Sambandet mellan elektricitet och magnetism

Elektricitet och magnetism är oberoende naturfenomen, men när de interagerar genererar de en kraft som kallas den elektromagnetiska kraften och utgör elektromagnetism , en grundläggande fysikdisciplin i studiet av olika naturfenomen. Tillsammans med gravitationskraften förklarar elektromagnetiska krafter de makroskopiska fenomenen i vardagen. De är till exempel ansvariga för växelverkan mellan atomer för att bilda molekyler och föreningar. Andra grundläggande naturkrafter är kärnkrafterna , de svaga och de starka , som styr radioaktivt sönderfall och bildandet av atomkärnor.

Elektricitet och magnetism är grundläggande fenomen för att förstå världen omkring oss; Låt oss nedan se en grundläggande beskrivning av var och en av dem.

Elektricitet

Elektricitet är ett fenomen som härrör från stationära eller rörliga elektriska laddningar . Dessa elektriska laddningar kan vara associerade med en elementarpartikel, en elektron (som har en negativ laddning), en proton (som har en positiv laddning), en jon eller någon kropp som har en obalans av positiva och negativa laddningar, och har således ett netto elektrisk laddning. Positiva och negativa laddningar attraherar varandra (till exempel protoner attraheras av elektroner), medan laddningar av samma tecken stöter bort varandra (till exempel protoner stöter bort andra protoner och elektroner stöter bort andra elektroner). 

Exempel på elektricitet som vi kan hitta i vårt dagliga liv är blixtar som uppstår under storm, elektrisk ström från ett uttag eller batteri och statisk elektricitet. Enheterna för huvudparametrarna relaterade till elektricitet, definierade av det internationella systemet för SI-enheter, är ampere ( A ) för elektrisk ström, coulomb ( C ) för elektrisk laddning, volt ( V ) för potentialskillnad, ohm eller ohm ( Ω ) för elektriskt motstånd och watt ( W ) för effekt. En stationär punktladdning genererar ett elektriskt fält, men om laddningen är i rörelse genererar den också ett magnetfält.

Magnetismen

Magnetism definieras som det fysiska fenomen som skapas av en elektrisk laddnings rörelse. Å andra sidan kan ett magnetfält inducera rörelse av laddade partiklar genom att generera en elektrisk ström. En elektromagnetisk våg (som ljus, till exempel) har en elektrisk fältkomponent och en magnetisk fältkomponent. Elektromagnetiska vågor är tvärgående vågor; de två komponenterna i vågen rör sig i samma riktning men deras elektriska och magnetiska komponenter är orienterade vinkelrätt mot vågens riktning, och även vinkelräta mot varandra.

Precis som elektricitet producerar magnetism attraktion och repulsion mellan föremål. Även om elektriska fenomen är baserade på förekomsten av positiva och negativa laddningar, är magnetiska monopoler inte kända. Det magnetiska fältet som genereras av någon partikel eller föremål har två attraktionspoler, en som kallas nordpolen och den andra kallas sydpolen, och assimilerar dem till orienteringen av jordens magnetfält. Liksom poler av ett magnetfält som genereras av en magnet stöter bort varandra (till exempel stöter nordpolen bort nordpolen), medan motsatta poler attraherar varandra (nordpolen och sydpolen attraherar varandra).

Några välbekanta exempel på magnetism är inriktningen av en kompassnål med jordens magnetfält, attraktion och repulsion av magneter och fältet som observeras runt en elektromagnet. Varje elektrisk laddning i rörelse genererar ett magnetfält, så atomernas elektroner genererar ett magnetfält när de kretsar runt kärnan. Förskjutningen av elektroner associerade med en elektrisk ström genererar också magnetiska fält runt ledande ledningar. Datalagringshårddiskar och högtalare använder också magnetiska fält för att fungera. Enheterna för några av huvudparametrarna relaterade till magnetism, definierade av det internationella systemet för SI-enheter, är tesla ( T) för magnetisk flödestäthet, Weber ( Wb ) för magnetiskt flöde och Henry ( H ) för induktans.

elektromagnetism

Ordet elektromagnetism kommer från en kombination av de grekiska orden  elektron , som betyder bärnsten, och  magnetis lithos , som betyder magnesiumsten, som är en magnetisk järnmalm. I det antika Grekland var de bekanta med elektricitet och magnetism, men ansåg dem vara separata fenomen.

De teoretiska grunderna för elektromagnetism exponerades av James Clerk Maxwell i boken  A Treatise on Electricity and Magnetism .) publicerad 1873. I avhandlingen exponerade Maxwell elektromagnetismens matematiska struktur i tjugo ekvationer, kondenserade till fyra ekvationer med partiella derivator. Maxwells teori stöddes av experimentella bevis. Beträffande elektriska laddningar observerade han att lika laddningar stöter bort varandra och olika elektriska laddningar attraherar varandra; Attraktions- eller repulsionskraften mellan elektriska laddningar är omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan dem. Beträffande de magnetiska polerna existerar de alltid som nord-sydliga par; Liknande poler stöter bort varandra och till skillnad från poler attraherar.

De experimentella bevisen som stödde Maxwells teori om förhållandet mellan elektricitet och magnetism har två element. En första observation visar att en elektrisk ström som cirkulerar i en ledare genererar ett magnetfält runt kabeln. Magnetfältets riktning, medurs till moturs, beror på strömriktningen. Detta kan bestämmas med högerhandsregeln; Genom att helst linda din högra hand runt tråden genom att sätta tummen i strömriktningen, följer magnetfältets riktning riktningen för dina andra fingrar. Å andra sidan inducerar rörelsen av en sluten elektrisk ledare i form av en slinga eller slinga i ett magnetfält en elektrisk ström i ledningen. Strömmens riktning beror på rörelseriktningen.

Källor

• Hunt, Bruce J. (2005). Maxewllianerna . Cornell: Cornell University Press. sidorna 165 och 166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• International Union of Pure and Applied Chemistry (1993). Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry , andra upplagan, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. sidorna 14 och 15.
• Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michielssen, Umberto (2010). Grunderna för tillämpad elektromagnetik  (sjätte upplagan). Boston: Prentice Hall. sida 13. ISBN 978-0-13-213931-1.