Čo je elektromagnetická sila?

Celá zložitosť vesmíru okolo nás nakoniec pochádza zo štyroch základných síl: gravitácia, silná jadrová sila, slabá jadrová sila a elektromagnetizmus. Elektromagnetizmus môže byť náročnou témou na štúdium, ale základné informácie o tom, čo je sila a ako funguje, sú celkom jednoduché a najmä Lorentzov zákon o sile hovorí o kľúčových bodoch, ktoré musíte urobiť rozumieť. Stručne povedané, elektromagnetická sila spôsobuje, že na rozdiel od kladných a záporných nábojov sa navzájom priťahujú a na rozdiel od nábojov odpudzuje.

TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)

Elektromagnetizmus je jednou zo štyroch základných síl vo vesmíre. Opisuje, ako nabité častice reagujú na elektrické a magnetické pole, ako aj základné väzby medzi nimi. Elektromagnetická sila sa rovnako ako všetky sily meria v Newtonoch.

Elektrostatické sily sú popísané Coulombovým zákonom a na elektrické aj magnetické sily sa vzťahuje Lorentzov zákon. Maxwellove štyri rovnice však poskytujú najpodrobnejší popis elektromagnetizmu.

Termín elektromagnetizmus spája elektrické a magnetické sily do jedného slova, pretože obe sily sú dôsledkom rovnakého základného javu. „Nabité“ častice generujú elektrické polia a kladné a záporné náboje na toto pole reagujú odlišne, čo vysvetľuje silu, ktorú pozorujeme. Pri elektrických interakciách kladne nabité častice (ako protóny) odtláčajú kladne nabité častice a priťahujú záporne nabité častice (napríklad elektróny). Elektrické siločiary sa šíria priamo von z kladných elektrických nábojov, čo tlačí častice v smere - alebo v opačnom smere - k siločarám.

Magnetizmus pochádza z magnetických polí, ktoré sú generované pohybujúcimi sa nábojmi. Častice nereagujú na magnetické polia rovnako ako elektrické polia. Čiary magnetického poľa tvoria kruhy bez začiatku ani konca. V reakcii na ne sa častice pohybujú v smere kolmom na ich pohyb aj siločiary. Rovnako ako v prípade elektrických síl sa kladné a záporne nabité častice pohybujú v opačných smeroch.

Elektromagnetická sila je druhou najsilnejšou silou v prírode. Silná jadrová sila je najsilnejšia, elektromagnetické sily sú 137-krát menej silné, slabá jadrová sila je miliónkrát menšia a gravitácia je oveľa, oveľa menšia ako zvyšok (asi 6 × 10⁻³⁹ slabšia ako silná jadrová sila).

„Elektrostatická sila“ sa týka elektrickej sily generovanej stacionárnymi nábojmi. Je to popísané jednoduchou rovnicou známou ako Coulombov zákon. Toto uvádza, že:

Tu,Fznamená silu,kje konštanta,q​₁ aq​₂ sú poplatky arje vzdialenosť medzi nimi. Väčšie náboje vytvárajú väčšiu silu a väčšie oddeľovanie silu sily oslabuje. Rovnako ako u všetkých síl sa elektromagnetická sila meria v Newtonoch (N). Konštantnákmá konkrétnu hodnotu 9 × 10⁹ N m² / C². Náboj sa meria v coulomboch (C) a spolu so silou zadáte znamienko náboja (+ alebo -), takže rovnica má kladnú hodnotu pre odpudenie a zápornú pre príťažlivosť.

Lorentzov zákon sily zahrňuje magnetické aj elektrické sily, takže je jedným z najlepších vyobrazení elektromagnetickej sily. Zákon hovorí:

Kde​E​je magnetické pole,​v​je rýchlosť častice a​B​je magnetické pole. Sú to tučne, pretože sú to vektory, ktoré majú smer aj silu a×​ symbol je skôr vektorový produkt ako jednoduché násobenie. Rovnica nám hovorí, že celková sila je súčtom elektrického poľa a vektorového súčinu rýchlosti častice a magnetického poľa, všetko vynásobené nábojom častice. Vektorový produkt vytvára silu v smere kolmom na obe, v súlade s predchádzajúcou časťou.

Elektromagnetizmus sa v každodennom živote a fyzike prejavuje v mnohých formách. Atómy sú držané spolu elektromagnetickou príťažlivosťou medzi protónmi v jadre a elektrónmi obiehajúcimi okolo neho. Svetlo je elektromagnetické vlnenie, pri ktorom kmitavé elektrické pole generuje meniace sa magnetické pole, ktoré následne vytvára elektrické pole atď. Toto predpovedajú Maxwellove rovnice (štyri rovnice, ktoré vysvetľujú všetko o elektromagnetizme v jazyku vektorového počtu) vrátane charakteristickej rýchlosti, akou postupuje.

Elektromagnetizmus je tiež zodpovedný za elektrinu napájajúcu vašu obrazovku a zariadenie, na ktorom čítate, pričom tok elektrónov poháňaných pozdĺž línií elektrického poľa dodáva energiu. Tieto príklady iba poškriabu povrch širokého spektra javov vysvetlených elektromagnetizmom.