Hva er elektromagnetisk kraft?

All kompleksiteten i universet rundt oss kommer til slutt fra fire grunnleggende krefter: tyngdekraften, den sterke kjernekraften, den svake kjernekraften og elektromagnetisme. Elektromagnetisme kan være et utfordrende tema å studere, men det grunnleggende om hva kraften er og hvordan den fungerer er ganske grei, og spesielt Lorentz-kraftloven forteller deg de viktigste punktene du trenger forstå. I et nøtteskall får den elektromagnetiske kraften ulik ladning - positiv og negativ - til å tiltrekke hverandre, og i motsetning til ladninger for å avstøte.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Elektromagnetisme er en av de fire grunnleggende kreftene i universet. Den beskriver hvordan ladede partikler reagerer på elektriske og magnetiske felt, samt de grunnleggende koblingene mellom dem. Elektromagnetisk kraft måles, som alle krefter, i Newton.

Elektrostatiske krefter er beskrevet av Coulombs lov, og både elektriske og magnetiske krefter er dekket av Lorentz-kraftloven. Imidlertid gir Maxwells fire ligninger den mest detaljerte beskrivelsen av elektromagnetisme.

Begrepet elektromagnetisme kombinerer de elektriske og magnetiske kreftene til et enkelt ord fordi begge kreftene skyldes det samme underliggende fenomenet. "Ladede" partikler genererer elektriske felt, og positive og negative ladninger reagerer forskjellig på dette feltet, noe som forklarer styrken vi observerer. For elektriske interaksjoner skyver positivt ladede partikler (som protoner) bort positivt ladede partikler og tiltrekker seg negativt ladede (som elektroner), og omvendt. Elektriske feltlinjer spres direkte utover fra positive elektriske ladninger, og dette skyver partikler i retning av - eller i motsatt retning av - feltlinjene.

Magnetisme kommer fra magnetiske felt, som genereres av bevegelige ladninger. Partikler reagerer ikke på magnetfelt på samme måte som de gjør på elektriske felt. Magnetfeltlinjer danner sirkler, uten begynnelse eller slutt. Som svar på dem beveger partikler seg i en retning vinkelrett på både bevegelsen og feltlinjen. Som med elektriske krefter beveger positivt ladede partikler og negativt ladede seg i motsatt retning.

Den elektromagnetiske kraften er den nest sterkeste kraften i naturen. Den sterke kjernekraften er den sterkeste, elektromagnetiske krefter er 137 ganger mindre kraftige, den svak atomkraft er en million ganger mindre, og tyngdekraften er mye, mye mindre enn resten (ca. 6 × 10⁻³⁹ ganger svakere enn den sterke kjernefysiske styrken).

"Elektrostatisk kraft" refererer til den elektriske kraften som genereres av stasjonære ladninger. Den er beskrevet av en enkel ligning kjent som Coulombs lov. Dette sier at:

Her,Fbetyr kraft,ker en konstant,q​₁ ogq​₂ er anklagene, ogrer avstanden mellom dem. Større ladninger produserer en større kraft, og mer separasjon svekker styrken til styrken. Som med alle krefter måles elektromagnetisk kraft i Newton (N). Den konstantekhar en spesifikk verdi, 9 × 10⁹ N m² / C². Ladning måles i coulombs (C), og du angir ladetegnet (+ eller -) sammen med styrken, slik at ligningen har en positiv verdi for frastøting og en negativ for tiltrekning.

Lorentz-kraftloven inneholder både magnetiske og elektriske krefter, så det er en av de beste representasjonene av den elektromagnetiske kraften. Loven sier:

Hvor​E​er magnetfeltet,​v​er partikkelens hastighet, og​B​er magnetfeltet. Disse er fet skrift fordi de er vektorer, som har en retning så vel som en styrke, og×​ symbolet er et vektorprodukt i stedet for en enkel multiplikasjon. Ligningen forteller oss at den totale kraften er summen av det elektriske feltet og vektorproduktet av hastigheten til partikkelen og magnetfeltet, alt multiplisert med ladningen til partikkelen. Vektorproduktet produserer en kraft i en retning vinkelrett på begge, i tråd med forrige avsnitt.

Elektromagnetisme viser seg i mange former i det daglige livet og fysikken. Atomer holdes sammen av den elektromagnetiske tiltrekningen mellom protonene i kjernen og elektronene som kretser rundt den. Lys er en elektromagnetisk bølge, hvor et oscillerende elektrisk felt genererer et skiftende magnetfelt, som igjen skaper et elektrisk felt, og så videre. Dette er spådd av Maxwells ligninger (fire ligninger som forklarer alt om elektromagnetisme på språket for vektorberegning), inkludert den karakteristiske hastigheten den beveger seg på.

Elektromagnetisme er også ansvarlig for strømmen til skjermen og enheten du leser på, med strømmen av elektroner som drives langs elektriske feltlinjer som gir energi. Disse eksemplene skraper bare overflaten til det store spekteret av fenomener forklart med elektromagnetisme.