19. stoljeće - Elektricitet i magnetizam
Maxwellovo je djelo najdublje i najplodnije
što se fizici dogodilo od Newtona.
Albert Einstein |
|
 Znameniti škotski fizičar James Clerk Maxwell (1831. – 1879.) zadužio je mnoga područja fizike, no najznačajniji je doprinos dao klasičnoj elektrodinamici, koju je obogatio kapitalnim djelom po kojem ga, uz Newtona i Einsteina, mnogi svrstavaju u tri najznačajnija fizičara svih vremena. Maxwell je matematički formulirao Faradayeva otkrića, ustanovio jednadžbe elektromagnetnih polja i teorijski pokazao da je svjetlost elektromagnetne prirode. Jedan je od osnivača kinetičke teorije plinova, u kojoj je formulirao zakon raspodjele brzina.
Teoriju elektromagnetizma Maxwell razvija od 1861. do 1864. godine, povezuje električne i magnetne pojave i oblikuje Maxwellove jednadžbe – fundamentalne jednadžbe klasične elektrodinamike i temelj teorijske elektrotehnike kojima se podvrgavaju sve električne i magnetne pojave. Formulirao ih je koristeći u to doba poznate zakone; Faradayev zakon elektromagnetne indukcije, Gaussov zakon te Ampèreov zakon koji je poopćio uvođenjem struje pomaka. Jednadžbe opisuju ovisnost električnoga i magnetnoga polja o nabojima i strujama i njihovo međudjelovanje kada se polja mijenjaju u vremenu. Zahvaljujući Stokesovu i Gaussovu teoremu mogu se prikazati u diferencijalnom i integralnom obliku, a u teoriji relativnosti i kvantnoj elektrodinamici koristi se i njihov tenzorski zapis u sklopu kojega se pokazuje se da su invarijantne na Lorentzove transformacije.
 Maxwell predviđa postojanje elektromagnetnih valova koji se gibaju brzinom svjetlosti. Utemeljenost je toga predviđanja potvrdio njemački fizičar Heinrich Rudolf Hertz (1857. – 1894.) kojemu dugujemo i današnji matematički zapis Maxwellovih jednadžbi, puno jednostavniji od originalnoga, Maxwellova. Mladi je Hertz 1888. godine eksperimentalno dokazao postojanje elektromagnetnih valova predviđenih Maxwellovom teorijom, i njihovu istovrsnost s valovima svjetlosti. Opisao je širenje, odbijanje, lom i polarizaciju elektromagnetnih valova i eksperimentalno dokazao valnu prirodu elektromagnetnoga zračenja, a time i ispravnost cjelokupne Maxwellove elektrodinamike. Hertz nije uviđao mogućnosti primijene elektromagnetnih valova, no njegov je rad značio rođenje radiotehnike.
Hertz nije bio svjestan praktičnih posljedica svojih pokusa ni „bežične revolucije” koju će oni potaknuti. Izjavio je: `Nije to od neke velike koristi /.../ to je samo pokus koji dokazuje da je maestro Maxwell bio u pravu – samo da postoje ti misteriozni elektromagnetni valovi koje ne možemo vidjeti golim okom. Ali oni su ovdje`.
Upitan za posljedice, za moguća grananja svojih otkrića je odgovorio: `Nikakve, pretpostavljam.`
Iz biografije Heinricha Rudolfa Hertza, Institut za kemiju Sveučilišta Hebrew u Jeruzalemu |
Hertz je istraživao električne titraje proizvodeći ih električnim oscilatorom. Njegovi su proračuni zračenja električnoga dipola bili temelj teorije zračenja antene i klasične teorije zračenja atoma i molekula.
William Thompson (1824. – 1907.), poznatiji kao lord Kelvin, proučava električne titraje u krugu koji se sastoji od kondenzatora i zavojnice. Thomson primijenjuje načelo očuvanja energije na proces nabijanja kondenzatora i zaključuje da „glavni vodič tjera svoj naboj, nabijajući se manjom količinom elektriciteta suprotnoga predznaka, zatim se ponovno nabija još manjom količinom elektriciteta početnoga predznaka i ta se pojava ponavlja vrlo mnogo puta, sve dok se ne uspostavi ravnoteža”.
Njemački fizičar Berend Feddersen (1832. – 1918.) se bavi izbojem kondenzatora kroz iskrište preko zavojnice. U rotirajućem zrcalu motri sliku iskre koja pri tome nastaje i dolazi do zaključka da „u električnoj iskri dolazi do suprotne struje i da se vrijeme jednoga titraja povećava s drugim korijenom iz električki nabijene površine”. Heinrich Hertz 1887. godine opisuje mogućnost dobivanja titranja oko sto puta veće frekvencije od onih koje je promatrao Feddersen. Njegovi su proračuni upućivali na zaključak da se ta titranja po frekvencijskom opsegu nalaze između zvučnih titranja tijela i svjetlosnih titranja hipotetskoga etera. Prvi je prijemnik električnih titranja, tada zvanih i „Hertzovi valovi“, 1890. godine konstruirao Eduard Branley (1844. – 1940.). Ernst Rutherford 1894. godine utvrđuje da električni titraji utječu na magnetiziranost željezne jezgre što se može iskoristiti za njihovo detektiranje te objavljuje i rad o uređaju koji detektira elektromagnetne valove na većim udaljenostima.
|
|
|
