|
Arca ferramentorumLinguis aliis
|
Physica electromagnetica
Ferrofluidus qui se congregat apud polos magnis potentis.
Fulmina quae magnae sunt fluxiones electricae.
Physica electromagnetica curat de campo electromagnetico et effectu suo in particulis onus electricum habentibus. Theoria Maxwelliana vim electricam et vim magneticam in forma theoriae relativitatis speciali congruente unit. Aequationes Maxwellianae per se describunt campum electricum et campum magneticum et eorum causam imperfectam in particulis onus habentibus. Aequatio Lorentziana vim in particulis onus habentibus describit a campis electricis magneticisque causatam. Aequationes Maxwellianae in vacuo sunt basis pro theoria lucis electromagnetica in quo celeritas lucis in vacuo esse praecinitur. [recensere] Ideae fundamentales physicae electromagneticae
Campus electricus lineis camporum repraesentatus a duobus particulis onus habentibus creatus.
[recensere] HistoriaTheoria electromagnetica historiam longam habet ab antiquitate usque ad hodiernam diem. Ex perantiquitate totus mundus de fulminibus scivit. Seres antiqua circum 400 a.C.n. de magnetismo in libro Liber magistris vallis diaboli (鬼谷å) aiunt: "Magnes facit ferrum venire vel ferrum attrahit."[1] Et circum annum 1200 notatur Seres pyxibus magneticis ad navigandum uti.[2] [recensere] Opera Guilielmi Gilbert et Beniaminis FranklinGuilielmus Gilbertus anno 1600 in sua magna opera, De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure,[3] imprimis fortiter disputabat magnetismum ab electricitate dissimile esse. Pro evidentia, Gilbertus monstrabat, cum temperatura augmentatur, quasdam attractiones electricas evanescere donec alias magneticas manere. Sua distinctio inter electricitatem et magnetismum 250 annos progressus scientiae maxime ingreditur. Gilbertus in eadem opera proposuit tellurem propium esse magnem ingentem, quod efficit pyxes nauticas ad borealem indicare. Antea vel stella Polaris vel insula magnetica boreale sita putabantur pyxes attrahere. Gilbertus quoque primitus verbum electricitas introduxit post verbum Graecem ήλεκτÏον (electron), quae significat glaesum (sive succinum), materium quod proprietates significativas electrostaticas habet.[4] Beniaminus Franklin circum annum 1750 elecricitatem staticam investigavit.[5] Sua experimenta milvis fulmina investigantia notitiam alteri physici attraxerunt. Franklin theoriam proposuit notam in quo electricitas constat in fluido simplice qui est in materia aut in superfluo +, aut in carentia –. Sua notatio est origo hodierni usus signorum + et – ad onera electrica designanda.[6] [recensere] Opera Caroli Coulomb et Caroli GaussAnno 1785, Carolus Coulomb suas tres operas experimentales de electricitate magnetismoque provulgavit,[7] in quibus nuntiavit invenire vim electricam inter duas particulas onus electricum habentes esse vi gravitatis simile, reciproce ut quadrata distantiae inter particulas, proportionale quantitatibus eorum onerum electricorum in coniunctim, et directam secundum lineam inter particulas. Forma vectorali unitatibus MKSA scripta, lex Coulomb est: ubi
Ioannes Carolus Fridericus Gauss, praeclarus mathematicus et insignis scientiarum doctus, anno 1813 theorema de campis legem quadraticam inversam habentibus formulavit, [8] quae est casus specialis theoremae hodiernae post Georgium Stokes nominatae. [9] Applicando theorema Gauss ad legem Coulomb, obtinemus legem Gauss electrostaticam forma differentiale hodierna: ubi Ï est densitas oneris electrici ob varias particulas onus habentes complexas, et [recensere] Opera Iohannis Oersted, Iohannis Baptiste Biot, Felicis Savart et Andreae AmpereCircum annum 1820 Iohannes Christianus Oersted, Iohannes Baptiste Biot, Felix Savart et Andreas Marie Ampere, vim magneticam in filis fluxiones electricas habentibus ob fluxiones electricas in filis complexis investigantes, confirmaverunt legem magneticam legi Coulomb similem.[10] Secundum hanc legem forma vectorali unitatibus MKSA scriptam, vis magnetica ubi
Circum annum 1850 ob labores Georgii Stokes Guilielmique Thomson theorema "Stokes" inventa fuit[11] quae nos sinit transformare legem Biot-Savart ad legem formam differentialem hodiernam post Andream Ampere nominatam[12]: ubi [recensere] Opera Michaelis Faraday
Michael Faraday in suo laboratorio
