Elektromagnetizem je sila najbolj pomembna, saj skupaj z gravitacijskim, močne jedrske in šibko jedrsko energijo je del temeljnih sil v vesolju, ki so tiste, ki jih ni mogoče pojasniti v smislu bolj osnovnih sil. Ta sila vpliva samo na telesa, napolnjena z elektriko, in je odgovorna za kemične in fizikalne transformacije atomov in molekul. Elektromagnetizem je prisoten vsak dan, tako v naravnih kot umetnih pojavih.
Kaj je elektromagnetizem
Kazalo
Ko govorimo o izrazu elektromagnetizem v fiziki, se nanaša na povezavo električnih in magnetnih pojavov ter na interakcijo obeh sil. To vpliva na tekočine, pline in trdne snovi.
V naravi je elektromagnetizem prisoten v pojavih, kot so radijski valovi iz Rimske ceste, infrardeče sevanje teles pri sobni temperaturi, svetloba, ultravijolično sevanje sonca, gama sevanje, severni sij in med drugim australes.
Po drugi strani pa je uporaba elektromagnetizma v vsakdanjem življenju raznolika. Tak primer je kompas, katerega gibanje igel povzročajo polarni magnetni principi, električni pa interakcija mehanizma in trenja, ki izvira. Zvon, električna kitara, elektromotor, transformatorji, mikrovalovne pečice, pogoni za peresa, mikrofoni, letala, digitalni fotoaparati, mobilni telefoni, termometri, plošče, ultrazvočni aparati, modemi, tomografi, so nekateri najbolj znani predmeti, v katerih se ta pojav dogaja. in to v praktični uporabi ponazarja, kaj je elektromagnetizem.
Kaj je elektromagnetno polje
Je fizično senzorično polje, v katerem medsebojno delujejo električni delci, ki jih proizvajajo električno nabita telesa ali predmeti. Na takem polju je količina elektromagnetne energije. Toda za boljše razumevanje koncepta je pomembno razumeti, kako in zakaj nastajata električno polje in magnetno polje.
Električno polje se pojavi, kadar obstajajo napetostne razlike in večja kot je napetost, večje je polje. To je torej prostor, v katerem delujejo električne sile. Poznavanje obsega električnega polja bo omogočilo poznavanje stopnje jakosti in dogajanja z nabojem v določenem delu polja, ne glede na to, da ne vemo, kaj ga povzroča.
Magnetno polje izvira iz električnih tokov in večji kot je tok, večje je polje. To je vznemirjenje, ki ga magnet povzroči v okolici, kako vpliva nanj in v katero smer. Predstavljajo ga poljske črte, ki gredo od zunanje strani severnega pola do južnega pola magneta in znotraj od južnega pola do severnega pola. Omenjene črte se nikoli ne bodo križale, zato se ločijo med seboj in od magneta, vzporedno in tangencialno na smer polja na točkah.
Kaj je elektromagnetni spekter
Gre za nabor elektromagnetnih energij valov, torej vseh elektromagnetnih sevanj, od tistih s krajšo valovno dolžino (rentgenski žarki, gama žarki), ultravijoličnega sevanja, svetlobe in infrardečega sevanja do tistih večjih dolžina (radijski valovi).
Spekter predmeta ali tekočine bo značilna porazdelitev njegovega elektromagnetnega sevanja. Obstaja teorija, da je meja najkrajše valovne dolžine približno Planckova dolžina (merilo subatomske dolžine), zgornja meja dolge valovne dolžine pa je velikost samega vesolja, čeprav je spekter neprekinjen in neskončen.
Maxwellove enačbe
James Maxwell je uspel oblikovati elektromagnetno teorijo, vključno z elektriko, magnetizmom in svetlobo kot različnimi izrazi istega pojava. Ta hipoteza, ki jo je razvil fizik, se je imenovala Klasična teorija elektromagnetnega sevanja.
Že od nekdaj so znanstveniki in ljudje z navdušenjem opazovali elektromagnetne pojave, kot so elektrostatika, magnetizem in druge manifestacije na tem področju, vendar so šele v 19. stoletju, ko so po zaslugi različnih znanstvenikov lahko razložili del kosov, ki so sestavljali uganko elektromagnetizma, kot jo poznamo danes.
Maxwell je bil tisti, ki jih je združil v štiri enačbe: Gaussov zakon, Gaussov zakon za magnetno polje, Faradayev zakon in splošni Ampèrejev zakon, ki je pomagal opredeliti, kaj je elektromagnetizem.
1. Gaussov zakon: opisuje, kako naboji vplivajo na električno polje, in ugotavlja, da so ti naboji viri električnega polja, če so pozitivni, ali pa poniknejo, če so negativni. Tako se naboji navadno medsebojno odbijajo, različni naboji pa privlačijo drug drugega. Ta zakon na enak način določa, da bo električno polje oslabelo z razdaljo po obratnem kvadratnem zakonu (jakost je obratno sorazmerna kvadratu razdalje od središča izvora) in mu bo dalo geometrijske lastnosti.
2. Gaussov zakon magnetizma: navaja, da znotraj magnetnega polja ne obstajajo ne viri ne ponori, zato ni magnetnih nabojev. Če ni virov in ponorov, se morajo magnetna polja, ki jih ustvarjajo predmeti, zapreti vase. Zato se bo magnetno polje, če ga magnet razdelimo na polovico, zaprlo na območju, kjer je bil razrezan, zato bosta nastala dva magneta s po dvema polovoma. To kaže na to, da bi bili monopoli na zemlji nemogoči.
