Elektromagnetizmus je sila najdôležitejšie, pretože spolu s gravitačné, silnou nukleárnej a slabá nukleárnej je súčasťou základných síl vesmíru, čo sú tie, ktoré nemôžu byť vysvetlené v podmienkach viacerých základných síl. Táto sila ovplyvňuje iba telá nabité elektrinou a je zodpovedná za chemické a fyzikálne premeny atómov a molekúl. Elektromagnetizmus je prítomný denne, a to v prírodných aj umelých javoch.
Čo je elektromagnetizmus
Obsah
Keď hovoríme o termíne elektromagnetizmus vo fyzike, týka sa to spojenia elektrických a magnetických javov, ako aj interakcie oboch síl. Toto má vplyv na kvapaliny, plyny a tuhé látky.
V prírode je elektromagnetizmus prítomný v javoch, ako sú rádiové vlny z Mliečnej dráhy, infračervené žiarenie z tiel pri izbovej teplote, svetlo, ultrafialové žiarenie zo Slnka, gama žiarenie, polárna žiara a Austrália, medzi ostatnými.
Na druhej strane je aplikácia elektromagnetizmu v každodennom živote rôznorodá. To je prípad kompasu, ktorého pohyb ihiel je vytváraný pólovými magnetickými princípmi a elektrický princípom vzájomným pôsobením mechanizmu a trenia, ktoré vzniká. Zvon, elektrická gitara, elektrický motor, transformátory, mikrovlnné rúry, prívesky, mikrofóny, lietadlá, digitálne fotoaparáty, mobilné telefóny, teplomery, platne, ultrazvukové prístroje, modemy, tomografy, patria k najznámejším objektom, v ktorých sa tento jav odohráva. a to je v praktických aplikáciách príkladom toho, čo je elektromagnetizmus.
Čo je to elektromagnetické pole
Je to fyzikálne senzorické pole, v ktorom interagujú elektrické častice produkované elektricky nabitými telesami alebo predmetmi. V takomto poli existuje množstvo elektromagnetickej energie. Aby sme však lepšie pochopili tento koncept, je dôležité pochopiť, ako a prečo sa generuje elektrické pole a magnetické pole.
Elektrické pole prebieha, keď sú rozdiely napätia a čím je vyššie napätie, tým väčšie je pole. Toto je potom priestor, kde pôsobia elektrické sily. Poznanie rozsahu elektrického poľa umožní poznať úroveň intenzity a to, čo sa stane s nábojom v určitej časti poľa, bez ohľadu na to, že neviete, čo to spôsobuje.
Z časti magnetické pole pochádza z elektrických prúdov a čím väčší je prúd, tým väčšie je pole. Je to agitácia, ktorú magnet vytvára v oblasti okolo, ako na ňu pôsobí a akým smerom. Predstavujú ho siločiary, ktoré smerujú od vonkajšej strany severného pólu k južnému pólu magnetu a dovnútra od južného pólu k severnému pólu. Uvedené čiary nikdy neprekročia, takže sa oddeľujú od seba navzájom a od magnetu, rovnobežne a tangenciálne k smeru poľa v bodoch.
Čo je to elektromagnetické spektrum
Je to súbor elektromagnetických energií vĺn, to znamená všetko elektromagnetické žiarenie od tých, ktoré majú kratšiu vlnovú dĺžku (röntgenové lúče, gama lúče), ultrafialové žiarenie, svetlo a infračervené žiarenie, až po tie väčšie dĺžka (rádiové vlny).
Spektrum objektu alebo tekutiny bude charakteristickým rozdelením jeho elektromagnetického žiarenia. Existuje teória, že hranica najkratšej vlnovej dĺžky je približne Planckova dĺžka (miera subatomárnej dĺžky) a horná hranica dlhej vlnovej dĺžky je veľkosť samotného vesmíru, aj keď spektrum je spojité a nekonečné.
Maxwellove rovnice
Jamesovi Maxwellovi sa podarilo sformulovať elektromagnetickú teóriu zahŕňajúcu elektrinu, magnetizmus a svetlo ako rôzne výrazy toho istého javu. Táto hypotéza, ktorú vytvoril fyzik, sa nazývala klasická teória elektromagnetického žiarenia.
