De relatie tussen elektriciteit en magnetisme

Samen vormen deze twee fenomenen de basis voor elektromagnetisme

Een eenvoudige elektromagneet laat zien hoe elektriciteit en magnetisme met elkaar verbonden zijn. Jasmin Awad / EyeEm / Getty Images

Elektriciteit en magnetisme zijn afzonderlijke, maar onderling verbonden fenomenen die verband houden met de elektromagnetische kracht: . Samen vormen ze de basis voor elektromagnetisme , een belangrijke natuurkundediscipline.

Belangrijkste afhaalrestaurants: elektriciteit en magnetisme

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

Behalve voor gedrag als gevolg van de zwaartekracht , bijna elke gebeurtenis in het dagelijks leven komt 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 regelen en de vorming van atoomkernen .

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 fenomeen dat wordt geassocieerd met stationaire of bewegende elektrische ladingen. De bron van de elektrische lading kan een elementair deeltje zijn, een elektron (met een negatieve lading), een proton (met een positieve lading), een ion of een groter lichaam met een onbalans tussen positieve en negatieve lading. Positieve en negatieve ladingen trekken elkaar aan (bijv. protonen worden aangetrokken door elektronen), terwijl gelijke 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. Gemeenschappelijk SI eenheden van elektriciteit omvatten 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 gebracht, genereert deze ook een magnetisch veld.

Basisprincipes van magnetisme

Magnetisme wordt gedefinieerd als het fysieke fenomeen dat wordt geproduceerd door elektrische lading te verplaatsen. Ook kan een magnetisch veld geladen deeltjes in beweging brengen, waardoor een elektrische stroom ontstaat. Een elektromagnetische golf (zoals licht) heeft zowel een elektrische als een magnetische component. De twee componenten van de golf bewegen zich in dezelfde richting, maar staan ​​in een rechte hoek (90 graden) ten opzichte van elkaar.

Net als elektriciteit produceert magnetisme aantrekking en afstoting tussen objecten. Hoewel elektriciteit gebaseerd is op positieve en negatieve ladingen, zijn er geen magnetische monopolen bekend. Elk magnetisch deeltje of object heeft een 'noord' en 'zuid' pool, waarbij de richtingen zijn gebaseerd op de oriëntatie van het aardmagnetisch veld. Graag willen polen van een magneet stoten elkaar af (bijvoorbeeld noord stoot noord af), terwijl tegenovergestelde polen elkaar aantrekken (noord en zuid trekken elkaar aan).

Bekende voorbeelden van magnetisme zijn onder meer a reactie van de kompasnaald aan het aardmagnetisch veld, aantrekking en afstoting van staafmagneten, en de veld rondom elektromagneten . Toch heeft elke bewegende elektrische lading een magnetisch veld, dus de in een baan om de aarde draaiende 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. Belangrijke SI-eenheden van magnetisme zijn de tesla (T) voor magnetische fluxdichtheid, weber (Wb) voor magnetische flux, ampère per meter (A/m) voor magnetische veldsterkte en Henry (H) voor inductantie.

De fundamentele principes van elektromagnetisme

Het woord elektromagnetisme komt van een combinatie van de Griekse werken elektron , wat 'amber' betekent en magnetische lithos , wat 'Magnesiaanse steen' betekent, een magnetisch ijzererts. De oude Grieken waren bekend met elektriciteit en magnetisme , maar beschouwde 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. Maxwells werk omvatte twintig beroemde vergelijkingen, die sindsdien zijn gecondenseerd tot vier partiële differentiaalvergelijkingen. De basisconcepten die door de vergelijkingen worden weergegeven, 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 ertussen.
2. Magnetische polen bestaan ​​altijd als noord-zuidparen. Gelijke polen stoten gelijken af ​​en trekken ongelijken 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) hangt af van de richting van de stroom. Dit is de 'rechterhandregel', waarbij de richting van het magnetische veld de vingers van je rechterhand volgt als je duim in de huidige richting wijst.
4. Het verplaatsen van een draadlus naar of van een magnetisch veld af, induceert een stroom in de draad. De richting van de stroom hangt af 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 Maxwellianen . Cornell: Cornell University Press. blz. 165-166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• Internationale Unie voor Pure en Toegepaste Chemie (1993). Hoeveelheden, eenheden en symbolen in de fysische chemie , 2e editie, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8 blz. 100-1 14-15.
• Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michaelsen, Umberto (2010). Grondbeginselen van toegepaste elektromagnetisme (6e ed.). Boston: Prentice Hall. p. 13. ISBN 978-0-13-213931-1.