Electromagnétisme

Électromagnétisme est la physique du champ électromagnétique: un champ qui exerce une force de sur particules qui possèdent la propriété de charge électrique , et est à son tour affectée par la présence et le mouvement de ces particules.

Un champ magnétique variable produit un champ électrique (ce est le phénomène de induction électromagnétique, la base de l'opération de générateurs électriques, moteurs à induction, et transformateurs). De même, un changement de champ électrique génère un champ magnétique. En raison de cette interdépendance des champs électriques et magnétiques, il est logique de les considérer comme une seule entité champ électromagnétique cohérente.

Le champ magnétique est produit par le déplacement de charges électriques, ce est à dire courant électrique. Le champ magnétique provoque la force magnétique associée à des aimants .

Les implications théoriques de l'électromagnétisme ont conduit à l'élaboration de la relativité restreinte par Albert Einstein en 1905 .

Histoire

Tout en préparant une conférence en soirée le 21 Avril 1820, Hans Christian Ørsted développé une expérience qui a fourni la preuve que le surprit. Comme il a été de mettre en place ses matériaux, il a remarqué une aiguille de boussole dévié de nord magnétique lorsque le courant électrique de la batterie qu'il utilisait a été allumé et éteint. Cette déviation a convaincu que les champs magnétiques rayonnent de tous les côtés d'un fil parcouru par un courant électrique, comme la lumière et la chaleur font, et qu'il a confirmé une relation directe entre l'électricité et le magnétisme.

Au moment de la découverte, Ørsted n'a suggéré aucune explication satisfaisante du phénomène, et il n'a pas essayé de représenter le phénomène dans un cadre mathématique. Cependant, trois mois plus tard, il a commencé des recherches plus intensives. Peu de temps après, il a publié ses conclusions, prouvant qu'un courant électrique produit un champ magnétique qui se écoule à travers un fil. L'unité CGS d'induction magnétique (Oersted) est nommé en l'honneur de ses contributions dans le domaine de l'électromagnétisme.

Ses conclusions ont abouti à une recherche intensive dans la communauté scientifique en électrodynamique. Ils ont influencé physicien français Les développements de André-Marie Ampère d'une forme mathématique unique pour représenter les forces magnétiques entre les conducteurs de transport de courant. La découverte de Ørsted également représenté une étape importante vers un concept unifié de l'énergie.

Ørsted ne était pas la première personne à examiner la relation entre l'électricité et le magnétisme. En 1802, Gian Domenico Romagnosi, un juriste italien, dévié une aiguille aimantée par des charges électrostatiques. Il a interprété ses observations que la relation entre l'électricité et le magnétisme. En fait, aucun courant galvanique existait dans la configuration et donc pas de l'électromagnétisme était présent. Un compte de la découverte a été publiée en 1802 dans un journal italien, mais il a été largement négligé par la communauté scientifique contemporaine.

Cette unification, qui a été observée par Michael Faraday , prolongé par James Clerk Maxwell , et partiellement reformulé par Oliver Heaviside, est l'un des triomphes de 19ème siècle la physique. Il a eu des conséquences profondes, dont l'un était la compréhension de la nature de la lumière . Comme il se avère, ce qui est considéré comme «lumière» est en fait un propageant perturbation oscillatoire dans le champ électromagnétique, ce est à dire, un dispositif électromagnétique ondes . Différent fréquences d'oscillation donnent lieu à diverses formes de rayonnement électromagnétique , à partir de ondes radio aux fréquences les plus basses, à la lumière visible à des fréquences intermédiaires, à rayons gamma aux hautes fréquences.

La force électromagnétique

La force que le champ électromagnétique exerce sur les particules chargées électriquement, appelée la force électromagnétique, est l'un des quatre forces fondamentales. Les autres forces fondamentales sont force nucléaire forte (qui détient noyaux atomiques ensemble), le force nucléaire faible (ce qui provoque certaines formes de désintégration radioactive), et la force de gravitation . Tous les autres forces sont finalement dérivés de ces forces fondamentales.

La force électromagnétique est le seul responsable de pratiquement tous les phénomènes rencontrés dans la vie quotidienne, à l'exception de gravité. Toutes les forces impliquées dans les interactions entre les atomes peuvent être attribués à la force électromagnétique agissant sur les chargées électriquement protons et électrons à l'intérieur des atomes. Cela inclut les forces que nous éprouvons dans «pousser» ou «tirer» des objets matériels ordinaires, qui viennent de la forces intermoléculaires entre l'individu molécules de notre corps et ceux des objets. Il comprend également toutes les formes de phénomènes chimiques , qui résultent des interactions entre orbitales d'électrons.

