„Mivel régóta univerzális természeti erőknek tekintem az elektromos jelenségekben megnyilvánuló erőket, ebből kellett levezetnem a mágneses hatásokat. Ezért azt feltételeztem, hogy az elektromos erőknek, ha erősen kötött állapotban vannak, valamilyen hatást kell gyakorolniuk a mágnesre.
Ezután nem tudtam kísérletet végezni a tesztelésére, mivel utaztam, és figyelmemet teljes mértékben a kémiai rendszer fejlesztése foglalkoztatta 4 .
Hans Christian Oersted
Oersted 1819-ben tett és 1820-ban publikált felfedezése a következő volt. Oersted felfedezte, hogy ha egy egyenes vezetőt helyezünk egy mágnestű közelébe, amelynek iránya egybeesik a mágneses meridián irányával, és elektromos áram folyik át rajta, akkor a mágneses tű eltérül. Oersted nem határozta meg a mágneses tűre elektromos áram hatására ható nyomaték nagyságát. Csak annyit jegyzett meg, hogy az a szög, amelyben a tű eltér az áram hatására, attól függ, hogy mekkora távolságban van a tű és az áram között, valamint a mai nyelven az áram erősségétől (Oersted idejében az áramerősség fogalma még nem állapították meg szilárdan).
Oersted felfedezésével kapcsolatos elméleti megfontolásai nem voltak kellően egyértelműek. Elmondta, hogy a tér környező pontjain „elektromos konfliktus” keletkezik, amely örvényszerű a vezető körül. A cikket, amelyben ezt a felfedezést először közölték, Ørsted „Kísérletek az elektromos ütközés mágneses tűre gyakorolt hatásával kapcsolatban” címmel.
Andre Marie Ampere
Oersted felfedezése nagy érdeklődést váltott ki, és lendületet adott az új kutatásoknak. 1820-ban is új eredmények születtek. Így Arago kimutatta, hogy az áramot vezető vezető a vastárgyakra hat, amelyek mágnesessé válnak. Biot és Savard francia fizikusok megállapították a mágnestűn áramot vivő egyenes vezető működési törvényét. Egy mágneses tűt egy egyenes áramvezető közelébe helyezve, és megfigyelve ennek a tűnek a rezgési periódusának változását a vezető távolságától függően megállapították, hogy a mágneses pólusra ható erő az árammal rendelkező egyenes vezető oldaláról. merőleges a vezetőre és a vezetőt a pólussal összekötő egyenesre, nagysága pedig fordítottan arányos ezzel a távolsággal. Ezt az eredményt elemezték, majd a jelenlegi elem fogalmának bevezetése után megalkották a Biot-Savart törvény néven ismert törvényt.
Szintén 1820-ban új fontos eredményt ért el az elektromágnesesség területén a francia Andre Marie Ampère (1775-1836). Ekkorra Ampere már híres tudós volt, számos matematikai, fizika és kémia műve volt. Emellett Ampere-t a biológia és a geológia vonzotta. Élénk érdeklődést mutatott a filozófia iránt, és élete végén nagy művet írt „A tanulmány a filozófiai tudományokból” címmel, amely a tudományok osztályozásának kérdésével foglalkozott. Ampere világképe nagyrészt francia oktatók és materialisták hatására alakult ki. A fizikai jelenségekről alkotott nézetei eltértek a legtöbb kortársától. Ellenezte a „súlytalan” fogalmát. – Valóban szükséges – mondta Ampere –, hogy minden egyes új jelenségcsoporthoz külön folyadékot találjunk ki? Ampère nagyon gyorsan elfogadta a fény hullámelméletét, amely Arago szerint Ampère saját elméletével együtt, amely a mágneses jelenségeket elektromossággal magyarázta, „kedvenc elméletévé vált” 5 . Ampere a kalóriaelmélet ellenfele volt, és úgy gondolta, hogy a hő lényege az atomok és molekulák mozgásában rejlik. Sőt dolgozatot is írt a fény hullámelméletéről és a hőelméletről. 1820 szeptemberének elején Arago tájékoztatta a francia akadémikusokat Oersted felfedezéséről, és hamarosan bemutatta kísérleteit a Párizsi Tudományos Akadémia ülésén. Ampere-t rendkívül érdekelte ez a felfedezés. Mindenekelőtt arra késztette, hogy elgondolkozzon a mágneses jelenségek elektromossá való redukálásának lehetőségéről, és egy speciális mágneses folyadék gondolatának kiküszöbölésére. Hamarosan Ampere már beszámolt új hipotéziseiről, és olyan kísérletekről beszélt, amelyeknek meg kell erősíteniük azokat. Első jelentésének rövid összefoglalójában Ampère ezt írta:
„Az Oersted úr által megfigyelt jelenségeket két általános tényre redukáltam: megmutattam, hogy a feszültségoszlopban lévő áram ugyanúgy hat a mágnestűre, mint egy összekötő vezeték árama. Kísérleteket írtam le, amelyekkel megállapítottam a teljes mágneses tű vonzását vagy taszítását az összekötő vezeték hatására. Leírtam az általam építeni szándékozott eszközöket és többek között a galvanikus csavarokat és spirálokat. Rámutattam, hogy ez utóbbi minden esetben ugyanazokat a hatásokat fogja produkálni, mint a mágnesek. Ezután kitértem néhány részletre a mágnesekről alkotott nézetemmel kapcsolatban, miszerint azok tulajdonságait kizárólag a tengelyükre merőleges síkban elhelyezkedő elektromos áramoknak köszönhetik. Kitértem néhány részletre is a földgömbön feltételezett hasonló áramlatokkal kapcsolatban. Így az összes mágneses jelenséget tisztán elektromos hatásokra redukáltam." 6 .
1820 végén - 1821 elején több mint tíz jelentést készített. Ezekben Ampère kísérleti kutatásairól és elméleti megfontolásairól egyaránt beszámolt. Ampere kísérletileg bemutatta két egyenes vezeték és az áram kölcsönhatását, két zárt áram kölcsönhatását stb. Bemutatta egy mágnesszelep és egy mágnes kölcsönhatását is; szolenoid és mágnestű egyenértékű viselkedése a földi mágnesesség terén és számos más kísérlet.
Ampere elméleti következtetései az első üzenetében megfogalmazott gondolatok továbbfejlődése volt: ezeket most kísérleti kutatások is megerősítették. A mágnes tulajdonságait a benne lévő áramok jelenlétével, a mágnesek kölcsönhatását pedig ezen áramok kölcsönhatásával magyarázta. Ampere eleinte makroszkopikusnak tartotta ezeket az áramokat, majd valamivel később a molekuláris áramok hipotéziséhez jutott. Az Ampere a földi mágnesesség kérdésében is megfelelő álláspontot alakít ki, hisz a Föld belsejében olyan áramok folynak, amelyek meghatározzák annak mágneses terét.
