Электромагнетизм это наука о зарядах, а также о силах и полях, связанных с зарядом. Электричество и магнетизм это 2 аспекта электромагнетизма.
Электричество и магнетизм долгое время считались отдельными силами. Только в 19 веке они окончательно стали рассматриваться как взаимосвязанные явления.
В 1905 году специальная теория относительности Альберта Эйнштейна, вне всякого сомнения, обнаружила, что и то, и другое является аспектами одного общего явления.
Однако на практическом этапе электрические и магнитные силы ведут себя совершенно по-разному и характеризуются дифференциальными уравнениями.
Электрические силы создаются электрическими зарядами либо в состоянии покоя, либо в движении.
Магнитные силы, с другой стороны, создаются только движущимися зарядами и действуют исключительно на движущиеся заряды.
Что такое электромагнетизм
Это наука о взаимодействия между двумя явлениями электромагнетизма и магнетизмом, электромагнетизм одна из отрасли в науке физике, которая рассматривает это явление как физическое взаимодействие между электрически заряженными частицами.
Электрические явления могут происходить даже в нейтральной материи, потому что силы действуют на отдельные заряженные составляющие.
Электрическая сила, в частности, отвечает за большинство физических и химических свойств атомов и молекул. Он невероятно силен по сравнению с гравитацией.
Пример электромагнетизма
Например, отсутствие только 1 электрона из каждого миллиарда молекул у 270-килограммовых (154-фунтовых) людей, стоящих на расстоянии 2 метров (два ярда) друг от друга, отталкивало бы их с силой 30 000 тонн.
В более общем масштабе электрические явления ответственны за молнии и гром, сопровождающие определенные штормы.
Где могут находиться магнитные и электрические силы
Электрические и магнитные силы можно обнаружить в областях, называемых электрическими и магнитными полями.
Эти электрические и магнитные поля фундаментальны по своей природе и могут существовать в пространстве, удаленном от заряда.
Электрические поля могут создавать магнитные поля и наоборот, независимо от любого внешнего заряда.
Изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле, как обнаружил физик Майкл Фарадей в работе, которая лежит в основе выработки электроэнергии.
И наоборот, переменное электрическое поле создает магнитное поле, как сделал вывод шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл.
Знаменитое математическое уравнение, сформулированное Максвеллом, включило световые и волновые явления в электромагнетизм. Максвелл показал, что электрическое и магнитное поля движутся вместе в пространстве как волны электромагнитного излучения, причем различные поля взаимно поддерживают друг друга.
Пример электромагнитных волн
Распространяющихся в пространстве независимо от материи, это радио-и телевизионные волны, микроволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и гамма-лучи.
Все эти электромагнитные волны распространяются с одинаковой скоростью, а именно со скоростью света. Они отличаются друг от друга только частотой колебаний их электрического и магнитного полей.
Уравнения Максвелла по-прежнему обеспечивают полное и элегантное описание электромагнетизма вплоть до субатомного масштаба, но не включая его. Интерпретация работы Максвелла, однако, расширилась в 20 веке.
Совершенно специальная теория относительности Эйнштейна объединила электрическое и магнитное поля в одно поле и ограничила скорость всей материи скоростью электромагнитного излучения.
Электрослабая сила
В конце 1960-х годов ученый и физики обнаружили, что другие силы в природе имеют поля с математической структурой, аналогичной структуре электромагнитного поля.
Эти дополнительные силы являются сильной силой, ответственной за энергию, выделяемую при ядерном синтезе, и слабой силой, наблюдаемой при радиоактивном распаде нестабильных атомных ядер.
Если быть точным, слабые и электромагнитные силы были объединены в общую силу, называемую электрослабой силой.
Цель многих физиков объединить все основные силы, включая гравитацию, в одну великую объединенную теорию до сих пор не достигнута.
Основа электромагнетизма
В современную жизнь проникают явления электромагнитных волн. Когда мы включаем лампочку, ток проходит через тонкую нить накаливания в лампочке, и нить накаливания нагревается из-за тока до такой высокой температуры, что она светится, освещая свое окружение.
В электрических часах и соединениях простые устройства такого рода соединяются в сложные системы, такие как мониторинг светофоров, которые рассчитываются и синхронизируются со скоростью транспортного потока.
Устройства связи, такие как радио и телевизоры, получают информацию, переносимую электромагнитными волнами, распространяющимися в пространстве со скоростью света.
Для запуска автомобиля, такого как двигатель, токи в электродвигателе стартера генерируют магнитные поля, которые вращают вал двигателя и приводят в движение поршни двигателя.
Чтобы сжать взрывоопасную смесь бензина и воздуха; искра, которая инициируется для образования сгорания, представляет собой электрический разряд, который образует мгновенный поток тока.
Основными свойствами электромагнита являются
- Электромагнит носит временный характер.
- Электромагнит изготовлен из мягкого железного сердечника.
- Напряженность магнитного поля может быть изменена.
- Электромагнит можно легко размагнитить, отключив ток.
- Полярность может быть изменена.
Принцип сохранения заряда
Как и закон Кулона, принцип сохранения заряда является очень фундаментальным законом природы. Согласно принципу, заряд изолированной системы (отдельной системы) не может измениться.