L'électrodynamique classique

Le scientifique William Gilbert a proposé, dans son De Magnete ( 1600), que l'électricité et le magnétisme, tandis que les deux capables de provoquer attraction et de répulsion d'objets, étaient des effets distincts. Mariners avaient remarqué que la foudre avaient la capacité de perturber une aiguille de boussole, mais le lien entre la foudre et l'électricité n'a pas été confirmée jusqu'à ce que Benjamin Franklin expériences proposées s 'en 1752 . L'un des premiers à découvrir et à publier un lien entre l'homme-fait courant électrique et le magnétisme était Romagnosi, qui, en 1802 a remarqué que la connexion d'un câble à travers un Pile de Volta a dévié à proximité aiguille boussole. Cependant, l'effet ne est pas devenu largement connu jusqu'à 1820 , lorsque Ørsted effectué une expérience similaire. Le travail de Ørsted influencé Ampère pour produire une théorie de l'électromagnétisme qui a mis le sujet sur une base mathématique.

Une théorie exacte de l'électromagnétisme, connu sous le nom électromagnétisme classique, a été développé par diverses physiciens au cours du 19ème siècle , culminant dans le travail de James Clerk Maxwell , qui a unifié les développements précédents en une seule théorie et découvert la nature électromagnétique de la lumière. Dans l'électromagnétisme classique, le champ électromagnétique obéit à un ensemble d'équations connues comme les équations de Maxwell , et la force électromagnétique est donnée par la Droit de la force de Lorentz.

Une des particularités de l'électromagnétisme classique, ce est qu'il est difficile à concilier avec la mécanique classique , mais il est compatible avec la relativité restreinte . Selon les équations de Maxwell, la vitesse de la lumière est une constante universelle, ne dépendant que de la permittivité électrique et la perméabilité magnétique de la vide. Ceci viole Relativité galiléenne, une pierre angulaire de longue date de la mécanique classique. Une façon de réconcilier les deux théories est de supposer l'existence d'un éther luminifère à travers lequel la lumière se propage de les. Cependant, les efforts expérimentaux suivants ont échoué à détecter la présence de l'éther. En 1905 , Albert Einstein a résolu le problème avec l'introduction de la relativité restreinte , qui remplace la cinématique classique avec une nouvelle théorie de la cinématique qui est compatible avec l'électromagnétisme classique.

En outre, la théorie de la relativité montre que, dans les cadres de référence déplacer un champ magnétique se transforme en un champ avec un composant électrique non nulle et vice versa; montrant ainsi fermement qu'ils sont les deux faces d'une même médaille, et donc le terme "électromagnétisme".

L'effet photoélectrique

Dans un autre article publié dans la même année, Albert Einstein a sapé les fondements mêmes de l'électromagnétisme classique. Sa théorie de la effet photoélectrique (pour lequel il a remporté le prix Nobel de physique) posé que la lumière pouvait exister en quantités de particules comme discrètes, qui sont venus plus tard pour être connu comme photons . La théorie d'Einstein de l'effet photoélectrique a étendu les idées qui sont apparues dans la solution de la catastrophe ultraviolette présenté par Max Planck en 1900 . Dans son travail, Planck a montré que les objets chauds émettent un rayonnement électromagnétique dans des paquets discrets, ce qui conduit à un total finie l'énergie émise sous forme de rayonnement du corps noir. Ces deux résultats sont en contradiction directe avec la vision classique de la lumière comme une onde continue. Planck et les théories d'Einstein étaient progéniteurs de la mécanique quantique , qui, lorsqu'ils sont formulés en 1925 , ont nécessité l'invention d'une théorie quantique de l'électromagnétisme. Cette théorie, complété dans le 1940, est connue sous le nom électrodynamique quantique (ou "CQFD"), et est l'une des théories les plus précises connues de la physique.

Définition

Le terme électrodynamique est parfois utilisé pour désigner la combinaison de l'électromagnétisme avec mécanique, et traite des effets du champ électromagnétique sur le comportement dynamique de particules chargées électriquement.

Unités

Unités électromagnétiques font partie d'un système d'unités électriques basées principalement sur les propriétés magnétiques des courants électriques, l'unité cgs fondamentale étant le Abampère. Les unités sont:

Dans le système cgs électromagnétique, le courant électrique est une grandeur fondamentale définie par La loi et d'Ampère prend la la perméabilité comme une quantité sans dimension (de perméabilité relative) dont la valeur dans le vide est l'unité. En conséquence, le carré de la vitesse de la lumière apparaît explicitement dans certaines des équations interrelation quantités dans ce système.