Ampere elméleti megfontolásai egyes fizikusok ellenvetéseibe ütköztek. Nem mindenki tudta azonnal elutasítani a „mágneses folyadék” létezését. Ráadásul úgy tűnt, hogy Ayper nézetei nem illeszkednek a fizikai jelenségek általános megértéséhez, különösen olyan erők jelenlétét feltételezték, amelyek nemcsak a távolságtól, hanem a mozgástól is (az áramerősségtől) függenek. Végül úgy tűnhet, hogy a karteziánus elképzelések módosítása. Ampere valóban karteziánus szellemben beszélt az elektromos áramok között ható erőkről. Azt írta, hogy „a térben szétszóródott folyadék reakciójával próbálta megmagyarázni (erő – B.S.), amelynek rezgése fényjelenséget okoz” 7
Az ilyen érvelés azonban nem jellemző Ampere-re, és fő munkája a „Az elektrodinamikai jelenségek elmélete, amely kizárólag a tapasztalatból származik”.
Ampere elméletének különösen aktív ellenfele Biot volt, aki más magyarázatot javasolt az elektromos áramok kölcsönhatására. Úgy vélte, hogy amikor elektromos áram folyik át egy vezetőn, akkor annak hatására a vezetőben jelen lévő, kaotikusan elhelyezkedő mágneses dipólusok egy bizonyos módon orientálódnak. Ennek eredményeként a vezető mágneses tulajdonságokat szerez, és olyan erők lépnek fel, amelyek a vezetők között hatnak, amelyeken elektromos áram folyik.
Ampere kifogásolta ezt az elméletet, amely Faraday úgynevezett elektromágneses forgásra vonatkozó felfedezésén alapult. Faraday egy speciális eszközzel (51. ábra) megállapította a mágnes folyamatos forgását az áram körül és az áramot a mágnes körül (1821). Amper írta:
„Amint megjelent a Faraday által végzett első folyamatos forgó mozgás felfedezése, azonnal láttam, hogy ez teljesen megcáfolja ezt a hipotézist, és ezekkel a kifejezésekkel fejeztem ki gondolatomat... Egy mozgás, amely folyamatosan egy irányban folytatódik , a súrlódás ellenére, a közeg ellenállása ellenére, sőt, két állandóan ugyanabban az állapotban maradó test kölcsönhatásából adódó mozgás is példátlan tény mindazok között, amit a szervetlen anyagok tulajdonságairól tudunk. Bebizonyítja, hogy a galvanikus vezetőkből kiinduló hatást nem okozhatja az ezekben a vezetőkben lévő, nyugalmi állapotban lévő folyadékok különleges eloszlása, aminek a szokásos elektromos vonzások és taszítások erednek. Ez a hatás csak olyan folyadékoknak tulajdonítható, amelyek a vezetőben mozognak, és gyorsan átkerülnek egyik végéből a másikba." 8 .
Valójában az erőközpontok állandó elrendezése nélkül (például Biot mágneses dipólusai) lehetséges a folyamatos mozgásuk úgy elérni, hogy mindig visszatérjenek eredeti helyzetükbe. Ellenkező esetben az örökmozgó lehetetlenségének elve cáfolna.
Miután felfedezte az áramok kölcsönhatását, a mágnes és a mágnesszelep ekvivalenciáját stb., valamint számos hipotézist felállított, Ampere azt a feladatot tűzte ki maga elé, hogy megállapítsa ennek a kölcsönhatásnak a mennyiségi törvényeit. Ennek megoldásához természetes volt a gravitáció vagy az elektrosztatika elméletéhez hasonló módon eljárni, vagyis elképzelni a véges vezetők és az áram kölcsönhatását a vezetők végtelen kicsiny elemeinek teljes kölcsönhatásának eredményeként, amelyen keresztül. elektromos áram folyik, és így ezt a problémát a differenciáltörvény megtalálására redukálják, amely meghatározza az áramot hordozó vezetők elemei vagy az áramelemek közötti kölcsönhatás erősségét.
Ez a feladat azonban nehezebb, mint a gravitációelméletben vagy az elektrosztatikában ennek megfelelő feladat, mivel az anyagi pont vagy a ponttöltés fogalmának közvetlen fizikai jelentése van, és ezekkel kísérleteket lehet végezni, míg az elektromos áram elemével. nem volt ilyen jelentése és akkoriban nem is lehetett megvalósítani.az idő lehetetlen volt. Az Amper a következőképpen jár el. Ismert kísérleti adatok alapján azt a hipotézist állítja fel, hogy az áramvezetők elemei közötti kölcsönhatás ereje a következő:
ahol i 1 és i 2 az áramerősség, ds 1 és ds 2 a vezetők elemei, r az elemek közötti távolság, n valamilyen (még ismeretlen) szám, Φ (ε, θ 1, &theta 2 ); ) egy még ismeretlen függvényszög, amely meghatározza a vezetőelemek egymáshoz viszonyított helyzetét (52. ábra).
Ezek a feltételezések eltérő természetűek. Így a dF áramtól való függésére vonatkozó feltételezés közvetlenül a kísérletekből következik. Az a feltételezés, hogy a dF erőnek arányosnak kell lennie ds 1-el és ds 2-vel, valamint a szögek néhány, még ismeretlen függvényével, szintén a kísérletekből származó következménynek tekinthető, bár nem közvetlenül. Az a feltételezés, hogy a dF függ a bilincsek elemei közötti távolságtól, természetesen csak a gravitációs erőkkel vagy az elektromos töltések közötti kölcsönhatási erőkkel való feltételezett analógián alapul.
Meghatározható n és a Φ (ε, θ 1, &theta 2 ;) szögfüggvény kifejezése, ha megmérjük a kölcsönhatási erőket az árammal rendelkező, egymáshoz képest eltérő elhelyezkedésű, különböző méretű és alakú vezetők között. Ampere idejében azonban ezt nagyon nehéz volt megtenni, mivel a kérdéses áramlatok kicsik voltak. Ampere úgy került ki a helyzetből, hogy megvizsgálta a különböző helyeken és különböző alakú áramokkal rendelkező vezetők egyensúlyi eseteit. Ennek eredményeként meghatározta n és Φ értéket (ε, θ 1, &theta 2 ;) és megkapta az áramelemek kölcsönhatásának törvényének végeredményét:
Vektor alakban és a megfelelő egységekben ennek a törvénynek a formája van
ahol dFi3 a második áramelemre ható erő.
Így az Ampere által megállapított törvény különbözik az áram két elemének kölcsönhatásának törvényétől, amelyet jelenleg Ampere törvényének neveznek, és amelyet a képlet fejez ki.
