विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र: एक सिद्धांत का गठन

विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र: एक सिद्धांत का गठन
चित्र: Agfotografia74 | Dreamstime

विद्युत चुंबकत्व के क्षेत्र में एम. फैराडे और अन्य वैज्ञानिकों का मौलिक शोध, साथ ही विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के बीच संबंधों के बारे में फैराडे के विचार और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के उनके मॉडल के बारे में विज्ञान के विकास में आवश्यक कड़ी थे, जिसके आधार पर शास्त्रीय विद्युतगतिकी का सैद्धांतिक विकास पूरा हुआ, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का सिद्धांत बनाया गया और प्रकाश का विद्युत चुम्बकीय सिद्धांत तैयार किया गया।

यह सब कैसे शुरू हुआ

अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जेम्स मैक्सवेल (1831-1879) ने फैराडे के मौलिक शोध को जारी रखा। 1861-1862 में मैक्सवेल के कई लेख प्रकाशित हुए, जहां उन्होंने एक नए सिद्धांत का प्रस्ताव रखा, जिसमें माध्यम की भूमिका पर प्रकाश डाला गया, और खुद को एक यांत्रिक मॉडल खोजने का लक्ष्य निर्धारित किया जो चुंबकीय बातचीत में इस माध्यम के व्यवहार को प्रकट करेगा।

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अपने द्वारा बनाए गए मॉडल की सहायता से वह अपने प्रसिद्ध समीकरणों पर पहुँचता है। मैक्सवेल की समीकरण प्रणाली ने फैराडे के विचारों को सामान्यीकृत किया और विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के बीच संबंध का खुलासा किया। फैराडे द्वारा भविष्यवाणी की गई मैक्सवेल के समीकरणों से एक अत्यंत महत्वपूर्ण निष्कर्ष निकलता है: एक वैकल्पिक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र एक परिमित गति से फैलता है, जो निर्वात में प्रकाश की गति के बराबर है।

तो, इसने इस खोज के सभी वैज्ञानिक और तकनीकी परिणामों के साथ विद्युत चुम्बकीय तरंगों के अस्तित्व की गवाही दी।

1873 में, जे. मैक्सवेल की प्रसिद्ध कृति, ए ट्रीटीज़ ऑन इलेक्ट्रिसिटी एंड मैग्नेटिज्म, प्रकाशित हुई। विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के क्षेत्र में अपने शोध को सारांशित करते हुए, लेखक ने दिखाया कि प्रकाश विद्युत चुम्बकीय तरंगों के अलावा और कुछ नहीं है, माध्यम के ऑप्टिकल और विद्युत चुम्बकीय गुणों के बीच घनिष्ठ संबंध को नोट किया, पहली बार विस्थापन धारा की अवधारणा पेश की, जो होती है संधारित्र प्लेटों के बीच ढांकता हुआ में और एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है।

Electromagnetic field
चित्र: PixelParticle | Dreamstime
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि मैक्सवेल ने 1865 में प्रकाश की विद्युत चुम्बकीय प्रकृति के बारे में मूल विचार व्यक्त किया था। मैक्सवेल की खूबियों में यह तथ्य शामिल है कि वह प्रकाश के अपवर्तनांक की निर्भरता का अध्ययन करने वाले पहले व्यक्ति थे। माध्यम के ढांकता हुआ स्थिरांक, और एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में प्रकाश के ध्रुवीकरण के विमान की उपस्थिति रोटेशन को भी स्थापित किया।

मैक्सवेल का सिद्धांत, जिसने शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स के विकास को पूरा किया, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की वैज्ञानिक नींव बनाई, और प्रकाश की विद्युत चुम्बकीय प्रकृति की खोज की, पहले भौतिकविदों द्वारा अविश्वसनीयता से मुलाकात की गई थी। तथ्य यह है कि सिद्धांत के मुख्य संदर्भों और निष्कर्षों की प्रयोगात्मक रूप से पर्याप्त रूप से पुष्टि नहीं की गई है। 19वीं शताब्दी की अंतिम तिमाही अनिवार्य रूप से मैक्सवेल के सिद्धांत के प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक सत्यापन के नारे के तहत हुई।

मैक्सवेल के सिद्धांत का प्रमाण

मैक्सवेल के सिद्धांत से उत्पन्न पहली समस्याओं में से एक यह थी कि यदि विद्युत और चुंबकीय घटना के बीच एक अविभाज्य संबंध है, तो इकाइयों के इलेक्ट्रोस्टैटिक और विद्युत चुम्बकीय प्रणालियों के बीच समान संबंध होना चाहिए, अर्थात इलेक्ट्रोडायनामिक स्थिरांक (का अनुपात) इलेक्ट्रोस्टैटिक और इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इकाइयाँ) निर्वात में प्रकाश की गति के बराबर होनी चाहिए। इस परिकल्पना के लिए प्रायोगिक सत्यापन की आवश्यकता थी।

