ลักษณะทั่วไปของทฤษฎีแมกซ์เวลล์สำหรับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า อคติในปัจจุบัน ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์และคุณลักษณะของมัน แนวคิดของทฤษฎีของแมกซ์เวลล์สำหรับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

กระทรวงศึกษาธิการแห่งสหพันธรัฐรัสเซีย

สถาบันวิศวกรรมเครื่องกลเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก

รเชิงนามธรรมในวิชาฟิสิกส์

ในหัวข้อ:

"แก่นแท้ของทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์"

ดำเนินการ:

นักเรียนกรัม 2801

Shkeneva Yu.A.

เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก

บทนำ 3

สนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน 6

อคติปัจจุบัน 7

สมการของแมกซ์เวลล์สำหรับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า 9

รายการอ้างอิง 13

การแนะนำ

เจมส์ เคลิร์ก แม็กซ์เวลล์ เกิดเมื่อวันที่ 13 มิถุนายน พ.ศ. 2374 ในเอดินบะระ ในครอบครัวของทนายความซึ่งเป็นเจ้าของที่ดินในสกอตแลนด์ เด็กชายแสดงความรักต่อเทคโนโลยีตั้งแต่แรกเริ่มและความปรารถนาที่จะเข้าใจโลกรอบตัวเขา พ่อของเขาซึ่งเป็นคนที่มีการศึกษาสูงและมีความสนใจอย่างลึกซึ้งในปัญหาของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติและเทคโนโลยี มีอิทธิพลอย่างมากต่อเขา ที่โรงเรียน แม็กซ์เวลล์หลงใหลในเรขาคณิต และงานทางวิทยาศาสตร์ชิ้นแรกของเขาซึ่งสร้างเสร็จเมื่ออายุ 15 ปี คือการค้นพบวิธีการวาดรูปวงรีที่เรียบง่ายแต่ไม่มีใครรู้จัก แม็กซ์เวลล์ได้รับการศึกษาที่ดี ครั้งแรกที่เอดินบะระ และต่อจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์

ในปี ค.ศ. 1856 นักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่ที่มีอนาคตสดใสได้รับเชิญให้สอนเป็นศาสตราจารย์ในวิทยาลัยแห่งหนึ่งในเมืองอเบอร์ดีนของสกอตแลนด์ ที่นี่ Maxwell ทำงานอย่างกระตือรือร้นเกี่ยวกับปัญหาของกลศาสตร์ทั้งทางทฤษฎีและประยุกต์ ทัศนศาสตร์ และสรีรวิทยาของการมองเห็นสี เขาไขความลึกลับของวงแหวนของดาวเสาร์ได้อย่างชาญฉลาด โดยพิสูจน์ทางคณิตศาสตร์ว่าวงแหวนเหล่านี้ก่อตัวจากแต่ละอนุภาค ชื่อของนักวิทยาศาสตร์เป็นที่รู้จัก และเขาได้รับเชิญให้นั่งเก้าอี้ที่ King's College ในลอนดอน ยุคลอนดอน (พ.ศ. 2403-2408) เป็นช่วงที่มีผลมากที่สุดในชีวิตของนักวิทยาศาสตร์ เขากลับมาทำงานต่อและดำเนินการวิจัยทางทฤษฎีเกี่ยวกับไฟฟ้าพลศาสตร์จนเสร็จสิ้น และตีพิมพ์ผลงานพื้นฐานเกี่ยวกับทฤษฎีจลน์ของก๊าซ

หลังจากย้ายจากอเบอร์ดีน แม็กซ์เวลล์ยังคงวิจัยต่อไปอย่างไม่หยุดยั้ง โดยให้ความสนใจเป็นพิเศษกับทฤษฎีจลน์ของก๊าซ ว่ากันว่าภรรยาของเขา (อดีตแคทเธอรีน แมรี เดวาร์ ลูกสาวของหัวหน้าวิทยาลัย Marischal) จุดไฟที่ชั้นใต้ดินของบ้านในลอนดอนเพื่อให้แม็กซ์เวลล์ทำการทดลองในห้องใต้หลังคาเกี่ยวกับคุณสมบัติทางความร้อนของก๊าซ แต่ความสำเร็จที่เด็ดขาดและยิ่งใหญ่ที่สุดของ Maxwell คือการสร้างทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า

ต้นศตวรรษที่ 19 เต็มไปด้วยการค้นพบที่น่าตื่นเต้น ไม่นานหลังจากได้รับกระแสนิ่งแรก เออร์สเตดแสดงให้เห็นว่ากระแสที่ไหลผ่านตัวนำสร้างผลกระทบทางแม่เหล็กคล้ายกับที่เกิดจากแม่เหล็กถาวรธรรมดา ดังนั้นจึงสันนิษฐานว่าตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าสองตัวควรประพฤติตัวเหมือนแม่เหล็กสองตัวซึ่งดังที่ทราบกันดีว่าสามารถดึงดูดหรือขับไล่ได้ อันที่จริง การทดลองของแอมแปร์และนักวิจัยคนอื่นๆ ยืนยันว่ามีแรงดึงดูดหรือแรงผลักเกิดขึ้นระหว่างตัวนำไฟฟ้าสองตัวที่มีกระแสไหลอยู่ ในไม่ช้า ก็เป็นไปได้ที่จะกำหนดกฎแรงดึงดูดและแรงผลักด้วยความแม่นยำเช่นเดียวกับที่นิวตันได้กำหนดกฎแรงดึงดูดแรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุสองชนิดใดๆ

จากนั้นฟาราเดย์และเฮนรีได้ค้นพบปรากฏการณ์ที่น่าทึ่งของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า และด้วยเหตุนี้จึงแสดงให้เห็นถึงความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดระหว่างแม่เหล็กและไฟฟ้า

อย่างไรก็ตาม มีความจำเป็นเร่งด่วนในการสร้างทฤษฎีที่เป็นเอกภาพซึ่งตรงตามข้อกำหนดที่จำเป็น ซึ่งจะทำให้สามารถคาดการณ์การพัฒนาของปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าในเวลาและอวกาศได้ในกรณีทั่วไปที่สุด ภายใต้เงื่อนไขการทดลองเฉพาะใดๆ ที่เป็นไปได้

นี่คือสิ่งที่ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของ Maxwell กลายเป็นสูตรโดยเขาในรูปแบบของระบบสมการหลายประการที่อธิบายคุณสมบัติที่หลากหลายทั้งหมดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าโดยใช้ปริมาณทางกายภาพสองค่า - ความแรงของสนามไฟฟ้า E และความแรงของสนามแม่เหล็ก H เป็นที่น่าสังเกตว่าสมการแมกซ์เวลล์เหล่านี้ในรูปแบบสุดท้ายและจนถึงทุกวันนี้ยังคงเป็นรากฐานสำคัญของฟิสิกส์โดยให้คำอธิบายปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่สังเกตได้ในชีวิตจริง