Quamquam ad leges Coulomb et Biot-Savart ascribendas campos magneticos electricosque utimur, idea camporum per se primitus concepta est a Michaelo Faraday, Professore Chemiae Fulleriano Instituti Regali Britanniarum, qui annos 1820-1873 magnopere physicam electromagneticam chemiamque aggreditur.[13] Antea vires electricas magneticasque putabant esse actiones trans distantias vi gravitatis Newtoniana similes, sed Faraday theoriam protulit omnes vires esse ob campos qui spatium complent. Ad illos campos describendos, Faraday ideam lineae camporum comminiscit et postea demonstravit lineas magneticas, quae legi Amperi parent et fontes carent, solum per spatium circulare.[14] Applicando igitur theorema Gauss ad campos magneticos fontes carentes obtinemus legem Gauss magneticam[15]: Faraday quoque theoriam protulit omnem campum esse idos uni campi universali. Ad hoc hypothesim arguendum quaesivit igitur quomodo transformare inter vires camposque gravitatis, electricitatis et magnetismi. Et demum Faraday repperit quomodo transformare vim magneticam ad electricam! Campus magneticus commutans campum electricum creat secundum legem Faraday, quae in forma vectorali-differentiali et in unitatibus MKSA est: ubi [recensere] Theoria Iacobi Maxwell et opera Henrici HertzIacobus Maxwell, qui Michaelem Faraday maxime miratus est,[17] varias camporum electromagneticorum aequationes in systemate rationale postea aequationes Maxwellianas appellato ordinavit.[18] In symmetria cum Faraday, Maxwell proposuit correctionem ad legem Amperem necesse esse in quo campus magneticus commutans campum electricum creat. Forma vectorali unitatibus MKSA modo scripta, lex Ampere a Maxwell correcta igitur est: Statim anno 1861, Maxwell agnovit hanc correctionem in aliarum aequationum electromagneticarum contextu undas electromagneticas significare.[19] Quia ex aequationibus Maxwellianis in vacuo lucis velocitas variaeque proprietates lucis undis similes praecinitur, Maxwell putabat undas electromagneticas ipsas esse lucem. Demum anno 1887, Henricus Hertz per experimenta ingeniosa electromagneticam lucis naturam confirmavit.[20] [recensere] Opera Iosephi Thomson et Hendrici LorentzQuamquam fulminae et fluxiones prius investigatae erant, natura earum aliquanto manebat in dubio. Eratne electricitas fluidus vel particulae vel fluxio ex aethere? Per experimenta radios cathodicos investigantes cum lagoenis evacuatis Iosephus I. Thomson anno 1897 tandem indentificavit radios cathodicos et electricitatem compositos esse ex particulis minimis onus negativum massamque habentibus quas hodie appellamus electrones,[21] nomen anno 1881 a Georgio Johnstone Stoney propositum pro minima onus electrici quantitate.[22] Ad argumentum Iosephi Thomson confirmandum, Robertus Millikan anno 1909 onus electricum electronis diligenter metitur et determinavit:[23]
Antea omnes leges physicae interpretatae erant ex perspectiva virium inter corpora tangibiles et aetherem, sed annos 1890-1905 physici conantur leges interpretare ex perspectiva virium inter particulas elementarias vel subatomicas sicut electrones quae materiam tangibilem constituent. Eos annos Hendricus Lorentz hypothesim facit omnes fluxiones electricae esse ob particularum onus habentium motus et proposuit legem Lorentzianam vim electromagneticam dare in eas particulas elementarias.[24] In unitatibus MKSA, sua lex est: ubi [recensere] Theoria relativitatis, effectum photoelectricum et opera Alberti EinsteinIn sua theoria electromagnetica Hendricus Lorentz postulabat systema coordinatorum existire aetheri immmobili affixa sed anno 1903 Lorentz invenit omnes transformationes coordinatorum inter systemata inertialia asservare totas aequationes Maxwellianas sine quaquam commutatione. [26] Sua theoria deprehensionem aetheris absolute vetabat! Celeritas lucis exempli gratia videtur identica in omnibus systematibus coordinatorum inertialibus. Tandem anno 1905 Albertus Einstein comperit sola dua axiomata satis et necesse esse ad transformationes Lorentz derivandas[27]: principium relativitatis a Galilaeo Galilaei primitus formulatum[28] et constantia celeritatis lucis in omnibus systematibus coordinatorum inertialibus ab Alberto Michelson et Eduardo Morlei anno 1887 rescita.[29] Demum Einstein statuit theoriam relativitatis specialis demonstrando transformationes Lorentz fundamentaliores esse quam aequationes Maxwellianae et monstrando varias emendationes mechanicae Newtonianae necesse esse.[30] Ex illa perspectiva relativistica campus magneticus ex campo electrico naturaliter oritur ob systematis coordinatorum motus. Quia Lorentz monstraverat nemo aetherem deprehendere posse, Einstein abnuit postulare aetherem existire et potius demonstavit lucem compositum esse ex photonibus quae particulae pro motu suo aetherem non requirunt.[31] Secundum theoriam Einstein photonicam energia E photonis est:
