ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર - શોધ અને ભૌતિક ગુણધર્મોનો ઇતિહાસ

ઇલેક્ટ્રીક અને ચુંબકીય ઘટનાઓ પ્રાચીન સમયથી માનવજાત માટે જાણીતી છે, છેવટે તેઓએ વીજળી જોઈ અને ઘણા પ્રાચીન લોકો ચુંબક વિશે જાણતા હતા જે ચોક્કસ ધાતુઓને આકર્ષે છે. બગદાદ બેટરી, 4000 વર્ષ પહેલાં શોધાયેલ, એ એક સાબિતી છે કે માનવજાત આપણા દિવસો પહેલા વીજળીનો ઉપયોગ કરતી હતી અને દેખીતી રીતે તે કેવી રીતે કામ કરે છે તે જાણતી હતી. જો કે, એવું માનવામાં આવે છે કે 19મી સદીની શરૂઆત સુધી, વીજળી અને ચુંબકત્વને હંમેશા એકબીજાથી અલગ ગણવામાં આવતા હતા, જે અસંબંધિત ઘટના તરીકે ગણવામાં આવતા હતા અને ભૌતિકશાસ્ત્રની વિવિધ શાખાઓ સાથે જોડાયેલા હતા.

ચુંબકીય ક્ષેત્રનો અભ્યાસ 1269 માં શરૂ થયો જ્યારે ફ્રેન્ચ વૈજ્ઞાનિક પીટર પેરેગ્રીન (મેરીકોર્ટના નાઈટ પિયરે) સ્ટીલની સોયનો ઉપયોગ કરીને ગોળાકાર ચુંબકની સપાટી પર ચુંબકીય ક્ષેત્રને ચિહ્નિત કર્યું અને નિર્ધારિત કર્યું કે પરિણામી ચુંબકીય ક્ષેત્ર રેખાઓ બે બિંદુઓ પર છેદે છે જેને તેમણે કહ્યું. પૃથ્વીના ધ્રુવો સાથે સામ્યતા દ્વારા "ધ્રુવો".

1819 માં જ તેમના પ્રયોગો કરવામાં આવ્યા હતા.કરંટ વહન કરતા વાયરની નજીક મૂકવામાં આવેલી હોકાયંત્રની સોયનું વિચલન શોધી કાઢ્યું, અને પછી વૈજ્ઞાનિક નિષ્કર્ષ પર આવ્યા કે વિદ્યુત અને ચુંબકીય ઘટના વચ્ચે કંઈક જોડાણ હતું.

5 વર્ષ પછી, 1824 માં, એમ્પીયર ચુંબક સાથે વર્તમાન વહન કરતા વાયરની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા તેમજ એકબીજા સાથે વાયરની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું ગાણિતિક રીતે વર્ણન કરવામાં સક્ષમ હતું, તેથી તે દેખાયો. એમ્પીયરનો કાયદો: "એક સમાન ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં મૂકવામાં આવેલા વર્તમાન વહન કરતા વાયર પર કામ કરતું બળ વાયરની લંબાઈના પ્રમાણસર છે, ચુંબકીય ઇન્ડક્શન વેક્ટર, ચુંબકીય ઇન્ડક્શન વેક્ટર અને વાયર વચ્ચેના કોણનો વર્તમાન અને સાઈન «.

વિદ્યુતપ્રવાહ પર ચુંબકની અસર વિશે, એમ્પીયરે સૂચવ્યું કે કાયમી ચુંબકની અંદર સૂક્ષ્મ બંધ પ્રવાહો હોય છે જે વર્તમાન વહન કરનાર વાહકના ચુંબકીય ક્ષેત્ર સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા ચુંબકનું ચુંબકીય ક્ષેત્ર બનાવે છે.

