Η σχέση μεταξύ ηλεκτρισμού και μαγνητισμού

Η ηλεκτρική ενέργεια και ο μαγνητισμός είναι χωριστά αλλά αλληλοσυνδεόμενα φαινόμενα που συνδέονται με την ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Μαζί, αποτελούν τη βάση για ηλεκτρομαγνητισμό, μια βασική φυσική πειθαρχία.

Λέξεις κλειδιά: Ηλεκτρισμός και μαγνητισμός

Εκτός από τη συμπεριφορά λόγω του δύναμη βαρύτητας, σχεδόν κάθε εμφάνιση στην καθημερινή ζωή προέρχεται από την ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Είναι υπεύθυνη για τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ ατόμων και τη ροή μεταξύ ύλης και ενέργειας. Το άλλο βασικές δυνάμεις είναι το αδύναμη και ισχυρή πυρηνική δύναμη, τα οποία διέπουν τη ραδιενεργό διάσπαση και την σχηματισμό ατομικών πυρήνων.

Δεδομένου ότι η ηλεκτρική ενέργεια και ο μαγνητισμός είναι εξαιρετικά σημαντικά, είναι καλή ιδέα να ξεκινήσετε με μια βασική κατανόηση του τι είναι και του τρόπου λειτουργίας τους.

Η ηλεκτρική ενέργεια είναι το φαινόμενο που συνδέεται είτε με στατικά είτε με κινούμενα ηλεκτρικά φορτία. Η πηγή του ηλεκτρικού φορτίου θα μπορούσε να είναι ένα στοιχειώδες σωματίδιο, ένα ηλεκτρόνιο (το οποίο έχει αρνητικό φορτίο), α το πρωτόνιο (το οποίο έχει θετικό φορτίο), ένα ιόν ή οποιοδήποτε μεγαλύτερο σώμα που έχει μια ανισορροπία θετικών και αρνητικών χρέωση. Τα θετικά και τα αρνητικά φορτία προσελκύουν το ένα το άλλο (π.χ., τα πρωτόνια έλκονται από ηλεκτρόνια), ενώ όπως τα φορτία απωθούν το ένα το άλλο (π.χ., τα πρωτόνια αποκρούουν άλλα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια απωθούν τα άλλα ηλεκτρόνια).

Τα εξοικειωμένα παραδείγματα ηλεκτρικής ενέργειας περιλαμβάνουν κεραυνούς, ηλεκτρικό ρεύμα από μια πρίζα ή μπαταρία και από τον στατικό ηλεκτρισμό. Κοινός Μονάδες SI της ηλεκτρικής ενέργειας περιλαμβάνουν τον αμπέρ (A) για το ρεύμα, το coulomb (C) για ηλεκτρικό φορτίο, το volt (V) για διαφορά δυναμικού, το ohm (Ω) για την αντίσταση και το watt (W). Ένα σταθερό φορτίο σημείου έχει ένα ηλεκτρικό πεδίο, αλλά αν το φορτίο τεθεί σε κίνηση, παράγει επίσης ένα μαγνητικό πεδίο.

Ο μαγνητισμός ορίζεται ως το φυσικό φαινόμενο που παράγεται από την κίνηση ηλεκτρικού φορτίου. Επίσης, ένα μαγνητικό πεδίο μπορεί να προκαλέσει την κίνηση φορτισμένων σωματιδίων, δημιουργώντας ένα ηλεκτρικό ρεύμα. Ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα (όπως το φως) έχει τόσο ηλεκτρικό όσο και μαγνητικό στοιχείο. Τα δύο συστατικά του κύματος ταξιδεύουν στην ίδια κατεύθυνση, αλλά προσανατολίζονται σε ορθή γωνία (90 μοίρες) το ένα προς το άλλο.

Όπως και ο ηλεκτρισμός, ο μαγνητισμός προκαλεί έλξη και απόδραση μεταξύ αντικειμένων. Ενώ η ηλεκτρική ενέργεια βασίζεται σε θετικά και αρνητικά φορτία, δεν υπάρχουν γνωστά μαγνητικά μονοπώλια. Κάθε μαγνητικό σωματίδιο ή αντικείμενο έχει έναν "βόρειο" και έναν "νότιο" πόλο, με τις κατευθύνσεις που βασίζονται στον προσανατολισμό του μαγνητικού πεδίου της Γης. Αρέσει πόλους ενός μαγνήτη (βόρεια απωθεί το βορρά), ενώ οι αντίθετοι πόλοι έλκουν ο ένας τον άλλον (προσελκύουν το βορρά και το νότο).

