Die Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus

Zusammen bilden diese beiden Phänomene die Grundlage für den Elektromagnetismus

Ein einfacher Elektromagnet zeigt, wie Elektrizität und Magnetismus zusammenhängen. Jasmin Awad / EyeEm / Getty Images

Elektrizität und Magnetismus sind getrennte, aber miteinander verbundene Phänomene, die mit dem verbunden sind elektromagnetische Kraft . Zusammen bilden sie die Basis für Elektromagnetismus , eine Schlüsseldisziplin der Physik.

SCHLUSSELERKENNTNISSE: Elektrizität und Magnetismus

• Elektrizität und Magnetismus sind zwei verwandte Phänomene, die durch die elektromagnetische Kraft erzeugt werden. Zusammen bilden sie Elektromagnetismus.
• Eine bewegte elektrische Ladung erzeugt ein Magnetfeld.
• Ein Magnetfeld induziert eine elektrische Ladungsbewegung und erzeugt einen elektrischen Strom.
• In einer elektromagnetischen Welle, die elektrisches Feld und Magnetfeld stehen senkrecht aufeinander.

Außer Verhalten aufgrund der Schwerkraft , geht fast alles im täglichen Leben auf die elektromagnetische Kraft zurück. Es ist verantwortlich für die Wechselwirkungen zwischen Atomen und den Fluss zwischen Materie und Energie. Das andere grundlegende Kräfte sind die schwache und starke Kernkraft , die den radioaktiven Zerfall und die regeln Bildung von Atomkernen .

Da Elektrizität und Magnetismus unglaublich wichtig sind, ist es eine gute Idee, mit einem grundlegenden Verständnis davon zu beginnen, was sie sind und wie sie funktionieren.

Grundprinzipien der Elektrizität

Elektrizität ist das Phänomen, das entweder mit stationären oder sich bewegenden elektrischen Ladungen verbunden ist. Die Quelle der elektrischen Ladung könnte ein Elementarteilchen, ein Elektron (das eine negative Ladung hat), ein Proton (das eine positive Ladung hat), ein Ion oder irgendein größerer Körper sein, der ein Ungleichgewicht von positiver und negativer Ladung hat. Positive und negative Ladungen ziehen sich an (z. B. werden Protonen von Elektronen angezogen), während gleiche Ladungen sich abstoßen (z. B. Protonen stoßen andere Protonen ab und Elektronen stoßen andere Elektronen ab).

Bekannte Beispiele für Elektrizität sind Blitze, elektrischer Strom von einer Steckdose oder Batterie und statischer Elektrizität. Verbreitet SI-Einheiten der Elektrizität umfassen Ampere (A) für Stromstärke, Coulomb (C) für elektrische Ladung, Volt (V) für Potentialdifferenz, Ohm (Ω) für Widerstand und Watt (W) für Leistung. Eine stationäre Punktladung hat ein elektrisches Feld, aber wenn die Ladung in Bewegung versetzt wird, erzeugt sie auch ein magnetisches Feld.

Grundprinzipien des Magnetismus

Magnetismus ist definiert als das physikalische Phänomen, das durch die Bewegung elektrischer Ladung erzeugt wird. Außerdem kann ein Magnetfeld geladene Teilchen dazu bringen, sich zu bewegen, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird. Eine elektromagnetische Welle (z. B. Licht) hat sowohl eine elektrische als auch eine magnetische Komponente. Die beiden Komponenten der Welle bewegen sich in die gleiche Richtung, sind aber im rechten Winkel (90 Grad) zueinander ausgerichtet.

Wie Elektrizität erzeugt Magnetismus Anziehung und Abstoßung zwischen Objekten. Während Elektrizität auf positiven und negativen Ladungen basiert, sind keine magnetischen Monopole bekannt. Jedes magnetische Teilchen oder Objekt hat einen „Nord“- und „Süd“-Pol, wobei die Richtungen auf der Ausrichtung des Erdmagnetfelds basieren. Wie Pole eines Magneten stoßen sich gegenseitig ab (z. B. Nord stößt Nord ab), während gegenüberliegende Pole sich anziehen (Nord und Süd ziehen sich an).

Bekannte Beispiele für Magnetismus sind a Reaktion der Kompassnadel zum Magnetfeld der Erde, Anziehung und Abstoßung von Stabmagneten und der Feld um Elektromagnete . Doch jede sich bewegende elektrische Ladung hat ein Magnetfeld, also erzeugen die umkreisenden Elektronen von Atomen ein Magnetfeld; es gibt ein magnetisches Feld, das mit Stromleitungen verbunden ist; und Festplatten und Lautsprecher sind auf Magnetfelder angewiesen, um zu funktionieren. Zu den wichtigsten SI-Einheiten des Magnetismus gehören Tesla (T) für die magnetische Flussdichte, Weber (Wb) für den magnetischen Fluss, Ampere pro Meter (A/m) für die magnetische Feldstärke und Henry (H) für die Induktivität.

Die Grundprinzipien des Elektromagnetismus

Das Wort Elektromagnetismus stammt aus einer Kombination der griechischen Werke Elektron , was 'Bernstein' bedeutet und Magnetis-Lithos , was „magnesischer Stein“ bedeutet und ein magnetisches Eisenerz ist. Die antiken Die Griechen waren mit Elektrizität und Magnetismus vertraut , betrachtete sie jedoch als zwei getrennte Phänomene.

Die Beziehung, bekannt als Elektromagnetismus wurde nicht beschrieben, bis James Clerk Maxwell veröffentlichte Eine Abhandlung über Elektrizität und Magnetismus im Jahr 1873. Maxwells Arbeit umfasste zwanzig berühmte Gleichungen, die seitdem zu vier partiellen Differentialgleichungen zusammengefasst wurden. Die durch die Gleichungen dargestellten Grundkonzepte lauten wie folgt:

1. Wie elektrische Ladungen abstoßen, und im Gegensatz zu elektrischen Ladungen anziehen. Die Anziehungs- oder Abstoßungskraft ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen.
2. Magnetpole existieren immer als Nord-Süd-Paare. Gleiche Pole stoßen Gleiches ab und Ungleiches an.
3. Ein elektrischer Strom in einem Draht erzeugt ein Magnetfeld um den Draht herum. Die Richtung des Magnetfelds (im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn) hängt von der Richtung des Stroms ab. Dies ist die „Rechte-Hand-Regel“, bei der die Richtung des Magnetfelds den Fingern Ihrer rechten Hand folgt, wenn Ihr Daumen in die aktuelle Richtung zeigt.
4. Das Bewegen einer Drahtschleife auf ein Magnetfeld zu oder von diesem weg induziert einen Strom in dem Draht. Die Stromrichtung hängt von der Bewegungsrichtung ab.

Maxwells Theorie widersprach der Newtonschen Mechanik, doch Experimente bewiesen Maxwells Gleichungen. Der Konflikt wurde schließlich durch Einsteins spezielle Relativitätstheorie gelöst.

Quellen

• Jagd, Bruce J. (2005). Die Maxwellianer . Cornell: Cornell University Press. S. 165–166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
• Internationale Union für Reine und Angewandte Chemie (1993). Mengen, Einheiten und Symbole in der physikalischen Chemie , 2. Auflage, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8 S. 100-1 14–15.
• Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michaelsen, Umberto (2010). Grundlagen der angewandten Elektromagnetik (6. Aufl.). Boston: Prentice Hall. p. 13. ISBN 978-0-13-213931-1.