Электромагнетизм

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
Электромагнетизм
Solenoid.svg
Магнитное поле соленоида
Электричество · Магнетизм
Молния-это электростатический разряд , который движется между двумя заряженными областями. Его принцип основан на действии электромагнитной силы[1]

Электромагнетизм — область изучения электромагнитной силы , которая является типом физического взаимодействия, которое происходит между электрически заряженными частицами en:Electric_charge. Электромагнитные силы, как правило, проявляются в виде электромагнитного поля, например, электрического поля, магнитного поля и света. Электромагнитные силыэто одно из четырех фундаментальных взаимодействий en:Fundamental_interaction в природе. Три другие — сильного взаимодействия en:Strong_interaction, слабого взаимодействияи en:Weak_interaction гравитации en:Gravitation.[2]

Слово электромагнетизм является соединением двух греческих en:Greek_language терминов, ἢλεκτρον, ēlektron, "Янтарь", и μαγνήτης, магнитные, из "magnítis líthos" (μαγνήτης λίθος), что означает "магнезиальный камень", вид железной руды en:Iron_ore. В науке электромагнитных явлений электромагнетизм определяется с точки зрения электромагнитной силы, иногда называемая силой Лоренца, которая включает в себя как электричество и магнетизм en:Magnetism как элементы одного явления.

Электромагнитные силы играют главную роль в определении внутренних свойств большинства объектов, возникающих в повседневной жизни. Обычная материя на молекулярном уровне, в том числе его плотность определяет баланс между электромагнитной силы и силой, порожденной обменом импульсов, переносимых электронами, которая обретает форму, в результате межмолекулярных сил между отдельными молекулами в веществе. Электроны связаны электромагнитной волновой механикой в орбитах вокруг атомных ядер , образуя атомы, которые являются строительным материалом для молекул. Она регулирует процессы в химии, которые возникают от взаимодействия между электронами соседних атомов, которые, в свою очередь, определяются взаимодействием между электромагнитной силы и импульса электронов.

Существуют многочисленные математические описания электромагнитного поля. В классической электродинамике, электрические поля описаны как электрический потенциал и электрический ток в закон Ома en:Ohm's_law, магнитные поля, связанные с электромагнитной индукцией и магнетизмом en:Magnetism, уравнениями Максвелла описывают электрические и магнитные поля, создают и изменяют друг друга, заряды и токи.

Теоретическое значение электромагнетизма, в частности, создание скорости света на основе свойств "среднего" распространения (проницаемость en:Permeability_(electromagnetism) и диэлектрической проницаемости en:Permittivity), привело к разработке специальной теории относительности Альберта Эйнштейна в 1905 году.

Хотя электромагнетизм считается одной из четырех фундаментальных сил при высокой энергии электрослабой силой, а электромагнетизм с ними объединяется. В истории Вселенной, в quark эпохе en:Quark_epoch, электрослабая сила разделяется на электромагнитные и слабые силы.

История из электромагнитной теории[править]

См. также: История из электромагнитной теории

Ганс Кристиан Эрстед

Первоначально электричество и магнетизм рассматривали как две отдельные силы. Это представление изменилось, однако, с публикацией Джеймса Клерка Максвелла EN:James_Clerk_Maxwell 1873 г. Трактат об электричестве и Магнетизме en:A_Treatise_on_Electricity_and_Magnetism, в котором взаимодействие положительных и отрицательных зарядов было показано, что оно регулируется одной силой. Существует четыре основных эффектов, возникающих в результате этих взаимодействий, все из которых были наглядно продемонстрированы экспериментами:

  • Электрические заряды притягиваются или отталкиваются с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними: разноименные заряды притягивают, как и те (одноимённые), что отталкивают.
  • Магнитные полюса (или состояние поляризации в отдельных точках) привлекают или отталкивают друг друга подобным образом и всегда идут парами: каждый Северный полюс запряженных в Южном полюсе.
  • Электрический ток в проводе создает круговое магнитное поле вокруг провода, его направление (по часовой стрелке или против часовой стрелки) в зависимости от направления текущего тока.
  • В проводе индуцируется ток в петле из проволоки, когда она перемещается в направлении или в сторону от магнитного поля, или магнит перемещается в направлении или от него, в направлении тока, в зависимости от движения.
А. М. Ампер


