Ο ηλεκτρομαγνητισμός είναι μια δύναμη της πιο σημαντικής, καθώς μαζί με τη βαρυτική, ισχυρή πυρηνική και αδύναμη πυρηνική είναι μέρος των θεμελιωδών δυνάμεων του σύμπαντος, που είναι αυτές που δεν μπορούν να εξηγηθούν με όρους πιο βασικών δυνάμεων. Αυτή η δύναμη επηρεάζει μόνο σώματα φορτισμένα με ηλεκτρική ενέργεια και είναι υπεύθυνη για τους χημικούς και φυσικούς μετασχηματισμούς ατόμων και μορίων. Ο ηλεκτρομαγνητισμός υπάρχει καθημερινά, τόσο σε φυσικά όσο και σε τεχνητά φαινόμενα.
Τι είναι ο ηλεκτρομαγνητισμός
Πίνακας περιεχομένων
Όταν μιλάμε για τον όρο ηλεκτρομαγνητισμός στη φυσική, αναφέρεται στον συνδυασμό ηλεκτρικών και μαγνητικών φαινομένων, καθώς και στην αλληλεπίδραση και των δύο δυνάμεων. Αυτό έχει επίδραση στα υγρά, τα αέρια και τα στερεά.
Στη φύση, ο ηλεκτρομαγνητισμός υπάρχει σε φαινόμενα όπως ραδιοκύματα από τον Γαλαξία, υπέρυθρη ακτινοβολία από σώματα σε θερμοκρασία δωματίου, φως, υπεριώδη ακτινοβολία από τον Ήλιο, ακτινοβολία γάμμα, βόρεια φώτα και Αυστραλία, μεταξύ άλλων.
Από την άλλη πλευρά, η εφαρμογή του ηλεκτρομαγνητισμού στην καθημερινή ζωή είναι διαφορετική. Αυτή είναι η περίπτωση της πυξίδας, της οποίας η κίνηση των βελόνων δημιουργείται από τις πολικές μαγνητικές αρχές και τις ηλεκτρικές από την αλληλεπίδραση του μηχανισμού και της τριβής που προέρχεται. Το κουδούνι της πόρτας, η ηλεκτρική κιθάρα, ο ηλεκτρικός κινητήρας, οι μετασχηματιστές, τα μικροκύματα, οι κινήσεις με στυλό, τα μικρόφωνα, τα αεροπλάνα, οι ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές, τα κινητά τηλέφωνα, τα θερμόμετρα, οι πλάκες, οι συσκευές υπερήχων, τα μόντεμ, οι τομογράφοι, είναι μερικά από τα πιο γνωστά αντικείμενα στα οποία συμβαίνει αυτό το φαινόμενο. και αυτό, σε πρακτικές εφαρμογές, δείχνει τι είναι ο ηλεκτρομαγνητισμός.
Τι είναι το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο
Είναι ένα φυσικό αισθητήριο πεδίο στο οποίο αλληλεπιδρούν ηλεκτρικά σωματίδια που παράγονται από ηλεκτρικά φορτισμένα σώματα ή αντικείμενα. Σε αυτό το πεδίο, υπάρχει μια ποσότητα ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας. Αλλά για να κατανοήσουμε καλύτερα την ιδέα, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πώς και γιατί δημιουργούνται το ηλεκτρικό πεδίο και το μαγνητικό πεδίο.
Το ηλεκτρικό πεδίο λαμβάνει χώρα όταν υπάρχουν διαφορές τάσης και όσο υψηλότερη είναι η τάση, τόσο μεγαλύτερο είναι το πεδίο. Αυτός, λοιπόν, είναι ο χώρος όπου ενεργούν οι ηλεκτρικές δυνάμεις. Η γνώση του πεδίου του ηλεκτρικού πεδίου θα επιτρέψει τη γνώση του επιπέδου έντασης και τι συμβαίνει με μια φόρτιση σε ένα συγκεκριμένο μέρος του πεδίου, ανεξάρτητα από το να μην γνωρίζουμε τι προκαλεί.
Από την πλευρά του, το μαγνητικό πεδίο προέρχεται από ηλεκτρικά ρεύματα, και όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα, τόσο μεγαλύτερο είναι το πεδίο. Είναι η αναταραχή που παράγει ο μαγνήτης στην περιοχή γύρω του, πώς τον επηρεάζει και σε ποια κατεύθυνση. Αντιπροσωπεύεται από γραμμές πεδίου που πηγαίνουν από το εξωτερικό του βόρειου πόλου στο νότιο πόλο του μαγνήτη, και μέσα από το νότιο πόλο στο βόρειο πόλο. Οι εν λόγω γραμμές δεν θα τέμνονται ποτέ, οπότε χωρίζονται μεταξύ τους και από τον μαγνήτη, παράλληλα και εφαπτομενικά προς την κατεύθυνση του πεδίου στα σημεία.
