Elektromagnit maydon

Elektromagnit maydon — fundamental fizik maydon bo‘lib, u elektr zaryadlangan jismlar bilan, shuningdek, o‘z dipol va multipol elektr va magnit momentlariga ega jismlar bilan o‘zaro ta’sirlashadi. U elektr va magnit maydonlaridan iborat. Bu maydonlar muayyan sharoitlarda bir-birini yuzaga keltirishi mumkin va aslida yagona fizik mohiyatni tashkil qiladi. Ularning birligini ifodalovchi matematik obyekt — elektromagnit maydon tenzori.

Elektromagnit maydon (va uning vaqt davomida o‘zgarishi) klassik yaqinlashuvda elektrodinamika doirasida Maksvell tenglamalari tizimi orqali tavsiflanadi. Bir inersial sanoq sistemasidan boshqasiga o‘tilganda yangi sanoq sistemasidagi elektr va magnit maydonlarning har biri eski sistemadagi elektr hamda magnit maydonlarning ikkalasiga ham bog‘liq bo‘ladi. Bu ham elektr va magnit maydonlarni yagona elektromagnit maydonning namoyon bo‘lish shakllari deb qarashga asos bo‘ladi.

Zamonaviy ta’rifga ko‘ra, elektromagnit maydon elektromagnit maydon tenzori bilan ifodalanadi. Ushbu tenzor tarkibiga elektr maydon kuchlanganligining uchta komponenti hamda magnit maydon kuchlanganligining uchta komponenti (yoki magnit induksiyasining uchta komponenti) kiradi. Bundan tashqari, u to‘rt o‘lchamli elektromagnit potensial orqali ham ifodalanadi; bu potensial ayrim jihatdan yanada muhimroqdir.

Klassik yaqinlashuvda elektromagnit maydonning zaryadlangan jismlarga ta’sirini tavsiflovchi tushuncha — Lorens kuchi.

Elektromagnit maydonning kvant xossalari va uning zaryadlangan zarralar bilan o‘zaro ta’siri (shuningdek, klassik yaqinlashuvga kvant tuzatishlari) kvant elektrodinamikasining tadqiqot predmetidir. Biroq elektromagnit maydonning ayrim kvant xossalarini tarixan ancha oldin paydo bo‘lgan soddalashtirilgan kvant nazariyasi ham ma’lum darajada qoniqarli tavsiflay oladi.

Elektromagnit maydondagi fazo bo‘ylab tarqaladigan g‘alayon elektromagnit to‘lqin (elektromagnit to‘lqinlar) deb ataladi. Barcha elektromagnit to‘lqinlar bo‘sh fazoda (vakuumda) bir xil tezlikda — yorug‘lik tezligida tarqaladi (yorug‘likning o‘zi ham elektromagnit to‘lqindir). To‘lqin uzunligiga qarab elektromagnit nurlanish quyidagi turlarga bo‘linadi: radio nurlanish, yorug‘lik (jumladan, infraqizil va ultrabinafsha nurlanish), rentgen nurlanishi va gamma-nurlanish.

Kashf etilish tarixi

Qadimdan, xususan, antik davrdan boshlab, elektr va magnetizm hodisalari ma’lum bo‘lgan. Biroq ular XIX asr boshlariga qadar bir-biriga bog‘liq bo‘lmagan hodisalar deb hisoblangan va fizikaning alohida bo‘limlarida o‘rganilgan.

1819-yilda daniyalik fizik X. K. Ersted o‘zidan elektr toki o‘tayotgan o‘tkazgich uning yaqinidagi magnit kompas strelkasini og‘dirishini aniqladi. Bu elektr va magnit hodisalarning o‘zaro bog‘liqligini ko‘rsatdi.

Fransuz fizigi va matematigi A. Amper 1824-yilda tokli o‘tkazgich bilan magnit maydonning o‘zaro ta’sirini matematik jihatdan tavsifladi (qarang: Amper qonuni).

