Vztah mezi elektřinou a magnetismem

Elektřina a magnetismus jsou samostatné, ale vzájemně propojené jevy spojené s elektromagnetická síla. Společně tvoří základ elektromagnetismus, klíčová fyzikální disciplína.

Klíčové cesty: elektřina a magnetismus

Kromě chování v důsledku gravitační síla, téměř každý výskyt v každodenním životě pramení z elektromagnetické síly. Je zodpovědný za interakce mezi atomy a tok mezi hmotou a energií. Jiný základní síly jsou slabá a silná jaderná síla, kterými se řídí radioaktivní rozpad a tvorba atomových jader.

Protože elektřina a magnetismus jsou neuvěřitelně důležité, je dobré začít se základním pochopením toho, co jsou a jak fungují.

Elektřina je jev spojený se stacionárním nebo pohyblivým elektrickým nábojem. Zdrojem elektrického náboje může být elementární částice, elektron (který má záporný náboj), a proton (který má kladný náboj), ion nebo jakékoli větší tělo, které má nevyváženost kladného a záporného nabít. Pozitivní a negativní náboje se navzájem přitahují (např. Protony jsou přitahovány k elektronům), zatímco jako náboje se navzájem odpuzují (např. protony odpuzují další protony a elektrony odpuzují ostatní) elektrony).

Mezi známé příklady elektřiny patří blesky, elektrický proud ze zásuvky nebo baterie a statické elektřiny. Běžný Jednotky SI elektřiny zahrnují ampér (A) pro proud, coulomb (C) pro elektrický náboj, volt (V) pro potenciální rozdíl, ohm (Ω) pro odpor a watt (W) pro energii. Stacionární bodový náboj má elektrické pole, ale pokud je náboj nastaven do pohybu, generuje také magnetické pole.

Magnetismus je definován jako fyzický jev způsobený pohybem elektrického náboje. Také magnetické pole může vyvolat pohyb nabitých částic, čímž se vytvoří elektrický proud. Elektromagnetická vlna (jako je světlo) má elektrickou i magnetickou složku. Obě složky vlny se pohybují stejným směrem, ale jsou orientovány v pravém úhlu (90 stupňů) k sobě.

Stejně jako elektřina vytváří magnetismus přitažlivost a odpor mezi objekty. Zatímco elektřina je založena na kladných a záporných nábojích, nejsou známy žádné magnetické monopoly. Jakákoli magnetická částice nebo předmět má „severní“ a „jižní“ pól se směry založenými na orientaci zemského magnetického pole. Jako póly magnetu odpuzují se navzájem (např. sever odpuzuje sever), zatímco protilehlé póly přitahují jeden druhého (přitahují sever a jih).

Mezi známé příklady magnetismu patří a reakce kompasové jehly k magnetickému poli Země, přitažlivost a odpuzování tyčových magnetů a pole obklopující elektromagnety. Přesto má každý pohybující se elektrický náboj magnetické pole, takže oběžné elektrony atomů vytvářejí magnetické pole; s elektrickým vedením je spojeno magnetické pole; a pevné disky a reproduktory spoléhají na fungování magnetických polí. Mezi klíčové jednotky SI magnetismu patří tesla (T) pro hustotu magnetického toku, Weber (Wb) pro magnetický tok, ampér na metr (A / m) pro sílu magnetického pole a henry (H) pro indukčnost.

Slovo elektromagnetismus pochází z kombinace řeckých děl elektron, což znamená "jantar" a magnetis lithos, což znamená „magnesiánský kámen“, což je magnetická železná ruda. Starověký Řekové byli obeznámeni s elektřinou a magnetismem, ale považoval je za dva samostatné jevy.

Vztah známý jako elektromagnetismus nebyl popsán, dokud nezveřejnil James Clerk Maxwell Pojednání o elektřině a magnetismu v roce 1873. Maxwellova práce zahrnovala dvacet slavných rovnic, které byly od té doby zhuštěny do čtyř parciálních diferenciálních rovnic. Základní pojmy představované rovnicemi jsou následující:

1. Stejně jako elektrické náboje odpuzují a na rozdíl od elektrických nábojů přitahují. Síla přitažlivosti nebo odporu je nepřímo úměrná čtverci vzdálenosti mezi nimi.
2. Magnetické póly vždy existují jako páry sever-jih. Jako póly odpuzují a přitahují na rozdíl od.
3. Elektrický proud v drátu vytváří kolem drátu magnetické pole. Směr magnetického pole (ve směru nebo proti směru hodinových ručiček) závisí na směru proudu. Toto je „pravidlo pravé ruky“, kde směr magnetického pole sleduje prsty pravé ruky, pokud palec směřuje aktuálním směrem.
4. Pohyb smyčky drátu směrem k magnetickému poli nebo od něj indukuje proud v drátu. Směr proudu závisí na směru pohybu.

Maxwellova teorie byla v rozporu s newtonovskou mechanikou, ale experimenty prokázaly Maxwellovy rovnice. Konflikt byl nakonec vyřešen Einsteinovou teorií speciální relativity.

• Hunt, Bruce J. (2005). Maxwellovci. Cornell: Cornell University Press. str. 165–166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• Mezinárodní unie čisté a aplikované chemie (1993). Množství, jednotky a symboly ve fyzikální chemii, 2. vydání, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. str. 14–15.
• Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michielssen, Umberto (2010). Základy aplikované elektromagnetiky (6. ed.). Boston: Prentice Hall. str. 13. ISBN 978-0-13-213931-1.