Lực điện từ là một lực quan trọng nhất, vì cùng với lực hấp dẫn, hạt nhân mạnh và hạt nhân yếu là một phần của các lực cơ bản của vũ trụ, là những lực không thể giải thích bằng các lực cơ bản hơn. Lực này chỉ ảnh hưởng đến các vật thể mang điện và chịu trách nhiệm cho các biến đổi hóa học và vật lý của các nguyên tử và phân tử. Điện từ học có mặt hàng ngày, cả trong các hiện tượng tự nhiên và nhân tạo.
Điện từ học là gì
Mục lục
Khi chúng ta nói về thuật ngữ điện từ học trong vật lý, nó đề cập đến sự kết hợp của các hiện tượng điện và từ, cũng như sự tương tác của cả hai lực. Điều này có ảnh hưởng đến chất lỏng, chất khí và chất rắn.
Trong tự nhiên, điện từ học có mặt trong các hiện tượng như sóng vô tuyến từ Dải Ngân hà, bức xạ hồng ngoại từ các thiên thể ở nhiệt độ phòng, ánh sáng, bức xạ tử ngoại từ Mặt trời, bức xạ gamma, ánh sáng phía bắc và australes, trong số những người khác.
Mặt khác, ứng dụng của điện từ trong cuộc sống hàng ngày rất đa dạng. Đó là trường hợp của la bàn, chuyển động của các kim được tạo ra bởi các nguyên tắc từ cực và các nguyên tắc điện do tương tác của cơ chế và ma sát tạo ra. Chuông, guitar điện, động cơ điện, máy biến áp, lò vi sóng, mặt dây chuyền, micrô, máy bay, máy ảnh kỹ thuật số, điện thoại di động, nhiệt kế, đĩa, máy siêu âm, modem, máy chụp cắt lớp, là một số vật thể được biết đến nhiều nhất mà hiện tượng này diễn ra. và điều đó, trong các ứng dụng thực tế, chứng minh lực điện từ là gì.
Trường điện từ là gì
Nó là một trường cảm giác vật lý trong đó các hạt điện được tạo ra bởi các vật thể hoặc vật thể mang điện tương tác với nhau. Trong trường này, có một lượng năng lượng điện từ. Nhưng để hiểu rõ hơn về khái niệm này, điều quan trọng là phải hiểu làm thế nào và tại sao điện trường và từ trường được tạo ra.
Điện trường diễn ra khi có sự chênh lệch hiệu điện thế và càng lên cao thì điện trường càng lớn. Đây là không gian mà lực điện tác động. Biết được phạm vi của điện trường sẽ cho phép biết mức cường độ và những gì xảy ra với điện tích trong một phần nào đó của trường mà không cần biết nguyên nhân gây ra nó.
Về phần mình, từ trường bắt nguồn từ dòng điện, và dòng điện càng lớn thì trường càng lớn. Đó là sự kích động mà nam châm tạo ra trong khu vực xung quanh nó, nó ảnh hưởng đến nó như thế nào và theo hướng nào. Nó được biểu diễn bằng các đường sức đi từ bên ngoài của cực bắc đến cực nam của nam châm, và bên trong từ cực nam đến cực bắc. Các đường đã nói sẽ không bao giờ cắt nhau, vì vậy chúng tách khỏi nhau và khỏi nam châm, song song và tiếp tuyến với hướng của trường tại các điểm.
Quang phổ điện từ là gì
Nó là tập hợp các năng lượng điện từ của sóng, nghĩa là, tất cả các bức xạ điện từ có bước sóng ngắn hơn (tia X, tia gamma), bức xạ tử ngoại, ánh sáng và bức xạ hồng ngoại, cho đến những bức xạ có bước sóng lớn hơn độ dài (sóng vô tuyến).
Quang phổ của một vật thể hoặc chất lưu sẽ là sự phân bố đặc trưng của bức xạ điện từ của nó. Có giả thuyết cho rằng giới hạn của bước sóng ngắn nhất xấp xỉ chiều dài Planck (một thước đo chiều dài hạ nguyên tử) và giới hạn trên của bước sóng dài là kích thước của chính vũ trụ, mặc dù quang phổ là liên tục và vô hạn.
