之间的关系电和磁性

早在1760年瑞士数学家欧拉建议是一样的醚那传播光负责电现象。相比与力学和光学然而,科学的电是发展缓慢。磁性是科学进步的吗中世纪后,从中国引进西方的磁性指南针,但电磁打小在17世纪科学革命的一部分。然而,这是唯一的一部分物理在18世纪期间取得很大进展。年底,世纪electrostatics-the带电粒子的行为的法律是众所周知的,和发展创造了条件精心制作的首先由法国数学家的数学描述Simeon-Denis泊松。没有明显的电与磁的联系,除了磁极,像电荷,吸引和排斥平方反比定律的力量。

后发现电化学(化学的影响电流意大利研究人员)路易吉伽尔伐尼、生理学家和伏打,一个物理学家,兴趣转向电流。搜索是由丹麦物理学家汉斯·克里斯蒂Ørsted对于一些关系电流和磁性,在1819 - 20的冬天他观察到的影响当前磁针。的成员法国科学院了解Ørsted 1820年9月的发现,他们中的一些人开始调查进一步。其中,最全面的实验和理论是物理学家Andre-Marie安培,他们可能被称为电动力学的父亲。

四种基本的列表经验电和磁法完成的发现电磁感应通过法拉第在1831年。总之,通过开展磁通的变化电路电路中产生电流。感应电流在一个方向,反对它所发生的变化,现在被称为楞次定律是由这位物理学家海因里希·弗里德里希·埃米尔楞兹,1834年。当法律被麦克斯韦投入数学形式,法律的感应被推广到包括生产吗电力在太空中,实际进行独立的电路,但除此之外他不变。另一方面,安培定律描述所需电流的磁效应修正案为了符合电荷守恒(总电荷必须保持不变),改变电场的存在,和麦克斯韦的想法“位移电流”使方程组逻辑上一致的。结果,他发现他抵达的结合方程波动方程,根据横电磁干扰传播与一个速度可以计算出电测量。这些测量麦克斯韦,1856年由德国物理学家鲁道夫·赫尔曼·阿恩特科尔劳施威廉爱德华·韦伯给了他,他的计算结果是相同的,误差范围内,光的速度在真空。这是巧合价值波的速度与他的理论预测的,相信麦克斯韦的电磁性质的光。

电磁波,领域概念

介绍了法拉第场和电场线的的概念力存在外部物质的身体。他解释说,周边地区和外部磁铁或电荷都包含一个字段描述在任何位置,另一个小磁铁的力或放置在那里。一块磁铁周围的力线可以是可见的铁屑喷在对磁铁的一篇论文。场的概念,指定是一定可能的行动或力量上任何位置空间,是理解电磁现象的关键。应该提到的顺便说一句,这个领域概念也是(以不同的形式)的一个关键的角色在现代理论粒子和作用力。

除了引入这一重要的概念电和磁场力线,法拉第有非凡的洞察力,电和磁的行为不是瞬间传播但经过一定的滞后时间,从而增加与源的距离。此外,他意识到之间的联系磁性和光后观察等物质玻璃可以旋转的平面吗极化光在存在磁场。这种不寻常的现象被称为法拉第效应。

如上所述,麦克斯韦制定定量理论的基本现象有关电和磁性,预言电磁波传播速度,以及一个可以确定,与光的速度相同。他总结他的论文“在物理的力线》(1861 - 62)说,电力传播通过空间与属性相同的光。1864年麦克斯韦写道,数值因素连接静电和电磁单位是非常接近光速的速度,这些结果“表明,光和磁的感情是相同的物质,光一个电磁干扰传播通过根据[他]电磁领域的法律。”

还有什么需要说服的科学社区解决了神秘的光,电和磁的现象统一在一个宏大的理论?为什么花了25年麦克斯韦的理论可以被接受吗?首先,几乎没有直接证据的新理论。此外,麦克斯韦不仅采取了一个复杂的形式主义,也解释的各个方面不同寻常的机械概念。即使他说,所有这些短语被认为是说明性的,不解释,法国数学家亨利。庞加莱说在1899年麦克斯韦归因于“复杂结构”醚“呈现他的系统陌生和缺乏吸引力。”

法拉第和麦克斯韦的思想力场的物理存在的空间独立媒体太新材料被接受没有直接证据。在非洲大陆,特别是在德国,事情的成功进一步复杂化卡尔•弗里德里希•高斯和威廉爱德华·韦伯在发展中潜在的场理论静电学、静磁学及其现象的继续努力扩展这个形式主义电动力学。