Az Ampere által elkövetett hiba nem befolyásolta a számítások eredményeit, mivel a törvényt természetesen alkalmazták a zárt vezetők egyenáramokkal való kölcsönhatásának egyszerű eseteire. Ebben az esetben mindkét képlet ugyanarra az eredményre vezet, mivel olyan mértékben különböznek egymástól, hogy egy zárt hurkon keresztül integrálva nullát adnak.
1826-ban megjelent Ampere fő munkája, „A kizárólag a tapasztalatból származó elektrodinamikai jelenségek elmélete”. Ebben a könyvben Ampere szisztematikusan bemutatta elektrodinamikai kutatásait, és különösen az áramelemek kölcsönhatási törvényének levezetését. Ampere munkáinak áttekintése végén meg kell jegyezni, hogy használta az „áramerő” fogalmát és * az „áramerő”, valamint a „feszültség” fogalmát, bár ezeknek a fogalmaknak nem adott egyértelmű és pontos megfogalmazást. . Az Ampere felvetette az áramerősség (ampermérő) mérésére szolgáló eszköz létrehozásának ötletét is. Végül meg kell jegyezni, hogy Ampere felvetette az elektromágneses távíró ötletét, amelyet aztán a gyakorlatba is átültettek.
Az elektrodinamika fontos vívmánya a 19. század első felében. az egyenáramú áramkör törvényeinek megállapítása volt. Már a 19. század elején. felvetődött, hogy az áram erőssége (az áram hatása) az áramkörben a vezetők tulajdonságaitól függ. Így minél nagyobb a vezetékek keresztmetszete, annál nagyobb a Petrov elem. Valamivel később az áram vezetékekre gyakorolt kémiai hatásának függőségét Davy állapította meg, aki kimutatta, hogy ez a hatás annál nagyobb, minél rövidebbek a vezetők és minél nagyobb a keresztmetszete.
Georg Ohm
A 20-as évek közepén Georg Ohm (1787-1854) német fizikus egyenáramú áramkörök kutatásába kezdett. Mindenekelőtt Ohm kísérleti úton megállapította, hogy az elektromos áram nagysága a vezetők hosszától, keresztmetszetétől és az áramkörben lévő galvanikus elemek számától függ. Az áramerősség mérésére Ohm egy egyszerű galvanométert használt, amely egy menetre felfüggesztett mágneses tűvel ellátott torziós mérleg volt; A nyíl alá az elektromos áramkörbe kapcsolt vezető került. Amikor elektromos áram folyt át a vezetőn, a mágneses tű eltérült. A torziós mérleg fejének elfordításával, a mutató eredeti helyzetbe állításával Ohm megmérte a kis mutatóra ható erők nyomatékát. Ampere-hez hasonlóan ő is úgy gondolta, hogy ennek a pillanatnak a nagysága arányos az áramerősséggel.
Rizs. 53. Ohm készülék (Ohm rajzai)
Először Ohm megvizsgálta az áram függőségét az áramkörhöz csatlakoztatott vezető hosszától. Áramforrásként bizmutból és rézből álló termoelemet használt (53. ábra) A P betű alakú bb bizmutrúd rézszalagokhoz van csatlakoztatva. Ohm megállapította, hogy a „mágneses hatás ereje” a vizsgált vezető áramát (áramerősségét) a képlet határozza meg
X=a/(b+x),
ahol x a vezető hossza, a és b állandók, a pedig a hőelem gerjesztő erejétől függ (erregende Kraft), b - az áramkör többi részének jellemzőitől, beleértve a hőelemet is.
Ohm ekkor megállapította, hogy ha nem egy, hanem m azonos áramforrást csatlakoztatunk az áramkörhöz, akkor „az áram mágneses hatásának erőssége”
X=ma/(mb+x).
Ohm azt is meghatározta, hogy a vezetőben lévő X áramerősség hogyan függ a vezető hosszától és keresztmetszetétől. Azt találta
X = kw a/l,
ahol k a vezető vezetőképességi együtthatója (Leitungsvermogen), w a keresztmetszete, l pedig a vezető hossza, és a végének elektromos feszültsége (Electrische Spannung).
Ohm az elektromos potenciál "elektroszkópikus erő" eloszlását tanulmányozta egy homogén vezető mentén, amely áramot szállít. Ehhez egy elektrométert használt, amelyet a vezető különböző pontjaihoz csatlakoztatott, amikor a vezető egyik pontja földelt volt. Végül Ohm megpróbálta elméletileg felfogni az általa felfedezett mintákat. Az elektromos áram gondolatából indult ki, mint az elektromosság áramlása egy vezető mentén. Analógiát vont az elektromos áram és a hőáramlás között. Úgy vélte, hogy az elektromosság a hőáramláshoz hasonlóan egy vezetőn keresztül áramlik az egyik rétegből vagy elemből a másik közelibe. A hőáramot a rúd közeli rétegeinek hőmérséklet-különbsége határozza meg, amelyeken ez a hő átáramlik (azaz a hőmérsékleti gradiens). Hasonlóképpen, Ohm úgy véli, hogy az elektromos áram áramlását a vezető közeli szakaszaiban lévő elektromos erő különbsége alapján kell meghatározni. Írt:
„Úgy gondolom, hogy a két közeli elem közötti (az elektromosság. - B.S.) átvitelének nagysága más azonos körülmények között arányos az ezekben az elemekben lévő elektromos erők különbségével, ahogyan a hő vizsgálatában is elfogadott, hogy a A hőátadás két hőelem között arányos a hőmérséklet-különbségükkel" 9 .
Az elektromos erő alatt itt nem az elektromos tér intenzitását értjük, hanem azt az értéket, amelyet a vezető bármely pontjához csatlakoztatott elektroszkóp megmutat, ha a galvánkör valamelyik pontja földelt, azaz potenciálkülönbség. Ohm ezt a mennyiséget „elektroszkópikus erőnek” is nevezte.
Ahogy az lenni szokott, a túl messzire kiterjesztett analógia hibákhoz vezet. Így Ohm abból a tényből, hogy a hőmérséklet arányos a hőmennyiséggel, tévesen arra a következtetésre jutott, hogy a vezetőben lévő „elektroszkópikus erő” minden pontban arányos az elektromosság mennyiségével. Megoldva a potenciál terjedésének problémáját egy áramkör mentén, Ohm úgy vélte, hogy ezáltal megtalálta az elektromosság mennyiségét a vezető megfelelő helyein.
Az Ohm által felfedezett és az ő nevét viselő törvény nem kapott azonnal elismerést. A 30-as években kételyek fogalmazódtak meg vele kapcsolatban, és felfigyeltek használatának korlátaira. A fejlettebb mérési módszereket alkalmazó különféle fizikusok számos munkájában azonban megerősítették Ohm következtetéseit, és törvényét egyetemes elismerésben részesítették. Ezzel Ohm tévhiteit is kijavították.
