Quién es la primera vez que usa magnético. Campo magnético El fenómeno magnético fue observado por primera vez por

Entendamos juntos qué es un campo magnético. Después de todo, muchas personas viven en este campo toda su vida y ni siquiera piensan en ello. ¡Hora de arreglarlo!

un campo magnetico

un campo magnetico es un tipo especial de asunto. Se manifiesta en la acción sobre cargas eléctricas en movimiento y cuerpos que tienen su propio momento magnético (imanes permanentes).

Importante: ¡un campo magnético no actúa sobre cargas estacionarias! Un campo magnético también es creado por cargas eléctricas en movimiento, o por un campo eléctrico variable en el tiempo, o por los momentos magnéticos de los electrones en los átomos. Es decir, ¡cualquier cable a través del cual fluya la corriente también se convierte en un imán!

Un cuerpo que tiene su propio campo magnético.

Un imán tiene polos llamados norte y sur. Las designaciones "norte" y "sur" se dan solo por conveniencia (como "más" y "menos" en electricidad).

El campo magnético está representado por líneas magnéticas de fuerza. Las líneas de fuerza son continuas y cerradas, y su dirección siempre coincide con la dirección de las fuerzas de campo. Si se esparcen virutas de metal alrededor de un imán permanente, las partículas de metal mostrarán una imagen clara de las líneas del campo magnético que emergen del norte y entran en el polo sur. Característica gráfica del campo magnético - líneas de fuerza.

Características del campo magnético

Las principales características del campo magnético son inducción magnética, flujo magnético Y permeabilidad magnética. Pero hablemos de todo en orden.

Inmediatamente, notamos que todas las unidades de medida están dadas en el sistema. SI.

Inducción magnética B - vectores cantidad física, que es la principal característica de potencia del campo magnético. Denotado por letra B . La unidad de medida de la inducción magnética - Tesla (Tl).

La inducción magnética indica qué tan fuerte es un campo al determinar la fuerza con la que actúa sobre una carga. Esta fuerza se llama Fuerza de Lorentz.

Aquí q - cargar, v - su velocidad en un campo magnético, B - inducción, F es la fuerza de Lorentz con la que actúa el campo sobre la carga.

F- una cantidad física igual al producto de la inducción magnética por el área del contorno y el coseno entre el vector de inducción y la normal al plano del contorno por donde pasa el flujo. El flujo magnético es una característica escalar de un campo magnético.

Podemos decir que el flujo magnético caracteriza el número de líneas de inducción magnética que penetran en una unidad de área. El flujo magnético se mide en Weberach (BM).

Permeabilidad magnética- coeficiente que determina propiedades magnéticas ambiente. Uno de los parámetros de los que depende la inducción magnética del campo es la permeabilidad magnética.

Nuestro planeta ha sido un gran imán durante varios miles de millones de años. La inducción del campo magnético terrestre varía según las coordenadas. En el ecuador, es aproximadamente 3,1 veces 10 elevado a la menos quinta potencia de Tesla. Además, existen anomalías magnéticas, donde el valor y la dirección del campo difieren significativamente de las áreas vecinas. Una de las mayores anomalías magnéticas del planeta - kursk Y Anomalía magnética brasileña.

El origen del campo magnético de la Tierra sigue siendo un misterio para los científicos. Se supone que la fuente del campo es el núcleo de metal líquido de la Tierra. El núcleo se está moviendo, lo que significa que la aleación de hierro y níquel fundido se está moviendo, y el movimiento de las partículas cargadas es la corriente eléctrica que genera el campo magnético. El problema es que esta teoría geodinamo) no explica cómo se mantiene estable el campo.

La tierra es un enorme dipolo magnético. Los polos magnéticos no coinciden con los geográficos, aunque están muy próximos. Además, los polos magnéticos de la Tierra se están moviendo. Su desplazamiento se registra desde 1885. Por ejemplo, durante los últimos cien años, el polo magnético del hemisferio sur se ha desplazado casi 900 kilómetros y ahora se encuentra en el océano Antártico. El polo del hemisferio ártico se está moviendo a través del Océano Ártico hacia la anomalía magnética de Siberia Oriental, la velocidad de su movimiento (según datos de 2004) fue de unos 60 kilómetros por año. Ahora hay una aceleración del movimiento de los polos: en promedio, la velocidad crece 3 kilómetros por año.

¿Cuál es el significado del campo magnético de la Tierra para nosotros? En primer lugar, el campo magnético de la Tierra protege al planeta de los rayos cósmicos y del viento solar. Las partículas cargadas del espacio profundo no caen directamente al suelo, sino que son desviadas por un imán gigante y se mueven a lo largo de sus líneas de fuerza. Por lo tanto, todos los seres vivos están protegidos de la radiación dañina.

Durante la historia de la Tierra, ha habido varios inversiones(cambios) de polos magnéticos. Inversión de polos es cuando cambian de lugar. Ultima vez este fenómeno ocurrió hace unos 800 mil años, y hubo más de 400 inversiones geomagnéticas en la historia de la Tierra.Algunos científicos creen que, dada la aceleración observada del movimiento de los polos magnéticos, la próxima inversión de polos debe esperarse en el próximos dos mil años.

Afortunadamente, no se espera una inversión de polos en nuestro siglo. Entonces, puedes pensar en lo agradable y disfrutar de la vida en el buen campo constante de la Tierra, habiendo considerado las principales propiedades y características del campo magnético. ¡Y para que pueda hacer esto, están nuestros autores, a quienes se les puede confiar algunos de los problemas educativos con confianza en el éxito! y otros tipos de trabajos que puedes encargar en el enlace.