1831-yilda ingliz fizigi M. Faradey tajriba yo‘li bilan elektromagnit induksiya hodisasini aniqladi va uni matematik jihatdan tavsifladi. Bu hodisa o‘zgaruvchan magnit maydon ta’siridagi o‘tkazgichda elektr yurituvchi kuch paydo bo‘lishidan iborat.

1864-yilda J. Maksvell elektromagnit maydon nazariyasini yaratdi. Bu nazariyaga ko‘ra, elektr va magnit maydonlar yagona elektromagnit maydonning o‘zaro bog‘liq tarkibiy qismlaridir. Nazariya elektrodinamika sohasidagi avvalgi barcha tadqiqotlar natijalarini yagona nuqtayi nazardan tushuntirdi. Bundan tashqari, unga ko‘ra, elektromagnit maydonning har qanday o‘zgarishi elektromagnit to‘lqinlarni yuzaga keltirishi kerak. Bu to‘lqinlar dielektrik muhitda (jumladan, bo‘shliqda) shu muhitning dielektrik va magnit singdiruvchanligiga bog‘liq bo‘lgan chekli tezlik bilan tarqaladi. Vakuum uchun hisoblangan nazariy tezlik o‘sha paytda tajribada o‘lchangan yorug‘lik tezligiga yaqin bo‘lgan. Shu asosda Maksvell yorug‘lik elektromagnit to‘lqinlarning ko‘rinishlaridan biri ekanini taxmin qildi. Keyinchalik bu taxmin tasdiqlandi.

Maksvell nazariyasi yaratilgan paytdayoq elektromagnit nazariyaning qator muhim muammolarini hal qildi, yangi hodisalarni bashorat qildi va elektromagnit jarayonlarni tavsiflash uchun ishonchli hamda samarali matematik asos yaratdi. Biroq Maksvell hayotligida uning nazariyasidagi eng muhim bashorat — elektromagnit to‘lqinlarning mavjudligi — bevosita tajribada tasdiqlanmadi.

1887-yilda nemis fizigi G. Gers Maksvellning nazariy xulosalarini to‘liq tasdiqlagan tajribani o‘tkazdi. Uning qurilmasi bir-biridan ma’lum masofada joylashgan elektromagnit to‘lqin uzatkich va qabul qilgichdan iborat bo‘lib, amalda tarixdagi ilk radioaloqa tizimi edi. Biroq Gers o‘z kashfiyotining amaliy qo‘llanishini ko‘rmagan va tajribani faqat Maksvell nazariyasining tasdig‘i deb hisoblagan.

XX asrda elektromagnit maydon va elektromagnit nurlanish haqidagi tasavvurlar kvant maydon nazariyasi doirasida rivojlandi. Uning asoslariga buyuk nemis fizigi Maks Plank tamal toshini qo‘ygan. XX asr o‘rtalariga kelib bir qator fiziklar tomonidan deyarli yakunlangan ushbu nazariya hozirgacha mavjud eng aniq fizik nazariyalardan biriga aylandi.

XX asrning ikkinchi yarmida elektromagnit maydon va uning o‘zaro ta’sirining kvant nazariyasi yagona elektrokuchsiz o‘zaro ta’sir nazariyasiga birlashtirildi. Bugungi kunda u Standart model tarkibiga kalibrlovchi maydonlar tushunchasi doirasida kiradi (bu nuqtayi nazardan elektromagnit maydon kalibrlovchi maydonlarning eng sodda turi — abelcha kalibrlovchi maydondir).

Tasnifi

Zamonaviy qarashlarga ko‘ra, elektromagnit maydon massasiz abelcha vektor kalibrlovchi maydondir. Uning kalibrlash guruhi — U(1) guruhi.

