Het fundamentele onderzoek van M. Faraday en andere wetenschappers op het gebied van elektromagnetisme, evenals Faraday’s ideeën over de relatie tussen elektrische en magnetische velden en zijn model van het elektromagnetische veld waren de noodzakelijke schakel in de ontwikkeling van de wetenschap, op basis waarvan de theoretische ontwikkeling van de klassieke elektrodynamica werd voltooid, de theorie van het elektromagnetische veld werd gecreëerd en de elektromagnetische theorie van het licht werd geformuleerd.
Hoe het allemaal begon
De Engelse natuurkundige James Maxwell (1831-1879) zette het fundamentele onderzoek van Faraday voort. In 1861-1862 werden een aantal artikelen van Maxwell gepubliceerd, waarin hij een nieuwe theorie voorstelde, de rol van het medium benadrukt, en zichzelf tot doel stelde een mechanisch model te vinden dat het gedrag van dit medium in magnetische interacties zou onthullen.
Met behulp van het door hem gebouwde model komt hij tot zijn beroemde vergelijkingen. Maxwells systeem van vergelijkingen veralgemeende de ideeën van Faraday en onthulde de relatie tussen elektrische en magnetische velden. Uit de door Faraday voorspelde vergelijkingen van Maxwell volgt een uiterst belangrijke conclusie: een wisselend elektromagnetisch veld plant zich voort met een eindige snelheid, die gelijk is aan de lichtsnelheid in vacuüm.
Dit getuigde dus van het bestaan van elektromagnetische golven met alle wetenschappelijke en technische consequenties van deze ontdekking.
In 1873 werd het beroemde werk van J. Maxwell, A Treatise on Electricity and Magnetism, gepubliceerd. Samenvattend zijn onderzoek op het gebied van het elektromagnetische veld, toonde de auteur aan dat licht niets anders is dan elektromagnetische golven, merkte de nauwe relatie op tussen de optische en elektromagnetische eigenschappen van het medium, introduceerde voor het eerst het concept van verplaatsingsstroom, die optreedt in het diëlektricum tussen de condensatorplaten en vormt een magnetisch veld.
De theorie van Maxwell, die de ontwikkeling van de klassieke elektrodynamica voltooide, de wetenschappelijke basis legde voor het elektromagnetische veld en de elektromagnetische aard van licht ontdekte, werd aanvankelijk door natuurkundigen met ongeloof ontvangen. Feit is dat de belangrijkste referenties en conclusies van de theorie experimenteel niet voldoende zijn bevestigd. Het laatste kwart van de 19e eeuw vond hoofdzakelijk plaats onder de slogan van experimentele en theoretische verificatie van Maxwells theorie.
Bewijs van Maxwells theorie
Een van de eerste problemen die voortkwamen uit Maxwells theorie was dat als er een onlosmakelijk verband bestaat tussen elektrische en magnetische verschijnselen, er dan hetzelfde verband moet zijn tussen elektrostatische en elektromagnetische systemen van eenheden, dat wil zeggen dat de elektrodynamische constante (de verhouding van elektrostatische en elektromagnetische eenheden) moeten gelijk zijn aan de lichtsnelheid in een vacuüm. Deze hypothese vereiste experimentele verificatie.
Belangrijke eerdere onderzoeksresultaten over de bepaling van de constante in de vergelijkingen van Maxwell zijn van de Russische wetenschapper A.G. Stoletov (1839-1896), die een redelijk nauwkeurige methode ontwikkelde om de verhouding van deze eenheden te bepalen en voor het eerst vaststelde dat deze gelijk is aan de snelheid van het licht.
Dit was misschien wel een van de eerste bewijzen van de geldigheid van Maxwells theorie.
Van groot belang voor het oplossen van het probleem van de beweging en distributie van energie waren de werken van de Russische wetenschapper N.A. Umov (1846-1915), waarin hij een belangrijke stap zette op weg naar verdieping van de veldentheorie, het concept van beweging en energiestroom introduceerde.
Op basis van de wet van behoud van energie leidde hij een vergelijking af voor de beweging van energie in een medium en introduceerde hij de energiefluxdichtheidsvector, de Umov-vector.
Een afzonderlijk geval van de Umov-vector voor een elektromagnetisch veld werd tien jaar later overwogen door de Engelse natuurkundige John-Henry Poynting (1852-1914), die in 1884 een uitdrukking afleidde voor de energiefluxdichtheid gedragen door een elektromagnetisch veld.