Los campos magnéticos ocurren naturalmente y pueden crearse artificialmente. El hombre los notó. características útiles que han aprendido a aplicar en La vida cotidiana. ¿Cuál es la fuente del campo magnético?

Cómo se desarrolló la doctrina del campo magnético

Las propiedades magnéticas de algunas sustancias se notaron en la antigüedad, pero su estudio realmente comenzó en la Europa medieval. Usando pequeñas agujas de acero, un científico de Francia, Peregrine, descubrió la intersección de líneas de fuerza magnética en ciertos puntos: los polos. Solo tres siglos después, guiado por este descubrimiento, Gilbert continuó estudiándolo y posteriormente defendió su hipótesis de que la Tierra tiene su propio campo magnético.

El rápido desarrollo de la teoría del magnetismo comenzó a principios del siglo XIX, cuando Ampere descubrió y describió la influencia de un campo eléctrico en la aparición de un campo magnético, y el descubrimiento de Faraday inducción electromagnética estableció una relación inversa.

¿Qué es un campo magnético?

El campo magnético se manifiesta en el efecto de fuerza sobre cargas eléctricas que están en movimiento, o sobre cuerpos que tienen un momento magnético.

conductores a través de los cuales pasa la corriente eléctrica;
magnetos permanentes;
cambio de campo eléctrico.

La causa raíz de la aparición de un campo magnético es idéntica para todas las fuentes: las microcargas eléctricas (electrones, iones o protones) tienen su propio momento magnético o están en movimiento dirigido.

¡Importante! Generarse mutuamente electricidad y campos magnéticos cambiando con el tiempo. Esta relación está determinada por las ecuaciones de Maxwell.

Características del campo magnético

Las características del campo magnético son:

Flujo magnético, una cantidad escalar que determina cuántas líneas de campo magnético pasan a través de una sección determinada. Designado con la letra F. Calculado según la fórmula:

F = B x S x cos α,

donde B es el vector de inducción magnética, S es la sección, α es el ángulo de inclinación del vector a la perpendicular trazada al plano de sección. Unidad de medida - weber (Wb);

El vector de inducción magnética (B) muestra la fuerza que actúa sobre los portadores de carga. esta dirigido hacia Polo Norte donde apunta una aguja magnética regular. Cuantitativamente, la inducción magnética se mide en teslas (Tl);
Tensión MP (N). Está determinada por la permeabilidad magnética de varios medios. En el vacío, la permeabilidad se toma como unidad. La dirección del vector de intensidad coincide con la dirección de la inducción magnética. Unidad de medida - A / m.

Cómo representar un campo magnético

Es fácil ver las manifestaciones del campo magnético en el ejemplo de un imán permanente. Tiene dos polos y, dependiendo de la orientación, los dos imanes se atraen o se repelen. El campo magnético caracteriza los procesos que ocurren en este caso:

MP se describe matemáticamente como un campo vectorial. Puede construirse por medio de muchos vectores de inducción magnética B, cada uno de los cuales está dirigido hacia el polo norte de la aguja de la brújula y tiene una longitud que depende de la fuerza magnética;
Una forma alternativa de representación es usar líneas de fuerza. Estas líneas nunca se cruzan, nunca comienzan ni terminan en ningún lugar, formando circuitos cerrados. Las líneas de MF se combinan en regiones más frecuentes donde el campo magnético es más fuerte.

¡Importante! La densidad de las líneas de campo indica la fuerza del campo magnético.

Aunque en realidad no se puede ver el MF, las líneas de fuerza son fáciles de visualizar en mundo real, colocando limaduras de hierro en MP. Cada partícula se comporta como un pequeño imán con un polo norte y sur. El resultado es un patrón similar a las líneas de fuerza. Una persona no es capaz de sentir el impacto de MP.

Medición de campo magnético

Como se trata de una cantidad vectorial, existen dos parámetros para medir MF: fuerza y dirección. La dirección es fácil de medir con una brújula conectada al campo. Un ejemplo es una brújula colocada en el campo magnético de la Tierra.

La medición de otras características es mucho más difícil. Los magnetómetros prácticos solo aparecieron en el siglo XIX. La mayoría de ellos funcionan utilizando la fuerza que siente el electrón al moverse a través del campo magnético.

La medición muy precisa de pequeños campos magnéticos se ha vuelto prácticamente factible desde el descubrimiento en 1988 de la magnetorresistencia gigante en materiales en capas. Este descubrimiento en física fundamental se aplicó rápidamente a la tecnología de disco duro magnético para el almacenamiento de datos en computadoras, lo que resultó en un aumento de mil veces en la capacidad de almacenamiento en solo unos años.

En los sistemas de medición generalmente aceptados, MF se mide en pruebas (T) o en gauss (G). 1 T = 10000 gauss. Gauss se usa a menudo porque Tesla es un campo demasiado grande.

Interesante. Un pequeño imán de nevera crea un MF igual a 0,001 T, y el campo magnético de la Tierra, en promedio, es de 0,00005 T.

La naturaleza del campo magnético.

El magnetismo y los campos magnéticos son manifestaciones de la fuerza electromagnética. Hay dos formas posibles cómo organizar una carga de energía en movimiento y, en consecuencia, un campo magnético.

El primero es conectar el cable a una fuente de corriente, se forma un MF a su alrededor.

¡Importante! A medida que aumenta la corriente (el número de cargas en movimiento), el MP aumenta proporcionalmente. A medida que te alejas del cable, el campo disminuye con la distancia. Esto se describe mediante la ley de Ampère.

