Просмотр кода страницы Электромагнитное взаимодействие

{{другое значение|Слово «[[Взаимодействие (значения)|Взаимодействие]]» имеет и другие значения.}}

'''Электромагни́тное взаимоде́йствие''' или '''электромагнетизм''' — одно из четырёх [[фундаментальные взаимодействия|фундаментальных взаимодействий]]. Существует между [[Элементарная частица|частицами]], обладающими [[электрический заряд|электрическим зарядом]]<ref>Электромагнитное взаимодействие существует и между частицами, электрически нейтральными в целом (то есть с нулевым полным электрическим зарядом), но содержащими составные части, которые несут заряд, так что взаимодействие не сводится к нулю, хотя и быстро убывает с расстоянием. Например, [[нейтрон]] — нейтральная частица, однако он содержит в своём составе заряженные [[кварк]]и и поэтому участвует в электромагнитном взаимодействии (в частности, обладает ненулевым [[магнитный момент|магнитным моментом]]).</ref>. С современной точки зрения электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами осуществляется не прямо, а только посредством электромагнитного поля<ref name="Викитека МСЭ2">«''[[s:МСЭ2/Электромагнетизм|Электромагнетизм]]''» — статья в [[Малая советская энциклопедия|Малой советской энциклопедии]]; 2 издание; 1937—1947 гг.</ref>.

С точки зрения [[квантовая теория поля|квантовой теории поля]]<ref>Раздел квантовой теории поля, описывающий электромагнитное взаимодействие, носит название [[квантовая электродинамика|квантовой электродинамики]]. Это образцовый, наиболее хорошо разработанный и поддающийся расчёту раздел квантовой теории поля, и вообще одна из наиболее успешных и точных — в смысле экспериментального подтверждения — областей теоретической физики.</ref> электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым [[бозон]]ом — [[фотон]]ом (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля). Сам фотон электрическим зарядом не обладает, но может взаимодействовать с другими фотонами путём обмена виртуальными электрон-позитронными парами.

Из фундаментальных частиц в электромагнитном взаимодействии участвуют также имеющие электрический заряд частицы: [[кварк]]и, [[электрон]], [[мюон]] и [[тау-лептон]] (из [[фермион]]ов), а также заряженные калибровочные [[W- и Z-бозоны|W<sup>±</sup>-бозоны]]. Остальные фундаментальные частицы [[Стандартная модель|Стандартной Модели]] (все типы [[нейтрино]], [[бозон Хиггса]] и переносчики взаимодействий: калибровочный [[W- и Z-бозоны|Z<sup>0</sup>-бозон]], фотон, глюоны) электрически нейтральны.

Электромагнитное взаимодействие отличается от [[слабое взаимодействие|слабого]]<ref>Слабое взаимодействие быстро убывает из-за массивности его переносчиков — векторных [[W- и Z-бозоны|W- и Z-бозонов]].</ref> и [[сильное взаимодействие|сильного]]<ref>Сильное взаимодействие между кварками спадает с расстоянием ещё гораздо медленнее, а точнее, судя по всему, его сила вообще с расстоянием не спадает; однако все известные частицы, наблюдаемые в свободном состоянии, нейтральны в отношении «сильного заряда» — [[Цветовой заряд|цвета]] — так как или совсем не содержат кварков, или включают несколько кварков, сумма цветов которых равна нулю, поэтому в основном поле сильного взаимодействия — [[глюонное поле]] — сосредоточено между «цветными» кварками — внутри составной частицы, а его «остаточная часть», распространяющаяся вовне — очень мала и быстро спадает.</ref> взаимодействия своим дальнодействующим характером — сила взаимодействия между двумя зарядами спадает только как вторая степень расстояния (см.: [[закон Кулона]]). По такому же закону спадает с расстоянием [[гравитационное взаимодействие]]. Электромагнитное взаимодействие заряженных частиц намного сильнее гравитационного, и единственная причина, по которой электромагнитное взаимодействие не проявляется с большой силой в космических масштабах — электрическая нейтральность материи, то есть наличие в каждой области Вселенной с высокой степенью точности равных количеств положительных и отрицательных зарядов.

