Уравнения электромагнетизма Максвелла: объяснение

В рамках продолжающейся серии статей по космологии я обсуждаю законы Максвелла. • Закон Кулона: описывает силу взаимодействия между двумя неподвижными зарядами, уменьшающуюся пропорционально квадрату расстояния между ними. • Диэлектрическая проницаемость вакуума (ε₀): экспериментально определенная константа, связывающая заряд, расстояние и силу в законе Кулона. • Открытие Эрстеда: обнаружил, что электрический ток создает магнитное поле, связывая электричество и магнетизм. • Открытие магнитного поля: Ханс Кристиан Эрстед открыл связь между электричеством и магнетизмом в 1820 году. • Закон силы Ампера: Андре Мари Ампер экспериментально вывел закон силы Ампера в 1825 году, связывающий силу взаимодействия между двумя проводниками, по которым течет ток. • Закон Био-Савара: Жан Батист Био и Феликс Савар открыли закон Био-Савара в 1820 году, описывающий магнитное поле, создаваемое постоянным электрическим током. • Вклад Максвелла: Максвелл предсказал существование электромагнитных волн и предположил, что свет является электромагнитным возмущением. • Электромагнитные волны: Уравнения Максвелла предсказывают волны колеблющихся электрических и магнитных полей, распространяющиеся в пустом пространстве со скоростью приблизительно 310 миллионов м/с. • Закон Гаусса: Суммарный электрический поток через любую замкнутую поверхность равен полному заряду, заключенному внутри этой поверхности. • Закон Гаусса для электричества: Дивергенция электрического поля пропорциональна плотности заключенного электрического заряда, деленной на диэлектрическую проницаемость вакуума. • Закон Гаусса для магнетизма: Дивергенция магнитного поля равна нулю, что подразумевает отсутствие магнитных монополей. • Магнитные монополи: Отсутствие магнитных монополей объясняется тем, что при разрушении магнита образуются два меньших магнита, каждый со своим северным и южным полюсами. • Магнитные монополи: Экспериментальных доказательств существования магнитных монополей нет, но физики-частицы выдвигают гипотезу об их существовании, основываясь на нарушении суперсимметрии во время инфляционной эпохи Вселенной. • Закон индукции Фарадея: Электродвижущая сила вокруг замкнутого контура равна отрицательной скорости изменения магнитного потока, заключенного внутри этого контура. • Электромагнитная индукция: Эксперимент Фарадея продемонстрировал, что изменяющийся магнитный поток индуцирует ток в расположенном рядом проводнике, что привело к концепции силовых линий. • Вдохновение Максвелла: Максвелл добавил член, описывающий ток смещения, к закону Ампера, рассуждая, что изменяющееся электрическое поле эквивалентно току. • Свет как электромагнитная волна: Максвелл выдвинул гипотезу о том, что свет является электромагнитной волной, основываясь на идее о том, что изменяющееся во времени электрическое поле может распространяться в пространстве. • Вывод скорости света: Применив закон Фарадея и закон Ампера в свободном пространстве, Максвелл вывел уравнение, связывающее скорость света с диэлектрической и магнитной проницаемостью свободного пространства. • Открытие Максвелла: Максвелл обнаружил, что все электромагнитные взаимодействия распространяются со скоростью света, что стало новаторским открытием в науке. • Природа света: Максвелл продемонстрировал, что свет является электромагнитной волной, показав фундаментальную связь между светом и электромагнетизмом. • Скорость света: Скорость света, обозначаемая как «c», — это постоянная величина, представляющая скорость распространения электромагнитных возмущений. • Основа работы Максвелла: Работа Максвелла основывалась на идее, что для распространения света необходима среда. • Светоносный эфир: Максвелл предположил существование среды, называемой светоносным эфиром, через которую распространяются световые волны. • Влияние на физику XIX века: Концепция светоносного эфира стала одним из основных направлений физических исследований в конце XIX века.