Phương trình Maxwell
James Maxwell đã tìm cách xây dựng lý thuyết điện từ, bao gồm điện, từ tính và ánh sáng như những biểu thức khác nhau của cùng một hiện tượng. Giả thuyết này do nhà vật lý phát triển được gọi là Lý thuyết cổ điển về bức xạ điện từ.
Từ thời cổ đại, các nhà khoa học và con người đã quan sát các hiện tượng điện từ hấp dẫn, chẳng hạn như tĩnh điện, từ tính và các biểu hiện khác trong lĩnh vực này, nhưng phải đến thế kỷ 19, khi nhờ công trình của các nhà khoa học khác nhau, họ mới có thể giải thích được. một phần của các mảnh ghép tạo nên câu đố về điện từ học như ngày nay.
Chính Maxwell đã thống nhất tất cả chúng trong bốn phương trình: Định luật Gauss, Định luật Gauss cho từ trường, Định luật Faraday và Định luật Ampère tổng quát, giúp định nghĩa điện từ là gì.
1. Định luật Gauss: mô tả cách các điện tích ảnh hưởng đến điện trường và xác định rằng các điện tích này là nguồn điện trường miễn là chúng dương, hoặc chìm xuống nếu chúng âm. Do đó, giống như các điện tích có xu hướng đẩy nhau và các điện tích khác nhau có xu hướng hút nhau. Theo cách tương tự, định luật này thiết lập rằng điện trường sẽ suy yếu theo khoảng cách theo định luật bậc hai nghịch đảo (cường độ tỷ lệ nghịch với bình phương của khoảng cách từ tâm gốc), và làm cho nó có các tính chất hình học.
2. Định luật Từ trường Gauss: nói rằng không có nguồn hay vật chìm nào tồn tại trong từ trường, do đó, không có điện tích từ trường. Trong trường hợp không có nguồn và chìm thì từ trường do các vật tạo ra phải tự đóng lại. Đó là lý do tại sao, nếu một nam châm bị chia đôi, từ trường sẽ đóng lại tại khu vực mà nó bị cắt, do đó sẽ tạo ra hai nam châm có hai cực. Điều này cho thấy rằng các đơn cực trên trái đất là không thể.
3. Định luật Faraday: nó nói rằng nếu một từ trường thay đổi theo thời gian, điều này sẽ kích hoạt nó bằng cách đóng lại. Nếu nó tăng, điện trường sẽ hướng theo chiều kim đồng hồ, và nếu nó giảm, nó sẽ hướng theo chiều ngược lại. Sau đó, đúng là không chỉ các điện tích và nam châm có thể ảnh hưởng đến trường, mà còn ảnh hưởng lẫn nhau, theo cả hai hướng.
Trong định luật này, người ta quan sát thấy hiện tượng cảm ứng điện từ, là sự tạo ra dòng điện bởi từ trường biến thiên theo thời gian. Hiện tượng này tạo ra sức điện động hoặc hiệu điện thế trong cơ thể tiếp xúc với từ trường và, như đã nói vật thể dẫn điện, dòng điện cảm ứng được tạo ra.
4. Định luật Ampère: giải thích rằng một điện trường với các điện tích chuyển động (dòng điện) kích hoạt từ trường bằng cách đóng lại. Dòng điện rất hữu ích, vì với nó, nam châm nhân tạo có thể được tạo ra, bằng cách cho phần tử này đi qua một cuộn dây và có từ trường, khiến cường độ dòng điện càng lớn thì cường độ càng được khuếch đại. cường độ từ trường. Loại nam châm này được gọi là nam châm điện, và hầu hết các từ trường trên hành tinh đều được tạo ra theo cách này.
Các nhánh của điện từ học
Để hiểu đầy đủ điện từ là gì, phải hiểu các biểu hiện khác nhau trong các hiện tượng điện từ này: tĩnh điện, tĩnh từ, điện động lực học và từ tính.
Tĩnh điện
Tĩnh điện học đề cập đến việc nghiên cứu các hiện tượng điện từ bắt nguồn từ các vật mang điện (nó có dư - điện tích dương - hoặc thiếu - điện tích âm - của các electron trong nguyên tử tạo ra nó) ở trạng thái nghỉ.
Biết rằng nếu vật nhiễm điện có thừa êlectron trong nguyên tử cấu tạo thì vật mang điện dương, vật thiếu điện thì sinh ra điện tích âm.