В классических (неквантовых) рамках электромагнитное взаимодействие описывается [[классическая электродинамика|классической электродинамикой]].

{{Таблица элементарных частиц|417}}

== Свойства ==
В электромагнитном взаимодействии могут принимать участие только объекты, обладающие [[Электрический заряд|электрическим зарядом]] (в том числе и нейтральные в целом, но состоящие из заряженных частиц). Таковыми являются большинство известных фундаментальных [[Элементарная частица|элементарных частиц]], в частности, все [[кварки]], все заряженные [[лептоны]] ([[электрон]], [[мюон]] и [[тау-лептон]]), а также заряженные [[калибровочные бозоны]] [[W- и Z-бозоны|W<sup>±</sup>]]. По современным представлениям электромагнитное взаимодействие осуществляется через [[электромагнитное поле]], [[квант]]ы которого — [[фотоны]] — являются переносчиками электромагнитного взаимодействия<ref name="fe" />.

В отличие от [[Слабое взаимодействие|слабого]] и [[Сильное взаимодействие|сильного взаимодействий]], электромагнитное взаимодействие так же, как и [[Гравитационное взаимодействие|гравитационное]], является дальнодействующим. В частности, сила притяжения неподвижных противоположно заряженных тел спадает на больших расстояниях степенным образом — по [[Закон обратных квадратов|закону обратного квадрата]] (см. [[закон Кулона]]). Дальнодействие электромагнитных сил обусловлено отсутствием [[Масса|массы]] у фотонов как переносчиков этого взаимодействия<ref name="fe" />.

В микромире интенсивность ([[Эффективное сечение взаимодействия|эффективное сечение]]) электромагнитного взаимодействия характеризуется величиной [[Постоянная тонкой структуры|постоянной тонкой структуры]] (в СГСЭ):
: <math>\alpha = \frac{e^2}{\hbar c} \approx \frac{1}{137}</math>,
где <math>e</math> — [[элементарный электрический заряд]], <math>\hbar</math> — [[постоянная Планка]], <math>c</math> — [[скорость света в вакууме]]. На уровне ядерных реакций по «силе» электромагнетизм занимает промежуточное положение между [[Сильное взаимодействие|сильным]] и [[Слабое взаимодействие|слабым взаимодействиями]]. Характерные времена распадов, вызванных электромагнитным взаимодействием, — около 10<sup>−12</sup> — 10<sup>−20</sup> с, в то время, как для сильного взаимодействия — порядка 10<sup>−23</sup> с, а для слабого — 10<sup>3</sup> — 10<sup>−13</sup> с. В качестве примера можно привести сравнение сечения рассеяния на [[протон]]е фотона с энергией 1 ГэВ и [[Пион (частица)|пиона]] с соответствующей полной энергией в [[Система центра масс|системе центра масс]]. Для пиона, взаимодействие которого с протоном обусловлено сильным взаимодействием, сечение в {{formatnum:10000}} раз больше<ref name="fe" />.

Электромагнитное взаимодействие сохраняет пространственную [[Чётность (физика)|чётность]] (так называемую ''Р''-чётность), [[Зарядовое сопряжение|зарядовую чётность]] (так называемую ''C''-чётность), а также такие [[Квантовое число|квантовые числа]], как [[странность]], [[Очарование (квантовое число)|очарование]], [[Красота (квантовое число)|красота]]. Это отличает электромагнетизм от слабого взаимодействия. Одновременно, в отличие от сильного взаимодействия, электромагнитное взаимодействие в процессах с [[адрон]]ами не сохраняет [[изотопический спин]] (сопровождаясь испусканием фотона, он может меняться на ±1 или 0) и нарушает [[G-чётность|''G''-чётность]]<ref name="fe" />.