ubi f est frequentia undae electromagneticae associatae et constans Planckis [recensere] Theoria camporum quanticaImprimis Einstein negabat aetherem existire, sed mox circum annum 1920 Einstein ipse invenit ideam aetheris necesse esse pro una theoria relativitatis generalis satisfactoria cum interactionibus localibus et sine actionibus trans distantias. [33] Einsteini aether simpliciter erat sedes campi electromagnetici gravitatisque et compositum erat nec ex materia nec ex partibus positionem distinctam habentibus. Mox quoque post experimentum Geiger-Marsden, [34] physicus Ernestus Rutherford invenit theoriam Maxwellianam Lorentzianamque insatis esse ad electrones in atomos discribendam quia cum sola ea theoria electrones in nucleum cadendum sunt. [35] Ergo mechanica quantica nascitur ut nova principia repperantur. [36] Paulus Dirac cuius magnum opus Principia Mechanicae Quanticae (Anglice: The Principles of Quantum Mechanics) anno 1930 provulgatum est, [37] primam theoriam electrodynamicae quanticae creavit in quo photones repraesentant minimas quantitates energiae quas campus electromagneticus dat et capit. Ideam Einsteinis photonicam per suam theoriam explicans, Dirac comperit energeias possibiles in campo electromagnetico esse: ubi n est numerum integrum photonium in campo electromagnetico. Postmodo Richardus Feynman, Freeman Dyson, Julianus Schwinger, et Sin-Itiro Tomonaga theoriam electrodynamicae quanticae annos 1940 magnopere promoverunt creando primam theoriam adusque satisfactoriam in quo electrones, positrones, et photones ex aethere (sive campo quantico) creantur et delentur. [38] Itaque physici inveniunt omnes particulae et campi et aether necesse esse. [recensere] Unitates in aequationibus electromagneticisOmnes systemata mensurae metrica basim habent in unitatibus metri, chiliogrammatis et secundi, qui sunt usitati. Differentes systemata, autem, sunt possibiles, in cuius definitione aequationes electromagneticae pars maior habent. [recensere] Systema Unitatium Hodiernum MKSASystema metricum Internationale (sive SI sive MKSA) circum annum 1960 creata [39] habet unitates cuius magnitudines pro mensura laboratoriale sunt utiles. Inter suas unitates principales sunt: metrum (m), chiliogramma (kg), secundum (s), et Amperium (A). [40] Fluxionis electricae unitas Amperium definitur postulando constantem magneticum in legem Biot-Savart esse accurate
Oneris electrici unitas Coulombium tunc ex fluxionis unitate Amperio definitur sicut quantum oneris electrici in unum secundum movet si fluxio electrica est unum Amperium, e. g. et ut vis Lorentz scripta sit
[recensere] Systema Unitatium Antiguum Gaussianum CGSFSystema metricum Gaussianum (sive Gaussianum sive CGSF) est antiguum systema circum annum 1874 creatum. [41] Multi physici etiam hodie systema Gaussianum malunt quia id habet unitates identicas pro campis magneticis et campis electris, quod est magis utile ad theoriam electromagneticam relativisticamque describendam. Systema Gaussianum CGSF sex unitates primarias habet; [42] inter principales earum sunt: centimetrum (cm), gramma (g), secundum (s), et Franklin (Fr). Oneris electrici unitas Franklin (appellata quoque esu pro "electrostatica unitate") definitur postulando constantem electricam in legem Coulomb esse accurate et unitas fluxionis est igitur Fr/s. Etiam unitas campi magnetici Gauss (G) definitur ut campus electricus commensurabilis cum campo magnetico sit et vis Lorentz scripta sit ubi c est celeritas lucis. Ob eam definitionem, aequationes Maxwellianae in formam simpliorem tranformantur atque lex Ampere a Maxwell correcta simpliciter fit: [recensere] Notae
[recensere] Fontes de physica electromagnetica et sua historia
[recensere] Nexus externus
|