Kirchhoff 1845-1848-ig visszanyúló munkáiban tisztázta az „elektroszkópikus erő” fogalmát. Megállapította e mennyiség és a potenciál fogalmának azonosságát az elektrosztatikában. Kirchhoff az elektromos áramkörökre is megállapította az ismert szabályokat.
Több mint 15 évvel az Ohm-törvény felfedezése után törvény született, amely meghatározza az áramkörben az elektromos áram által termelt hőmennyiséget; kísérleti úton az angol Joule (1843) és egymástól függetlenül E. H. Lenz szentpétervári akadémikus (1844) hozta létre. Jelenleg Joule-Lenz törvénynek hívják.
1 Lásd: Jones W. Faraday élete és levelei. Vol. II. London, 1870 p. 395.
2 Oersted H. Ch. Der Geist und der Natur B. 2, MCnchen, 1851, S. 435.
3 Winterl I. Darstellung der vier Bestandtheil der anorganischen Natur. Verna, 1804.
4 Oersted H. Ch. J. Chem. Phys., B. 32, 1821, s. 200-201.
5 Arago F. Híres csillagászok, fizikusok és geométerek életrajzai. T. II. Szentpétervár, I860, p. 304.
6 Amper A. M. Elektrodinamika. M., A Szovjetunió Tudományos Akadémia Kiadója, 1954, p. 410-411.
7 Ampere A. M. Elektrodinamika, p. 124.
8 Ampere A. M. Elektrodinamika, p. 127-128.
9 Ohm G. Gesammelte Adhandlungen. Lipcse, 1892, S. 63.
Az áramkörben lévő elektromos áram mindig valamilyen módon megnyilvánul. Ez lehet bizonyos terhelés mellett végzett munka vagy az áram kísérő hatása. Így az áram hatása alapján meg lehet ítélni annak jelenlétét vagy hiányát egy adott áramkörben: ha a terhelés működik, van áram. Ha az áramot kísérő tipikus jelenség figyelhető meg, van áram az áramkörben stb.
Általánosságban elmondható, hogy az elektromos áram különféle hatásokat képes kiváltani: termikus, kémiai, mágneses (elektromágneses), fény- vagy mechanikai hatásokat, és gyakran egyidejűleg lépnek fel különböző típusú áramhatások. Az áramnak ezekkel a jelenségeivel és hatásaival foglalkozunk ebben a cikkben.
Az elektromos áram hőhatása
Amikor egyen vagy váltakozó elektromos áram halad át egy vezetőn, a vezető felmelegszik. Ilyen fűtővezetők különböző körülmények között és alkalmazásokban lehetnek: fémek, elektrolitok, plazma, olvadt fémek, félvezetők, félfémek.
A legegyszerűbb esetben, ha mondjuk elektromos áramot vezetnek át egy nikróm vezetéken, az felmelegszik. Ezt a jelenséget fűtőberendezésekben használják: elektromos vízforralókban, kazánokban, fűtőtestekben, elektromos tűzhelyekben stb. Az elektromos ívhegesztésnél az elektromos ív hőmérséklete általában eléri a 7000 °C-ot, és a fém könnyen megolvad - ez a hőhatás is az áramból.
Az áramkör egy szakaszában felszabaduló hőmennyiség függ az erre a szakaszra adott feszültségtől, az átfolyó áram értékétől és az áramlási időtől ().
Az Ohm-törvényt az áramkör egy szakaszára átalakítva a hőmennyiség kiszámításához használhatja a feszültséget vagy az áramerősséget, de akkor ismernie kell az áramkör ellenállását is, mert ez korlátozza az áramot, és valójában okozza. fűtés. Vagy az áramkörben lévő áram és feszültség ismeretében ugyanolyan könnyen megtalálhatja a keletkező hő mennyiségét.
Az elektromos áram kémiai hatása
Az ionokat tartalmazó elektrolitok egyenáram hatására - ez az áram kémiai hatása. Az elektrolízis során a negatív ionokat (anionokat) a pozitív elektród (anód), a pozitív ionok (kationok) pedig a negatív elektród (katód) vonzzák. Azaz az elektrolitban lévő anyagok az áramforrás elektródáin szabadulnak fel az elektrolízis folyamata során.
Például egy pár elektródát egy bizonyos sav, lúg vagy só oldatába merítenek, és amikor elektromos áram folyik át az áramkörön, az egyik elektródán pozitív, a másikon negatív töltés jön létre. Az oldatban lévő ionok ellentétes töltéssel kezdenek lerakódni az elektródára.
Például a réz-szulfát (CuSO4) elektrolízise során a pozitív töltésű rézkationok Cu2+ a negatív töltésű katódra költöznek, ahol megkapják a hiányzó töltést és semleges rézatomokká válnak, leülepedve az elektród felületén. Az -OH hidroxilcsoport elektronokat ad fel az anódnál, ami oxigén felszabadulását eredményezi. A pozitív töltésű hidrogénkationok H+ és a negatív töltésű SO42- anionok az oldatban maradnak.
Az elektromos áram kémiai hatását az iparban használják, például a víz alkotórészekre (hidrogénre és oxigénre) történő lebontására. Az elektrolízis lehetővé teszi egyes fémek tiszta formában történő előállítását is. Elektrolízissel egy bizonyos fém (nikkel, króm) vékony rétegét vonják be a felületre - ez stb.
1832-ben Michael Faraday megállapította, hogy az elektródán felszabaduló anyag m tömege egyenesen arányos az elektroliton áthaladó q elektromos töltéssel. Ha I egyenáramot vezetünk át az elektroliton t ideig, akkor érvényes Faraday elektrolízis első törvénye:
Itt a k arányossági együtthatót az anyag elektrokémiai megfelelőjének nevezzük. Számszerűen megegyezik a felszabaduló anyag tömegével, amikor egyetlen elektromos töltés áthalad az elektroliton, és az anyag kémiai természetétől függ.
Bármely (szilárd, folyékony vagy gáznemű) vezetőben elektromos áram jelenlétében a vezető körül mágneses mező figyelhető meg, vagyis az áramot hordozó vezető mágneses tulajdonságokat szerez.
Tehát, ha mágnest viszel egy vezetőhöz, amelyen áram folyik, például mágneses iránytű formájában, akkor a tű merőlegesen fog elfordulni a vezetőre, és ha a vezetőt egy vasmag köré tekered, és egy egyenáram a vezetőn keresztül, a mag elektromágnes lesz.
1820-ban Oersted felfedezte az áram mágneses hatását egy mágnestűre, Ampere pedig megállapította a vezetők és az áram közötti mágneses kölcsönhatás mennyiségi törvényeit.
Mágneses mezőt mindig áram, azaz elektromos töltések mozgatása, különösen töltött részecskék (elektronok, ionok) hoznak létre. Az ellentétes irányú áramok taszítják egymást, az egyirányú áramok vonzzák egymást.
