiques pour les besoins de la télégraphie. Pour la première fois, le scientifique russe A.S. Popov (1859-1906) en 1895
Les mérites de Popov dans l’invention de la radio ont été officiellement reconnus en 1900 en lui décernant un diplôme honorifique et une médaille d’or au Congrès mondial d’électrotechnique à Paris. Il convient de noter que l’ingénieur radio italien Guglielmo Marconi proposa à la fin de 1896 en Angleterre, où il s’installa, les appareils qu’il développa pour la mise en œuvre du télégraphe sans fil et en 1897 reçut un brevet pour eux.
Les mérites de G. Marconi devraient inclure des succès dans la mise en œuvre de la radiotélégraphie pratique, en particulier, en 1901, il a fait la première communication radio avec l’Amérique à travers l’océan Atlantique. En 1896–1899, Nikola Tesla (1854–1943), brillant scientifique et inventeur serbe dans le domaine de l’ingénierie électrique et radio, s’est engagé dans le développement de dispositifs d’antenne.
Ainsi, la lutte pour la reconnaissance de la réalité de l’existence du champ électromagnétique était terminée.
