Nghiên cứu cơ bản của M. Faraday và các nhà khoa học khác trong lĩnh vực điện từ học, cũng như ý tưởng của Faraday về mối quan hệ giữa điện trường và từ trường và mô hình của ông về trường điện từ là mắt xích cần thiết trong sự phát triển của khoa học, trên cơ sở đó hoàn thiện sự phát triển lý thuyết của điện động lực học cổ điển, lý thuyết về trường điện từ và lý thuyết điện từ về ánh sáng được hình thành.
Tất cả bắt đầu như thế nào
Nhà vật lý người Anh James Maxwell (1831–1879) tiếp tục nghiên cứu cơ bản của Faraday. Trong năm 1861–1862, một số bài báo của Maxwell đã được xuất bản, nơi ông đề xuất một lý thuyết mới, nêu bật vai trò của môi trường và đặt cho mình mục tiêu tìm ra một mô hình cơ học có thể tiết lộ hành vi của phương tiện này trong các tương tác từ.
Với sự trợ giúp của mô hình mà anh ấy đã xây dựng, anh ấy đã đến được các phương trình nổi tiếng của mình. Hệ phương trình của Maxwell đã khái quát những ý tưởng của Faraday và tiết lộ mối quan hệ giữa điện trường và từ trường. Một kết luận cực kỳ quan trọng sau phương trình Maxwell, được Faraday dự đoán: một trường điện từ xoay chiều lan truyền với tốc độ hữu hạn, bằng tốc độ ánh sáng trong chân không.
Vì vậy, điều này đã chứng minh sự tồn tại của sóng điện từ với tất cả các hệ quả khoa học và kỹ thuật của khám phá này.
Năm 1873, tác phẩm nổi tiếng của J. Maxwell, Một luận về điện và từ trường, được xuất bản. Tổng kết nghiên cứu của mình trong lĩnh vực điện từ trường, tác giả đã chỉ ra rằng ánh sáng không là gì khác ngoài sóng điện từ, ghi nhận mối quan hệ chặt chẽ giữa các tính chất quang học và điện từ của môi trường, lần đầu tiên đưa ra khái niệm về dòng chuyển dời, xảy ra trong chất điện môi giữa các bản tụ điện và tạo thành từ trường.
Cần lưu ý rằng Maxwell đã bày tỏ ý tưởng cơ bản về bản chất điện từ của ánh sáng vào năm 1865. Công lao của Maxwell bao gồm việc ông là người đầu tiên nghiên cứu sự phụ thuộc của chiết suất ánh sáng vào hằng số điện môi của môi trường và cũng thiết lập sự quay hiện diện của mặt phẳng phân cực ánh sáng trong trường điện từ.
Lý thuyết của Maxwell, hoàn thành sự phát triển của điện động lực học cổ điển, tạo ra cơ sở khoa học của trường điện từ, và khám phá ra bản chất điện từ của ánh sáng, ban đầu đã bị các nhà vật lý nghi ngờ. Thực tế là các tài liệu tham khảo và kết luận chính của lý thuyết vẫn chưa được xác nhận đầy đủ bằng thực nghiệm. Phần tư cuối của thế kỷ 19 diễn ra về cơ bản dưới khẩu hiệu kiểm chứng thực nghiệm và lý thuyết đối với lý thuyết của Maxwell.
Chứng minh lý thuyết của Maxwell
Một trong những vấn đề đầu tiên nảy sinh từ lý thuyết của Maxwell là nếu có một mối liên hệ không thể tách rời giữa các hiện tượng điện và từ, thì giữa các hệ thống tĩnh điện và điện từ của các đơn vị phải có mối liên hệ giống nhau, tức là hằng số điện động lực học (tỷ số của đơn vị tĩnh điện và điện từ) phải bằng tốc độ ánh sáng trong chân không. Giả thuyết này cần thực nghiệm xác minh.
Các kết quả nghiên cứu quan trọng trước đây về việc xác định hằng số trong phương trình Maxwell thuộc về nhà khoa học Nga A. G. Stoletov (1839–1896), người đã phát triển một phương pháp khá chính xác để xác định tỷ lệ của các đơn vị này và lần đầu tiên thiết lập rằng nó bằng tốc độ ánh sáng.
Đây có lẽ là một trong những bằng chứng đầu tiên về tính đúng đắn của lý thuyết Maxwell.
Các công trình của nhà khoa học Nga N.A. Umov (1846–1915) có tầm quan trọng lớn trong việc giải quyết vấn đề chuyển động và phân bố năng lượng, trong đó ông đã đưa ra một bước quan trọng trong việc đào sâu lý thuyết trường, đưa ra khái niệm chuyển động và dòng năng lượng.
Dựa trên định luật bảo toàn năng lượng, ông đã suy ra một phương trình chuyển động của năng lượng trong một môi trường và đưa ra véc tơ mật độ thông lượng năng lượng, véc tơ Umov.
Một trường hợp riêng biệt của vectơ Umov đối với trường điện từ đã được nhà vật lý người Anh John-Henry Poynting (1852–1914) xem xét mười năm sau, người vào năm 1884 đã suy ra một biểu thức cho mật độ thông lượng năng lượng do trường điện từ mang theo.
