Що таке електромагнітна сила?

Вся складність Всесвіту навколо нас зрештою походить від чотирьох фундаментальних сил: гравітації, сильної ядерної сили, слабкої ядерної сили та електромагнетизму. Електромагнетизм може бути складною темою для вивчення, але основи того, що таке сила і як вона працює, є досить просто, і закон про силу Лоренца, зокрема, говорить вам ключові моменти, які вам потрібно зробити зрозуміти. У двох словах, електромагнітна сила змушує різні заряди - позитивні та негативні - притягувати один одного, а на відміну від зарядів відштовхуватися.

TL; ДР (занадто довгий; Не читав)

Електромагнетизм - одна з чотирьох основних сил у Всесвіті. Він описує реакцію заряджених частинок на електричне та магнітне поля, а також основні зв’язки між ними. Електромагнітна сила, як і всі сили, вимірюється в ньютонах.

Електростатичні сили описуються законом Кулона, а як електричні, так і магнітні сили охоплюються законом сили Лоренца. Однак чотири рівняння Максвелла дають найбільш детальний опис електромагнетизму.

Термін електромагнетизм поєднує електричні та магнітні сили в одне слово, оскільки обидві сили зумовлені одним і тим же основним явищем. «Заряджені» частинки генерують електричні поля, а позитивні та негативні заряди реагують на це поле по-різному, що пояснює силу, яку ми спостерігаємо. Для електричних взаємодій позитивно заряджені частинки (як протони) відштовхують позитивно заряджені частинки і притягують негативно заряджені (як електрони), і навпаки. Лінії електричного поля поширюються безпосередньо назовні від позитивних електричних зарядів, і це відштовхує частинки в напрямку - або в протилежному напрямку - до ліній поля.

Магнетизм походить від магнітних полів, які породжуються рухомими зарядами. Частинки не реагують на магнітні поля так само, як на електричні поля. Лінії магнітного поля утворюють кола без початку і кінця. У відповідь на них частинки рухаються в напрямку, перпендикулярному як їх руху, так і лінії поля. Як і при електричних силах, позитивно заряджені частинки та негативно заряджені рухаються в протилежних напрямках.

Електромагнітна сила - друга за потужністю сила в природі. Сильна ядерна сила є найсильнішою, електромагнітні сили в 137 разів менш потужні, слабка ядерна сила в мільйон разів менша, а сила тяжіння набагато, набагато менша за решту (приблизно 6 × 10⁻³⁹ в рази слабкіші за сильну ядерну силу).

"Електростатична сила" означає електричну силу, що генерується нерухомими зарядами. Це описується простим рівнянням, відомим як закон Кулона. Це говорить, що:

Ось,Fозначає силу,kє константою,q​₁ іq​₂ - звинувачення, ір- відстань між ними. Більші заряди виробляють більшу силу, і більше розділення послаблює силу сили. Як і для всіх сил, електромагнітна сила вимірюється в ньютонах (N). Постійнаkмає конкретне значення, 9 × 10⁹ Н м² / C². Заряд вимірюється в кулонах (С), і ви вводите знак заряду (+ або -) разом із силою, тому рівняння має позитивне значення для відштовхування та негативне для притягання.

Закон сили Лоренца включає як магнітні, так і електричні сили, тому він є одним з найкращих уявлень про електромагнітну силу. Закон передбачає:

Де​Е​- магнітне поле,​v​- швидкість частинки, і​B​- магнітне поле. Вони виділені напівжирним шрифтом, оскільки це вектори, які мають напрямок, а також силу, і×​ символ - це векторний добуток, а не просте множення. Рівняння говорить нам, що загальна сила - це сума електричного поля та векторного добутку швидкості частинки та магнітного поля, помноженого на заряд частинки. Векторний добуток створює силу в напрямку, перпендикулярному до обох, відповідно до попереднього розділу.

Електромагнетизм проявляється у багатьох формах у повсякденному житті та фізиці. Атоми утримуються разом за допомогою електромагнітного притягання між протонами в ядрі та електронами, що обертаються навколо нього. Світло - це електромагнітна хвиля, де коливальне електричне поле породжує мінливе магнітне поле, яке, в свою чергу, створює електричне поле тощо. Це передбачається рівняннями Максвелла (чотири рівняння, які пояснюють все про електромагнетизм мовою векторного числення), включаючи характерну швидкість, з якою він рухається.

Електромагнетизм також відповідає за електроенергію, що живить ваш екран і пристрій, на якому ви читаєте, при цьому потік електронів рухається по лініях електричного поля, забезпечуючи енергію. Ці приклади лише подряплюють поверхню широкого кола явищ, що пояснюються електромагнетизмом.