ჩვენს გარშემო სამყაროს მთელი სირთულე საბოლოოდ მოდის ოთხი ფუნდამენტური ძალისგან: გრავიტაცია, ძლიერი ბირთვული ძალა, სუსტი ბირთვული ძალა და ელექტრომაგნიტიზმი. ელექტრომაგნეტიზმი შეიძლება რთული თემა იყოს შესასწავლად, მაგრამ საფუძვლებია რა არის ძალა და როგორ მუშაობს საკმაოდ მარტივია და განსაკუთრებით ლორენცის კანონი, გიჩვენებთ თქვენთვის მნიშვნელოვან პუნქტებს მესმის მოკლედ რომ ვთქვათ, ელექტრომაგნიტური ძალა იწვევს განსხვავებით მუხტების - პოზიტიურ და უარყოფითს - ერთმანეთის მიზიდვას და განსხვავებით მუხტების მოგერიებას.
TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)
ელექტრომაგნეტიზმი არის სამყაროს ოთხი ფუნდამენტური ძალა. მასში აღწერილია, თუ როგორ რეაგირებენ დამუხტული ნაწილაკები ელექტრო და მაგნიტურ ველებზე, აგრეთვე მათ შორის ფუნდამენტური კავშირები. ელექტრომაგნიტური ძალა, ისევე როგორც ყველა ძალა, იზომება ნიუტონში.
ელექტროსტატიკური ძალები აღწერილია კულონის კანონით და ლორენცის ძალის კანონით არის დაფარული როგორც ელექტრო, ასევე მაგნიტური ძალები. ამასთან, მაქსველის ოთხი განტოლება წარმოადგენს ელექტრომაგნეტიზმის ყველაზე დეტალურ აღწერას.
ელექტრომაგნეტიზმი: საფუძვლები
ტერმინი ელექტრომაგნეტიზმი აერთიანებს ელექტრულ და მაგნიტურ ძალებს ერთ სიტყვად, რადგან ორივე ძალა განპირობებულია ერთი და იმავე ფენომენისგან. "დამუხტული" ნაწილაკები წარმოქმნიან ელექტრულ ველებს და პოზიტიური და უარყოფითი მუხტები განსხვავებულად რეაგირებენ ამ ველზე, რაც ხსნის ძალას, რომელსაც ვაკვირდებით. ელექტრული ურთიერთქმედებისათვის დადებითად დამუხტული ნაწილაკები (პროტონებივით) აშორებენ დადებითად დამუხტულ ნაწილაკებს და იზიდავენ უარყოფითად დამუხტულ (მაგალითად, ელექტრონებს) და პირიქით. ელექტრული ველის ხაზები პოზიტიური ელექტრული მუხტებისგან პირდაპირ გარედან ვრცელდება და ეს ნაწილაკებს საველე ხაზების მიმართულებით ან საპირისპირო მიმართულებით უბიძგებს.
მაგნეტიზმი მოდის მაგნიტური ველებიდან, რომლებიც წარმოიქმნება მოძრავი მუხტებით. ნაწილაკები არ რეაგირებენ მაგნიტურ ველებზე ისევე, როგორც ელექტრულ ველებზე. მაგნიტური ველის ხაზები ქმნიან წრეებს, არ აქვთ დასაწყისი და დასასრული. მათ საპასუხოდ, ნაწილაკები მოძრაობენ როგორც მათი მოძრაობის, ასევე ველის ხაზის პერპენდიკულარული მიმართულებით. როგორც ელექტრული ძალების შემთხვევაში, დადებითად დამუხტული ნაწილაკები და უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკები მოძრაობენ საწინააღმდეგო მიმართულებით.
ელექტრომაგნიტური ძალა ბუნებაში მეორე უძლიერესი ძალაა. ძლიერი ბირთვული ძალა არის ყველაზე ძლიერი, ელექტრომაგნიტური ძალები 137 ჯერ ნაკლებად ძლიერია სუსტი ბირთვული ძალა მილიონჯერ მცირეა, ხოლო სიმძიმე ბევრად, ბევრად უფრო მცირეა, ვიდრე დანარჩენი (დაახლოებით 6) × 10−39 ჯერ უფრო სუსტია, ვიდრე ძლიერი ბირთვული ძალა).
