Elektrienergia ja magnetismi seos

Elekter ja magnetism on eraldi, kuid siiski omavahel ühendatud nähtused, mis on seotud elektromagnetiline jõud. Koos moodustavad nad aluse elektromagnetism, füüsika põhidistsipliin.

Võtmeisikud: elekter ja magnetism

Välja arvatud käitumisest, mis on tingitud gravitatsioonijõud, tuleneb peaaegu iga kord igapäevaelus elektromagnetilisest jõust. See vastutab aatomite vahelise koostoime ning aine ja energia vahelise voolu eest. Teine põhijõud on nõrk ja tugev tuumajõud, mis reguleerivad radioaktiivset lagunemist ja aatomituumade moodustumine.

Kuna elekter ja magnetism on uskumatult olulised, on hea mõte alustada mõistmisega, mis nad on ja kuidas nad töötavad.

Elekter on nähtus, mis on seotud kas statsionaarsete või liikuvate elektrilaengutega. Elektrilaengu allikaks võib olla mõni element, elektron (millel on negatiivne laeng), a prooton (millel on positiivne laeng), ioon või mõni suurem keha, millel on positiivse ja negatiivse tasakaalustamatus laadima. Positiivsed ja negatiivsed laengud tõmbavad üksteist (nt prootonid meelitatakse elektronide poole), samas nagu laengud tõrjuvad üksteist (nt prootonid tõrjuvad teisi prootone ja elektronid tõrjuvad teisi elektronid).

Elektri tuttavate näidete hulka kuulub välk, elektrivool pistikupesast või akust ja staatilisest elektrist. Üldine SI ühikud elektrienergia hulka voolu ampri (A), elektrilaengu jaoks kulbi (C), potentsiaalide erinevuse korral volti (V), takistuse oomi (Ω) ja võimsuse vatti (W). Statsionaarsel punktlaengul on elektriväli, kuid kui laeng on liikuma pandud, tekitab see ka magnetvälja.

Magnetismi määratletakse füüsilise nähtusena, mis tekib elektrilaengu liikudes. Samuti võib magnetväli kutsuda laetud osakesed liikuma, tekitades elektrivoolu. Elektromagnetilisel lainel (näiteks valgus) on nii elektriline kui ka magnetkomponent. Laine kaks komponenti liiguvad ühes suunas, kuid on üksteise suhtes täisnurga all (90 kraadi).

Nagu elekter, tekitab ka magnetism objektide vahel külgetõmmet ja tõrjumist. Kuigi elekter põhineb positiivsetel ja negatiivsetel laengutel, pole magnetilisi monopole teada. Igal magnetosakesel või -objektil on "põhja" ja "lõuna" poolus, mille suunad põhinevad Maa magnetvälja orientatsioonil. Nagu magneti postid tõrjuvad üksteist (nt põhja tõrjub põhja poole), samas kui vastaspoolused tõmbavad üksteist (põhja ja lõuna meelitavad).

Tuttavate magnetiliste näidete hulka kuuluvad a kompassinõela reaktsioon Maa magnetväljale, baarmagnetite ligitõmbumisele ja tõrjumisele ning elektromagneteid ümbritsev väli. Kuid igal liikuval elektrilaengul on magnetväli, nii et aatomite tiirlevad elektronid tekitavad magnetvälja; elektriliinidega on seotud magnetväli; ning kõvakettad ja kõlarid töötavad sõltuvalt magnetväljadest. Magnetismi peamiste SI-ühikute hulka kuuluvad tesla (T) magnetvoo tiheduse jaoks, weber (Wb) magnetvoo jaoks, amprit meetri kohta (A / m) magnetvälja tugevuse kohta ja henry (H) induktiivsuse jaoks.

Sõna elektromagnetism pärineb kreekakeelsete teoste kombinatsioonist elektron, mis tähendab "merevaik" ja magnetis litod, mis tähendab "Magneesi kivi", mis on magnetiline rauamaak. Iidne Kreeklased olid elektri ja magnetismiga tuttavad, kuid pidas neid kaheks eraldi nähtuseks.

Suhe, mida tuntakse kui elektromagnetism ei kirjeldatud enne, kui James Clerk Maxwell avaldas Traktaat elektrist ja magnetismist aastal 1873. Maxwelli töö hõlmas kakskümmend kuulsat võrrandit, mis on sellest ajast alates koondatud neljaks osaliseks diferentsiaalvõrrandiks. Võrrandite esindatud põhimõisted on järgmised:

1. Nagu elektrilaengud tõrjuvad ja erinevalt elektrilaengud meelitavad. Atraktsiooni või tõrjumise jõud on pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruuduga.
2. Magnetilised poolused eksisteerivad alati põhja-lõuna paaridena. Nagu postid tõrjuvad meeldima ja meelitavad erinevalt.
3. Traadis olev elektrivool tekitab juhtme ümber magnetvälja. Magnetvälja suund (päripäeva või vastupäeva) sõltub voolu suunast. See on "parema käe reegel", kus magnetvälja suund järgib parema käe sõrmi, kui pöial osutab praeguses suunas.
4. Traadisilmuse nihutamine magnetvälja suunas või sellest eemale kutsub traadis voolu esile. Voolu suund sõltub liikumise suunast.

Maxwelli teooria oli vastuolus Newtoni mehaanikaga, kuid katsed tõestasid Maxwelli võrrandit. Konflikt lahendati lõpuks Einsteini spetsiaalse relatiivsusteooria abil.

• Hunt, Bruce J. (2005). Maksveellased. Cornell: Cornell University Press. lk. 165–166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• Puhas ja Rakenduskeemia Rahvusvaheline Liit (1993). Füüsikalise keemia kogused, ühikud ja sümbolid, 2. trükk, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. lk. 14–15.
• Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michielssen, Umberto (2010). Rakendusliku elektromagneetika alused (6. väljaanne). Boston: Prentice Hall. lk. 13. ISBN 978-0-13-213931-1.