Algunos materiales con mayor permeabilidad magnética son capaces de concentrar campos magnéticos.

Dado que el campo magnético es un vector, es necesario determinar su dirección. Para una corriente ordinaria que fluye a través de un cable recto, la dirección se puede encontrar mediante la regla de la mano derecha.

Para usar la regla, uno debe imaginar que el cable se agarra con la mano derecha, y pulgar indica la dirección de la corriente. Luego, los otros cuatro dedos mostrarán la dirección del vector de inducción magnética alrededor del conductor.

La segunda forma de crear un MF es utilizar el hecho de que los electrones aparecen en algunas sustancias que tienen su propio momento magnético. Así funcionan los imanes permanentes:

Aunque los átomos a menudo tienen muchos electrones, en su mayoría están conectados de tal manera que el campo magnético total del par se cancela. Se dice que dos electrones emparejados de esta manera tienen espines opuestos. Por lo tanto, para magnetizar algo, se necesitan átomos que tengan uno o más electrones con el mismo espín. Por ejemplo, el hierro tiene cuatro de esos electrones y es adecuado para fabricar imanes;
Miles de millones de electrones en los átomos pueden orientarse aleatoriamente y no habrá un campo magnético común, sin importar cuántos electrones desapareados tenga el material. Debe ser estable a baja temperatura para proporcionar una orientación de electrones preferida en general. La alta permeabilidad magnética provoca la magnetización de tales sustancias bajo ciertas condiciones fuera de la influencia del campo magnético. Estos son ferromagnetos;
Otros materiales pueden exhibir propiedades magnéticas en presencia de un campo magnético externo. El campo externo sirve para igualar todos los espines de los electrones, que desaparece después de la eliminación de la MF. Estas sustancias son paramagnéticas. El metal de la puerta del refrigerador es un ejemplo de un paramagneto.

La tierra se puede representar en forma de placas de condensadores, cuya carga tiene el signo opuesto: "menos" - y superficie de la Tierra y "más" - en la ionosfera. Entre ellos se encuentra el aire atmosférico como junta aislante. El capacitor gigante retiene una carga constante debido a la influencia del campo magnético terrestre. Usando este conocimiento, es posible crear un esquema para obtener energía eléctrica del campo magnético de la Tierra. Es cierto que el resultado serán valores de bajo voltaje.

Tener que tomar:

dispositivo de puesta a tierra;
el alambre;
Transformador Tesla, capaz de generar oscilaciones de alta frecuencia y crear una descarga de corona, ionizando el aire.

La bobina de Tesla actuará como un emisor de electrones. Toda la estructura está conectada entre sí y, para garantizar una diferencia de potencial suficiente, el transformador debe elevarse a una altura considerable. Así, se creará un circuito eléctrico, a través del cual fluirá una pequeña corriente. Recibir un gran número de la electricidad usando este dispositivo no es posible.

La electricidad y el magnetismo dominan muchos de los mundos que rodean al hombre: desde los procesos más fundamentales de la naturaleza hasta los dispositivos electrónicos de última generación.

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El magnetismo ha sido estudiado desde la antigüedad y durante los últimos dos siglos se ha convertido en la base de la civilización moderna.

alexey levin

La humanidad ha estado acumulando conocimientos sobre los fenómenos magnéticos durante al menos tres mil quinientos años (las primeras observaciones de las fuerzas eléctricas tuvieron lugar un milenio después). Hace cuatrocientos años, en los albores de la física, las propiedades magnéticas de las sustancias se separaron de las eléctricas, tras lo cual ambas se estudiaron de forma independiente durante mucho tiempo. Así, se creó una base experimental y teórica, que a mediados del siglo XIX se convirtió en la base de una teoría unificada de los fenómenos electromagnéticos. propiedades inusuales El mineral natural magnetita (mineral de hierro magnético, Fe3O4) se conocía en Mesopotamia desde la Edad del Bronce. Y después del surgimiento de la metalurgia del hierro, era imposible no notar que la magnetita atrae los productos de hierro. Los motivos de esta atracción ya los pensó el padre de la filosofía griega, Tales de Mileto (aproximadamente 640-546 a. C.), quien lo explicó por la especial animación de este mineral (Thales también sabía que el ámbar frotado sobre la lana atrae hojas secas y pequeños chips, y por lo tanto lo dotó de fuerza espiritual). Los pensadores griegos posteriores hablaron de vapores invisibles que envuelven la magnetita y el hierro y los atraen entre sí. No es sorprendente que la misma palabra "imán" también tenga raíces griegas. Lo más probable es que se remonte al nombre de Magnesia-u-Sipila, una ciudad de Asia Menor, cerca de la cual se depositó magnetita. El poeta griego Nicander mencionó al pastor Magnis, quien se encontró junto a una roca que tiró de la punta de hierro de su bastón hacia él, pero esto, con toda probabilidad, es solo una hermosa leyenda.