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मैक्सवेल के समीकरणों में स्थिरांक के निर्धारण पर महत्वपूर्ण पिछले शोध परिणाम रूसी वैज्ञानिक ए जी स्टोलेटोव (1839-1896) के हैं, जिन्होंने इन इकाइयों के अनुपात को निर्धारित करने के लिए काफी सटीक विधि विकसित की और पहली बार स्थापित किया कि यह बराबर है प्रकाश की गति।

यह शायद मैक्सवेल के सिद्धांत की वैधता के पहले प्रमाणों में से एक था।

ऊर्जा के आंदोलन और वितरण की समस्या को हल करने के लिए बहुत महत्व रूसी वैज्ञानिक एन.ए. उमोव (1846-1915) के कार्य थे, जिसमें उन्होंने क्षेत्र सिद्धांत को गहरा करने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम उठाया, गति और ऊर्जा प्रवाह की अवधारणा को पेश किया।

ऊर्जा के संरक्षण के नियम के आधार पर, उन्होंने एक माध्यम में ऊर्जा की गति के लिए एक समीकरण निकाला और ऊर्जा प्रवाह घनत्व वेक्टर, उमोव वेक्टर की शुरुआत की।

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एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के लिए उमोव वेक्टर का एक अलग मामला दस साल बाद अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जॉन-हेनरी पोयंटिंग (1852-1914) द्वारा माना गया था, जिन्होंने 1884 में विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र द्वारा किए गए ऊर्जा प्रवाह घनत्व के लिए एक अभिव्यक्ति प्राप्त की थी।

इसलिए, 1980 के दशक तक, यानी उस समय तक जब जर्मन भौतिक विज्ञानी हेनरिक रुडोल्फ हर्ट्ज़ (1857-1894) ने न केवल भौतिकी में विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र सिद्धांत की पुष्टि करने के लिए अपने प्रसिद्ध प्रयोगात्मक अध्ययनों पर काम करना शुरू किया था शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स का निर्माण पूरा किया, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र सिद्धांत तैयार किया और प्रकाश की विद्युत चुम्बकीय प्रकृति की स्थापना की, लेकिन विद्युत चुम्बकीय सिद्धांत के कुछ निष्कर्षों और प्रावधानों की पुष्टि के लिए प्रयोगात्मक अध्ययन भी किए।

हेनरिक हर्ट्ज़ और मैक्सवेल के सिद्धांत की प्रयोगात्मक पुष्टि

और फिर भी, केवल 1886-1889 में हर्ट्ज द्वारा किए गए प्रयोगों ने विद्युत चुम्बकीय तरंगों के अस्तित्व की प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की और यह दावा कि विद्युत चुम्बकीय तरंगों की गति प्रकाश की गति के बराबर है, विद्युत चुम्बकीय और प्रकाश के गुणों की पूरी पहचान साबित हुई तरंगें, और इस प्रकार मैक्सवेल के सिद्धांतों के लिए अनुसंधान आधार लाया।

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चित्र: Ryzhov Sergey | Dreamstime

एम। फैराडे और डी। मैक्सवेल के विचारों के समर्थक होने के नाते, जिन्होंने दूरी पर कार्रवाई को खारिज कर दिया, जी। हर्ट्ज ने 1887 से, मैक्सवेल के समीकरणों के आधार पर अपने शिक्षक जी। हेल्महोल्ट्ज़ के प्रयोगों को प्रेरण कॉइल के साथ दोहराते हुए, सिद्धांत विकसित किया एक खुला थरथानेवाला जो विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन करता है। एक “वाइब्रेटर” और “रिसीवर” की मदद से उन्होंने दिखाया कि एक ऑसिलेटिंग डिस्चार्ज तरंगों का कारण बनता है, जो दो लंबवत दोलनों का एक संयोजन है – विद्युत और चुंबकीय।

हर्ट्ज़ ने इन तरंगों के प्रतिबिंब, अपवर्तन, हस्तक्षेप और ध्रुवीकरण का खुलासा किया और साबित किया कि सभी शोध तथ्यों को मैक्सवेल के सिद्धांत द्वारा पूरी तरह से समझाया गया है। तारों के माध्यम से तरंगों के पारित होने की जांच करते हुए, जी हर्ट्ज ने सीधे कंडक्टर में तरंगों की गति को मापने के लिए एक क्लासिक विधि विकसित की।