Vì vậy, cho đến những năm 1980, tức là cho đến khi nhà vật lý người Đức Heinrich Rudolf Hertz (1857–1894) bắt đầu nghiên cứu thực nghiệm nổi tiếng của mình để xác nhận lý thuyết trường điện từ, trong vật lý không chỉ. hoàn thành việc tạo ra điện động lực học cổ điển, xây dựng lý thuyết trường điện từ và thiết lập bản chất điện từ của ánh sáng, đồng thời thực hiện các nghiên cứu thực nghiệm để xác nhận một số kết luận và quy định của lý thuyết điện từ.
Heinrich Hertz và thực nghiệm xác nhận lý thuyết của Maxwell
Chưa hết, chỉ những thí nghiệm do Hertz thực hiện vào năm 1886–1889 đã thực nghiệm xác nhận sự tồn tại của sóng điện từ và khẳng định rằng tốc độ của sóng điện từ có độ lớn bằng tốc độ ánh sáng, đã chứng minh sự đồng nhất hoàn toàn về các tính chất của điện từ và ánh sáng. sóng, và do đó mang lại cơ sở nghiên cứu cho các lý thuyết của Maxwell.
Là người ủng hộ quan điểm của M. Faraday và D.Maxwell, những người bác bỏ hành động ở khoảng cách xa, G. Hertz kể từ năm 1887, lặp lại các thí nghiệm của giáo viên G. Helmholtz với cuộn dây cảm ứng, dựa trên các phương trình của Maxwell, đã phát triển lý thuyết về một máy rung mở phát ra sóng điện từ. Với sự trợ giúp của “máy rung” và “máy thu”, ông đã chỉ ra rằng sự phóng điện dao động gây ra sóng, là sự kết hợp của hai dao động vuông góc – điện và từ.
Hertz đã tiết lộ sự phản xạ, khúc xạ, giao thoa và phân cực của những sóng này và chứng minh rằng tất cả các dữ kiện nghiên cứu đều được lý thuyết của Maxwell giải thích đầy đủ. Điều tra sự truyền của sóng qua dây dẫn, G. Hertz đã phát triển một phương pháp cổ điển để đo tốc độ của sóng trong một dây dẫn thẳng.
Trong công trình “Phương trình cơ bản của điện động lực học của các vật thể ở trạng thái nghỉ”, xuất bản năm 1890, Hertz đã đưa ra một dạng đối xứng rõ ràng cho phương trình Maxwell,
trong đó thể hiện rõ sự tương hỗ hoàn toàn giữa các hành động điện và từ.
Hertz là người đầu tiên ứng dụng thành công vectơ Umov-Poynting để tính toán thông lượng năng lượng do một lưỡng cực bức xạ vào không gian xung quanh, và chỉ ra rằng lượng năng lượng do máy rung truyền đi sẽ tỷ lệ thuận với bình phương chiều dài lưỡng cực. và tỷ lệ nghịch với lập phương của bước sóng tạo ra bởi lưỡng cực.
Đây là những điểm khởi đầu trong lý thuyết về ăng-ten và là sự khởi đầu của cơ sở lý thuyết của kỹ thuật vô tuyến. Nghiên cứu của Hertz đã phát hiện ra sự tồn tại của trường điện từ tự do, và ưu tiên hàng đầu của các nhà vật lý là cần tạo ra trường này, phát hiện và điều khiển nó. Trước hết, cần phải tạo ra các loại máy phát điện mới để kích thích các sóng có độ dài ngày càng nhỏ hơn. Bản thân Hertz đã sử dụng những con sóng dài 66 cm.
Augusto Ritchie (1850–1920) người Ý vào năm 1893 đã nhận được sóng dài 10,6 cm, và nhà khoa học xuất sắc người Nga P.M. Lebedev năm 1894 đã chứng minh thí nghiệm thu được sóng điện từ có chiều dài 6 mm.
Điện báo và đài phát thanh
Vì vậy, đầu những năm 90 của TK XIX. sự tổng hợp của điện từ và quang học đã được chứng minh, sự đồng nhất hoàn toàn của sóng điện từ và ánh sáng. Một vấn đề mới nảy sinh trước khoa học – việc sử dụng sóng điện từ cho nhu cầu của điện báo. Lần đầu tiên, nhà khoa học Nga A.S. Popov (1859–1906) năm 1895
Công lao của Popov trong việc phát minh ra đài phát thanh được chính thức công nhận vào năm 1900 bằng việc trao cho ông bằng tốt nghiệp danh dự và huy chương vàng tại Đại hội Kỹ thuật Điện Thế giới ở Paris. Cần lưu ý rằng vào cuối năm 1896, kỹ sư vô tuyến người Ý Guglielmo Marconi đã đề xuất đến Anh, nơi ông chuyển đến, các thiết bị mà ông phát triển để thực hiện điện báo không dây và năm 1897 đã nhận được bằng sáng chế cho chúng.
Công lao của G. Marconi phải kể đến những thành công trong việc thực hiện kỹ thuật chụp ảnh vô tuyến điện thực tế, đặc biệt, vào năm 1901, ông đã thực hiện liên lạc vô tuyến đầu tiên với Mỹ qua Đại Tây Dương. Năm 1896–1899 Nikola Tesla (1854–1943), một nhà khoa học và nhà phát minh xuất sắc người Serbia trong lĩnh vực kỹ thuật điện và vô tuyến, đã tham gia vào việc phát triển các thiết bị ăng-ten.
Vì vậy, cuộc đấu tranh cho sự thừa nhận thực tế của sự tồn tại của trường điện từ đã hoàn thành.
