Mối quan hệ giữa điện và từ

Điện và từ là những hiện tượng tự nhiên độc lập, nhưng khi chúng tương tác với nhau, chúng tạo ra một lực gọi là lực điện từ và tạo thành điện từ , một môn vật lý cơ bản trong nghiên cứu các hiện tượng tự nhiên khác nhau. Cùng với lực hấp dẫn , lực điện từ giải thích các hiện tượng vĩ mô của cuộc sống hàng ngày. Ví dụ, chúng chịu trách nhiệm cho sự tương tác giữa các nguyên tử để tạo thành các phân tử và hợp chất. Các lực cơ bản khác của tự nhiên là lực hạt nhân , lực yếu và lực mạnh , chi phối sự phân rã phóng xạ và sự hình thành hạt nhân nguyên tử.

Điện và từ là những hiện tượng cơ bản để hiểu thế giới xung quanh chúng ta; Hãy xem bên dưới một mô tả cơ bản của từng người trong số họ.

Điện

Điện là hiện tượng bắt nguồn từ các điện tích đứng yên hoặc chuyển động . Các điện tích này có thể được liên kết với một hạt cơ bản, electron (có điện tích âm), proton (có điện tích dương), ion hoặc bất kỳ vật thể nào có sự mất cân bằng giữa điện tích dương và âm, do đó có một mạng lưới sạc điện. Các điện tích dương và âm hút nhau (ví dụ, các proton bị hút bởi các electron), trong khi các điện tích cùng dấu đẩy nhau (ví dụ, các proton đẩy các proton khác và các electron đẩy các electron khác). 

Ví dụ về điện mà chúng ta có thể tìm thấy trong cuộc sống hàng ngày là sét xảy ra trong cơn bão, dòng điện từ ổ cắm hoặc pin và tĩnh điện. Đơn vị của các thông số chính liên quan đến điện, được xác định theo hệ thống đơn vị SI quốc tế, là ampe ( A ) cho dòng điện, coulomb ( C ) cho điện tích, vôn ( V ) cho hiệu điện thế, ohm hoặc ohm ( Ω ) cho điện trở và oát ( W ) cho công suất. Điện tích điểm đứng yên sinh ra điện trường, nhưng nếu điện tích chuyển động thì nó cũng sinh ra từ trường.

từ tính

Từ tính được định nghĩa là hiện tượng vật lý được tạo ra bởi sự chuyển động của điện tích. Mặt khác, từ trường có thể tạo ra chuyển động của các hạt tích điện bằng cách tạo ra dòng điện. Sóng điện từ (ví dụ như ánh sáng) có thành phần điện trường và thành phần từ trường. Sóng điện từ là sóng ngang; hai thành phần của sóng truyền theo cùng một hướng nhưng các thành phần điện và từ của chúng được định hướng vuông góc với phương truyền sóng và cũng vuông góc với nhau.

Giống như điện, từ tính tạo ra lực hút và lực đẩy giữa các vật thể. Mặc dù các hiện tượng điện dựa trên sự tồn tại của các điện tích dương và âm, các đơn cực từ vẫn chưa được biết đến. Từ trường do bất kỳ hạt hoặc vật thể nào tạo ra đều có hai cực hấp dẫn, một gọi là cực bắc và cực kia gọi là cực nam, đồng hóa chúng với hướng của từ trường Trái đất. Giống như các cực của từ trường do nam châm tạo ra thì đẩy nhau (ví dụ: cực bắc đẩy cực bắc), trong khi các cực đối diện thì hút nhau (cực bắc và cực nam hút nhau).

Một số ví dụ quen thuộc về từ tính là sự thẳng hàng của kim la bàn với từ trường của Trái đất, lực hút và lực đẩy của nam châm và trường quan sát được xung quanh một nam châm điện. Mỗi điện tích chuyển động đều sinh ra một từ trường, do đó, các electron của nguyên tử khi quay quanh hạt nhân sẽ sinh ra một từ trường. Sự dịch chuyển của các electron liên quan đến dòng điện cũng tạo ra từ trường xung quanh dây dẫn. Ổ cứng lưu trữ dữ liệu máy tính và loa cũng sử dụng từ trường để hoạt động. Đơn vị của một số tham số chính liên quan đến từ tính, được xác định bởi hệ thống đơn vị SI quốc tế, là tesla ( T) đối với mật độ từ thông, Weber ( Wb ) đối với từ thông, và Henry ( H ) đối với điện cảm.

điện từ trường

Từ điện từ xuất phát từ sự kết hợp của các từ tiếng Hy Lạp  elektron , có nghĩa là hổ phách, và  từ tính lithos , có nghĩa là đá magiê, là một loại quặng sắt từ tính. Ở Hy Lạp cổ đại, họ đã quen thuộc với điện và từ, nhưng coi chúng là những hiện tượng riêng biệt.

Cơ sở lý thuyết của điện từ học đã được trình bày bởi James Clerk Maxwell trong cuốn sách  A Treatise on Electrical and Magnetism .) xuất bản năm 1873. Trong chuyên luận Maxwell đã trình bày cấu trúc toán học của điện từ học trong hai mươi phương trình, cô đọng thành bốn phương trình với các đạo hàm riêng. Lý thuyết của Maxwell được hỗ trợ bởi bằng chứng thực nghiệm. Về điện tích, ông quan sát thấy rằng các điện tích bằng nhau thì đẩy nhau và các điện tích khác loại thì hút nhau; Lực hút hoặc lực đẩy giữa các điện tích tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Về các cực từ, chúng luôn tồn tại theo cặp bắc nam; Các cực cùng dấu thì đẩy nhau và các cực khác dấu thì hút nhau.

Bằng chứng thực nghiệm ủng hộ lý thuyết của Maxwell về mối quan hệ giữa điện và từ có hai yếu tố. Quan sát đầu tiên xác định rằng dòng điện chạy trong dây dẫn tạo ra từ trường xung quanh dây cáp. Hướng của từ trường, theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ, phụ thuộc vào hướng của dòng điện. Điều này có thể được xác định bằng quy tắc bàn tay phải; Lý tưởng nhất là quấn tay phải của bạn quanh dây bằng cách đặt ngón tay cái của bạn theo hướng của dòng điện, hướng của từ trường sẽ theo hướng của các ngón tay khác của bạn. Mặt khác, chuyển động của một dây dẫn điện kín dưới dạng một vòng hoặc vòng trong từ trường sẽ tạo ra một dòng điện trong dây dẫn. Chiều của dòng điện phụ thuộc vào chiều chuyển động.

nguồn

• Săn, Bruce J. (2005). Người Maxewllian . Cornell: Nhà xuất bản Đại học Cornell. trang 165 và 166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• Hiệp hội Hóa học thuần túy và ứng dụng quốc tế (1993). Đại lượng, Đơn vị và Ký hiệu trong Hóa học Vật lý , Phiên bản thứ hai, Oxford: Khoa học Blackwell. ISBN 0-632-03583-8. trang 14 và 15.
• Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michielssen, Umberto (2010). Nguyên tắc cơ bản của điện từ ứng dụng  (tái bản lần thứ sáu). Boston: Hội trường Prentice. trang 13. ISBN 978-0-13-213931-1.