Związek między elektrycznością a magnetyzmem

Elektryczność i magnetyzm to odrębne, ale powiązane ze sobą zjawiska związane z siła elektromagnetyczna. Razem stanowią podstawę elektromagnetyzm, kluczowa dyscyplina fizyki.

Kluczowe wydarzenia: elektryczność i magnetyzm

Z wyjątkiem zachowania wynikającego z siła grawitacji, prawie każde zjawisko w życiu codziennym wynika z siły elektromagnetycznej. Odpowiada za interakcje między atomami oraz przepływ materii i energii. Inny siły podstawowe są słaba i silna siła nuklearna, które regulują rozkład radioaktywny oraz tworzenie jąder atomowych.

Ponieważ elektryczność i magnetyzm są niezwykle ważne, warto zacząć od podstawowego zrozumienia, czym są i jak działają.

Energia elektryczna to zjawisko związane ze stacjonarnymi lub ruchomymi ładunkami elektrycznymi. Źródłem ładunku elektrycznego może być cząstka elementarna, elektron (który ma ładunek ujemny), a proton (który ma ładunek dodatni), jon lub jakiekolwiek większe ciało, które ma nierównowagę dodatnią i ujemną opłata. Ładunki dodatnie i ujemne przyciągają się (np. Protony są przyciągane do elektronów), podczas gdy podobnie jak ładunki odpychają się nawzajem (np. protony odpychają inne protony, a elektrony odpychają inne elektrony).

Znane przykłady elektryczności to błyskawica, prąd elektryczny z gniazdka elektrycznego lub akumulatora oraz elektryczności statycznej. Wspólny Jednostki SI energii elektrycznej obejmują amper (A) dla prądu, kulomb (C) dla ładunku elektrycznego, wolt (V) dla różnicy potencjałów, om (Ω) dla rezystancji i wat (W) dla mocy. Stacjonarny ładunek punktowy ma pole elektryczne, ale jeśli ładunek zostanie wprawiony w ruch, wytwarza również pole magnetyczne.

Magnetyzm jest definiowany jako zjawisko fizyczne wytwarzane przez ruch ładunku elektrycznego. Również pole magnetyczne może indukować ruch naładowanych cząstek, wytwarzając prąd elektryczny. Fala elektromagnetyczna (taka jak światło) ma zarówno element elektryczny, jak i magnetyczny. Dwa elementy fali poruszają się w tym samym kierunku, ale zorientowane pod kątem prostym (90 stopni) względem siebie.

Podobnie jak elektryczność, magnetyzm powoduje przyciąganie i odpychanie między przedmiotami. Podczas gdy elektryczność opiera się na ładunkach dodatnich i ujemnych, nie ma znanych monopoli magnetycznych. Każda cząstka magnetyczna lub obiekt ma biegun „północny” i „południowy”, którego kierunki oparte są na orientacji pola magnetycznego Ziemi. Lubić bieguny magnesu odpychają się nawzajem (np. północ odpycha północ), podczas gdy przeciwne bieguny przyciągają się nawzajem (północ i południe przyciągają).

Znane przykłady magnetyzmu obejmują: reakcja igły kompasu na pole magnetyczne Ziemi, przyciąganie i odpychanie magnesów prętowych oraz pole otaczające elektromagnesy. Jednak każdy poruszający się ładunek elektryczny ma pole magnetyczne, więc orbitujące elektrony atomów wytwarzają pole magnetyczne; z liniami energetycznymi związane jest pole magnetyczne; a dyski twarde i głośniki działają w oparciu o pola magnetyczne. Kluczowe jednostki magnetyzmu SI obejmują tesla (T) dla gęstości strumienia magnetycznego, weber (Wb) dla strumienia magnetycznego, amper na metr (A / m) dla natężenia pola magnetycznego i henry (H) dla indukcyjności.

Słowo elektromagnetyzm pochodzi od kombinacji greckich dzieł elektron, co oznacza „bursztyn” i magnetis lithos, co oznacza „kamień magnezowy”, który jest magnetyczną rudą żelaza. Starożytny Grecy znali elektryczność i magnetyzm, ale uważał je za dwa osobne zjawiska.

Związek znany jako elektromagnetyzm nie zostało opisane, dopóki James Clerk Maxwell nie opublikował Traktat o elektryczności i magnetyzmie w 1873 r. Praca Maxwella obejmowała dwadzieścia znanych równań, które odtąd zostały skondensowane w czterech równań różniczkowych cząstkowych. Podstawowe pojęcia reprezentowane przez równania są następujące:

1. Jak ładunki elektryczne odpychają, a w przeciwieństwie do ładunków elektrycznych przyciągają. Siła przyciągania lub odpychania jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.
2. Słupy magnetyczne zawsze istnieją jako pary północ-południe. Jak słupy odpychają jak i przyciągają inaczej.
3. Prąd elektryczny w drucie generuje pole magnetyczne wokół drutu. Kierunek pola magnetycznego (zgodnie lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara) zależy od kierunku prądu. Jest to „reguła prawej ręki”, w której kierunek pola magnetycznego podąża za palcami prawej ręki, jeśli kciuk jest skierowany w bieżącym kierunku.
4. Przesunięcie pętli drutu w kierunku lub od pola magnetycznego indukuje prąd w przewodzie. Kierunek prądu zależy od kierunku ruchu.

Teoria Maxwella zaprzeczała mechanice Newtona, jednak eksperymenty potwierdziły równania Maxwella. Konflikt został ostatecznie rozwiązany przez teorię względności Einsteina.

• Hunt, Bruce J. (2005). The Maxwellians. Cornell: Cornell University Press. pp. 165–166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej (1993). Ilości, jednostki i symbole w chemii fizycznej, 2. edycja, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. pp. 14–15.
• Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michielssen, Umberto (2010). Podstawy zastosowanej elektromagnetyki (Wydanie 6). Boston: Prentice Hall. p. 13. ISBN 978-0-13-213931-1.