- אלקטרומגנטיות -
למען האלקטרומגנטיות, ג'יימס קלרק מקסוול, כמו גם ניוטון ובולצמן, איחדו כמה עבודות אחרות שנעשו ממחקרים שבוצעו על ידי כמה מדענים וחוקרים שהתמקדו בתופעות של חשמל ומגנטיות, כמו הנס כריסטיאן אוסטרד, מייקל פאראדיי, אנדרה-מארי. אמפר, ג'ורג' סיימון אוהם וויליאם סטרג'ון. העבודה הגדולה שעשה מקסוול הייתה לתת למדע הבנה טובה יותר של איך באמת פעלו תופעות חשמליות ומגנטיות ומה היה הקשר בין שני התחומים הללו שנחקרו על ידי הפיזיקה.
בעבר, האמינו שמגנטיות וחשמל הם חלק מעובדות נפרדות. מחקריהם של חוקרים חשובים כמו ויליאם גילברט, אוטו פון גוריק וסטיבן גריי במהלך המאות ה-17 וה-18 נועדו להסביר את התופעות הללו בנפרד.
Foto de James Clarck Maxwell
לניסויים שביצעו מדענים-מדענים היו תוצאות הגיוניות, שתרמו לאבולוציה של המחקר. אפילו עם ההבחנה בין שתי התופעות הללו, האמינו שיש קשר כלשהו ביניהן.
בסביבות שנת 1820 הצליח המלומד הנס כריסטיאן אוסטרד לגלות את הקשר בין חשמל למגנטיות באמצעות המצאת גנרטורים חשמליים. ההמצאה אפשרה ייצור של זרמים חשמליים יציבים ומתמשכים, הבסיסיים למחקר של תופעות אלו.
הניסוי של אוסטרד היה די פשוט, אבל עם מסקנה חזקה מאוד מנקודת מבט מדעית. המדען הביא מחט מגנטית, מצפן, קרוב למוליך חשמל, שהיה חוט פלטינה במעגל. הבחירה בחוט פלטינה נובעת מכך שהוא הבטיח את העוצמה הדרושה ללימוד. כאשר המצפן היה קרוב לחוט, המחט המגנטית הייתה סוטה ממיקומה המקורי.
ניסוי זה הוכיח שזרם חשמלי מייצר שדה מגנטי. בשנת 1831, מייקל פאראדיי הצליח גם לייצר זרם חשמלי, אולם תוצאה זו התקבלה מהשינוי של השטף המגנטי. פאראדיי השתמש בשני סלילים ובליבת ברזל ללימודיו. במהלך הניסוי, הבחין הפיזיקאי שכאשר הדלקה או כיבוי של אחד מסלילי המקור, עבר זרם חשמלי דרך הסליל השני. מכאן, פאראדיי הסיק שהזרם החשמלי נוצר בגלל השונות של השדה המגנטי, תופעה שנקראת חוק פאראדיי או אינדוקציה מגנטית.
הניסוי של אוסטרד
הניסוי של פאראדיי
בשנת 1861, הפיזיקאי והמתמטיקאי ג'יימס קלרק מקסוול יצר את התופעה, וטבע באופן תיאורטי את רעיון האלקטרומגנטיות. תרומותיו היו כה חשובות, עד שבתחום האלקטרומגנטיות, מקסוול זוכה לכבוד כמו אייזק ניוטון במכניקה. באמצעות המשוואות שפיתח מקסוול ניתן היה להדגים שהשדות המגנטיים והחשמליים הם, למעשה, ביטויים של השדה האלקטרומגנטי.
באמצע המאה התשע עשרה, חקר התפשטות הגלים בתווך אלסטי (למשל התפשטות הקול באוויר או בתווך חומרי אחר) היה תחום מחקר מפותח והמשוואות המתארות תופעות אלו כבר היו ידועות. . יתר על כן, העובדה שאור מפגין התנהגות גל, כלומר מתפשט כגל בתווך אלסטי (אתר), הייתה ידועה ומקובלת גם על הפיזיקאים של אותה תקופה. אחד הנושאים שנדונו היה לדעת איך יהיה הגל הזה ומהן תכונות האתר.
מקסוול הבין שהחשמל מהמערבולות הקיימות במודל המכאני שלו יכול להיות שימושי בקשר בין אופטיקה לאלקטרומגנטיות ולאלקטרומגנטיות. לאחר שהשיג את משוואות התנועה למערכת המערבולות והחלקיקים שלו, מקסוול התחיל לקבוע באיזו מהירות יתפשטו דרכו הפרעות בצורה של גלים. גלים אלו יהיו הפרעות מגנטיות חשמליות ומגנטיות שיתפשטו דרך האתר. אלה נקראים "גלים אלקטרומגנטיים".
Representação das ondas Eletromagnéticas se propagando pelo espaço
Equações de Maxwell para o Eletromagnetismo na forma integral
מקסוול השווה את התוצאות הללו עם הערכים הנמדדים עבור מהירות התפשטות האור הזמינה באותה עת, ומצא התאמה גדולה בין הערכים המחושבים עבור מהירות ההתפשטות של גל אלקטרומגנטי באתר עם הערכים הנמדדים למהירות התפשטות האור. התבוננות בהתבוננות בהסכם זה, מקסוול מסיק שאור הוא רטט רוחבי המתפשט באותו מדיום כמו תופעות חשמליות ומגנטיות.
השערה זו אושרה בניסוי על ידי היינריך רודולף הרץ (1857 - 1894) באמצעות מספר ניסויים שבוצעו בין 1886 ל-1889. הוא הפיק וזיהה גלים אלקטרומגנטיים שהתפשטו במהירות האור ובעלי תכונות דומות לאלו של האור כגון השתקפות , עקיפה, קיטוב. התיאוריה של מקסוול והניסויים של הרץ פתחו תחום מחקר חשוב שהוביל להתקדמות טכנולוגית גדולה: חקר הקרינה האלקטרומגנטית של גלי רדיו ומיקרוגל.
השתברות
השתקפות
