Войти
История электромагнитного поля начинается с древних методов понимания атмосферного электричества, в особенности молния. Тогда люди плохо разбирались в электричестве и не могли объяснить явления. Научное понимание природы электричества росло на протяжении восемнадцатого и девятнадцатого веков благодаря работе таких исследователей, как Кулон, Ампер, Фарадей и Максвелл.
В XIX веку стало ясно, что магнетизм и магнетизм были связаны, и их теории были объединены: везде, где движутся заряды, возникает электрический ток, а магнетизм возникает из-за электрического текущего. Источником электрического поля является электрический заряд, а для магнитного поля - электрический ток (заряды в движении).
Знание статического электричества восходит к древнейшим цивилизациям, но для милле Однако это оставалось просто интересным и загадочным явлением без теории, объясняющей его поведение, и часто путали с магнетизмом. Древним были два известны довольно любопытные свойства минералов: янтаря (греч. : ἤλεκτρον, ēlektron) и магнитной железной руды (μαγνῆτις λίθος magnētis lithos, «магнезианский камень, магнетик»).). Янтарь при растирании притягивает легкие предметы, например, перья; магнитная железная руда обладает способностью притягивать железо.
Открытие свойств магнитов.. Магниты были впервые обнаружены в естественном состоянии; Некоторые оксиды железа обнаружены в различных частях мира, особенно в Магнезии в Малой Азии, которые обладали своим притягивать небольшие кусочки железа, что показано здесь . Основываясь на находке артефакта Olmec гематита в Центральной Америке, американский астроном Джон Карлсон предположил, что «ольмеки, возможно, открыли и использовали геомагнитные магнитный камень компас до 1000 г. до н.э. ". Это правда, то это« предшествует открытию компаса из геомагнитного магнитного камня более чем на тысячелетие ». Карлсон предполагает, что ольмеки могли использовать такие артефакты в качестве устройства направления для астрологических или геомантических целей или для ориентирования». Самая ранняя китайская литература упоминает магнетизм в книге 4-го века до нашей эры под названием (鬼谷 子): «магнетит заставляет
Электрический сом водится в тропической Африке и реке Нил.Задолго до того, как появились какие-либо знания об электромагнетизме, люди о Воздействиеии электричества. Молния и другие проявления электричества, такие как Св. Огонь Эльмо известен в древние времена, но предполагалось, что эти явления имеют общее происхождение. египтяне знали о сотрясениях при взаимодействии с электрическими рыбами (такими как электрический сом) или другими животными (например, электрические угри ). Сотрясения животных были очевидны наблюдателям с ними доисторических временных народов, контактировавших с ними. В текстах от 2750 г. до н.э. древних египтян эти рыбы назывались «громовержцами Нила » и считались «защитниками» всех остальных рыб. Другой возможный подход к открытию тождества молнии и электричества из любого другого источника следует приписать арабам, которые до 15 века слово использовали одно и то же арабское слово для обозначения молнии (барк) и электрическое луча.
Фалес Милетский, писавший около 600 г. до н.э., отмечал, что трение мехом различных веществ, таких как янтарь, может привести к притягиванию пылинок и других легких предметов. Фалес писал об эффекте, теперь известном как статическое электричество. Греки отметили, что если они протирают янтарь достаточно долго, они могут даже получить электрическую искру, чтобы подпрыгнуть.
Электростатические явления снова были тысячелетиями позже Романом и арабские натуралисты и врачи. Несколько древних авторов, такие как Плиний Старший и Скрибоний Ларг, засвидетельствовали ошеломляющее действие электрошока, нанесенные сомом и торпедные лучи. Плиний в своих книгах пишет: «Древние тосканцы по своей учености утверждали, что есть девять богов, которые посылают молнии, и богов одиннадцати видов». В общем, это было раннее языческое представление о молнии. Древние считали, что токи могут проходить по проводящим объектм. Пациентам, страдающими такими заболеваниями, как подагра или головная боль, приказывали дотронуться до электрической рыбы в надежде, что мощный толчок их вылечит.
Ряд предметов, найденных в Ирак в 1938 году, относящийся к началу веков нашей эры (Сасанидская Месопотамия ), названный Багдадской батареей, похож на гальванический элемент и считается используемым для гальваники. Утверждения спорны из-за подтверждающих доказательств использования артефактов, вещественных доказательств на предметах, способствующих электрическим функциям, и того, были ли они электрическими по своей природе. В результате природы этих предметов на предположениях, и функция этих артефактов остается под вопросом.
Магнитное притяжение было когда-то Аристотель и Фалес считал действие души в камне
В XI веке китайский ученый Шен Куо (1031–1095) был первым человеком, который написал магнитную стрелку компас и что он улучшил точность навигации за счет использования астрономической концепции истинный север (Очерки пруда снов, 1088), а к XII веку китайцы, как известно, использовали магнитный камень компас для навигации. В 1187 г. Александр Неккам первым в Европе описал компас и его использование для навигации.