Готовясь к вечерней лекции на 21 апреля 1820, Hans Christian Ørsted сделал удивительное наблюдение. Когда он занимался со своими материалами (предметами), он заметил, что стрелка компаса отклоняется от магнитного Севера , когда электрический ток от батареи он был включен и выключен. Этот прогиб убедил его, что магнитные поля излучают со всех сторон провода, несущие электрический ток en:Ampère's_force_law, en:Ampère's_circuital_law, подобно тому, как свет и тепло делать, и что это подтвердили прямую связь между электричеством и магнетизмом.

Майкл Фарадей


На момент открытия Эрстеда не предполагают какого-либо удовлетворительного объяснения этого явления, не пытается представлять явления в математические рамки. Однако, три месяца спустя он начал более интенсивные исследования. Вскоре после этого он опубликовал свои выводы, доказывая, что электрический ток создает магнитное поле, как она течет через провод. В CGS единица магнитной индукции (эрстед) назван в честь его заслуг в области электромагнетизма.

Джеймс Клерк Максвелл[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Джеймс Клерк Максвелл
Джеймс Клерк Максвелл
James Clerk Maxwell
James Clerk Maxwell.jpg
Дата рождения: 13 июня 1831
Место рождения: Кембридж, Англия
Дата смерти: 5 ноября 1879
Место смерти: Лондон (Англия)
Ошибка: В одном из подзапросов не указано правильного знака условия.
Научная сфера: физика, математика, механика

Выводы Джеймс Клерк Максвелла en:James_Clerk_Maxwell в результате интенсивных исследований на протяжении всей научной открытой и закрытой деятельности (большую часть научной деятельности учёный проводил в королевской лаборатори скрыто) в электродинамике повлияли на французского физика Андре-Мари Ампера's в разработках единой математической форме представление магнитных сил между токоведущими жилами. Открытие Эрстеда также представляет собой большой шаг в направлении единой концепции энергии.

Это объединение, которое наблюдалось у Майкла Фарадея, продленное Джеймс клерк Максвеллом, и частично переформулировнное Оливером Хевисайдом и Генрихом Герцем, является одним из ключевых достижений 19-го века математической физики. Это имело далеко идущие последствия, одним из которых было понимание природы света. В отличие от всего, что предлагалось в Электромагнетизме, свет и другие электромагнитные волны являются в настоящее время, рассматриваются и принимаются как форма квантованных, самораспространяющийся колебательных возмущений электромагнитного поля, которые были названы фотонами. Разные частоты колебания порождают различные формы электромагнитного излучения, от радиоволн низких частот видимого света как промежуточные частоты, гамма-излучение на высоких частотах.

Эрстед был не единственным человеком, который рассмотрел взаимосвязь между электричеством и магнетизмом. В 1802 году Джан Доменико Romagnosi, Итальянский ученый — правовед, отклонил магнитную стрелку, с помощью электростатических зарядов. На самом деле, без гальванического тока это существовало в настройке и, следовательно, не присутствовал электромагнетизм. Стоимость открытия была опубликована в 1802 году в итальянской газете, но это в значительной степени забывается современным научным сообществом.[3]

Фундаментальные силы[править]

Представление вектора электрического поля волны циркулярно поляризованного электромагнитного излучеяния.

Электромагнитные силы является одним из четырех известных фундаментальных сил.

Условно принято четыре фундаментальных сил:

  • Гравитационные взаимодействия,
  • Электромагнитные силы,
  • Сильная ядерная и слабая ядерная сила (надо понимать как динамика поля).
  • Гравитационная сила, которая моделируется в виде непрерывной классической области. Каждый из трех других моделируется в виде дискретного квантового поля, экспонаты измеряемой единицы или элементарных частиц.

Другие фундаментальные силы:

Все другие силы (например, трения) являются в конечном счете производными от этих основных сил и импульса осуществляемые движение частиц.

