Electromagn??tisme

??lectromagn??tisme est la physique du champ ??lectromagn??tique: un champ qui exerce une force de sur particules qui poss??dent la propri??t?? de charge ??lectrique , et est ?? son tour affect??e par la pr??sence et le mouvement de ces particules.

Un champ magn??tique variable produit un champ ??lectrique (ce est le ph??nom??ne de induction ??lectromagn??tique, la base de l'op??ration de g??n??rateurs ??lectriques, moteurs ?? induction, et transformateurs). De m??me, un changement de champ ??lectrique g??n??re un champ magn??tique. En raison de cette interd??pendance des champs ??lectriques et magn??tiques, il est logique de les consid??rer comme une seule entit?? champ ??lectromagn??tique coh??rente.

Le champ magn??tique est produit par le d??placement de charges ??lectriques, ce est ?? dire courant ??lectrique. Le champ magn??tique provoque la force magn??tique associ??e ?? des aimants .

Les implications th??oriques de l'??lectromagn??tisme ont conduit ?? l'??laboration de la relativit?? restreinte par Albert Einstein en 1905 .

Histoire

Tout en pr??parant une conf??rence en soir??e le 21 Avril 1820, Hans Christian ??rsted d??velopp?? une exp??rience qui a fourni la preuve que le surprit. Comme il a ??t?? de mettre en place ses mat??riaux, il a remarqu?? une aiguille de boussole d??vi?? de nord magn??tique lorsque le courant ??lectrique de la batterie qu'il utilisait a ??t?? allum?? et ??teint. Cette d??viation a convaincu que les champs magn??tiques rayonnent de tous les c??t??s d'un fil parcouru par un courant ??lectrique, comme la lumi??re et la chaleur font, et qu'il a confirm?? une relation directe entre l'??lectricit?? et le magn??tisme.

Au moment de la d??couverte, ??rsted n'a sugg??r?? aucune explication satisfaisante du ph??nom??ne, et il n'a pas essay?? de repr??senter le ph??nom??ne dans un cadre math??matique. Cependant, trois mois plus tard, il a commenc?? des recherches plus intensives. Peu de temps apr??s, il a publi?? ses conclusions, prouvant qu'un courant ??lectrique produit un champ magn??tique qui se ??coule ?? travers un fil. L'unit?? CGS d'induction magn??tique (Oersted) est nomm?? en l'honneur de ses contributions dans le domaine de l'??lectromagn??tisme.

Ses conclusions ont abouti ?? une recherche intensive dans la communaut?? scientifique en ??lectrodynamique. Ils ont influenc?? physicien fran??ais Les d??veloppements de Andr??-Marie Amp??re d'une forme math??matique unique pour repr??senter les forces magn??tiques entre les conducteurs de transport de courant. La d??couverte de ??rsted ??galement repr??sent?? une ??tape importante vers un concept unifi?? de l'??nergie.

??rsted ne ??tait pas la premi??re personne ?? examiner la relation entre l'??lectricit?? et le magn??tisme. En 1802, Gian Domenico Romagnosi, un juriste italien, d??vi?? une aiguille aimant??e par des charges ??lectrostatiques. Il a interpr??t?? ses observations que la relation entre l'??lectricit?? et le magn??tisme. En fait, aucun courant galvanique existait dans la configuration et donc pas de l'??lectromagn??tisme ??tait pr??sent. Un compte de la d??couverte a ??t?? publi??e en 1802 dans un journal italien, mais il a ??t?? largement n??glig?? par la communaut?? scientifique contemporaine.

Cette unification, qui a ??t?? observ??e par Michael Faraday , prolong?? par James Clerk Maxwell , et partiellement reformul?? par Oliver Heaviside, est l'un des triomphes de 19??me si??cle la physique. Il a eu des cons??quences profondes, dont l'un ??tait la compr??hension de la nature de la lumi??re . Comme il se av??re, ce qui est consid??r?? comme ??lumi??re?? est en fait un propageant perturbation oscillatoire dans le champ ??lectromagn??tique, ce est ?? dire, un dispositif ??lectromagn??tique ondes . Diff??rent fr??quences d'oscillation donnent lieu ?? diverses formes de rayonnement ??lectromagn??tique , ?? partir de ondes radio aux fr??quences les plus basses, ?? la lumi??re visible ?? des fr??quences interm??diaires, ?? rayons gamma aux hautes fr??quences.

La force ??lectromagn??tique

La force que le champ ??lectromagn??tique exerce sur les particules charg??es ??lectriquement, appel??e la force ??lectromagn??tique, est l'un des quatre forces fondamentales. Les autres forces fondamentales sont force nucl??aire forte (qui d??tient noyaux atomiques ensemble), le force nucl??aire faible (ce qui provoque certaines formes de d??sint??gration radioactive), et la force de gravitation . Tous les autres forces sont finalement d??riv??s de ces forces fondamentales.

La force ??lectromagn??tique est le seul responsable de pratiquement tous les ph??nom??nes rencontr??s dans la vie quotidienne, ?? l'exception de gravit??. Toutes les forces impliqu??es dans les interactions entre les atomes peuvent ??tre attribu??s ?? la force ??lectromagn??tique agissant sur les charg??es ??lectriquement protons et ??lectrons ?? l'int??rieur des atomes. Cela inclut les forces que nous ??prouvons dans ??pousser?? ou ??tirer?? des objets mat??riels ordinaires, qui viennent de la forces intermol??culaires entre l'individu mol??cules de notre corps et ceux des objets. Il comprend ??galement toutes les formes de ph??nom??nes chimiques , qui r??sultent des interactions entre orbitales d'??lectrons.

