Fusha elektromagnetike

Fusha elektromagnetike është një fushë e prodhuar nga objekte të ngarkuara elektrikisht. Ajo ndikon mbi sjelljen e objekteve të ngarkuara në afërsi të fushës.

Fusha elektromagnetike shpërhapet në mënyrë të përcaktuar në hapësirë, roli i saj është përshkrimi i bashkëveprimit elektromagnetik midis ngarkesave. Ajo është një nga katër bashkeveprimet themelore të natyrës (të tjerat janë gravitacioni, bashkeveprimi i dobet, dhe bashkeveprimi i forte).

Fusha mund te shikohet si një kombinim i fushes elektrike dhe i fushës magnetike. Fusha elektrike prodhohet nga ngarkesa stacionare, dhe fusha magnetike prodhohet nga ngarkesa levizëse (rryma elektrike); këto të dyja zakonisht përshkruhen si burimet e fushës. Rruga në të cilën ngarkesat dhe korrentet bashkëveprojne me fushën elektromagnetike përshkruhet nga ekuacionet e Maksuellit dhe nga forca e Lorencit.

Nga perspektiva e klasike, fusha elektromagnetike mund të shikohet si nje fushë e vazhduar, e lëmuar që përhapet si një valë, nga perspektiva mekaniko kuantike, fusha shikohet si një madhësi e kuantizuar , e perbërë nga fotone individuale.

Struktura e fushës elektromagnetike

Fusha elektromagnetike mund të shikohet në dy mënyra: strukturë e vazhdueshme ose strukturë diskrete.

Struktura e vazhdueshme

Klasikisht, fushat elektrike dhe magnetike mendohet të jenë produkt i lëvizjeve të qeta të objekteve të ngarkuara. Për shembull, ngarkesat lëkundëse prodhojnë fusha elektrike dhe magnetike që mund të shikohen si “të qeta”, të vazhdueshme. Në këtë rast, energjia shihet si të jetë vazhdimisht e transferueshme përmes fushës elektromagnetike në mes të dy vendeve. Për shembull, atomet e metalit në radio-transmetues paraqiten si transferues të vazhdueshëm të energjisë. Kjo pamje është në dobishme në disa fusha (rrezatimi i frekuencës së ulët), por problemet shfaqen më frekuencat e lara (shih katastrofa ultravioletë).

Struktura diskrete

Fusha elektromagnetike mund të mendohet në më shumë se një mënyrë “të rëndomtë”. Eksperimentet tregojnë se në disa rrethana energjia elektromagnetike e transferuara është më mirë të përshkruhet si të jetë e grumbulluar në një formë të pakove të quajtura kuante (në këtë rast, fotone me frekuencë të fiksuar. Relacioni i Plankut e lidh energjinë E të një fotoni me frekuencën e tij v përmes këtij ekuacioni:^[1]

E=\,h\,\nu

ku h është konstanta e Plankut, e emëruar për ndër të Maks Plankut, dhe v është frekuenca e fotonit. Megjithëse optika moderne kuantike na tregon se ka shpjegim gjysmë-klasik të efektit fotoelektrik – lëshimi i elektroneve nga sipërfaqet metalike – fotoni u përdor historikisht (megjithëse jo gjithsesi e nevojshme) për të sqaruar disa vëzhgime. Është gjetur se rritja e intensitetit të rrezatimit (për aq kohë sa mbetemi në regjim linear) rrit vetëm numrin e elektroneve të nxjerra, dhe nuk ka efekt pothuajse fare në shpërndarjen e energjisë të nxjerrjes e tyre. Vetëm frekuenca e rrezatimit është relecante me energjinë e elektroneve të nxjerra.

Kjo pikturë kuantike e fushës elektromagnetike (që e trajton atë si analoge me lëkundjet harmonike) provoi suksesshëm, duke i dhënë rritje elektrodinamikës kuantike, një teori të fushës kuantike duke përshruar ndërveprimin e rrezatimit elektromagnetik me materien e ngarkuar. Po ashtu i dha rritje optikës kuantike, e cila është e ndryshme nga elektrodinamike kuantike në atë se vetë materia është e modeluar duke përdorur mekaniken kuantike më shumë se teoria e fushës kuantike.