Электромагнитные силы — это единственные, которые отвечает практически за все явления, с которыми человек сталкивается в повседневной жизни в ядерной шкале, за исключением гравитации. Грубо говоря, все силы, участвующие во взаимодействиях между атомами могут быть объяснены с помощью электромагнитной силы, действующей на электрически заряженные атомные ядра и электроны внутри и вокруг атомов, вместе с тем, как эти частицы вносят импульс в их движения. Это включает в себя силы, которые мы испытываем в "толкании" или "движении" обычных материальных объектов, которые приходят от межмолекулярных сил между отдельными молекулами в наших телах и сил в объектах. Она также включает в себя все виды химических явлений.

Необходимой частью понимания внутриатомных для межмолекулярных сил — эффективная сила, генерируемых импульсов электронов движения и, что электроны движутся между взаимодействующими атомами, несущие импульсы с ними. Как совокупность электронов становится более ограниченной, их минимальные обороты обязательно увеличивается из-за запрета принципа Паули. Поведение материи на молекулярном уровне, в том числе его плотность определяет баланс между электромагнитной силы и силой, порожденной обменом импульсов, переносимых электронами.

Классическая электродинамика[править]

Квантовая механика[править]

Фотоэлектрический эффект[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Фотоэффект

Электрослабые взаимодействия[править]

Величины и единицы[править]

Производные единицы системы СИ (система единиц), имеющие специальные наименования и обозначения
Величина Единица Обозначение Выражение через основные единицы
русское название французское/английское название русское международное
Плоский угол радиан radian рад rad м·м−1=1
Телесный угол стерадиан steradian ср sr м2·м−2=1
Температура Цельсия Температура Цельсия (обозначение t) определяется выражением t = T – T0, где T — термодинамическая температура, выражаемая в кельвинах, а T0 = 273,15 К.</ref> градус Цельсия degré Celsius/degree Celsius °C °C K
Частота герц hertz Гц Hz с−1
Сила ньютон newton Н N кг·м·c−2
Энергия джоуль joule Дж J Н·м = кг·м2·c−2
Мощность ватт watt Вт W Дж/с = кг·м2·c−3
Давление паскаль pascal Па Pa Н/м2 = кг·м−1·с−2
Световой поток люмен lumen лм lm кд·ср
Освещённость люкс lux лк lx лм/м² = кд·ср/м²
Электрический заряд кулон coulomb Кл C А·с
Разность потенциалов вольт volt В V Дж/Кл = кг·м2·с−3·А−1
Сопротивление ом ohm Ом Ω В/А = кг·м2·с−3·А−2
Электроёмкость фарад farad Ф F Кл/В = с4·А2·кг−1·м−2
Магнитный поток вебер weber Вб Wb кг·м2·с−2·А−1
Магнитная индукция тесла tesla Тл T Вб/м2 = кг·с−2·А−1
Индуктивность генри henry Гн H кг·м2·с−2·А−2
Электрическая проводимость сименс siemens См S Ом−1 = с3·А2·кг−1·м−2
Активность радиоактивного источника беккерель becquerel Бк Bq с−1
Поглощённая доза ионизирующего излучения грей gray Гр Gy Дж/кг = м²/c²
Эффективная доза ионизирующего излучения зиверт sievert Зв Sv Дж/кг = м²/c²
Активность катализатора катал katal кат kat моль/с

Единицы СИ[править]

Единицы СИ
Основные метр | килограмм | секунда | ампер | кельвин | кандела | моль
Производные радиан | стерадиан | герц | градус Цельсия | катал | ньютон | джоуль | ватт | паскаль | кулон | вольт | ом | сименс | фарад | вебер | тесла | генри | люмен | люкс | беккерель | грей | зиверт

См. также[править]

Примечания[править]

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetism
  2. Fundamentals of applied electromagnetics. — 6th. — Boston: Prentice Hall. — ISBN 978-0-13-213931-1>
  3. Romagnosi and Volta’s Pile: Early Difficulties in the Interpretation of Voltaic Electricity // Nuova Voltiana: Studies on Volta and his Times. — Università degli Studi di Pavia. — С. 81–102.>

Дополнительная литература[править]

Веб-источники[править]

Внешние ссылки[править]