เมื่อออกแบบสายไฟฟ้าแรงสูงเพื่อส่งกระแสไฟฟ้าในระยะทางไกล สมการของแมกซ์เวลล์จะช่วยสร้างระบบที่รับประกันการสูญเสียน้อยที่สุด เมื่อทำการทดลองพื้นฐานในห้องปฏิบัติการเพื่อศึกษาคุณสมบัติของโลหะในสนามไฟฟ้าความถี่สูงที่อุณหภูมิต่ำมาก เราใช้สมการของแมกซ์เวลล์เพื่อกำหนดลักษณะของการแพร่กระจายของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายในโลหะ หากเรากำลังสร้างกล้องโทรทรรศน์วิทยุตัวใหม่ที่สามารถจับสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าในอวกาศได้ เมื่อออกแบบเสาอากาศและท่อนำคลื่นที่ถ่ายโอนพลังงานจากเสาอากาศไปยังเครื่องรับวิทยุ เราจะใช้สมการของแมกซ์เวลล์อย่างสม่ำเสมอ

มีกฎหมายตามที่แรงที่กระทำต่อประจุที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของขนาดของประจุและองค์ประกอบความเร็วที่ตั้งฉากกับทิศทางของสนามแม่เหล็ก พลังนี้เป็นที่รู้จักสำหรับเราในชื่อ "พลังลอเรนซ์" อย่างไรก็ตาม มีคนเรียกมันว่า "พลังแห่งลาปลาซ"

ไม่มีความไม่แน่นอนเกี่ยวกับสมการของ Maxwell เครดิตสำหรับการค้นพบนี้เป็นของเขาเพียงผู้เดียว

ควรสังเกตว่าในศตวรรษที่ผ่านมาเขาไม่ได้เป็นนักฟิสิกส์เพียงคนเดียวที่พยายามสร้างทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ครอบคลุม คนอื่น ๆ สงสัยว่ามีการเชื่อมโยงอย่างลึกซึ้งระหว่างแสงและปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าโดยไม่มีเหตุผล

ข้อดีหลักของ Maxwell คือการที่เขามาถึงระบบสมการที่สวยงามและเรียบง่ายซึ่งอธิบายปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดในทางของเขาเอง

สมการของแมกซ์เวลล์ไม่เพียงแต่ครอบคลุมและอธิบายปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดที่เรารู้จักเท่านั้น ขอบเขตการใช้งานไม่ได้จำกัดอยู่เพียงปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่อาจเกิดขึ้นในสภาวะท้องถิ่นที่เฉพาะเจาะจง ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ทำนายผลกระทบใหม่โดยสิ้นเชิงซึ่งพบได้ในอวกาศที่ปราศจากวัตถุ - รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า นี่เป็นความสำเร็จที่ไม่เหมือนใครอย่างแน่นอน โดยเป็นยอดชัยชนะของทฤษฎีของ Maxwell

สนามไฟฟ้าวอร์เท็กซ์

จากกฎของฟาราเดย์ e i = - d Ф/dt การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในฟลักซ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องกับวงจรจะทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำ และด้วยเหตุนี้ กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำจึงปรากฏขึ้น ส่งผลให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้า การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้ายังเป็นไปได้ในวงจรที่อยู่นิ่งซึ่งอยู่ในสนามแม่เหล็กสลับ อย่างไรก็ตาม ในวงจรใด ๆ จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อแรงภายนอกกระทำต่อพาหะปัจจุบันในนั้น - แรงที่มีต้นกำเนิดที่ไม่ใช่ไฟฟ้าสถิต

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าแรงภายนอกเหล่านี้ไม่เกี่ยวข้องกับกระบวนการทางความร้อนหรือทางเคมีในวงจร การเกิดขึ้นของพวกมันก็ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยกองกำลังลอเรนซ์ เนื่องจากพวกมันไม่ได้กระทำการกับประจุที่อยู่นิ่ง แมกซ์เวลล์ตั้งสมมติฐานว่าสนามแม่เหล็กกระแสสลับใดๆ จะกระตุ้นสนามไฟฟ้าในพื้นที่โดยรอบ ซึ่งเป็นสาเหตุของการปรากฏตัวของกระแสเหนี่ยวนำในวงจร ตามแนวคิดของ Maxwell วงจรที่แรงเคลื่อนไฟฟ้าปรากฏมีบทบาทรอง โดยเป็นเพียง "อุปกรณ์" ที่ตรวจจับฟิลด์นี้

ดังนั้น ตามข้อมูลของ Maxwell สนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลาจะสร้างสนามไฟฟ้า EB ซึ่งการไหลเวียนของสนามนั้นตามสูตร

E B dl = E Bl dl = - d Ф/dt (1)

โดยที่ เส้นโครงของเวกเตอร์ E Bl คือเส้นโครงของเวกเตอร์ E ไปยังทิศทาง dl; อนุพันธ์บางส่วน ¶Ф/¶t คำนึงถึงการพึ่งพาฟลักซ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กตรงเวลาเท่านั้น

เราได้รับนิพจน์ Ф = B dS ลงในสูตรนี้ (1)

E B dl = - ¶ / ¶ เสื้อ B dS

เนื่องจากรูปร่างและพื้นผิวไม่มีการเคลื่อนไหว จึงสามารถสลับการดำเนินการสร้างความแตกต่างและบูรณาการได้ เพราะฉะนั้น,

E B dl = - ¶ B/ ¶ เสื้อ dS (2)

ตาม E dl = El dl = 0 การไหลเวียนของเวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้าสถิต (แสดงว่าเป็น E Q) ตามแนววงปิดเป็นศูนย์:

อีคิว ดล = อี คิว ดล = 0 (3)

เมื่อเปรียบเทียบนิพจน์ (1) และ (3) เราจะเห็นว่ามีความแตกต่างพื้นฐานระหว่างเขตข้อมูลที่กำลังพิจารณา (E B และ E Q): การหมุนเวียนของเวกเตอร์ E B ตรงกันข้ามกับการหมุนเวียนของเวกเตอร์ E Q นั้นไม่เป็นศูนย์ ดังนั้น สนามไฟฟ้า E B ที่ถูกกระตุ้นโดยสนามแม่เหล็ก เหมือนกับสนามแม่เหล็กเอง จึงเป็นกระแสน้ำวน

อคติในปัจจุบัน

ตามข้อมูลของ Maxwell หากสนามแม่เหล็กกระแสสลับใดๆ กระตุ้นสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนในพื้นที่โดยรอบ ปรากฏการณ์ตรงกันข้ามก็ควรจะมีอยู่เช่นกัน การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในสนามไฟฟ้าควรทำให้เกิดการปรากฏตัวของสนามแม่เหล็กกระแสน้ำวนในพื้นที่โดยรอบ เนื่องจากสนามแม่เหล็กสัมพันธ์กับกระแสไฟฟ้าเสมอ แม็กซ์เวลล์จึงเรียกสนามไฟฟ้ากระแสสลับที่กระตุ้นสนามแม่เหล็กว่าเป็นกระแสแทนที่ ตรงกันข้ามกับกระแสการนำที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุตามลำดับ สำหรับการเกิดกระแสดิสเพลสเมนต์ ตามข้อมูลของ Maxwell จำเป็นต้องมีสนามไฟฟ้ากระแสสลับเท่านั้น

พิจารณาวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีตัวเก็บประจุ (รูปที่ 1) มีสนามไฟฟ้ากระแสสลับระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุการชาร์จและคายประจุ ดังนั้นตามข้อมูลของ Maxwell กระแสการเคลื่อนที่จะ "ไหล" ผ่านตัวเก็บประจุและในบริเวณที่ไม่มีตัวนำ ผลที่ตามมา เนื่องจากมีสนามไฟฟ้ากระแสสลับ (กระแสแทนที่) ระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุ สนามแม่เหล็กจึงตื่นเต้นระหว่างแผ่นเหล่านี้ด้วย

เรามาค้นหาความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้น จากข้อมูลของ Maxwell สนามไฟฟ้ากระแสสลับในตัวเก็บประจุในแต่ละช่วงเวลาจะสร้างสนามแม่เหล็กราวกับว่ามีกระแสการนำระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุด้วยแรงเท่ากับความแรงของกระแสในสายไฟจ่าย จากนั้นเราสามารถพูดได้ว่าความหนาแน่นกระแสการนำไฟฟ้า (j) และกระแสการเคลื่อนที่ (j cm) เท่ากัน: j cm = j

ความหนาแน่นกระแสการนำไฟฟ้าใกล้กับแผ่นตัวเก็บประจุ j = = = ()= d s /dt , s คือความหนาแน่นประจุที่พื้นผิว, S คือพื้นที่ของแผ่นตัวเก็บประจุ ดังนั้น j cm = ds /dt (4) หากการกระจัดทางไฟฟ้าในตัวเก็บประจุเท่ากับ D ความหนาแน่นประจุพื้นผิวบนเพลตคือ s = D เมื่อคำนึงถึงสิ่งนี้ นิพจน์ (4) สามารถเขียนได้เป็น: j cm = ¶ D /¶ t โดยที่เครื่องหมายของอนุพันธ์บางส่วนบ่งชี้ว่าสนามแม่เหล็กถูกกำหนดโดยอัตราการเปลี่ยนแปลงของการกระจัดทางไฟฟ้าเมื่อเวลาผ่านไปเท่านั้น

เนื่องจากกระแสดิสเพลสเมนต์เกิดขึ้นกับการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในสนามไฟฟ้า จึงไม่เพียงมีอยู่ในสุญญากาศหรือไดอิเล็กทริกเท่านั้น แต่ยังปรากฏอยู่ภายในตัวนำที่กระแสสลับไหลผ่านด้วย อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ ถือว่าน้อยมากเมื่อเทียบกับกระแสการนำไฟฟ้า การปรากฏตัวของกระแสการกระจัดได้รับการยืนยันจากการทดลองโดยนักฟิสิกส์ชาวโซเวียต A. A. Eikhenvald ซึ่งศึกษาสนามแม่เหล็กของกระแสโพลาไรเซชันซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกระแสการกระจัด

ในกรณีทั่วไป กระแสการนำและกระแสดิสเพลสเมนต์จะไม่แยกจากกันในอวกาศ แต่อยู่ในปริมาตรเดียวกัน แม็กซ์เวลล์จึงนำเสนอแนวคิดเรื่องกระแสรวม ซึ่งเท่ากับผลรวมของกระแสการนำ (รวมถึงกระแสการพาความร้อน) และการกระจัด ความหนาแน่นกระแสรวม:

j เต็ม = j + ¶ D /¶ เสื้อ .

ด้วยการแนะนำแนวคิดเรื่องกระแสดิสเพลสเมนต์และกระแสรวม แม็กซ์เวลล์ได้ใช้แนวทางใหม่ในการพิจารณาวงจรปิดของวงจรกระแสสลับ กระแสรวมในนั้นจะถูกปิดเสมอเช่น ที่ปลายตัวนำเฉพาะกระแสการนำเท่านั้นที่ถูกขัดจังหวะและในอิเล็กทริก (สุญญากาศ) ระหว่างปลายของตัวนำจะมีกระแสการกระจัดที่ปิดกระแสการนำ

แมกซ์เวลล์สรุปทฤษฎีบทเกี่ยวกับการไหลเวียนของเวกเตอร์ H โดยแนะนำกระแสรวม I ทั้งหมด = j รวม dS ทางด้านขวาของเวกเตอร์ โดยมีวงปิด L จากนั้นทฤษฎีบททั่วไปเกี่ยวกับการไหลเวียนของเวกเตอร์ H จะถูกเขียนเป็น:

H dl = (j + ¶ D/ ¶ เสื้อ) dS (5)

นิพจน์ (5) เป็นจริงเสมอ ดังที่เห็นได้จากความสอดคล้องที่สมบูรณ์ระหว่างทฤษฎีและประสบการณ์

สมการของแมกซ์เวลล์สำหรับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

การแนะนำแนวคิดเรื่องกระแสแทนที่ของแมกซ์เวลล์ทำให้เขาบรรลุทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแบบมหภาคที่เป็นเอกภาพ ซึ่งทำให้เป็นไปได้จากมุมมองที่เป็นหนึ่งเดียว ไม่เพียงแต่จะอธิบายปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กเท่านั้น แต่ยังทำนายปรากฏการณ์ใหม่ได้ด้วย ซึ่งต่อมาได้รับการยืนยันว่ามีอยู่จริง

ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์มีพื้นฐานมาจากสมการทั้งสี่ที่กล่าวถึงข้างต้น:

สนามไฟฟ้าอาจเป็นได้ทั้งศักย์ (E Q) หรือกระแสน้ำวน (E B) ดังนั้นความแรงของสนามไฟฟ้าทั้งหมดคือ E = E Q + E B เนื่องจากการไหลเวียนของเวกเตอร์ E Q เท่ากับศูนย์และการไหลเวียนของเวกเตอร์ E B ถูกกำหนดโดยนิพจน์ (2) จากนั้นการไหลเวียนของเวกเตอร์ความแรงของสนามทั้งหมด

E dl = - ¶B/¶t dS.

สมการนี้แสดงให้เห็นว่าแหล่งกำเนิดของสนามไฟฟ้าไม่เพียงแต่เป็นประจุไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลาด้วย

ทฤษฎีบททั่วไปเกี่ยวกับการไหลเวียนของเวกเตอร์ H:

H dl = (j + ¶D/¶t) dS

สมการนี้แสดงให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กสามารถถูกกระตุ้นโดยประจุเคลื่อนที่ (กระแสไฟฟ้า) หรือโดยสนามไฟฟ้ากระแสสลับ

ทฤษฎีบทของเกาส์สำหรับสนามไฟฟ้าสถิตในอิเล็กทริก:

หากประจุมีการกระจายอย่างต่อเนื่องภายในพื้นผิวปิดที่มีความหนาแน่นของปริมาตร ρ สูตร (6) จะถูกเขียนเป็น:

D dS = ρ dV

ทฤษฎีบทของเกาส์สำหรับสนาม B:

บีดีเอส = 0.

ดังนั้น ระบบสมการของแมกซ์เวลล์ที่สมบูรณ์ในรูปแบบอินทิกรัล:

E dl = - ¶ B/ ¶ เสื้อ dS; D dS = ρ dV;

H dl = (j + ¶D/¶t) dS; บีดีเอส = 0.