Τι είναι το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα
Είναι το σύνολο των ηλεκτρομαγνητικών ενεργειών των κυμάτων, δηλαδή όλες οι ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες που κυμαίνονται από αυτές με μικρότερο μήκος κύματος (ακτίνες Χ, ακτίνες γάμμα), υπεριώδη ακτινοβολία, φως και υπέρυθρη ακτινοβολία, έως εκείνες των μεγαλύτερων μήκος (ραδιοκύματα).
Το φάσμα ενός αντικειμένου ή υγρού θα είναι η χαρακτηριστική κατανομή της ηλεκτρομαγνητικής του ακτινοβολίας. Υπάρχει μια θεωρία ότι το όριο του μικρότερου μήκους κύματος είναι περίπου το μήκος Planck (ένα μέτρο υποατομικού μήκους) και το ανώτερο όριο του μεγάλου μήκους κύματος είναι το μέγεθος του ίδιου του σύμπαντος, παρόλο που το φάσμα είναι συνεχές και άπειρο.
Εξισώσεις Maxwell
Ο James Maxwell κατάφερε να διατυπώσει την ηλεκτρομαγνητική θεωρία, συμπεριλαμβανομένης της ηλεκτρικής ενέργειας, του μαγνητισμού και του φωτός ως διαφορετικές εκφράσεις του ίδιου φαινομένου. Αυτή η υπόθεση που ανέπτυξε ο φυσικός ονομάστηκε Κλασική Θεωρία Ηλεκτρομαγνητικής Ακτινοβολίας.
Από την αρχαιότητα, επιστήμονες και άνθρωποι παρατήρησαν με συναρπαστικά ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα, όπως ηλεκτροστατική, μαγνητισμό και άλλες εκδηλώσεις σε αυτό το πεδίο, αλλά μόλις τον 19ο αιώνα, όταν χάρη στο έργο διαφορετικών επιστημόνων, κατάφεραν να εξηγήσουν μέρος των κομματιών που αποτελούσαν το παζλ του ηλεκτρομαγνητισμού όπως είναι γνωστό σήμερα.
Ήταν ο Maxwell που τα ένωσε όλα σε τέσσερις εξισώσεις: ο νόμος του Γκαους, ο νόμος του Γαους για το μαγνητικό πεδίο, ο νόμος του Φαραντάι και ο γενικός νόμος του Αμπέρ, που βοήθησαν στον καθορισμό του ηλεκτρομαγνητισμού.
1. Ο νόμος του Gauss: περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο τα φορτία επηρεάζουν το ηλεκτρικό πεδίο και αποδεικνύει ότι αυτά τα φορτία είναι πηγές ηλεκτρικού πεδίου εφόσον είναι θετικά ή βυθίζονται εάν είναι αρνητικά. Ως εκ τούτου, όπως οι χρεώσεις τείνουν να απωθούνται και διαφορετικές χρεώσεις τείνουν να προσελκύουν. Αυτός ο νόμος καθορίζει με τον ίδιο τρόπο ότι το ηλεκτρικό πεδίο θα εξασθενίσει με την απόσταση κάτω από τον αντίστροφο τετραγωνικό νόμο (η ένταση είναι αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο της απόστασης από το κέντρο προέλευσης) και προσδίδοντάς το με γεωμετρικές ιδιότητες.
2. Ο νόμος του μαγνητισμού του Gauss: δηλώνει ότι δεν υπάρχουν πηγές ούτε νεροχύτες μέσα στο μαγνητικό πεδίο, επομένως δεν υπάρχουν μαγνητικά φορτία. Ελλείψει πηγών και νεροχυτών, τα μαγνητικά πεδία που δημιουργούνται από αντικείμενα πρέπει να κλείνουν από μόνα τους. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο, εάν ένας μαγνήτης χωρίζεται στο μισό, το μαγνητικό πεδίο θα κλείσει στην περιοχή όπου κόπηκε, έτσι θα δημιουργηθούν δύο μαγνήτες με δύο πόλους ο καθένας. Αυτό υποδηλώνει ότι τα μονοπώλια στη γη θα ήταν αδύνατα.
