Elektromagnetizmi

Në fizikë, elektromagnetizmi është një ndërveprim që ndodh midis grimcave me ngarkesë elektrike nëpërmjet fushave elektromagnetike. Forca elektromagnetike është një nga katër forcat themelore të natyrës. Është forca mbizotëruese në ndërveprimet e atomeve dhe molekulave. Elektromagnetizmi mund të mendohet si një kombinim i elektrostatikës dhe magnetizmit, dy dukuri të dallueshme, por të ndërthurura ngushtë. Forcat elektromagnetike ndodhin midis çdo dy grimcash të ngarkuara, duke shkaktuar një tërheqje midis grimcave me ngarkesa të kundërta dhe zmbrapsje midis grimcave me të njëjtën ngarkesë, ndërsa magnetizmi është një ndërveprim që ndodh ekskluzivisht midis grimcave të ngarkuara në lëvizje relative. Këto dy efekte kombinohen për të krijuar fusha elektromagnetike në afërsi të grimcave të ngarkuara, të cilat mund të përshpejtojnë grimcat e tjera të ngarkuara nëpërmjet forcës së Lorencit. Në energji të lartë, forca e dobët dhe forca elektromagnetike bashkohen si një forcë e vetme elektro-e dobët.

Forca elektromagnetike është përgjegjëse për shumë nga dukuritë kimike dhe fizike që vërehen në jetën e përditshme. Tërheqja elektrostatike midis bërthamave atomike dhe elektroneve të tyre i mban atomet së bashku. Forcat elektrike gjithashtu lejojnë që atome të ndryshme të kombinohen në molekula, duke përfshirë makromolekulat siç janë proteinat që formojnë bazën e jetës. Ndërkohë, ndërveprimet magnetike ndërmjet momenteve magnetike të rrotullimit dhe impulsit këndor të elektroneve luajnë gjithashtu një rol në reaktivitetin kimik. Elektromagnetizmi gjithashtu luan një rol vendimtar në teknologjinë moderne: prodhimi, transformimi dhe shpërndarja e energjisë elektrike; prodhimi dhe zbulimi i dritës, nxehtësisë dhe zërit; komunikimi me fibra optike; sensorë; llogaritje; elektrolizë; elektrik; dhe motorët dhe aktivizuesit mekanikë.

Elektromagnetizmi është studiuar që nga kohërat e lashta. Shumë qytetërime të lashta, duke përfshirë grekët dhe qytetërimi maja krijuan teori të gjera për të shpjeguar rrufetë, elektricitetin statik dhe tërheqjen midis copave të magnetizuara të mineralit të hekurit. Megjithatë, deri në fund të shekullit të 18-të shkencëtarët filluan të zhvillonin një bazë matematikore për të kuptuar natyrën e ndërveprimeve elektromagnetike. Në shekujt XVIII dhe XIX, shkencëtarë dhe matematikanë të shquar si Coulomb, Gauss dhe Faraday zhvilluan ligje, të cilët sot mbajnë emrat e tyre, që ndihmuan në shpjegimin e formimit dhe ndërveprimit të fushave elektromagnetike. Ky proces arriti kulmin në vitet 1860 me zbulimin e ekuacioneve të Maksuellit, një grup prej katër ekuacionesh diferenciale të pjesshme të cilat ofrojnë një përshkrim të plotë të fushave elektromagnetike klasike. Përveç sigurimit të një baze të shëndoshë matematikore për marrëdhëniet midis elektricitetit dhe magnetizmit, ekuacionet e Maksuellit parashikuan gjithashtu ekzistencën e valëve elektromagnetike të vetë-qëndrueshme. Maksuelli supozoi se valë të tilla përbëjnë dritën e dukshme, e cila më vonë u provua e vërtetë. Në të vërtetë, rrezet gama, rrezet x, rrezet ultravjollcë, të dukshme, rrezatimi infra i kuq, mikrovalët dhe valët e radios u përcaktuan të gjitha si rrezatim elektromagnetik që ndryshonte vetëm në gamën e tij të frekuencave.  