В тринадцатом веке Питер Перегринус, уроженец Марикура в Пикардии, сделал открытие фундаментальной важности. Французский ученый 13 века провел эксперименты с магнетизмом и написал первый дошедший до нас трактат, описывающие свойства магнитов и вращающихся стрелок компаса. сухой компас изобретен около 1300 лет итальянским изобретателем Флавио Гиоха.
архиепископом Евстафием Фессалоникий, греческим ученым и писателем XII века, пишет, что Воливер царь готов, умел черпать искры из своего тела. Тот же автор утверждает, что некий философ во время одевания умел черпать искры из своей одежды, результат, по-видимому, сродни, который получил Роберт Симмер в своих экспериментах с шелковыми чулками, подробное описание которых можно найти в Philosophical Transactions, 1759.
Итальянский врач Джероламо Кардано писал об электричестве в De Subtilitate (1550), проводя различие, возможно, впервые, между электрическими и магнитными силами..
К концу 16 века врач времен королевы Елизаветы доктор Уильям Гилберт в Де-Магнете подробно остановился на Кардано и изобрел новолатинское слово electrica от ēλεκτρον (ēlektron), греческого слова, означающего «янтарь». Гилберт, уроженец Колчестера, член Колледжа Святого Иоанна в Кембридже, в свое время президент Колледжа врачей, был одним из первых и наиболее выдающихся английских ученых - человеком, чьи работы Галилей считал великими. Он был назначен придворным врачом и получил пенсию, чтобы ему продолжить свои исследования в области физики и химии.
Гилберт провел ряд тщательных электрических экспериментов, в ходе которых он обнаружил, что многие вещества, кроме янтарь, такой как сера, воск, стекло и т. д., был способен проявлять электрические свойства. Гилберт также обнаружил, что влага предотвращает электричество электричество всех тел из-за теперь хорошо известного факта, что влага нарушает изоляцию таких тел. Он также заметил, что наэлектризованные вещества притягивают все другие вещества без разбора, тогда как магнит притягивает только железо. Многочисленные открытия такого рода принесли Гилберту титул основателя электротехники. Исследуя силы, действующие на легкую металлическую иглу, балансирующую на острие, он расширил список электрических обнаружил, что многие вещества, включая металлы и природные магниты, не проявляют силовое притяжение при трении. Он заметил, что сухая погода с северным или восточным ветром наиболее благоприятным погодным условием для проявления явлений - наблюдение могло быть неверным до тех пор, пока не была понятна разница между проводником и изолятором.
Роберт Бойл.Работа Гилберта была продолжена Роберт Бойль (1627–1691), знаменитый натурфил, которого когда-то описывали как «отца химии и дядю графа Корософа». Бойль был одним из основателей Королевского общества, когда оно заседало в частном порядке в Оксфорде, и стал членом Совета после того, как общество было зарегистрировано Карлом II. в 1663 году. Он часто работал над новой наукой об электричестве и добавил несколько веществ к списку электричества Гилберта. Он оставил подробный отчет о своих исследованиях под названием. Бойль в 1675 году заявлено, что электрическое притяжение и отталкивание могут действовать через вакуум. Одним из его важных открытий было то, что наэлектризованные тела в вакууме будут притягивать легкие вещества, что указывает на то, что электрический эффект не зависит от воздуха как среды. Он также добавил смолу к известному тогда списку электрики.
В 1663 году Отто фон Герике изобрел устройство, которое сейчас признано одним из первых (возможно, первым) электростатическим насосом генератор, но он не распознал его в первую очередь как электрическое устройство и не проводил с ним электрические эксперименты. К концу 17 века исследователи разработали практические средства производства электричества трением с электростатическим генератором, но разработка электростатических машин началась всерьез только в 18 веке, когда они стали инструментами. в исследованиях новой науки электричество.
Первое использование слова электричество приписывается сэру Томасу Брауну в его работе 1646 года Pseudodoxia Epidemica.
Первое появление Термин электромагнетизм, с другой стороны, происходит от более ранней даты: 1641 года. Магнес со стороны иезуитского светила Афанасиуса Кирхера содержит на странице 640 провокационный заголовок главы: «Электро-магнетизм, т. е. о магнетизме янтаря или электрических притяжениях и их причинах »(ηλεκτρο-μαγνητισμος id est sive De Magnetismo electri, seu electricis Attractionibus earumque causis).
Генератор, построенный Фрэнсисом Хоксби.Электрическая машина была усовершенствована Фрэнсисом Хоксби, его учеником Литцендорф и профессор Георг Матиас Бозе, около 1750 года. Литцендорф, проводя исследования для Кристиана Августа Хаузена, заменил серный шар Герике стеклянным шаром. Бозе был первым, кто применил в таких машинах «основной проводник», состоящий из железного стержня, который держал в руке человек, тело которого было установлено, стоя на глыбе из смолы. Ингенхауз в 1746 году изобрел электрические машины из листового стекла. Электрический заряд при подключении к источнику электродвижущей силы. Эксплуатация электрической машины в степени способствовало открытию, что стеклянная пластина, покрытая с обеих сторон фольгой будет накапливать электрический заряд. Вскоре электрическая машина была усовершенствована Эндрю Гордоном, шотландцем, профессором из Эрфурта, который заменил стеклянный шар стеклянным цилиндром; и Гиссингом из Лейпцига, добавил «каучук», состоящий из подушки из шерстяного материала. Коллектор, состоящий из ряда металлических наконечников, был добавлен к машине Бенджамином Уилсоном около 1746 года, а в 1762 году Джоном Кантоном из Англии (также изобретателем первого стержневого стержня). -боловый машин в 1754 году) повысил эффективность электрических машин за счет разбрызгивания амальгамы олова на поверхность электрорезины.