ปริมาณที่รวมอยู่ในสมการของแมกซ์เวลล์ไม่เป็นอิสระและมีความสัมพันธ์ระหว่างกันดังต่อไปนี้:

B = ม. 0 ม. H;

เจ = ก อี ;

โดยที่ e 0 และ m 0 เป็นค่าคงที่ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก ตามลำดับ e และ m คือค่าการซึมผ่านของฉนวนและแม่เหล็ก ตามลำดับ g คือค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะของสาร

จากสมการของแมกซ์เวลล์ แหล่งกำเนิดของสนามไฟฟ้าอาจเป็นประจุไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลา และสนามแม่เหล็กสามารถถูกกระตุ้นโดยการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า (กระแสไฟฟ้า) หรือโดยสนามไฟฟ้าสลับ สมการของแมกซ์เวลล์ไม่สมมาตรเมื่อเทียบกับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าในธรรมชาติมีประจุไฟฟ้า แต่ไม่มีประจุแม่เหล็ก

สำหรับสนามที่อยู่นิ่ง (E =const และ B =const) สมการของ Maxwell อยู่ในรูปแบบ:

อี ดล = 0; D dS = Q;

H ดล = ฉัน; บีดีเอส = 0.

ในกรณีนี้ สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเป็นอิสระจากกัน ซึ่งทำให้สามารถศึกษาสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กคงที่แยกกัน

การใช้ทฤษฎีบทสโตกส์และเกาส์ที่ทราบจากการวิเคราะห์เวกเตอร์:

A dl = เน่า A dS;

A dS = div A dV,

เราสามารถแสดงระบบสมการของแมกซ์เวลล์ที่สมบูรณ์ในรูปแบบอนุพันธ์ได้:

เน่า E = - ¶ B/ ¶ t; div D = ρ;

เน่า H = j + ¶ D/ ¶ t; div B = 0

ถ้าประจุและกระแสมีการกระจายอย่างต่อเนื่องในอวกาศ สมการของแมกซ์เวลล์ทั้งสองรูปแบบ - อินทิกรัลและดิฟเฟอเรนเชียล - จะเท่ากัน อย่างไรก็ตาม เมื่อมีพื้นผิวที่ไม่ต่อเนื่อง - พื้นผิวที่คุณสมบัติของตัวกลางหรือสนามเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน รูปแบบอินทิกรัลของสมการจะมีความทั่วไปมากกว่า

สมการของแมกซ์เวลล์เป็นสมการทั่วไปที่สุดสำหรับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในสื่อที่อยู่นิ่ง พวกเขามีบทบาทในหลักคำสอนเรื่องแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นเดียวกับกฎของนิวตันในกลศาสตร์ จากสมการของแมกซ์เวลล์เป็นไปตามว่าสนามแม่เหล็กสลับจะสัมพันธ์กับสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยมันเสมอ และสนามไฟฟ้ากระแสสลับจะสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กที่สร้างโดยมันเสมอ เช่น สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเชื่อมโยงกันอย่างแยกไม่ออก - พวกมัน ก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสนามเดียว

ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์เป็นแบบมหภาค เนื่องจากพิจารณาสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่เกิดจากประจุและกระแสขนาดมหภาค ดังนั้นทฤษฎีนี้จึงไม่สามารถเปิดเผยกลไกภายในของปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในตัวกลางและนำไปสู่การเกิดสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กได้ การพัฒนาเพิ่มเติมของทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์คือทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์ของลอเรนซ์ และทฤษฎีแมกซ์เวลล์-ลอเรนซ์ได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมในฟิสิกส์ควอนตัม

ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ซึ่งเป็นลักษณะทั่วไปของกฎพื้นฐานของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กสามารถอธิบายได้ไม่เพียง แต่ข้อเท็จจริงเชิงทดลองที่ทราบอยู่แล้วเท่านั้นซึ่งเป็นผลที่ตามมาที่สำคัญด้วย แต่ยังทำนายปรากฏการณ์ใหม่อีกด้วย ข้อสรุปที่สำคัญประการหนึ่งของทฤษฎีนี้คือการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กของกระแสการกระจัด การดำรงอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า - สนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับที่แพร่กระจายในอวกาศด้วยความเร็วจำกัด ต่อมา ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าความเร็วของการแพร่กระจายของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าอิสระ (ไม่ถูกผูกมัดด้วยกระแส) ในสุญญากาศเท่ากับความเร็วแสง c = 3 · 10 8 m/s ข้อสรุปและการศึกษาเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับคุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้แมกซ์เวลล์สร้างทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแสงตามที่แสงก็เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นกัน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับการทดลองโดย G. Hertz (1857 - 1894) ซึ่งพิสูจน์ว่ากฎของการกระตุ้นและการแพร่กระจายของคลื่นนั้นอธิบายไว้อย่างสมบูรณ์โดยสมการของ Maxwell ดังนั้นทฤษฎีของแมกซ์เวลล์จึงได้รับการยืนยันจากการทดลองอันยอดเยี่ยม

ต่อมา เอ. ไอน์สไตน์ได้กำหนดว่าหลักการสัมพัทธภาพของกาลิเลโอสำหรับปรากฏการณ์ทางกลสามารถนำไปใช้กับปรากฏการณ์ทางกายภาพอื่นๆ ทั้งหมดได้

ตามหลักการสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ ปรากฏการณ์ทางกล ทางแสง และแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมด กล่าวคือ อธิบายได้ด้วยสมการเดียวกัน จากหลักการนี้ การพิจารณาแยกสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจึงสมเหตุสมผล ดังนั้น หากสนามไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยระบบประจุที่อยู่นิ่ง ประจุเหล่านี้ซึ่งอยู่นิ่งกับระบบอ้างอิงเฉื่อยระบบหนึ่งจะเคลื่อนที่สัมพันธ์กับอีกระบบหนึ่ง และด้วยเหตุนี้ ไม่เพียงแต่จะสร้างไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังสร้างสนามแม่เหล็กด้วย ในทำนองเดียวกัน ตัวนำที่มีกระแสคงที่และไม่มีการเคลื่อนที่สัมพันธ์กับกรอบอ้างอิงเฉื่อยหนึ่งกรอบ จะกระตุ้นสนามแม่เหล็กคงที่ที่แต่ละจุดในอวกาศ เคลื่อนที่สัมพันธ์กับกรอบเฉื่อยอื่นๆ และสนามแม่เหล็กสลับที่ตัวนำนั้นสร้างความตื่นเต้นให้กับสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน

ดังนั้นทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ การยืนยันการทดลอง ตลอดจนหลักการสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์จึงนำไปสู่ทฤษฎีปรากฏการณ์ทางไฟฟ้า แม่เหล็ก และทางแสงที่เป็นหนึ่งเดียว โดยมีพื้นฐานอยู่บนแนวคิดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

บรรณานุกรม

ป.ล. Kudryavtsev "แมกซ์เวลล์", ม., 2519

ดี. แมคโดนัลด์. "ฟาราเดย์", แม็กซ์เวลล์และเคลวิน", ม., 2510

ที.ไอ. โทรฟิโมวา "หลักสูตรฟิสิกส์" ม. 2526

จี.เอ็ม. โกลิน เอส.อาร์. ฟิโลโนวิช. คลาสสิกของวิทยาศาสตร์กายภาพ "บัณฑิตวิทยาลัย". ม., 1989.

