Eletromagnetismo

Eletromagnetismo é a física do campo eletromagnético: a campo que exerce uma força sobre partículas que possuem a propriedade de carga eléctrica , e é, por sua vez afectadas pela presença e movimento das referidas partículas.

Um campo magnético variável produz um campo elétrico (este é o fenômeno da indução eletromagnética, a base de operação para geradores elétricos, motores de indução, e transformadores). Do mesmo modo, um campo eléctrico variável gera um campo magnético. Devido a esta interdependência dos campos elétricos e magnéticos, faz sentido considerá-las como uma única entidade do campo eletromagnético coerente.

O campo magnético é produzido pelo movimento de cargas eléctricas, isto é, corrente elétrica. O campo magnético faz com que a força magnética associada com imans .

As implicações teóricas do eletromagnetismo levou ao desenvolvimento da relatividade especial por Albert Einstein em 1905 .

História

Enquanto se preparava para uma palestra à noite em 21 de Abril de 1820, Hans Christian Ørsted desenvolveu um experimento que forneceram evidências de que o surpreendeu. Como ele foi a criação de seus materiais, ele notou uma agulha de bússola desviados do norte magnético quando a corrente elétrica da bateria que ele estava usando foi ligado e desligado. Esta deflexão convenceu-o de que os campos magnéticos irradiar de todos os lados de um fio percorrido por uma corrente elétrica, assim como a luz eo calor fazem, e que confirmou uma relação direta entre eletricidade e magnetismo.

No momento da descoberta, Ørsted não sugeriu nenhuma explicação satisfatória do fenômeno, nem ele tentar representar o fenômeno em uma estrutura matemática. No entanto, três meses depois, ele começou a investigações mais intensivas. Logo depois, ele publicou suas descobertas, provando que uma corrente elétrica produz um campo magnético que flui através de um fio. A unidade CGS da indução magnética (Oersted) é nomeado em honra de suas contribuições para o campo do eletromagnetismo.

Suas descobertas resultou em intensa investigação por toda a comunidade científica em eletrodinâmica. Eles influenciaram físico francês Desenvolvimentos de André-Marie Ampère de uma única forma matemática para representar as forças magnéticas entre os condutores de transporte de corrente. A descoberta de Ørsted também representou um grande passo em direção a um conceito unificado de energia.

Ørsted não foi a primeira pessoa a examinar a relação entre eletricidade e magnetismo. Em 1802 Gian Domenico Romagnosi, um jurista italiano, desviado uma agulha magnética por cargas eletrostáticas. Ele interpretou suas observações como a relação entre eletricidade e magnetismo. Na verdade, não existia corrente galvânica na configuração e, portanto, não estava presente eletromagnetismo. Um relato da descoberta foi publicada em 1802 em um jornal italiano, mas foi largamente ignorado pela comunidade científica contemporânea.

Esta unificação, o que foi observado por Michael Faraday , prorrogado por James Clerk Maxwell , e parcialmente reformulado por Oliver Heaviside, é um dos triunfos do século 19. física. Ele teve consequências de longo alcance, um dos quais foi o entendimento da natureza da luz . Como se vê, o que é pensado como "light" é na verdade uma propagação perturbação oscilatório no campo electromagnético, ou seja, um electromagnética onda . Diferente freqüências de oscilação dar origem a diferentes formas de radiação eletromagnética , a partir de ondas de rádio nas frequências mais baixas, a luz visível em freqüências intermediárias, a raios gama nas freqüências mais elevadas.

A força eletromagnética

A força do campo electromagnético que exerce sobre as partículas carregadas electricamente, chamada força electromagnética, é um dos quatro forças fundamentais. As outras forças fundamentais são a força nuclear forte (que mantém os núcleos atômicos em conjunto), a força nuclear fraca (que faz com que certas formas de decaimento radioactivo), e a força gravitacional . Todas as outras forças são em última instância, derivado destas forças fundamentais.

A força eletromagnética é o responsável por praticamente todos os fenômenos encontrados na vida diária, com exceção da gravidade. Todas as forças envolvidas nas interações entre os átomos podem ser rastreados para a força eletromagnética atuando principalmente nos eletricamente carregadas prótons e elétrons dentro dos átomos. Isso inclui as forças que experimentamos em "empurrar" ou "puxar" os objetos materiais comuns, que vêm do forças intermoleculares entre o indivíduo moléculas em nossos corpos e os dos objetos. Ele também inclui todas as formas de fenômenos químicos , que surgem a partir de interações entre orbitais de elétrons.

