Göreli elektromanyetizma - Relativistic electromagnetism

Bu makale, özel göreliliği içeren basitleştirilmiş bir elektromanyetizma sunumu hakkındadır. Özel görelilik ve elektromanyetizma arasındaki ilişki hakkında daha genel bir makale için bkz. Klasik elektromanyetizma ve özel görelilik. Daha ayrıntılı bir tartışma için bkz. Klasik elektromanyetizmanın kovaryant formülasyonu.
Hakkında makaleler
Elektromanyetizma
Solenoid

Göreli elektromanyetizma fiziksel bir fenomendir elektromanyetik alan nedeniyle teori Coulomb yasası ve Lorentz dönüşümleri.

Elektromekanik

Maxwell önerdikten sonra diferansiyel denklem modeli 1873'teki elektromanyetik alanla ilgili olarak, alanların etki mekanizması söz konusu oldu, örneğin Kelvin’in ana sınıfı tutuldu Johns Hopkins Üniversitesi 1884'te ve bir yüzyıl sonra anıldı.[1]

Çeşitli hareketli gözlemcilerden bakıldığında denklemlerin tutarlı kalması gerekliliği, Özel görelilik, aracılığın ışık ve radyasyon yoluyla olduğu 4-uzayın geometrik teorisi.[2] boş zaman geometri, başta jeneratörler, motorlar ve aydınlatma olmak üzere elektrik teknolojisinin teknik açıklaması için bir bağlam sağladı. Coulomb kuvveti genelleştirildi Lorentz kuvveti. Örneğin, bu modelle iletim hatları ve güç ızgaraları geliştirildi ve Radyo frekansı iletişim keşfedildi.

Göreli bir temele tam teşekküllü bir elektromekanik monte etme çabası, çalışmalarında görülmektedir. Leigh Sayfası, 1912'deki proje taslağından[3] onun için ders kitabı Elektrodinamik (1940)[4] Hareketli gözlemciler üzerinden bakıldığında elektrik ve manyetik alanın etkileşimi (diferansiyel denklemlere göre) incelenir. Nedir yük yoğunluğu içinde elektrostatik olur uygun şarj yoğunluğu[5][6][7] ve hareket eden bir gözlemci için bir manyetik alan oluşturur.

Bu yönteme ilginin canlanması elektrik ve elektronik mühendislerinin eğitimi ve yetiştirilmesi sonra 1960'larda patlak verdi Richard Feynman Ders kitabı.[8]Rosser'ın kitabı Görelilik Yoluyla Klasik Elektromanyetizma popülerdi[9] olduğu gibi Anthony Fransız Ders kitabındaki tedavisi[10] uygun yük yoğunluğunu şematik olarak gösteren. Bir yazar "Maxwell - Newton, Coulomb ve Einstein'ın Dışı" diye ilan etti.[11]

Kullanımı gecikmiş potansiyeller Kaynak yüklerinden elektromanyetik alanları tanımlamak, göreceli elektromanyetizmanın bir ifadesidir.

Prensip

Bir elektrik alanının nasıl olduğu sorusu eylemsiz referans çerçevesi Birincisine göre hareket eden farklı referans çerçevelerine bakmak, hareket eden kaynaklar tarafından oluşturulan alanları anlamak için çok önemlidir. Özel durumda, alanı oluşturan kaynaklar referans çerçevelerinden birine göre hareketsizdir. Verilen Elektrik alanı kaynakların hareketsiz olduğu çerçevede şu sorulabilir: başka bir çerçevedeki elektrik alan nedir?[12] Kaynakların geri kalan çerçevesi içinde bir noktada (uzay ve zamanda) elektrik alanını bilmek ve göreceli olanı bilmek hız iki çerçeveden biri, diğer çerçevede aynı noktada elektrik alanını hesaplamak için gereken tüm bilgileri sağladı. Başka bir deyişle, diğer çerçevedeki elektrik alanı, kaynağın belirli dağılımına bağlı değildir. ücretleri, sadece o noktadaki ilk karedeki elektrik alanın yerel değerinde. Böylece, elektrik alanı bir tamamlayınız uzaktaki suçlamaların etkisinin temsili.

Alternatif olarak, giriş tedavileri manyetizma tanıtmak Biot-Savart yasası, bir ile ilişkili manyetik alanı tanımlayan elektrik akımı. Statik, serbest yüklerden oluşan bir sisteme göre hareketsiz duran bir gözlemci, manyetik alan görmeyecektir. Bununla birlikte, aynı yük kümesine bakan hareket eden bir gözlemci bir akım ve dolayısıyla bir manyetik alan algılar. Yani, manyetik alan, hareket eden bir koordinat sisteminde görüldüğü gibi, basitçe elektrik alandır.

Yedeklilik

Bu makalenin başlığı gereksiz çünkü elektromanyetizmanın tüm matematiksel teorileri görecelidir. Nitekim, Einstein'ın yazdığı gibi, "Özel görelilik teorisi ... Clerk Maxwell ve Lorentz'in elektrodinamiğinin sistematik bir gelişimiydi".[13] Maxwell'in teorisindeki uzaysal ve zamansal değişkenlerin kombinasyonu, dört manifoldun kabul edilmesini gerektirdi. Sonlu ışık hızı ve diğer sabit hareket hatları ile tanımlanmıştır. analitik Geometri. Diklik uzaydaki elektrik ve manyetik vektör alanlarının sayısı hiperbolik diklik zamansal faktör için.

