Co to jest siła elektromagnetyczna?

Cała złożoność otaczającego nas wszechświata ostatecznie pochodzi z czterech podstawowych sił: grawitacji, silnej siły jądrowej, słabej siły jądrowej i elektromagnetyzmu. Elektromagnetyzm może być trudnym tematem do zbadania, ale podstawy tego, czym jest siła i jak działa, są dość proste, a prawo siły Lorentza, w szczególności, mówi o kluczowych kwestiach, które należy wykonać Rozumiesz. Krótko mówiąc, siła elektromagnetyczna powoduje, że różne ładunki – dodatnie i ujemne – przyciągają się nawzajem, a inne ładunki odpychają.

TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)

Elektromagnetyzm jest jedną z czterech podstawowych sił we wszechświecie. Opisuje, jak naładowane cząstki reagują na pola elektryczne i magnetyczne, a także podstawowe powiązania między nimi. Siłę elektromagnetyczną, podobnie jak wszystkie siły, mierzy się w Newtonach.

Siły elektrostatyczne są opisane przez prawo Coulomba, a zarówno elektryczne, jak i magnetyczne są objęte prawem siły Lorentza. Jednak cztery równania Maxwella dostarczają najbardziej szczegółowego opisu elektromagnetyzmu.

Termin elektromagnetyzm łączy siły elektryczne i magnetyczne w jedno słowo, ponieważ obie siły wynikają z tego samego zjawiska. „Naładowane” cząstki generują pola elektryczne, a ładunki dodatnie i ujemne reagują na to pole inaczej, co wyjaśnia obserwowaną przez nas siłę. W przypadku oddziaływań elektrycznych dodatnio naładowane cząstki (takie jak protony) odpychają dodatnio naładowane cząstki i przyciągają ujemnie naładowane (takie jak elektrony) i odwrotnie. Linie pola elektrycznego rozchodzą się bezpośrednio na zewnątrz od dodatnich ładunków elektrycznych, co popycha cząstki w kierunku lub w kierunku przeciwnym do linii pola.

Magnetyzm pochodzi z pól magnetycznych, które są generowane przez poruszające się ładunki. Cząstki nie reagują na pola magnetyczne w taki sam sposób, jak na pola elektryczne. Linie pola magnetycznego tworzą koła, bez początku ani końca. W odpowiedzi na nie cząstki poruszają się w kierunku prostopadłym zarówno do ich ruchu, jak i linii pola. Podobnie jak w przypadku sił elektrycznych, cząstki naładowane dodatnio i ujemnie naładowane poruszają się w przeciwnych kierunkach.

Siła elektromagnetyczna jest drugą najsilniejszą siłą w przyrodzie. Silna siła jądrowa jest najsilniejsza, siły elektromagnetyczne są 137 razy słabsze, słaba siła jądrowa jest milion razy mniejsza, a grawitacja jest znacznie, znacznie mniejsza niż reszta (około 6 × 10⁻³⁹ razy słabsze niż silne siły jądrowe).

„Siła elektrostatyczna” odnosi się do siły elektrycznej generowanej przez ładunki stacjonarne. Opisuje to proste równanie znane jako prawo Coulomba. To stwierdza, że:

Tutaj,faoznacza siłę,kjest stałą,q​₁ iq​₂ są opłaty irto odległość między nimi. Większe ładunki wytwarzają większą siłę, a większa separacja osłabia siłę siły. Jak w przypadku wszystkich sił, siłę elektromagnetyczną mierzy się w Newtonach (N). Stałakma określoną wartość, 9 × 10⁹ Nm² / C². Ładunek jest mierzony w kulombach (C), a wraz z siłą wprowadzasz znak ładunku (+ lub -), więc równanie ma wartość dodatnią dla odpychania i ujemną dla przyciągania.

Prawo siły Lorentza obejmuje zarówno siły magnetyczne, jak i elektryczne, więc jest to jedna z najlepszych reprezentacji siły elektromagnetycznej. Prawo stanowi:

Gdzie​mi​jest pole magnetyczne,​v​jest prędkością cząstki, a​b​jest pole magnetyczne. Są one pogrubione, ponieważ są wektorami, które mają zarówno kierunek, jak i siłę, a×​ symbol jest produktem wektorowym, a nie prostym mnożeniem. Równanie mówi nam, że siła całkowita jest sumą pola elektrycznego i iloczynu wektorowego prędkości cząstki i pola magnetycznego, pomnożoną przez ładunek cząstki. Iloczyn wektorowy wytwarza siłę w kierunku prostopadłym do obu, zgodnie z poprzednim rozdziałem.

Elektromagnetyzm przejawia się w wielu formach w życiu codziennym i fizyce. Atomy są utrzymywane razem przez przyciąganie elektromagnetyczne między protonami w jądrze a krążącymi wokół niego elektronami. Światło to fala elektromagnetyczna, w której oscylujące pole elektryczne generuje zmieniające się pole magnetyczne, które z kolei wytwarza pole elektryczne i tak dalej. Przewidują to równania Maxwella (cztery równania, które wyjaśniają wszystko o elektromagnetyzmie w języku rachunku wektorowego), w tym charakterystyczna prędkość, z jaką się porusza.

Elektromagnetyzm jest również odpowiedzialny za energię elektryczną zasilającą ekran i urządzenie, na którym czytasz, a przepływ elektronów napędzanych wzdłuż linii pola elektrycznego zapewnia energię. Przykłady te tylko zarysowują powierzchnię szerokiego zakresu zjawisk wyjaśnianych przez elektromagnetyzm.