Forholdet mellom elektrisitet og magnetisme

Sammen danner disse to fenomenene grunnlaget for elektromagnetisme

En enkel elektromagnet viser hvordan elektrisitet og magnetisme henger sammen. Jasmin Awad / EyeEm / Getty Images

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

Nøkkeltilbud: Elektrisitet og magnetisme

• Elektrisitet og magnetisme er to relaterte fenomener produsert av den elektromagnetiske kraften. Sammen danner de elektromagnetisme.
• En elektrisk ladning i bevegelse genererer et magnetfelt.
• Et magnetfelt induserer elektrisk ladningsbevegelse, og produserer en elektrisk strøm.
• I en elektromagnetisk bølge vil elektrisk felt og magnetfeltet er vinkelrett på hverandre.

Bortsett fra oppførsel på grunn av tyngdekraften , 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 atomkraft , som styrer radioaktivt forfall og dannelse av atomkjerner .

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

Grunnleggende prinsipper for elektrisitet

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), et proton (som har en positiv ladning), et ion eller en hvilken som helst større kropp som har en ubalanse mellom positiv og negativ ladning. Positive og negative ladninger tiltrekker hverandre (f.eks. protoner tiltrekkes av elektroner), mens like ladninger frastøter hverandre (f.eks. protoner frastøter andre protoner og elektroner frastøter andre elektroner).

Kjente eksempler på elektrisitet inkluderer lyn, elektrisk strøm fra en stikkontakt eller et batteri, og statisk elektrisitet. Vanlig SI-enheter elektrisitet inkluderer ampere (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 bevegelse, genererer den også et magnetfelt.

Grunnleggende prinsipper for magnetisme

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

I likhet med elektrisitet produserer magnetisme tiltrekning og frastøting mellom objekter. Mens elektrisitet er basert på positive og negative ladninger, er det ingen kjente magnetiske monopoler. Enhver magnetisk partikkel eller gjenstand har en 'nord' og 'sør' pol, med retningene basert på orienteringen til jordens magnetfelt. Som polene til en magnet frastøter hverandre (f.eks. nord frastøter nord), mens motsatte poler tiltrekker hverandre (nord og sør tiltrekker seg).

Kjente eksempler på magnetisme inkluderer en kompassnålens reaksjon til jordens magnetfelt, tiltrekning og frastøtning av stangmagneter, og felt som omgir elektromagneter . Likevel har hver elektrisk ladning i bevegelse et magnetfelt, så elektronene til atomer i bane produserer et magnetfelt; det er et magnetfelt knyttet til kraftledninger; og harddisker og høyttalere er avhengige av magnetiske felt for å fungere. Viktige SI-enheter for magnetisme inkluderer tesla (T) for magnetisk flukstetthet, weber (Wb) for magnetisk fluks, ampere per meter (A/m) for magnetisk feltstyrke og Henry (H) for induktans.

De grunnleggende prinsippene for elektromagnetisme

Ordet elektromagnetisme kommer fra en kombinasjon av de greske verkene elektron , som betyr 'rav' og magnetis lithos , som betyr 'magnesiansk stein', som er en magnetisk jernmalm. Den eldgamle Grekere var kjent med elektrisitet og magnetisme , men anså dem for å være to separate fenomener.

Forholdet kjent som elektromagnetisme ble ikke beskrevet før James Clerk Maxwell publiserte En avhandling om elektrisitet og magnetisme i 1873. Maxwells arbeid inkluderte tjue kjente 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. Kraften til tiltrekning eller frastøting er omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom dem.
2. Magnetiske poler eksisterer alltid som nord-sør-par. Like poler frastøter like og tiltrekker ulikt.
3. En elektrisk strøm i en ledning genererer et magnetisk felt rundt ledningen. Retningen til magnetfeltet (med eller mot klokken) avhenger av strømmens retning. Dette er 'høyrehåndsregelen', der retningen til magnetfeltet følger fingrene på høyre hånd hvis tommelen peker i gjeldende retning.
4. Å flytte en ledningsløkke mot eller bort fra et magnetfelt induserer en strøm i ledningen. Strømretningen avhenger av bevegelsesretningen.

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

Kilder

• 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. 100-1 14–15.
• Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michaelsen, Umberto (2010). Grunnleggende om anvendt elektromagnetikk (6. utgave). Boston: Prentice Hall. s. 13. ISBN 978-0-13-213931-1.