Co je elektromagnetická síla?

Celá složitost vesmíru kolem nás nakonec pochází ze čtyř základních sil: gravitace, silné jaderné síly, slabé jaderné síly a elektromagnetismu. Elektromagnetismus může být náročným tématem ke studiu, ale základy toho, co je síla a jak funguje, jsou poměrně jednoduché a zejména Lorentzův zákon o síle vám říká klíčové body, které musíte udělat rozumět. Stručně řečeno, elektromagnetická síla způsobuje, že na rozdíl od nábojů - kladných i záporných - se navzájem přitahují a na rozdíl od nábojů odpuzuje.

TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)

Elektromagnetismus je jednou ze čtyř základních sil ve vesmíru. Popisuje, jak nabité částice reagují na elektrická a magnetická pole, jakož i základní vazby mezi nimi. Elektromagnetická síla, stejně jako všechny síly, se měří v Newtonech.

Elektrostatické síly jsou popsány Coulombovým zákonem a na elektrické i magnetické síly se vztahuje Lorentzův zákon. Maxwellovy čtyři rovnice však poskytují nejpodrobnější popis elektromagnetismu.

Termín elektromagnetismus kombinuje elektrické a magnetické síly do jednoho slova, protože obě síly jsou způsobeny stejným základním jevem. „Nabité“ částice generují elektrická pole a kladné a záporné náboje na toto pole reagují odlišně, což vysvětluje sílu, kterou pozorujeme. U elektrických interakcí kladně nabité částice (jako protony) odtlačují kladně nabité částice a přitahují záporně nabité částice (například elektrony) a naopak. Elektrické siločáry se šíří přímo ven z kladných elektrických nábojů, což tlačí částice ve směru - nebo v opačném směru - k siločarám.

Magnetismus pochází z magnetických polí, která jsou generována pohybujícími se náboji. Částice nereagují na magnetická pole stejným způsobem jako na elektrická pole. Čáry magnetického pole tvoří kruhy bez začátku ani konce. V reakci na ně se částice pohybují ve směru kolmém na jejich pohyb i na siločar. Stejně jako u elektrických sil se kladně nabité částice a záporně nabité částice pohybují v opačných směrech.

Elektromagnetická síla je druhou nejsilnější silou v přírodě. Silná jaderná síla je nejsilnější, elektromagnetické síly jsou 137krát méně silné slabá jaderná síla je milionkrát menší a gravitace je mnohem, mnohem menší než ostatní (asi 6 × 10⁻³⁹ slabší než silná jaderná síla).

„Elektrostatická síla“ označuje elektrickou sílu generovanou stacionárními náboji. Je to popsáno jednoduchou rovnicí známou jako Coulombův zákon. To uvádí, že:

Tady,Fznamená sílu,kje konstanta,q​₁ aq​₂ jsou poplatky arje vzdálenost mezi nimi. Větší nálože produkují větší sílu a větší separace oslabuje sílu síly. Stejně jako u všech sil se elektromagnetická síla měří v Newtonech (N). Konstantakmá konkrétní hodnotu, 9 × 10⁹ N m² / C.². Náboj se měří v coulombech (C) a zadáte znaménko náboje (+ nebo -) spolu se silou, takže rovnice má kladnou hodnotu pro odpor a zápornou pro přitažlivost.

Zákon Lorentzovy síly zahrnuje jak magnetické, tak elektrické síly, takže je jedním z nejlepších vyobrazení elektromagnetické síly. Zákon stanoví:

Kde​E​je magnetické pole,​proti​je rychlost částice a​B​je magnetické pole. Jsou tučně, protože se jedná o vektory, které mají směr i sílu, a znak×​ symbol je spíše vektorovým produktem než jednoduchým množením. Rovnice nám říká, že celková síla je součtem elektrického pole a vektorového součinu rychlosti částice a magnetického pole, vše vynásobeno nábojem částice. Vektorový produkt vytváří sílu ve směru kolmém na oba, v souladu s předchozí částí.

Elektromagnetismus se v každodenním životě a fyzice projevuje v mnoha formách. Atomy drží pohromadě elektromagnetická přitažlivost mezi protony v jádru a elektrony obíhajícími kolem něj. Světlo je elektromagnetická vlna, kde oscilační elektrické pole generuje měnící se magnetické pole, které zase vytváří elektrické pole atd. To předpovídají Maxwellovy rovnice (čtyři rovnice, které vysvětlují vše o elektromagnetismu v jazyce vektorového počtu), včetně charakteristické rychlosti, kterou cestuje.

Elektromagnetismus je také zodpovědný za elektřinu napájející vaši obrazovku a zařízení, na kterém čtete, přičemž tok elektronů poháněných podél čar elektrického pole poskytuje energii. Tyto příklady pouze škrábají povrch širokého spektra jevů vysvětlených elektromagnetismem.