Relația dintre electricitate și magnetism

Electricitatea și magnetismul sunt fenomene separate, dar interconectate asociate cu forța electromagnetică. Împreună, ele stau la baza electromagnetismului, o disciplină cheie în fizică.

Cheltuieli cheie: electricitate și magnetism

Electricitatea și magnetismul sunt două fenomene înrudite produse de forța electromagnetică. Împreună, ele formează electromagnetism.
O sarcină electrică în mișcare generează un câmp magnetic.
Un câmp magnetic induce mișcarea de încărcare electrică, producând un curent electric.
Într-o undă electromagnetică, câmpul electric și câmpul magnetic sunt perpendiculare între ele.

Cu excepția comportamentului datorat forței gravitației, aproape toate aparițiile din viața de zi cu zi provin din forța electromagnetică. Este responsabil pentru interacțiunile dintre atomi și fluxul dintre materie și energie. Celelalte forțe fundamentale sunt forța nucleară slabă și puternică, care guvernează degradarea radioactivă și formarea nucleelor atomice.

Deoarece electricitatea și magnetismul sunt incredibil de importante, este o idee bună să începeți cu o înțelegere de bază a ceea ce sunt și cum funcționează.

Principiile de bază ale energiei electrice

Electricitatea este fenomenul asociat încărcărilor electrice staționate sau în mișcare. Sursa sarcinii electrice ar putea fi o particulă elementară, un electron (care are sarcină negativă), un proton (care are o sarcină pozitivă), un ion sau orice corp mai mare care are un dezechilibru al încărcării pozitive și negative. Încărcările pozitive și negative se atrag reciproc (de exemplu, protonii sunt atrași de electroni), în timp ce la fel ca sarcinile se resping reciproc (de exemplu, protonii resping alți protoni și electronii resping alți electroni).

Exemple familiare de electricitate includ fulgere, curent electric de la o priză sau baterie și electricitate statică. Unitățile comune de electricitate SI includ amperiul (A) pentru curent, coulomb (C) pentru încărcare electrică, volt (V) pentru diferența de potențial, ohm (Ω) pentru rezistență și watt (W) pentru putere. O încărcare staționară are un câmp electric, dar dacă sarcina este pusă în mișcare, generează și un câmp magnetic.

Principiile de bază ale magnetismului

Magnetismul este definit ca fenomenul fizic produs prin mișcarea sarcinii electrice. De asemenea, un câmp magnetic poate induce particulele încărcate să se miște, producând un curent electric. O undă electromagnetică (cum ar fi lumina) are atât o componentă electrică cât și una magnetică. Cele două componente ale undei se deplasează în aceeași direcție, dar orientate într-un unghi drept (90 de grade) una față de alta.

Ca și electricitatea, magnetismul produce atracție și repulsie între obiecte. În timp ce energia electrică se bazează pe sarcini pozitive și negative, nu se cunosc monopoluri magnetice. Orice particulă sau obiect magnetic are un pol „nord” și „sud”, cu direcțiile bazate pe orientarea câmpului magnetic al Pământului. La fel ca poli ai unui magnet se repelă unul pe altul (de exemplu, nordul se respinge spre nord), în timp ce poli opuși se atrag unul pe altul (nordul și sudul se atrag).

Exemple familiare de magnetism includ reacția unui ac al busolei la câmpul magnetic al Pământului, atracția și repulsia magneților de bare și câmpul care înconjoară electromagnetii. Cu toate acestea, fiecare încărcare electrică în mișcare are un câmp magnetic, astfel încât electronii care orbitează atomii produc câmp magnetic; există un câmp magnetic asociat liniilor electrice; iar hard disk-urile și difuzoarele se bazează pe câmpuri magnetice pentru a funcționa. Unitățile cheie de magnetism SI includ tesla (T) pentru densitatea fluxului magnetic, weber (Wb) pentru flux magnetic, amperi pe metru (A / m) pentru rezistența câmpului magnetic și henry (H) pentru inductanță.

Principiile fundamentale ale electromagnetismului

Cuvântul electromagnetism provine dintr-o combinație a operelor grecești elektron, însemnând „chihlimbar” și magnetis lithos, însemnând "piatră magneziană", care este un mineral magnetic de fier. Grecii antici erau familiarizați cu electricitatea și magnetismul, dar le considerau a fi două fenomene separate.

Relația cunoscută sub numele de electromagnetism nu a fost descrisă până la publicarea lui James Clerk Maxwell Un tratat despre electricitate și magnetism în 1873. Lucrarea lui Maxwell a cuprins douăzeci de ecuații celebre, care de atunci au fost condensate în patru ecuații diferențiale parțiale. Conceptele de bază reprezentate de ecuații sunt următoarele:

La fel ca sarcinile electrice se resping și spre deosebire de sarcinile electrice atrag. Forța de atracție sau repulsie este invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.
Polii magnetici există întotdeauna ca perechi nord-sud. Ca polii se resping și se atrag spre deosebire.
Un curent electric într-un fir generează un câmp magnetic în jurul sârmei. Direcția câmpului magnetic (în sens orar sau în sens invers acelor de ceasornic) depinde de direcția curentului. Aceasta este „regula mâinii drepte”, unde direcția câmpului magnetic urmează degetele mâinii drepte dacă degetul mare este îndreptat în direcția curentă.
Deplasarea unei bucle de fir spre sau departe de un câmp magnetic induce un curent în fir. Direcția curentului depinde de direcția mișcării.

Teoria lui Maxwell contrazicea mecanica newtoniană, însă experimentele dovedeau ecuațiile lui Maxwell. Conflictul a fost rezolvat în cele din urmă prin teoria relativității speciale a lui Einstein.

surse

Hunt, Bruce J. (2005). Maxwellienii. Cornell: Cornell University Press. p. 165-166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată (1993). Cantități, unități și simboluri în chimia fizică, Ediția a II-a, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. p. 14-15.
Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michielssen, Umberto (2010). Fundamentele electromagneticii aplicate (Ediția a 6-a). Boston: Sala Prentice. p. 13. ISBN 978-0-13-213931-1.

Ştiinţă