બીજા 7 વર્ષ પછી, 1831 માં, ફેરાડેએ પ્રાયોગિક રીતે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનની ઘટના શોધી કાઢી, એટલે કે, જ્યારે બદલાતા ચુંબકીય ક્ષેત્ર આ વાહક પર કાર્ય કરે છે ત્યારે તે ક્ષણે કંડક્ટરમાં ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળના દેખાવની હકીકત સ્થાપિત કરવામાં વ્યવસ્થાપિત થયા. જુઓ - ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનની ઘટનાનો વ્યવહારુ ઉપયોગ.

ઉદાહરણ તરીકે, વાયરની નજીક કાયમી ચુંબકને ખસેડીને, તમે તેમાં ધબકતો પ્રવાહ મેળવી શકો છો, અને કોઇલમાંથી એક પર ધબકતો પ્રવાહ લાગુ કરીને, સામાન્ય આયર્ન કોર પર, જેની સાથે બીજી કોઇલ સ્થિત છે, એક ધબકારા કરતો પ્રવાહ પ્રાપ્ત કરશે. બીજી કોઇલમાં પણ દેખાય છે.

33 વર્ષ પછી, 1864 માં, મેક્સવેલ પહેલેથી જ જાણીતી ઇલેક્ટ્રિક અને ચુંબકીય ઘટનાઓનો ગાણિતિક રીતે સારાંશ આપવામાં સફળ થયો - તેણે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફિલ્ડનો સિદ્ધાંત બનાવ્યો, જે મુજબ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફિલ્ડમાં એકબીજા સાથે જોડાયેલા ઇલેક્ટ્રિક અને મેગ્નેટિક ફિલ્ડનો સમાવેશ થાય છે. તેથી, મેક્સવેલનો આભાર, ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સમાં અગાઉના પ્રયોગોના પરિણામોને વૈજ્ઞાનિક રીતે જોડવાનું શક્ય બન્યું.

મેક્સવેલના આ મહત્વપૂર્ણ નિષ્કર્ષોનું પરિણામ એ તેમની આગાહી છે કે, સૈદ્ધાંતિક રીતે, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રમાં કોઈપણ ફેરફાર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો ઉત્પન્ન કરે છે જે અવકાશમાં અને ડાઇલેક્ટ્રિક મીડિયામાં ચોક્કસ મર્યાદિત ગતિ સાથે પ્રચાર કરે છે જે માધ્યમની ચુંબકીય અને ડાઇલેક્ટ્રિક પરવાનગી પર આધાર રાખે છે. વેવી પ્રચાર માટે.

શૂન્યાવકાશ માટે, આ ઝડપ પ્રકાશની ઝડપ જેટલી હોવાનું બહાર આવ્યું, જેના સંબંધમાં મેક્સવેલે ધાર્યું કે પ્રકાશ પણ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગ છે, અને આ ધારણાને પાછળથી પુષ્ટિ મળી હતી (જોકે જંગે ઓર્સ્ટેડના લાંબા સમય પહેલા પ્રકાશની તરંગ પ્રકૃતિ દર્શાવી હતી. પ્રયોગો).

બીજી તરફ મેક્સવેલે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિઝમ માટે ગાણિતિક આધાર બનાવ્યો અને 1884માં મેક્સવેલના પ્રખ્યાત સમીકરણો આધુનિક સ્વરૂપમાં દેખાયા. 1887 માં, હર્ટ્ઝે મેક્સવેલના સિદ્ધાંતની પુષ્ટિ કરી ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો: રીસીવર ટ્રાન્સમીટર દ્વારા મોકલવામાં આવેલ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોને પસંદ કરશે.

ક્લાસિકલ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રોના અભ્યાસ સાથે વ્યવહાર કરે છે.ક્વોન્ટમ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સના માળખામાં, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનને ફોટોનના પ્રવાહ તરીકે ગણવામાં આવે છે, જેમાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વાહક કણો દ્વારા કરવામાં આવે છે - ફોટોન - માસલેસ વેક્ટર બોસોન, જેને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રના પ્રારંભિક ક્વોન્ટમ ઉત્તેજના તરીકે રજૂ કરી શકાય છે. તેથી, ફોટોન એ ક્વોન્ટમ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સના પરિપ્રેક્ષ્યમાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રનું ક્વોન્ટમ છે.