Наличие законов сохранения с учётом свойств фотонов накладывает определённые [[правила отбора]] на процессы с участием электромагнитного взаимодействия. Например, поскольку [[спин]] фотона равен 1, запрещены излучательные переходы между состояниями с нулевым [[Момент импульса|моментом импульса]]. Необходимость сохранять зарядовую чётность приводит к тому, что системы с положительной зарядовой чётностью распадаются с испусканием только чётного количества фотонов, а с отрицательной зарядовой чётностью — только нечётного. В частности, [[Позитроний|парапозитроний]] распадается на два фотона, а [[Позитроний|ортопозитроний]] — на три (см. [[позитроний]])<ref name="fe" />.

== Роль в природе ==
За счёт дальнодействия электромагнитное взаимодействие заметно проявляется как на макроскопическом, так и на микроскопическом уровнях. Фактически, подавляющее большинство [[Сила|физических сил]] в [[Классическая механика|классической механике]] — [[Сила упругости|силы упругости]], [[Трение|силы трения]], силы [[Поверхностное натяжение|поверхностного натяжения]] и т. д. — имеют электромагнитную природу<ref name="fe" />.

Электромагнитное взаимодействие определяет большинство [[Физические свойства|физических свойств]] макроскопических тел и, в частности, изменение этих свойств при переходе из одного [[Агрегатное состояние|агрегатного состояния]] в другое. Электромагнитное взаимодействие лежит в основе [[Химическая реакция|химических превращений]]. [[Электричество|Электрические]], [[Магнетизм|магнитные]] и [[Оптика|оптические явления]] также сводятся к электромагнитному взаимодействию<ref name="fe" />.

На микроскопическом уровне электромагнитное взаимодействие (с учётом квантовых эффектов) определяет структуру [[Атомная орбиталь|электронных оболочек]] [[атом]]ов, структуру [[Молекула|молекул]], а также более крупных молекулярных комплексов и кластеров. В частности, величина [[Элементарный электрический заряд|элементарного электрического заряда]] определяет размеры атомов и длину связей в молекулах. Например, [[радиус Бора]] равен <math>{{4\pi\varepsilon_0\hbar^2} \over {m_e e^2}}</math>, где <math>\varepsilon_0</math> — [[электрическая постоянная]], <math>\hbar</math> — [[постоянная Планка]], <math>m_e</math> — масса [[электрон]]а, <math>e</math> — элементарный электрический заряд<ref name="fe" />.

== Теоретическое описание ==

=== Классическая электродинамика ===
{{main|Классическая электродинамика}}
В большинстве случаев макроскопические электромагнитные процессы с необходимой степенью точности могут быть описаны в рамках классической электродинамики. В этом случае взаимодействующие объекты рассматриваются как совокупность [[Материальная точка|материальных точек]], характеризуемых помимо массы также и [[Электрический заряд|электрическим зарядом]]. При этом полагается, что взаимодействие осуществляется посредством [[Электромагнитное поле|электромагнитного поля]] — отдельным видом [[Материя (физика)|материи]], пронизывающим всё [[Пространство (физика)|пространство]].

==== Электростатика ====
{{main|Электростатика}}
Электростатика рассматривает взаимодействие неподвижных заряженных тел. Основным законом электростатики является [[закон Кулона]], устанавливающий связь между силой притяжения/отталкивания двух заряженных материальных точек, величиной их заряда и расстоянием между ними. В математической форме закон Кулона имеет вид<ref name="siv20">{{Сивухин|3|1977|часть=§ 3. Закон Кулона. Принцип суперпозиции электростатических полей|страницы=20}}</ref>:
: <math>\vec F_{12} = k\frac{q_1 q_2}{r_{12}^3}\vec r_{12},</math>
где <math>\vec F_{12}</math> — [[сила]], с которой частица 1 действует на частицу 2, <math>q_{1,2}</math> — величины зарядов частиц 1 и 2 соответственно, <math>\vec r_{12}</math> — [[радиус-вектор]], проведённый из точки расположения частицы 1 в точку расположения частицы 2 (<math>r_{12}</math> — модуль этого вектора), <math>k</math> — размерный коэффициент, значение которого зависит от используемой [[Единицы измерения|системы единиц]], в [[СГС]] он равен 1, в [[СИ]]:
: <math>k = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0},</math>
где <math>\varepsilon_0</math> — [[электрическая постоянная]].