แนวคิดเรื่องเส้นแรงของฟาราเดย์ไม่ได้ถูกนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ให้ความสำคัญมาเป็นเวลานาน ความจริงก็คือฟาราเดย์ซึ่งไม่มีความสามารถในการใช้อุปกรณ์ทางคณิตศาสตร์ที่ดีเพียงพอ ไม่ได้ให้เหตุผลที่น่าเชื่อถือสำหรับข้อสรุปของเขาในภาษาของสูตร (“เป็นจิตใจที่ไม่เคยจมอยู่ในสูตร” A. Einstein กล่าวถึงเขา)

James Maxwell นักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์ผู้ชาญฉลาดปกป้องวิธีการของฟาราเดย์ แนวคิดของเขาเกี่ยวกับการกระทำและสาขาระยะสั้น โดยอ้างว่าแนวคิดของฟาราเดย์สามารถแสดงออกมาในรูปแบบของสูตรทางคณิตศาสตร์ธรรมดา และสูตรเหล่านี้เทียบได้กับสูตรของนักคณิตศาสตร์มืออาชีพ

ทฤษฎีสนามได้รับการพัฒนาโดย D. Maxwell ในงานของเขาเรื่อง "On Physical Lines of Force" (1861-1865) และ "ทฤษฎีสนามไดนามิก (1864-1865) ในงานชิ้นสุดท้ายได้มีการกำหนดระบบสมการที่มีชื่อเสียงซึ่ง (อ้างอิงจากเฮิรตซ์) ถือเป็นแก่นแท้ของทฤษฎีของแมกซ์เวลล์

สาระสำคัญของมันก็คือว่าสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไม่เพียงสร้างในร่างกายโดยรอบเท่านั้น แต่ยังสร้างสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนในสุญญากาศด้วย ซึ่งในทางกลับกัน จะทำให้เกิดลักษณะของสนามแม่เหล็กดังนั้นจึงมีการนำความเป็นจริงใหม่มาสู่ฟิสิกส์ - สนามแม่เหล็กไฟฟ้า นี่เป็นจุดเริ่มต้นของยุคใหม่ในวิชาฟิสิกส์ - ระยะที่สนามแม่เหล็กไฟฟ้ากลายเป็นความจริง ผู้ให้บริการวัสดุของการโต้ตอบ

โลกเริ่มปรากฏเป็นระบบไฟฟ้าไดนามิก ซึ่งสร้างขึ้นจากอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (อันที่จริง ขอให้เราจำไว้ว่า MCM ถูกครอบงำโดยหลักการของการกระทำระยะไกล ซึ่งการกระทำของกองกำลังประเภทต่าง ๆ จะถูกส่งไปทันที โดยไม่ต้องมีส่วนร่วมของตัวกลาง)

ระบบสมการสำหรับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ Maxwell พัฒนาขึ้นประกอบด้วย 4 สมการ ซึ่งเทียบเท่ากับ 4 ประโยค

จากการวิเคราะห์สมการของเขา Maxwell ได้ข้อสรุปว่าต้องมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและความเร็วของการแพร่กระจายจะต้องเท่ากับความเร็วแสง ดังนั้นข้อสรุป: แสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทหนึ่ง ตามทฤษฎีของเขา แม็กซ์เวลล์ทำนายการมีอยู่ของแรงกดดันที่เกิดจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และผลที่ตามมาคือโดยแสง ซึ่งได้รับการพิสูจน์อย่างชาญฉลาดด้วยการทดลองในปี 1906 โดย P.N. เลเบเดฟ.

จุดสุดยอดของงานทางวิทยาศาสตร์ของ Maxwell คือบทความเกี่ยวกับไฟฟ้าและแม่เหล็กของเขา

การพัฒนาแนวคิดความต่อเนื่องของกล้ามเนื้อและกระดูกในงานของแมกซ์เวลล์ ในขณะที่พัฒนาทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้า แม็กซ์เวลล์ไม่ได้ปฏิเสธธรรมชาติของสสารที่แยกจากกัน เขาเขียนว่า: “แม้แต่อะตอม เมื่อเราถือว่ามันมีความสามารถในการหมุนรอบตัวเอง ก็สามารถแสดงได้ว่าประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานจำนวนมาก” คำกล่าวนี้เกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2416 ก่อนการค้นพบอิเล็กตรอนเป็นเวลานาน ดังนั้น แม็กซ์เวลล์จึงไม่ได้ให้ความสำคัญกับความต่อเนื่องหรือความต่อเนื่องของสสาร ซึ่งทำให้มีความเป็นไปได้ของทั้งสองอย่าง

หลังจากพัฒนา EMCM แล้ว Maxwell ก็วาดภาพโลกแห่งฟิสิกส์คลาสสิกจนเสร็จสมบูรณ์ (“จุดเริ่มต้นของจุดสิ้นสุดของฟิสิกส์คลาสสิก”) ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์เป็นบรรพบุรุษของทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์ของลอเรนซ์และทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของเอ. ไอน์สไตน์

กลับไปด้านบนของเอกสาร

หัวข้อ: การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

บทเรียน: แม่เหล็กไฟฟ้าสนาม.ทฤษฎีแม็กซ์เวลล์

ลองพิจารณาแผนภาพด้านบนและกรณีที่เชื่อมต่อแหล่งจ่ายกระแสตรง (รูปที่ 1)

ข้าว. 1. โครงการ

องค์ประกอบหลักของวงจร ได้แก่ หลอดไฟ, ตัวนำธรรมดา, ตัวเก็บประจุ - เมื่อวงจรปิดอยู่ แรงดันไฟฟ้าจะปรากฏบนแผ่นตัวเก็บประจุเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต้นทาง

ตัวเก็บประจุประกอบด้วยแผ่นโลหะสองแผ่นขนานกันซึ่งมีอิเล็กทริกอยู่ระหว่างแผ่นเหล่านั้น เมื่อเกิดความต่างศักย์ไฟฟ้ากับแผ่นของตัวเก็บประจุ มันจะชาร์จและเกิดสนามไฟฟ้าสถิตภายในอิเล็กทริก ในกรณีนี้ จะไม่มีกระแสใดๆ ภายในอิเล็กทริกที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ

เมื่อเปลี่ยนกระแสตรงเป็นกระแสสลับคุณสมบัติของไดอิเล็กทริกในตัวเก็บประจุจะไม่เปลี่ยนแปลงและยังไม่มีประจุไฟฟ้าฟรีในอิเล็กทริก แต่เราสังเกตว่าหลอดไฟสว่างอยู่ คำถามเกิดขึ้น: เกิดอะไรขึ้น? แม็กซ์เวลล์เรียกกระแสที่เกิดขึ้นในกรณีนี้ว่ากระแสแทนที่

เรารู้ว่าเมื่อวางวงจรนำกระแสไว้ในสนามแม่เหล็กสลับ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะปรากฏขึ้นในสนามแม่เหล็กนั้น นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่ามีสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนเกิดขึ้น

จะเกิดอะไรขึ้นหากภาพที่คล้ายกันเกิดขึ้นเมื่อสนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง?

