Electrodinamică

Electrodinamica este acea parte a fizicii teoretice care dă o explicaţie unitară

a fenomenelor electromagnetice.

Studiul fenomenelor electromagnetice formează astăzi un ansamblu coerent,

care are la bază teoria electromagnetică a lui Maxwell. Această teorie, numită şi

electrodinamica maxwelliană sau electrodinamica fenomenologică, reprezintă o

sinteză genială a faptelor experimentale acumulate. La baza acestei teorii stă

conceptul de câmp electromagnetic şi de acţiune mijlocită. Proprietăţile câmpului

electromagnetic sunt postulate în sistemul de ecuaţii al lui Maxwell. Conceptul de

câmp electromagnetic şi de acţiune mijlocită s-au impus numai în urma unor

îndelungate studii experimentale şi teoretice.

Teoria lui Maxwell se bazează pe studiul fenomenologic al proceselor

electromagnetice, care nu ţine seama de structura discontinuă (discretă) a sarcinii

electrice. De aceea, atunci când existenţa electronului a devenit o certitudine, s-a

elaborat teoria atomistă a fenomenelor electromagnetice, denumită şi

electrodinamica microscopică. Ea a fost concepută în special de fizicianul olandez

H.A. Lorentz. Pe baza acestei teorii se pot explica fenomenele de polarizare

electrică şi magnetică a substanţelor, fenomenul de dispersie a luminii, polarizarea

mediilor sub influenţa câmpurilor electrice de mare intensitate provenite de la sursele

laser, etc.

Atât electrodinamica fenomenologică cât şi cea microscopică consideră că

mediul în care au loc fenomenele electromagnetice este în repaus. S-a pus problema

studierii electrodinamicii mediilor în mişcare, studiu făcut mai întâi de H.R. Hertz şi

H.A. Lorentz. Această electrodinamică este denumită astăzi electrodinamica

prerelativistă a mediilor în mişcare. Ea a condus la contradicţii în problema eterului

(mediu ipotetic cu proprietăţi absolut elastice prin care se propagă undele

electromagnetice), în sensul că trei categorii de experienţe confirmau trei ipoteze

Cap.I. Introducere

13

contradictorii. Impasul la care a ajuns fizica clasică a fost depăşit de către genialul

fizician Albert Einstein, care în anul 1905, studiind electrodinamica corpurilor în

mişcare elaborează teoria relativităţii restrânse, care a dus la revoluţionarea

conceptelor mecanicii newtoniene şi la elaborarea mecanicii relativiste. Tot Einstein

extinde această teorie şi pentru câmpul gravific, elaborând în 1916 bazele teoriei

relativităţii generale.

De asemeni, în 1905 A. Einstein dă o explicaţie legilor efectului fotoelectric

(pentru care a primit în 1921 premiul Nobel), postulând existenţa cuantelor

luminoase, denumite fotoni. Mai recent a fost elaborată şi electrodinamica cuantică,

la baza căreia stă cuantificarea câmpului electromagnetic. Această teorie modernă

face parte din teoria cuantică a câmpurilor, depăşind cadrul acestui curs.

Cercetările legate de construirea reactoarelor termonucleare au impus

necesitatea studiului materiei parţial sau total ionizate, adică a plasmei. Deoarece

plasma poate avea o conductivitate electrică considerabilă, pentru studiul ei

trebuiesc folosite metodele şi rezultatele obţinute în diferite ramuri ale fizicii moderne.

Pe de o parte, plasma fiind constituită din particule în mişcare haotică, se folosesc cu

succes rezultatele fizicii statistice şi ale teoriei cinetice. Pe de altă parte, atunci când

plasma poate fi considerată ca un fluid (lichid sau gaz) uniform, pot fi folosite teoriile

macroscopice: dinamica fluidelor şi electrodinamica. Studiul comportării fluidului

conductor în câmp magnetic a condus la elaborarea unei noi ramuri a fizicii:

magnetohidrodinamica la baza căreia stau ecuaţiile lui H. Alfvén, elaborate de

acesta prin îmbinarea ecuaţiilor de bază ale hidrodinamicii cu ecuaţiile lui Maxwell.

Pentru rezultatele remarcabile în domeniul magnetohidrodinamicii, Alfvén a fost

laureat al premiului Nobel în anul 1970.

Începând cu anul 1966, fizicianul sovietic V.G. Veselago a elaborat o parte

nouă a electrodinamicii: electrodinamica mediilor cu permitivitate electrică şi

permeabilitate magnetică simultan negative, care are la bază tot ecuaţiile lui Maxwell,

dar cu mărimile de material ε şi μ simultan negative. Studiul comportării undelor

electromagnetice în astfel de medii, cum ar fi un amestec de plasmă şi monopoli

magnetici, a adus pe prim plan una din lucrările lui P.A.M. Dirac din 1931, în care

acesta prevede existenţa monopolului magnetic - particula cu sarcină magnetică

Cap.I. Introducere

14

elementară. Având în vedere acestea, electrodinamica se dezvoltă şi în sensul lărgirii

ecuaţiilor lui Maxwell prin adăugarea mărimilor care caracterizează comportarea

monopolilor magnetici.

O sintetizare a celor expuse mai sus este prezentată în tabelul de mai jos, din

care se poate observa că electrodinamica este o ştiinţă care se dezvoltă şi care are

domenii încă deschise şi actuale.