В рамках электростатики величина [[Электрическое поле|электрического поля]], создаваемого точечным зарядом, определяется выражением<ref name="siv20" />:
: <math>\vec E = k\frac{q}{r^3}\vec r,</math>
где <math>\vec E</math> — [[напряжённость электрического поля]] в данной точке, <math>q</math> — величина заряда частицы, создающей это поле, <math>\vec r</math> — [[радиус-вектор]], проведённый из точки расположения частицы в точку, где определяется поле (<math>r</math> — модуль этого вектора).

Сила, действующая на заряженную частицу, помещённую в электрическое поле, определяется выражением:
: <math>\vec F = q\vec E,</math>
где <math>q</math> — величина электрического заряда частицы, <math>\vec E</math> — [[векторная сумма]] напряжённостей электрических полей, созданных всеми частицами (за исключением рассматриваемой) в точке, где находится частица<ref name="siv20" />.

В случае, если заряд распределён в некотором объёме с плотностью <math>\rho (\vec r)</math>, то электростатическое поле, создаваемое им, может быть найдено из [[Теорема Гаусса|электростатической теоремы Гаусса]], имеющей в дифференциальной форме в системе СГС следующий вид<ref>{{Сивухин|3|1977|часть=§ 7. Дифференциальная форма электростатической теоремы Гаусса|страницы=41}}</ref>:
: <math>\mathrm{div} \vec E = 4\pi\rho.</math>

В присутствии [[Поляризуемость|поляризуемой]] [[Диэлектрик|диэлектрической]] среды величина электрического поля, создаваемого свободными зарядами, изменяется из-за влияния связанных зарядов, входящих в состав среды. Это изменение во многих случаях может быть охарактеризовано посредством введения [[Вектор электрической поляризации|вектора поляризации]] среды <math>\vec P</math> и [[Электрическая индукция|вектора электрической индукции]] <math>\vec D.</math> При этом выполняется следующее соотношение<ref name="siv60">{{Сивухин|3|1977|часть=§ 13. Теорема Гаусса для диэлектриков|страницы=60}}</ref>:
: <math>\vec D = \vec E + 4\pi\vec P.</math>
Теорема Гаусса в этом случае записывается в виде<ref name="siv60" />:
: <math>\mathrm{div} \vec D = 4\pi\rho,</math>
где под <math>\rho</math> понимается плотность только свободных зарядов.

В большинстве случаев рассматриваемые поля значительно слабее внутриатомных полей, поэтому справедлива линейная связь между вектором поляризации и напряжённостью электрического поля в данной точке. Для изотропных сред математически этот факт выражается следующим равенством<ref name="siv66">{{Сивухин|3|1977|часть=§ 15. Поляризуемость и диэлектрическая поляризация|страницы=66—67}}</ref>:
: <math>\vec P = \alpha \vec E,</math>
где <math>\alpha</math> — коэффициент, характеризующий [[поляризуемость]] данного диэлектрика при данных [[Температура|температуре]] и [[Давление|давлении]]. Аналогично, справедлива линейная связь между напряжённостью и индукцией<ref name="siv66" />:
: <math>\vec D = \varepsilon \vec E,</math>
где коэффициент <math>\varepsilon = 1 + 4\pi\alpha</math> носит название [[Диэлектрическая проницаемость|диэлектрической проницаемости]]<ref name="siv66" />.