3. Ο νόμος του Faraday: λέει ότι εάν ένα μαγνητικό πεδίο αλλάξει με την πάροδο του χρόνου, αυτό θα το ενεργοποιήσει κλείνοντας. Εάν αυξηθεί, το ηλεκτρικό πεδίο θα είναι προσανατολισμένο προς τη φορά των δεικτών του ρολογιού και εάν μειωθεί, θα είναι προσανατολισμένο στην αντίθετη κατεύθυνση. Είναι αλήθεια ότι όχι μόνο τα φορτία και οι μαγνήτες μπορούν να επηρεάσουν τα πεδία, αλλά και το ένα το άλλο, και στις δύο κατευθύνσεις.
Σύμφωνα με αυτόν τον νόμο, παρατηρείται ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, η οποία είναι η παραγωγή ηλεκτρικών ρευμάτων από μαγνητικά πεδία που ποικίλλουν ανάλογα με το χρόνο. Αυτό το φαινόμενο παράγει ηλεκτροκινητική δύναμη ή τάση σε σώμα που εκτίθεται σε μαγνητικό πεδίο και, όπως το εν λόγω αντικείμενο είναι αγώγιμο, παράγεται το επαγόμενο ρεύμα.
4. Ο νόμος του Ampère: εξηγεί ότι ένα ηλεκτρικό πεδίο με κινούμενα φορτία (ηλεκτρικό ρεύμα) ενεργοποιεί το μαγνητικό πεδίο κλείνοντας. Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι πολύ χρήσιμο, καθώς μπορεί να δημιουργηθεί τεχνητός μαγνήτης, περνώντας το εν λόγω στοιχείο μέσω ενός πηνίου και, έχοντας ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο προκαλεί ότι όσο μεγαλύτερη είναι η ένταση του ρεύματος, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η ισχύς. ένταση μαγνητικού πεδίου. Αυτός ο τύπος μαγνήτη ονομάζεται ηλεκτρομαγνήτης και τα περισσότερα μαγνητικά πεδία στον πλανήτη παράγονται με αυτόν τον τρόπο.
Κλάδοι ηλεκτρομαγνητισμού
Για να κατανοήσουμε πλήρως τι είναι ο ηλεκτρομαγνητισμός, πρέπει να κατανοήσουμε τις διαφορετικές εκδηλώσεις σε αυτά τα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα: ηλεκτροστατική, μαγνητοστατική, ηλεκτροδυναμική και μαγνητισμός.
Ηλεκτροστατική
Η ηλεκτροστατική αναφέρεται στη μελέτη ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων που προέρχονται από ηλεκτρικά φορτισμένα σώματα (έχει περίσσεια - θετικό φορτίο - ή έλλειψη - αρνητικό φορτίο - ηλεκτρονίων στα άτομα που το συνθέτουν) σε ηρεμία.
Είναι γνωστό ότι εάν αντικείμενα φορτισμένα με ηλεκτρικό ρεύμα έχουν περίσσεια ηλεκτρονίων στα άτομα που τα συνθέτουν, τότε θα έχουν θετικό φορτίο και θα έχουν αρνητικό φορτίο όταν είναι ανεπαρκή.
Αυτά τα σώματα ασκούν δυνάμεις ο ένας στον άλλο. Όταν ένα φορτισμένο αντικείμενο υποβάλλεται σε ένα πεδίο που ανήκει σε ένα άλλο φορτισμένο αντικείμενο, θα υπόκειται σε μια δύναμη ανάλογη με το μέγεθος του φορτίου του και αυτό του πεδίου στη θέση του. Η πολικότητα του φορτίου θα αποφασίσει αν η δύναμη θα είναι ελκυστική (όταν είναι διαφορετικές) ή απωθητική (όταν είναι η ίδια). Η ηλεκτροστατική είναι χρήσιμη για τη μελέτη και παρατήρηση ηλεκτρικών καταιγίδων.
Ο μαγνητισμός
Είναι το φαινόμενο με το οποίο τα σώματα προσελκύουν ή απωθούν ο ένας τον άλλον ανάλογα με τον τύπο φόρτισης που έχουν. Όλα τα υλικά που υπάρχουν θα επηρεαστούν λίγο πολύ ανάλογα με τη σύνθεσή τους, αλλά ο μόνος γνωστός μαγνήτης στη φύση είναι ο μαγνητίτης (που είναι ένα ορυκτό που αποτελείται από δύο οξείδια σιδήρου και έχει την ιδιότητα να προσελκύει σίδηρο, χάλυβα και άλλα σώματα).
Οι μαγνήτες έχουν δύο περιοχές όπου οι δυνάμεις εκδηλώνονται με μεγαλύτερο μέγεθος, που βρίσκονται στα άκρα και ονομάζονται μαγνητικοί πόλοι (βόρεια και νότια).