Các cơ thể này tác dụng lực lên nhau. Khi một vật mang điện chịu tác dụng của một trường thuộc về một vật mang điện khác, nó sẽ chịu một lực tỷ lệ thuận với độ lớn của điện tích của nó và của trường tại vị trí của nó. Sự phân cực của điện tích sẽ quyết định lực hút (khi chúng khác nhau) hay lực đẩy (khi chúng giống nhau). Tĩnh điện rất hữu ích cho việc nghiên cứu và quan sát các cơn bão điện.
Từ tính
Là hiện tượng các vật hút hoặc đẩy nhau tùy thuộc vào loại điện tích mà chúng có. Tất cả các vật chất tồn tại đều sẽ bị ảnh hưởng ít nhiều tùy theo thành phần của chúng, nhưng nam châm duy nhất trong tự nhiên được biết đến là magnetit (là một loại khoáng chất bao gồm hai oxit sắt và có đặc tính hút sắt, thép. và các cơ quan khác).
Nam châm có hai khu vực mà lực biểu hiện với độ lớn lớn hơn, nằm ở hai đầu và được gọi là cực từ (bắc và nam).
Tính chất cơ bản của tương tác giữa các nam châm là các cực của chúng đẩy nhau, trong khi các cực khác nhau thì hút. Điều này là do hiệu ứng này có liên quan đến các đường sức từ (từ cực bắc đến cực nam), và khi hai mặt đối lập tiến lại gần nhau, các đường sức nhảy từ cực này sang cực kia (tuân theo), hiệu ứng này sẽ giảm theo khoảng cách giữa hai là lớn hơn; Khi hai cực bằng nhau tiến lại gần, các đường sức bắt đầu nén về phía cùng một cực, và nếu chúng bị nén, các đường sức giãn ra, do đó cả hai nam châm không thể tiến lại gần và đẩy nhau.
Điện động lực học
Nghiên cứu các hiện tượng điện từ của các vật mang điện trong chuyển động và trường, cả biến điện và từ trường. Trong nó, có ba phần nhỏ: cổ điển, tương đối tính và lượng tử.
- Cổ điển bao gồm các hiệu ứng khác, chẳng hạn như cảm ứng và bức xạ điện từ, từ tính và cảm ứng và động cơ điện.
- Người theo thuyết tương đối thiết lập rằng, khi một người quan sát di chuyển từ hệ quy chiếu của nó, nó sẽ đo các hiệu ứng điện và từ khác nhau của cùng một hiện tượng, vì cả điện trường và cảm ứng từ đều không hoạt động như các đại lượng vật lý vectơ.
- Lượng tử, mô tả sự tương tác giữa boson (hạt mang tương tác) và fermion (hạt mang vật chất), và được sử dụng để giải thích cấu trúc nguyên tử và mối quan hệ giữa các phân tử phức tạp.
Thuốc kìm từ
Nó là nghiên cứu các hiện tượng vật lý trong đó từ trường không đổi can thiệp vào thời gian, tức là chúng được tạo ra bởi các dòng điện tĩnh. Điều này bao gồm lực hút mà nam châm và nam châm điện có đối với sắt và các kim loại khác nhau. Các hiện tượng được tạo ra trong lĩnh vực này được đặc trưng bởi việc tạo ra một từ trường xung quanh vật thể nhiễm từ bị mất cường độ theo khoảng cách.
Sóng điện từ là gì
Chúng là những sóng không cần môi trường vật chất để lan truyền, vì vậy chúng có thể truyền trong chân không và với tốc độ không đổi 299,792 km / giây. Một số ví dụ về các loại sóng này là ánh sáng, vi sóng, tia X, truyền hình và radio.
Các bức xạ của phổ điện từ thể hiện sự nhiễu xạ (độ lệch khi thu được vật thể không trong suốt) và giao thoa (sự chồng chất của sóng), là những tính chất điển hình của chuyển động sóng.
Ứng dụng của sóng điện từ đã có một tác động mạnh mẽ đến thế giới viễn thông bằng cách làm cho thông tin liên lạc không dây có thể thông qua sóng vô tuyến.
Bức xạ điện từ là gì
Nó là sự lan truyền của các hạt điện và từ trường dao động, và nơi mỗi hạt tạo ra một trường (điện và từ). Bức xạ này tạo ra sóng có thể lan truyền trong không khí và chân không: sóng điện từ.