Ma’lum (gipotetik bo‘lmagan) fundamental maydonlar orasida elektromagnit maydon shu turga mansub yagona maydondir. Nazariy jihatdan tasavvur qilish mumkin bo‘lgan boshqa shu turdagi maydonlar, ehtimol, faqat ayrim konstantalari bilan farqlanib, elektromagnit maydonga butunlay ekvivalent bo‘lar edi.

Fizik xossalari

Elektromagnit maydon va elektromagnit o‘zaro ta’sirning fizik xossalarini elektrodinamika o‘rganadi. Klassik nuqtayi nazardan ular klassik elektrodinamika orqali, kvant nuqtayi nazardan esa kvant elektrodinamikasi orqali tavsiflanadi. Aslida birinchi nazariya ikkinchisining ancha soddaroq yaqinlashuvidir, ammo ko‘plab masalalar uchun u juda yaxshi natija beradi.

Kvant elektrodinamikasi doirasida elektromagnit nurlanishni fotonlar oqimi deb qarash mumkin. Elektromagnit o‘zaro ta’sirning tashuvchi zarrasi — foton, ya’ni elektromagnit maydonning elementar kvant qo‘zg‘alishi sifatida tasavvur qilinadigan massasiz vektor bozondir. Foton elektromagnit maydon kvanti ham deb ataladi. Bunda ma’lum chastota va to‘lqin vektoriga ega erkin elektromagnit maydonning energiya bo‘yicha qo‘shni statsionar holatlari bir fotonga farq qilishi nazarda tutiladi.

Elektromagnit o‘zaro ta’sir — uzoq masofadan ta’sir etuvchi fundamental o‘zaro ta’sirlarning asosiy turlaridan biri, elektromagnit maydon esa fundamental maydonlardan biridir.

Standart model tarkibiga kiruvchi va elektromagnit hamda kuchsiz o‘zaro ta’sirni yagona elektrokuchsiz o‘zaro ta’sirga birlashtiruvchi nazariya mavjud. Elektromagnit va gravitatsion o‘zaro ta’sirlarni birlashtiruvchi nazariyalar ham bor (masalan, Kalutsa–Kleyn nazariyasi). Biroq so‘nggi nazariya o‘zining nazariy afzalliklari va nafisligiga qaramay, umumiy qabul qilinmagan (ya’ni boshqalardan afzal deb tan olinmagan). Sababi tajribalarda uning elektromagnetizm va gravitatsiya haqidagi odatiy nazariyalarni oddiy birlashtirishdan farqi aniqlanmagan; shuningdek, uning alohida qiymatini e’tirof etishga majbur qiladigan darajadagi nazariy ustunliklari ham ko‘rsatilmagan. Hozircha boshqa shunga o‘xshash nazariyalar haqida ham, eng yaxshi holatda, shu fikrni aytish mumkin: hatto ularning eng ilg‘orlari ham to‘liq muvaffaqiyatli deb hisoblanish uchun yetarlicha ishlab chiqilmagan.

Elektromagnit maydonlar xavfsizligi

Elektromagnit maydon (EMM) manbalarining turmushda (mikroto‘lqinli pechlar, mobil telefonlar, televideniye va radioeshittirish) hamda ishlab chiqarishda (yuqori chastotali uskunalar, radioaloqa) tobora ko‘payib borishi sababli EMM darajalarini me’yorlashtirish va EMMning inson salomatligiga ehtimoliy ta’sirini o‘rganish muhim ahamiyat kasb etmoqda. EMM darajalari ish joylari va aholi yashash hududlari uchun alohida me’yorlashtiriladi.

EMM darajalarini nazorat qilish sanitariya nazorati organlari va elektr aloqa inspeksiyasi zimmasiga yuklatilgan, korxonalarda esa buning uchun mehnatni muhofaza qilish xizmati javobgardir.

Turli radiochastota diapazonlarida EMM uchun ruxsat etilgan eng yuqori darajalar bir-biridan farq qiladi.

Adabiyotlar

Havolalar