Apa itu Gaya Elektromagnetik?

Semua kerumitan alam semesta di sekitar kita pada akhirnya berasal dari empat gaya fundamental: gravitasi, gaya nuklir kuat, gaya nuklir lemah, dan elektromagnetisme. Elektromagnetisme bisa menjadi topik yang menantang untuk dipelajari, tetapi dasar-dasar tentang apa itu gaya dan cara kerjanya cukup mudah, dan hukum gaya Lorentz, khususnya, memberi tahu Anda poin-poin penting yang Anda perlukan memahami. Singkatnya, gaya elektromagnetik menyebabkan muatan yang berbeda – positif dan negatif – saling tarik menarik, dan muatan yang berbeda tolak menolak.

TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)

Elektromagnetisme adalah salah satu dari empat gaya fundamental di alam semesta. Ini menjelaskan bagaimana partikel bermuatan bereaksi terhadap medan listrik dan magnet, serta hubungan mendasar di antara mereka. Gaya elektromagnetik, seperti semua gaya, diukur dalam Newton.

Gaya elektrostatik dijelaskan oleh hukum Coulomb, dan gaya listrik dan magnet dicakup oleh hukum gaya Lorentz. Namun, empat persamaan Maxwell memberikan deskripsi paling rinci tentang elektromagnetisme.

Istilah elektromagnetisme menggabungkan gaya listrik dan gaya magnet menjadi satu kata karena kedua gaya tersebut disebabkan oleh fenomena dasar yang sama. Partikel “bermuatan” menghasilkan medan listrik, dan muatan positif dan negatif bereaksi terhadap medan tersebut secara berbeda, yang menjelaskan gaya yang kita amati. Untuk interaksi listrik, partikel bermuatan positif (seperti proton) mendorong partikel bermuatan positif dan menarik partikel bermuatan negatif (seperti elektron), dan sebaliknya. Garis medan listrik menyebar langsung ke luar dari muatan listrik positif, dan ini mendorong partikel ke arah – atau berlawanan arah dengan – garis medan.

Magnetisme berasal dari medan magnet, yang dihasilkan oleh muatan yang bergerak. Partikel tidak merespon medan magnet dengan cara yang sama seperti yang mereka lakukan terhadap medan listrik. Garis medan magnet membentuk lingkaran, tanpa awal atau akhir. Menanggapi mereka, partikel bergerak dalam arah tegak lurus terhadap gerakan mereka dan garis medan. Seperti halnya gaya listrik, partikel bermuatan positif dan partikel bermuatan negatif bergerak dalam arah yang berlawanan.

Gaya elektromagnetik adalah gaya terkuat kedua di alam. Gaya nuklir kuat adalah yang terkuat, gaya elektromagnetik 137 kali lebih kuat, gaya nuklir lemah satu juta kali lebih kecil, dan gravitasi jauh, jauh lebih kecil daripada yang lain (sekitar 6 × 10⁻³⁹ kali lebih lemah dari gaya nuklir kuat).

"Gaya elektrostatik" mengacu pada gaya listrik yang dihasilkan oleh muatan stasioner. Ini dijelaskan oleh persamaan sederhana yang dikenal sebagai hukum Coulomb. Ini menyatakan bahwa:

Sini,Fberarti kekuatan,kadalah konstanta,q​₁ danq​₂ adalah biaya, danradalah jarak antara mereka. Muatan yang lebih besar menghasilkan gaya yang lebih besar, dan pemisahan yang lebih banyak akan melemahkan kekuatan gaya. Seperti semua gaya, gaya elektromagnetik diukur dalam Newton (N). Konstankmemiliki nilai tertentu, 9 × 10⁹ N m² / C². Muatan diukur dalam coulomb (C), dan Anda memasukkan tanda muatan (+ atau ) bersama dengan kekuatan, sehingga persamaan memiliki nilai positif untuk tolakan dan negatif untuk tarik-menarik.

Hukum gaya Lorentz menggabungkan gaya magnet dan listrik, jadi ini adalah salah satu representasi terbaik dari gaya elektromagnetik. Hukum menyatakan:

Dimana​E​adalah medan magnet,​v​adalah kecepatan partikel, dan​B​adalah medan magnet. Ini dicetak tebal karena mereka adalah vektor, yang memiliki arah dan juga kekuatan, dan×​ simbol adalah produk vektor daripada perkalian sederhana. Persamaan memberitahu kita bahwa gaya total adalah jumlah dari medan listrik dan produk vektor dari kecepatan partikel dan medan magnet, semua dikalikan dengan muatan partikel. Produk vektor menghasilkan gaya dalam arah tegak lurus terhadap keduanya, sejalan dengan bagian sebelumnya.

Elektromagnetisme menunjukkan dirinya dalam berbagai bentuk dalam kehidupan sehari-hari dan fisika. Atom disatukan oleh gaya tarik elektromagnetik antara proton dalam inti dan elektron yang mengorbitnya. Cahaya adalah gelombang elektromagnetik, di mana medan listrik yang berosilasi menghasilkan medan magnet yang berubah, yang pada gilirannya menciptakan medan listrik, dan seterusnya. Ini diprediksi oleh persamaan Maxwell (empat persamaan yang menjelaskan segala sesuatu tentang elektromagnetisme dalam bahasa kalkulus vektor), termasuk kecepatan karakteristik di mana ia bergerak.

Elektromagnetisme juga bertanggung jawab atas listrik yang memberi daya pada layar Anda dan perangkat yang Anda baca, dengan aliran elektron yang didorong di sepanjang garis medan listrik yang menyediakan energi. Contoh-contoh ini hanya menggores permukaan berbagai fenomena yang dijelaskan oleh elektromagnetisme.