電磁場 - 發現和物理特性的歷史

人類自古以來就知道電磁現象，畢竟他們看到了閃電，許多古人都知道磁鐵可以吸引某些金屬。 4000 年前發明的巴格達電池是人類早在我們這個時代就已經使用電並且顯然知道它是如何工作的證據之一。然而，人們認為，直到 19 世紀初，電和磁一直被分開考慮，被認為是不相關的現象，屬於物理學的不同分支。

磁場的研究始於 1269 年，當時法國科學家 Peter Peregrin（Knight Pierre of Mericourt）用鋼針在球形磁鐵的表面標記磁場，並確定由此產生的磁場線在他稱之為兩點的地方相交“兩極”類比地球的兩極。

奧斯特直到 1819 年才進行他的實驗。發現放置在載流電線附近的羅盤針偏轉，然後科學家得出結論，電現象和磁現象之間存在某種聯繫。

5年後的1824年，安培能夠從數學上描述通電導線與磁鐵的相互作用，以及導線之間的相互作用，於是出現了 安培定律：“作用在均勻磁場中的載流導線上的力與導線的長度成正比， 磁感應矢量、電流和磁感應矢量與導線之間夾角的正弦 «。

關於磁鐵對電流的影響，安培建議在永磁體內部存在微觀閉合電流，這些電流會產生磁鐵的磁場，並與載流導體的磁場相互作用。

又過了7年，1831年，法拉第通過實驗發現了電磁感應現象，即他成功地確立了當變化的磁場作用於導體時，導體中出現電動勢的事實。看 - 電磁感應現象的實際應用.

例如，將永磁體靠近電線移動，可以在其中獲得脈動電流，並且通過將脈動電流施加到其中一個線圈，在第二個線圈所在的公共鐵芯上，脈動電流將也出現在第二個線圈中。

33年後的1864年，麥克斯韋成功地從數學上總結了已知的電磁現象——他創立了電磁場理論，根據該理論，電磁場包括相互關聯的電場和磁場。因此，多虧了麥克斯韋，才有可能科學地結合以前的電動力學實驗結果。

麥克斯韋的這些重要結論的結果是他的預測，原則上，電磁場的任何變化都必須產生電磁波，該電磁波在空間和介電介質中以一定的有限速度傳播，該速度取決於介質的磁介電常數和介電常數傳播波浪。

對於真空，這個速度等於光速，據此麥克斯韋假設光也是一種電磁波，這一假設後來得到證實（儘管榮格早在奧斯特之前就指出了光的波動性實驗）。

另一方面，麥克斯韋為電磁學奠定了數學基礎，1884 年，麥克斯韋著名的方程式以現代形式出現。 1887年，赫茲證實了麥克斯韋的理論 電磁波：接收器會接收到發射器發出的電磁波。

經典電動力學涉及電磁場的研究。在量子電動力學的框架中，電磁輻射被視為光子流，其中電磁相互作用由載體粒子——光子——無質量矢量玻色子攜帶，可以表示為電磁場的基本量子激發。因此，從量子電動力學的角度來看，光子是電磁場的量子。

電磁相互作用現在被認為是物理學中的基本相互作用之一，電磁場是與引力場和費米子場一起的基本物理場之一。

電磁場的物理特性

空間中電場或磁場或兩者的存在可以通過電磁場對帶電粒子或電流的強烈作用來判斷。

電場以一定的力作用於移動和靜止的電荷，這取決於給定時間給定空間點的電場強度和測試電荷 q 的大小。

知道電場作用在試驗電荷上的力（大小和方向），知道電荷的大小，就可以求出空間中給定點的電場強度E。

電場由電荷產生，其力線始於正電荷（有條件地從它們流出）並終止於負電荷（有條件地流入它們）。因此，電荷是電場的來源。電場的另一個來源是變化的磁場，這在數學上由麥克斯韋方程組證明。

從電場一側作用於電荷的力是從電磁場一側作用於給定電荷的力的一部分。

磁場是由移動的電荷（電流）或隨時間變化的電場（如麥克斯韋方程組所示）產生的，並且僅作用於移動的電荷。

磁場對運動電荷作用的強弱與磁場的感應強度成正比，運動電荷的大小、運動電荷的運動速度與磁場感應矢量B的夾角的正弦值成正比以及電荷移動速度的方向。這種力通常被稱為 Lorenzobache 力，只是它的“磁性”部分。

事實上，洛倫茲力包括電和磁分量。磁場是由移動的電荷（電流）產生的，其力線始終閉合併覆蓋電流。