สมมติฐานของแมกซ์เวลล์: สนามไฟฟ้าที่แปรผันตามเวลาทำให้เกิดลักษณะของสนามแม่เหล็กกระแสน้ำวน

ตามสมมติฐานนี้สนามแม่เหล็กหลังจากปิดวงจรไม่เพียงเกิดขึ้นเนื่องจากการไหลของกระแสในตัวนำเท่านั้น แต่ยังเกิดจากการมีสนามไฟฟ้ากระแสสลับระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุด้วย สนามไฟฟ้ากระแสสลับนี้สร้างสนามแม่เหล็กในบริเวณเดียวกันระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุ ยิ่งไปกว่านั้น สนามแม่เหล็กนี้ยังเหมือนกับว่ากระแสไฟฟ้าเท่ากับกระแสในส่วนที่เหลือของวงจรที่ไหลระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุ ทฤษฎีนี้มีพื้นฐานอยู่บนสมการสี่ประการของแมกซ์เวลล์ ซึ่งตามมาว่าการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในอวกาศและเวลาเกิดขึ้นในลักษณะที่สอดคล้องกัน ดังนั้นสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจึงรวมกันเป็นหนึ่งเดียว คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายในอวกาศในรูปของคลื่นตามขวางด้วยความเร็วจำกัด

ความสัมพันธ์ที่ระบุระหว่างสนามแม่เหล็กสลับและสนามไฟฟ้ากระแสสลับแสดงให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กทั้งสองไม่สามารถแยกออกจากกันได้ คำถามเกิดขึ้น: ข้อความนี้ใช้กับสนามคงที่ (ไฟฟ้าสถิต สร้างขึ้นโดยประจุคงที่ และสนามแม่เหล็ก ที่สร้างโดยกระแสตรง) หรือไม่? ความสัมพันธ์นี้ยังมีอยู่ในฟิลด์คงที่ด้วย แต่สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าฟิลด์เหล่านี้สามารถมีอยู่ได้โดยสัมพันธ์กับกรอบอ้างอิงบางกรอบ

ประจุที่อยู่นิ่งจะสร้างสนามไฟฟ้าสถิตในอวกาศ (รูปที่ 2) สัมพันธ์กับระบบอ้างอิงบางระบบ มันสามารถเคลื่อนที่โดยสัมพันธ์กับระบบอ้างอิงอื่นๆ ดังนั้น ในระบบเหล่านี้ ประจุเดียวกันจะสร้างสนามแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กไฟฟ้า- นี่คือรูปแบบพิเศษของการดำรงอยู่ของสสารซึ่งถูกสร้างขึ้นโดยวัตถุที่มีประจุและแสดงออกมาโดยการกระทำของมันกับวัตถุที่มีประจุ ในระหว่างการกระทำนี้ สถานะพลังงานของพวกมันสามารถเปลี่ยนแปลงได้ ดังนั้น สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจึงมีพลังงาน

1. การศึกษาปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้านำไปสู่ข้อสรุปว่าสนามแม่เหล็กสลับทำให้เกิดกระแสน้ำวนไฟฟ้ารอบตัวมันเอง

2. การวิเคราะห์เส้นทางของกระแสสลับผ่านวงจรที่มีไดอิเล็กทริก แมกซ์เวลล์ได้ข้อสรุปว่าสนามไฟฟ้ากระแสสลับสามารถสร้างสนามแม่เหล็กได้เนื่องจากกระแสกระจัด

3. สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเป็นส่วนประกอบของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสนามเดียวซึ่งแพร่กระจายในอวกาศในรูปของคลื่นตามขวางด้วยความเร็วจำกัด

Bukhovtsev B.B., Myakishev G.Ya., Charugin V.M. ฟิสิกส์เกรด 11: หนังสือเรียน เพื่อการศึกษาทั่วไป สถาบัน - ฉบับที่ 17, แปลง. และเพิ่มเติม - อ.: การศึกษา, 2551.
Gendenstein L.E., Dick Yu.I., ฟิสิกส์ 11. - M.: Mnemosyne.
Tikhomirova S.A., Yarovsky B.M., ฟิสิกส์ 11. - M.: Mnemosyne

Znate.ru ()
คำ ().
ฟิสิกส์().

สนามไฟฟ้าใดเกิดขึ้นเมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง
กระแสไฟฟ้าใดอธิบายการเรืองแสงของหลอดไฟในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีตัวเก็บประจุ?
สมการใดของ Maxwell บ่งบอกถึงการพึ่งพาของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กกับกระแสการนำและการกระจัด

รายละเอียด หมวดหมู่: ไฟฟ้าและแม่เหล็ก เผยแพร่เมื่อ 06/05/2015 20:46 เข้าชม: 13220

ภายใต้เงื่อนไขบางประการ สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กสลับสามารถสร้างซึ่งกันและกันได้ พวกมันก่อตัวเป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งไม่ใช่จำนวนทั้งสิ้นของมันเลย นี่คือทั้งหมดเดียวที่ทั้งสองฟิลด์นี้ไม่สามารถอยู่ได้หากไม่มีกันและกัน

จากประวัติศาสตร์

การทดลองของนักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก ฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตด ซึ่งดำเนินการในปี พ.ศ. 2364 แสดงให้เห็นว่ากระแสไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็ก ในทางกลับกัน สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ สิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ไมเคิล ฟาราเดย์ ผู้ค้นพบปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าในปี พ.ศ. 2374 เขายังเป็นผู้เขียนคำว่า "สนามแม่เหล็กไฟฟ้า" อีกด้วย

ในเวลานั้น แนวคิดของนิวตันเกี่ยวกับการกระทำระยะไกลได้รับการยอมรับในวิชาฟิสิกส์ เชื่อกันว่าวัตถุทั้งหมดกระทำต่อกันผ่านความว่างเปล่าด้วยความเร็วสูงอย่างไม่สิ้นสุด (เกือบจะในทันที) และในทุกระยะ สันนิษฐานว่าประจุไฟฟ้ามีปฏิกิริยาโต้ตอบในลักษณะเดียวกัน ฟาราเดย์เชื่อว่าความว่างเปล่าไม่มีอยู่ในธรรมชาติ และปฏิสัมพันธ์เกิดขึ้นที่ความเร็วจำกัดผ่านตัวกลางวัสดุบางชนิด ตัวกลางสำหรับประจุไฟฟ้านี้คือ สนามแม่เหล็กไฟฟ้า. และมันเดินทางด้วยความเร็วเท่ากับความเร็วแสง

ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์

โดยนำผลการศึกษาที่ผ่านมามารวมกัน เจมส์ เคลิร์ก แม็กซ์เวลล์ นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2407 ทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้า. ตามข้อมูลดังกล่าว สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลง และสนามไฟฟ้ากระแสสลับจะสร้างสนามแม่เหล็กสำรอง แน่นอนว่าฟิลด์แรกถูกสร้างขึ้นโดยแหล่งกำเนิดประจุหรือกระแสน้ำ แต่ในอนาคต ช่องเหล่านี้สามารถมีอยู่แล้วโดยแยกจากแหล่งที่มาดังกล่าว ทำให้แต่ละช่องปรากฏขึ้นมา นั่นคือ, สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเป็นส่วนประกอบของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสนามเดียว. และการเปลี่ยนแปลงทุกอย่างในการเปลี่ยนแปลงอย่างใดอย่างหนึ่งทำให้เกิดการปรากฏของอีกสิ่งหนึ่ง สมมติฐานนี้เป็นพื้นฐานของทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ สนามไฟฟ้าที่เกิดจากสนามแม่เหล็กนั้นเป็นกระแสน้ำวน เส้นพลังของมันปิดลง

ทฤษฎีนี้เป็นปรากฏการณ์วิทยา ซึ่งหมายความว่ามันถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของสมมติฐานและการสังเกต และไม่คำนึงถึงสาเหตุของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

คุณสมบัติของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าคือการรวมกันของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ดังนั้นที่แต่ละจุดในอวกาศจึงอธิบายได้ด้วยปริมาณหลักสองปริมาณ: ความแรงของสนามไฟฟ้า อี และการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก ใน .