В 1729 Стивен Грей провел серию экспериментов, которые показали разницу между проводниками и непроводниками (изоляторами), показав, среди прочего, что металлический провод и даже канатная нить проводят электричество, а шелк - нет. В одном из своих экспериментов он пропустил электрический ток через 800 ног концевой нити, периодически подвешивалась петлями из шелковой нити. Когда он попытался провести тот же эксперимент, заменил тонко скрученную латунную проволоку шелком, он обнаружил, что электрический ток больше не проходит по конопляному шнуру, а вместо этого, кажется, исчезает в латунной проволоке. В этом эксперименте он разделил вещества на категории: «электрические», такие как стекло, смола и шелк, и «неэлектрические», такие как металл и вода. «Неэлектричество» проводило заряды, в то время как «электричество» удерживало заряд.
Заинтриговано результатов Грея в 1732 году, C. Ф. дю Фэй начал проводить несколько опытов. В первом эксперименте Дю пришел к выводу, что все объекты, кроме металлов, животных и жидкостей, могут быть наэлектризованы посредством трения, а металлы, животные и жидкости могут быть наэлектризованы с помощью электрических машин, тем самым дискредитируя «электричество» и «не» -электричество »Грея электрика» классификация веществ.
В 1733 году Дю Фэй открыл то, что он считал двумя видами электричества трения; один образует при трении стекла, другой - при трении смолы. Исходя из этого, предположить, что электричество состоит из двух электрических жидкостей, «стекловидного» и «смолистого», которые разделены трением инейтрализуют друг друга при объединении. Эту картину электричества поддерживал также Кристиан Готлиб Кратценштейн в его теоретических и экспериментальных работах. Теория двух жидкостей позже породила концепцию положительных и отрицательных электрических зарядов, разработанную Бенджамином Франклином.
Питер ван Мушенбрук.Лейденская банка, тип конденсатора для выработки электроэнергии в больших количествах, был изобретен независимо Эвальдом Георгом фон Клейстом 11 октября 1744 г. и Питером ван Мушенбруком в 1745–1746 гг. в Лейденском университете (последнее место дало название устройстваству). Уильям Уотсон, эксперимент с лейденской банкой, обнаружил в 1747 году, разряд статического электричества эквивалентен электрический ток. Емкость впервые был обнаружен фон Клейстом из Лейдена в 1754 году. Фон Клейст случайно держал возле своей электрической машины небольшую бутылку, в горлышке которой был железный гвоздь. Случайно коснувшись железного гвоздя другой рукой, он получил сильный удар током. Точно так же Мюссенбрук, которому помогал Кунаэн, получил более серьезный удар от похожей стеклянной бутылки. Сэр Уильям Ватсон из усовершенствованного усовершенствованного устройства, накрыв бутылку или банку снаружи и внутри фольгой. Этот электрический прибор будет легко узнаваем как известная лейденская банка, названная так аббатом Нолле в Париже по месту ее обнаружения.
В 1741 году, Джон Элликотт «стимулирует силу электризации по своим способностям поднимать вес на одной шкале весов, в то время как другое держали над наэлектризованным телом и притягивали к своему притяжению». Еще в 1746 году Жан-Антуан Нолле (1700–1770) проводил эксперименты со скоростью распространения электричества. Привлекая 200 монахов, соединенных из рук в руки 7-метровым железным тросом, чтобы образовать круг длиной около 1,6 км, он смог доказать, что эта скорость конечна, хотя и очень высока. В 1749 году сэр Уильям Ватсон провел множество экспериментов, чтобы определить скорость электрического тока в проводе. Эти эксперименты, хотя, возможно, и не предназначены для этого, также используются возможности передачи сигналов на расстояние с помощью электричества. В этих экспериментах сигнал, казалось, мгновенно прошел по изолированному проводу длиной 12 276 футов. Ле Монье во Франции ранее проводил аналогичные эксперименты, посылая электрические разряды по железной проволоке длиной 1319 футов.
Примерно в 1750 году были проведены первые эксперименты по электротерапии. Различные экспериментаторы проводили тесты, чтобы установить физиологические и терапевтические эффекты электричества. Типичным для этой работы был Кратценштейн в Галле, который в 1744 году написал трактат на эту тему. Демейнбрей в Эдинбурге исследовал влияние электричества на растения и пришел к выводу, что рост двух миртовых деревьев ускорился за счет электрификации. Эти мирты были наэлектризованы «в течение всего октября 1746 года, и они давали ветви и цветы раньше, чем другие кусты того же вида, не подвергавшиеся электричеству». во Франции опробовали воздействие продолжительного воздействия электричества на людей и птиц и обнаружили, что испытуемые экспериментировали с похуданием, очевидно, показывая, что электричество ускоряет выделение. Эффективность поражения электрическим током при параличе была проверена в окружной больнице в Шрусбери, Англия, но безуспешно.
