Relația dintre electricitate și magnetism

Electricitatea și magnetismul sunt fenomene naturale independente, dar atunci când interacționează generează o forță numită forță electromagnetică și constituie electromagnetismul , o disciplină fundamentală a fizicii în studiul diferitelor fenomene naturale. Alături de forța gravitațională , forțele electromagnetice explică fenomenele macroscopice ale vieții de zi cu zi. Ei sunt responsabili, de exemplu, de interacțiunile dintre atomi pentru a forma molecule și compuși. Alte forțe fundamentale ale naturii sunt forțele nucleare , cele slabe și cele puternice , care guvernează dezintegrarea radioactivă și formarea nucleelor ​​atomice.

Electricitatea și magnetismul sunt fenomene fundamentale pentru a înțelege lumea din jurul nostru; Să vedem mai jos o descriere de bază a fiecăruia dintre ele.

Electricitate

Electricitatea este un fenomen care provine din sarcini electrice staționare sau în mișcare . Aceste sarcini electrice pot fi asociate cu o particulă elementară, un electron (care are o sarcină negativă), un proton (care are o sarcină pozitivă), un ion sau orice corp care are un dezechilibru de sarcini pozitive și negative, având astfel o net. incarcare electrica. Sarcinile pozitive și negative se atrag reciproc (de exemplu, protonii sunt atrași de electroni), în timp ce sarcinile de același semn se resping reciproc (de exemplu, protonii resping alți protoni, iar electronii resping alți electroni). 

Exemple de electricitate pe care le putem găsi în viața noastră de zi cu zi sunt fulgerele care apar în timpul unei furtuni, curentul electric de la o priză sau baterie și electricitatea statică. Unitățile parametrilor principali ai energiei electrice, definiți de sistemul internațional de unități SI, sunt amperul ( A ) pentru curentul electric, coulombul ( C ) pentru sarcina electrică, voltul ( V ) pentru diferența de potențial, ohm sau ohm ( Ω ) pentru rezistența electrică și watul ( W ) pentru putere. O sarcină punctiformă staționară generează un câmp electric, dar dacă sarcina este în mișcare, generează și un câmp magnetic.

Magnetismul

Magnetismul este definit ca fenomenul fizic produs de mișcarea unei sarcini electrice. Pe de altă parte, un câmp magnetic poate induce mișcarea particulelor încărcate prin generarea unui curent electric. O undă electromagnetică (cum ar fi lumina, de exemplu) are o componentă de câmp electric și o componentă de câmp magnetic. Undele electromagnetice sunt unde transversale; cele două componente ale undei călătoresc în aceeași direcție, dar componentele lor electrice și magnetice sunt orientate perpendicular pe direcția undei și, de asemenea, perpendicular una pe cealaltă.

La fel ca electricitatea, magnetismul produce atracție și repulsie între obiecte. Deși fenomenele electrice se bazează pe existența sarcinilor pozitive și negative, monopolurile magnetice nu sunt cunoscute. Câmpul magnetic generat de orice particulă sau obiect are doi poli de atracție, unul numit pol nord și celălalt numit pol sud, asimilându-i cu orientarea câmpului magnetic al Pământului. Asemenea polilor unui câmp magnetic generat de un magnet se resping reciproc (de exemplu, polul nord respinge polul nord), în timp ce polii opuși se atrag reciproc (polul nord și polul sud se atrag reciproc).

Câteva exemple familiare de magnetism sunt alinierea unui ac al busolei cu câmpul magnetic al Pământului, atracția și respingerea magneților și câmpul observat în jurul unui electromagnet. Fiecare sarcină electrică în mișcare generează un câmp magnetic, astfel încât electronii atomilor atunci când orbitează în jurul nucleului generează un câmp magnetic. Deplasarea electronilor asociată cu un curent electric generează, de asemenea, câmpuri magnetice în jurul firelor conductoare. Unitățile de stocare a datelor de pe computer și difuzoarele folosesc, de asemenea, câmpuri magnetice pentru a funcționa. Unitățile unora dintre principalii parametri legați de magnetism, definiți de sistemul internațional de unități SI, sunt tesla ( T) pentru densitatea fluxului magnetic, Weber ( Wb ) pentru flux magnetic și Henry ( H ) pentru inductanță.

electromagnetism

Cuvântul electromagnetism provine dintr-o combinație a cuvintelor grecești  elektron , care înseamnă chihlimbar, și  magnetis lithos , care înseamnă piatră de magneziu, care este un minereu de fier magnetic. În Grecia antică erau familiarizați cu electricitatea și magnetismul, dar le considerau fenomene separate.

Bazele teoretice ale electromagnetismului au fost expuse de James Clerk Maxwell în cartea  A Treatise on Electricity and Magnetism .) publicat în 1873. În tratatul Maxwell a expus structura matematică a electromagnetismului în douăzeci de ecuații, condensate în patru ecuații cu derivate parțiale. Teoria lui Maxwell a fost susținută de dovezi experimentale. În ceea ce privește sarcinile electrice, el a observat că sarcinile egale se resping reciproc și sarcini electrice diferite se atrag reciproc; Forța de atracție sau de repulsie dintre sarcinile electrice este invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele. În ceea ce privește polii magnetici, aceștia există întotdeauna ca perechi nord-sud; Polii asemeni se resping reciproc, iar polii spre deosebire de poli se atrag.

Dovezile experimentale care au susținut teoria lui Maxwell despre relația dintre electricitate și magnetism au două elemente. O primă observație stabilește că un curent electric care circulă într-un conductor generează un câmp magnetic în jurul cablului. Direcția câmpului magnetic, în sensul acelor de ceasornic spre invers acelor de ceasornic, depinde de direcția curentului. Acest lucru poate fi determinat cu regula mâinii drepte; Înfășurând în mod ideal mâna dreaptă în jurul firului punând degetul mare în direcția curentului, direcția câmpului magnetic urmează direcția celorlalte degete. Pe de altă parte, mișcarea unui conductor electric închis sub forma unei bucle sau bucle într-un câmp magnetic induce un curent electric în fir. Direcția curentului depinde de direcția de mișcare.

Surse

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