การวิจัยพื้นฐานของ M. Faraday และนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ในด้านแม่เหล็กไฟฟ้า ตลอดจนแนวคิดของฟาราเดย์เกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กกับแบบจำลองสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของเขา เป็นการเชื่อมโยงที่จำเป็นในการพัฒนาวิทยาศาสตร์บนพื้นฐานของการพัฒนาทางทฤษฎีของอิเล็กโทรไดนามิกแบบคลาสสิกเสร็จสมบูรณ์ทฤษฎีของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นและได้มีการกำหนดทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแสง
เริ่มต้นอย่างไร
นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ James Maxwell (1831–1879) ยังคงทำการวิจัยพื้นฐานของฟาราเดย์ต่อไป ในปี ค.ศ. 1861–1862 มีการตีพิมพ์บทความจำนวนหนึ่งโดยแมกซ์เวลล์ ซึ่งเขาได้เสนอทฤษฎีใหม่ โดยเน้นที่บทบาทของสื่อ และตั้งเป้าหมายในการค้นหาแบบจำลองทางกลที่จะเปิดเผยพฤติกรรมของสื่อนี้ในปฏิกิริยาทางแม่เหล็ก
ด้วยความช่วยเหลือของแบบจำลองที่เขาสร้างขึ้น เขามาถึงสมการที่มีชื่อเสียงของเขา ระบบสมการของแมกซ์เวลล์สรุปความคิดของฟาราเดย์และเปิดเผยความสัมพันธ์ระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ข้อสรุปที่สำคัญอย่างยิ่งดังต่อไปนี้จากสมการของแมกซ์เวลล์ซึ่งทำนายโดยฟาราเดย์: สนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับแพร่กระจายด้วยความเร็วจำกัด ซึ่งเท่ากับความเร็วของแสงในสุญญากาศ
ดังนั้น สิ่งนี้จึงเป็นเครื่องยืนยันถึงการมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีผลทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคทั้งหมดของการค้นพบนี้
ในปี พ.ศ. 2416 ผลงานที่มีชื่อเสียงของเจ. แม็กซ์เวลล์ ตำราไฟฟ้าและแม่เหล็กได้รับการตีพิมพ์ สรุปผลการวิจัยของเขาในด้านสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ผู้เขียนแสดงให้เห็นว่าแสงไม่มีอะไรเลยนอกจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สังเกตความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดระหว่างคุณสมบัติทางแสงและแม่เหล็กไฟฟ้าของตัวกลาง เป็นครั้งแรกที่นำเสนอแนวคิดของกระแสการกระจัดซึ่งเกิดขึ้น ในไดอิเล็กตริกระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุและสร้างสนามแม่เหล็ก
ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ซึ่งเสร็จสิ้นการพัฒนาอิเล็กโทรไดนามิกแบบคลาสสิก สร้างรากฐานทางวิทยาศาสตร์ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า และค้นพบธรรมชาติแม่เหล็กไฟฟ้าของแสง ได้พบกับความน่าเหลือเชื่อโดยนักฟิสิกส์ในตอนแรก ความจริงก็คือการอ้างอิงและข้อสรุปหลักของทฤษฎียังไม่ได้รับการยืนยันจากการทดลองอย่างเพียงพอ ไตรมาสสุดท้ายของศตวรรษที่ 19 เกิดขึ้นภายใต้สโลแกนของการตรวจสอบเชิงทดลองและทฤษฎีของทฤษฎีของแมกซ์เวลล์
ข้อพิสูจน์ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์