Бенджамин Франклин.Бенджамин Франклин. продвигал свои исследования электричества и теорий посредством знаменитого, хотя и чрезвычайно опасного эксперимента, в котором его сын запускал воздушного змея через грозное небо. Ключ, прикрепленный к веревке воздушного змея, зажег и зарядил лейденскую банку, тем самым установив связь между молнией и электричеством. После этих экспериментов он изобрел громоотвод. Считается, что именно Франклин (чаще) или Эбенезер Киннерсли из Филадельфии (реже) установил соглашение о положительном и отрицательном электричестве.
Теории относительно природы электричества в то время были довольно расплывчатыми, а те, что преобладали, были более или менее противоречивыми. Франклин считал, что электричество - это невесомая жидкость, пронизывающая все и которая в своем нормальном состоянии равномерно распределена во всех веществах. Он предположил, что электрические проявления, полученные при трении стекла, были вызваны образованием избытка электрического флюида в этом веществе, а проявления, вызванные трением воска, были вызваны дефицитом жидкости. Этому объяснению возражали сторонники теории "двух жидкостей", такие как Роберт Симмер в 1759 году. В этой теории стекловидное и смолистое электричество считались невесомыми жидкостями, причем каждая жидкость представляла собойэлектромагнетизма при разработке различных технологий.
1893 Чикаго Всемирная Колумбийская выставка демонстрация патента Tesla AC асинхронных двигателей В 1880-е годы получили распространение крупномасштабные коммерческие электроэнергетические системы, которые сначала использовались для освещения, а затем и для электромоторов. мощность и отопление. Системы раньше использовали переменный ток и постоянный ток. Крупная централизованная выработка электроэнергии стала возможной, когда было признано, что в линиях электропередач переменного тока можно использовать трансформаторы, чтобы воспользоваться преимуществом того факта, что каждое удвоение напряжения позволит кабелю того же размера передавать одинаковое количество энергии. в четыре раза больше расстояния. Трансформатор использовался для повышения напряжения в точке генерации (репрезентативное число - это напряжение генератора в диапазоне низких киловольт) до гораздо более высокого напряжения (от десятков тысяч до нескольких сотен тысяч вольт) для первичной передачи с последующим несколькими понижающими преобразованиями, для коммерческого и бытового использования. Между 1885 и 1890 годами были разработаны многофазные токи в сочетании с электромагнитной индукцией и практическими асинхронными двигателями переменного тока .
Международная электротехническая выставка 1891 года с возможностью передачи на большие расстояния трехфазного электрического тока большой мощности. Он проходил с 16 мая по 19 октября на заброшенном месте трех бывших Westbahnhöfe (Западных вокзалов) во Франкфурте-на-Майне. На выставке была представлена первая передача на большие расстояния трехфазного электрического тока большой мощности, которая была произведена в 175 км от города Лауффен-на-Неккаре. В результате этих успешных полевых испытаний трехфазный ток стал применяться для электрических сетей по всему миру.
Многое было сделано в направлении улучшения оборудования железнодорожных терминалов, и трудно найти такой. инженер-паровоз, который отрицал бы, что все важные паровые железные дороги этой страны не должны управляться электричеством. В других направлениях развитие событий в отношении использования электроэнергии ожидалось столь же быстрым. Во всех частях света сила падающей воды, вечный двигатель природы, который тратится впустую с самого зарождения мира, теперь преобразуется в электричество и передается по проводам на сотни миль в точки, где он используется с пользой и экономичностью..
Чарльз Протеус Стейнмец, теоретик переменного тока. Первая ветряная мельница для производства электроэнергии была построена в Шотландии в июле 1887 года шотландским инженером-электриком Джеймсом Блайтом. На другом берегу Атлантики, в Кливленде, штат Огайо, в 1887–1888 годах Чарльзом Ф. Брашем спроектировал и сконструировал более крупную и тщательно спроектированную машину, которая была построена его инженерной компанией в его доме и эксплуатировалась с 1886 по 1900 год. Ветряная турбина Brush имела ротор 56 футов (17 м) в диаметре и была установлена на 60-футовой (18 м) башне. Несмотря на большие размеры по сегодняшним меркам, машина была рассчитана только на 12 кВт; он вращался относительно медленно, так как имел 144 лезвия. Подключенная динамо-машина использовалась либо для зарядки батареи батарей, либо для работы до 100 ламп накаливания, трех дуговых ламп и различных двигателей в лаборатории Браша. Машина вышла из употребления после 1900 года, когда электричество стало поступать с центральных станций Кливленда, и была заброшена в 1908 году.