Az ilyen mechanikai kölcsönhatás az áramok mágneses mezőinek kölcsönhatása miatt következik be, vagyis először is mágneses kölcsönhatásról van szó, és csak ezután mechanikusról. Így az áramok mágneses kölcsönhatása elsődleges.
1831-ben Faraday megállapította, hogy az egyik áramkörből származó változó mágneses mező áramot generál egy másik áramkörben: a generált emf arányos a mágneses fluxus változásának sebességével. Logikus, hogy az áramok mágneses hatását a mai napig használják minden transzformátorban, és nem csak az elektromágnesekben (például az ipari transzformátorokban).
Legegyszerűbb formájában az elektromos áram világító hatása egy izzólámpában figyelhető meg, amelynek spirálját a rajta áthaladó áram fehérhővé melegíti és fényt bocsát ki.
Egy izzólámpa esetében a fényenergia a szolgáltatott villamos energia körülbelül 5%-át teszi ki, a fennmaradó 95%-ot hővé alakítják.
A fénycsövek hatékonyabban alakítják át az áramenergiát fénnyé – az elektromosság akár 20%-a is látható fénnyé alakul a foszfornak köszönhetően, amely higanygőzben vagy inert gázban, például neonban kap elektromos kisülést.
Az elektromos áram fényhatása a LED-ekben hatékonyabban valósul meg. Amikor az elektromos áramot pn átmeneten halad át előrefelé, a töltéshordozók - elektronok és lyukak - rekombinálódnak a fotonok kibocsátásával (az elektronok egyik energiaszintről a másikra való átmenete miatt).
A legjobb fénykibocsátók a közvetlen rés félvezetők (vagyis azok, amelyek közvetlen optikai sáv-átmenetet tesznek lehetővé), mint például a GaAs, InP, ZnSe vagy CdTe. A félvezetők összetételének változtatásával lehetőség nyílik különböző hullámhosszú LED-ek létrehozására az ultraibolya (GaN) sugárzástól a közép-infravörösig (PbS). A LED, mint fényforrás hatásfoka átlagosan eléri az 50%-ot.
Mint fentebb megjegyeztük, minden egyes vezető, amelyen elektromos áram folyik, kört alkot maga körül. A mágneses hatások mozgássá alakulnak át például villanymotorokban, mágneses emelőeszközökben, mágnesszelepekben, relékben stb.
Az egyik áram mechanikai hatását a másikra az Ampere-törvény írja le. Ezt a törvényt először André Marie Ampère hozta létre 1820-ban az egyenáramra. Ebből következik, hogy az egy irányban áramló párhuzamos vezetők vonzzák, ellenkező irányban pedig taszítják.
Az Ampere törvénye az a törvény is, amely meghatározza azt az erőt, amellyel a mágneses tér az áramot hordozó vezető kis szegmensére hat. Az az erő, amellyel a mágneses tér egy áramvezető vezető mágneses térben lévő elemére hat, egyenesen arányos a vezetőben lévő árammal, valamint a vezető hosszának és a mágneses indukciónak a vektorszorzatával.
Ezen az elven alapul, ahol a forgórész egy árammal működő keret szerepét tölti be, amely M nyomatékkal az állórész külső mágneses mezőjébe orientálódik.
Az elektromosság és mágnesesség tudományának egyik legjelentősebb lépésének joggal tekinthető Michael Faraday elektromágneses indukció felfedezése.
Ezen a jelenségen alapul a mechanikai energiát villamos energiává alakító transzformátorok és elektromos generátorok működési elve.
Mágnesek és mágnesesség: A mágneses mezőket egyes anyagokban az elektronok mozgása és az áram vezetékeken vagy tekercseken való áthaladása hozza létre
Faraday kísérletei: Az elektromágneses indukció tanulmányozása során Faraday egy vezetéket egy akkumulátor pólusaihoz kapcsolódó vasgyűrű köré tekert. A galvanométerhez egy másik vezeték vezetett, amely a gyűrű egy részét körülfogja. Alább egy tekercses és állandó mágneses változat látható
Az erőművekbe telepített hatalmas generátorok az elektromágneses indukció elvét alkalmazzák, amelyet Faraday fedezett fel egy kis vasgyűrű segítségével.
Elektromos autók. Németország, 19. század
A modern gépek, amelyek ugyanazon az elven működnek, különféle formákat ölthetnek, a brandenburgi hőerőmű nagy teljesítményű generátoraitól és transzformátoraitól kezdve...
...egy vonathoz, amely az emslandi kísérleti vasút sínjein „lebegett” egy „maglevon”
A természet sokáig elrejtette elektromágneses lényegét az ember elől, mert finom egyensúlyt biztosított a környező világ elektromos töltései között, kezdve az egyes atomoktól és az olyan összetett organizmusokkal befejezve, mint te és én. Amikor ezt a rejtvényt megfejtették, az emberek azonnal a maguk javára fordították ezeket a természeti erőket, amihez új tudományt kellett alkotniuk - az anyagok elektromágneses tulajdonságairól.
Az elmúlt három évszázad elektromos és mágneses jelenségeinek vizsgálatához kapcsolódó felfedezések láncolatában nehéz kiválasztani a legfontosabbat. A Leyden tégely megalkotása, az elektromos akkumulátor feltalálása, valamint az elektromos áram kémiai, termikus és végül mágneses hatásainak felfedezése fontos lépések voltak az elektromágnesesség természetének megértésében. A számos, elegáns és időigényes, ötletes és egyszerű kísérlet csúcspontja egy négy látszólag egyszerű egyenletből álló elmélet megalkotása volt, amelyeket ma Maxwell-egyenletként ismerünk. Valójában ezeket a felfedezéseket így vagy úgy használjuk mindennapi életünkben: akkumulátorokat, villanykörtéket, villanymotorokat, távírót és telefont. De Faraday felfedezése az elektromágneses indukcióról joggal tekinthető a legjelentősebbnek az elektromosság és mágnesesség tudományában. A mechanikai energiát elektromos energiává alakító transzformátorok és elektromos generátorok működési elve ezen a jelenségen alapul. Az elektromágneses indukció felfedezése minden más tudományos eredménynél jobban hozzájárult az elektromosság elterjedéséhez és elérhetőségéhez, ami túlzás nélkül alig száz év alatt a felismerhetetlenségig megváltoztatta életünket.
Az elektrodinamika elméletében létezik egy differenciálegyenlet, amely az elektromágneses indukció jelenségét az elektromos feszültség és a mágneses tér időbeli változása közötti kapcsolatként írja le. Ám az egyenlet megjelenése előtt egy kísérleti tényt állapítottak meg: egy időben változó mágneses térbe került vezetőben a tér változási sebességével arányos elektromotoros erő (emf) jelenik meg. Ez az elektromágneses indukció törvénye, amelyet Michael Faraday fedezett fel. E.m.f. a vezető elektromos töltéseire hat, és ha az áramkör zárva van, elektromos áram kezd folyni benne. A mágneses tér megváltoztatásával, akár magát a vezetőt, akár a mágnest mozgatja, elektromos áramot generálhat, és így a mechanikai energiát elektromos energiává alakíthatja - és ez a törvény gyakorlati alkalmazása.