ปัญหาแรกๆ ที่เกิดขึ้นจากทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ก็คือ หากมีการเชื่อมต่อระหว่างปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กอย่างแยกไม่ออก ก็จะต้องมีการเชื่อมต่อกันระหว่างระบบไฟฟ้าสถิตและแม่เหล็กไฟฟ้าของหน่วย นั่นคือ ค่าคงที่อิเล็กโทรไดนามิก (อัตราส่วนของ หน่วยไฟฟ้าสถิตและแม่เหล็กไฟฟ้า) ต้องเท่ากับความเร็วแสงในสุญญากาศ สมมติฐานนี้จำเป็นต้องมีการตรวจสอบการทดลอง
ผลการวิจัยที่สำคัญก่อนหน้านี้เกี่ยวกับการหาค่าคงที่ในสมการของแมกซ์เวลล์เป็นของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย A. G. Stoletov (1839–1896) ซึ่งพัฒนาวิธีการที่แม่นยำอย่างเป็นธรรมในการกำหนดอัตราส่วนของหน่วยเหล่านี้และเป็นครั้งแรกที่กำหนดว่ามีค่าเท่ากับ ความเร็วของแสง
นี่อาจเป็นหนึ่งในข้อพิสูจน์แรกถึงความถูกต้องของทฤษฎีของแมกซ์เวลล์
งานของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย N.A. Umov (1846–1915) มีความสำคัญอย่างยิ่งในการแก้ปัญหาการเคลื่อนที่และการกระจายพลังงาน ซึ่งเขาได้แนะนำแนวคิดของการเคลื่อนไหวและการไหลของพลังงาน
ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน เขาได้รับสมการการเคลื่อนที่ของพลังงานในตัวกลาง และแนะนำเวกเตอร์ความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงาน นั่นคือเวกเตอร์ Umov
กรณีที่แยกต่างหากของเวกเตอร์ Umov สำหรับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับการพิจารณาในอีกสิบปีต่อมาโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ John-Henry Poynting (1852–1914) ซึ่งในปี 1884 ได้รับการแสดงออกถึงความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงานที่เกิดจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้า
ไฮน์ริช เฮิรตซ์และการยืนยันการทดลองทฤษฎีของแมกซ์เวลล์
อย่างไรก็ตาม มีเพียงการทดลองที่ดำเนินการโดยเฮิรตซ์ในปี พ.ศ. 2429-2432 เท่านั้นที่ทดลองยืนยันการมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและการยืนยันว่าความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีขนาดเท่ากับความเร็วของแสง พิสูจน์เอกลักษณ์ที่สมบูรณ์ของคุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและแสง คลื่น และด้วยเหตุนี้จึงนำพื้นฐานการวิจัยมาสู่ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์
เป็นผู้สนับสนุนมุมมองของ M. Faraday และ D. Maxwell ผู้ปฏิเสธการกระทำในระยะไกล G. Hertz ตั้งแต่ปี 1887 ทำซ้ำการทดลองของอาจารย์ G. Helmholtz ด้วยขดลวดเหนี่ยวนำตามสมการของ Maxwell ได้พัฒนาทฤษฎีของ เครื่องสั่นแบบเปิดที่ปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ด้วยความช่วยเหลือของ “เครื่องสั่น” และ “เครื่องรับ” เขาแสดงให้เห็นว่าการคายประจุแบบสั่นทำให้เกิดคลื่น ซึ่งเป็นการรวมกันของการสั่นตั้งฉากสองครั้ง – ไฟฟ้าและแม่เหล็ก
เฮิรตซ์เปิดเผยการสะท้อน การหักเห การรบกวน และโพลาไรเซชันของคลื่นเหล่านี้ และพิสูจน์ว่าข้อเท็จจริงการวิจัยทั้งหมดได้รับการอธิบายอย่างเต็มที่โดยทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ ในการตรวจสอบเส้นทางของคลื่นผ่านสายไฟ จี. เฮิรตซ์ได้พัฒนาวิธีการแบบคลาสสิกในการวัดความเร็วของคลื่นในตัวนำแบบตรง