Различные единицы электричества и магнетизма были приняты и названы представителями мировые электротехнические институты, единицы и названия которых были подтверждены и легализованы правительствами США и других стран. Таким образом, вольт, от итальянского Volta, был принят как практическая единица электродвижущей силы, ом, от автора закона Ома, как практическая единица сопротивления; ампер, в честь выдающегося французского ученого с таким именем, как практическая единица силы тока, генри как практическая единица индуктивности, после Джозефа Генри и в знак признания его ранних и важных экспериментальных работ совместно
Дьюар и Джон Амброуз Флеминг предсказали, что при абсолютном нуле чистые металлы станут идеальными электромагнитными проводниками (хотя позже Дьюар изменил свое мнение об исчезновении сопротивления, полагая, что всегда будет какое-то сопротивление). Вальтер Герман Нернст разработал третий закон термодинамики и заявил, что абсолютный ноль недостижим. Карл фон Линде и Уильям Хэмпсон, оба коммерческие исследователи, почти одновременно подали заявки на патенты на эффект Джоуля – Томсона. Патент Linde стал кульминацией 20-летнего систематического исследования установленных фактов с использованием регенеративного метода противотока. Дизайн Хэмпсона также был регенеративным методом. Комбинированный процесс получил название процесс сжижения Линде – Хэмпсона. Хайке Камерлинг-Оннес купил машину Linde для своих исследований. Зигмунт Флорентий Врублевский проводил исследования электрических свойств при низких температурах, хотя его исследования закончились рано из-за его случайной смерти. Примерно в 1864 году Кароль Ольшевский и Вроблевски предсказали электрические явления падения уровней сопротивления при сверхнизких температурах. Ольшевский и Вроблевский документально подтвердили это в 1880-х годах. Важная веха была достигнута 10 июля 1908 года, когда Оннес в Лейденском университете в Лейдене впервые произвел сжиженный гелий и достиг сверхпроводимости.
В 1900 году Уильям Дюбуа Даддел разработал Singing Arc и произвел мелодичные звуки, от низкого до высокого, из этой дуговой лампы.
Хендрик Лоренц Между 1900 и 1910 годами многие ученые, такие как Вильгельм Вин, Макс Абрахам, Герман Минковский, или Густав Ми считал, что все силы природы имеют электромагнитное происхождение (так называемое «электромагнитное мировоззрение»). Это было связано с теорией электрона, разработанной между 1892 и 1904 годами Хендриком Лоренцем. Лоренц ввел строгое разделение между материей (электронами) и эфиром, в результате чего в его модели эфир полностью неподвижен и не будет приводиться в движение в окрестности весомой материи. В отличие от других моделей электронов ранее, электромагнитное поле эфира выступает в качестве посредника между электронами, и изменения в этом поле могут распространяться не быстрее скорости света.
В 1896 году, через три года после защиты диссертации по эффекту Керра, Питер Зееман не повиновался прямым приказам своего руководителя и использовал лабораторное оборудование для измерения расщепления спектральные линии сильным магнитным полем. Лоренц теоретически объяснил эффект Зеемана на основе своей теории, за которую оба получили Нобелевскую премию по физике в 1902 году. Фундаментальной концепцией теории Лоренца в 1895 году была «теорема соответствующие состояния »для условий порядка v / c. Эта теорема утверждает, что движущийся наблюдатель (относительно эфира) производит те же наблюдения, что и покоящийся наблюдатель. Эта теорема была расширена для членов всех порядков Лоренцем в 1904 году. Лоренц заметил, что необходимо было изменить пространственно-временные переменные при изменении системы отсчета, и ввел такие понятия, как физическое сокращение длины (1892), чтобы объяснить Эксперимент Майкельсона-Морли и математическая концепция местного времени (1895) для объяснения аберрации света и эксперимент Физо. Это привело к формулировке так называемого преобразования Лоренца Джозефом Лармором (1897, 1900) и Лоренцем (1899, 1904). Как позже заметил Лоренц (1921, 1928), он считал время, указанное часами, находящимися в эфире, «истинным» временем, в то время как местное время рассматривалось им как эвристическая рабочая гипотеза и математическая уловка. Следовательно, теорема Лоренца рассматривается современными историками как математическое преобразование из «реальной» системы, покоящейся в эфире, в «фиктивную» систему в движении.
Анри Пуанкаре Продолжая работу Лоренца, Анри Пуанкаре между 1895 и 1905 годами неоднократно формулировал принцип относительности и пытался согласовать его с электродинамикой. Он объявил одновременность лишь удобным условием, зависящим от скорости света, в результате чего постоянство скорости света было бы полезным постулатом для того, чтобы максимально упростить законы природы. В 1900 году он интерпретировал местное время Лоренца как результат синхронизации часов с помощью световых сигналов и ввел электромагнитный импульс, сравнив электромагнитную энергию с тем, что он назвал «фиктивной жидкостью» с массой 
Альберт Эйнштейн, 1905 В 1905 году, когда он работал в патентном бюро, Альберт Эйнштейн опубликовалчетыре статьи в Annalen der Physik, ведущий немецкий физический журнал. Это статьи, которые история стала называть статьями Аннуса Мирабилиса :
, предполагающим, что крошечные количества массы могут быть преобразованы в огромное количество энергии. (Эйнштейн 1905d)Все четыре работы сегодня признаны огромными достижениями - и поэтому 1905 год известен как «чудесный год » Эйнштейна. В то время, однако, они не были замечены большинством физиков считая их важными, и многие из тех, кто их заметил, категорически отвергали их. Некоторые из этих работ - например, теория световых квантов - оставались спорными в течение многих лет.
