Hvad er elektromagnetisk kraft?

Al universets kompleksitet kommer til sidst fra fire grundlæggende kræfter: tyngdekraft, den stærke atomkraft, den svage atomkraft og elektromagnetisme. Elektromagnetisme kan være et udfordrende emne at studere, men det grundlæggende om, hvad styrken er, og hvordan den fungerer, er ret ligetil, og især Lorentz-kraftloven fortæller dig de vigtigste punkter, du har brug for at forstå. I et nøddeskal får den elektromagnetiske kraft ulige ladninger - positive og negative - til at tiltrække hinanden, og i modsætning til ladninger til at afvise.

TL; DR (for lang; læste ikke)

Elektromagnetisme er en af de fire grundlæggende kræfter i universet. Den beskriver, hvordan ladede partikler reagerer på elektriske og magnetiske felter, samt de grundlæggende forbindelser mellem dem. Elektromagnetisk kraft, som alle kræfter, måles i Newton.

Elektrostatiske kræfter er beskrevet af Coulombs lov, og både elektriske og magnetiske kræfter er dækket af Lorentz-kraftloven. Maxwells fire ligninger giver dog den mest detaljerede beskrivelse af elektromagnetisme.
Elektromagnetisme: Det grundlæggende

Udtrykket elektromagnetisme kombinerer de elektriske og magnetiske kræfter til et enkelt ord, fordi begge kræfter skyldes det samme underliggende fænomen. “Opladede” partikler genererer elektriske felter, og positive og negative ladninger reagerer på dette felt forskelligt, hvilket forklarer den kraft, vi observerer. Ved elektriske interaktioner skubber positivt ladede partikler (som protoner) væk fra positive ladede partikler og tiltrækker negativt ladede partikler (som elektroner), og vice versa. Elektriske feltlinjer spreder sig direkte udad fra positive elektriske ladninger, og dette skubber partikler i retning af - eller i modsat retning - feltlinierne.

Magnetisme kommer fra magnetfelter, der genereres af bevægelige ladninger. Partikler reagerer ikke på magnetfelter på samme måde som de gør på elektriske felter. Magnetfeltlinjer danner cirkler uden begyndelse eller slutning. Som svar på dem bevæger partikler sig i en retning vinkelret på både deres bevægelse og feltlinjen. Som med elektriske kræfter bevæger sig positivt ladede partikler og negativt ladede modsatte retninger.

Den elektromagnetiske kraft er den næststærkeste kraft i naturen. Den stærke atomkraft er den stærkeste, elektromagnetiske kræfter er 137 gange mindre magtfulde, den svage atomkraft er en million gange mindre, og tyngdekraften er meget, meget mindre end resten (ca. 6 × 10 ^{- 39 gange svagere end den stærke atomkraft).
Electrostatic Forces and Coulomb's Law}

“Electrostatisk kraft” henviser til den elektriske kraft, der genereres af stationære ladninger. Det beskrives ved en simpel ligning kaldet Coulombs lov. Dette siger, at:

F

\u003d kq
_{1 q
2 / r
²}

Her, F
betyder kraft, k
er en konstant, q
_{1 og < em> q
2 er ladningerne, og r
er afstanden mellem dem. Større ladninger giver en større kraft, og mere adskillelse svækker styrken. Som med alle kræfter måles den elektromagnetiske kraft i Newton (N). Den konstante k
har en specifik værdi, 9 × 10 ^{9 N m 2 /C 2. Ladning måles i coulombs (C), og du indtaster ladningstegnet (+ eller -) sammen med styrken, så ligningen har en positiv værdi for frastødelse og en negativ for attraktion.
The Lorentz Force Law}}

Lorentz-kraftloven indeholder både magnetiske og elektriske kræfter, så det er en af de bedste repræsentationer af den elektromagnetiske kraft. Loven hedder:

F




\u003d q
( E
+ v
×
B

)

Hvor E
er magnetfeltet, v
er partikelhastigheden, og B
er magnetfeltet. Disse er med fed skrift, fordi de er vektorer, der har en retning såvel som en styrke, og ×
-symbolet er med fed skrift, fordi dette er et vektorprodukt snarere end en simpel multiplikation. Ligningen fortæller os, at den samlede kraft er summen af det elektriske felt og vektorproduktet af hastigheden af partiklen og magnetfeltet, alt ganget med partiklens ladning. Vektorproduktet producerer en kraft i en retning vinkelret på begge sider i tråd med det foregående afsnit.
Elektromagnetisme i handling: Atomer, lys, elektricitet og mere.

Elektromagnetisme viser sig i mange former i dag til -dagsliv og fysik. Atomer holdes sammen af den elektromagnetiske tiltrækning mellem protonerne i kernen og elektronerne, der kredser rundt om den. Lys er en elektromagnetisk bølge, hvor et oscillerende elektrisk felt genererer et skiftende magnetfelt, som igen skaber et elektrisk felt osv. Dette er forudsagt af Maxwells ligninger (fire ligninger, der forklarer alt om elektromagnetisme på sprog i vektorberegningen), inklusive den karakteristiske hastighed, hvorpå den bevæger sig. du læser videre, med strømmen af elektroner fremdrevet langs elektriske feltlinjer, der giver energien. Disse eksempler skraber kun overfladen på den brede vifte af fænomener forklaret ved elektromagnetisme.