Електромагнетизам

Електромагнетна индукција.

Електромагнетизам — дел од физиката чиј предмет на проучување е електромагнетното поле. Ова поле го опфаќа целиот простор околу честичките кои поседуваат електричен набој, па така врши сила врз нив и влијае врз присуството и движењето на таквите честички.

Теоријата на електромагнетизмот следи голем број електромагнетни феномени, меѓу кои може да се споменат електростатиката, магнетостатиката, електродинамиката, електричните кола и други.

Електрично и магнетно поле

За подобро да се разбере електромагнетното поле, се образложува како компонента составена од две одделни полиња: електрично и магнетно поле.

Околу секоја електрично набоена честичка постои ненулево електрично поле, што предизвикува електрични сили. Овие сили се основата на статичкиот електрицитет и се зголемува движењето на електричните полначи (електрична струја) во инсталациите. Магнетното поле, од друга страна, е предизвикано од движењето на електричните полначи и ги предизвикува магнетните сили кои во магнетостатиката се поврзани со магнетите.

Poimot „електромагнетизам“ потекнува од двете одделни компонентни полиња на електромагнетното поле - електрична и магнетна компонента. Се текот на времето магнетното поле создава електрично поле (ова е феноменот електромагнетна индукција, што е основа на дејството на електричните генератори, електродите и трансформаторите). На ист начин, се менува електричното поле и се создава магнетно поле.

Поради оваа поврзаност на електричните и магнетните полиња логично е да ги гледаме како еден единствен објект - електромагнетно поле. Тоа обединување, претставено од Џејмс Кларк Максвел е едно од триумфалните достигнувања на физиката во 19 век. Тоа има последици со големо значење, едно од кои е разјаснувањето на природата на светлината. Како што се покажало, таа всушност претставува дистрибутер на електромагнетно зрачење или електромагнетен бран. Различните честоти на треперењето на бранот одговараат на различните делови на електромагнетниот спектар - од радио брановите со ниски честота, во видливата светлина со средни честоти, до зарачен спектар со високи честоти.

Теоретските заклучоци од теоријата на електромагнетизмот доведуваат до создавање на Специјалната теорија за релативноста од Алберт Ајнштајн во 1905.

Електромагнетна сила

Електромагнетната сила е една од четирите основни сили во природата и влијае на електричните честички. Другите три фундаментални сили се силното заемодејство (на неа се должи постоењето на атомските јадра), слабото заемодејство (поврзано со некои форми на радиоактивно распаѓање) и гравитацијата . Сите други сили во природата се однесуваат на овие четири.

Се испоставува дека електромагнетната сила е основа на практично сите феномени со кои се соочуваме во своето секојдневие, со исклучок на гравитацијата. Грубо кажано, сите сили на заемодејството помеѓу атомите можат да бидат сведени на влијанието на електромагнетна сила на електрично снимените протони и електрони од кои тие се составени. Ова ги вклучува и силите што се занимаваат со „туркање“ и „влечење“ на обични материјални објекти, засновани на меѓумолекулното заемодејство помеѓу молекулите на нашите тела и оние на објектите. Исто така и сите хемиски феномени се должат на заемодејствата помеѓу електронските орбити.

Носителот на честичките на електромагнетното заемодејство е фотонот (симбол γ), а современата теорија на електромагнетна сила е поврзана со виртуелните фотони.

Потекло на електромагнетна теорија

Во својот труд De Magnete (1600) Вилијам Гилберт претпоставува дека иако струјата и магнетизмот предизвикуваат привлекување помеѓу објектите, на многу сличен начин, тие претставуваат различни феномени. Морнарите одамна забележале дека при грмотевични бури стрелката на компасот се движи, но врската помеѓу струјата и блесокот е потврдена само со експериментите на Бенџамин Френклин во 1752. Еден од првите откривачи на врската помеѓу електричната енергија и магнетизмот бил Италијанецот Ромањози, кој во 1802 забележал дека при поврзувањето на жицата од електрична батерија стрелката на компасот отстапува . Ефектот не бил широко познат до 1820 кога Оерстед спровел сличен експеримент. Работата на Оерстед влијаела на Ампер, кој создал математичка основа за теоријата на електромагнетизмот.

Теоријата на електромагнетизмот, позната како класична електродинамика била развиена во 19 век од различни физичари. Како кулминација претставува работата на англискиот физичар Џејмс Кларк Максвел, кој ги обединил сите теоретски достигнувања до тогаш во витка единствена теорија и ја открил електромагнетната природа на светлината. Во класичната електродинамика електромагнетното поле се опишува од систем на четири равенки, познати како равенки на Максвел, а електромагнетната сила е предмет на законот на Лоренц.

