Förhållandet mellan elektricitet och magnetism

Elektricitet och magnetism är separata men samtidigt sammankopplade fenomen förknippade med den elektromagnetiska kraften. Tillsammans utgör de grunden för elektromagnetism, en viktig fysikdisciplin.

Viktiga takeaways: Elektricitet och magnetism

• Elektricitet och magnetism är två relaterade fenomen som produceras av den elektromagnetiska kraften. Tillsammans bildar de elektromagnetism.
• En rörlig elektrisk laddning genererar ett magnetfält.
• Ett magnetfält inducerar elektrisk laddningsrörelse och producerar en elektrisk ström.
• I en elektromagnetisk våg är det elektriska fältet och magnetfältet vinkelrätt mot varandra.

Förutom beteende på grund av tyngdkraften, kommer nästan varje händelse i vardagen från den elektromagnetiska kraften. Det är ansvarigt för växelverkan mellan atomer och flödet mellan materie och energi. De andra grundläggande krafterna är den svaga och starka kärnkraften som styr radioaktivt förfall och bildandet av atomkärnor.

Eftersom el och magnetism är oerhört viktiga är det en bra idé att börja med en grundläggande förståelse för vad de är och hur de fungerar.

Grundläggande principer för el

Elektricitet är fenomenet förknippat med antingen stationära eller rörliga elektriska laddningar. Källan till den elektriska laddningen kan vara en elementär partikel, en elektron (som har en negativ laddning), en proton (som har en positiv laddning), en jon eller någon större kropp som har en obalans av positiv och negativ laddning. Positiva och negativa laddningar lockar varandra (t.ex. protoner lockas till elektroner), medan likadana laddningar stöter varandra (t.ex. protoner avvisar andra protoner och elektroner avvisar andra elektroner). 

Kända exempel på el inkluderar blixtar, elektrisk ström från ett uttag eller batteri och statisk elektricitet. Vanliga SI-enheter för elektricitet inkluderar ampere (A) för ström, coulomb (C) för elektrisk laddning, volt (V) för potentialskillnad, ohm (Ω) för motstånd och watt (W) för effekt. En stationär punktladdning har ett elektriskt fält, men om laddningen sätts i rörelse genererar den också ett magnetfält.

Grundläggande principer för magnetism

Magnetism definieras som det fysiska fenomenet som produceras genom rörlig elektrisk laddning. Ett magnetfält kan också inducera laddade partiklar att röra sig, vilket ger en elektrisk ström. En elektromagnetisk våg (som ljus) har både en elektrisk och magnetisk komponent. Vågens två komponenter rör sig i samma riktning, men orienterade i rätt vinkel (90 grader) till varandra.

Precis som elektricitet producerar magnetism attraktion och avstötning mellan föremål. Medan el baseras på positiva och negativa laddningar finns det inga kända magnetiska monopol. Varje magnetisk partikel eller föremål har en "nord" och "söder" pol, med riktningarna baserade på jordens magnetfält. Som magnetpoler avvisar varandra (t.ex. norr stöter norr), medan motsatta poler lockar varandra (norr och söder lockar).

Kända exempel på magnetism inkluderar en kompassnålens reaktion på jordens magnetfält, attraktion och avstötning av stavmagneter och fältet som omger elektromagneter. Ändå har varje rörlig elektrisk laddning ett magnetfält, så atomernas kretsande elektroner producerar ett magnetfält; det finns ett magnetfält associerat med kraftledningar; och hårddiskar och högtalare förlitar sig på magnetfält för att fungera. Viktiga SI-enheter för magnetism inkluderar tesla (T) för magnetisk flödestäthet, weber (Wb) för magnetiskt flöde, ampere per meter (A / m) för magnetfältstyrka och henry (H) för induktans.

De grundläggande principerna för elektromagnetism

Ordet elektromagnetism kommer från en kombination av de grekiska verken elektron, som betyder "bärnsten" och magnetis litos, som betyder "Magnesisk sten", som är en magnetisk järnmalm. De gamla grekerna var bekanta med elektricitet och magnetism, men ansåg dem vara två separata fenomen.

Förhållandet känt som elektromagnetism beskrivs inte förrän James Clerk Maxwell publicerade En avhandling om elektricitet och magnetism 1873. Maxwells arbete inkluderade tjugo berömda ekvationer, som sedan har kondenserats till fyra partiella differentiella ekvationer. De grundläggande begreppen som representeras av ekvationerna är följande: 

1. Som elektriska laddningar stöter, och till skillnad från elektriska laddningar lockar. Attraktionskraften eller avvisningen är omvänt proportionell mot kvadratet på avståndet mellan dem.
2. Magnetpoler finns alltid som nord-syd-par. Liksom stolpar stöter som och lockar till skillnad från.
3. En elektrisk ström i en tråd genererar ett magnetfält runt tråden. Magnetfältets riktning (medurs eller moturs) beror på strömriktningen. Det här är "högerhandregeln", där magnetfältets riktning följer fingrarna på din högra hand om tummen pekar i den aktuella riktningen.
4. Att flytta en trådögla mot eller bort från ett magnetfält inducerar en ström i tråden. Strömriktningen beror på rörelsens riktning.

Maxwells teori motsatte sig Newtons mekanik, men experiment bevisade Maxwells ekvationer. Konflikten löstes slutligen av Einsteins teori om speciell relativitet.

källor

• Hunt, Bruce J. (2005). Maxwellianerna. Cornell: Cornell University Press. s. 165-166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• International Union of Pure and Applied Chemistry (1993). Kvantiteter, enheter och symboler i fysisk kemi, 2: a upplagan, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. s. 14-15.
• Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michielssen, Umberto (2010). Grunder för tillämpad elektromagnetik (6: e upplagan). Boston: Prentice Hall. s. 13. ISBN 978-0-13-213931-1.