Если в системе появится другая положительно заряженная частица, в то же время будет создана частица с отрицательным зарядом той же величины (значения); таким образом, сохраняется принцип сохранения заряда.
В природе при взаимодействии высокоэнергетического излучения с веществом образуется пара противоположно заряженных частиц; электрон и позитрон образуются в этом процессе, известном как образование пар.
Электрические поля и силы
Например, величина электрического поля в определенной точке пространства равна силе, которая была бы приложена к единичному заряду в определенной точке пространства.
Каждое заряженное тело создает электрическое поле в окружающем пространстве. Второй заряд может почувствовать присутствие этого поля.
Второй заряд либо притягивается к первоначальному заряду, либо отталкивается от заряда, в зависимости от признаков этих зарядов.
Поскольку второй заряд также имеет электрическое поле, первый заряд может ощущать его присутствие и также притягивается или отталкивается вторым зарядом.
Магнитные поля и силы
Магнитная сила влияет только на те заряды, которые уже находятся в движении (моменте), и это передается магнитным полем.
И магнитные поля, и магнитные силы понять сложнее, чем электрические поля и электрические силы. Магнитное поле не указывает вдоль направления источника поля; скорее, оно указывает в перпендикулярном направлении.
Кроме того, магнитная сила действует в направлении, перпендикулярном направлению магнитного поля. По сравнению как с электрической силой, так и с электрическим полем, которое указывает непосредственно на заряд или от него.
Открытие электромагнетизма
Книга Велланского вышла в 1831 г. В ней уже не только упоминались, но и подробно описывались открытие Эрстеда, опыты и теория Ампера. Внимание, проявленное Велланским к новому открытию, не случайно. Его истоки кроются в философских воззрениях как самого Велланского, так и автора открытия.
Конец XVIII и начало XIX в. ознаменовались решительным поворотом философской мысли в сторону от мировоззрения французских материалистов и опытного естествознания.
Этот поворот возглавили и осуществили представители немецкой классической философии. С этого момента философия и естествознание идут разными путями.
Рис. X. С. Эрстед
«Одна, — говорит Герцен, прорицала тайны с какой-то недосягаемой высоты, другое смиренно покоряло опыту и не шло далее; друг к другу они питали ненависть, они выросли в взаимном недоверии: много предрассудков укоренилось с той и другой стороны; столько горьких слов пало, что при всем желании они не могут примириться до сих пор».
Герцен писал это в 1844—1845 г. Примерно через четверть века об этом же расхождении между натуралистами (естествоиспытателями) и философами скажет Гельмгольц, выступая с докладом на родине Канта: «…всем известно, что натуралисты и философы в настоящее время не могут быть названы друзьями, по крайней мере в своих научных работах.
Всем известно, что между ними уже давно ведется ожесточенный спор…» Гельмгольц отмечает, что принципиальный разлад между философией и естествознанием «еще не имел места во времена Канта», который «стоял на вполне одинаковой почве с натуралистами».
Созданная Кантом теория происхождения Солнечной системы «дает нам право причислить философа Канта к естествоиспытателям».
Гельмгольц считает, что и Фихте «не находился… ни в каком принципиальном противоречии с натуралистами».
Он указывает, что «спор возгорелся, когда после смерти Фихте Шеллинг стал господствовать над наукой в южной, а Гегель в северной Германии».
«Среди образованных людей Германии того времени, — говорит Гельмгольц, — интерес к философским наукам превосходил интерес к естественным наукам», вследствие чего последние казались побежденными».
Этот интерес передался и в соседние страны. Велланский и Павлов в России, Эрстед в Дании находились под сильным влиянием философии Шеллинга.
Учение о целостности мира, о его развитии, о борьбе полярных сил, о всеобщей связи явлений чрезвычайно импонировало этим естествоиспытателям.
Велланский считает теоретические основы физики неудовлетворительными.
«Все содержание оной (т. е. физики) заключается в исчислении и измерении наружных форм физических предметов: касательно же внутренней сущности какой-либо вещи, физики признают абсолютную невозможность к достижению оной».
Кто открыл электромагнетизм
Открытие электромагнетизма шеллингианцы рассматривали как успех своей системы. «До открытия гальванизма не было известно взаимное соотношение между химическими, электрическими и магнитными явлениями, которые физики считали раздельным» и одна от другой независимыми».
Это совершенно правильное утверждение Велланского вскрывает то положительное начало, которое было введено немецкой классической философией: учение о всеобщей связи, диалектика природы.
Велланский правильно подчеркивает, что физика могла рассматривать химические, магнитные и электрические явления изолированно лишь до открытия гальванизма.
Открытие гальванизма независимо от какой-либо философии должно было рано или поздно привести к открытию электромагнетизма, и не случайно приоритет Эрстеда оспаривался.
Еще в 1876 г. Эндрюс в своей президентской речи на собрании Британской Ассоциации содействия прогрессу наук в Глазго должен был вернуться к вопросу о приоритете Эрстеда.
Этот вопрос решен в пользу Эрстеда, и современник истории науки полностью согласен с словами Велланского: «Электромагнетизм открыт в Копенгагене профессором Эрстедом, который открытие свое возвестил 1820 года».
Статья на тему Электромагнетизм