Los imanes naturales también estaban interesados en China antigua. La capacidad de la magnetita para atraer el hierro se menciona en el tratado "Registros de primavera y otoño del maestro Liu", fechado en el 240 a. Un siglo después, los chinos notaron que la magnetita no afectaba ni al cobre ni a la cerámica. En los siglos VII-VIII /bm9icg===>Je, se dieron cuenta de que una aguja de hierro magnetizada suspendida libremente gira hacia la Estrella Polar. Como resultado, las brújulas marinas reales aparecieron en China en la segunda mitad del siglo XI; los marineros europeos las dominaron cien años después. Aproximadamente al mismo tiempo, los chinos descubrieron que la aguja magnetizada miraba hacia el este en dirección al norte y, por lo tanto, descubrieron declinación magnética, muy por delante de los navegantes europeos en este asunto, que llegaron a esta conclusión solo en el siglo XV.

pequeños imanes

En un ferromagneto, los momentos magnéticos intrínsecos de los átomos se alinean en paralelo (la energía de tal orientación es mínima). Como resultado, se forman regiones magnetizadas, los dominios son imanes permanentes microscópicos (10–4–10–6 m) separados por paredes de dominio. En ausencia de un campo magnético externo, los momentos magnéticos de los dominios se orientan aleatoriamente en un ferromagnético; en un campo externo, los límites comienzan a cambiar, de modo que los dominios con momentos paralelos al campo desplazan a todos los demás: el ferromagnético es magnetizado

El nacimiento de la ciencia del magnetismo.

La primera descripción europea de las propiedades de los imanes naturales fue realizada por el francés Pierre de Maricourt. En 1269, sirvió en el ejército del rey de Sicilia, Carlos de Anjou, quien puso sitio a la ciudad italiana de Lucera. Desde allí, envió un documento a un amigo en Picardía, que entró en la historia de la ciencia como la "Carta sobre el imán" (Epistola de Magnete), donde hablaba de sus experimentos con el mineral de hierro magnético. Marikur notó que en cada pieza de magnetita hay dos áreas que atraen el hierro con especial fuerza. Vio un paralelo entre estas zonas y los polos de la esfera celeste y tomó prestados sus nombres para las áreas de máxima fuerza magnética; por eso ahora estamos hablando de los polos magnéticos norte y sur. Si rompes un trozo de magnetita en dos, escribe Marikur, cada fragmento tiene sus propios polos. Marikur no solo confirmó que tanto la atracción como la repulsión surgen entre piezas de magnetita (esto ya se sabía), sino que por primera vez asoció este efecto con la interacción entre polos opuestos (norte y sur) o similares.

Muchos historiadores de la ciencia consideran a Maricourt como la pionera indiscutible de la ciencia experimental europea. En cualquier caso, sus notas sobre el magnetismo se publicaron en docenas de listas y, después de la llegada de la imprenta, se publicaron como un folleto separado. Fueron citados con respeto por muchos naturalistas hasta el siglo XVII. Este trabajo era bien conocido por el naturalista y médico inglés (médico de la reina Isabel y su sucesor James I) William Gilbert, quien en 1600 publicó (como era de esperar, en latín) el notable trabajo “On the Magnet, cuerpos magnéticos y el gran imán, la Tierra. En este libro, Gilbert no solo proporcionó prácticamente toda la información conocida sobre las propiedades de los imanes naturales y el hierro magnetizado, sino que también describió sus propios experimentos con una bola de magnetita, con la ayuda de la cual reprodujo las principales características del magnetismo terrestre. Por ejemplo, descubrió que en ambos polos magnéticos de esa "pequeña Tierra" (en latín terrella), la aguja de la brújula se coloca perpendicular a su superficie, en el ecuador, paralelo y en latitudes medias, en una posición intermedia. Así modeló Hilbert la inclinación magnética, cuya existencia se conocía en Europa desde hacía más de medio siglo (en 1544, este fenómeno fue descrito por primera vez por el mecánico de Nuremberg Georg Hartmann).

Revolución en la navegación. La brújula ha revolucionado la navegación marítima, haciendo que los viajes globales no sean un evento aislado, sino una rutina regular familiar.

Hilbert reprodujo en su modelo la declinación geomagnética, que atribuyó a la superficie no perfectamente lisa de la bola (y por tanto, a escala planetaria, explicó este efecto por la atracción de los continentes). Descubrió que el hierro fuertemente calentado pierde sus propiedades magnéticas, pero cuando se enfría, se restauran. Finalmente, Gilbert fue el primero en trazar una distinción clara entre la atracción de un imán y la atracción del ámbar frotado, a la que llamó fuerza eléctrica (del nombre latino del ámbar, electrum). En general, fue una obra sumamente innovadora, apreciada tanto por contemporáneos como por descendientes. La declaración de Gilbert de que la Tierra debería ser considerada un "gran imán" fue la segunda conclusión científica fundamental sobre propiedades físicas nuestro planeta (el primero es el descubrimiento de su esfericidad, realizado ya en la Antigüedad).

Dos siglos de ruptura

Después de Hilbert, la ciencia del magnetismo hasta principios del XIX siglo ha progresado muy poco. Lo que se ha hecho durante este tiempo se puede contar literalmente con los dedos. En 1640, un estudiante de Galileo, Benedetto Castelli, explicó la atracción de la magnetita por la presencia de muchas partículas magnéticas diminutas en su composición: la primera y muy imperfecta suposición de que la naturaleza del magnetismo debe buscarse a nivel atómico. El holandés Sebald Brugmans notó en 1778 que el bismuto y el antimonio se repelían de los polos de una aguja magnética; este fue el primer ejemplo. fenómeno físico, que Faraday llamó diamagnetismo 67 años después. En 1785, Charles-Augustin Coulomb, mediante mediciones de precisión en una balanza de torsión, demostró que la fuerza de interacción de los polos magnéticos es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos, al igual que la fuerza de interacción entre cargas eléctricas (en 1750, el inglés John Michell llegó a una conclusión similar, pero la conclusión de Coulomb es mucho más confiable).

Pero el estudio de la electricidad en esos años movió a grandes pasos. No es difícil explicar esto. Las únicas fuentes primarias de fuerza magnética siguieron siendo los imanes naturales: la ciencia no conocía otros. Su poder es estable, no puede cambiarse (a menos que pueda ser destruido por calentamiento), mucho menos generarse a voluntad. Está claro que esta circunstancia limitó severamente las posibilidades de los experimentadores.