С учётом поляризуемой среды приведённые выше формулы для силы электростатического взаимодействия и напряжённости электростатического поля принимают вид<ref>{{Савельев|2|1970|часть=§ 18. Силы, действующие на заряд в диэлектрике|страницы=73}}</ref>:
: <math>\vec F_{12} = k\frac{q_1 q_2}{\varepsilon r_{12}^3}\vec r_{12},</math>
: <math>\vec E = k\frac{q}{\varepsilon r^3}\vec r.</math>

==== Магнитостатика ====
{{main|Магнитостатика}}
Магнитостатика изучает взаимодействие постоянных по величине и неподвижных в пространстве [[Электрический ток|электрических токов]], представляющих по своей сути поток заряженных частиц. В основе магнитостатики лежат [[закон Био — Савара — Лапласа]] и [[закон Ампера]]. Закон Био — Савара — Лапласа позволяет находить величину [[Магнитное поле|магнитного поля]], создаваемого малым элементом тока. Если имеется линейный элемент тока длиною <math>\mathrm{d}l,</math> [[сила тока]] в котором равна <math>\mathcal{I},</math> то он создаёт в окружающем пространстве магнитное поле, [[Индукция магнитного поля|индукция]] которого определяется выражением<ref>{{Савельев|2|1970|часть=§ 40. Закон Био — Савара. Поле движущегося заряда|страницы=128—130}}</ref>:
: <math>\vec{\mathrm{d}B} = k^{\prime}\mathcal{I}\frac{\left[\vec{\mathrm{d}l}\times\vec r\right]}{r^3},</math>
где <math>\vec r</math> — [[радиус-вектор]], проведённый от точки расположения элемента тока до точки пространства, в которой определяется магнитное поле (<math>r</math> — модуль этого радиус-вектора), <math>\vec{\mathrm{d}l}</math> — вектор, длина которого равна <math>\mathrm{d}l,</math> а направление совпадает с направлением тока <math>\mathcal{I}</math> (считая, что направление тока определяется движением положительно заряженных частиц), <math>k^{\prime}</math> — константа, зависящая от выбора системы единиц: в системе [[СИ]] <math>k^{\prime} = \mu_0/4\pi</math> (<math>\mu_0</math> — [[магнитная постоянная]]), в системе [[СГС]] <math>k^{\prime} = 1/c</math> (<math>c</math> — [[скорость света в вакууме]]). Знаком × в квадратных скобках здесь и ниже обозначается [[векторное произведение]].

Закон Ампера определяет величину [[Сила|силы]], с которой магнитное поле в данной точке действует на элемент тока<ref>{{Савельев|2|1970|часть=§ 46. Сила, действующая на ток в магнитном поле. Закон Ампера|страницы=156—157}}</ref>:
: <math>\vec{\mathrm{d}F} = k^{\prime\prime}\mathcal{I}\left[\vec{\mathrm{d}l}\times\vec B\right],</math>
где <math>\vec B</math> — величина магнитного поля в данной точке, равная векторной сумме магнитных полей, создаваемых всеми другими токами, <math>k^{\prime\prime}</math> — коэффициент, зависящий от выбранной системы единиц: в системе СИ он равен единице, в системе СГС — <math>k^{\prime\prime} = 1/c</math> (<math>c</math> — [[скорость света в вакууме]]).

Закон Ампера является прямым следствием выражения для магнитной составляющей [[Сила Лоренца|силы Лоренца]] — силы, с которой электромагнитное поле действует на заряженную частицу<ref>{{Савельев|2|1970|часть=§ 47. Сила Лоренца|страницы=158—159}}</ref>:
: <math>\vec F = k^{\prime\prime}q\left[\vec v\times\vec B\right],</math>
где <math>q</math> — заряд частицы, <math>\vec v</math> — её скорость.