Поль Дирак Первая формулировка квантовой теории, описывающей взаимодействие излучения и материи, принадлежит Полю Дираку, который в течение 1920 года впервые смог вычислить коэффициент спонтанного излучения атом. Поль Дирак описал квантование электромагнитного поля как ансамбль гармонических осцилляторов с введением концепции операторы создания и уничтожения частиц. В последующие годы при участии Вольфганга Паули, Юджина Вигнера, Паскуаля Йор dan, Вернер Гейзенберг и элегантная формулировка квантовой электродинамики благодаря Энрико Ферми, физики пришли к выводу, что в принципе можно выполнить любые вычисления для любых физический процесс с участием фотонов и заряженных частиц. Однако дальнейшие исследования Феликса Блоха с Арнольдом Нордсиком и Виктором Вайскопфом в 1937 и 1939 годах показали, что такие вычисления были надежными только при первом порядке теория возмущений, проблема, уже отмеченная Робертом Оппенгеймером. На более высоких порядках в рядах возникали бесконечности, делающие такие вычисления бессмысленными и вызывающие серьезные сомнения во внутренней непротиворечивости самой теории. Поскольку в то время не было известно решения этой проблемы, выяснилось, что существует фундаментальная несовместимость между специальной теорией относительности и квантовой механикой.
. В декабре 1938 года немецкие химики Отто Хан и Фриц Штрассманн отправил рукопись в Naturwissenschaften, сообщая, что они обнаружили элемент барий после бомбардировки урана нейтронами ; одновременно они сообщили эти результаты Лизе Мейтнер. Мейтнер и ее племянник Отто Роберт Фриш правильно интерпретировали эти результаты как деление ядра. Фриш подтвердил это экспериментально 13 января 1939 года. В 1944 году Хан получил Нобелевскую премию по химии за открытие ядерного деления. Некоторые историки, задокументировавшие историю открытия ядерного деления, считают, что Мейтнер должна была быть удостоена Нобелевской премии вместе с Ханом.
К концу 1940 года трудности с квантовой теорией увеличились. Усовершенствования в микроволновом технология позволила проводить более точные измерения сдвига уровней атома водорода, теперь известного как лэмбовский сдвиг и магнитный момент электрон. Эти эксперименты однозначно выявили несоответствия, которые теория не могла объяснить. С изобретением пузырьковых камер и искровых камер в 1950-х годах экспериментальная физика элементарных частиц открыла большое и постоянно растущее число частиц, называемых адронами. Казалось, что такое большое количество частиц не может быть фундаментальным.
Вскоре после окончания войны в 1945 году Bell Labs сформировала группу по физике твердого тела, которую возглавили Уильям Шокли и химик Стэнли Морган; другой персонал, включая Джона Бардина и Уолтера Браттейна, физика Джеральда Пирсона, химика Роберта Гибни, эксперта по электронике Хилберта Мура и нескольких технических специалистов. Их задача заключалась в поиске твердотельной альтернативы хрупким стеклянным ламповым усилителям. Их первые попытки были основаны на идеях Шокли об использовании внешнего электрического поля на полупроводнике для воздействия на его проводимость. Эти эксперименты всякий раз терпели неудачу в самых разных конфигурациях и материалах. Группа замерла, пока Бардин не предложил теорию, которая задействовала поверхностные состояния, которые не позволяли полю проникать в полупроводник. Группа сменила фокус на изучение этих поверхностных состояний, и они собирались почти ежедневно для обсуждения работы. Взаимопонимание в группе было отличным, и они свободно обменивались идеями.
Что касается проблем в электронных экспериментах, путь к решению был указан Гансом Бете. В 1947 году, когда он ехал на поезде, чтобы добраться до Скенектади из Нью-Йорка, после выступления на конференции на острове Шелтер на эту тему, Бете выполнил первое нерелятивистское вычисление. сдвига линий атома водорода, измеренного Лэмбом и Ретерфордом. Несмотря на ограничения вычислений, согласие было отличным. Идея заключалась в том, чтобы просто добавить бесконечности к поправкам на массу и заряд, которые фактически были зафиксированы на конечном значении экспериментально. Таким образом, бесконечности поглощаются этими константами и дают конечный результат, хорошо согласующийся с экспериментом. Эта процедура была названа перенормировкой.