Τα γνωστά παραδείγματα μαγνητισμού περιλαμβάνουν α την αντίδραση της βελόνας πυξίδας στο μαγνητικό πεδίο της Γης, την έλξη και την απόρριψη των μαγνητών ράβδων, και το πεδίου γύρω από ηλεκτρομαγνήτες. Ωστόσο, κάθε κινούμενο ηλεκτρικό φορτίο έχει ένα μαγνητικό πεδίο, έτσι ώστε τα ηλεκτρόνια τροχιάς ατόμων παράγουν ένα μαγνητικό πεδίο. υπάρχει ένα μαγνητικό πεδίο που συνδέεται με τις γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας. και οι σκληροί δίσκοι και τα ηχεία εξαρτώνται από τη λειτουργία μαγνητικών πεδίων. Οι βασικές μονάδες μαγνητισμού SI περιλαμβάνουν το tesla (T) για πυκνότητα μαγνητικής ροής, weber (Wb) για μαγνητική ροή, αμπέρ ανά μέτρο (A / m) για δύναμη μαγνητικού πεδίου και henry (H) για την επαγωγή.

Η λέξη ηλεκτρομαγνητισμός προέρχεται από ένα συνδυασμό των ελληνικών έργων ηλεκτρον, που σημαίνει "πορτοκαλί" και μαγνήτης λίθος, που σημαίνει "μαγνησιακή πέτρα", η οποία είναι μαγνητικό σιδηρομετάλλευμα. Ο αρχαίος Οι Έλληνες ήταν εξοικειωμένοι με τον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό, αλλά θεωρούν ότι είναι δύο χωριστά φαινόμενα.

Η σχέση είναι γνωστή ως ηλεκτρομαγνητισμό δεν περιγράφηκε μέχρι να δημοσιευθεί ο James Clerk Maxwell Μια πραγματεία για την ηλεκτρική ενέργεια και τον μαγνητισμό το 1873. Το έργο του Maxwell περιελάμβανε 20 γνωστές εξισώσεις, οι οποίες από τότε συμπυκνώθηκαν σε τέσσερις μερικές διαφορικές εξισώσεις. Οι βασικές έννοιες που αντιπροσωπεύουν οι εξισώσεις είναι οι εξής:

1. Όπως τα ηλεκτρικά φορτία απορρίπτουν, και σε αντίθεση με τα ηλεκτρικά φορτία προσελκύουν. Η δύναμη της έλξης ή της απέλασης είναι αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους.
2. Οι μαγνητικοί πόλοι υπάρχουν πάντα ως ζεύγη βορρά-νότου. Όπως οι πόλοι απωθούν σαν και προσελκύουν αντίθετα.
3. Ένα ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα σύρμα παράγει ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από το σύρμα. Η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου (δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα) εξαρτάται από την κατεύθυνση του ρεύματος. Αυτός είναι ο κανόνας του δεξιού χεριού, όπου η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου ακολουθεί τα δάχτυλα του δεξί σας χεριού αν ο αντίχειρας σας δείχνει προς την τρέχουσα κατεύθυνση.
4. Η μετακίνηση ενός βρόχου σύρματος προς ή μακριά από ένα μαγνητικό πεδίο προκαλεί ρεύμα στο σύρμα. Η κατεύθυνση του ρεύματος εξαρτάται από την κατεύθυνση της κίνησης.

Η θεωρία του Maxwell έρχεται σε αντίθεση με τη Νευτώνεια μηχανική, όμως τα πειράματα απέδειξαν τις εξισώσεις του Maxwell. Η σύγκρουση τελικά επιλύθηκε από τη θεωρία της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν.

• Hunt, Bruce J. (2005). Οι Maxwell. Cornell: Cornell University Press. σ. 165–166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• Διεθνής Ένωση Καθαρής και Εφαρμοσμένης Χημείας (1993). Ποσότητες, Μονάδες και Σύμβολα στη Φυσική Χημεία, 2η έκδοση, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. σ. 14–15.
• Ravaioli, Fawwaz Τ. Ulaby, Eric Michielssen, Umberto (2010). Βασικά στοιχεία εφαρμοσμένων ηλεκτρομαγνητικών (6η έκδ.). Βοστώνη: αίθουσα Prentice. Π. 13. ISBN 978-0-13-213931-1.