Теория электромагнетизма Максвелла – единственная в своем роде гипотеза электрических и магнитных процессов, которая стала продолжением идей Фарадея в виде более строгого математического языка.
Рисунок 1. Чем известен Максвелл. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Основу электродинамики Максвелла составляют универсальные формулы электромагнитного поля, обобщающие в себе все экспериментальные законы электромагнетизма.
Уравнения Максвелла предполагают, что электрическое поле $E$ создается следующими путями:
- электрическими постоянными зарядами $r$ (в этом случае силовые линии функционируют посредством положительно заряженных частиц и заканчиваются на отрицательных зарядах);
- переменным магнитным полем $H$ (электрическая силовая линия полностью замкнута и охватывает систематически меняющийся магнитный поток).
Уравнения известного ученого не симметричны в отношении электромагнитных полей. Это напрямую связано с тем, что в природе есть только электрические заряды и не существует зарядов магнитных.
При стационарном условии, когда магнитное и электрическое поля не изменяются в пространстве и времени, основными источниками электродинамики выступают положительные заряды, а фундаментом магнитного поля являются принципы электро- и магнитостатики, что и позволяет исследовать отдельно постоянные электромагнитные поля.
Из формул Максвелла следует, что переменное действие магнитного поля всегда взаимосвязано с порождаемым им положительным электрическим полем, а переменное поле в электродинамике предполагает возникновение магнитных полюсов. То есть, два указанных элемента не могут функционировать по отдельности, поэтому всегда действуют вместе.
Теория электромагнетизма Максвелла
Идея электромагнетизма Максвелла стала неким обобщением главных законов электрических и магнитных процессов, так как не только комплексно объяснила уже известные на тот момент экспериментальные факты, но и предсказала новые необычные явления. Так было предсказано возникновение электромагнитных постоянных волн в виде электрического поля, которое распространяется в пространстве с конечной скоростью. В дальнейшем ученые продемонстрировали, что общая скорость распределения электромагнитного поля в вакууме прямо пропорциональна аналогичному показателю света.
Экспериментальное подтверждение существования электрических и магнитных волн было осуществлено в 1887 г. немецким физиком Г. Герце, который, используя в своей работе мощную лабораторную установку, впервые получил и зарегистрировал электромагнитную волну.
Герцем были проведены опыты на основе уравнений Максвелла, которые показали, что указанные процессы в электродинамике обладают всеми существующими свойствами света: преломлением, отражением, интерференцией, поляризацией, дифракцией, следовательно, распространяются со скоростью световых явлений.
Эти выводы стали официальным подтверждением того факта, что свет также является элементом электромагнитной волны.
В истории общего развития электромагнетизма стоит отметить одну значимую деталь: впервые в этой сфере научные эксперименты предшествовали техническим применениям.
Если паровую машину построили еще задолго до создания закона тепловых процессов, то смоделировать радиоприемник или электродвигатель оказалось реальным только после изучения принципов электродинамики.
Многочисленные применения на практике электромагнитных явлений в значительной мере способствовали значимому преобразованию сферы интеллектуальной деятельности человека и развитию цивилизации.
Полная система уравнений Максвелла
Полная система талантливого исследователя представляет собой концепцию интегральных и дифференциальных уравнений, решение которых дает возможность более комплексно определить свойства и особенности электромагнитного поля в любой момент времени и в любой точке пространства. Эти формулы полностью удовлетворяют принципы динамической причинности и детерминизма.
Согласно данным уравнениям, если изначально известно точное распространение зарядов в пространстве и правильно заданы параметры магнитного и электрического поля на начальном этапе, а также определены характеристики окружающей среды, то вполне реально выяснить показатели электромагнитного поля в общем.
В формулах Максвелла решается главная задача электродинамики: по заданному распределению токов и зарядов отыскиваются центральные и необходимые характеристики создаваемых ими электрических и магнитных полей.
В гипотезе Максвелла в основном рассматриваются макроскопические поля, которые:
- формируются с помощью макроскопических зарядов и токов, сосредоточенными в объемах атомов и молекул;
- показывают общее расстояние от источников полей до рассматриваемой точки временного пространства;
- определяют период очередного изменения переменных магнитных и электрических полей, объем которых значительно больше показателей внутримолекулярных процессов.
Особенности теории электродинамики Максвелла
Максвелл в ходе своей деятельности значительно расширил результаты, которые были ранее получены от его предшественников. К примеру, физик указал, что в экспериментах Фарадея возможно использовать не только замкнутый контур из проводящего ток материала, но также и любой другой материал. В этом случае линии электромагнитного поля является основным индикатором переменного вихревого элемента, воздействующего непосредственно на кристаллическую решетку металлов. При такой точке зрения правильно говорить о постоянных токах поляризации при нахождении в поле диэлектрического материала.
Изучаемые явления совершают работу, которая состоит в постепенном нагреве материала до определенной температуры.
Теория Максвелла была призвана решить центральную задачу электродинамики: при известном параметре пространственного распределения электрических зарядов возможно достаточно быстро определить важные характеристики генерируемых веществ.
Эта гипотеза не рассматривает сами механизмы, выступающие базой для происходящих процессов. Идея Максвелла предназначена для определения близкорасположенных зарядов электромагнитных полей, так как в системе формул считается, что такие взаимодействия происходят со скоростью света, вне зависимости от окружающей среды.