Ричардом Фейнманом . Основываясь на интуиции Бете и фундаментальных работах по этому вопросу, написанных Шинитиро Томонага, Джулианом Швингером, Ричард Фейнман и Фриман Дайсон, наконец, стало возможным получить полностью ковариантные формулировки, которые были бы конечными в любом порядке в ряду возмущений квантовой электродинамики. Синъитиро Томонага, Джулиан Швингер и Ричард Фейнман были совместно удостоены Нобелевской премии по физике в 1965 году за свои работы в этой области. Их вклад, как и вклад Фримена Дайсона, был примерно ковариантным и калибровочно-инвариантным формулировками квантовой электродинамики, которые позволяют вычислять наблюдаемые в любом порядке теория возмущений. Математическая техника Фейнмана, основанная на его диаграммах, поначалу казалась очень отличной от теоретико-полевого, основанного на операторах подхода Швингера и Томонаги, но Фриман Дайсон позже показали, что эти два подхода эквивалентны. Перенормировка, необходимость придать физический смысл некоторым расхождениям, появляющимся в теории через интегралы, впоследствии стала одним из фундаментальных аспектов квантовая теория поля и стала рассматриваться как критерий общей приемлемости теории. Несмотря на то, что на практике перенормировка работает очень хорошо, Фейнман никогда не чувствовал себя полностью уверенным в ее математической достоверности, даже говоря о перенормировке как о «игре в ракушки» и «фокус-покусе». КЭД послужила моделью и шаблоном для всех последующих квантовых теорий поля. Питер Хиггс, Джеффри Голдстоун и другие, Шелдон Глэшоу, Стивен Вайнберг и Абдус Салам независимо друг от друга показали, как слабая ядерная сила и квантовая электродинамика могут быть объединены в одну электрослабую силу.
Роберт Нойс приписал Курту Леховцу принцип p– Изоляция n-перехода, вызванная действием смещенного p-n перехода (диода), является ключевой концепцией интегральной схемы. Джек Килби записал свои первоначальные идеи относительно интегральной схемы в июле 1958 года и успешно продемонстрировал первую работающую интегральную схему 12 сентября 1958 года. В своей патентной заявке от 6 февраля 1959 года Килби описал свое новое устройство как «корпус из полупроводникового материала... в котором все компоненты электронной схемы полностью интегрированы ". Килби получил Нобелевскую премию по физике в 2000 году за изобретение интегральной схемы. Роберт Нойс также выступил с собственной идеей интегральной схемы на полгода позже Килби. Чип Нойса решил множество практических проблем, которыхне было у Килби. Микросхема Нойса, изготовленная в Fairchild Semiconductor, была сделана из кремния, тогда как микросхема Килби была сделана из германия.
Фило Фарнсворт разработал Фарнсворт– Хирш Фузор, или просто фузор, аппарат, разработанный Фарнсвортом для создания ядерного синтеза. В отличие от большинства систем управляемого термоядерного синтеза, которые медленно нагревают удерживаемую магнитом плазму, фузор вводит высокотемпературные ионы непосредственно в реакционную камеру, тем самым избегая значительной сложности. Когда в конце 1960-х фузор Фарнсворта-Хирша был впервые представлен миру исследований термоядерного синтеза, фузор был первым устройством, которое могло ясно продемонстрировать, что оно вообще вызывает термоядерные реакции. В то время были большие надежды, что его можно быстро превратить в практический источник энергии. Однако, как и в случае с другими термоядерными экспериментами, разработка источника энергии оказалась трудной. Тем не менее, фузор с тех пор стал практическим источником нейтронов и для этой роли коммерчески производится.
Зеркальное отображение электромагнита создает поле с противоположной полярностью. Таким образом, северный и южный полюса магнита имеют такую же симметрию, как левый и правый. До 1956 года считалось, что эта симметрия идеальна, и что техник не сможет различить северный и южный полюса магнита, кроме как по левому и правому. В том же году Т. Д. Ли и К. Н. Ян предсказали несохранение четности в слабом взаимодействии. К удивлению многих физиков, в 1957 г. К. С. Ву и его сотрудники из Национального бюро стандартов США продемонстрировали, что при подходящих условиях для поляризации ядер бета-распад кобальта-60 преимущественно высвобождает электроны в южном направлении. полюс внешнего магнитного поля и несколько большее количество гамма-лучей по направлению к северному полюсу. В результате экспериментальный прибор не ведет себя сравнимо с его зеркальным отображением.
Первым шагом к Стандартной модели был Шелдон Глэшоу открытие в 1960 году способа объединения электромагнитного и слабого взаимодействия. В 1967 г. Стивен Вайнберг и Абдус Салам включили механизм Хиггса в теорию электрослабого взаимодействия Глэшоу, придав ей современную форму. Считается, что механизм Хиггса дает начало масс всех элементарных частиц в Стандартной модели. Сюда входят массы W- и Z-бозонов и массы фермионов, то есть кварков и лептонов. После того, как нейтральные слабые токи, вызванные. Z. бозонным обменом , были обнаружены в ЦЕРН в 1973 году, теория электрослабого взаимодействия получила широкое признание, и Глэшоу, Салам и Вайнберг разделил 1979 Нобелевскую премию по физике за его открытие. Бозоны W и Z были экспериментально обнаружены в 1981 году, и их массы оказались такими, как предсказывает Стандартная модель. Теория сильного взаимодействия, в которую многие внесли свой вклад, приобрела свою современную форму примерно в 1973–74 годах, когда эксперименты подтвердили, что адроны состоят из дробно заряженных кварков. С созданием квантовой хромодинамики в 1970-х годах был завершен набор фундаментальных и обменных частиц, что позволило создать «стандартную модель », основанную на математике калибровочного инвариантность, которая успешно описывает все силы, кроме силы тяжести, и которая остается общепринятой в той области, к которой она предназначена для применения.