Heinrich Hertz en experimentele bevestiging van Maxwells theorie
En toch bevestigden alleen de experimenten die door Hertz in 1886-1889 experimenteel het bestaan van elektromagnetische golven en de bewering dat de snelheid van elektromagnetische golven even groot is als de lichtsnelheid, de volledige identiteit van de eigenschappen van elektromagnetische golven en licht. golven, en bracht zo de onderzoeksbasis naar de theorieën van Maxwell.
Als aanhanger van de opvattingen van M. Faraday en D. Maxwell, die actie op afstand verwierpen, ontwikkelde G. Hertz sinds 1887 de experimenten van zijn leraar G. Helmholtz met inductiespoelen, gebaseerd op de vergelijkingen van Maxwell, en ontwikkelde de theorie van een open vibrator die elektromagnetische golven uitzendt. Met behulp van een “vibrator” en een “ontvanger” toonde hij aan dat een oscillerende ontlading golven veroorzaakt, die een combinatie zijn van twee loodrechte oscillaties – elektrisch en magnetisch.
Hertz onthulde de reflectie, breking, interferentie en polarisatie van deze golven en bewees dat alle onderzoeksfeiten volledig worden verklaard door de theorie van Maxwell. G. Hertz onderzocht de doorgang van golven door draden en ontwikkelde een klassieke methode om de snelheid van golven in een rechte geleider te meten.
In het werk “Basisvergelijkingen van elektrodynamica van lichamen in rust”, gepubliceerd in 1890, gaf Hertz een duidelijke symmetrische vorm aan de vergelijking van Maxwell,
die goed de volledige wederkerigheid tussen elektrische en magnetische acties vertoont.
Hertz was de eerste die met succes de Umov-Poynting-vector toepaste om de energieflux te berekenen die door een dipool in de omringende ruimte wordt uitgestraald, en toonde aan dat de hoeveelheid energie die door de vibrator wordt uitgezonden recht evenredig is met het kwadraat van de dipoollengte en omgekeerd evenredig met de derde macht van de golflengte gegenereerd door de dipool.
Dit waren de uitgangspunten in de theorie van antennes en het begin van de theoretische grondslagen van radiotechniek. Hertz’ onderzoek ontdekte het bestaan van een vrij elektromagnetisch veld, en de eerste prioriteit voor natuurkundigen was de noodzaak om dit veld op te wekken, te detecteren en te beheersen. Allereerst was het nodig om nieuwe soorten generatoren te creëren om golven van steeds kleinere en kleinere lengtes op te wekken. Hertz gebruikte zelf golven van 66 cm lang.
De Italiaan Augusto Ritchie (1850-1920) ontving in 1893 golven van 10,6 cm lang, en de vooraanstaande Russische wetenschapper P.M. Lebedev demonstreerde in 1894 experimenten met het verkrijgen van elektromagnetische golven met een lengte van 6 mm.
Telegrafie en radio
Dus in de vroege jaren 90 van de 19e eeuw. de synthese van elektromagnetisme en optica werd bewezen, de volledige identiteit van elektromagnetisme en lichtgolven. Een nieuw probleem rijst vóór de wetenschap – het gebruik van elektromagnetische golven voor de behoeften van telegrafie. Voor het eerst heeft de Russische wetenschapper A.S. Popov (1859-1906) in 1895
Popovs verdiensten bij de uitvinding van de radio werden officieel erkend in 1900 door hem een erediploma en een gouden medaille toe te kennen op het Wereld Elektrotechnisch Congres in Parijs. Opgemerkt moet worden dat de Italiaanse radio-ingenieur Guglielmo Marconi eind 1896 naar Engeland, waar hij verhuisde, de apparaten voorstelde die hij ontwikkelde voor de implementatie van draadloze telegraaf en in 1897 een patent voor hen ontving.
De verdiensten van G. Marconi zouden successen moeten omvatten bij de implementatie van praktische radiotelegrafie, met name in 1901 maakte hij de eerste radiocommunicatie met Amerika over de Atlantische Oceaan. In 1896-1899 was Nikola Tesla (1854-1943), een briljante Servische wetenschapper en uitvinder op het gebied van elektrische en radiotechniek, bezig met de ontwikkeling van antenne-apparaten.
Dus de strijd voor de erkenning van de realiteit van het bestaan van het elektromagnetische veld was voltooid.