Dinamika e fushës elektromagnetike

Në të kaluarën, objektet e ngarkuara elektrikisht mendohej se prodhonin dy tipe të ndryshme, të palidhura, të fushës duke asociuar në vetinë e ngarkesës së tyre. Një fushë elektrike prodhohet kur ngarkesa është stacionare në lidhje me një vëzhgues që mat vetitë e ngarkesës, dhe një fushë magnetike (ashtu si edhe një fushë elektrike) prodhohet kur një ngarkesë lëvizë (duke krijuar një rrymë elektrike) në lidhje me këtë vëzhgues. Me kohë, u kuptua që fushat elektrike dhe magnetike janë të menduara më mirë si dy pjesë të një tërësie të madhe – fushës elektromagnetike. Deri në vitin 1831 elektriciteti dhe magnetizmi janë shikuar si fenomene të palidhura. Në vitin 1813 Micheal Faraday, një nga mendimtarët më të mëdhenj të kohës së tij, bëri një vëzhgim themelor duke ardh në përfundim se fushat magnetike të ndryshueshme me kohë mund të indukojnë rryma elektrike dhe atëherë, në vitin 1864, James Clerk Maxwell publikoi letrën e tij të famshme në teorinë dinamike të fushës elektromagnetike.^[2]

Pasi fusha elektromagnetike prodhohet njëherë nga një shpërndarje e dhënë e ngarkesës, objektet tjera të ngarkuara në këtë fushë do të provojnë një forcë (në të njëjtën mënyrë që planetët e provojnë një forcë nga fushën gravitacionale të Diellit). Nëse këto ngarkesa dhe rryma janë të krahasueshme në madhësi të burimeve që prodhojnë fushat elektromagnetike, atëherë një fushë e re elektromagnetike përfundimtare do të prodhohet. Kështu, fusha elektromagnetike mund të shihet si entitet dinamik që shkakton ngarkesa të tjera dhe bën të lëvizin rrymat, dhe e cila është po ashtu e prekur nga ato. Këto ndërveprime janë të përshkruara nga ekuacionet e Maksuellit dhe forca e Lorencit.

Vetitë e fushës

Sjellja reciproke e fushave elektrike dhe magnetike

Dy ekuacionet e Maksuellit, ligji i Faradeit dhe ligji i Amper-Maksuellit, ilustrojnë në tipar shumë praktik të fushës elektromagnetike. Ligji i Faradeit mund të thuhet si “një fushë e ndryshueshme magnetike krijon një fushë elektrike”. Ky është principi pas gjeneratorit elektrik.

Drita si çrregullim elektromagnetik

Ekuacionet e Maksuellit marrin formën e një vale elektromagnetike në vëllimin e hapësirës duke mos përmbajtur ngarkesa ose rryma – që d.m.th. $\rho$ dhe J janë zero. Nën këto kushte, fushat elektrike dhe magnetike kënaqin ekuacionin e valës elektromagnetike:^[3]

\left(\nabla ^{2}-{1 \over {c}^{2}}{\partial ^{2} \over \partial t^{2}}\right)\mathbf {E} \ \ =\ \ 0

\left(\nabla ^{2}-{1 \over {c}^{2}}{\partial ^{2} \over \partial t^{2}}\right)\mathbf {B} \ \ =\ \ 0

James Clerk Maxwell ishte i pari që e vërejti këtë lidhje duke kompletuar ekuacionet e Maksuellit.

Referime

^ Spencer, James N.; etj. (2010). Chemistry: Structure and Dynamics. John Wiley & Sons. fq. 78. ISBN 9780470587119. {{cite book}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)
^ Maxwell 1864 5, page 499; also David J. Griffiths (1999), Introduction to electrodynamics, third Edition, ed. Prentice Hall, pp. 559-562"(as quoted in Gabriela, 2009)
^ Field and Wave Electromagnetics (2nd Edition), David K. Cheng, Prentice Hall, 1989. ISBN 978-0-201-12819-2 (Intermediate level textbook)

Lidhje te jashtme

[1] Spencer, James N.; etj. (2010). Chemistry: Structure and Dynamics. John Wiley & Sons. fq. 78. ISBN 9780470587119. {{cite book}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)

[2] Maxwell 1864 5, page 499; also David J. Griffiths (1999), Introduction to electrodynamics, third Edition, ed. Prentice Hall, pp. 559-562"(as quoted in Gabriela, 2009)

[3] Field and Wave Electromagnetics (2nd Edition), David K. Cheng, Prentice Hall, 1989. ISBN 978-0-201-12819-2 (Intermediate level textbook)

[1]

[2]

[3]