«Стандартная модель» группирует теорию электрослабого взаимодействия и квантовую хромодинамику в структуру, обозначенную калибровочной группой SU (3) × SU (2) × U (1). Формулировка объединения электромагнитных и слабых взаимодействий в стандартной модели принадлежит Абдусу Саламу, Стивену Вайнбергу и, впоследствии, Шелдону Глэшоу.. После открытия, сделанного в ЦЕРН, существования нейтральных слабых токов, опосредованных . Z. бозоном, предусмотренным в стандартной модели, физики Салам, Глэшоу и Вайнберг получил в 1979 г. Нобелевскую премию по физике за свою теорию электрослабого взаимодействия. С тех пор открытия нижнего кварка (1977), верхнего кварка (1995) и тау-нейтрино (2000) подтвердили стандартную модель.. Из-за его успеха в объяснении большого количества экспериментальных результатов.
Существует ряд новых энергетических технологий. К 2007 году твердотельные микрометровые электрические двухслойные конденсаторы, основанные на передовых суперионных проводниках, предназначались для низковольтной электроники,такой как глубокая наноэлектроника и связанные с ней технологиями (22-нм технологический узел CMOS и далее). Кроме того, батарея на основе нанопроволоки, литий-ионная батарея, была изобретена группа под руководством доктора И Цуй в 2007 году.
Отражая фундаментальная важная и применимость Магнитно-резонансная томография в медицине, Полербур из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейн и Сэр Питер Мэнсфилд Ноттингемский университет был удостоен Нобелевской программы по физиологии и медицине 2003 за свои открытия, соответствующие магнитно-резонансной томографии. Цитата из Нобелевской премии признала идею Лаутербура об использовании градиентов магнитного поля для пространственной локализации, открытие, которое позволяет быстро получать 2D-изображения.
Беспроводное - это форма беспроводной передачи энергии, передача электрическую энергию удаленным объектомм без проводов. Термин WiTricity был придуман в 2005 году Дэйвом Гердингом и позже использовался для проекта под руководством профессора Марина Солячича в 2007 году. Исследователи Массачусетского технологического института успешно продемонстрировали способность приводить в действие 60 ватт лампочка по беспроводной сети с использованием двух 5-витковых медных катушек диаметром 60 см (24 дюйма) , расположенных на расстоянии 2 м (7 футов), с КПД примерно 45%. Эта технология потенциально может использоваться в большом количестве приложений, включая потребительские, промышленные, медицинские и военные. Его цель - снизить зависимость от батарей. Другие применения этой технологии включают передачу информации - она не будет мешать радиоволнам и, таким образом, может использоваться в качестве дешевого и эффективного устройства связи без необходимости лицензии или разрешения правительства.
Теория Великого Объединения (GUT) - это модель в физике элементарных частиц, в которой при высокой энергии электромагнитная сила объединяется с двумя другими калибровочными взаимодействиями Стандартной модели, слабых и сильных ядерных сил. Было предложено много кандидатов, но ни один из них напрямую не подтвержден экспериментальными данными. GUT часто рассматриваются как промежуточные шаги к "теории всего " (TOE), предполагаемой теории теоретической физики, которая полностью объясняет и связывает воедино все известные физические явления и, в идеале, обладает способностью предсказывать результат любого эксперимента, который можно было провести в принципе. Физическое сообщество еще не приняло такую теорию.
магнитный монополь в квантовой теории магнитного заряда начался с работы физика Пол А.М. Дирака в 1931 г. Обнаружение магнитных монополей - открытая проблема экспериментальной физики. В некоторых теоретических моделях магнитные монополи вряд ли будут наблюдаться, поскольку они слишком массивны, чтобы их можно было создать в ускорителях частиц, а также слишком редко во Вселенной, чтобы попадать в детектор частиц с большой вероятностью.
После более чем двадцати лет интенсивных исследований происхождение высокотемпературной сверхпроводимости все еще не ясно, но кажется, что вместо электрон-фононных механизмов притяжения, как и в обычной сверхпроводимости, мы имеем дело с настоящими электронными механизмами (например, с помощью антиферромагнитных корреляций ), а вместо s-волны спаривания, пары d-волны существенны. Одной из целей всех этих исследований является сверхпроводимость при комнатной температуре.
Эта статья включает текст из публикации, которая сейчас находится в общественном достоянии : «Электричество, его история и прогресс» Уильяма Мавера-младшего - статья, опубликованная в The Encyclopedia Americana; библиотека универсальных знаний, том X, стр. 172 и далее (1918 г.). Нью-Йорк: Encycl opedia Americana Corp.