Hvad er elektromagnetisk kraft?

Al kompleksiteten i universet omkring os kommer i sidste ende fra fire grundlæggende kræfter: tyngdekraften, den stærke atomkraft, den svage atomkraft og elektromagnetisme. Elektromagnetisme kan være et udfordrende emne at studere, men det grundlæggende i, hvad kraften er, og hvordan den fungerer, er ret ligetil, og især Lorentz-kraftloven fortæller dig de nøglepunkter, du har brug for forstå. I en nøddeskal får den elektromagnetiske kraft, at ulige ladninger - positive og negative - tiltrækker hinanden, og i modsætning til ladninger frastødes.

TL; DR (for lang; Har ikke læst)

Elektromagnetisme er en af ​​de fire grundlæggende kræfter i universet. Den beskriver, hvordan ladede partikler reagerer på elektriske og magnetiske felter samt de grundlæggende forbindelser mellem dem. Elektromagnetisk kraft måles, som alle kræfter, i Newton.

Elektrostatiske kræfter er beskrevet af Coulombs lov, og både elektriske og magnetiske kræfter er dækket af Lorentz-kraftloven. Imidlertid giver Maxwells fire ligninger den mest detaljerede beskrivelse af elektromagnetisme.

Udtrykket elektromagnetisme kombinerer de elektriske og magnetiske kræfter i et enkelt ord, fordi begge kræfter skyldes det samme underliggende fænomen. "Ladede" partikler genererer elektriske felter, og positive og negative ladninger reagerer forskelligt på dette felt, hvilket forklarer den kraft, vi observerer. Til elektriske interaktioner skubber positivt ladede partikler (som protoner) positivt ladede partikler væk og tiltrækker negativt ladede (som elektroner) og omvendt. Elektriske feltlinjer spredes direkte udad fra positive elektriske ladninger, og dette skubber partikler i retning af - eller i den modsatte retning til - feltlinjerne.

Magnetisme kommer fra magnetfelter, som genereres af bevægelige ladninger. Partikler reagerer ikke på magnetfelter på samme måde som elektriske felter. Magnetfeltlinjer danner cirkler uden begyndelse eller slutning. Som reaktion på dem bevæger partikler sig i en retning vinkelret på både deres bevægelse og feltlinjen. Som med elektriske kræfter bevæger sig positivt ladede partikler og negativt ladede i modsatte retninger.

Den elektromagnetiske kraft er den næststærkeste kraft i naturen. Den stærke atomkraft er den stærkeste, elektromagnetiske kræfter er 137 gange mindre magtfulde svag atomkraft er en million gange mindre, og tyngdekraften er meget, meget mindre end resten (ca. 6 × 10⁻³⁹ gange svagere end den stærke atomkraft).

"Elektrostatisk kraft" henviser til den elektriske kraft genereret af stationære ladninger. Det er beskrevet af en simpel ligning kendt som Coulombs lov. Dette siger, at:

Her,Fbetyder kraft,ker en konstant,q​₁ ogq​₂ er anklagerne, ogrer afstanden mellem dem. Større ladninger producerer en større kraft, og mere adskillelse svækker styrken af ​​styrken. Som med alle kræfter måles elektromagnetisk kraft i Newton (N). Den konstantekhar en bestemt værdi, 9 × 10⁹ N m² / C². Opladning måles i coulombs (C), og du indtaster ladningstegnet (+ eller -) sammen med styrken, så ligningen har en positiv værdi for frastødning og en negativ for tiltrækning.

Lorentz-kraftloven inkorporerer både magnetiske og elektriske kræfter, så det er en af ​​de bedste repræsentationer af den elektromagnetiske kraft. Loven siger:

Hvor​E​er magnetfeltet,​v​er partikelhastigheden, og​B​er magnetfeltet. Disse er med fed skrift, fordi de er vektorer, der har en retning såvel som en styrke, og×​ symbol er et vektorprodukt snarere end en simpel multiplikation. Ligningen fortæller os, at den samlede kraft er summen af ​​det elektriske felt og vektorproduktet af partikelhastigheden og magnetfeltet, alt ganget med partikelens ladning. Vektorproduktet producerer en kraft i en retning vinkelret på begge, i tråd med det foregående afsnit.

Elektromagnetisme viser sig i mange former i det daglige liv og fysik. Atomer holdes sammen af ​​den elektromagnetiske tiltrækning mellem protonerne i kernen og elektronerne, der kredser om den. Lys er en elektromagnetisk bølge, hvor et oscillerende elektrisk felt genererer et magnetisk felt, der skifter, hvilket igen skaber et elektrisk felt osv. Dette forudsiges af Maxwells ligninger (fire ligninger, der forklarer alt om elektromagnetisme på sproget med vektorberegning), inklusive den karakteristiske hastighed, hvormed den bevæger sig.

Elektromagnetisme er også ansvarlig for strømmen til din skærm og den enhed, du læser om, med strømmen af ​​elektroner, der drives frem langs elektriske feltlinjer, der giver energi. Disse eksempler skraber kun overfladen af ​​det brede spektrum af fænomener, der forklares ved elektromagnetisme.