Cos'è la forza elettromagnetica?

Tutta la complessità dell'universo che ci circonda deriva in definitiva da quattro forze fondamentali: gravità, forza nucleare forte, forza nucleare debole ed elettromagnetismo. L'elettromagnetismo può essere un argomento impegnativo da studiare, ma le basi su cos'è la forza e come funziona sono abbastanza semplice, e la legge della forza di Lorentz, in particolare, ti dice i punti chiave che devi capire. In poche parole, la forza elettromagnetica fa sì che le cariche diverse – positive e negative – si attraggano l'una con l'altra e le cariche diverse si respingano.

TL; DR (troppo lungo; non ho letto)

L'elettromagnetismo è una delle quattro forze fondamentali dell'universo. Descrive come le particelle cariche reagiscono ai campi elettrici e magnetici, nonché i legami fondamentali tra di loro. La forza elettromagnetica, come tutte le forze, si misura in Newton.

Le forze elettrostatiche sono descritte dalla legge di Coulomb e le forze elettriche e magnetiche sono coperte dalla legge di Lorentz. Tuttavia, le quattro equazioni di Maxwell forniscono la descrizione più dettagliata dell'elettromagnetismo.

Il termine elettromagnetismo combina le forze elettriche e magnetiche in un'unica parola perché entrambe le forze sono dovute allo stesso fenomeno sottostante. Le particelle "caricate" generano campi elettrici e le cariche positive e negative reagiscono a quel campo in modo diverso, il che spiega la forza che osserviamo. Per le interazioni elettriche, le particelle cariche positivamente (come i protoni) respingono le particelle cariche positivamente e attraggono quelle cariche negativamente (come gli elettroni) e viceversa. Le linee di campo elettrico si diffondono direttamente verso l'esterno da cariche elettriche positive e questo spinge le particelle nella direzione o nella direzione opposta alle linee di campo.

Il magnetismo deriva da campi magnetici, che sono generati da cariche in movimento. Le particelle non rispondono ai campi magnetici allo stesso modo dei campi elettrici. Le linee del campo magnetico formano cerchi, senza inizio né fine. In risposta ad essi, le particelle si muovono in una direzione perpendicolare sia al loro movimento che alla linea di campo. Come per le forze elettriche, le particelle con carica positiva e quelle con carica negativa si muovono in direzioni opposte.

La forza elettromagnetica è la seconda forza più forte in natura. La forza nucleare forte è la più forte, le forze elettromagnetiche sono 137 volte meno potenti, il la forza nucleare debole è un milione di volte più piccola e la gravità è molto, molto più piccola delle altre (circa 6 × 10⁻³⁹ volte più debole della forza nucleare forte).

La “forza elettrostatica” si riferisce alla forza elettrica generata da cariche stazionarie. È descritto da una semplice equazione nota come legge di Coulomb. Questo afferma che:

Qui,Fsignifica forza,Kè una costante,q​₁ eq​₂ sono le spese, erè la distanza tra loro. Cariche più grandi producono una forza maggiore e una maggiore separazione indebolisce la forza della forza. Come per tutte le forze, la forza elettromagnetica si misura in Newton (N). La costanteKha un valore specifico, 9 × 10⁹ Nm² / C². La carica viene misurata in coulomb (C) e inserisci il segno della carica (+ o -) insieme alla forza, quindi l'equazione ha un valore positivo per la repulsione e uno negativo per l'attrazione.

La legge della forza di Lorentz incorpora sia le forze magnetiche che quelle elettriche, quindi è una delle migliori rappresentazioni della forza elettromagnetica. La legge afferma:

Dove​E​è il campo magnetico,​v​è la velocità della particella, e​B​è il campo magnetico. Questi sono in grassetto perché sono vettori, che hanno una direzione oltre che un punto di forza, e il×​ simbolo è un prodotto vettoriale piuttosto che una semplice moltiplicazione. L'equazione ci dice che la forza totale è la somma del campo elettrico e il prodotto vettoriale della velocità della particella e del campo magnetico, il tutto moltiplicato per la carica della particella. Il prodotto vettoriale produce una forza in una direzione perpendicolare ad entrambi, in linea con la sezione precedente.

L'elettromagnetismo si mostra in molte forme nella vita quotidiana e nella fisica. Gli atomi sono tenuti insieme dall'attrazione elettromagnetica tra i protoni nel nucleo e gli elettroni che lo orbitano. La luce è un'onda elettromagnetica, dove un campo elettrico oscillante genera un campo magnetico variabile, che a sua volta crea un campo elettrico, e così via. Questo è previsto dalle equazioni di Maxwell (quattro equazioni che spiegano tutto sull'elettromagnetismo nel linguaggio del calcolo vettoriale), inclusa la velocità caratteristica con cui viaggia.

L'elettromagnetismo è anche responsabile dell'elettricità che alimenta lo schermo e il dispositivo su cui stai leggendo, con il flusso di elettroni proiettati lungo le linee del campo elettrico che forniscono l'energia. Questi esempi graffiano solo la superficie dell'ampia gamma di fenomeni spiegati dall'elettromagnetismo.