L'??lectrodynamique classique

Le scientifique William Gilbert a propos??, dans son De Magnete ( 1600), que l'??lectricit?? et le magn??tisme, tandis que les deux capables de provoquer attraction et de r??pulsion d'objets, ??taient des effets distincts. Mariners avaient remarqu?? que la foudre avaient la capacit?? de perturber une aiguille de boussole, mais le lien entre la foudre et l'??lectricit?? n'a pas ??t?? confirm??e jusqu'?? ce que Benjamin Franklin exp??riences propos??es s 'en 1752 . L'un des premiers ?? d??couvrir et ?? publier un lien entre l'homme-fait courant ??lectrique et le magn??tisme ??tait Romagnosi, qui, en 1802 a remarqu?? que la connexion d'un c??ble ?? travers un Pile de Volta a d??vi?? ?? proximit?? aiguille boussole. Cependant, l'effet ne est pas devenu largement connu jusqu'?? 1820 , lorsque ??rsted effectu?? une exp??rience similaire. Le travail de ??rsted influenc?? Amp??re pour produire une th??orie de l'??lectromagn??tisme qui a mis le sujet sur une base math??matique.

Une th??orie exacte de l'??lectromagn??tisme, connu sous le nom ??lectromagn??tisme classique, a ??t?? d??velopp?? par diverses physiciens au cours du 19??me si??cle , culminant dans le travail de James Clerk Maxwell , qui a unifi?? les d??veloppements pr??c??dents en une seule th??orie et d??couvert la nature ??lectromagn??tique de la lumi??re. Dans l'??lectromagn??tisme classique, le champ ??lectromagn??tique ob??it ?? un ensemble d'??quations connues comme les ??quations de Maxwell , et la force ??lectromagn??tique est donn??e par la Droit de la force de Lorentz.

Une des particularit??s de l'??lectromagn??tisme classique, ce est qu'il est difficile ?? concilier avec la m??canique classique , mais il est compatible avec la relativit?? restreinte . Selon les ??quations de Maxwell, la vitesse de la lumi??re est une constante universelle, ne d??pendant que de la permittivit?? ??lectrique et la perm??abilit?? magn??tique de la vide. Ceci viole Relativit?? galil??enne, une pierre angulaire de longue date de la m??canique classique. Une fa??on de r??concilier les deux th??ories est de supposer l'existence d'un ??ther luminif??re ?? travers lequel la lumi??re se propage de les. Cependant, les efforts exp??rimentaux suivants ont ??chou?? ?? d??tecter la pr??sence de l'??ther. En 1905 , Albert Einstein a r??solu le probl??me avec l'introduction de la relativit?? restreinte , qui remplace la cin??matique classique avec une nouvelle th??orie de la cin??matique qui est compatible avec l'??lectromagn??tisme classique.

En outre, la th??orie de la relativit?? montre que, dans les cadres de r??f??rence d??placer un champ magn??tique se transforme en un champ avec un composant ??lectrique non nulle et vice versa; montrant ainsi fermement qu'ils sont les deux faces d'une m??me m??daille, et donc le terme "??lectromagn??tisme".

L'effet photo??lectrique

Dans un autre article publi?? dans la m??me ann??e, Albert Einstein a sap?? les fondements m??mes de l'??lectromagn??tisme classique. Sa th??orie de la effet photo??lectrique (pour lequel il a remport?? le prix Nobel de physique) pos?? que la lumi??re pouvait exister en quantit??s de particules comme discr??tes, qui sont venus plus tard pour ??tre connu comme photons . La th??orie d'Einstein de l'effet photo??lectrique a ??tendu les id??es qui sont apparues dans la solution de la catastrophe ultraviolette pr??sent?? par Max Planck en 1900 . Dans son travail, Planck a montr?? que les objets chauds ??mettent un rayonnement ??lectromagn??tique dans des paquets discrets, ce qui conduit ?? un total finie l'??nergie ??mise sous forme de rayonnement du corps noir. Ces deux r??sultats sont en contradiction directe avec la vision classique de la lumi??re comme une onde continue. Planck et les th??ories d'Einstein ??taient prog??niteurs de la m??canique quantique , qui, lorsqu'ils sont formul??s en 1925 , ont n??cessit?? l'invention d'une th??orie quantique de l'??lectromagn??tisme. Cette th??orie, compl??t?? dans le 1940, est connue sous le nom ??lectrodynamique quantique (ou "CQFD"), et est l'une des th??ories les plus pr??cises connues de la physique.

D??finition

Le terme ??lectrodynamique est parfois utilis?? pour d??signer la combinaison de l'??lectromagn??tisme avec m??canique, et traite des effets du champ ??lectromagn??tique sur le comportement dynamique de particules charg??es ??lectriquement.

Unit??s

Unit??s ??lectromagn??tiques font partie d'un syst??me d'unit??s ??lectriques bas??es principalement sur les propri??t??s magn??tiques des courants ??lectriques, l'unit?? cgs fondamentale ??tant le Abamp??re. Les unit??s sont:

Dans le syst??me cgs ??lectromagn??tique, le courant ??lectrique est une grandeur fondamentale d??finie par La loi et d'Amp??re prend la la perm??abilit?? comme une quantit?? sans dimension (de perm??abilit?? relative) dont la valeur dans le vide est l'unit??. En cons??quence, le carr?? de la vitesse de la lumi??re appara??t explicitement dans certaines des ??quations interrelation quantit??s dans ce syst??me.