Në epokën moderne, shkencëtarët kanë vazhduar të përsosin teoremën e elektromagnetizmit për të marrë parasysh efektet e fizikës moderne, duke përfshirë mekanikën kuantike dhe relativitetin . Në të vërtetë, implikimet teorike të elektromagnetizmit, veçanërisht vendosja e shpejtësisë së dritës bazuar në vetitë e "mediumit" të përhapjes ( përshkueshmëria dhe lejueshmëria ), ndihmuan në frymëzimin e teorisë së relativitetit special të Ajnshtajnit në 1905. Ndërkohë, fusha e elektrodinamikës kuantike (QED) ka modifikuar ekuacionet e Maksuellit për të qenë në përputhje me natyrën e kuantizuar të materies. Në QED, fusha elektromagnetike shprehet në terma të grimcave diskrete të njohura si fotone, të cilat janë gjithashtu kuantet fizike të dritës. Sot, ekzistojnë shumë probleme në elektromagnetizëm që mbeten të pazgjidhura, siç është ekzistenca e monopoleve magnetike dhe mekanizmi me të cilin disa organizma mund të ndjejnë fushat elektrike dhe magnetike .

Historia

 Bota e lashtë 
Hetimi mbi fenomenet elektromagnetike filloi qysh 5000 vjet më parë. Ka prova që qytetërimet e lashta kineze,  Majane,  dhe potencialisht edhe qytetërimet egjiptiane e dinin se magnetiti mineral natyral magnetik kishte veti tërheqëse, dhe shumë e përfshinë atë në artin dhe arkitekturën e tyre.  Njerëzit e lashtë ishin gjithashtu të vetëdijshëm për rrufetë dhe elektricitetin statik, megjithëse nuk kishin asnjë ide për mekanizmat që qëndronin pas këtyre fenomeneve. Filozofi grek Thales i Miletit zbuloi rreth vitit 600 pes se qelibar mund të fitonte një ngarkesë elektrike kur fërkohej me pëlhurë, gjë që e lejonte atë të merrte objekte të lehta si copa kashte. Thales gjithashtu eksperimentoi me aftësinë e shkëmbinjve magnetikë për të tërhequr njëri-tjetrin dhe hipotezoi se ky fenomen mund të lidhej me fuqinë tërheqëse të qelibarit, duke parathënë lidhjet e thella midis elektricitetit dhe magnetizmit që do të zbuloheshin mbi 2000 vjet më vonë. Përkundër gjithë këtij hetimi, qytetërimet e lashta nuk e kuptonin bazën matematikore të elektromagnetizmit dhe shpesh analizonin ndikimet e tij përmes lenteve të fesë dhe jo të shkencës (rrufeja, për shembull, konsiderohej si një krijim i perëndive në shumë kultura). 

 Shekulli i 19 
Në Evropë, elektriciteti dhe magnetizmi fillimisht konsideroheshin dy forca të veçanta. Kjo pikëpamje ndryshoi me botimin e James Clerk Maxwell  1873 Një traktat mbi energjinë elektrike dhe magnetizmin  në të cilin ndërveprimet e ngarkesave pozitive dhe negative u treguan se ndërmjetësoheshin nga një forcë. Ekzistojnë katër efekte kryesore që rezultojnë nga këto ndërveprime, të cilat të gjitha janë demonstruar qartë nga eksperimentet:
 Ngarkesat elektrike  tërheqin ose zmbrapsin njëra-tjetrën me një forcë në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e largësisë ndërmjet tyre: ndryshe nga ngarkesat tërheqin, si ato zmbrapsen.
 Polet magnetike (ose gjendjet e polarizimit në pika të veçanta) tërheqin ose zmbrapsin njëri-tjetrin në një mënyrë të ngjashme me ngarkesat pozitive dhe negative dhe ekzistojnë gjithmonë si çifte: çdo pol verior është i lidhur me një poli jugor.
 Një rrymë elektrike brenda një teli krijon një fushë magnetike periferike përkatëse jashtë telit. Drejtimi i saj (në drejtim të akrepave të orës ose në të kundërt) varet nga drejtimi i rrymës në tel.
 Një rrymë induktohet në një lak teli kur ai lëviz drejt ose larg një fushe magnetike, ose një magnet lëviz drejt ose larg saj; drejtimi i rrymës varet nga ai i lëvizjes.
Në prill 1820, Hans Christian Ørsted vuri re se një rrymë elektrike në një tel bëri që një gjilpërë e busullës aty pranë të lëvizte. Në kohën e zbulimit, Ørsted nuk sugjeroi ndonjë shpjegim të kënaqshëm të dukurisë, as nuk u përpoq ta përfaqësonte fenomenin në një kornizë matematikore. Megjithatë, tre muaj më vonë ai filloi hetimet më intensive.  Menjëherë pas kësaj ai publikoi gjetjet e tij, duke vërtetuar se një rrymë elektrike prodhon një fushë magnetike ndërsa rrjedh nëpër një tel. Njësia CGS e induksionit magnetik ( oersted ) është emëruar për nder të kontributit të tij në fushën e elektromagnetizmit. 

