Die Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus

Elektrizität und Magnetismus sind getrennte, aber miteinander verbundene Phänomene, die mit dem verbunden sind elektromagnetische Kraft. Zusammen bilden sie die Basis für Elektromagnetismus, eine Schlüsseldisziplin der Physik.

Wichtige Erkenntnisse: Elektrizität und Magnetismus

Mit Ausnahme des Verhaltens aufgrund der SchwerkraftFast jedes Ereignis im täglichen Leben ist auf die elektromagnetische Kraft zurückzuführen. Es ist verantwortlich für die Wechselwirkungen zwischen Atomen und den Fluss zwischen Materie und Energie. Das andere fundamentale Kräfte sind die schwache und starke Atomkraft, die den radioaktiven Zerfall regeln und die Bildung von Atomkernen.

Da Elektrizität und Magnetismus unglaublich wichtig sind, ist es eine gute Idee, mit einem grundlegenden Verständnis dessen zu beginnen, was sie sind und wie sie funktionieren.

Elektrizität ist das Phänomen, das entweder mit stationären oder sich bewegenden elektrischen Ladungen verbunden ist. Die Quelle der elektrischen Ladung könnte ein Elementarteilchen sein, ein Elektron (das eine negative Ladung hat), a Proton (das eine positive Ladung hat), ein Ion oder ein größerer Körper, der ein Ungleichgewicht von positiv und negativ aufweist aufladen. Positive und negative Ladungen ziehen sich gegenseitig an (z. B. werden Protonen von Elektronen angezogen), während gleiche Ladungen stoßen sich gegenseitig ab (z. B. stoßen Protonen andere Protonen ab und Elektronen stoßen andere ab Elektronen).

Bekannte Beispiele für Elektrizität sind Blitz, elektrischer Strom aus einer Steckdose oder Batterie und statische Elektrizität. Verbreitet SI-Einheiten Elektrizität umfasst das Ampere (A) für Strom, Coulomb (C) für elektrische Ladung, Volt (V) für Potentialdifferenz, Ohm (Ω) für Widerstand und Watt (W) für Leistung. Eine stationäre Punktladung hat ein elektrisches Feld, aber wenn die Ladung in Bewegung gesetzt wird, erzeugt sie auch ein Magnetfeld.

Magnetismus ist definiert als das physikalische Phänomen, das durch das Bewegen elektrischer Ladung erzeugt wird. Ein Magnetfeld kann auch dazu führen, dass sich geladene Teilchen bewegen und elektrischen Strom erzeugen. Eine elektromagnetische Welle (wie Licht) hat sowohl eine elektrische als auch eine magnetische Komponente. Die beiden Komponenten der Welle bewegen sich in die gleiche Richtung, jedoch im rechten Winkel (90 Grad) zueinander.

Magnetismus erzeugt wie Elektrizität Anziehung und Abstoßung zwischen Objekten. Während Elektrizität auf positiven und negativen Ladungen basiert, sind keine magnetischen Monopole bekannt. Jedes magnetische Teilchen oder Objekt hat einen "Nord" - und "Süd" -Pol, wobei die Richtungen auf der Ausrichtung des Erdmagnetfelds basieren. Mögen Pole eines Magneten stoßen sich gegenseitig ab (z. B. stößt Nord nach Norden ab), während sich entgegengesetzte Pole gegenseitig anziehen (Nord und Süd ziehen sich an).

Bekannte Beispiele für Magnetismus sind a Reaktion der Kompassnadel zum Erdmagnetfeld, Anziehung und Abstoßung von Stabmagneten und der Feld um Elektromagnete. Jede sich bewegende elektrische Ladung hat jedoch ein Magnetfeld, so dass die umlaufenden Elektronen der Atome ein Magnetfeld erzeugen. Stromleitungen sind mit einem Magnetfeld verbunden. Festplatten und Lautsprecher sind auf Magnetfelder angewiesen, um zu funktionieren. Zu den wichtigsten SI-Magnetismuseinheiten gehören Tesla (T) für die magnetische Flussdichte, Weber (Wb) für den magnetischen Fluss, Ampere pro Meter (A / m) für die Magnetfeldstärke und Henry (H) für die Induktivität.

Das Wort Elektromagnetismus stammt aus einer Kombination der griechischen Werke elektron, was "Bernstein" bedeutet und Magnetis Lithos, was "Magnesianischer Stein" bedeutet, der ein magnetisches Eisenerz ist. Die antiken Die Griechen waren mit Elektrizität und Magnetismus vertraut, sondern betrachtete sie als zwei getrennte Phänomene.

Die Beziehung bekannt als Elektromagnetismus wurde erst beschrieben, als James Clerk Maxwell veröffentlichte Eine Abhandlung über Elektrizität und Magnetismus im Jahr 1873. Maxwells Arbeit umfasste zwanzig berühmte Gleichungen, die seitdem zu vier partiellen Differentialgleichungen zusammengefasst wurden. Die durch die Gleichungen dargestellten Grundkonzepte sind wie folgt:

1. Wie elektrische Ladungen abstoßen und im Gegensatz zu elektrischen Ladungen anziehen. Die Anziehungs- oder Abstoßungskraft ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes zwischen ihnen.
2. Magnetpole existieren immer als Nord-Süd-Paare. Gleiche Stangen stoßen sich ab und ziehen sich anders an.
3. Ein elektrischer Strom in einem Draht erzeugt ein Magnetfeld um den Draht. Die Richtung des Magnetfeldes (im oder gegen den Uhrzeigersinn) hängt von der Richtung des Stroms ab. Dies ist die "Regel für die rechte Hand", bei der die Richtung des Magnetfelds den Fingern Ihrer rechten Hand folgt, wenn Ihr Daumen in die aktuelle Richtung zeigt.
4. Das Bewegen einer Drahtschleife zu einem Magnetfeld hin oder von diesem weg induziert einen Strom im Draht. Die Richtung des Stroms hängt von der Richtung der Bewegung ab.

Maxwells Theorie widersprach der Newtonschen Mechanik, doch Experimente bewiesen Maxwells Gleichungen. Der Konflikt wurde schließlich durch Einsteins Theorie der speziellen Relativitätstheorie gelöst.

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