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને આજે ભૌતિકશાસ્ત્રમાં મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાંની એક ગણવામાં આવે છે, અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર એ ગુરુત્વાકર્ષણ અને ફર્મિઓનિક ક્ષેત્રો સાથે મૂળભૂત ભૌતિક ક્ષેત્રોમાંનું એક છે.

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રના ભૌતિક ગુણધર્મો

વિદ્યુત અથવા ચુંબકીય ક્ષેત્ર અથવા અવકાશમાં બંનેની હાજરી ચાર્જ થયેલ કણ અથવા પ્રવાહ પર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રની મજબૂત ક્રિયા દ્વારા નક્કી કરી શકાય છે.

વિદ્યુત ક્ષેત્ર ચોક્કસ બળ સાથે, ગતિશીલ અને સ્થિર બંને વિદ્યુત ચાર્જ પર કાર્ય કરે છે, આપેલ સમયે અવકાશમાં આપેલ બિંદુ પર વિદ્યુત ક્ષેત્રની તાકાત અને પરીક્ષણ ચાર્જ q ની તીવ્રતા પર આધાર રાખે છે.

વિદ્યુત ક્ષેત્ર પરીક્ષણ ચાર્જ પર કાર્ય કરે છે તે બળ (તીવ્રતા અને દિશા) જાણવું અને ચાર્જની તીવ્રતા જાણીને, અવકાશમાં આપેલ બિંદુ પર ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની તાકાત E શોધી શકાય છે.

ઇલેક્ટ્રિક ફીલ્ડ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે, તેના બળની રેખાઓ સકારાત્મક ચાર્જથી શરૂ થાય છે (શરતી રૂપે તેમાંથી વહે છે) અને નકારાત્મક ચાર્જ પર સમાપ્ત થાય છે (શરતી રીતે તેમાંથી વહે છે). આમ, વિદ્યુત શુલ્ક એ વિદ્યુત ક્ષેત્રના સ્ત્રોત છે. વિદ્યુત ક્ષેત્રનો બીજો સ્ત્રોત બદલાતા ચુંબકીય ક્ષેત્ર છે, જે મેક્સવેલના સમીકરણો દ્વારા ગાણિતિક રીતે સાબિત થાય છે.

ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડની બાજુમાંથી ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ પર કામ કરતું બળ એ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફિલ્ડની બાજુમાંથી આપેલા ચાર્જ પર કામ કરતા બળનો ભાગ છે.

ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઇલેક્ટ્રીક ચાર્જિસ (કરંટ) ને ખસેડીને અથવા સમય-વૃદ્ધ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રો (જેમ કે મેક્સવેલના સમીકરણોમાં જોવા મળે છે) દ્વારા બનાવવામાં આવે છે અને માત્ર ગતિશીલ ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ પર જ કાર્ય કરે છે.

મૂવિંગ ચાર્જ પર ચુંબકીય ક્ષેત્રની ક્રિયાની તાકાત ચુંબકીય ક્ષેત્રના ઇન્ડક્શન, મૂવિંગ ચાર્જની તીવ્રતા, તેની હિલચાલની ગતિ અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર B ના ઇન્ડક્શન વેક્ટર વચ્ચેના કોણની સાઇનના પ્રમાણસર છે. અને ચાર્જની હિલચાલની ગતિની દિશા. આ બળને ઘણીવાર લોરેન્ઝોબેચે બળ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે તે ફક્ત તેનો "ચુંબકીય" ભાગ છે.

હકીકતમાં, લોરેન્ટ્ઝ બળમાં ઇલેક્ટ્રિક અને ચુંબકીય ઘટકોનો સમાવેશ થાય છે. ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ (કરંટ) ને ખસેડીને બનાવવામાં આવે છે, તેની બળની રેખાઓ હંમેશા બંધ હોય છે અને વર્તમાનને આવરી લે છે.