Gjetjet e tij rezultuan në kërkime intensive në të gjithë komunitetin shkencor në elektrodinamikë. Ata ndikuan fizikanin francez André-Marie Ampère 's zhvillimet e një forme të vetme matematikore për të përfaqësuar forcat magnetike midis përcjellësve që mbartin rrymë. Zbulimi i Ørsted përfaqësoi gjithashtu një hap të madh drejt një koncepti të unifikuar të energjisë.

Ky bashkim, i cili u vëzhgua nga Michael Faraday, i zgjeruar nga James Clerk Maxwell, dhe i riformuluar pjesërisht nga Oliver Heaviside dhe Heinrich Hertz, është një nga arritjet kryesore të fizikës matematikore të shekullit të 19-të.  Ajo ka pasur pasoja të gjera, një prej të cilave ishte të kuptuarit e natyrës së dritës . Ndryshe nga ajo që u propozua nga teoria elektromagnetike e asaj kohe, drita dhe valët e tjera elektromagnetike aktualisht shihen si duke marrë formën e shqetësimeve të fushës elektromagnetike lëkundëse të kuantizuar, vetëpërhapëse, të quajtura fotone . Frekuenca të ndryshme lëkundjesh krijojnë forma të ndryshme të rrezatimit elektromagnetik, nga valët e radios në frekuencat më të ulëta, tek drita e dukshme në frekuencat e ndërmjetme, tek rrezet gama në frekuencat më të larta.

Ørsted nuk ishte i vetmi person që shqyrtoi marrëdhënien midis elektricitetit dhe magnetizmit. Në 1802, Gian Domenico Romagnosi, një studiues juridik italian, devijoi një gjilpërë magnetike duke përdorur një grumbull voltaik. Konfigurimi faktik i eksperimentit nuk është plotësisht i qartë, as nëse rryma ka kaluar nëpër gjilpërë apo jo. Një rrëfim i zbulimit u botua në 1802 në një gazetë italiane, por ai u anashkalua kryesisht nga komuniteti shkencor bashkëkohor, sepse Romagnosi me sa duket nuk i përkiste këtij komuniteti. 

Një lidhje e mëparshme (1735) dhe shpesh e lënë pas dore, midis elektricitetit dhe magnetizmit u raportua nga një Dr. Cookson. VIII. An account of an extraordinary effect of lightning in communicating magnetism. Communicated by Pierce Dod, M.D. F.R.S. from Dr. Cookson of Wakefield in Yorkshire. Phil. Trans. 1735 39, 74-75, published 1 January 1735 Llogaria thoshte:Një tregtar në Wakefield në Yorkshire, pasi kishte vendosur një numër të madh thikash dhe pirunësh në një kuti të madhe ... dhe pasi e kishte vendosur kutinë në cep të një dhome të madhe, ndodhi një stuhi e papritur bubullimash, vetëtimash etj. ... Pronari duke zbrazur kutinë në një banak ku ishin shtrirë disa gozhda, personat që morën thikat, që shtriheshin mbi gozhdë, vërejtën se thikat i kapën gozhdët. Mbi këtë u provua i gjithë numri dhe u zbulua se bënte të njëjtën gjë, dhe kjo, në një shkallë të tillë që të kapte gozhdë të mëdhenj, gjilpëra paketimi dhe sende të tjera hekuri me peshë të konsiderueshme ... ET Whittaker sugjeroi në vitin 1910 se kjo ngjarje e veçantë ishte përgjegjëse për rrufenë që "të vlerësohej me fuqinë e çelikut magnetizues; dhe ishte padyshim kjo që e shtyu Franklin në 1751 të përpiqej të magnetizonte një gjilpërë qepëse me anë të shkarkimit të kavanozëve të Leydenit. ." Whittaker, E.T. (1910). A History of the Theories of Aether and Electricity from the Age of Descartes to the Close of the Nineteenth Century. Longmans, Green and Company.

