Що таке зв'язок між електромагнітною силою та електричним та магнітним полями

Електромагнітна сила (EMF) є однією з чотирьох фундаментальних сил у фізиці, яка об'єднує електричне взаємодію між зарядами та магнітне взаємодію між магнітними зарядами. Електромагнітна сила є, по суті, результатом взаємодії між електричним полем і магнітним полем. Нижче наведено детальний опис електромагнітної сили та її зв'язку з електричністю та магнетизмом:

Взаємодія між електричними зарядами

• Електричне поле: Коли присутній електричний заряд, навколо нього створюється електричне поле. Електричне поле — це векторне поле, напрямок якого визначається як напрямок сили, діючої на позитивний заряд в цій точці. Сила електричного поля пропорційна величині заряду і обернено пропорційна квадрату відстані (закон Кулона).

• Закон Кулона: Закон Кулона описує взаємодію між зарядами двох точкових зарядів, які знаходяться в спокої. Якщо два заряди мають однаковий знак (однаковий заряд), між ними виникає відштовхувальна сила; якщо знак заряду протилежний (різні заряди), виникає притягувальна сила.

Взаємодія між магнітними зарядами

• Магнітне поле: Коли присутній електричний струм (тобто рухомий заряд), навколо нього створюється магнітне поле. Магнітне поле також є векторним полем, напрямок якого визначається як напрямок сили, діючої на позитивний заряд у напрямку його руху (сила Лоренца). Сила магнітного поля пов'язана з величиною та напрямком струму, і обернено пропорційна квадрату відстані.

• Сила Лоренца: Сила Лоренца описує силу, яка діє на заряджену частинку, коли вона рухається через магнітне поле. Напрямок сили перпендикулярний до напрямку швидкості частинки та напрямку магнітного поля.

Електромагнітна індукція

• Закон Фарадея електромагнітної індукції: Коли магнітне поле змінюється, проходячи через замкнений контур, в цьому контурі створюється електродвижуща сила (EMF), що призводить до появи електричного струму. Цей феномен називається електромагнітною індукцією.

• Рівняння Максвелла: Рівняння Максвелла є основним математичним каркасом для опису поведінки електромагнітних полів. Ці рівняння відкривають внутрішній зв'язок між електричними та магнітними полями, а саме, змінне електричне поле може створювати магнітне поле, а змінне магнітне поле також може створювати електричне поле.

Електромагнітна хвиля

Поширення електромагнітних хвиль: Електромагнітні хвилі утворюються за рахунок осцилювання електричного та магнітного полів, перпендикулярних один одному та перпендикулярних напрямку поширення хвилі. Електромагнітні хвилі можуть поширюватися в вакуумі зі швидкістю, рівною швидкості світла.

Єдність електромагнітної сили

Релятивістські ефекти: В рамках теорії відносності, електричні та магнітні поля вважаються різними аспектами одного і того ж фізичного явища. При зміні системи відліку, електричні та магнітні поля можуть перетворюватися одне в інше.

Підсумок

Електромагнітна сила є загальним терміном для електричної взаємодії між зарядами та магнітної взаємодії між магнітними зарядами. Вона генерується взаємодією електричних та магнітних полів, і може бути описана теоріями, такими як електромагнітна індукція та рівняння Максвелла. Електромагнітна сила проявляється як взаємодія між електричними та магнітними полями на макроскопічному рівні, та взаємодія між зарядженими частинками на мікроскопічному рівні. Електромагнітна сила є одним з найпоширеніших та найважливіших сил у природі, яка має велике значення для розвитку сучасної науки та технологій, а також повсякденного життя.