De relatie tussen elektriciteit en magnetisme

Elektriciteit en magnetisme zijn afzonderlijke maar onderling verbonden fenomenen die samenhangen met de elektromagnetische kracht. Samen vormen ze de basis voor elektromagnetisme, een belangrijke fysica-discipline.

Belangrijkste afhaalrestaurants: elektriciteit en magnetisme

• Elektriciteit en magnetisme zijn twee gerelateerde fenomenen die worden geproduceerd door de elektromagnetische kracht. Samen vormen ze elektromagnetisme.
• Een bewegende elektrische lading genereert een magnetisch veld.
• Een magnetisch veld induceert elektrische ladingbeweging, die een elektrische stroom produceert.
• In een elektromagnetische golf staan ​​het elektrische veld en het magnetische veld loodrecht op elkaar.

Behalve gedrag vanwege de zwaartekracht, komt bijna elke gebeurtenis in het dagelijks leven voort uit de elektromagnetische kracht. Het is verantwoordelijk voor de interacties tussen atomen en de stroom tussen materie en energie. De andere fundamentele krachten zijn de zwakke en sterke kernkracht, die radioactief verval en de vorming van atoomkernen beheersen.

Aangezien elektriciteit en magnetisme ongelooflijk belangrijk zijn, is het een goed idee om te beginnen met een basiskennis van wat ze zijn en hoe ze werken.

Basisprincipes van elektriciteit

Elektriciteit is het verschijnsel dat gepaard gaat met stationaire of bewegende elektrische ladingen. De bron van de elektrische lading kan een elementair deeltje zijn, een elektron (dat een negatieve lading heeft), een proton (dat een positieve lading heeft), een ion of een groter lichaam dat een onbalans van positieve en negatieve lading heeft. Positieve en negatieve ladingen trekken elkaar aan (bijv. Protonen worden aangetrokken door elektronen), terwijl soortgelijke ladingen elkaar afstoten (bijv. Protonen stoten andere protonen af ​​en elektronen stoten andere elektronen af). 

Bekende voorbeelden van elektriciteit zijn bliksem, elektrische stroom uit een stopcontact of batterij en statische elektriciteit. Veelgebruikte SI-eenheden van elektriciteit zijn de ampère (A) voor stroom, coulomb (C) voor elektrische lading, volt (V) voor potentiaalverschil, ohm (Ω) voor weerstand en watt (W) voor vermogen. Een stationaire puntlading heeft een elektrisch veld, maar als de lading in beweging wordt gezet, genereert deze ook een magnetisch veld.

Basisprincipes van magnetisme

Magnetisme wordt gedefinieerd als het fysieke fenomeen dat wordt veroorzaakt door het verplaatsen van elektrische lading. Ook kan een magnetisch veld ervoor zorgen dat geladen deeltjes bewegen en een elektrische stroom produceren. Een elektromagnetische golf (zoals licht) heeft zowel een elektrische als magnetische component. De twee componenten van de golf bewegen in dezelfde richting, maar georiënteerd onder een rechte hoek (90 graden) ten opzichte van elkaar.

Net als elektriciteit veroorzaakt magnetisme aantrekking en afstoting tussen objecten. Hoewel elektriciteit is gebaseerd op positieve en negatieve ladingen, zijn er geen bekende magnetische monopolen. Elk magnetisch deeltje of object heeft een "noord" en "zuid" pool, met de richtingen gebaseerd op de oriëntatie van het magnetische veld van de aarde. Zoals polen van een magneet elkaar afstoten (bijv. Noord stoot noord af), terwijl tegenovergestelde polen elkaar aantrekken (noord en zuid trekken elkaar aan).

Bekende voorbeelden van magnetisme zijn de reactie van een kompasnaald op het magnetische veld van de aarde, aantrekking en afstoting van staafmagneten en het veld rondom elektromagneten. Toch heeft elke bewegende elektrische lading een magnetisch veld, dus de rondgaande elektronen van atomen produceren een magnetisch veld; er is een magnetisch veld geassocieerd met hoogspanningslijnen; en harde schijven en luidsprekers zijn afhankelijk van magnetische velden om te functioneren. De belangrijkste SI-eenheden van magnetisme omvatten de tesla (T) voor magnetische fluxdichtheid, weber (Wb) voor magnetische flux, ampère per meter (A / m) voor magnetische veldsterkte en henry (H) voor inductie.

De fundamentele principes van elektromagnetisme

Het woord elektromagnetisme komt van een combinatie van de Griekse werken elektron, betekent "barnsteen" en magnetis lithos, wat betekent "Magnesische steen", wat een magnetisch ijzererts is. De oude Grieken waren bekend met elektriciteit en magnetisme, maar beschouwden ze als twee afzonderlijke fenomenen.

De relatie die bekend staat als elektromagnetisme werd niet beschreven totdat James Clerk Maxwell publiceerde Een verhandeling over elektriciteit en magnetisme in 1873. Maxwell's werk omvatte twintig beroemde vergelijkingen, die sindsdien zijn gecondenseerd in vier partiële differentiaalvergelijkingen. De basisconcepten die worden voorgesteld door de vergelijkingen zijn als volgt: 

1. Zoals elektrische ladingen afstoten, en in tegenstelling tot elektrische ladingen aantrekken. De aantrekkingskracht of afstoting is omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tussen hen.
2. Magnetische polen bestaan ​​altijd als noord-zuidparen. Zoals polen afstoten zoals en trekken anders aan.
3. Een elektrische stroom in een draad genereert een magnetisch veld rond de draad. De richting van het magnetische veld (met de klok mee of tegen de klok in) is afhankelijk van de stroomrichting. Dit is de "rechterhandregel", waarbij de richting van het magnetische veld de vingers van uw rechterhand volgt als uw duim in de huidige richting wijst.
4. Het verplaatsen van een draadlus naar of weg van een magnetisch veld veroorzaakt een stroom in de draad. De stroomrichting is afhankelijk van de richting van de beweging.

De theorie van Maxwell was in tegenspraak met de Newtoniaanse mechanica, maar experimenten bewezen de vergelijkingen van Maxwell. Het conflict werd uiteindelijk opgelost door Einsteins speciale relativiteitstheorie.

bronnen

• Hunt, Bruce J. (2005). De Maxwellians. Cornell: Cornell University Press. pp.165-166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• International Union of Pure and Applied Chemistry (1993). Hoeveelheden, eenheden en symbolen in fysische chemie, 2e editie, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. pp. 14-15.
• Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michielssen, Umberto (2010). Fundamentals of applied electromagnetics (6e ed.). Boston: Prentice Hall. p. 13. ISBN 978-0-13-213931-1.