Закон Био — Савара — Лапласа может быть переписан в виде для [[Плотность тока|плотности тока]] <math>\vec j</math><ref>{{Сивухин|3||часть=§ 50. Магнитное поле равномерно движущегося заряда. Закон Био и Савара|страницы=220}}</ref>:
: <math>\vec{\mathrm{d}B} = k^{\prime}\frac{\left[\vec j\times\vec r\right]}{r^3}\mathrm{d}V,</math>
где <math>\mathrm{d}V</math> — [[объём]] элемента объёмного тока, создающего поле. Из этой формы закона Био — Савара — Лапласа можно вывести [[Теорема о циркуляции магнитного поля|теорему о циркуляции магнитной индукции]], которая в дифференциальной форме принимает вид<ref>{{Сивухин|3||часть=§ 56. Дифференциальная форма теоремы о циркуляции|страницы=239}}</ref>:
: <math>\mathrm{rot}\vec B = 4\pi k^{\prime}\vec j.</math>

В присутствии магнитной среды (то есть среды, способной к [[Намагниченность|намагничиванию]]) её влияние характеризуется векторами [[Намагниченность|намагниченности]] среды <math>\vec I</math> и [[Напряжённость магнитного поля|напряжённости магнитного поля]] <math>\vec H.</math> При этом справедлива связь:
: <math>\vec H = \frac{\vec B}{\mu_0} - \vec I</math> — в системе СИ<ref>{{Савельев|2|1970|часть=§ 44. Описание поля в магнетиках|страницы=145}}</ref>,
: <math>\vec H = \vec B - 4\pi\vec I</math> — в системе СГС<ref name="siv253">{{Сивухин|3||часть=§ 59. Теорема о циркуляции магнитного поля в веществе|страницы=253}}</ref>.

В линейных изотропных средах справедлива простая связь между величиной намагниченности и приложенным магнитным полем (физически более правильным было бы связывать намагниченность с величиной магнитной индукции, однако по историческим причинам её выражают обычно через напряжённость магнитного поля — ввиду линейной связи между величинами <math>\vec B,</math> <math>\vec H</math> и <math>\vec I</math> принципиального значения это не имеет)<ref name="siv256">{{Сивухин|3||часть=§ 61. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость|страницы=256}}</ref><ref name="sav147">{{Савельев|2|1970|часть=§ 44. Описание поля в магнетиках|страницы=147—148}}</ref>:
: <math>\vec I = \kappa \vec H,</math>
где коэффициент <math>\kappa</math> называется [[Магнитная восприимчивость|магнитной восприимчивостью]] среды. Часто оперируют также величиной [[Магнитная проницаемость|магнитной проницаемости]] <math>\mu,</math> определяемой как:
: <math>\mu = 1 + \kappa</math> — в системе СИ<ref name="sav147" />,
: <math>\mu = 1 + 4\pi\kappa</math> — в системе СГС<ref name="siv256" />.
В этом случае справедливы соотношения:
: <math>\vec B = \mu\mu_0\vec H</math> — в системе СИ<ref name="sav147" />,
: <math>\vec B = \mu\vec H</math> — в системе СГС<ref name="siv256" />.
[[Ферромагнетики]] являются принципиально нелинейными средами, в частности, они подвержены явлению гистерезиса, и поэтому простые соотношения, указанные выше, для них несправедливы.

Теорема о циркуляции в магнитных средах принимает следующий вид<ref name="siv253" />:
: <math>\mathrm{rot}\vec H = 4\pi k^{\prime}\vec j.</math>

==== Уравнения Максвелла ====
{{main|Уравнения Максвелла}}
{{пустой раздел|дата=2014-03-26}}

=== Квантовая электродинамика ===
{{main|Квантовая электродинамика}}
{{пустой раздел|дата=2014-03-26}}

== История теории ==
[[Файл:Ørsted.jpg|thumb|140px|[[Эрстед, Ханс Кристиан|Ханс Кристиан Эрстед]]]]
Античные представления об электричестве и магнетизме

Первые упоминания об электрических и магнитных явлениях встречаются ещё в трудах древнегреческих учёных VI-III веков до нашей эры. Так, Фалес Милетский в VI веке до н.э. обратил внимание на способность натёртого янтаря притягивать лёгкие предметы. Он связывал это явление с особым "электрическим духом", заключённым в янтаре. В V веке до н.э. Демокрит выдвинул предположение, что частицы, составляющие магнит, имеют определённую ориентацию, позволяющую им притягиваться друг к другу. Аристотель в IV веке до н.э. описал способность магнита притягивать железные предметы и предложил считать магнетизм особым "качеством" материи.

