Связь между электричеством и магнетизмом

Электричество и магнетизм - это отдельные, но взаимосвязанные явления, связанные с электромагнитная сила. Вместе они составляют основу для электромагнетизмключевая физическая дисциплина.

Ключевые выводы: электричество и магнетизм

За исключением поведения из-за сила тяжестиПочти каждый случай в повседневной жизни происходит от электромагнитной силы. Он отвечает за взаимодействие между атомами и потоком между веществом и энергией. Другой фундаментальные силы являются слабая и сильная ядерная сила, которые управляют радиоактивным распадом и тому формирование атомных ядер.

Поскольку электричество и магнетизм невероятно важны, хорошей идеей будет начать с базового понимания того, что они собой представляют и как они работают.

Электричество - это явление, связанное с неподвижными или движущимися электрическими зарядами. Источником электрического заряда может быть элементарная частица, электрон (имеющий отрицательный заряд), протон (который имеет положительный заряд), ион или любое большее тело, которое имеет дисбаланс положительного и отрицательного заряжать. Положительные и отрицательные заряды притягивают друг друга (например, протоны притягиваются к электронам), в то время как подобные заряды отталкивают друг друга (например, протоны отталкивают другие протоны, а электроны отталкивают другие электроны).

Знакомые примеры электричества включают молнии, электрический ток от розетки или батареи, а также от статического электричества. общий Единицы СИ электроэнергии включают ампер (A) для тока, кулон (C) для электрического заряда, вольт (V) для разности потенциалов, ом (Ω) для сопротивления и ватт (W) для мощности. Стационарный точечный заряд имеет электрическое поле, но если заряд приводится в движение, он также генерирует магнитное поле.

Магнетизм определяется как физическое явление, вызванное движением электрического заряда. Кроме того, магнитное поле может заставить заряженные частицы двигаться, создавая электрический ток. Электромагнитная волна (например, свет) имеет как электрическую, так и магнитную составляющую. Два компонента волны движутся в одном направлении, но ориентированы под прямым углом (90 градусов) друг к другу.

Подобно электричеству, магнетизм вызывает притяжение и отталкивание между объектами. Хотя электричество основано на положительных и отрицательных зарядах, известных магнитных монополей нет. Любая магнитная частица или объект имеет «северный» и «южный» полюс с направлениями, основанными на ориентации магнитного поля Земли. подобно полюса магнита отталкивать друг друга (например, север отталкивает север), тогда как противоположные полюса притягивают друг друга (север и юг притягивают).

Знакомые примеры магнетизма включают реакция стрелки компаса к магнитному полю Земли, притяжение и отталкивание стержневых магнитов, а также поле, окружающее электромагниты. Тем не менее, каждый движущийся электрический заряд имеет магнитное поле, поэтому орбитальные электроны атомов создают магнитное поле; существует магнитное поле, связанное с линиями электропередач; а для работы жестких дисков и динамиков требуются магнитные поля. Ключевые единицы магнетизма СИ включают тесла (Т) для плотности магнитного потока, Вебер (Wb) для магнитного потока, ампер на метр (А / м) для напряженности магнитного поля и Генри (H) для индуктивности.

Слово электромагнетизм происходит от сочетания греческих произведений Elektron, что означает «янтарь» и Магнетис Литос, что означает «магниевый камень», который представляет собой магнитную железную руду. Древний Греки были знакомы с электричеством и магнетизмом, но считал их двумя отдельными явлениями.

Отношения, известные как электромагнетизм не было описано, пока Джеймс Клерк Максвелл не опубликовал Трактат об электричестве и магнетизме в 1873 году. Работа Максвелла включала двадцать известных уравнений, которые с тех пор были сведены в четыре уравнения в частных производных. Основные понятия, представленные уравнениями, следующие:

1. Как электрические заряды отталкивают, а в отличие от электрических зарядов притягивают. Сила притяжения или отталкивания обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
2. Магнитные полюса всегда существуют как пары север-юг. Как полюсы отталкивают и притягивают в отличие.
3. Электрический ток в проводе генерирует магнитное поле вокруг провода. Направление магнитного поля (по часовой стрелке или против часовой стрелки) зависит от направления тока. Это «правило правой руки», где направление магнитного поля следует за пальцами правой руки, если большой палец указывает в текущем направлении.
4. Перемещение петли провода к магнитному полю или от него индуцирует ток в проводе. Направление тока зависит от направления движения.

Теория Максвелла противоречила ньютоновской механике, но эксперименты подтвердили уравнения Максвелла. Конфликт был окончательно разрешен теорией специальной теории относительности Эйнштейна.

• Хант, Брюс Дж. (2005). Максвеллы. Корнелл: издательство Корнелльского университета. стр. 165–166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• Международный союз теоретической и прикладной химии (1993). Количества, единицы и символы в физической химии, 2-е издание, Оксфорд: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. стр. 14–15.
• Равайоли, Фаваз Т. Улаби, Эрик Михилссен, Умберто (2010). Основы прикладной электромагнитики (6-е изд.). Бостон: Прентис Холл. п. 13. ISBN 978-0-13-213931-1.