Что такое электромагнитная сила?

Вся сложность Вселенной вокруг нас в конечном итоге происходит от четырех фундаментальных сил: гравитации, сильного ядерного взаимодействия, слабого ядерного взаимодействия и электромагнетизма. Электромагнетизм может быть сложной темой для изучения, но основы того, что такое сила и как она работает, довольно прост, и закон силы Лоренца, в частности, подскажет вам ключевые моменты, которые вам нужно понимать. Короче говоря, электромагнитная сила заставляет разные заряды - положительные и отрицательные - притягиваться друг к другу, а разные заряды - отталкиваться.

TL; DR (слишком длинный; Не читал)

Электромагнетизм - одна из четырех фундаментальных сил Вселенной. Он описывает, как заряженные частицы реагируют на электрические и магнитные поля, а также основные связи между ними. Электромагнитная сила, как и все силы, измеряется в Ньютонах.

Электростатические силы описываются законом Кулона, а электрические и магнитные силы - законом силы Лоренца. Однако четыре уравнения Максвелла обеспечивают наиболее подробное описание электромагнетизма.

Термин электромагнетизм объединяет электрические и магнитные силы в одно слово, потому что обе силы связаны с одним и тем же основным явлением. «Заряженные» частицы генерируют электрические поля, и положительные и отрицательные заряды по-разному реагируют на это поле, что объясняет наблюдаемую нами силу. При электрическом взаимодействии положительно заряженные частицы (например, протоны) отталкивают положительно заряженные частицы и притягивают отрицательно заряженные (например, электроны) и наоборот. Линии электрического поля распространяются прямо наружу от положительных электрических зарядов, и это толкает частицы в направлении силовых линий или в противоположном направлении.

Магнетизм возникает из-за магнитных полей, которые генерируются движущимися зарядами. Частицы не реагируют на магнитные поля так, как на электрические. Линии магнитного поля образуют круги без начала и конца. В ответ на них частицы движутся в направлении, перпендикулярном как их движению, так и силовой линии. Как и в случае электрических сил, положительно заряженные частицы и отрицательно заряженные частицы движутся в противоположных направлениях.

Электромагнитная сила - вторая по силе сила в природе. Сильное ядерное взаимодействие является самым сильным, электромагнитные силы в 137 раз менее мощными, слабое ядерное взаимодействие в миллион раз меньше, а гравитация намного, намного меньше остальных (около 6 × 10⁻³⁹ раз слабее сильного ядерного взаимодействия).

«Электростатическая сила» относится к электрической силе, создаваемой неподвижными зарядами. Он описывается простым уравнением, известным как закон Кулона. В нем говорится, что:

Здесь,Fозначает силу,kконстанта,q​₁ а такжеq​₂ обвинения, иррасстояние между ними. Большие заряды создают большую силу, а большее разделение ослабляет силу силы. Как и все силы, электромагнитная сила измеряется в Ньютонах (Н). Постояннаяkимеет конкретное значение, 9 × 10⁹ Н м² / C². Заряд измеряется в кулонах (C), и вы вводите знак заряда (+ или -) вместе с силой, поэтому уравнение имеет положительное значение для отталкивания и отрицательное для притяжения.

Закон силы Лоренца включает в себя как магнитные, так и электрические силы, поэтому он является одним из лучших представлений электромагнитной силы. Закон гласит:

Где​E​магнитное поле,​v​- скорость частицы, а​B​магнитное поле. Они выделены жирным шрифтом, потому что это векторы, у которых есть направление, а также сила, и×​ символ - это векторное произведение, а не простое умножение. Уравнение говорит нам, что полная сила является суммой электрического поля и векторного произведения скорости частицы и магнитного поля, умноженных на заряд частицы. Векторное произведение создает силу в направлении, перпендикулярном обоим, в соответствии с предыдущим разделом.

Электромагнетизм проявляется во многих формах в повседневной жизни и в физике. Атомы удерживаются вместе за счет электромагнитного притяжения между протонами в ядре и электронами, вращающимися вокруг него. Свет - это электромагнитная волна, в которой колеблющееся электрическое поле создает изменяющееся магнитное поле, которое, в свою очередь, создает электрическое поле и т. Д. Это предсказывается уравнениями Максвелла (четыре уравнения, которые объясняют все об электромагнетизме на языке векторного исчисления), включая характерную скорость, с которой он движется.

Электромагнетизм также отвечает за электричество, питающее ваш экран и устройство, на котором вы читаете, при этом поток электронов, движущихся по линиям электрического поля, обеспечивает энергию. Эти примеры лишь поверхностно затрагивают широкий круг явлений, объясняемых электромагнетизмом.