Forholdet mellom elektrisitet og magnetisme

Elektrisitet og magnetisme er separate, men samtidig sammenkoblede fenomener forbundet med elektromagnetisk kraft. Sammen danner de grunnlaget for elektromagnetisme, en viktig fysikkdisiplin.

Viktige takeaways: Elektrisitet og magnetisme

Bortsett fra atferd på grunn av tyngdekraft, nesten hver forekomst i dagliglivet stammer fra den elektromagnetiske kraften. Det er ansvarlig for samspillet mellom atomer og flyten mellom materie og energi. Den andre grunnleggende krefter er svak og sterk atomstyrke, som styrer radioaktivt forfall og dannelse av atomkjerner.

Siden elektrisitet og magnetisme er utrolig viktig, er det lurt å begynne med en grunnleggende forståelse av hva de er og hvordan de fungerer.

Elektrisitet er fenomenet forbundet med enten stasjonære eller bevegelige elektriske ladninger. Kilden til den elektriske ladningen kan være en elementær partikkel, et elektron (som har en negativ ladning), a proton (som har en positiv ladning), et ion eller større kropp som har en ubalanse av positive og negative lade. Positive og negative ladninger tiltrekker hverandre (f.eks. Protoner tiltrekkes av elektroner), mens som ladninger frastøter hverandre (f.eks. protoner frastøter andre protoner og elektroner avviser andre elektroner).

Kjente eksempler på strøm inkluderer lyn, elektrisk strøm fra et uttak eller batteri, og statisk elektrisitet. Felles SI-enheter med elektrisitet inkluderer amperen (A) for strøm, coulomb (C) for elektrisk ladning, volt (V) for potensialforskjell, ohm (Ω) for motstand, og watt (W) for effekt. En stasjonær punktladning har et elektrisk felt, men hvis ladningen settes i gang genererer den også et magnetfelt.

Magnetisme er definert som det fysiske fenomenet som produseres ved å bevege elektrisk ladning. Et magnetfelt kan også føre til at ladede partikler beveger seg og produserer en elektrisk strøm. En elektromagnetisk bølge (for eksempel lys) har både en elektrisk og magnetisk komponent. De to komponentene i bølgen beveger seg i samme retning, men orientert i rett vinkel (90 grader) til hverandre.

Som elektrisitet produserer magnetisme tiltrekning og frastøtning mellom objekter. Mens elektrisitet er basert på positive og negative ladninger, er det ingen kjente magnetiske monopol. Enhver magnetisk partikkel eller gjenstand har en "nord" og "sør" pol, med retningene basert på orienteringen til jordas magnetfelt. Som stolper av en magnet frastøte hverandre (f.eks. nord frastøter nord), mens motsatte poler tiltrekker hverandre (nord og sør tiltrekker).

Kjente eksempler på magnetisme inkluderer a kompassnålens reaksjon til jordas magnetfelt, tiltrekning og frastøtning av stavmagneter, og felt rundt elektromagneter. Likevel har alle bevegelige elektriske ladninger et magnetfelt, slik at atomene som går i bane produserer et magnetfelt; det er et magnetfelt tilknyttet kraftledninger; og harddisker og høyttalere er avhengige av magnetfelt for å fungere. Viktige SI-enheter for magnetisme inkluderer tesla (T) for magnetisk fluksdensitet, weber (Wb) for magnetisk flux, ampere per meter (A / m) for magnetisk feltstyrke og henry (H) for induktans.

Ordet elektromagnetisme kommer fra en kombinasjon av de greske verkene Elektron, som betyr "rav" og magnetis lithossom betyr "Magnesisk stein", som er en magnetisk jernmalm. Den eldgamle Grekere var kjent med elektrisitet og magnetisme, men betraktet dem som to separate fenomener.

Forholdet kjent som elektromagnetisme ble ikke beskrevet før James Clerk Maxwell publiserte En avtale om elektrisitet og magnetisme i 1873. Maxwells arbeid inkluderte tjue berømte ligninger, som siden har blitt kondensert til fire partielle differensialligninger. De grunnleggende konseptene representert av ligningene er som følger:

1. Som elektriske ladninger frastøter, og i motsetning til elektriske ladninger tiltrekker seg. Attraksjonskraften eller frastøtningskraften er omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom dem.
2. Magnetpoler eksisterer alltid som nord-sør-par. Som stolper frastøter som og tiltrekker ulikt.
3. En elektrisk strøm i en ledning genererer et magnetfelt rundt ledningen. Retningen til magnetfeltet (medurs eller mot klokken) avhenger av strømretningen. Dette er "høyre håndregel", der retningen til magnetfeltet følger fingrene på høyre hånd hvis tommelen peker i gjeldende retning.
4. Å bevege en trådsløyfe mot eller bort fra et magnetfelt induserer en strøm i ledningen. Retningen på strømmen avhenger av bevegelsesretningen.

Maxwells teori motsier seg Newtonsk mekanikk, men eksperimenter beviste likevel Maxwells ligninger. Konflikten ble til slutt løst av Einsteins teori om spesiell relativitet.

• Hunt, Bruce J. (2005). Maxwellianerne. Cornell: Cornell University Press. s. 165–166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• International Union of Pure and Applied Chemistry (1993). Mengder, enheter og symboler i fysisk kjemi, 2. utgave, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. s. 14–15.
• Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michielssen, Umberto (2010). Grunnleggende om anvendt elektromagnetikk (6. utg.). Boston: Prentice Hall. s. 13. ISBN 978-0-13-213931-1.