La electricidad estaba en una posición mucho mejor porque podía obtenerse y acumularse. Primer generador cargas estáticas construido en 1663 por el burgomaestre de Magdeburg, Otto von Guericke (los famosos hemisferios de Magdeburg también son una creación suya). Un siglo después, estos generadores se generalizaron tanto que incluso se exhibieron en recepciones de la alta sociedad. En 1744, el alemán Ewald Georg von Kleist y un poco más tarde el holandés Pieter van Muschenbroek inventaron la botella de Leiden, el primer condensador eléctrico; Al mismo tiempo, aparecieron los primeros electrómetros. Como resultado, a fines del siglo XVIII, la ciencia sabía mucho más sobre la electricidad que al principio. Pero no se puede decir lo mismo del magnetismo.

Y entonces todo cambió. En 1800, Alessandro Volta inventó la primera fuente química corriente eléctrica- una batería galvánica, también conocida como columna voltaica. Después de eso, el descubrimiento de una conexión entre la electricidad y el magnetismo se convirtió en cuestión de tiempo. Podría haber tenido lugar el próximo año, cuando el químico francés Nicolás Gautero notó que dos cables paralelos que llevan corriente se atraen entre sí. Sin embargo, ni él, ni el gran Laplace, ni el notable físico experimental Jean-Baptiste Biot, que más tarde observó este fenómeno, le dieron importancia. Por lo tanto, la prioridad fue con razón para el científico que hace mucho tiempo asumió la existencia de tal conexión y dedicó muchos años a buscarla.

De Copenhague a París

Todo el mundo ha leído los cuentos de hadas y las historias de Hans Christian Andersen, pero pocos saben que cuando el futuro autor de El rey desnudo y Pulgarcita llegó a Copenhague cuando era un adolescente de catorce años, encontró un amigo y mecenas en la persona de su homónimo doble, profesor ordinario de física y química en la Universidad de Copenhague Hans Christian Oersted. Y ambos glorificaron a su patria al mundo entero.

La variedad de campos magnéticos Ampère estudió la interacción entre conductores paralelos con la corriente. Sus ideas fueron desarrolladas por Faraday, quien propuso el concepto de líneas de fuerza magnéticas.

Oersted, desde 1813, trató conscientemente de establecer una conexión entre la electricidad y el magnetismo (era seguidor del gran filósofo Immanuel Kant, quien creía que todas las fuerzas naturales tienen una unidad interna). Oersted usó brújulas como indicadores, pero durante mucho tiempo fue en vano. Oersted esperaba que la fuerza magnética de la corriente fuera paralela a sí misma y, para obtener el par máximo, colocó el cable eléctrico perpendicular a la aguja de la brújula. Naturalmente, la flecha no reaccionó a la inclusión de corriente. Y solo en la primavera de 1820, durante una conferencia, Oersted estiró un cable paralelo a la flecha (ya sea para ver qué saldría de él, o tenía una nueva hipótesis; los historiadores de la física todavía discuten sobre esto). Y fue entonces cuando la flecha se balanceó, no demasiado (Oersted tenía una batería de baja potencia), pero aun así se notó.

Cierto, el gran descubrimiento aún no había tenido lugar. Oersted, por alguna razón, interrumpió los experimentos durante tres meses y volvió a ellos solo en julio. Y fue entonces cuando se dio cuenta de que "el efecto magnético de la corriente eléctrica se dirige a lo largo de los círculos que cubren esta corriente". Esta fue una conclusión paradójica, porque antes las fuerzas giratorias no aparecían ni en la mecánica ni en ninguna otra rama de la física. Oersted describió sus hallazgos en un artículo y el 21 de julio lo envió a varios revistas científicas. Luego dejó de ocuparse del electromagnetismo y el testigo pasó a otros científicos. Los parisinos fueron los primeros en aceptarlo. 4 de septiembre físico famoso y el matemático Dominic Arago habló sobre el descubrimiento de Oersted en una reunión de la Academia de Ciencias. Su colega Andre-Marie Ampère decidió estudiar la acción magnética de las corrientes y, literalmente, al día siguiente comenzó a experimentar. En primer lugar, repitió y confirmó los experimentos de Oersted, ya principios de octubre descubrió que los conductores paralelos se atraen si las corrientes fluyen por ellos en el mismo sentido y se repelen si lo hacen en sentidos opuestos. Ampere estudió la interacción entre conductores no paralelos y la presentó con una fórmula (ley de Ampère). También demostró que los conductores que transportan corriente enrollados en espiral giran en un campo magnético, como la aguja de una brújula (y mientras tanto inventó un solenoide, una bobina magnética). Finalmente, planteó una hipótesis audaz: corrientes circulares paralelas microscópicas no amortiguadas fluyen dentro de materiales magnetizados, que son la razón de su acción magnética. Al mismo tiempo, Biot y Felix Savard identificaron conjuntamente una relación matemática que permite determinar la intensidad del campo magnético creado por corriente continua(Ley de Biot-Savart).