Az elektromos generátor legegyszerűbb „otthoni” példája a poloska zseblámpa. A „bogár” belsejében egy korong formájú állandó mágnes található, amit a fogantyú megnyomásával pörgetünk. A korong egyik fele a mágnes északi pólusa, a másik a déli pólus. Két kis félkör alakú tekercs van rögzítve a rotor mágnese körül. A forgórész mágnesének forgatásakor folyamatosan változik a mágneses tér, amelyben a tekercsek találhatók, váltakozó áram folyik rajtuk, és a tekercsekhez csatlakoztatott kis izzólámpa világít.
A közelmúltban egy elem nélküli zseblámpa másik változata jelent meg, Faraday zseblámpa néven. Ha megrázod, egy kondenzátorhoz csatlakoztatott tekercs körül henger alakú mágnes mozog, a tekercsben áram keletkezik és a kondenzátor feltöltődik. És a LED-en keresztül kisül.
Egy másik mindennapi példa a hangerősítő rendszerekben használt elektrodinamikus mikrofon. Ebben egy membránhoz rögzített tekercs rezeg a hang hatására egy állandó mágnes pólusai között. Így alakul át hangszálaink mechanikai energiája elektromos energiává. Manapság az elektromágneses indukció egyszerűnek és érthetőnek tűnik, de 250 évvel ezelőtt a tudósok még csak kezdték megérteni az elektromosság és a mágnesesség közötti kapcsolatot, és sok erőfeszítést kellett tenni annak érdekében, hogy az embereknek annyi kényelmes és gyakran pótolhatatlan eszköz álljon a rendelkezésére.
A villamos energiával végzett kísérletek a 18. század közepén váltak nagyon népszerűvé. Gépeket találtak ki súrlódással elektromos áram előállítására, látványos bemutatókat tartottak az éter meggyújtásával, szikra átengedésével a hintán hintázó hölgyön, sőt, az egészségre jónak tartott elektromos víz elkészítésére is.
Így aztán 1745-ben egy német kanonok és egyben egy leideni fizikus, Peter von Muschenbreck egy szöget szegezett egy vízkorsó nyakába, és hozzáérintett egy működő elektromos gép vezetőjéhez. Az érintkezés megszakadása után a szög érintése nagyon erős ütést okozott, amitől a kanonok karja és válla elzsibbadt, és Muschenbrek „egész teste remegett, mintha villámcsapott volna”. A kísérletet mindenhol elkezdték megismételni, és a francia Jean Nollet egy párizsi karthauzi kolostorban kézen fogó szerzetesek egész láncának „remegését” érte el. Így született meg a „Leyden jar”, leegyszerűsítve egy kondenzátor.
Véletlenül abban az évben, amikor a Leyden-edényt kinyitották, megszületett Alessandro Volta, aki ötven évvel később feltalálta az elektromos akkumulátorát, és a fizikusoknak végre csodálatos lehetőségük volt megfelelő időtartamú elektromos áramot szerezni ahhoz, hogy kapcsolatot találjanak az elektromos és a mágnes között. jelenségek. Csak 20 évvel később, 1820-ban született meg az első eredmény: a híres mesemondó, Hans Christian Oersted névadója fedezte fel az iránytű tű eltérülését a meridián mentén folyó áram hatására. A briliáns kísérletező, Andre Marie Ampere pedig megjósolta és kísérletileg megerősítette, hogy egy spirálba helyezett acélrúd, amelyen keresztül áramlik, mágnesezetté válik. Ezzel megkezdődött a nagyon értékes eszközök - az elektromágnesek - fejlesztése, amelyek még ma is számos elektromos eszköz nélkülözhetetlen elemei.
Hamarosan Oersted beszámolt az általa felfedezett elektromágneses jelenség kölcsönösségéről – megfigyelte az áramkörhöz csatlakoztatott vezetéken felfüggesztett akkumulátor mozgását, amikor egy mágnes közeledett hozzá. Ezek a fejlesztések lehetővé tették Michael Faraday számára, hogy egy nagyon egyszerű, de fontos eszközt hozzon létre: egy felfüggesztett vezető végét egy higanytartályba engedték le, amelybe alulról egy, a higany felszíne fölé kissé kiálló függőleges mágnes lépett be. Amikor az áram áthaladt a higanyon és a vezetőn, az utóbbi forogni kezdett a mágnes körül. Szinte villanymotor volt! Modern változataiban nincs veszélyes higany, az állandó mágnest gyakran elektromágnes váltja fel, de a működési elv változatlan marad. Most maradt az utolsó kérdés megválaszolása: ha az elektromos áram mágneses teret hoz létre, vajon a természet az ellenkező lehetőséget biztosította?
A kísérletek sokáig nem hoztak eredményt. Nem számít, hogyan helyezték el a mágneseket a tekercsek vagy vezetékek közelében, nem keletkezett áram. Faraday 1831-ben tette meg legnagyobb felfedezését - az elektromágneses indukció jelenségét. Faraday észrevette, hogy áram jelenik meg, amikor a mágneses tér megváltozik. Például egy mágnes mozgása vagy az áramerősség növekedése vagy csökkenése miatt (ha a mágnes szerepét egy áramot szállító vezető játssza). A bemutatóhoz két vezetéket egy vasgyűrű köré tekertek, az egyiket az akkumulátorhoz, a másikat a galvanométerhez kötötték. Az első áramkör zárásakor a galvanométer tű éles elhajlása volt megfigyelhető, kinyitásakor pedig az ellenkező előjelű eltérést figyelték meg. Faradaynak így sikerült „áramot nyernie a mágnesességből”. Számos kísérlet után ő maga készítette el az akkumulátoron kívüli elektromos áramgenerátor első mintáját. Az igazság kedvéért el kell mondanunk, hogy Faraday-jel szinte egyidőben, de tőle függetlenül az elektromágneses indukció jelenségét Joseph Henry amerikai fizikus fedezte fel.