Ne zaman Ludwik Silberstein ders kitabını yayınladı İzafiyet teorisi (1914)[14] yeni geometriyi elektromanyetizma ile ilişkilendirdi. Faraday'ın indüksiyon yasası 1905'te "bir mıknatıs ve bir iletkenin karşılıklı elektrodinamik hareketi" hakkında yazdığı zaman Einstein'a fikir vermişti.[15]

Bununla birlikte, bu makalenin referanslarında yansıtılan istek, uzay-zamanın analitik geometrisi ve pratikte kuvvetlere ve akımlara tümdengelimli bir yol sağlayan yükler içindir. Elektromanyetik anlayışa giden böyle bir kraliyet yolu eksik olabilir, ancak bir yol açılmıştır. diferansiyel geometri: Uzay zamandaki bir olaydaki teğet uzay, doğrusal dönüşümlerle çalıştırılabilen dört boyutlu bir vektör uzayıdır. Elektrikçiler tarafından gözlemlenen simetriler, lineer Cebir ve diferansiyel geometri. Kullanma dış cebir 2-form oluşturmak F elektrik ve manyetik alanlardan ve ima edilen ikili 2 form *F, denklemler dF = 0 ve d *F = J (akım) Maxwell'in teorisini bir diferansiyel form yaklaşımı.

Ayrıca bakınız

Notlar ve referanslar

  1. ^ Kargon, Robert; Achinstein, Peter (1987). Kelvin'in Baltimore Dersleri ve Modern Teorik Fizik: Tarihsel ve felsefi perspektifler. MIT Basın. ISBN  0-262-11117-9.
  2. ^ Beni aşağı yukarı doğrudan özel görelilik teorisine götüren şey, manyetik bir alanda hareket halindeki bir cisme etki eden elektromotor kuvvetinin bir elektrik alandan başka bir şey olmadığı inancıydı. Albert Einstein (1953) Shankland, R. S. (1964). "Michelson-Morley Deneyi". Amerikan Fizik Dergisi. 32 (1): 16–81. Bibcode:1964 AmJPh.32 ... 16S. doi:10.1119/1.1970063.
  3. ^ Sayfa, Leigh (1912). "Elektrodinamiğin Temel İlişkilerinin Elektrostatikinkilerden Çıkarılması". American Journal of Science. 34 (199): 57–68. Bibcode:1912AmJS ... 34 ... 57P. doi:10.2475 / ajs.s4-34.199.57. Görelilik ilkesi Oersted'in keşif tarihinden önce ifade edilmiş olsaydı, elektrodinamiğin temel ilişkileri, elektrostatiğin temel yasalarının doğrudan bir sonucu olarak teorik temellerde tahmin edilebilirdi ve nispeten hareket halindeki yüklere de uygulanacak şekilde genişletilebilirdi. istirahatte nispeten masraf olarak
  4. ^ Sayfa, Leigh; Adams, Norman Ilsley (1940). Elektrodinamik. D. Van Nostrand Şirketi.
  5. ^ Kalıp Richard A. (2001). Temel Görelilik. Springer Science & Business Media. § 62, Lorentz kuvveti. ISBN  0387952101.
  6. ^ Lawden, Derek F. (2012). Tensör Hesapına Giriş: Görelilik ve Kozmoloji. Courier Corporation. s. 74. ISBN  978-0486132143.
  7. ^ Vanderlinde, Jack (2006). Klasik Elektromanyetik Teori. Springer Science & Business Media. § 11.1, Dört Potansiyel ve Coulomb Yasası, sayfa 314. ISBN  1402027001.
  8. ^ Feynman, Richard (1964). Feynman Fizik Üzerine Dersler. 2. Bölüm 13-6.
  9. ^ Rosser, W.G.V. (1968). Görelilik Yoluyla Klasik Elektromanyetizma. Plenum Basın.
  10. ^ Fransızca, Anthony (1968). Özel görelilik. W. W. Norton & Company. Bölüm 8.
  11. ^ Tessman, Jack R. (1966). "Maxwell - Newton, Coulomb ve Einstein'ın Dışında". Amerikan Fizik Dergisi. 34 (11): 1048–1055. Bibcode:1966AmJPh. 34.1048T. doi:10.1119/1.1972453.
  12. ^ Purcell, Edward M. (1985) [1965]. Elektrik ve Manyetizma. Berkeley Fizik Kursu. 2 (2. baskı). McGraw-Hill.
  13. ^ A. Einstein (1934) (Alan Harris tercümanı) Bilimde Denemeler, sayfa 57 İnternet Arşivi aracılığıyla
  14. ^ L. Silberstein (1914) İzafiyet teorisi İnternet Arşivi aracılığıyla
  15. ^ A. Einstein (1905) s: On_the_Electrodynamics_of_Moving_Bodies_ (1920_edition)