เนื่องจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นกระบวนการในการแปลงสนามไฟฟ้าให้เป็นสนามแม่เหล็ก จากนั้นแม่เหล็กให้เป็นไฟฟ้า สถานะของสนามจึงเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา การแพร่กระจายในอวกาศและเวลาทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นเหล่านี้แบ่งออกเป็นตามความถี่และความยาว คลื่นวิทยุ รังสีเทราเฮิร์ตซ์ รังสีอินฟราเรด แสงที่มองเห็น รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ และรังสีแกมมา.

เวกเตอร์ของความเข้มและการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กไฟฟ้านั้นตั้งฉากกัน และระนาบที่พวกมันอยู่นั้นตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น

ในทฤษฎีการกระทำระยะไกล ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถือว่าใหญ่มากอย่างไม่สิ้นสุด อย่างไรก็ตาม Maxwell พิสูจน์แล้วว่าไม่เป็นเช่นนั้น ในสสาร คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายด้วยความเร็วจำกัด ซึ่งขึ้นอยู่กับความสามารถในการซึมผ่านของอิเล็กทริกและแม่เหล็กของสสาร ดังนั้นทฤษฎีของแมกซ์เวลล์จึงเรียกว่าทฤษฎีการกระทำระยะสั้น

ทฤษฎีของแม็กซ์เวลล์ได้รับการยืนยันจากการทดลองในปี พ.ศ. 2431 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ไฮน์ริช รูดอล์ฟ เฮิรตซ์ เขาพิสูจน์ว่ามีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอยู่ นอกจากนี้เขายังวัดความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศซึ่งกลายเป็นความเร็วแสง

ในรูปแบบที่สมบูรณ์ กฎหมายนี้มีลักษณะดังนี้:

กฎของเกาส์สำหรับสนามแม่เหล็ก

ฟลักซ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กผ่านพื้นผิวปิดเป็นศูนย์.

ความหมายทางกายภาพของกฎข้อนี้คือประจุแม่เหล็กไม่มีอยู่ในธรรมชาติ ขั้วแม่เหล็กไม่สามารถแยกออกได้ เส้นสนามแม่เหล็กปิดอยู่

กฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์

การเปลี่ยนแปลงของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กทำให้เกิดลักษณะของสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน

ทฤษฎีบทการไหลเวียนของสนามแม่เหล็ก

ทฤษฎีบทนี้อธิบายแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็กตลอดจนสนามที่สร้างขึ้นเอง

กระแสไฟฟ้าและการเปลี่ยนแปลงของการเหนี่ยวนำไฟฟ้าทำให้เกิดสนามแม่เหล็กกระแสน้ำวน.

อี– ความแรงของสนามไฟฟ้า

เอ็น– ความแรงของสนามแม่เหล็ก

ใน- การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก นี่คือปริมาณเวกเตอร์ที่แสดงแรงที่สนามแม่เหล็กกระทำต่อประจุขนาด q เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว v;

ดี– การเหนี่ยวนำไฟฟ้าหรือการกระจัดทางไฟฟ้า เป็นปริมาณเวกเตอร์เท่ากับผลรวมของเวกเตอร์ความเข้มและเวกเตอร์โพลาไรซ์ โพลาไรเซชันเกิดจากการแทนที่ของประจุไฟฟ้าภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอกที่สัมพันธ์กับตำแหน่งเมื่อไม่มีสนามดังกล่าว

Δ - เจ้าหน้าที่นาบลา การกระทำของตัวดำเนินการนี้ในสนามเฉพาะเรียกว่าโรเตอร์ของสนามนี้

Δ x E = เน่า E

ρ - ความหนาแน่นของประจุไฟฟ้าภายนอก

เจ- ความหนาแน่นกระแส - ค่าแสดงความแรงของกระแสที่ไหลผ่านพื้นที่หน่วย

กับ– ความเร็วแสงในสุญญากาศ

การศึกษาสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นศาสตร์ที่เรียกว่า ไฟฟ้ากระแส. เธอพิจารณาปฏิสัมพันธ์ของมันกับวัตถุที่มีประจุไฟฟ้า การโต้ตอบนี้เรียกว่า แม่เหล็กไฟฟ้า. พลศาสตร์ไฟฟ้าแบบคลาสสิกอธิบายเฉพาะคุณสมบัติต่อเนื่องของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าโดยใช้สมการของแมกซ์เวลล์ พลศาสตร์ไฟฟ้าควอนตัมสมัยใหม่เชื่อว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้ายังมีคุณสมบัติที่ไม่ต่อเนื่อง (ไม่ต่อเนื่อง) อีกด้วย และปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าดังกล่าวเกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของอนุภาคควอนตัมที่แบ่งแยกไม่ได้ซึ่งไม่มีมวลและประจุ ควอนตัมสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเรียกว่า โฟตอน .

สนามแม่เหล็กไฟฟ้ารอบตัวเรา

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นรอบๆ ตัวนำใดๆ ที่มีกระแสสลับ แหล่งที่มาของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ได้แก่ สายไฟ มอเตอร์ไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้า การขนส่งทางไฟฟ้าในเมือง การขนส่งทางรถไฟ เครื่องใช้ในครัวเรือนไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ - โทรทัศน์ คอมพิวเตอร์ ตู้เย็น เตารีด เครื่องดูดฝุ่น วิทยุโทรศัพท์ โทรศัพท์มือถือ เครื่องโกนหนวดไฟฟ้า - ในคำเดียวทุกอย่าง ที่เกี่ยวข้องกับการใช้หรือการส่งไฟฟ้า แหล่งกำเนิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทรงพลัง ได้แก่ เครื่องส่งสัญญาณโทรทัศน์ เสาอากาศของสถานีโทรศัพท์เคลื่อนที่ สถานีเรดาร์ เตาไมโครเวฟ ฯลฯ และเนื่องจากมีอุปกรณ์ดังกล่าวอยู่รอบตัวเราค่อนข้างมาก สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจึงล้อมรอบเราทุกที่ สาขาเหล่านี้ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและมนุษย์ นี่ไม่ได้หมายความว่าอิทธิพลนี้จะเป็นลบเสมอไป สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กมีอยู่รอบตัวมนุษย์มาเป็นเวลานาน แต่พลังของรังสีเมื่อสองสามทศวรรษที่แล้วนั้นต่ำกว่าปัจจุบันหลายร้อยเท่า

รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถมีความปลอดภัยต่อมนุษย์ได้ในระดับหนึ่ง ดังนั้นในทางการแพทย์จึงใช้รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าความเข้มต่ำเพื่อรักษาเนื้อเยื่อ ขจัดกระบวนการอักเสบ และมีฤทธิ์ระงับปวด อุปกรณ์ UHF บรรเทาอาการกระตุกของกล้ามเนื้อเรียบของลำไส้และกระเพาะอาหาร ปรับปรุงกระบวนการเผาผลาญในเซลล์ของร่างกาย ลดเสียงของเส้นเลือดฝอย และลดความดันโลหิต

แต่สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีกำลังแรงทำให้เกิดการหยุดชะงักในการทำงานของระบบหัวใจและหลอดเลือด ภูมิคุ้มกัน ระบบต่อมไร้ท่อ และระบบประสาทของมนุษย์ และอาจทำให้เกิดอาการนอนไม่หลับ ปวดศีรษะ และความเครียดได้ อันตรายก็คือมนุษย์แทบจะมองไม่เห็นผลกระทบของพวกมัน และความวุ่นวายก็ค่อยๆ เกิดขึ้น

เราจะป้องกันตนเองจากรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่รอบตัวเราได้อย่างไร? เป็นไปไม่ได้ที่จะทำสิ่งนี้ทั้งหมด ดังนั้นคุณต้องพยายามลดผลกระทบให้เหลือน้อยที่สุด ก่อนอื่นคุณต้องจัดเตรียมเครื่องใช้ในครัวเรือนในลักษณะที่อยู่ห่างจากสถานที่ที่เราอยู่บ่อยที่สุด เช่น อย่านั่งใกล้ทีวีมากเกินไป ท้ายที่สุดยิ่งระยะห่างจากแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้ามากเท่าไรก็ยิ่งอ่อนลงเท่านั้น บ่อยครั้งที่เราเสียบปลั๊กอุปกรณ์ทิ้งไว้ แต่สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะหายไปเมื่ออุปกรณ์ถูกตัดการเชื่อมต่อจากเครือข่ายไฟฟ้าเท่านั้น

สุขภาพของมนุษย์ยังได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าตามธรรมชาติ เช่น รังสีคอสมิก ซึ่งเป็นสนามแม่เหล็กของโลก

แนวคิดเรื่องเส้นแรงของฟาราเดย์ไม่ได้ถูกนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ให้ความสำคัญมาเป็นเวลานาน ความจริงก็คือฟาราเดย์ซึ่งไม่มีความสามารถในการใช้อุปกรณ์ทางคณิตศาสตร์ที่ดีเพียงพอ ไม่ได้ให้เหตุผลที่น่าเชื่อถือสำหรับข้อสรุปของเขาในภาษาของสูตร (“เขาเป็นจิตใจที่ไม่เคยจมอยู่กับสูตร” เอ. ไอน์สไตน์กล่าวถึงเขา)

D. Maxwell พัฒนาทฤษฎีภาคสนามในงานของเขา "On Physical Lines of Force" (1861-1865) และ "Dynamic Field Theory" (1864-1865) ในงานชิ้นสุดท้ายได้มีการกำหนดระบบสมการที่มีชื่อเสียงซึ่งตามข้อมูลของ G. Hertz ถือเป็นแก่นแท้ของทฤษฎีของ Maxwell

สาระสำคัญนี้เดือดลงมาจากความจริงที่ว่าสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไม่เพียงสร้างไม่เพียง แต่ในร่างกายโดยรอบเท่านั้น แต่ยังสร้างสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนในสุญญากาศด้วยซึ่งในทางกลับกันจะทำให้เกิดการปรากฏตัวของสนามแม่เหล็ก ดังนั้นจึงมีการนำความเป็นจริงใหม่มาสู่ฟิสิกส์ - สนามแม่เหล็กไฟฟ้า นี่เป็นจุดเริ่มต้นของระยะใหม่ในฟิสิกส์ ระยะที่สนามแม่เหล็กไฟฟ้ากลายเป็นความจริง ซึ่งเป็นตัวพาวัตถุแห่งปฏิสัมพันธ์

โลกเริ่มปรากฏเป็นระบบไฟฟ้าไดนามิก ซึ่งสร้างขึ้นจากอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

ระบบสมการสำหรับสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่พัฒนาโดย Maxwell ประกอบด้วย 4 สมการที่เทียบเท่ากับ 4 ประโยค คือ

จากการวิเคราะห์สมการของเขา Maxwell ได้ข้อสรุปว่าต้องมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและความเร็วของการแพร่กระจายจะต้องเท่ากับความเร็วแสง จึงสรุปได้ว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทหนึ่ง ตามทฤษฎีของเขา แม็กซ์เวลล์ทำนายการมีอยู่ของแรงกดดันที่เกิดจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และผลที่ตามมาคือโดยแสง ซึ่งได้รับการพิสูจน์อย่างชาญฉลาดด้วยการทดลองในปี 1906 โดย P.N. เลเบเดฟ.

แม็กซ์เวลล์ได้พัฒนาภาพแม่เหล็กไฟฟ้าของโลกจนเสร็จสิ้นภาพโลกแห่งฟิสิกส์คลาสสิก (“จุดเริ่มต้นของจุดสิ้นสุดของฟิสิกส์คลาสสิก”) ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์เป็นบรรพบุรุษของทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์ของลอเรนซ์และทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของเอ. ไอน์สไตน์

บทความอื่น ๆ :

ต้นกำเนิดของวิทยาศาสตร์ แนวโน้มหลักในการพัฒนา
ประวัติศาสตร์การกำเนิดของวิทยาศาสตร์ย้อนกลับไปหลายพันปี องค์ประกอบแรกของวิทยาศาสตร์ปรากฏขึ้นในโลกยุคโบราณโดยเกี่ยวข้องกับความต้องการของการปฏิบัติทางสังคมและมีลักษณะที่ใช้งานได้จริงอย่างแท้จริง โดยรวมแล้ว (จากมุมมองของประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์) มนุษยชาติ...

ข้อสรุป
อุบัติการณ์ของตับอ่อนอักเสบเรื้อรังในประชากรทั่วไปอยู่ระหว่าง 0.16 ถึง 2.8% ความหลากหลายทางคลินิกของโรคตับอ่อนอักเสบขึ้นอยู่กับความรุนแรงของภาวะตับอ่อนไม่เพียงพอ ระยะเวลาของโรค ความถี่ของการกำเริบของโรค และปริมาณความเสียหาย...

ลักษณะทางเชื้อชาติ การปรับตัวของลักษณะทางเชื้อชาติ
กลไกในการก่อตัวของลักษณะทางเชื้อชาติที่แยกจากกันในบุคคลนั้นเป็นทางชีววิทยา ในขณะที่ประวัติของการผสมผสานลักษณะทางเชื้อชาติของแต่ละบุคคลเข้ากับความซับซ้อนทางเชื้อชาตินั้นเกี่ยวข้องกับชีวิตทางสังคมของบุคคล ดังนั้นประวัติความเป็นมาของการตั้งถิ่นฐานของฮังการีจึงสามารถอธิบายได้...