Η θεμελιώδης ιδιότητα της αλληλεπίδρασης μεταξύ μαγνητών είναι ότι οι ομοειδείς πόλοι τους απωθούν μεταξύ τους, ενώ οι διαφορετικοί προσελκύουν. Αυτό συμβαίνει, επειδή αυτό το φαινόμενο σχετίζεται με τις γραμμές μαγνητικού πεδίου (από τον βόρειο πόλο προς το νότο), και όταν πλησιάζουν δύο αντίθετα, οι γραμμές πηδούν από τον ένα πόλο στον άλλο (προσκολλώνται), αυτό το εφέ θα μειωθεί καθώς η απόσταση μεταξύ των δύο είναι μεγαλύτερη? όταν πλησιάζουν δύο ίσοι πόλοι, οι γραμμές αρχίζουν να συμπιέζονται προς τον ίδιο πόλο, και εάν συμπιέζονται, οι γραμμές επεκτείνονται, έτσι ώστε και οι δύο μαγνήτες να μην μπορούν να πλησιάσουν και να απωθήσουν ο ένας τον άλλον.
Ηλεκτροδυναμική
Μελετά τα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα φορτισμένων σωμάτων σε κίνηση και μεταβλητών ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων. Μέσα σε αυτό, υπάρχουν τρεις υποδιαιρέσεις: η κλασική, η σχετικιστική και η κβαντική.
- Το κλασικό περιλαμβάνει άλλα εφέ, όπως επαγωγή και ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, μαγνητισμό και επαγωγή και ηλεκτρικό κινητήρα.
- Ο σχετικιστής αποδεικνύει ότι, έχοντας έναν παρατηρητή που κινείται από το πλαίσιο αναφοράς του, θα μετρήσει διαφορετικά ηλεκτρικά και μαγνητικά εφέ του ίδιου φαινομένου, καθώς ούτε το ηλεκτρικό πεδίο ούτε η μαγνητική επαγωγή συμπεριφέρονται ως διανυσματικά φυσικά μεγέθη.
- Το Quantum περιγράφει την αλληλεπίδραση μεταξύ μποζονίων (σωματίδια που φέρουν την αλληλεπίδραση) και φερμίων (σωματίδια που φέρουν ύλη) και χρησιμοποιείται για να εξηγήσει ατομικές δομές και σχέσεις μεταξύ πολύπλοκων μορίων.
Μαγνητοστατική
Είναι η μελέτη των φυσικών φαινομένων στα οποία τα σταθερά μαγνητικά πεδία παρεμβαίνουν στο χρόνο, δηλαδή έχουν παραχθεί από στατικά ρεύματα. Αυτό περιλαμβάνει την έλξη που έχει ο μαγνήτης και ο ηλεκτρομαγνήτης στο σίδερο και σε διάφορα μέταλλα. Τα φαινόμενα που παράγονται σε αυτήν την περιοχή χαρακτηρίζονται από τη δημιουργία ενός μαγνητικού πεδίου γύρω από το μαγνητισμένο σώμα που χάνει την ένταση με την απόσταση.
Τι είναι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα
Είναι κύματα που δεν χρειάζονται υλικό μέσο για τη διάδοσή τους, ώστε να μπορούν να ταξιδεύουν μέσω κενού και με σταθερή ταχύτητα 299.792 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο. Αρκετά παραδείγματα αυτών των τύπων κυμάτων είναι το φως, τα μικροκύματα, οι ακτίνες Χ και οι τηλεοπτικές και ραδιοφωνικές εκπομπές.
Οι ακτινοβολίες του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος παρουσιάζουν περίθλαση (απόκλιση κατά τη λήψη ενός αδιαφανούς αντικειμένου) και παρεμβολές (υπέρθεση κυμάτων), οι οποίες είναι οι τυπικές ιδιότητες της κίνησης των κυμάτων.
Η εφαρμογή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είχε ισχυρό αντίκτυπο στον κόσμο των τηλεπικοινωνιών καθιστώντας δυνατή την ασύρματη επικοινωνία μέσω ραδιοκυμάτων.
Τι είναι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία
Είναι η διάδοση ηλεκτρικών και μαγνητικών σωματιδίων που ταλαντεύονται και όπου το καθένα παράγει ένα πεδίο (ηλεκτρικό και μαγνητικό). Αυτή η ακτινοβολία προκαλεί κύματα που μπορούν να διαδοθούν μέσω αέρα και κενού: ηλεκτρομαγνητικά κύματα.
