Bonjour à tous, dans l'article précédent, nous avons passé en revue les éléments suivants Equations de Maxwell. Cette série d'équations a été classée comme la plus belle formule en 2020, comparable à Formule de mécanique de Newton, L'équation masse-énergie d'Einsteinet Formule d'Euler.
Certains élèves peuvent se demander si, en dehors de ces symboles mathématiques complexes, il ne s'agit pas simplement d'un texte :
- Loi de Gauss sur l'électricité
- Loi de Gauss sur le magnétisme
- Loi de Faraday sur l'induction électromagnétique
- Loi de la boucle d'Ampère?
Oui, et c'est là que les choses deviennent passionnantes.
La percée : Le courant de déplacement prédit les ondes électromagnétiques
Cette équation a prédit l'existence des ondes électromagnétiques et inaugure l'ère du sans fil.
Le partie rouge dans l'équation est le densité de courant de déplacement, également représentée par JDqui représente le courant de déplacement traversant une unité de surface.
Le présent le courant de déplacement est indépendant du courant de conduction dans le théorème de la boucle d'Ampère. Il a été proposé par Maxwell pour résoudre le problème de l'application de la loi d'Ampère à l'électricité. les courants non stablesce qui prouve que :
- Non seulement courants constants peut générer des champs magnétiques
- Mais aussi la modification des champs électriques peut générer des champs magnétiques
Ainsi, pour le champ électrique changeant et le champ magnétique changeant, c'est toi en moi, moi en toi, qu'est-ce que c'est ? N'est-ce pas une onde électromagnétique ? Oui, l'intérêt des équations de Maxwell est que, par une simple dérivation mathématique, nous pouvons obtenir l'équation d'onde du champ électromagnétique.
Dérivons ensemble :
Pour simplifier, nous avons finalement donné l'équation du champ électrique dans des conditions passives unidimensionnelles, une équation d'onde du champ électrique parfait. En même temps, selon les équations de Maxwell ④, nous pouvons également dériver l'équation d'onde du champ magnétique. Nous organisons ci-dessous l'équation d'onde du champ électromagnétique passif unidimensionnel le plus simple,
Et la vitesse de l'onde v de cette équation d'onde est la vitesse de la lumière dans le vide ≈ 3*10^8 m/s
Prédiction de Maxwell et confirmation de Hertz
Lorsque Maxwell a prédit pour la première fois l'existence d'ondes électromagnétiques et a suggéré que la lumière elle-même est une onde électromagnétiqueLa communauté scientifique avait de sérieux doutes.
Ce n'est qu'après 1888, neuf ans après la mort de Maxwell, que Hertz a confirmé l'existence des ondes électromagnétiques par des expériences. Il a également mesuré leur vitesse de propagation à l'aide du méthode des ondes stationnaireset a publié les résultats dans :
"Sur les ondes électromagnétiques dans l'air et leurs réflexions".
Mais la confirmation de la vitesse de la vague ne signifiait pas nécessairement que l'on était en présence d'un problème. les ondes lumineuses sont des ondes électromagnétiques.
La preuve supplémentaire de Hertz
Au cours d'expériences ultérieures, Hertz a vérifié l'existence de ce phénomène :
- Réflexion
- Réfraction
- Concentration
- Interférence
- Diffraction
- Polarisation
...d'ondes électromagnétiques - et a souligné que :
Les ondes électromagnétiques sont des ondes transversales -
avec exactement les mêmes propriétés que les ondes lumineuses
Ce n'est qu'à ce moment-là que le La prédiction de Maxwell pleinement acceptée par la communauté scientifique.
Feynman et Einstein sur le génie de Maxwell
Feynman a fait l'éloge de Maxwell dans son Conférences sur la physique:
"La lumière - cette chose commune et insaisissable - est si importante et si mystérieuse que, lors de la rédaction de la Genèse, Dieu a eu besoin d'un jour spécial pour la créer. Mais lorsque Maxwell a achevé sa découverte, il a pu dire : "Tant qu'il y aura de l'électricité et du magnétisme, il y aura de la lumière : Tant qu'il y aura de l'électricité et du magnétisme, il y aura de la lumière".
La théorie de la relativité d'Einstein a également été profondément influencé par Maxwell, notamment en termes de :
Invariance de la vitesse de la lumière
Symétrie électromagnétique
Symétrie de l'espace-temps
L'héritage de Maxwell et l'avenir de l'ingénierie RF
Le La progression de l'histoire est pleine de rebondissements. Maxwell n'a été reconnu comme le plus grand physicien mathématique après Newton qu'après le succès de l'expérience de Hertz.
Einstein a un jour soupiré :
"Les physiciens ont mis de nombreuses années à comprendre toute l'importance de la découverte de Maxwell. Son génie n'a été vaincu qu'après que Hertz a confirmé l'existence des ondes électromagnétiques par l'expérience".
De Coulomb aux ingénieurs RF
La théorie de l'électromagnétisme est une magnifique bâtiment.
- Il a fallu plus de 110 ans de Théorème de Coulomb (1785) à Expérience de Hertz (1888).
- Ampère, Gauss et Faraday a jeté des bases solides.
- Maxwell a construit la structure.
- Hertz a donné vie à cette idée en apportant des preuves expérimentales.
Et aujourd'hui, notre travail en tant que Ingénieurs RF et développeurs d'antennes est de :
Rendre ce bâtiment plus confortable et plus pratique à vivre.
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