Odpradávna vedci a ľudia s fascináciou pozorovali elektromagnetické javy, ako sú elektrostatika, magnetizmus a ďalšie prejavy v tejto oblasti, ale až v 19. storočí, keď vďaka práci rôznych vedcov dokázali vysvetliť časť dielov, ktoré tvorili skladačku elektromagnetizmu, ako je známa dnes.
Bol to Maxwell, ktorý ich všetky zjednotil do štyroch rovníc: Gaussov zákon, Gaussov zákon pre magnetické pole, Faradayov zákon a zovšeobecnený Ampèrov zákon, ktorý pomohol definovať, čo je elektromagnetizmus.
1. Gaussov zákon: popisuje, ako náboje ovplyvňujú elektrické pole, a stanovuje, že tieto náboje sú zdrojmi elektrického poľa, pokiaľ sú kladné, alebo naopak klesajú, ak sú záporné. Preto majú podobné poplatky tendenciu sa navzájom odpudzovať a rôzne poplatky majú tendenciu sa navzájom priťahovať. Tento zákon rovnakým spôsobom ustanovuje, že elektrické pole bude podľa inverzného kvadratického zákona slabnúť so vzdialenosťou (intenzita je nepriamo úmerná štvorcu vzdialenosti od stredu pôvodu), a bude ho obdarúvať geometrickými vlastnosťami.
2. Gaussov zákon magnetizmu: uvádza sa, že v magnetickom poli neexistujú ani zdroje, ani poklesy, preto neexistujú žiadne magnetické náboje. Ak nie sú k dispozícii zdroje a výlevky, musia sa magnetické polia generované predmetmi uzavrieť do seba. Preto, ak sa magnet rozdelí na polovicu, magnetické pole sa uzavrie v oblasti, kde bol rezaný, takže vzniknú dva magnety s dvoma pólmi. To naznačuje, že monopoly na Zemi by boli nemožné.
3. Faradayov zákon: hovorí, že ak sa magnetické pole časom zmení, aktivuje ho zatvorením. Ak sa zvyšuje, elektrické pole bude orientované v smere hodinových ručičiek a ak sa zmenšuje, bude orientované v opačnom smere. Potom platí, že nielen náboje a magnety budú schopné ovplyvňovať polia, ale aj navzájom v oboch smeroch.
V rámci tohto zákona sa pozoruje elektromagnetická indukcia, čo je produkcia elektrických prúdov magnetickými poľami, ktoré sa menia v čase. Tento jav vytvára elektromotorickú silu alebo napätie v tele vystavenom magnetickému poľu a keďže je uvedený predmet vodivý, vytvára sa indukovaný prúd.
4. Ampèrov zákon: vysvetľuje, že elektrické pole s pohyblivými nábojmi (elektrický prúd) aktivuje magnetické pole zatvorením. Elektrický prúd je veľmi užitočný, pretože s ním možno vytvárať umelé magnety prechodom uvedeného prvku cez cievku a s magnetickým poľom, ktoré spôsobuje, že čím väčšia je intenzita prúdu, tým viac bude intenzita zosilnená. intenzita magnetického poľa. Tento typ magnetov sa nazýva elektromagnet a väčšina magnetických polí na planéte sa generuje týmto spôsobom.
Vetvy elektromagnetizmu
Aby sme úplne pochopili, čo je elektromagnetizmus, je potrebné pochopiť rôzne prejavy týchto elektromagnetických javov: elektrostatiku, magnetostatiku, elektrodynamiku a magnetizmus.
Elektrostatika
Elektrostatika sa týka štúdia elektromagnetických javov, ktoré vznikajú v elektricky nabitých telesách (má nadbytok - kladný náboj - alebo nedostatok - negatívny náboj - elektrónov v atómoch, ktoré ho tvoria) v pokoji.
Je známe, že ak majú objekty nabité elektrinou prebytočné elektróny v atómoch, ktoré ich tvoria, budú mať kladný náboj a pri nedostatku budú mať záporný náboj.
