Sähkön ja magnetismin suhde

Sähkö ja magnetismi ovat erillisiä, mutta toisiinsa liittyviä ilmiöitä, jotka liittyvät sähkömagneettinen voima. Yhdessä ne muodostavat perustan sähkömagnetismi, keskeinen fysiikan oppiaine.

Keskeiset tavarat: Sähkö ja magnetismi

Paitsi käyttäytymisestä johtuen painovoima, melkein kaikki päivittäisen elämän tapahtumat johtuvat sähkömagneettisesta voimasta. Se vastaa atomien välisestä vuorovaikutuksesta sekä aineen ja energian välisestä virtauksesta. Toinen perustavoimat ovat heikko ja vahva ydinvoima, jotka säätelevät radioaktiivista hajoamista ja atomituumien muodostuminen.

Koska sähkö ja magneettisuus ovat uskomattoman tärkeitä, on hyvä aloittaa perusteellisella ymmärtämisellä mitä ne ovat ja miten ne toimivat.

Sähkö on ilmiö, joka liittyy joko kiinteisiin tai liikkuviin sähkövarauksiin. Sähkövarauksen lähde voi olla alkuainepartikkeli, elektroni (jolla on negatiivinen varaus), a protoni (jolla on positiivinen varaus), ioni tai mikä tahansa suurempi elin, jolla on epätasapaino positiivisessa ja negatiivisessa maksutta. Positiiviset ja negatiiviset varaukset houkuttelevat toisiaan (esim. Protoneja vetoaa elektroneihin), kun taas kuten lataukset hylkivät toisiaan (esim. protonit hylkivät muut protonit ja elektronit hylkivät muut elektroneja).

Tuttuja esimerkkejä sähköstä on salama, sähkövirta pistorasiasta tai akusta ja staattisesta sähköstä. yhteinen SI-yksiköt sähkön määrään sisältyy virran ampeeri (A), coulomb (C) sähkövaraukselle, volttia (V) potentiaalieroon, ohm (Ω) vastukseen ja watt (W) tehoon. Kiinteäpistevarauksessa on sähkökenttä, mutta jos varaus liikkuu, se myös tuottaa magneettikentän.

Magnetismi määritellään fyysiseksi ilmiöksi, joka syntyy siirtämällä sähkövarausta. Lisäksi magneettikenttä voi saada varautuneet hiukkaset liikkumaan tuottaen sähkövirran. Sähkömagneettisella aallolla (kuten valolla) on sekä sähköinen että magneettinen komponentti. Aallon molemmat komponentit kulkevat samaan suuntaan, mutta ovat oikeassa kulmassa (90 astetta) toisiinsa nähden.

Kuten sähkö, myös magnetismi tuottaa vetovoimaa ja torjuntaa esineiden välillä. Vaikka sähkö perustuu positiivisiin ja negatiivisiin varauksiin, magneettisiä monopoleja ei tunneta. Millä tahansa magneettisella hiukkasella tai esineellä on "pohjoinen" ja "etelä" -napa, joiden suunnat perustuvat maapallon magneettikentän suuntaan. Kuten magneettinavat torjuvat toisiaan (esim. pohjoinen hylkää pohjoisen), kun taas vastakkaiset pylväät vetävät toisiaan (pohjoinen ja etelä houkuttelevat).

Tuttuja esimerkkejä magnetismista ovat a kompassin neulan reaktio Maan magneettikenttään, palkkimagneettien vetovoimaan ja heikentämiseen ja sähkömagneetteja ympäröivä kenttä. Jokaisella liikkuvalla sähkövarauksella on kuitenkin magneettikenttä, joten atomien kiertävät elektronit tuottavat magneettikentän; voimalinjoihin liittyy magneettikenttä; ja kiintolevyt ja kaiuttimet luottavat toimimaan magneettikenttiin. Tärkeimpiä magneettisia SI-yksiköitä ovat tesla (T) magneettisen vuon tiheyden suhteen, weber (Wb) magneettisen vuon suhteen, ampeeri metriä kohti (A / m) magneettikentän voimakkuudelle ja henry (H) induktanssille.

Sana sähkömagneettisuus tulee kreikkalaisten teosten yhdistelmästä Elektron, joka tarkoittaa "keltaista" ja magnetis litot, joka tarkoittaa "Magnesian kiveä", joka on magneettinen rautamalmi. Antiikin Kreikkalaiset tunsivat sähkön ja magnetismin, mutta piti niitä kahdesta erillisestä ilmiöstä.

Suhde tunnetaan nimellä sähkömagnetismi ei kuvattu ennen kuin James Clerk Maxwell julkaisi Tutkimus sähköstä ja magnetismista vuonna 1873. Maxwellin työ sisälsi kaksikymmentä kuuluisaa yhtälöä, jotka on sittemmin tiivistetty neljään osittaiseen differentiaaliyhtälöön. Yhtälöiden edustamat peruskäsitteet ovat seuraavat:

1. Kuten sähkövaraukset hylkivät, ja toisin kuin sähkövaraukset houkuttelevat. Vetovoima tai torjuntavoima on käänteisesti verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön.
2. Magneettiset navat ovat aina olemassa pohjois-etelä-pareina. Kuten pylväät torjuvat ja houkuttelevat toisin.
3. Johtimen sähkövirta synnyttää magneettikentän langan ympärille. Magneettikentän suunta (myötäpäivään tai vastapäivään) riippuu virran suunnasta. Tämä on "oikean käden sääntö", jossa magneettikentän suunta seuraa oikean käden sormea, jos peukalo osoittaa nykyiseen suuntaan.
4. Johtosilmukan liikuttaminen kohti tai poispäin magneettikentästä johtaa virtaan johdossa. Virran suunta riippuu liikesuunnasta.

Maxwellin teoria oli ristiriidassa Newtonin mekaniikan kanssa, mutta kokeet kuitenkin osoittivat Maxwellin yhtälöt. Konflikti ratkaistiin lopulta Einsteinin teoriassa erityissuhteellisuudesta.

• Hunt, Bruce J. (2005). Makswellians. Cornell: Cornell University Press. ss. 165–166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• Puhtaan ja sovelletun kemian kansainvälinen liitto (1993). Fysikaalisen kemian määrät, yksiköt ja symbolit, 2. painos, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. ss. 14–15.
• Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michielssen, Umberto (2010). Sovelletun sähkömagnetiikan perusteet (6. painos). Boston: Prentice Hall. s. 13. ISBN 978-0-13-213931-1.