Една од особеностите на класичната теорија на електромагнетизмот е дека таа тешко се консултира со класичната механика, но е во добра согласност со специјалната теорија за релативноста. Според равенките на Максвел брзината на светлината е универзална константа која зависи единствено од диелектричната и магнетната чувствителност на вакуумот.

Тоа е во спротивност со принципот на Галилеј дека физичките закони се исти во сите инерцијални координативни системи - основен принцип на класичната механика. Една можност двете теории да бидат усогласени е претпоставката за постоење на „светски етер“, во кој се шири светлината. Обидите за експериментална потврда на Етерот се неуспешни.

Во 1905, Алберт Ајнштајн ја решава контрадикторноста со нудење на својата специјална теорија за релативноста, во која класичната кинематика се заменува со нова, која е во согласност со класичниот електромагнетизам.Покрај тоа специјалната теорија за релативност покажува дека во подвижни координативни системи магнетното поле се трансформира во поле, што има различни електрични компоненти, како и обратно, докажувајќи на тој начин дека тоа се две страни на еден ист феномен.

Проблеми пред класичниот електромагнетизам

Во својот текст, Ајнштајн ги ставил под знак прашалник самите основи на класичниот електромагнетизам. Во теоријата за фотоелектричен ефект (за која добил Нобелова награда за физика) тврди дека светлината може да постои како дискретни порции слични на честички кои подоцна стануваат познати како фотони.

Оваа негова теорија на фотоефектот го зголемува напредокот постигнат за решавањето на проблемот за ултравиолетовата катастрофа од Макс Планк во 1900. Во својата работа Планк покажува дека жешките објекти имаат електромагнетно зрачење и тоа се дискретни пакети, што доведува до заклучок дека од т.н. апсолутно црно тело емитува точно одредена количина енергија. Овие два резултата паѓаат во директна спротивставеност со класичното разбирање за светлината како непрекинат бран. Теориите на Планк и Ајнштајн директно влијаат при создавањето на квантната механика формулирана во 1925.

Единици за електрична енергија и магнетизам

Мерка за	Име	Ознака	Изразување преку основни единици
Електричен набој	кулон	C	A.s
Електричен потенцијал	волти	V	J/C = kg m²/A s³
Електрична отпорност	ом	Ω	V/A = kg.m²/s³.A²
Специфична електрична отпорност	ом на метар	Ω·m	kg·m³·s⁻³·A⁻²
Електричен капацитет	фарад	F	A².s⁴/kg.m²
Електрична спроводливост	Сименс	S	Ω ⁻¹ = kg⁻¹ m⁻² s³ A²
Електрична струја	ампер	A	A = W/V = C/s
Електрична моќност	вати	W	V·A = kg·m²·s⁻³
Диелектрична чувствителност	фарад на метар	F/m	kg⁻¹·m⁻³·A²·s⁴
Специфична електрична спроводливост	сименс на метар	S/m	kg⁻¹·m⁻³·s³·A²
Магнетен тек	вебер	Wb	kg m²/s² A
Магнетна индукција	тесла	T	Wb/m² = kg/s² A
Индуктивност	хенри	H	kg m²/s² A²
Интензитет на магнетно поле	ампер на метар	A/m	A·m⁻¹
Магнетна чувствителност	хенри на метар	H/m	kg·m·s⁻²·A⁻²

Поврзано

Извори

Tipler, Paul (1998). Physics for Scientists and Engineers: Vol. 2: Light, Electricity and Magnetism (4. изд.). W. H. Freeman. ISBN 978-1-57259-492-0.
Griffiths, David J. (1998). Introduction to Electrodynamics (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-805326-0.
Jackson, John D. (1998). Classical Electrodynamics (3. изд.). Wiley. ISBN 978-0-471-30932-1.
Rothwell, Edward J.; Cloud, Michael J. (2001). Electromagnetics. CRC Press. ISBN 978-0-8493-1397-4.

Надворешни врски

Вовед во електромагнетизмот
Видео предавање - електрицитет и магнетизам Архивирано на 18 април 2008 г.
Електрицитет и магнетизам Архивирано на 15 октомври 2006 г.
Теорија за електромагнетно поле
Електродинамика (класичен електромагнетизам): Напреден курс
Science Aid: Електромагнетизам^{[мртва врска]}
Радио бранови, Херцовото зрачење: што е тоа и како се создава Архивирано на 18 септември 2010 г.
Фајнманов дијаграм и силите меѓу честичките Архивирано на 20 ноември 2010 г.