बॉल लाइटिंग एक रहस्यमयी घटना है
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1890 में प्रकाशित कृति “बेसिक इक्वेशन ऑफ़ इलेक्ट्रोडायनामिक्स ऑफ़ बॉडीज एट रेस्ट” में, हर्ट्ज़ ने मैक्सवेल के समीकरण को एक स्पष्ट सममित रूप दिया,
जो विद्युत और चुंबकीय क्रियाओं के बीच पूर्ण पारस्परिकता को अच्छी तरह प्रदर्शित करता है।

हर्ट्ज़ ने उमोव-पोयिंग वेक्टर को सफलतापूर्वक लागू करने के लिए आसपास के अंतरिक्ष में एक द्विध्रुवीय द्वारा विकिरणित ऊर्जा प्रवाह की गणना की, और दिखाया कि वाइब्रेटर द्वारा प्रेषित ऊर्जा की मात्रा सीधे द्विध्रुवीय लंबाई के वर्ग के समानुपाती होगी और द्विध्रुव द्वारा उत्पन्न तरंगदैर्घ्य के घन के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

ये एंटेना के सिद्धांत में शुरुआती बिंदु थे और रेडियो इंजीनियरिंग की सैद्धांतिक नींव की शुरुआत थी। हर्ट्ज़ के शोध ने एक मुक्त विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के अस्तित्व की खोज की, और भौतिकविदों के लिए पहली प्राथमिकता इस क्षेत्र को उत्पन्न करने, इसका पता लगाने और इसे नियंत्रित करने की आवश्यकता थी। सबसे पहले, हमेशा छोटी और छोटी लंबाई की तरंगों को उत्तेजित करने के लिए नए प्रकार के जनरेटर बनाना आवश्यक था। हर्ट्ज़ ने स्वयं 66 सेंटीमीटर लंबी तरंगों का इस्तेमाल किया।

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1893 में इतालवी ऑगस्टो रिची (1850-1920) ने 10.6 सेंटीमीटर लंबी लहरें प्राप्त कीं, और उत्कृष्ट रूसी वैज्ञानिक पी.एम. 1894 में लेबेदेव ने 6 मिमी की लंबाई के साथ विद्युत चुम्बकीय तरंगें प्राप्त करने पर प्रयोगों का प्रदर्शन किया।

टेलीग्राफी और रेडियो

तो, XIX सदी के शुरुआती 90 के दशक में। विद्युत चुंबकत्व और प्रकाशिकी का संश्लेषण सिद्ध हुआ, विद्युत चुम्बकीय और प्रकाश तरंगों की पूर्ण पहचान। विज्ञान के सामने एक नई समस्या उत्पन्न होती है – टेलीग्राफी की जरूरतों के लिए विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उपयोग। पहली बार, रूसी वैज्ञानिक ए.एस. पोपोव (1859-1906) 1895 ई

Electromagnetic field
चित्र: Salvador Reyes Anaya | Dreamstime

रेडियो के आविष्कार में पोपोव की योग्यता को आधिकारिक तौर पर 1900 में पेरिस में वर्ल्ड इलेक्ट्रोटेक्निकल कांग्रेस में मानद डिप्लोमा और एक स्वर्ण पदक प्रदान करके मान्यता दी गई थी। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इतालवी रेडियो इंजीनियर गुग्लिल्मो मार्कोनी ने 1896 के अंत में इंग्लैंड को प्रस्तावित किया, जहां वे चले गए, वायरलेस टेलीग्राफ के कार्यान्वयन के लिए उन्होंने जो उपकरण विकसित किए और 1897 में उनके लिए एक पेटेंट प्राप्त किया।

जी. मार्कोनी की खूबियों में व्यावहारिक रेडियोटेलीग्राफी के कार्यान्वयन में सफलताएँ शामिल होनी चाहिए, विशेष रूप से, 1901 में उन्होंने अटलांटिक महासागर के पार अमेरिका के साथ पहला रेडियो संचार किया। 1896-1899 में निकोला टेस्ला (1854-1943), एक शानदार सर्बियाई वैज्ञानिक और इलेक्ट्रिकल और रेडियो इंजीनियरिंग के क्षेत्र में आविष्कारक, एंटीना उपकरणों के विकास में लगे हुए थे।

तो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के अस्तित्व की वास्तविकता की पहचान के लिए संघर्ष पूरा हुआ।