Несмотря на первоначальные наблюдения, в античный период электрические и магнитные явления рассматривались лишь как курьёзные свойства некоторых природных материалов. Систематическое изучение электричества и магнетизма началось значительно позже.

Развитие электростатики и гальванизма

Существенный прогресс в изучении электрических явлений был достигнут в XVII-XVIII веках. В 1600 году английский учёный Уильям Гилберт опубликовал трактат "О магните", в котором впервые ввёл термин "электрический" для обозначения притягательных свойств натёртого янтаря. Он также установил, что Земля сама является огромным магнитом.

В 1729 году английский физик Стивен Грей провёл серию экспериментов, показавших, что электрический заряд может передаваться по проводникам на значительные расстояния. Его опыты положили начало развитию науки об электростатике. В 1733 году немецкий учёный Георг Вильгельм Рихман предложил шкалу для измерения величины электрического заряда. 

В 1745 году немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и голландский учёный Питер Ван Мушенбрук независимо друг от друга изобрели "лейденскую банку" - первый конденсатор, способный накапливать и хранить электрические заряды. Это устройство позволило проводить более точные исследования электрических явлений.

Параллельно с развитием электростатики в XVIII веке происходило становление гальванизма - учения об электрохимических процессах. В 1786 году итальянский врач Луиджи Гальвани обнаружил, что сокращение мышц лягушки можно вызвать при соприкосновении с различными металлами. Эти эксперименты легли в основу представлений об "животном электричестве".  Вольта в 1800 году построил первый в мире гальванический элемент - прообраз современной электрической батареи.

Открытие электромагнитной индукции

Существенный прорыв в понимании взаимосвязи электрических и магнитных явлений произошёл в 1820-х годах. В 1820 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед обнаружил, что электрический ток, протекающий по проводнику, вызывает отклонение магнитной стрелки. Это было первое экспериментальное доказательство связи между электричеством и магнетизмом.

Открытие Эрстеда вдохновило других учёных на дальнейшие исследования. В 1825 году французский физик Андре-Мари Ампер сформулировал законы взаимодействия проводников с электрическим током, доказав, что электрические токи создают вокруг себя магнитные поля. Ампер также выдвинул гипотезу о том, что магнетизм обусловлен движением электрических зарядов внутри вещества.
[[Файл:Andre-marie-ampere2.jpg|thumb|140px|left|[[Андре-Мари Ампер]]]]
Ключевым событием стало открытие электромагнитной индукции английским физиком Майклом Фарадеем в 1831 году. Фарадей установил, что изменение магнитного поля вызывает возникновение электрического тока в проводнике, помещённом в это поле. Это явление легло в основу принципа работы генераторов, трансформаторов и многих других электрических устройств.
[[Файл:SS-faraday.jpg|thumb|140px|[[Фарадей, Майкл|Майкл Фарадей]]]]

