הקשר בין חשמל למגנטיות

חשמל ומגנטיות הם תופעות נפרדות אך קשורות זו בזו הקשורות ל- כוח אלקטרומגנטי. יחד הם מהווים את הבסיס אלקטרומגנטיות, תחום מפתח בפיזיקה.

טעימות עיקריות: חשמל ומגנטיות

למעט התנהגות בגלל כוח המשיכהכמעט כל התרחשות בחיי היומיום נובעת מהכוח האלקטרומגנטי. זה אחראי לאינטראקציות בין אטומים ולזרימה בין חומר ואנרגיה. האחר כוחות יסוד הם ה כוח גרעיני חלש וחזק, השולטים על דעיכה רדיואקטיבית וה היווצרות גרעינים אטומיים.

מכיוון שחשמל ומגנטיות חשובים להפליא, כדאי להתחיל בהבנה בסיסית של מה הם ואיך הם עובדים.

חשמל הוא התופעה הקשורה למטענים חשמליים נייחים או נעים. מקור המטען החשמלי יכול להיות חלקיק יסודי, אלקטרון (שיש לו מטען שלילי), א פרוטון (שיש לו מטען חיובי), יון, או כל גוף גדול יותר שיש בו חוסר איזון של חיובי ושלילי לחייב. מטענים חיוביים ושליליים מושכים זה את זה (למשל, פרוטונים נמשכים לאלקטרונים) כמו מטענים דוחים זה את זה (למשל, פרוטונים דוחים פרוטונים אחרים ואלקטרונים דוחים אחרים אלקטרונים).

דוגמאות מוכרות לחשמל כוללות ברקים, זרם חשמלי משקע או מצבר, וחשמל סטטי. נפוץ יחידות SI חשמל כולל אמפר (A) לזרם, קולומב (C) לטעינה חשמלית, וולט (V) להפרשי פוטנציאל, אוהם (Ω) להתנגדות, וואט (W) להספק. למטען נקודה נייח יש שדה חשמלי, אך אם המטען מופעל בתנועה הוא גם מייצר שדה מגנטי.

המגנטיות מוגדרת כתופעה הגופנית המיוצרת על ידי מטען חשמלי נע. כמו כן, שדה מגנטי יכול לגרום לחלקיקים טעונים לנוע, לייצר זרם חשמלי. לגל אלקטרומגנטי (כמו אור) יש רכיב חשמלי ומגנטי כאחד. שני מרכיבי הגל נעים לאותו כיוון, אך מכוונים בזווית ישרה (90 מעלות) זה לזה.

כמו חשמל, מגנטיות מייצרת משיכה ודחייה בין עצמים. בעוד שחשמל מבוסס על מטענים חיוביים ושליליים, אין מונופול מגנטי ידוע. לכל חלקיק מגנטי או עצם יש מוט "צפון" ו"דרום ", עם הכיוונים המבוססים על כיוון השדה המגנטי של כדור הארץ. כמו מוטות של מגנט דוחים זה את זה (למשל, צפון דוחה את צפון), בעוד שקטבים מנוגדים מושכים זה את זה (צפון ודרום מושכים).

דוגמאות מוכרות למגנטיות כוללות א התגובה של מחט המצפן לשדה המגנטי של כדור הארץ, משיכה ודחיית מגנטים לסורגים שדה המקיף אלקטרומגנטים. עם זאת, לכל מטען חשמלי הנע יש שדה מגנטי, ולכן האלקטרונים המקיפים את האטומים מייצרים שדה מגנטי; יש שדה מגנטי הקשור לקווי כוח; ודיסקים קשיחים ורמקולים מסתמכים על כך ששדות מגנטיים יתפקדו. יחידות מגנטיות SI מרכזיות כוללות את הטסלה (T) לצפיפות שטף מגנטי, וובר (Wb) לשטף מגנטי, אמפר למטר (A / m) לחוזק שדה מגנטי, והנרי (H) להשראות.

המילה אלקטרומגנטיות באה משילוב של היצירות היווניות אלקטרוניקה, כלומר "ענבר" ו- מגנטיס ליטוסכלומר "אבן מגנזית" שהיא עפרת ברזל מגנטית. העתיק יוונים הכירו חשמל ומגנטיותאך ראו אותן כשתי תופעות נפרדות.

הקשר המכונה אלקטרומגנטיות לא תואר עד שפרסם ג'יימס קלקר מקסוול מסה בנושא חשמל ומגנטיות בשנת 1873. עבודתו של מקסוול כללה עשרים משוואות מפורסמות, שעובדו מאז לארבע משוואות דיפרנציאליות חלקיות. המושגים הבסיסיים המיוצגים על ידי המשוואות הם כדלקמן:

1. כמו מטענים חשמליים דוחים, ובניגוד למטענים חשמליים מושכים. כוח המשיכה או הדחייה הוא ביחס הפוך לכיכר המרחק ביניהם.
2. קטבים מגנטיים קיימים תמיד כזוגות צפון-דרום. כמו קטבים דוחים ומושכים שלא כמו.
3. זרם חשמלי בחוט מייצר שדה מגנטי סביב החוט. כיוון השדה המגנטי (עם כיוון השעון או נגד כיוון השעון) תלוי בכיוון הזרם. זהו "כלל יד ימין", בו כיוון השדה המגנטי עוקב אחר אצבעות יד ימין אם האגודל שלך מכוון לכיוון הנוכחי.
4. הזזת לולאת חוט לכיוון או הרחק משדה מגנטי גורמת לזרם בחוט. כיוון הזרם תלוי בכיוון התנועה.

התיאוריה של מקסוול סתרה את המכניקה הניוטונית, ובכל זאת ניסויים הוכיחו את המשוואות של מקסוול. הסכסוך נפתר לבסוף על ידי תיאוריית היחסות המיוחדת של אינשטיין.

• האנט, ברוס ג'. (2005). המקסווליאים. קורנל: הוצאת אוניברסיטת קורנל. עמ '. 165–166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• האיחוד הבינלאומי לכימיה טהורה ומיישמת (1993). כמויות, יחידות וסמלים בכימיה פיזיקלית, מהדורה שנייה, אוקספורד: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. עמ '. 14–15.
• רבולי, פוואז ט. Ulaby, אריק Michielssen, Umberto (2010). יסודות האלקטרומגנטיקה המיושמת (מהדורה 6). בוסטון: פרנטיס הול. ע. 13. ISBN 978-0-13-213931-1.