ელექტროსტატიკური ძალები და კულონის კანონი
"ელექტროსტატიკური ძალა" ნიშნავს სტაციონარული მუხტების მიერ წარმოქმნილ ელექტრულ ძალას. იგი აღწერილია მარტივი განტოლებით, რომელიც ცნობილია როგორც კულონის კანონი. ეს აღნიშნავს, რომ:
F = \ frac {kq_1q_2} {r ^ 2}
Აქ,ვნიშნავს ძალას,კარის მუდმივი,q1 დაq2 ბრალდებაა დარარის მანძილი მათ შორის. უფრო დიდი მუხტები უფრო დიდ ძალას წარმოქმნიან და მეტი განცალკევება ასუსტებს ძალის ძალას. როგორც ყველა ძალთან, ელექტრომაგნიტური ძალა იზომება ნიუტონში (N). მუდმივიკაქვს კონკრეტული მნიშვნელობა, 9 × 109 ნ მ2 / გ2. მუხტი იზომება კულონებში (C), ხოლო თქვენ ძალასთან ერთად აწვდით მუხტის ნიშანს (+ ან -), ამიტომ განტოლებას აქვს დადებითი მნიშვნელობა მოგერიებისთვის და უარყოფითი - მიზიდულობისთვის.
ლორენცის ძალის კანონი
ლორენცის ძალის კანონი აერთიანებს როგორც მაგნიტურ, ისე ელექტრულ ძალებს, ამიტომ იგი წარმოადგენს ელექტრომაგნიტური ძალის ერთ-ერთ საუკეთესო წარმოდგენას. კანონში წერია:
\ bold {F} = q (\ bold {E} + \ bold {v} \ times \ bold {B})
სადეარის მაგნიტური ველი,ვარის ნაწილაკის სიჩქარე დაბარის მაგნიტური ველი. ეს თამამია, რადგან ისინი ვექტორებია, რომლებსაც აქვთ მიმართულებაც და ძალაც და× სიმბოლო არის ვექტორული პროდუქტი, ვიდრე უბრალო გამრავლება. განტოლება გვეუბნება, რომ მთლიანი ძალა არის ელექტრული ველის ჯამი და ნაწილაკისა და მაგნიტური ველის სიჩქარის ვექტორული პროდუქტი, ეს ყველაფერი გამრავლებულია ნაწილაკის მუხტზე. ვექტორული პროდუქტი აწარმოებს ძალას ორივე პერპენდიკულარული მიმართულებით, წინა განყოფილების შესაბამისად.
ელექტრომაგნეტიზმი მოქმედებაში: ატომები, სინათლე, ელექტროენერგია და სხვა
ელექტრომაგნეტიზმი თავს იჩენს მრავალი ფორმით ყოველდღიურ ცხოვრებაში და ფიზიკაში. ატომები ერთად იმართება ელექტრომაგნიტური მიზიდულობით ბირთვში არსებულ პროტონებსა და მის გარშემო მობრუნებულ ელექტრონებს შორის. სინათლე არის ელექტრომაგნიტური ტალღა, სადაც მოძრავი ელექტრული ველი წარმოქმნის ცვალებად მაგნიტურ ველს, რაც თავის მხრივ ქმნის ელექტრულ ველს და ა.შ. ამას წინასწარმეტყველებენ მაქსველის განტოლებები (ოთხი განტოლება, რომლებიც ხსნიან ყველაფერს ელექტრომაგნეტიზმის შესახებ ვექტორული გამოთვლით ენაზე), მათ შორის დამახასიათებელი სიჩქარეც.
ელექტრომაგნეტიზმი ასევე პასუხისმგებელია თქვენს ეკრანზე და მოწყობილობაზე, რომელზეც კითხულობთ, ელექტროენერგიის მიწოდებას. ელექტრონების ნაკადის მოძრაობა ელექტრო ველის ხაზების გასწვრივ უზრუნველყოფს ენერგიას. ეს მაგალითები მხოლოდ ელექტრომაგნეტიზმით ახსნილი ფენომენების ფართო სპექტრს იჭრის.