Para enfatizar la novedad de los efectos estudiados, Ampere propuso el término "fenómenos electrodinámicos" y lo utilizó constantemente en sus publicaciones. Pero esto no era todavía electrodinámica en el sentido moderno. Oersted, Ampere y sus colegas trabajaron con corrientes directas que creaban estática fuerzas magnéticas. Los físicos solo tenían que descubrir y explicar procesos electromagnéticos no estacionarios verdaderamente dinámicos. Este problema se resolvió en los años 1830-1870. Alrededor de una docena de investigadores de Europa (incluida Rusia, recordemos la regla de Lenz) y los EE. UU. intervinieron. Sin embargo, el mérito principal, sin duda, pertenece a los dos titanes de la ciencia británica: Faraday y Maxwell.

tándem de londres

Para Michael Faraday, 1821 fue verdaderamente un año fatídico. Recibió el codiciado cargo de Superintendente de la Royal Institution de Londres y, de hecho, por accidente, inició un programa de investigación que le ha valido un lugar único en la historia de la ciencia mundial.

Magnético y no tanto. Diferentes sustancias en un campo magnético externo se comportan de manera diferente, esto se debe al diferente comportamiento de los momentos magnéticos intrínsecos de los átomos. Los más conocidos son los ferroimanes, existen paraimanes, antiferroimanes y ferriimanes, así como diaimanes, cuyos átomos no tienen momentos magnéticos propios (en un campo externo se magnetizan débilmente “contra el campo”).

La cosa fue así. El editor de Annals of Philosophy, Richard Philips, invitó a Faraday a escribir una reseña crítica de nuevos trabajos sobre la acción magnética de la corriente. Faraday no solo siguió este consejo y publicó un Bosquejo histórico del electromagnetismo, sino que comenzó su propia investigación, que se prolongó durante muchos años. Al principio, como Ampère, repitió el experimento de Oersted, después de lo cual siguió adelante. A fines de 1821, había fabricado un dispositivo en el que un conductor que transportaba corriente giraba alrededor de un imán de barra y otro imán giraba alrededor de un segundo conductor. Faraday sugirió que tanto un imán como un alambre bajo corriente están rodeados por líneas concéntricas de fuerza, líneas de fuerza, que determinan su impacto mecanico. Este ya era el germen del concepto de campo magnético, aunque el propio Faraday no utilizó tal término.

Al principio, consideró que las líneas de campo eran un método conveniente para describir las observaciones, pero con el tiempo se convenció de su realidad física (especialmente porque encontró una manera de observarlas con la ayuda de limaduras de hierro esparcidas entre imanes). A fines de la década de 1830, se dio cuenta claramente de que la energía, cuya fuente son los imanes permanentes y los conductores de corriente, se distribuye en un espacio lleno de líneas de fuerza. De hecho, Faraday ya pensaba en términos de teoría de campo, en los que estaba muy por delante de sus contemporáneos.

Pero su principal descubrimiento fue otra cosa. En agosto de 1831, Faraday pudo forzar el magnetismo para generar una corriente eléctrica. Su instrumento consistía en un anillo de hierro con dos vueltas opuestas. Una de las espirales podría estar conectada a una batería eléctrica, la otra conectada a un conductor ubicado sobre la brújula magnética. La flecha no cambiaba de posición si fluía una corriente continua a través de la primera bobina, pero se balanceaba durante su encendido y apagado. Faraday se dio cuenta de que en ese momento surgían impulsos eléctricos en el segundo devanado, debido a la aparición o desaparición de líneas de fuerza magnética. En otras palabras, descubrió que la causa de la fuerza electromotriz son los cambios en el campo magnético. Este efecto también fue descubierto por el físico estadounidense Joseph Henry, pero publicó sus resultados más tarde que Faraday y no sacó conclusiones teóricas tan serias.

Los electroimanes y los solenoides están en el corazón de muchas tecnologías, sin las cuales es imposible imaginar civilizacion moderna: desde generadores que generan electricidad, motores eléctricos, transformadores hasta radiocomunicaciones y, en general, casi toda la electrónica moderna.

Hacia el final de su vida, Faraday llegó a la conclusión de que era necesario formalizar matemáticamente nuevos conocimientos sobre el electromagnetismo. Decidió que esta tarea estaría en manos de James Clerk Maxwell, un joven profesor del Marishall College de la ciudad escocesa de Aberdeen, sobre el que escribió en noviembre de 1857. Y Maxwell realmente combinó todo el conocimiento de entonces sobre electromagnetismo en una sola teoría matemática. Este trabajo se llevó a cabo principalmente en la primera mitad de la década de 1860, cuando se convirtió en profesor filosofía natural King´s College de Londres. concepto campo electromagnetico apareció por primera vez en 1864 en una memoria presentada a la Royal Society de Londres. Maxwell acuñó este término para significar "esa parte del espacio que contiene y rodea cuerpos que están en estado eléctrico o estado magnético”, y enfatizó específicamente que este espacio puede estar tanto vacío como lleno de cualquier tipo de materia.

El principal resultado del trabajo de Maxwell fue un sistema de ecuaciones que relaciona los fenómenos electromagnéticos. En su Tratado sobre electricidad y magnetismo, publicado en 1873, los llamó ecuaciones generales campo electromagnético, y hoy se llaman ecuaciones de Maxwell. Más tarde, se generalizaron más de una vez (por ejemplo, para describir fenómenos electromagnéticos en varios medios), y también se reescribieron utilizando un formalismo matemático cada vez más perfecto. Maxwell también demostró que estas ecuaciones admiten soluciones que involucran ondas transversales no amortiguadas, de las cuales la luz visible es un caso especial.

La teoría de Maxwell presentaba el magnetismo como un tipo especial de interacción entre corrientes eléctricas. la fisica cuantica El siglo XX añadió sólo dos puntos nuevos a este cuadro. Ahora sabemos que las interacciones electromagnéticas son transportadas por fotones y que los electrones y muchos otros partículas elementales tienen sus propios momentos magnéticos. Todo el trabajo experimental y teórico en el campo del magnetismo se construye sobre esta base.