Eletrodinâmica clássica

O cientista William Gilbert propôs, em seu De Magnete ( 1600), que a eletricidade eo magnetismo, enquanto ambos capazes de causar atração e repulsão de objetos, eram efeitos distintos. Mariners tinha notado que raios tinha a capacidade de perturbar a agulha da bússola, mas a ligação entre raios e eletricidade não foi confirmada até Benjamin Franklin experimentos propostos 's em 1752 . Um dos primeiros a descobrir e publicar um link entre a corrente eo magnetismo era elétrico feito pelo homem Romagnosi, que em 1802 notou que ligar um fio através de uma Pilha de volta desviou um nas proximidades agulha da bússola. No entanto, o efeito não se tornou amplamente conhecido até 1820 , quando Ørsted realizada uma experiência semelhante. O trabalho de Ørsted influenciado Ampère para produzir uma teoria do eletromagnetismo que defina o assunto em uma base matemática.

Uma teoria exacta do electromagnetismo, conhecido como electromagnetismo clássica, foi desenvolvido por várias físicos no decorrer do século 19 , culminando no trabalho de James Clerk Maxwell , que unificou os desenvolvimentos anteriores em uma única teoria e descobriu a natureza eletromagnética da luz. Em electromagnetismo clássica, o campo electromagnético obedece a um conjunto de equações conhecidas como as equações de Maxwell , e a força electromagnética é dada pela Lei da força de Lorentz.

Uma das peculiaridades do eletromagnetismo clássico é que é difícil de conciliar com a mecânica clássica , mas é compatível com a relatividade especial . De acordo com as equações de Maxwell, a velocidade da luz é uma constante universal, dependente apenas da permissividade elétrica e permeabilidade magnética do vácuo. Isso viola Invariância de Galileu, a pedra angular de longa data da mecânica clássica. Uma maneira de reconciliar as duas teorias é a de assumir a existência de um éter luminífero através do qual a luz se propaga. No entanto, os esforços experimentais posteriores não conseguiu detectar a presença de éter. Em 1905 , Albert Einstein resolveu o problema com a introdução da relatividade especial , que substitui cinemática clássica com uma nova teoria da cinemática que seja compatível com o eletromagnetismo clássico.

Além disso, a teoria de relatividade mostra que, em quadros de referência em movimento de um campo magnético transforma a um campo eléctrico com um componente diferente de zero e vice-versa; assim firmemente mostrando que eles são dois lados da mesma moeda, e assim o termo "eletromagnetismo".

O efeito fotoelétrico

Em outro estudo publicado no mesmo ano, Albert Einstein minado as próprias bases do eletromagnetismo clássico. Sua teoria do efeito fotoelétrico (pelo qual ganhou o prêmio Nobel de Física) postulou que a luz poderia existir em quantidades de partículas discretas-like, que mais tarde veio a ser conhecido como fótons . Teoria do efeito fotoelétrico de Einstein estendeu as idéias que apareceram na solução do catástrofe ultravioleta apresentado por Max Planck em 1900 . Em seu trabalho, Planck mostrou que objetos quentes emitem radiação eletromagnética em pacotes discretos, o que leva a um total finito de energia emitida como radiação de corpo negro. Ambos os resultados foram em contradição direta com a visão clássica da luz como uma onda contínua. As teorias de Einstein Planck e foram progenitores da mecânica quântica , que, quando formulada em 1925 , exigiam a invenção de uma teoria quântica do eletromagnetismo. Esta teoria, concluída no 1940, é conhecida como eletrodinâmica quântica (ou "QED"), e é uma das teorias mais precisas conhecidos física.

Definição

O termo electrodinâmica é por vezes usado para referir a combinação de electromagnetismo com mecânicos, e lida com os efeitos do campo eletromagnético sobre o comportamento dinâmico de partículas eletricamente carregadas.

Unidades

Unidades eletromagnéticas são parte de um sistema de unidades elétricas com base principalmente nas propriedades magnéticas de correntes elétricas, sendo a unidade cgs fundamental abampere. As unidades são:

No sistema CGS electromagnética, a corrente eléctrica é uma quantidade fundamental definido através A lei de Ampère e leva o permeabilidade como uma quantidade adimensional (permeabilidade relativa) cujo valor no vácuo é a unidade. Como consequência, o quadrado da velocidade da luz aparece explicitamente em algumas das equações interrelating quantidades neste sistema.