3. Faradayev zakon: pravi, da če se magnetno polje sčasoma spremeni, ga bo to aktiviralo z zapiranjem. Če se poveča, bo električno polje usmerjeno v smeri urnega kazalca, če se zmanjša, pa v nasprotni smeri urnega kazalca. Takrat je res, da na polja ne morejo vplivati le naboji in magneti, temveč tudi v obe smeri.
V okviru tega zakona se opazi elektromagnetna indukcija, ki je proizvodnja električnih tokov z magnetnimi polji, ki se spreminjajo s časom. Ta pojav povzroča elektromotorno silo ali napetost v telesu, izpostavljenem magnetnemu polju, in ker je omenjeni predmet prevoden, nastane inducirani tok.
4. Ampèrejev zakon: razlaga, da električno polje s premikajočimi se naboji (električni tok) aktivira magnetno polje z zapiranjem. Električni tok je zelo koristen, saj lahko z njim ustvarimo umetne magnete s prehodom omenjenega elementa skozi tuljavo in z magnetnim poljem, kar povzroči, da večja kot je jakost toka, večja bo intenzivnost. jakost magnetnega polja. Ta vrsta magneta se imenuje elektromagnet in večina magnetnih polj na planetu nastane na ta način.
Podružnice elektromagnetizma
Da bi v celoti razumeli, kaj je elektromagnetizem, moramo razumeti različne manifestacije teh elektromagnetnih pojavov: elektrostatiko, magnetostatiko, elektrodinamiko in magnetizem.
Elektrostatika
Elektrostatika se nanaša na preučevanje elektromagnetnih pojavov, ki izvirajo iz električno nabitih teles (v presežkih - pozitiven naboj - ali pomanjkanje - negativni naboj - elektronov v atomih, ki ga sestavljajo).
Znano je, da če imajo predmeti, napolnjeni z elektriko, odvečne elektrone v atomih, ki jih sestavljajo, bodo imeli pozitiven naboj in negativni naboj, ko jim bo primanjkovalo.
Ta telesa silijo drug na drugega. Ko je na naelektreni predmet izpostavljeno polje, ki pripada drugemu napolnjenemu objektu, bo nanj deloval sila, sorazmerna z velikostjo njegovega naboja in silo polja na njegovi lokaciji. Polarnost naboja bo odločala, ali bo sila privlačna (kadar se razlikujejo) ali odbijajoča (kadar sta enaki). Elektrostatika je uporabna za preučevanje in opazovanje električnih neviht.
Magnetizem
To je pojav, pri katerem se telesa medsebojno privlačijo ali odbijajo, odvisno od vrste naboja. Na vse obstoječe materiale bomo bolj ali manj vplivali glede na njihovo sestavo, vendar je edini znani magnet v naravi magnetit (ki je mineral, sestavljen iz dveh železovih oksidov in ima lastnost, da privlači železo, jeklo in druga telesa).
Magneti imajo dve področji, kjer se sile manifestirajo z večjo velikostjo, ki se nahajata na koncih in se imenujejo magnetni poli (severni in južni).
Temeljna lastnost interakcije med magneti je, da se njihovi podobni poli med seboj odbijajo, medtem ko se različni privlačijo. To je zato, ker je ta učinek povezan z linijami magnetnega polja (od severnega pola proti jugu) in ko se približata dve nasprotji, črti preskočita z enega pola na drugega (se držijo), se bo ta učinek zmanjšal, ko bo razdalja med obema je večje; Ko se približata dva enaka pola, se črti začneta stisniti proti istemu polu in če sta stisnjeni, se črti razširijo, tako da se oba magneta ne moreta približati in odbiti.
Elektrodinamika
Proučite elektromagnetne pojave nabitih teles v gibanju in polja, tako električne kot magnetne spremenljivke. Znotraj njega obstajajo tri podrazdelke: klasična, relativistična in kvantna.
- Klasika vključuje druge učinke, kot so indukcija in elektromagnetno sevanje, magnetizem in indukcija ter elektromotor.
- Relativist ugotavlja, da bo z opazovalcem, ki se premika iz referenčnega okvira, meril različne električne in magnetne učinke istega pojava, saj se niti električno polje niti magnetna indukcija ne obnašata kot vektorske fizikalne veličine.
- Quantum opisuje interakcijo med bozoni (delci, ki prenašajo interakcijo) in fermioni (delci, ki prenašajo snov) in se uporablja za razlago atomskih struktur in odnosov med kompleksnimi molekulami.
Magnetostatiki
Gre za proučevanje fizikalnih pojavov, pri katerih konstantna magnetna polja sčasoma posegajo, to pomeni, da jih proizvajajo stacionarni tokovi. Sem spada privlačnost magneta in elektromagneta do železa in različnih kovin. Za pojave na tem območju je značilno ustvarjanje magnetnega polja okoli namagnetenega telesa, ki z razdaljo izgublja jakost.
Kaj so elektromagnetni valovi
So valovi, ki za širjenje ne potrebujejo materialnega medija, zato lahko potujejo skozi vakuum in s stalno hitrostjo 299.792 kilometrov na sekundo. Nekaj primerov tovrstnih valov so svetloba, mikrovalovi, rentgenski žarki ter televizijski in radijski prenosi.
Sevanja elektromagnetnega spektra predstavljajo difrakcijo (odstopanje pri pridobivanju neprozornega predmeta) in interferenco (superpozicija valov), ki sta značilni lastnosti gibanja valov.
Uporaba elektromagnetnih valov je močno vplivala na svet telekomunikacij, saj je omogočila brezžično komunikacijo prek radijskih valov.
Kaj je elektromagnetno sevanje
To je širjenje električnih in magnetnih delcev, ki nihajo, in kjer vsak od njih ustvarja polje (električno in magnetno). To sevanje povzroča valove, ki se lahko širijo po zraku in vakuumu: elektromagnetni valovi.