它是困难的后见之明欣赏不愿接受Faraday-Maxwell理论。僵局终于被赫兹的工作。在1884赫兹导出麦克斯韦理论,将由一个新的方法它的基本方程现在的形式。这样做,他澄清了方程,使对称电场和磁场的明显。德国物理学家阿诺德·索姆费尔德讲了他的大部分同事的时候,在阅读赫兹的论文,他说:“夜色从我的眼睛,”,首次承认他理解电磁理论。四年后,赫兹做出了第二个主要贡献:他成功地产生电磁辐射的广播和微波由驻波法和频率,测量它们的速度证明这些波的性质反射,衍射,折射,干扰常见的光。他表明,这种电磁波极化的电场和磁场振动方向相互垂直,横向运动的方向,他们的速度和光速一样,根据麦克斯韦的理论。

赫兹的巧妙的实验不仅解决了理论支持麦克斯韦的误解电磁场理论构建发射器,还开辟了道路天线,同轴电缆,为射频电磁辐射探测器。1896年马可尼收到无线电报的第一个专利,1901年他取得了跨大西洋广播沟通。

Faraday-Maxwell-Hertz电磁辐射理论,这是通常被称为麦克斯韦理论,始终没有提及一个中等的电磁波传播。一波又一波的这种生产,例如,当一个费用是来回移动。移动费用代表一个电流。在这个反复运动,电流在一个方向上,然后在另一个。由于这种逆转的电流方向,周围的磁场电流(由Ørsted发现和安培)改变它的方向。时变磁场产生垂直于时变电场,法拉第发现了(法拉第感应定律)。这些时变电场和磁场分布的源,振荡电流,以光速在自由空间。这个讨论的振荡电流振荡电流传输天线,时变电场和磁场垂直于另一个以光速传播构成一种电磁波。它的频率天线是振荡的指控。一旦生成,就自动传输的因为一个时变电场产生一个时变磁场,反之亦然。电磁辐射穿过空间本身。信仰的存在醚媒介,然而,当时麦克斯韦的时候一样强烈柏拉图和亚里士多德。这是无法想象的醚因为矛盾的属性必须归因于它为了解释现象在任何给定的时间。在他的文章中醚在第九版的Encyclopædia大yabo亚博网站首页手机英百科全书,麦克斯韦形容辽阔的物质,其中一些甚至在行星,携带或通过他们的“水净海通过网格的拖曳时由一艘船。”

如果一个人相信醚,它是什么,当然,基本重要的测量速度的运动或效果的光速运动。一个不知道的绝对速度醚,但是,正如地球穿过它轨道在太阳,应该有一个区别在醚速度和垂直于地球的运动等于它的速度。如果是这样的话,光的速度和其他电磁辐射和垂直于地球的运动应该预测麦克斯韦,不同的分数等于地球的速度比的平方的光。这个分数是1亿年的一个部分。

迈克耳逊出发来衡量这种影响,如上所述,为此而设计的干涉仪画在图4。如果假设干涉仪是把这半束取向平行于地球的运动和半束B垂直于它,然后使用该仪器测量的想法醚运动的效果是最好的解释了迈克尔逊的话说他的孩子:

两束光的相互竞赛,就像两个游泳的人,一个陷入困境的上游,而另一方面,相同的距离,就穿过河和回报。第二个游泳运动员总是赢,如果有任何当前在河里。

一个改进版本的干涉仪,每个梁的一半遍历它的路径前八次都团聚的干扰,建于1887年迈克耳逊合作莫理。一个沉重的砂岩板干涉仪漂浮在一个水池汞允许旋转不振动。迈克尔逊和莫雷无法发现任何差异在两个光速度平行和垂直于地球的运动精度的四十亿分之一。然而,这种消极的结果没有粉碎相信以太的存在,因为醚可能拖着地球和因此是固定的迈克耳孙-莫雷装置。赫兹公式的麦克斯韦理论明确表示,没有所需的任何形式的媒介传播的电磁辐射。尽管如此,ether-drift实验继续进行,直到1920年代中期。所有这些测试证实了迈克耳逊的负面结果,科学家们终于接受,没有醚中所需的电磁辐射。

光的速度

花费了大量精力来测量光速,从上述的工作开始Rømer在1676年。Rømer注意到的轨道周期木星的第一个月亮,Io,显然是减缓地球和木星离开彼此。的日食Io的出现比预期晚当木星在最偏远的位置。这种效果是可以理解的,如果光从木星需要一个有限的时间到达地球。从这种效果,Rømer计算所需的时间光的旅行太阳地球是11分钟。1728年詹姆斯·布拉德利英国天文学家,决定光速的明显的轨道运动星星这是由地球的轨道运动。他估计来自太阳的光到达地球的时间为8分钟12秒。在1849年第一个陆地测量斐索干涉一年后福柯。迈克耳逊改进了福柯的方法,并在100000年获得了一部分的准确性。

任何测量然而,速度要求的定义的测量长度和时间。当前技术允许的速度电磁辐射测定精度大大高于允许的长度单位,科学家早申请。1983年的价值光速被固定在299792458米每秒,和这个值采用新标准。因此,米被重新定义为路径旅行的长度由光在真空中1/299,792,458秒的时间间隔。此外,第二个——时间的国际单位是基于电磁辐射发出的频率铯-133年原子。