כל המורכבות של היקום סביבנו מגיעה בסופו של דבר מארבעה כוחות בסיסיים: כוח הכבידה, הכוח הגרעיני החזק, הכוח הגרעיני החלש ואלקטרומגנטיות. אלקטרומגנטיות יכולה להיות נושא מאתגר ללמוד, אך היסודות מהו הכוח ואיך הוא עובד פשוט למדי, וחוק כוח לורנץ בפרט אומר לך את נקודות המפתח שאתה צריך מבינה. בקצרה, הכוח האלקטרומגנטי גורם למטענים שונים - חיוביים ושליליים - למשוך זה את זה, ובניגוד למטענים להדוף.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
אלקטרומגנטיות היא אחד מארבעת הכוחות הבסיסיים ביקום. הוא מתאר כיצד מגיבים חלקיקים טעונים לשדות חשמליים ומגנטיים, כמו גם את הקשרים היסודיים ביניהם. כוח אלקטרומגנטי, כמו כל הכוחות, נמדד בניוטונים.
כוחות אלקטרוסטטיים מתוארים על ידי חוק קולומב, וכוחות חשמליים וגם מגנטיים מכוסים על ידי חוק כוח לורנץ. עם זאת, ארבע המשוואות של מקסוול מספקות את התיאור המפורט ביותר של אלקטרומגנטיות.
אלקטרומגנטיות: היסודות
המונח אלקטרומגנטיות משלב את הכוחות החשמליים והמגנטיים למילה אחת מכיוון ששני הכוחות נובעים מאותה תופעה בסיסית. חלקיקים "טעונים" מייצרים שדות חשמליים, ומטענים חיוביים ושליליים מגיבים לשדה זה בצורה שונה, מה שמסביר את הכוח שאנו צופים בו. לצורך אינטראקציות חשמליות, חלקיקים טעונים חיוביים (כמו פרוטונים) דוחפים חלקיקים טעונים חיוביים ומושכים אליהם חלקים טעונים שלילית (כמו אלקטרונים), ולהיפך. קווי שדה חשמליים מתפשטים ישירות החוצה ממטענים חשמליים חיוביים, וזה דוחף חלקיקים לכיוון - או בכיוון ההפוך - לקווי השדה.
מגנטיות מגיעה משדות מגנטיים, שנוצרים על ידי מטענים נעים. חלקיקים אינם מגיבים לשדות מגנטיים באופן זהה לשדות חשמליים. קווי שדה מגנטיים יוצרים עיגולים, ללא התחלה או סוף. בתגובה אליהם, חלקיקים נעים בכיוון הניצב הן לתנועתם והן לקו השדה. כמו בכוחות חשמליים, חלקיקים טעונים חיוביים וטעונים שליליים נעים בכיוונים מנוגדים.
הכוח האלקטרומגנטי הוא הכוח השני בחזקתו בטבע. הכוח הגרעיני החזק הוא החזק ביותר, הכוחות האלקטרומגנטיים חזקים פי 137, כוח גרעיני חלש קטן פי מיליון, וכוח הכבידה קטן בהרבה מהשאר (בערך 6 × 10−39 פעמים חלש יותר מהכוח הגרעיני החזק).
כוחות אלקטרוסטטיים וחוק קולומב
"כוח אלקטרוסטטי" מתייחס לכוח החשמלי שנוצר על ידי מטענים נייחים. הוא מתואר על ידי משוואה פשוטה המכונה חוק קולומב. זה קובע כי:
F = \ frac {kq_1q_2} {r ^ 2}
פה,Fפירושו כוח,kהוא קבוע,ש1 וש2 הם האישומים, ורהוא המרחק ביניהם. מטענים גדולים יותר מייצרים כוח גדול יותר, והפרדה רבה יותר מחלישה את כוחו של הכוח. כמו בכל הכוחות, הכוח האלקטרומגנטי נמדד בניוטונים (N). הקבועkיש ערך ספציפי, 9 × 109 N מ '2 / ג2. המטען נמדד בקולומבים (C), ואתם מכניסים את סימן המטען (+ או -) יחד עם הכוח, ולכן למשוואה יש ערך חיובי לדחייה ושלילי למשיכה.
חוק כוח לורנץ
חוק כוח לורנץ משלב כוחות מגנטיים וחשמליים, ולכן זהו אחד הייצוגים הטובים ביותר של הכוח האלקטרומגנטי. החוק קובע:
\ bold {F} = q (\ bold {E} + \ bold {v} \ times \ bold {B})
איפהההוא השדה המגנטי,vהוא מהירות החלקיק, ובהוא השדה המגנטי. אלה מודגשים מכיוון שהם וקטורים, שיש להם כיוון כמו גם כוח, ואת× סמל הוא מוצר וקטורי ולא כפל פשוט. המשוואה אומרת לנו שהכוח הכולל הוא סכום השדה החשמלי והתוצר הווקטורי של מהירות החלקיק והשדה המגנטי, והכול מוכפל במטען החלקיק. המוצר הווקטורי מייצר כוח בכיוון הניצב לשניהם, בהתאם לסעיף הקודם.
אלקטרומגנטיות בפעולה: אטומים, אור, חשמל ועוד
אלקטרומגנטיות מראה את עצמה בצורות רבות בחיי היום יום ובפיזיקה. האטומים מוחזקים יחד על ידי המשיכה האלקטרומגנטית בין הפרוטונים בגרעין לבין האלקטרונים המקיפים אותו. אור הוא גל אלקטרומגנטי, כאשר שדה חשמלי מתנודד מייצר שדה מגנטי משתנה, אשר בתורו יוצר שדה חשמלי וכו '. זה חוזה על ידי המשוואות של מקסוול (ארבע משוואות המסבירות הכל על אלקטרומגנטיות בשפה של חשבון וקטורי), כולל המהירות האופיינית בה הוא נע.
אלקטרומגנטיות אחראית גם לחשמל שמניע את המסך שלך ולמכשיר שאתה קורא עליו, כאשר זרם האלקטרונים מונע לאורך קווי שדה חשמליים המספקים את האנרגיה. דוגמאות אלה רק מגרדות את פני השטח של מגוון התופעות הרחב שמוסבר על ידי אלקטרומגנטיות.