Los fenómenos eléctricos y magnéticos han sido conocidos por la humanidad desde la antigüedad, porque todavía veían relámpagos, y muchas personas antiguas conocían los imanes que atraen ciertos metales. La batería de Bagdad, inventada hace 4000 años, es una de las pruebas de que mucho antes de nuestros días, la humanidad usaba electricidad y aparentemente sabía cómo funciona. Sin embargo, se cree que hasta principios del siglo XIX, la electricidad y el magnetismo siempre fueron considerados por separado, aceptados como fenómenos no relacionados y relacionados con diferentes ramas de la física.

El estudio del campo magnético comenzó en 1269, cuando el científico francés Peter Peregrine (el caballero Pierre de Méricourt) observó el campo magnético en la superficie de un imán esférico usando agujas de acero y determinó que las líneas de campo magnético resultantes se cruzaban en dos puntos, que llamó "polos" análogos a los polos de la tierra.

Oersted en sus experimentos solo en 1819 descubrió la desviación de la aguja de la brújula ubicada cerca de un conductor de corriente, y luego el científico concluyó que existe alguna relación entre los fenómenos eléctricos y magnéticos.

5 años después, en 1824, Ampere pudo describir matemáticamente la interacción de un conductor que lleva corriente con un imán, así como la interacción de los conductores entre sí, por lo que apareció: "la fuerza que actúa sobre un conductor que lleva corriente colocado en un campo magnético uniforme es proporcional a la longitud del conductor, la intensidad de la corriente y el seno del ángulo entre el vector de inducción magnética y el conductor.

Con respecto al efecto de un imán sobre la corriente, Ampere sugirió que las corrientes cerradas microscópicas están presentes dentro de un imán permanente, lo que crea un campo magnético de un imán que interactúa con el campo magnético de un conductor que transporta corriente.

Por ejemplo, al mover un imán permanente cerca del conductor, puede obtener una corriente pulsante en él, y al suministrar una corriente pulsante a una de las bobinas, en un núcleo de hierro común con el que se encuentra la segunda bobina, se generará una corriente pulsante. también aparecen en la segunda bobina.

Después de 33 años, en 1864, Maxwell pudo generalizar matemáticamente fenómenos eléctricos y magnéticos ya conocidos: creó teoría del campo electromagnético, según el cual el campo electromagnético incluye campos eléctricos y magnéticos interconectados. Así, gracias a Maxwell, se hizo posible la unificación científico-matemática de los resultados de experimentos previos en electrodinámica.

La consecuencia de estas importantes conclusiones de Maxwell fue su predicción de que, en principio, cualquier cambio en el campo electromagnético debería generar ondas electromagnéticas que se propagan en el espacio y en medios dieléctricos con una cierta velocidad finita, que depende de la permeabilidad magnética y dieléctrica del medio. medio de propagación de ondas.

Para el vacío, esta velocidad resultó ser igual a la velocidad de la luz, por lo que Maxwell sugirió que la luz también es una onda electromagnética, y esta suposición se confirmó más tarde (aunque mucho antes de los experimentos de Oersted, Jung señaló la naturaleza ondulatoria de luz).

Maxwell creó la base matemática del electromagnetismo, y en 1884 aparecieron las famosas ecuaciones de Maxwell en su forma moderna. En 1887, Hertz confirmó la teoría de Maxwell de que el receptor fijará las ondas electromagnéticas enviadas por el transmisor.

El estudio de los campos electromagnéticos se ocupa de la electrodinámica clásica. En el marco de la electrodinámica cuántica, la radiación electromagnética se considera como una corriente de fotones, en la que la interacción electromagnética es llevada a cabo por partículas portadoras - fotones - bosones vectoriales sin masa, que pueden representarse como excitaciones cuánticas elementales del campo electromagnético. Así, un fotón es un cuanto de un campo electromagnético desde el punto de vista de la electrodinámica cuántica.

La interacción electromagnética parece ser hoy una de las interacciones fundamentales en la física, y el campo electromagnético es uno de los campos físicos fundamentales junto con el gravitatorio y el fermiónico.

Propiedades físicas del campo electromagnético.

La presencia de un campo eléctrico, magnético o ambos en el espacio puede juzgarse por la acción de la fuerza del campo electromagnético sobre una partícula cargada o sobre una corriente.

El campo eléctrico actúa sobre cargas eléctricas, tanto móviles como estacionarias, con cierta fuerza, dependiendo de la intensidad del campo eléctrico en un punto dado del espacio en un tiempo dado, y de la magnitud de la carga de prueba q.

Conociendo la fuerza (magnitud y dirección) con la que actúa el campo eléctrico sobre la carga de prueba, y conociendo la magnitud de la carga, se puede encontrar la fuerza E del campo eléctrico en un punto dado del espacio.

El campo eléctrico es creado por cargas eléctricas, sus líneas de fuerza comienzan en cargas positivas (fluyen condicionalmente desde ellas) y terminan en cargas negativas (fluyen condicionalmente hacia ellas). Así, las cargas eléctricas son las fuentes del campo eléctrico. Otra fuente del campo eléctrico es un campo magnético cambiante, como se evidencia matemáticamente ecuaciones de Maxwell.

La fuerza que actúa sobre una carga eléctrica desde el lado del campo eléctrico es una parte de la fuerza que actúa sobre la carga dada desde el lado del campo electromagnético.

