Kas ir elektromagnētiskais spēks?

Visu mums apkārt esošā Visuma sarežģītība galu galā rodas no četriem pamatspēkiem: gravitācijas, spēcīgā kodolspēka, vāja kodolspēka un elektromagnētisma. Elektromagnētisms var būt izaicinoša tēma, ko izpētīt, bet pamati par to, kas ir spēks un kā tas darbojas diezgan vienkāršs, un jo īpaši Lorenca spēku likums paskaidro jums nepieciešamos galvenos jautājumus saprast. Īsāk sakot, elektromagnētiskais spēks atšķirībā no lādiņiem - pozitīviem un negatīviem - liek viens otru piesaistīt un atšķirībā no lādiņiem atvairīt.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Elektromagnētisms ir viens no četriem Visuma pamatspēkiem. Tajā aprakstīts, kā uzlādētas daļiņas reaģē uz elektrisko un magnētisko lauku, kā arī fundamentālās saites starp tām. Elektromagnētisko spēku, tāpat kā visus spēkus, mēra ņūtonos.

Elektrostatiskos spēkus raksturo Kulona likums, un gan elektriskos, gan magnētiskos spēkus aptver Lorenca spēka likums. Tomēr Maksvela četri vienādojumi sniedz visprecīzāko elektromagnētisma aprakstu.

Termins elektromagnētisms apvieno elektriskos un magnētiskos spēkus vienā vārdā, jo abi spēki ir saistīti ar vienu un to pašu pamatā esošo parādību. “Uzlādētas” daļiņas rada elektriskos laukus, un pozitīvie un negatīvie lādiņi uz šo lauku reaģē atšķirīgi, kas izskaidro mūsu novēroto spēku. Elektriskai mijiedarbībai pozitīvi lādētas daļiņas (piemēram, protoni) izstumj pozitīvi lādētas daļiņas un piesaista negatīvi lādētas (piemēram, elektronus) un otrādi. Elektriskā lauka līnijas izplatās tieši uz āru no pozitīviem elektriskiem lādiņiem, un tas daļiņas nospiež lauka līniju virzienā vai pretējā virzienā.

Magnētisms rodas no magnētiskajiem laukiem, kurus rada kustīgi lādiņi. Daļiņas nereaģē uz magnētiskajiem laukiem tāpat kā uz elektriskajiem laukiem. Magnētiskā lauka līnijas veido apļus, bez sākuma un beigām. Reaģējot uz tām, daļiņas pārvietojas perpendikulāri gan to kustībai, gan lauka līnijai. Tāpat kā elektriskajiem spēkiem, pozitīvi lādētas un negatīvi lādētas daļiņas pārvietojas pretējos virzienos.

Elektromagnētiskais spēks ir otrs spēcīgākais spēks dabā. Spēcīgākais kodolspēks ir visspēcīgākais, elektromagnētiskie spēki ir 137 reizes mazāk spēcīgi, vājš kodolspēks ir miljons reižu mazāks, un gravitācijas spēks ir daudz, daudz mazāks nekā pārējais (apmēram 6 × 10⁻³⁹ reizes vājāka nekā spēcīgais kodolspēks).

“Elektrostatiskais spēks” attiecas uz elektrisko spēku, ko rada stacionārie lādiņi. To raksturo vienkāršs vienādojums, kas pazīstams kā Kulona likums. Tajā teikts, ka:

Šeit,Fnozīmē spēku,kir konstante,q​₁ unq​₂ ir maksas, unrir attālums starp tiem. Lielāki lādiņi rada lielāku spēku, un lielāka atdalīšana vājina spēka spēku. Tāpat kā ar visiem spēkiem, arī elektromagnētisko spēku mēra ņūtonos (N). Nemainīgaiskir noteikta vērtība 9 × 10⁹ N m² / C². Lādiņu mēra kulonās (C), un jūs kopā ar spēku ievadāt lādiņa zīmi (+ vai -), tāpēc vienādojumam ir pozitīva atgrūšanas vērtība un negatīva pievilcības vērtība.

Lorenca spēka likumā ir iekļauti gan magnētiskie, gan elektriskie spēki, tāpēc tas ir viens no labākajiem elektromagnētiskā spēka attēlojumiem. Likums nosaka:

Kur​E​ir magnētiskais lauks,​v​ir daļiņas ātrums un​B​ir magnētiskais lauks. Tie ir treknrakstā, jo tie ir vektori, kuriem ir gan virziens, gan stiprums, gan×​ simbols ir vektora produkts, nevis vienkāršs reizinājums. Vienādojums mums saka, ka kopējais spēks ir daļiņas un magnētiskā lauka ātruma elektriskā lauka un vektora reizinājuma summa, kas reizināta ar daļiņas lādiņu. Vektoru produkts rada spēku virzienā, kas ir perpendikulārs abiem, saskaņā ar iepriekšējo sadaļu.

Elektromagnētisms daudzveidīgi parāda sevi ikdienas dzīvē un fizikā. Atomus tur kopā elektromagnētiskā pievilcība starp kodolā esošajiem protoniem un ap to riņķojošajiem elektroniem. Gaisma ir elektromagnētiskais vilnis, kur svārstīgs elektriskais lauks rada mainīgu magnētisko lauku, kas savukārt rada elektrisko lauku utt. To paredz Maksvela vienādojumi (četri vienādojumi, kas visu izskaidro par elektromagnētismu vektoru aprēķinu valodā), ieskaitot raksturīgo ātrumu, ar kādu tas pārvietojas.

Elektromagnētisms ir atbildīgs arī par elektrību, kas darbina jūsu ekrānu un ierīci, kurā lasāt, un enerģiju nodrošina elektronu plūsma, kas virzīta pa elektriskā lauka līnijām. Šie piemēri tikai saskrāpē plašo parādību klāstu, ko izskaidro elektromagnētisms.