Tieto telesá na seba vyvíjajú sily. Keď je nabitý objekt vystavený poľu patriacemu k ďalšiemu nabitému objektu, bude vystavený sile úmernej veľkosti jeho náboja a sile poľa v jeho mieste. Polarita náboja rozhodne, či bude sila príťažlivá (keď sú odlišné) alebo odpudivá (keď sú rovnaké). Elektrostatika je užitočná na štúdium a pozorovanie elektrických búrok.
Magnetizmus
Je to jav, ktorým sa telá navzájom priťahujú alebo odpudzujú v závislosti od typu náboja, ktorý majú. Všetky existujúce materiály budú viac-menej ovplyvnené podľa ich zloženia, ale jediný známy magnet v prírode je magnetit (ktorý je minerál zložený z dvoch oxidov železa a má vlastnosť priťahovať železo, oceľ. a ďalšie orgány).
Magnety majú dve oblasti, kde sa sily prejavujú s väčšou veľkosťou, umiestnené na koncoch a nazývajú sa magnetické póly (severný a južný).
Základnou vlastnosťou interakcie medzi magnetmi je, že ich póly podobné sa navzájom odpudzujú, zatiaľ čo rôzne sa priťahujú. Je to tak preto, lebo tento efekt súvisí s čiarami magnetického poľa (od severného pólu k južnému), a keď sa priblížia dva protiklady, čiary preskakujú z jedného pólu na druhý (priľnú), tento efekt sa zmenší, pretože vzdialenosť medzi týmito dvoma je väčší; Keď sa priblížia dva rovnaké póly, čiary sa začnú stláčať smerom k rovnakému pólu, a ak sú stlačené, čiary sa rozširujú, takže sa oba magnety nemôžu priblížiť a navzájom sa odpudzovať.
Elektrodynamika
Študuje elektromagnetické javy nabitých telies v pohybe a premenlivých elektrických a magnetických polí. V rámci nej existujú tri pododdiely: klasický, relativistický a kvantový.
- Klasika obsahuje ďalšie efekty, napríklad indukciu a elektromagnetické žiarenie, magnetizmus a indukciu a elektrický motor.
- Relativista stanovuje, že keď sa pozorovateľ pohybuje od svojho referenčného rámca, bude merať rôzne elektrické a magnetické účinky toho istého javu, pretože ani elektrické pole, ani magnetická indukcia sa nesprávajú ako vektorové fyzikálne veličiny.
- Kvantum popisuje interakciu medzi bozónmi (častice nesúce interakciu) a fermionmi (častice prenášajúce hmotu) a používa sa na vysvetlenie atómových štruktúr a vzťahov medzi zložitými molekulami.
Magnetostatika
Jedná sa o štúdium fyzikálnych javov, pri ktorých konštantné magnetické polia zasahujú v čase, to znamená, že boli produkované stacionárnymi prúdmi. Patrí sem príťažlivosť magnetu a elektromagnetu na železe a rôznych kovoch. Pre javy vznikajúce v tejto oblasti je charakteristické vytváranie magnetického poľa okolo magnetizovaného tela, ktoré so vzdialenosťou stráca na intenzite.
Čo sú elektromagnetické vlny
Sú to vlny, ktoré na svoje šírenie nepotrebujú hmotné médium, takže môžu cestovať vákuom a konštantnou rýchlosťou 299 792 kilometrov za sekundu. Niekoľko príkladov týchto typov vĺn je svetlo, mikrovlnné rúry, röntgenové lúče a televízne a rozhlasové vysielanie.
Vyžarovanie elektromagnetického spektra predstavuje difrakciu (odchýlka pri získavaní nepriehľadného objektu) a interferenciu (superpozíciu vĺn), čo sú typické vlastnosti vlnového pohybu.
Aplikácia elektromagnetických vĺn mala silný dopad na svet telekomunikácií tým, že umožnila bezdrôtovú komunikáciu prostredníctvom rádiových vĺn.
Čo je elektromagnetické žiarenie
Jedná sa o šírenie elektrických a magnetických častíc, ktoré oscilujú, a kde každá z nich vytvára pole (elektrické a magnetické). Toto žiarenie vytvára vlny, ktoré sa môžu šíriť vzduchom a vákuom: elektromagnetické vlny.
