Vzťah medzi elektrinou a magnetizmom

Tieto dva javy spolu tvoria základ elektromagnetizmu

Jednoduchý elektromagnet ukazuje, ako sú spojené elektrina a magnetizmus. Jasmin Awad / EyeEm / Getty Images

Elektrina a magnetizmus sú samostatné, ale vzájomne prepojené javy spojené s elektromagnetická sila . Spolu tvoria základ pre elektromagnetizmu , kľúčová fyzikálna disciplína.

Kľúčové poznatky: Elektrina a magnetizmus

• Elektrina a magnetizmus sú dva súvisiace javy produkované elektromagnetickou silou. Spolu tvoria elektromagnetizmus.
• Pohyblivý elektrický náboj vytvára magnetické pole.
• Magnetické pole vyvoláva pohyb elektrického náboja a vytvára elektrický prúd.
• V elektromagnetickej vlne sa elektrické pole a magnetické pole sú na seba kolmé.

Okrem správania v dôsledku gravitačná sila , takmer každý výskyt v každodennom živote pramení z elektromagnetickej sily. Je zodpovedný za interakcie medzi atómami a tok medzi hmotou a energiou. Ostatný základné sily sú slabá a silná jadrová sila , ktoré riadia rádioaktívny rozpad a tvorba atómových jadier .

Keďže elektrina a magnetizmus sú neuveriteľne dôležité, je dobré začať so základným pochopením toho, čo sú a ako fungujú.

Základné princípy elektriny

Elektrina je jav spojený so stacionárnymi alebo pohyblivými elektrickými nábojmi. Zdrojom elektrického náboja môže byť elementárna častica, elektrón (ktorý má záporný náboj), protón (ktorý má kladný náboj), ión alebo akékoľvek väčšie teleso, ktoré má nerovnováhu kladného a záporného náboja. Pozitívne a negatívne náboje sa navzájom priťahujú (napr. protóny sú priťahované k elektrónom), zatiaľ čo podobné náboje sa odpudzujú (napr. protóny odpudzujú iné protóny a elektróny odpudzujú iné elektróny).

Medzi známe príklady elektriny patrí blesk, elektrický prúd zo zásuvky alebo batérie a statickej elektriny. Bežné jednotky SI elektriny zahŕňajú ampér (A) pre prúd, coulomb (C) pre elektrický náboj, volt (V) pre potenciálny rozdiel, ohm (Ω) pre odpor a watt (W) pre výkon. Stacionárny bodový náboj má elektrické pole, ale ak sa náboj uvedie do pohybu, generuje aj magnetické pole.

Základné princípy magnetizmu

Magnetizmus je definovaný ako fyzikálny jav spôsobený pohybom elektrického náboja. Magnetické pole môže tiež vyvolať pohyb nabitých častíc, čím vzniká elektrický prúd. Elektromagnetická vlna (napríklad svetlo) má elektrickú aj magnetickú zložku. Dve zložky vlny sa pohybujú rovnakým smerom, ale sú navzájom orientované v pravom uhle (90 stupňov).

Rovnako ako elektrina, magnetizmus vytvára príťažlivosť a odpudivosť medzi objektmi. Zatiaľ čo elektrina je založená na kladných a záporných nábojoch, nie sú známe žiadne magnetické monopoly. Každá magnetická častica alebo objekt má „severný“ a „južný“ pól so smermi založenými na orientácii magnetického poľa Zeme. Páči sa mi to póly magnetu sa navzájom odpudzujú (napr. sever odpudzuje sever), zatiaľ čo opačné póly sa priťahujú (sever a juh sa priťahujú).

Známe príklady magnetizmu zahŕňajú a reakcia strelky kompasu magnetickému poľu Zeme, príťažlivosti a odpudzovaniu tyčových magnetov a pole obklopujúce elektromagnety . Napriek tomu má každý pohybujúci sa elektrický náboj magnetické pole, takže obiehajúce elektróny atómov vytvárajú magnetické pole; existuje magnetické pole spojené s elektrickými vedeniami; a pevné disky a reproduktory fungujú na základe magnetických polí. Medzi kľúčové jednotky SI magnetizmu patrí tesla (T) pre hustotu magnetického toku, weber (Wb) pre magnetický tok, ampér na meter (A/m) pre intenzitu magnetického poľa a henry (H) pre indukčnosť.

Základné princípy elektromagnetizmu

Slovo elektromagnetizmus pochádza z kombinácie gréckych diel elektrón , čo znamená „jantárový“ a magnetis lithos , čo znamená „magnéziový kameň“, čo je magnetická železná ruda. Staroveký Gréci poznali elektrinu a magnetizmus , ale považoval ich za dva samostatné javy.

Vzťah známy ako elektromagnetizmu bol opísaný až po zverejnení Jamesa Clerka Maxwella Pojednanie o elektrine a magnetizme v roku 1873. Maxwellova práca zahŕňala dvadsať slávnych rovníc, ktoré boli odvtedy zhustené do štyroch parciálnych diferenciálnych rovníc. Základné pojmy reprezentované rovnicami sú nasledovné:

1. Rovnako ako elektrické náboje odpudzujú a na rozdiel od elektrických nábojov priťahujú. Sila príťažlivosti alebo odpudzovania je nepriamo úmerná štvorcu vzdialenosti medzi nimi.
2. Magnetické póly vždy existujú ako páry sever-juh. Podobné póly odpudzujú podobné a priťahujú iné.
3. Elektrický prúd v drôte vytvára magnetické pole okolo drôtu. Smer magnetického poľa (v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek) závisí od smeru prúdu. Toto je „pravidlo pravej ruky“, kde smer magnetického poľa sleduje prsty vašej pravej ruky, ak váš palec ukazuje aktuálnym smerom.
4. Pohybom slučky drôtu smerom k magnetickému poľu alebo od neho sa indukuje prúd v drôte. Smer prúdu závisí od smeru pohybu.

Maxwellova teória bola v rozpore s newtonovskou mechanikou, ale experimenty dokázali Maxwellove rovnice. Konflikt nakoniec vyriešila Einsteinova teória špeciálnej relativity.

Zdroje

• Hunt, Bruce J. (2005). Maxwellovci . Cornell: Cornell University Press. s. 165–166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• Medzinárodná únia čistej a aplikovanej chémie (1993). Veličiny, jednotky a symboly vo fyzikálnej chémii , 2. vydanie, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8 s. 100-1 14-15.
• Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michaelsen, Umberto (2010). Základy aplikovanej elektromagnetiky (6. vydanie). Boston: Prentice Hall. p. 13. ISBN 978-0-13-213931-1.