 Forcat themelore 
Forca elektromagnetike është e dyta më e fortë nga katër forcat themelore të njohura. Funksionon me rreze të pafundme.  Forcat e tjera themelore janë:

 forca e fortë bërthamore, e cila lidh kuarkët për të formuar nukleone, dhe lidh nukleonet për të formuar bërthama ; është më e forta nga katër forcat themelore të njohura, por vepron vetëm në distancë të shkurtër; 
 forca e dobët bërthamore, e cila lidhet me të gjitha grimcat e njohura në Modelin Standard, dhe shkakton disa forma të kalbjes radioaktive ; është e dyta më e dobëta nga katër forcat themelore dhe vepron vetëm në rreze të shkurtër; ndërveprimi elektro i dobët është përshkrimi i unifikuar i elektro ­ magnetizmi dhe ndërveprimi i dobët; 
 forca gravitacionale është e vetmja nga katër forcat themelore që nuk është pjesë e Modelit Standard të fizikës së grimcave . Është më e dobëta nga katër forcat themelore; megjithatë, ai operon në rreze të pafundme. 

Të gjitha forcat e tjera (p.sh., fërkimi, forcat e kontaktit) rrjedhin nga këto katër forca themelore dhe ato njihen si forca jothemelore . Browne, "Physics for Engineering and Science", p. 160: "Gravity is one of the fundamental forces of nature. The other forces such as friction, tension, and the normal force are derived from the electric force, another of the fundamental forces. Gravity is a rather weak force... The electric force between two protons is much stronger than the gravitational force between them."

Përafërsisht, të gjitha forcat e përfshira në ndërveprimet midis atomeve mund të shpjegohen nga forca elektromagnetike që vepron midis bërthamave atomike të ngarkuara elektrike dhe elektroneve të atomeve. Forcat elektromagnetike shpjegojnë gjithashtu se si këto grimca mbajnë vrull me lëvizjen e tyre. Këtu përfshihen forcat që përjetojmë në "shtyrjen" ose "tërheqjen" e objekteve të zakonshme materiale, të cilat rezultojnë nga forcat ndërmolekulare që veprojnë midis molekulave individuale në trupin tonë dhe atyre në objekte. Forca elektromagnetike është gjithashtu e përfshirë në të gjitha format e fenomeneve kimike .

Një pjesë e domosdoshme e të kuptuarit të forcave intra-atomike dhe ndërmolekulare është forca efektive e gjeneruar nga momenti i lëvizjes së elektroneve, i tillë që ndërsa elektronet lëvizin midis atomeve ndërvepruese, ato mbartin momentin me vete. Ndërsa një koleksion elektronesh bëhet më i kufizuar, momenti i tyre minimal domosdoshmërisht rritet për shkak të parimit të përjashtimit Pauli . Sjellja e materies në shkallën molekulare duke përfshirë densitetin e saj përcaktohet nga ekuilibri midis forcës elektromagnetike dhe forcës së krijuar nga shkëmbimi i momentit të kryer nga vetë elektronet. Purcell, "Electricity and Magnetism, 3rd Edition", p. 546: Ch 11 Section 6, "Electron Spin and Magnetic Moment."

 Elektrodinamika klasike 
Në vitin 1600, William Gilbert propozoi, në De Magnete të tij, që elektriciteti dhe magnetizmi, ndërsa të dy ishin në gjendje të shkaktonin tërheqje dhe zmbrapsje të objekteve, ishin efekte të dallueshme.  Marinarët kishin vënë re se goditjet e rrufesë kishin aftësinë të shqetësonin një gjilpërë të busullës. Lidhja midis rrufesë dhe energjisë elektrike nuk u konfirmua derisa eksperimentet e propozuara të Benjamin Franklin në 1752 u kryen më 10maj 1752 nga Thomas-François Dalibard i Francës duke përdorur një 12m shufër hekuri në vend të një qifti dhe ai nxori me sukses shkëndija elektrike nga një re.  

Një nga të parët që zbuloi dhe publikoi një lidhje midis rrymës elektrike të krijuar nga njeriu dhe magnetizmit ishte Gian Romagnosi, i cili në 1802 vuri re se lidhja e një teli përmes një grumbulli voltaik devijonte një gjilpërë të busullës aty pranë. Megjithatë, efekti nuk u bë gjerësisht i njohur deri në vitin 1820, kur Ørsted kreu një eksperiment të ngjashëm.  Puna e Ørsted ndikoi që Amperi të kryente eksperimente të mëtejshme, të cilat përfundimisht krijuan një fushë të re të fizikës: elektrodinamikën. Duke përcaktuar një ligj të forcës për bashkëveprimin midis elementeve të rrymës elektrike, Amperi e vendosi subjektin në një bazë të fortë matematikore. 