Развитие классической электродинамики

Теоретическое обобщение электрических, магнитных и индукционных явлений было сделано британским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом в 1860-х годах. Он тщательно изучил работы предшественников - Фарадея, Ампера, Кулона и других пионеров электромагнетизма и сформулировал фундаментальные уравнения электромагнетизма, описывающие взаимосвязь электрических и магнитных полей. В 1865 году Максвелл опубликовал свою знаменитую статью "Динамическая теория электромагнитного поля", в которой предпринял первую попытку единого теоретического описания электрических, магнитных и оптических явлений. Он представил электромагнетизм как единое целое, основанное на концепции электромагнитного поля. В 1873 году Максвелл завершил работу над фундаментальным трудом "Трактат об электричестве и магнетизме". В этой книге он сформулировал систему уравнений, описывающих взаимосвязь электрических и магнитных полей. Эти уравнения, ныне известные как уравнения Максвелла, являются математической основой классической электродинамики. Максвелл также  в 1864 году предсказал существование электромагнитных волн, распространяющихся с конечной скоростью. После тщательного анализа своих уравнений им было выведено, что скорость распространения этих волн равна скорости света, что позволило ему сделать вывод о том, что свет является разновидностью электромагнитных волн.

Экспериментальное подтверждение существования электромагнитных волн было получено в 1888 году немецким физиком Генрихом Герцем. Он смог генерировать, излучать и принимать электромагнитные волны в лабораторных условиях, открыв тем самым новую главу в истории физики.

Открытие Герца стало отправной точкой для создания радиотехники. В 1895 году российский физик Александр Попов продемонстрировал первую в мире систему радиосвязи. Вскоре после этого итальянский инженер Гульельмо Маркони изобрёл первый коммерческий радиотелеграф.

Развитие классической электродинамики Максвелла-Герца в конце XIX века завершило формирование электромагнетизма как фундаментальной физической теории, объединившей электрические, магнитные и оптические явления.

Открытия в квантовой электродинамике

В начале XX века успехи классической электродинамики были дополнены революционными открытиями в области квантовой механики. В 1905 году Альберт Эйнштейн объяснил фотоэлектрический эффект, постулировав существование квантов света - фотонов. Это положило начало становлению квантовой электродинамики.

В 1927 году советский физик Пётр Капица обнаружил явление сверхтекучести жидкого гелия, открыв новое квантовое состояние вещества. В 1947 году американские физики Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли изобрели первый полупроводниковый транзистор, заложив основы современной микроэлектроники.

Дальнейшее развитие квантовой электродинамики в 1940-1950-х годах связано с работами Ричарда Фейнмана, Джулиана Швингера и Синъитиро Томонаги. Ими была создана последовательная теория взаимодействия электромагнитного поля с заряженными частицами, учитывающая квантовые эффекты.

Современные достижения и перспективы

Современная квантовая электродинамика является одной из наиболее точных физических теорий. Она позволяет с высокой точностью предсказывать и описывать широкий спектр электромагнитных явлений - от элементарных взаимодействий на субатомном уровне до сложных процессов в космических масштабах.

Знания в области электромагнетизма находят применение в самых разных областях - от электроники и радиотехники до астрофизики и космонавтики. Дальнейшее развитие электромагнитной теории открывает новые возможности для создания высокотехнологичных устройств, совершенствования современных технологий и глубокого познания окружающего мира.

== См. также ==
* [[Электромагнитные колебания]]
* [[Теория всего]]

== Примечания ==
{{Примечания|refs=
<ref name="fe">
{{Книга:Физическая энциклопедия|5|автор=А. А. Комар, А. И. Лебедев.|статья=Электромагнитное взаимодействие|ссылка=http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4664.html|страницы=540—542}}
</ref>
}}

== Литература ==
* {{ВТ-ЭСБЕ|Электромагнетизм|[[Баумгарт, Карл Карлович|Баумгарт К. К.]]}}
* {{книга|автор=Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М.|заглавие=[[Курс теоретической физики Ландау и Лифшица|Краткий курс теоретической физики]]. В 2-х т|место=М.|издательство=Наука|год=1972|том=II. Квантовая механика|страниц=368}}

{{BC}}{{Фундаментальные взаимодействия}}{{rq|sources|refless}}

[[Категория:Фундаментальные взаимодействия]]
[[Категория:Электромагнетизм]]
[[Категория:Стандартная модель]]