La relazione tra elettricità e magnetismo

Elettricità e magnetismo sono fenomeni separati ma interconnessi associati alla forza elettromagnetica. Insieme, formano la base per l'elettromagnetismo, una disciplina fisica chiave.

Key Takeaways: elettricità e magnetismo

• Elettricità e magnetismo sono due fenomeni correlati prodotti dalla forza elettromagnetica. Insieme formano l'elettromagnetismo.
• Una carica elettrica in movimento genera un campo magnetico.
• Un campo magnetico induce il movimento di carica elettrica, producendo una corrente elettrica.
• In un'onda elettromagnetica, il campo elettrico e il campo magnetico sono perpendicolari l'uno all'altro.

Ad eccezione del comportamento dovuto alla forza di gravità, quasi ogni evento nella vita quotidiana deriva dalla forza elettromagnetica. È responsabile delle interazioni tra gli atomi e il flusso tra materia ed energia. Le altre forze fondamentali sono la forza nucleare debole e forte, che regola il decadimento radioattivo e la formazione di nuclei atomici.

Poiché l'elettricità e il magnetismo sono incredibilmente importanti, è una buona idea iniziare con una comprensione di base di cosa sono e come funzionano.

Principi di base dell'elettricità

L'elettricità è il fenomeno associato a cariche elettriche fisse o in movimento. La fonte della carica elettrica potrebbe essere una particella elementare, un elettrone (che ha una carica negativa), un protone (che ha una carica positiva), uno ione o qualsiasi corpo più grande che ha uno squilibrio di carica positiva e negativa. Le cariche positive e negative si attraggono a vicenda (ad es. I protoni sono attratti dagli elettroni), mentre le cariche simili si respingono a vicenda (ad es. I protoni respingono altri protoni e gli elettroni respingono altri elettroni). 

Esempi familiari di elettricità includono fulmini, corrente elettrica da una presa o batteria e elettricità statica. Le unità SI comuni di elettricità includono ampere (A) per corrente, coulomb (C) per carica elettrica, volt (V) per differenza potenziale, ohm (Ω) per resistenza e watt (W) per potenza. Una carica in punti stazionari ha un campo elettrico, ma se la carica è messa in moto, genera anche un campo magnetico.

Principi di base del magnetismo

Il magnetismo è definito come il fenomeno fisico prodotto dallo spostamento della carica elettrica. Inoltre, un campo magnetico può indurre le particelle cariche a muoversi, producendo una corrente elettrica. Un'onda elettromagnetica (come la luce) ha sia un componente elettrico che magnetico. I due componenti dell'onda viaggiano nella stessa direzione, ma orientati ad angolo retto (90 gradi) l'uno rispetto all'altro.

Come l'elettricità, il magnetismo produce attrazione e repulsione tra gli oggetti. Mentre l'elettricità si basa su cariche positive e negative, non sono noti monopoli magnetici. Qualsiasi particella o oggetto magnetico ha un polo "nord" e "sud", con le direzioni basate sull'orientamento del campo magnetico terrestre. Come i poli di un magnete si respingono a vicenda (ad esempio, il nord respinge il nord), mentre i poli opposti si attraggono l'un l'altro (il nord e il sud si attraggono).

Esempi familiari di magnetismo includono la reazione dell'ago di una bussola al campo magnetico terrestre, l'attrazione e la repulsione dei magneti a barra e il campo che circonda gli elettromagneti. Tuttavia, ogni carica elettrica in movimento ha un campo magnetico, quindi gli elettroni orbitanti degli atomi producono un campo magnetico; c'è un campo magnetico associato alle linee elettriche; e gli hard disk e gli altoparlanti si affidano ai campi magnetici per funzionare. Le unità chiave del magnetismo SI comprendono il tesla (T) per la densità del flusso magnetico, il weber (Wb) per il flusso magnetico, l'ampere per metro (A / m) per l'intensità del campo magnetico e l'henry (H) per l'induttanza.

I principi fondamentali dell'elettromagnetismo

La parola elettromagnetismo deriva da una combinazione delle opere greche elektron, che significa "ambra" e magnetis lithos, che significa "pietra magnesiana", che è un minerale di ferro magnetico. Gli antichi greci conoscevano l'elettricità e il magnetismo, ma li consideravano due fenomeni separati.

La relazione nota come elettromagnetismo non è stata descritta fino alla pubblicazione di James Clerk Maxwell Un trattato su elettricità e magnetismo nel 1873. Il lavoro di Maxwell includeva venti famose equazioni, che da allora sono state condensate in quattro equazioni differenziali parziali. I concetti di base rappresentati dalle equazioni sono i seguenti: 

1. Come le cariche elettriche si respingono e diversamente dalle cariche elettriche si attraggono. La forza di attrazione o repulsione è inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro.
2. I poli magnetici esistono sempre come coppie nord-sud. I pali simili si respingono e si attraggono diversamente.
3. Una corrente elettrica in un filo genera un campo magnetico attorno al filo. La direzione del campo magnetico (in senso orario o antiorario) dipende dalla direzione della corrente. Questa è la "regola della mano destra", in cui la direzione del campo magnetico segue le dita della mano destra se il pollice punta nella direzione corrente.
4. Lo spostamento di un anello di filo verso o lontano da un campo magnetico induce una corrente nel filo. La direzione della corrente dipende dalla direzione del movimento.

La teoria di Maxwell contraddiceva la meccanica newtoniana, ma gli esperimenti dimostrarono le equazioni di Maxwell. Il conflitto fu infine risolto dalla teoria della relatività speciale di Einstein.

fonti

• Hunt, Bruce J. (2005). I Maxwelliani. Cornell: Cornell University Press. pp. 165-166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• International Union of Pure and Applied Chemistry (1993). Quantitativi, unità e simboli in chimica fisica, 2a edizione, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. pagg. 14-15.
• Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michielssen, Umberto (2010). Fondamenti di elettromagnetismo applicato (6 ° ed.). Boston: Prentice Hall. p. 13. ISBN 978-0-13-213931-1.