El campo magnético es creado por cargas eléctricas en movimiento (corrientes) o por campos eléctricos variables en el tiempo (esto se evidencia en las ecuaciones de Maxwell), y actúa solo sobre cargas eléctricas en movimiento.

La fuerza del campo magnético sobre una carga en movimiento es proporcional a la inducción del campo magnético, la magnitud de la carga en movimiento, la velocidad de su movimiento y el seno del ángulo entre el vector de inducción del campo magnético B y la dirección de la velocidad de la carga. . Esta fuerza a menudo se llama fuerza de Lorentz, pero es solo una parte "magnética" de ella.

De hecho, la fuerza de Lorentz incluye componentes eléctricos y magnéticos. El campo magnético se crea al mover cargas eléctricas (corrientes), sus líneas de fuerza siempre están cerradas y cubren la corriente.

Uno de los primeros dibujos del campo magnético (René Descartes, 1644). Aunque los imanes y el magnetismo se conocían mucho antes, el estudio del campo magnético comenzó en 1269, cuando el científico francés Peter Peregrine (el caballero Pierre de Méricourt) observó el campo magnético en la superficie de un imán esférico usando agujas de acero y determinó que el Las líneas de campo magnético resultantes se cruzaban en dos puntos, a los que llamó "polos" por analogía con los polos de la Tierra. Casi tres siglos después, William Gilbert Colchester utilizó el trabajo de Peter Peregrinus y por primera vez afirmó definitivamente que la tierra misma era un imán. Publicado en 1600, el trabajo de Gilbert Magneto, sentó las bases del magnetismo como ciencia.

En 1750, John Michell afirmó que los polos magnéticos se atraen y se repelen según la ley del inverso del cuadrado. Charles-Augustin de Coulomb probó experimentalmente esta afirmación en 1785 y declaró explícitamente que el Norte y el Polo Sur no se puede separar. Basado en esta fuerza existente entre los polos, Siméon Denis Poisson, (1781-1840) creó el primer modelo exitoso del campo magnético, que presentó en 1824. En este modelo, el campo H magnético es producido por polos magnéticos y el magnetismo se debe a varios pares (norte/sur) de polos magnéticos (dipolos).

Tres descubrimientos seguidos han desafiado esta "base del magnetismo". Primero, en 1819, Hans Christian Oersted descubrió que una corriente eléctrica crea un campo magnético a su alrededor. Luego, en 1820, André-Marie Ampère demostró que los cables paralelos que llevan corriente en la misma dirección se atraen entre sí. Finalmente, Jean-Baptiste Biot y Félix Savard en 1820 descubrieron una ley llamada ley de Biot-Savart-Laplace, que predecía correctamente el campo magnético alrededor de cualquier cable con corriente.

Ampliando estos experimentos, Ampère publicó su propio modelo exitoso de magnetismo en 1825. En él, mostró la equivalencia de la corriente eléctrica en los imanes, y en lugar de los dipolos de las cargas magnéticas en el modelo de Poisson, propuso la idea de que el magnetismo está asociado con bucles de corriente que fluyen constantemente. Esta idea explicaba por qué no se podía aislar la carga magnética. Además, Ampère dedujo una ley que lleva su nombre y que, al igual que la ley de Biot-Savart-Laplace, describía correctamente el campo magnético creado por una corriente continua, y también introdujo el teorema de circulación del campo magnético. También en este trabajo, Ampère acuñó el término "electrodinámica" para describir la relación entre la electricidad y el magnetismo. En 1831, Michael Faraday descubrió la inducción electromagnética cuando descubrió que un campo magnético alterno genera electricidad. Creó una definición para este fenómeno, que se conoce como la ley de inducción electromagnética de Faraday. Posteriormente, Franz Ernst Neumann demostró que para un conductor en movimiento en un campo magnético, la inducción es una consecuencia de la ley de Ampère. Al hacerlo, introdujo el potencial vectorial del campo electromagnético que, como se demostró más tarde, era equivalente al mecanismo básico propuesto por Faraday. En 1850, Lord Kelvin, entonces conocido como William Thomson, definió la diferencia entre dos campos magnéticos como los campos H Y B. El primero era aplicable al modelo de Poisson y el segundo al modelo de inducción de Ampère. Además, dedujo H Y B conectados entre sí. Entre 1861 y 1865 James Clerk Maxwell desarrolló y publicó las ecuaciones de Maxwell que explicaban y unificaban la electricidad y el magnetismo en física clásica. La primera recopilación de estas ecuaciones se publicó en un artículo de 1861 titulado "Sobre las líneas físicas de fuerza". Se encontró que estas ecuaciones eran válidas, aunque incompletas. Maxwell completó sus ecuaciones en su trabajo posterior de 1865. "Teoría dinámica del campo electromagnético" y determinó que la luz es una onda electromagnética. Heinrich Hertz confirmó experimentalmente este hecho en 1887. Aunque la fuerza del campo magnético implícita en la ley de Ampère de un movimiento carga eléctrica no se indicó explícitamente, en 1892 Hendrik Lorentz lo derivó de las ecuaciones de Maxwell. Al mismo tiempo, se completó básicamente la teoría clásica de la electrodinámica.

El siglo XX amplió los puntos de vista sobre la electrodinámica, gracias al surgimiento de la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica. Albert Einstein, en su artículo de 1905 que establece su teoría de la relatividad, mostró que los campos eléctricos y magnéticos eran parte del mismo fenómeno, considerado en diferentes marcos de referencia, un experimento mental que eventualmente ayudó a Einstein a desarrollar teoría especial relatividad. Finalmente, mecánica cuántica se combinó con la electrodinámica para formar la electrodinámica cuántica (QED).