ในงาน “สมการพื้นฐานของอิเล็กโทรไดนามิกของร่างกายที่อยู่นิ่ง” ซึ่งตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2433 เฮิรตซ์ได้ให้รูปแบบสมมาตรที่ชัดเจนแก่สมการของแมกซ์เวลล์
ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการแลกเปลี่ยนกันอย่างสมบูรณ์ระหว่างการกระทำทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก
เฮิรตซ์เป็นคนแรกที่ประสบความสำเร็จในการใช้เวกเตอร์ Umov-Poynting ในการคำนวณฟลักซ์พลังงานที่แผ่โดยไดโพลไปยังพื้นที่โดยรอบ และแสดงให้เห็นว่าปริมาณพลังงานที่ส่งผ่านโดยเครื่องสั่นจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังสองของความยาวไดโพล และแปรผกผันกับลูกบาศก์ของความยาวคลื่นที่เกิดจากไดโพล
สิ่งเหล่านี้เป็นจุดเริ่มต้นในทฤษฎีเสาอากาศและจุดเริ่มต้นของพื้นฐานทางทฤษฎีของวิศวกรรมวิทยุ การวิจัยของเฮิรตซ์ได้ค้นพบการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าอิสระ และสิ่งสำคัญอันดับแรกสำหรับนักฟิสิกส์คือความจำเป็นในการสร้างสนามนี้ ตรวจจับและควบคุมสนามแม่เหล็ก ประการแรก จำเป็นต้องสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าประเภทใหม่เพื่อกระตุ้นคลื่นที่มีความยาวที่เล็กกว่าและเล็กกว่า เฮิรตซ์เองใช้คลื่นยาว 66 ซม.
ชาวอิตาลี Augusto Ritchie (1850–1920) ในปี 1893 ได้รับคลื่นยาว 10.6 ซม. และนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียที่โดดเด่น P.M. Lebedev ในปี 1894 ได้สาธิตการทดลองเพื่อให้ได้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาว 6 มม.
โทรเลขและวิทยุ
ดังนั้นในช่วงต้นทศวรรษ 90 ของศตวรรษที่ XIX การสังเคราะห์แม่เหล็กไฟฟ้าและทัศนศาสตร์ได้รับการพิสูจน์แล้ว ซึ่งเป็นเอกลักษณ์ที่สมบูรณ์ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและคลื่นแสง ปัญหาใหม่เกิดขึ้นก่อนวิทยาศาสตร์ – การใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับความต้องการของโทรเลข เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย A.S. โปปอฟ (1859–1906) ในปี 1895
ข้อดีของ Popov ในการประดิษฐ์วิทยุได้รับการยอมรับอย่างเป็นทางการในปี 1900 โดยมอบประกาศนียบัตรกิตติมศักดิ์และเหรียญทองให้กับเขาที่ World Electrotechnical Congress ในปารีส ควรสังเกตว่าวิศวกรวิทยุชาวอิตาลี Guglielmo Marconi เสนอเมื่อปลายปี พ.ศ. 2439 ที่อังกฤษซึ่งเขาย้ายอุปกรณ์ที่เขาพัฒนาขึ้นสำหรับการใช้งานโทรเลขไร้สายและในปี พ.ศ. 2440 ได้รับสิทธิบัตรสำหรับพวกเขา
ข้อดีของ G. Marconi ควรรวมถึงความสำเร็จในการดำเนินการวิทยุโทรเลขเชิงปฏิบัติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปี 1901 เขาได้ทำการสื่อสารทางวิทยุครั้งแรกกับอเมริกาทั่วมหาสมุทรแอตแลนติก ในปี 1896–1899 Nikola Tesla (1854–1943) นักวิทยาศาสตร์และนักประดิษฐ์ชาวเซอร์เบียที่ยอดเยี่ยมในด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยุมีส่วนร่วมในการพัฒนาอุปกรณ์เสาอากาศ
ดังนั้นการต่อสู้เพื่อการรับรู้ถึงความเป็นจริงของการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจึงเสร็จสมบูรณ์
