Forholdet mellem elektricitet og magnetisme

Elektricitet og magnetisme er separate, men alligevel forbundne fænomener forbundet med elektromagnetisk kraft. Sammen danner de grundlaget for elektromagnetisme, en vigtig fysikdisciplin.

Key takeaways: Elektricitet og magnetisme

Bortset fra adfærd på grund af tyngdekraftnæsten enhver forekomst i dagligdagen stammer fra den elektromagnetiske kraft. Det er ansvarlig for samspillet mellem atomer og strømmen mellem stof og energi. Den anden grundlæggende kræfter er svag og stærk atomkraft, der styrer radioaktivt forfald og dannelse af atomkerner.

Da elektricitet og magnetisme er utroligt vigtigt, er det en god ide at begynde med en grundlæggende forståelse af, hvad de er, og hvordan de fungerer.

Elektricitet er fænomenet, der er forbundet med enten stationære eller bevægelige elektriske ladninger. Kilden til den elektriske ladning kan være en elementær partikel, en elektron (som har en negativ ladning), a proton (som har en positiv ladning), en ion eller en hvilken som helst større krop, der har en ubalance af positive og negative oplade. Positive og negative ladninger tiltrækker hinanden (fx protoner tiltrækkes af elektroner), mens lignende ladninger afviser hinanden (f.eks. afviser protoner andre protoner og elektroner afviser andre elektroner).

Kendte eksempler på elektricitet inkluderer lyn, elektrisk strøm fra en stikkontakt eller batteri og statisk elektricitet. almindelige SI-enheder af elektricitet inkluderer amperen (A) for strøm, coulomb (C) for elektrisk ladning, volt (V) for potentialeforskel, ohm (Ω) for modstand og watt (W) for strøm. En stationær punktladning har et elektrisk felt, men hvis ladningen sættes i bevægelse, genererer den også et magnetfelt.

Magnetisme er defineret som det fysiske fænomen, der produceres ved at bevæge elektrisk ladning. Et magnetfelt kan også inducere ladede partikler til at bevæge sig, hvilket producerer en elektrisk strøm. En elektromagnetisk bølge (såsom lys) har både en elektrisk og magnetisk komponent. De to komponenter i bølgen bevæger sig i samme retning, men orienteret i en ret vinkel (90 grader) til hinanden.

Ligesom elektricitet producerer magnetisme tiltrækning og frastødelse mellem genstande. Mens elektricitet er baseret på positive og negative ladninger, er der ingen kendte magnetiske monopoler. Enhver magnetisk partikel eller genstand har en "nord" og "syd" pol med retningerne baseret på jordens magnetfeltorientering. Synes godt om polerne af en magnet frastøder hinanden (f.eks. frastøder nord nord), mens modsatte poler tiltrækker hinanden (nord og syd tiltrækker).

Kendte eksempler på magnetisme inkluderer a kompasnålens reaktion til Jordens magnetfelt, tiltrækning og frastødelse af stangmagneter og felt omkring elektromagneter. Alligevel har enhver bevægelig elektrisk ladning et magnetfelt, så atomer, der kredser rundt om atomer, producerer et magnetfelt; der er et magnetfelt forbundet med kraftledninger; og harddiske og højttalere er afhængige af, at magnetfelter fungerer. Nøglen SI-enheder til magnetisme inkluderer tesla (T) for magnetisk fluxdensitet, weber (Wb) til magnetisk flux, ampere pr. Meter (A / m) for magnetisk feltstyrke og henry (H) for induktans.

Ordet elektromagnetisme stammer fra en kombination af de græske værker Elektron, der betyder "rav" og magnetis lithos, der betyder "magnesisk sten", som er en magnetisk jernmalm. Det gamle Grækere kendte elektricitet og magnetisme, men betragtede dem som to separate fænomener.

Forholdet kendt som elektromagnetisme blev ikke beskrevet, før James Clerk Maxwell offentliggjorde En afhandling om elektricitet og magnetisme i 1873. Maxwells arbejde omfattede tyve berømte ligninger, som siden er kondenseret til fire partielle differentialligninger. De grundlæggende koncepter repræsenteret af ligningerne er som følger:

1. Ligesom elektriske ladninger frastøder, og til forskel fra elektriske ladninger tiltrækker. Tiltrækningskraften eller frastødelsen er omvendt proportional med kvadratet på afstanden mellem dem.
2. Magnetpoler findes altid som nord-syd-par. Ligesom polakker frastøder som og tiltrækker i modsætning til.
3. En elektrisk strøm i en ledning genererer et magnetfelt omkring ledningen. Retningen på magnetfeltet (med uret eller mod uret) afhænger af strømens retning. Dette er den "højre håndregel", hvor magnetfeltets retning følger fingrene på din højre hånd, hvis din tommelfinger peger i den aktuelle retning.
4. Bevægelse af en trådsløjfe mod eller væk fra et magnetfelt inducerer en strøm i ledningen. Strømretningen afhænger af bevægelsesretningen.

Maxwells teori modsatte sig Newtons mekanik, men eksperimenter beviste dog Maxwells ligninger. Konflikten blev endelig løst af Einsteins teori om særlig relativitet.

• Hunt, Bruce J. (2005). Maxwellianerne. Cornell: Cornell University Press. pp. 165–166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• International Union of Pure and Applied Chemistry (1993). Mængder, enheder og symboler i fysisk kemi, 2. udgave, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. pp. 14–15.
• Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michielssen, Umberto (2010). Grundlæggende elementer i anvendt elektromagnetik (6. udgave). Boston: Prentice Hall. s. 13. ISBN 978-0-13-213931-1.