Физика > Прогнозы Максвелла и подтверждение Герца
Электромагнитная сила – теории Максвелла и эксперименты Герца. Читайте историю исследования магнитного поля, уравнения Максвелла, электромагнитные волны.
Максвелл спрогнозировал электромагнитную силу, а Герц подтвердил ее экспериментально.
Задача обучения
- Выяснить, какие предположения Максвелла доказал Герц.
Основные пункты
- Максвелл считал, что между электрическими и магнитными силами есть связь.
- Из уравнений Максвелла видно, что световые волны обладают одинаковой структурой и не зависят от длины волны или частоты.
- Герц подтвердил уравнение Максвелла экспериментально.
Термины
- Электродвижущая сила (ЭДС) – созданное батареей или магнитной силой напряжение, соответствующее закону Фарадея.
- Магнитное поле – магнитная сила с полюсами, окружающая магнит или электрический ток.
- Электрическое поле – участок пространства вокруг заряженной частички или между напряжениями.
Прогнозы Максвелла и подтверждение Герца
Джеймс Максвелл тщательно изучал работы Эрстеда, Кулона, Гаусса и Фарадея. На основе всей информации он вывел полноценную теорию о том, что электрические и магнитные силы не выступают отдельными явлениями, а являются разными формами одного – магнитной силы. В 1865 году он продемонстрировал это на 4 уравнениях, утверждавших:
- Электрические линии поля появляются на положительных зарядах и исчезают на отрицательных, а электрическое поле – сила на единицу заряда. Сила связана с постоянной ε0 (разрешающая способность свободного пространства).
- Линии магнитного поля не прерываются и не обладают концом или началом. Магнитных монополей нет.
- Переменное магнитное поле индуцирует ЭДС и электрическое поле. Направленность ЭДС будет противостоять изменению.
- Магнитные поля генерируются перемещением зарядов или переменой в электрическом поле.
Его уравнения говорили, что все световые волны обладают единой структурой, на которую не влияют длина волны или частота. Также отсюда выходит, что существуют радио- и рентгеновские волны, которые тогда еще не были выявлены.
Доказательство уравнений Максвелла
Казалось, что эти уравнения точные и простые, но их все равно было сложно доказать. Дело в том, что перемена электрического поля влечет за собою относительно слабые магнитные поля, которые нельзя определить в гипотезе Максвелла.
Все изменилось в 1888 году, когда Генрих Герц взялся за свои эксперименты. Ему удалось создать в лабораторных условиях определенные разновидности электромагнитных волн. В итоге, он не только доказал их существование, но и подтвердил, что они перемещаются со скоростью света.
Герц основывался на системе RLC (резистор-индуктор-конденсатор), резонирующей на известной частоте. Она подключена к петле провода. На зазоре петли возникали высокие напряжения и создавали наблюдаемые искры, что помогло сгенерировать электромагнитные волны. Кроме того, Герц подключил петлю к еще одной системе RLC, которую настроил на ту же резонансную частоту.
