Toată complexitatea universului din jurul nostru provine în cele din urmă de la patru forțe fundamentale: gravitația, forța nucleară puternică, forța nucleară slabă și electromagnetismul. Electromagnetismul poate fi un subiect dificil de studiat, dar elementele de bază despre ce este forța și cum funcționează sunt destul de simplu, iar legea forței Lorentz, în special, vă spune punctele cheie de care aveți nevoie a intelege. Pe scurt, forța electromagnetică face ca sarcinile - pozitive și negative - să se atragă reciproc și, spre deosebire de sarcini, să se respingă.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Electromagnetismul este una dintre cele patru forțe fundamentale din univers. Descrie modul în care particulele încărcate reacționează la câmpurile electrice și magnetice, precum și legăturile fundamentale dintre ele. Forța electromagnetică, ca toate forțele, este măsurată în Newtoni.
Forțele electrostatice sunt descrise de legea lui Coulomb, iar forțele electrice și magnetice sunt acoperite de legea forței Lorentz. Cu toate acestea, cele patru ecuații ale lui Maxwell oferă cea mai detaliată descriere a electromagnetismului.
Electromagnetismul: elementele de bază
Termenul electromagnetism combină forțele electrice și magnetice într-un singur cuvânt, deoarece ambele forțe se datorează aceluiași fenomen de bază. Particulele „încărcate” generează câmpuri electrice, iar sarcinile pozitive și negative reacționează diferit la acel câmp, ceea ce explică forța pe care o observăm. Pentru interacțiunile electrice, particulele încărcate pozitiv (cum ar fi protonii) împing particulele încărcate pozitiv și le atrag pe cele încărcate negativ (cum ar fi electronii) și invers. Liniile de câmp electric se răspândesc direct spre exterior de la sarcinile electrice pozitive, iar acest lucru împinge particulele în direcția - sau în direcția opusă - a liniilor de câmp.
Magnetismul provine din câmpuri magnetice, care sunt generate de sarcini în mișcare. Particulele nu răspund la câmpurile magnetice în același mod ca și la câmpurile electrice. Liniile câmpului magnetic formează cercuri, fără început sau sfârșit. Ca răspuns la acestea, particulele se mișcă într-o direcție perpendiculară atât asupra mișcării lor, cât și pe linia câmpului. Ca și în cazul forțelor electrice, particulele încărcate pozitiv și cele încărcate negativ se deplasează în direcții opuse.
Forța electromagnetică este a doua cea mai puternică forță din natură. Forța nucleară puternică este cea mai puternică, forțele electromagnetice sunt de 137 de ori mai puțin puternice forța nucleară slabă este de un milion de ori mai mică, iar gravitația este mult, mult mai mică decât restul (aproximativ 6 × 10−39 ori mai slabă decât forța nucleară puternică).
Forțele electrostatice și legea lui Coulomb
„Forța electrostatică” se referă la forța electrică generată de sarcinile staționare. Este descris printr-o ecuație simplă cunoscută sub numele de legea lui Coulomb. Aceasta afirmă că:
F = \ frac {kq_1q_2} {r ^ 2}
Aici,Fînseamnă forță,keste o constantă,q1 șiq2 sunt acuzațiile șireste distanța dintre ele. Sarcinile mai mari produc o forță mai mare și o separare mai mare slăbește puterea forței. Ca și în cazul tuturor forțelor, forța electromagnetică este măsurată în Newtoni (N). Constantakare o valoare specifică, 9 × 109 N m2 / C2. Încărcarea se măsoară în coulombi (C) și introduceți semnul încărcării (+ sau -) împreună cu puterea, astfel ecuația are o valoare pozitivă pentru repulsie și una negativă pentru atracție.
Legea forței Lorentz
Legea forței Lorentz încorporează atât forțe magnetice, cât și forțe electrice, deci este una dintre cele mai bune reprezentări ale forței electromagnetice. Legea prevede:
\ bold {F} = q (\ bold {E} + \ bold {v} \ times \ bold {B})
UndeEeste câmpul magnetic,veste viteza particulei șiBeste câmpul magnetic. Acestea sunt îndrăznețe, deoarece sunt vectori, care au o direcție, precum și o forță, și× simbolul este mai degrabă un produs vector decât o simplă multiplicare. Ecuația ne spune că forța totală este suma câmpului electric și a produsului vector al vitezei particulei și a câmpului magnetic, toate înmulțite cu sarcina particulei. Produsul vector produce o forță într-o direcție perpendiculară pe ambele, în conformitate cu secțiunea anterioară.
Electromagnetismul în acțiune: atomi, lumină, electricitate și multe altele
Electromagnetismul se arată în multe forme în viața de zi cu zi și în fizică. Atomii sunt ținuți împreună prin atracția electromagnetică dintre protonii din nucleu și electronii care orbitează. Lumina este o undă electromagnetică, unde un câmp electric oscilant generează un câmp magnetic în schimbare, care la rândul său creează un câmp electric și așa mai departe. Acest lucru este prezis de ecuațiile lui Maxwell (patru ecuații care explică totul despre electromagnetism în limbajul calculului vectorial), inclusiv viteza caracteristică cu care se deplasează.
Electromagnetismul este, de asemenea, responsabil pentru energia electrică care alimentează ecranul și dispozitivul pe care îl citiți, fluxul de electroni propulsat de-a lungul liniilor câmpului electric furnizând energie. Aceste exemple doar zgârie suprafața unei game largi de fenomene explicate de electromagnetism.