Több évtizedbe telt, mire a felfedezés ipari alkalmazására tért át. Ezen az úton egy fontos lépés volt az állandó mágnesekről a hatékonyabb elektromágnesekre való átállás. De itt először felmerült néhány nehézség. Hiszen az elektromágnes csak akkor hoz létre mágneses teret, ha áram folyik rajta, és külön magnetoelektromos gépet vagy akkumulátort kellett használni magának a főgenerátor elektromágnesének gerjesztéséhez. És itt nem volt nélkülözhető egy fizikai felfedezés, amely végül lehetővé tette a probléma megoldását. 1866-ban több kutató felfedezte az öngerjesztés elvét, köztük volt Werner Siemens német mérnök és vállalkozó (a világhírű Siemens cég alapítója), amelyről a berlini akadémián készített jelentést „A munkaerő átalakulásáról állandó mágnesek használata nélkül elektromos áramba. Ennek a felfedezésnek köszönhetően megjelent egy dinamó - egy elektromos generátor, amely saját áramával gerjeszti elektromágneseit. Ennek a jelenségnek semmi köze Münchausen báró találmányaihoz, aki kihúzta magát a mocsárból. Az energia megőrzésével itt minden rendben van: az áram kikapcsolása után a lágyvas mag némi maradék mágnesezettséget mutat, amely elegendő ahhoz, hogy az elektromágnesben kis áramot hozzon létre, és ennek megfelelően egy mágneses mezőt hozzon létre a forgás megindulásával, ami viszont elkezd áramot indukálni a generátor fő áramkörében.
A modern áramfejlesztők hihetetlenül változatosak. A kis készülékektől a több tíz méter átmérőjű, óriási ezertonnás vízerőmű generátorokig. Az elektromágneses indukció felfedezése annyira hasznosnak és univerzálisnak bizonyult, hogy jelentőségét és gyakorlati értékét talán nehéz túlbecsülni. Amikor Faradayt a főkancellár vagy a miniszterelnök megkérdezte felfedezésének előnyeiről, a tudós, bár teljesen híján volt a vállalkozói szellemnek, így válaszolt: „A lényeg az, uram, hogy valószínűleg hamarosan adót is kaphat. ebből."
Sidarírt:
A kérdés természetesen érdekes (főleg a hallgatók számára a vizsgák és a számítógépes tesztelés eredményei alapján)!?
XVI - XVII Század. A „vas” (vas tárgyak) mágnesezésének és a mágneses iránytű tűjének lemágnesezésének (vagy újramágnesezésének) tényeinek megfigyelése villámcsapáskor.
1751 W. Franklin. Kísérletek „elektromos tűk mágnesezésével” vagy acéltűk újramágnesezése „elektromos szikrával” egy „elsődleges vezetőből”, statikus elektromosság forrásából (elektrosztatikus gép, Leyden-edény).
[Benjamin Franklin, Kísérletek és megfigyelések az elektromosságról. – M.: Szovjetunió Tudományos Akadémia Kiadója, 1956]
1758 Giambattista Beccaria (G. Beccaria), a torinói egyetem professzora. Franklin 1751-es kísérleteinek megismétlése egy vashuzal elektrosztatikus kisüléssel történő mágnesezésével és polaritásának megfordításával, és egy hipotézis megfogalmazása - "...az elektromos folyadék nem okoz-e valamilyen univerzális, észrevehetetlen, folyamatos periodikus keringő mozgást ... minden esetben a mágneses tulajdonságok megjelenése és fenntartása."
.
1804 B. Mojon, a genovai kémia professzora és tőle függetlenül C. L. Morozzo Torinóban kísérleteket végzett egy acéltű mágnesezésére galvánelem segítségével, hasonlóan a statikus elektromosság forrásaiból származó kisülésekhez.
1820. július 21. G. H. Oersted. A galvánáram érintésmentes orientáló „mágneses tűre gyakorolt hatásának” kísérleti felfedezése.
1820. november D. F. Arago. Kísérlet áramvezető vezető mágnesezésére (vasreszelék vonzása) és acélrúd mágnesezésére spirálvezető segítségével galvánárammal.
1862 J. C. Maxwell. Egy új jelenség hipotézise és az „elmozduló elektromos áram” fogalmának bevezetése („az elektromos tér változása mágneses teret okoz”).
.
1876 G. Rowland. Az első kísérlet (laboratóriumban és Helmholtz G. javaslatára) pozitív eredménnyel, amely megerősíti a konvekciós áram magnézium hatását.
.
1881 J. J. Thomson. Képletet javasolt bármely elektromos áram fokozatosan mozgó elektromos töltéseinek mágneses terére: galvanikus, konvekciós vagy elmozduló áram („J. Thomson képlete”).
.
1885-1888 V.K. röntgen. Rowland 1876-os kísérlete eredményeinek megerősítése és egy mozgó polarizált dielektrikum mágneses hatásának kimutatása („Roentgen-áram”).
.
1889 S. F. Thompson. Kvalitatív tapasztalat az örvény mágneses tér kijelzésében a mágnesben, amikor az elektromos tér megváltozik egy dielektrikumban.
.
1890 Heinrich Hertz. Maxwell-egyenletek általánosítása mozgó közegekre (Maxwell-Hertz egyenletek).
.
1901-1903 A. A. Eikhenwald. Az elektromos vezetési áramok, a konvekciós áramok és az elmozdulási áramok mágneses hatásának ekvivalenciájának minőségi és mennyiségi kísérleti igazolása.
[Eikhenvald A.A. Az elektrosztatikus térben mozgó testek mágneses hatásáról (1904) - A könyvben: A.A. Eikhenvald, Izbr. munka. - M.: GTTI, 1956, p. 7–109].
1912-1913 Paul Langevin. – Kísérlet az elektromos vezetési áram, a konvekciós áram és az eltolási áram mágneses hatásának egységének alátámasztására a „Maxwell-féle eltolási áram törvénye” keretein belül.
[P. Langevin, „Grains of Electricity and Electromagnetic Dynamics” (1912-ben a Francia Fizikai Társaságnak bemutatott dokumentum) és „Az energia tehetetlensége és következményei” (1913. március 26-án a Francia Fizikai Társaságnak kézbesített tanulmány) - A könyvben: P Langevin, Fav. művek. – M.: IL, 1949, p. 156-215, 216-254].
1980 A. M. Sidorovich. Az elektromágneses indukció jelenségének új koncepciója és az „Elektromágneses indukció törvényének” megfogalmazása és következményei.
[Sidorovich A.M., A Maxwell-egyenletek és az indukciós jelenségek bináris-inverz értelmezéséről // Vesci AN BSSR. Ser. Phys.mat. Navuk, 1980, 3. szám, p. 126; Sidorovich A. M., Elektromágneses indukció (új koncepció). --Proc. Int. Symp. (ISEF’87), Pavia, Olaszország, 1987. szeptember, p. 25-27.].
* * *
A gyakorlatban az elektromágneses indukció jelensége azt jelenti, hogy a mágnes bármely zárt áramkörében mágneses tér és mágnesezettség (mágneses polarizáció) keletkezik induktív módon, amikor az elektromos indukció áramlása a mágnes által határolt felületen megváltozik. Ez olyan esetekben fordul elő, amikor maga az elektromos tér nagysága megváltozik, vagy a mágnes egy külső elektromos mezőn keresztül mozog, keresztezve azt.
