Сейчас практически каждый человек знает, что электрическое и магнитное поля непосредственно взаимосвязаны друг с другом. Даже существует особый раздел физики, изучающий электромагнитные явления. Но еще в 19 веке, пока не была сформулирована электромагнитная теория Максвелла, все было совершенно иначе. Считалось, например, что электрические поля присущи лишь частицам и телам, обладающим электрическим зарядом, а магнитные свойства – совершенно другая область науки.
В 1864 году знаменитый британский физик Д. К. Максвелл указывает на прямую взаимосвязь электрических и магнитных явлений. Открытие получило название «теория электромагнитного поля Максвелла». Благодаря ей удалось решить ряд неразрешимых, с точки зрения электродинамики того времени, вопросов.
Большинство громких открытий всегда основывается на результатах работ предыдущих исследователей. Теория Максвелла – не исключение. Отличительной чертой является то, что Максвелл существенно расширил результаты, полученные его предшественниками. К примеру, он указал, что в опыте Фарадея может использоваться не только замкнутый контур из проводящего материала, но состоящий из любого материала. В данном случае контур является индикатором вихревого электрического поля, которое воздействует не только на кристаллическую решетку металлов. При такой точке зрения при нахождении в поле диэлектрического материала более правильно говорить о токах поляризации. Они также совершают работу, которая заключается в нагреве материала до определенной температуры.
Первое подозрение на связь электрических и магнитных явлений появилось в 1819 году. Х. Эрстед заметил, что если вблизи проводника с током расположить компас, то направление стрелки отклоняется от северного полюса.
В 1824 году А. Ампер сформулировал закон взаимодействия проводников, впоследствии получивший название «Закон Ампера».
И, наконец, в 1831 году Фарадей зафиксировал появление тока в контуре, находящемся в изменяющемся магнитном поле.
Теория Максвелла призвана решить основную задачу электродинамики: при известном пространственном распределении электрических зарядов (токов) можно определить некоторые характеристики генерируемых магнитных и электрических полей. Данная теория не рассматривает сами механизмы, лежащие в основе происходящих явлений.
Теория Максвелла предназначена для близкорасположенных зарядов, так как в системе уравнений считается, что электромагнитные взаимодействия происходят со скоростью света, вне зависимости от среды. Важной особенностью теории является тот факт, что на ее основании рассматриваются такие поля, которые:
- генерируются относительно большими токами и зарядами, распределенными в большом объеме (во много раз превышающем размер атома или молекулы);
- переменные магнитные и электрические поля изменяются быстрее, чем период процессов внутри молекул;
- расстояние между рассчитываемой точкой пространства и источником поля превышает размер атомов (молекул).
Все это позволяет утверждать, что теория Максвелла применима прежде всего к явлениям макромира. Современная физика все больше процессов объясняет с точки зрения квантовой теории. В формулах Максвелла квантовые проявления не учитываются. Тем не менее использование максвелловских систем уравнений позволяет успешно решать определенный круг задач. Интересно, что так как учитываются плотности электрических токов и зарядов, то теоретически возможно существование их же, но магнитной природы. На это в 1831 году указал Дирак, обозначив их магнитными монополями. В целом основные постулаты теории следующие:
- магнитное поле создается переменным электрическим полем;
- переменное магнитное поле генерирует электрическое поле вихревой природы.