Një teori e elektromagnetizmit, e njohur si elektromagnetizmi klasik, u zhvillua nga disa fizikanë gjatë periudhës midis 1820 dhe 1873, kur u botua traktati i James Clerk Maxwell, i cili unifikoi zhvillimet e mëparshme në një teori të vetme, duke sugjeruar që drita ishte një valë elektromagnetike që përhapet. në eterin ndriçues . Purcell, p. 436. Chapter 9.3, "Maxwell's description of the electromagnetic field was essentially complete." Në elektromagnetizmin klasik, sjellja e fushës elektromagnetike përshkruhet nga një grup ekuacionesh të njohura si ekuacionet e Maxwell-it, dhe forca elektromagnetike jepet nga ligji i forcës së Lorencit . Purcell: p. 278: Chapter 6.1, "Definition of the Magnetic Field." Lorentz force and force equation.

Një nga veçoritë e elektromagnetizmit klasik është se është e vështirë të pajtohet me mekanikën klasike, por është në përputhje me relativitetin special. Sipas ekuacioneve të Maxwell-it, shpejtësia e dritës në vakum është një konstante universale që varet vetëm nga lejueshmëria elektrike dhe përshkueshmëria magnetike e hapësirës së lirë . Kjo shkel pandryshueshmërinë e Galilesë, një gur themeli afatgjatë i mekanikës klasike. Një mënyrë për të pajtuar dy teoritë (elektromagnetizmi dhe mekanika klasike) është të supozohet ekzistenca e një eteri ndriçues përmes të cilit përhapet drita. Megjithatë, përpjekjet e mëvonshme eksperimentale dështuan për të zbuluar praninë e eterit. Pas kontributeve të rëndësishme të Hendrik Lorentz dhe Henri Poincaré, në 1905, Albert Ajnshtajni zgjidhi problemin me futjen e relativitetit special, i cili zëvendësoi kinematikën klasike me një teori të re të kinematikës në përputhje me elektromagnetizmin klasik. 

Për më tepër, teoria e relativitetit nënkupton që në kornizat lëvizëse të referencës, një fushë magnetike shndërrohet në një fushë me një komponent elektrik jozero dhe anasjelltas, një fushë elektrike lëvizëse shndërrohet në një komponent magnetik jozero, duke treguar kështu në mënyrë të vendosur se fenomenet janë dy anët e njëjta monedhë. Prandaj termi "elektromagnetizëm".

 Shtrirja në dukuritë jolineare 
Ekuacionet e Maxwell janë lineare, në atë që një ndryshim në burimet (ngarkesat dhe rrymat) rezulton në një ndryshim proporcional të fushave. Dinamika jolineare mund të ndodhë kur fushat elektromagnetike bashkohen me materien që ndjek ligjet dinamike jolineare.  Kjo është studiuar, për shembull, në lëndën e magnetohidrodinamikës, e cila kombinon teorinë e Maxwell me ekuacionet Navier-Stokes 

 Sasitë dhe njësitë 
Këtu është një listë e njësive të zakonshme që lidhen me elektromagnetizmin: 

 Amperi (rryme elektrike)
 Kulombi (ngarkesë elektrike)
 Farad (kapaciteti)
 henri (induktiviteti)
 Ohm (rezistenc)
 Siemens (përcjellshmëri)
 Tesla (dendësia e fluksit magnetik)
 Volti (potencial elektrik)
 Vati (fuqi)
 Weber (fluksi magnetik)

Në sistemin elektromagnetik CGS, rryma elektrike është një sasi themelore e përcaktuar me ligjin e Amperit dhe e merr përshkueshmërinë si një sasi pa dimension (përshkueshmëria relative), vlera e së cilës në vakum është unitet .  Si pasojë, katrori i shpejtësisë së dritës shfaqet në mënyrë eksplicite në disa nga ekuacionet që ndërlidhin sasitë në këtë sistem.

Formulat për ligjet fizike të elektromagnetizmit (të tilla si ekuacionet e Maksuellit ) duhet të rregullohen në varësi të sistemit të njësive që përdor. Kjo ndodh sepse nuk ka përkim një-për-një ndërmjet njësive elektromagnetike në SI dhe atyre në CGS, siç është rasti për njësitë mekanike. 

 Zbatimet 
Studimi i elektromagnetizmit informon ndërtimin e qarqeve elektrike dhe pajisjeve gjysmëpërçuese .

Shiko më shumë

Elektriciteti
 Elektromekanika
 Magnetizmi

 Referime 

Lexo më shumë

 Burimet në ueb 




 Tekstet shkollore 


















 Mbulim i përgjithshëm 











 Lidhje të jashtme 

 Magnetic Field Strength Converter
 Electromagnetic Force – from Eric Weisstein's World of Physics

Kategoria:Fizikë
Kategoria:Elektromagnetizëm