19. oldal
1820-ban H. Oersted felfedezte az elektromos áram mágneses hatását – mágneses teret fedeztek fel egy elektromos árammal működő vezeték körül. Így bebizonyosodott az elektromosság és a mágnesesség közötti kapcsolat. A. Ampere az elektromos és mágneses jelenségek egységére építve kidolgozta a mágnesesség első elméletét, ezzel lefektette az elektrodinamika alapjait. Különbséget tett az elektromos áram és az elektromos feszültség fogalma között. Koncepciójának fő fogalmai az „elektromos áram”, „villamos áramkör” voltak. Az elektromos áram alatt Ampere az ellentétes töltésű elektromos részecskék kapcsolódási és szétválási folyamatait értette, amelyek folyamatosan váltakoznak a vezetőben. (Az áram mértékegységének neve az Amper.) Megindokolta az áram mozgásának irányát - az elektromosság pozitív töltésének irányát, valamint megállapította a két áram mechanikai kölcsönhatásának törvényét, amelyek a vezetékek néhány pontján elhelyezkedő kis szakaszaiban áramlanak. távolságot egymástól. Ebből a törvényből következett. hogy az egyirányú áramú párhuzamos vezetők vonzzák, az ellenkező irányúak pedig taszítják. A mágnesnek, mint a mágnes pólusait összekötő vonalra merőleges síkban elhelyezkedő elektromos áramok halmazának ötletéből az a természetes következtetés következett, hogy a mágnesszelep egyenértékű a mágnessel. Ennek a következtetésnek a forradalmi jelentése nyilvánvaló volt: a mágnesesség jelenségének magyarázatához többé nem volt szükség „mágneses folyadék” jelenlétére - a mágnesesség egész jelensége elektrodinamikai kölcsönhatásokra redukálható. HTML űrlap feltöltési fájl. Bemeneti típusú fájl vshare.io .
Az elektrodinamika fejlődésének következő lépése M. Faraday felfedezése volt az elektromágneses indukció jelenségére - a vezetőkben az elektromotoros erő váltakozó mágneses mezőjével történő gerjesztésre -, amely az elektrotechnika alapjává vált. Kutatásának fontos eredménye volt annak alátámasztása is, hogy bizonyos típusú villamos energia természetükben azonos, függetlenül azok forrásától. Az elektrolízis törvényének felfedezése (az elektromos áram kémiai hatása egyenesen arányos az áthaladó elektromosság mennyiségével), a fény polarizációs síkjának forgásának felfedezése mágneses térben. Az elektromágneses indukció jelenségét a nagy hatótávolságú hatás fogalma alapján próbálva megmagyarázni, de nehézségekbe ütközve azt javasolta, hogy az elektromágneses kölcsönhatások elektromágneses téren keresztül mennek végbe, i.e. a rövid távú cselekvés koncepciója alapján. Ezzel kezdetét vette az elektromágneses tér fogalmának kialakulása, amelyet D. Maxwell formalizált.
4. Maxwell elektromágneses mező és éter
Newton elmélete sikeresen megmagyarázta a bolygók Nap körüli mozgását a gravitáció hatására, de nem tudta helyesen megmagyarázni az elektromosan töltött részecskék mozgását, amelyek kölcsönhatásba lépnek egymással az üres térben elektromos és mágneses erők hatására - az atom modellje hasonlít a naprendszer modelljére (az atom középpontjában egy pozitív töltésű atommag található, amely körül az elektronok keringenek). Vannak azonban különbségek a gravitációs és az elektromágneses erők között: csak egyes részecskéknek van elektromos töltése, míg az anyag és az energia minden formájának van gravitációja; az elektromos erők lehetnek pozitívak és negatívak (és a különböző töltésű részecskék vonzzák, az azonos töltésű részecskék pedig taszítják), a gravitációs tárgyak pedig csak vonzanak; kis léptékben (például az atomban) élesen az elektromágneses erők dominálnak, és nagy léptékben (például a Föld léptékében) a gravitációs erők dominálnak. D.C. Maxwell levezetett egy egyenletrendszert, amely leírja a kapcsolatot a töltött részecskék mozgása és az elektromágneses erők viselkedése között. Maxwell elméletének központi fogalma a mező fogalma volt, amely kiküszöbölte a nehézséget. a távoli newtoni cselekvéshez kapcsolódik. A 19. században a teret a mozgó folyadékkal analógiával írták le, ezért olyan kifejezésekkel jellemezték, mint „mágneses fluxus”, „erővonalak” stb. A mező folyadékként való leírása olyan közeget feltételez, amely az egyik töltésről a másikra továbbítja a cselekvést. Ezt a feltételezett folyadékot éternek nevezték. Azt hitték, hogy az éter betölt minden üres teret, láthatatlan marad. Az elektromágneses mezőket feszültségként ábrázolták az éterben. A töltött részecskék feszültséghullámokat generáltak az éterben. amelynek terjedési sebessége, mint a számítások kimutatták, körülbelül 300 000 km/s-nak bizonyult. A fényt elektromágneses hullámok formájában kezdték szemlélni, amelyeket töltött részecskék mozgása okoz, és amelyek az éter rezgéseiként terjedtek a térben. Az elektromágneses hullámok (rádióhullámok, mikrohullámok, termikus (infravörös), ultraibolya, röntgenhullámok, gammasugárzás) felfedezésével lehetővé vált Newton tér- és időelméletének tesztelése.
Faraday új megközelítést alkalmazott az elektromos és mágneses jelenségek tanulmányozásában a mező fogalmának megalkotásával. amelyet erővonalak segítségével írt le, majd Maxwell. az elektromágneses tér pontos fogalmának bemutatása. megfogalmazta törvényeit.
Fresnel keresztirányú fényhullámokra vonatkozó koncepciójából óhatatlanul kérdések következtek, hogy milyen közegben terjednek a hullámok, miért nincsenek longitudinális fényhullámok, hogyan hat az éter a benne mozgó testekre stb. A fényhullámok transzverzitásáról sokféle hipotézis született (például az abszolút összenyomhatatlan éter hipotézise, az álló éter hipotézise, a benne mozgó testek által részben hordozott éter hipotézise stb.). Azok. magának az éternek a létezése nem volt kétséges, mert a hullámok terjedéséhez megfelelő közeg kellett.
Maxwell megalkotja a fény elektromágneses elméletét, olyan egyenleteket állítva fel, amelyek egyetlen nézőpontból megmagyarázzák az összes akkoriban ismert tényt. Kapcsolatot teremtettek a mágneses tér változása és az elektromotoros erő megjelenése között. Maxwell fő feladatának azt tekintette, hogy az elektromos jelenségeket a dinamika birodalmába hozza. Abból indult ki, hogy az elektromos áramot nem lehet másként tekinteni, mint a diszpozíciós műveletet. és az időben bekövetkező eloszlások. Az elektromos áramok okát elektromotoros erőnek nevezte.
