Az elektromosság és a mágnesesség kapcsolata

Az elektromosság és a mágnesesség független természeti jelenségek, de ha kölcsönhatásba lépnek, elektromágneses erőnek nevezett erőt hoznak létre , és alkotják az elektromágnesességet , amely a különböző természeti jelenségek tanulmányozásának alapvető fizikatudománya. A gravitációs erő mellett az elektromágneses erők magyarázzák a mindennapi élet makroszkopikus jelenségeit. Felelősek például az atomok közötti kölcsönhatásokért, amelyek molekulákat és vegyületeket képeznek. A természet további alapvető erői a nukleáris erők , a gyengék és az erősek , amelyek szabályozzák a radioaktív bomlást és az atommagok kialakulását.

Az elektromosság és a mágnesesség alapvető jelenségek a minket körülvevő világ megértéséhez; Lássuk az alábbiakban mindegyikük alapvető leírását.

Elektromosság

Az elektromosság olyan jelenség, amely álló vagy mozgó elektromos töltésekből származik . Ezek az elektromos töltések összefüggésbe hozhatók egy elemi részecskével, egy elektronnal (amelynek negatív töltése van), egy protonnal (amelynek pozitív töltése van), egy ionhoz vagy bármely olyan testhez, amelynek a pozitív és negatív töltései egyensúlyhiányosak, így nettó. elektromos töltés. A pozitív és negatív töltések vonzzák egymást (például a protonok vonzódnak az elektronokhoz), míg az azonos előjelű töltések taszítják egymást (például a protonok más protonokat, az elektronok pedig a többi elektront). 

A mindennapi életünkben előforduló elektromosság példái közé tartozik a vihar során fellépő villámlás, a konnektorból vagy akkumulátorból származó elektromos áram és a statikus elektromosság. A villamos energiával kapcsolatos főbb paraméterek mértékegységei, amelyeket az SI mértékegységek nemzetközi rendszere határoz meg, az elektromos áram esetében az amper ( A ), az elektromos töltésnél a coulomb ( C ), a potenciálkülönbségnél a volt ( V ), a ohm vagy ohm ( Ω ) az elektromos ellenállás, és a watt ( W ) a teljesítmény. Az álló ponttöltés elektromos teret hoz létre, de ha a töltés mozgásban van, akkor mágneses teret is generál.

A mágnesesség

A mágnesességet az elektromos töltés mozgása által előidézett fizikai jelenségként határozzák meg. Másrészt a mágneses tér elektromos áram generálásával indukálhatja a töltött részecskék mozgását. Az elektromágneses hullámnak (mint például a fénynek) van egy elektromos mező és egy mágneses mező összetevője. Az elektromágneses hullámok keresztirányú hullámok; a hullám két komponense ugyanabban az irányban halad, de elektromos és mágneses komponenseik a hullám irányára merőlegesen, valamint egymásra merőlegesen helyezkednek el.

Az elektromossághoz hasonlóan a mágnesesség is vonzást és taszítást kelt a tárgyak között. Bár az elektromos jelenségek pozitív és negatív töltések létezésén alapulnak, mágneses monopólusok nem ismertek. Bármely részecske vagy tárgy által generált mágneses térnek két vonzási pólusa van, az egyiket északi pólusnak, a másikat déli pólusnak nevezik, és a Föld mágneses mezejének orientációjához asszimilálja őket. Mint a mágnes által keltett mágneses tér pólusai taszítják egymást (például az északi pólus taszítja az északi pólust), míg az ellentétes pólusok vonzzák egymást (az északi pólus és a déli pólus vonzza egymást).

A mágnesesség néhány ismert példája az iránytű tűjének a Föld mágneses mezőjéhez való igazítása, a mágnesek vonzása és taszítása, valamint az elektromágnes körül megfigyelhető mező. A mozgás során minden elektromos töltés mágneses teret hoz létre, így az atomok elektronjai a mag körül keringve mágneses teret hoznak létre. Az elektromos árammal összefüggő elektronok elmozdulása szintén mágneses teret hoz létre a vezető vezetékek körül. A számítógépes adattároló merevlemezek és hangszórók is mágneses teret használnak a működéshez. A mágnesességhez kapcsolódó, az SI-mértékegységek nemzetközi rendszere által meghatározott főbb paraméterek mértékegységei a tesla ( T) a mágneses fluxus sűrűségére, a Weber ( Wb ) a mágneses fluxusra, és a Henry ( H ) az induktivitásra.

elektromágnesesség

Az elektromágnesesség szó a görög elektron szavakból származik  , ami borostyánt jelent, és  a magnetis lithos , ami magnéziumkövet, ami egy mágneses vasérc. Az ókori Görögországban ismerték az elektromosságot és a mágnesességet, de különálló jelenségeknek tekintették őket.

Az elektromágnesesség elméleti alapjait James Clerk Maxwell tárta fel az A Treatise on Electricity and Magnetism című könyvében  .Maxwell értekezésében húsz egyenletben fedte fel az elektromágnesesség matematikai szerkezetét, amelyeket négy egyenletbe sűrítettek parciális deriváltokkal. Maxwell elméletét kísérleti bizonyítékok támasztották alá. Az elektromos töltésekkel kapcsolatban megfigyelte, hogy az egyenlő töltések taszítják és a különböző elektromos töltések vonzzák egymást; Az elektromos töltések közötti vonzás vagy taszítás ereje fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével. Ami a mágneses pólusokat illeti, ezek mindig észak-déli párokként léteznek; Mint a pólusok taszítják egymást, és ellentétben a pólusok vonzzák egymást.

A kísérleti bizonyíték, amely alátámasztotta Maxwell elméletét az elektromosság és a mágnesesség kapcsolatáról, két elemből áll. Az első megfigyelés azt mutatja, hogy a vezetőben keringő elektromos áram mágneses teret hoz létre a kábel körül. A mágneses tér iránya az óramutató járásával ellentétes irányban az áram irányától függ. Ez a jobbkéz szabállyal határozható meg; Ideális esetben a jobb kezével a vezeték köré tekerve hüvelykujját az áram irányába helyezve a mágneses tér iránya követi a többi ujj irányát. Másrészt egy zárt elektromos vezető hurok vagy hurok formájában történő mozgása mágneses térben elektromos áramot indukál a vezetékben. Az áram iránya a mozgás irányától függ.

Források

• Hunt, Bruce J. (2005). A Maxewllians . Cornell: Cornell University Press. 165. és 166. oldal. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• A Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Uniója (1993). Mennyiségek, mértékegységek és szimbólumok a fizikai kémiában , második kiadás, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. 14. és 15. oldal.
• Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michielssen, Umberto (2010). Az alkalmazott elektromágnesesség alapjai  (hatodik kiadás). Boston: Prentice Hall. 13. oldal ISBN 978-0-13-213931-1.