Ποια είναι η αλληλεπίδραση μεταξύ ηλεκτρικών φορτίων και μαγνητών;
1. Οι χρεώσεις μετακίνησης δημιουργούν μαγνητικά πεδία:
* Βασική αρχή: Ένα κινούμενο ηλεκτρικό φορτίο δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από αυτό. Όσο ισχυρότερη είναι η φόρτιση και όσο ταχύτερα κινείται, τόσο ισχυρότερο είναι το μαγνητικό πεδίο.
* Παράδειγμα: Τα ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου δημιουργούν ένα μικροσκοπικό μαγνητικό πεδίο λόγω της κίνησής τους. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ορισμένα υλικά γίνονται μαγνήτες.
2. Τα μαγνητικά πεδία επηρεάζουν κινούμενα φορτία:
* Δύναμη σε χρέωση: Ένα μαγνητικό πεδίο ασκεί μια δύναμη σε ένα κινούμενο ηλεκτρικό φορτίο. Η δύναμη είναι κάθετη τόσο στην κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου όσο και στην κατεύθυνση της κίνησης του φορτίου.
* Παράδειγμα: Αυτή είναι η αρχή πίσω από τους ηλεκτρικούς κινητήρες. Ένα μαγνητικό πεδίο προκαλεί περιστροφή ενός καλωδίου μεταφοράς ρεύματος.
3. Η αλλαγή των μαγνητικών πεδίων δημιουργεί ηλεκτρικά πεδία:
* Νόμος του Faraday: Ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο προκαλεί ένα ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό σημαίνει ότι εάν μετακινήσετε έναν μαγνήτη κοντά σε ένα σύρμα ή πηνίο, ένα ηλεκτρικό ρεύμα θα ρέει στο σύρμα.
* Παράδειγμα: Έτσι λειτουργούν οι γεννήτριες. Ένας περιστρεφόμενος μαγνήτης προκαλεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα πηνίο σύρματος.
4. Η αλληλένδετη φύση:
* εξισώσεις του Maxwell: Ο James Clerk Maxwell, στις διάσημες εξισώσεις του, ενοποιημένο ηλεκτρικό ρεύμα και μαγνητισμό. Έδειξε ότι τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία είναι στενά συνδεδεμένα και μπορούν να μετατραπούν μεταξύ τους.
* Φως ως ηλεκτρομαγνητικό κύμα: Οι εξισώσεις του Maxwell οδήγησαν στην πρόβλεψη ότι το φως είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα, που σημαίνει ότι αποτελείται από ταλαντευόμενα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία που ταξιδεύουν μαζί.
Βασικές έννοιες που πρέπει να θυμάστε:
* Μαγνητικά πεδία: Περιοχές του χώρου όπου μπορούν να ανιχνευθούν μαγνητικές δυνάμεις.
* ηλεκτρικά πεδία: Περιοχές του χώρου όπου μπορούν να ανιχνευθούν ηλεκτρικές δυνάμεις.
* Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή: Η διαδικασία δημιουργίας ενός ηλεκτρικού πεδίου από ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο.
* Lorentz Force: Η δύναμη ασκείται σε φορτισμένο σωματίδιο από ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία.
Παραδείγματα αλληλεπιδράσεων:
* Compass: Μια βελόνα πυξίδας ευθυγραμμίζεται με το μαγνητικό πεδίο της Γης λόγω της αλληλεπίδρασης μεταξύ του μαγνητικού πεδίου και των μαγνητικών διπόλων στη βελόνα.
* ηλεκτρικοί κινητήρες: Οι κινητήρες χρησιμοποιούν τη δύναμη που ασκείται από μαγνητικά πεδία για τη μετακίνηση των φορτίων για να δημιουργήσει περιστροφική κίνηση.
* γεννήτριες: Οι γεννήτριες μετατρέπουν τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο για να προκαλέσουν ηλεκτρικό ρεύμα.
* ηλεκτρομαγνητικά κύματα: Τα ραδιοκύματα, τα μικροκύματα, το ορατό φως και οι ακτίνες Χ είναι όλες οι μορφές ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που προκύπτουν από την αλληλεπίδραση ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων.
Συνοπτικά, τα ηλεκτρικά φορτία και οι μαγνήτες έχουν μια βαθιά και αλληλένδετη σχέση. Τα φορτία μετακίνησης δημιουργούν μαγνητικά πεδία και τα μαγνητικά πεδία ασκούν δυνάμεις σε κινούμενες χρεώσεις. Αυτή η αλληλεπίδραση είναι θεμελιώδης για τη λειτουργία πολλών τεχνολογιών και υπογραμμίζει τη φύση του φωτός.
