Elektromagnetisme
 | Denne artikkelen manglerkildehenvisninger,og opplysningene i den kan dermed være vanskelige åverifisere.Kildeløst materiale kan blifjernet.Helt uten kilder.(10. okt. 2015) |
Elektromagnetisme(Elektrodynamikk) er den delen avfysikkensom beskriver alleelektriskeogmagnetiskefenomen i en og samme teori. Teorien er svært omfattende og beskriverelektrisk ladning,elektrisk strøm,elektriske og magnetiske krefter, lys og annen elektromagnetisk stråling, samt mye mer. Elektromagnetismen utnyttes i voldsom utstrekning i dagliglivet, f.eks. ved navigasjon, elektronikk, belysning, transport, oppvarming, osv.
Klassisk elektromagnetisme beskrives avMaxwells likningersom ble samlet på 1860-tallet. Alle andre elektromagnetiske lover kan i teorien utledes fra disse. I partikkelfysikk er elektromagnetisme en av de firefundamentalkrefteneog elektromagnetiske krefter forklares som utveksling av virtuelle foton. Som konsekvens av dette er alle fysiske fenomen, utenom gravitasjon, fra atomskala og oppover, egentlig forkledd elektromagnetisme, i hvert fall i teorien. I praksis er dog mange fenomen ikke omtalt som elektromagnetisme, deriblant kontaktkrefter, friksjon og viskositet.
Teori
[rediger|rediger kilde]For systemer i ro kanelektrisitetogmagnetismebeskrives hver for seg, men ved bevegelse må de beskrives sammen. Derfor er det vanlig å omtale elektromagnetisme som elektrodynamikk. Det er to lover som binder elektrisitet og magnetisme sammen
- Faradays induksjonslovbeskriverelektromagnetisk induksjon.Den sier at en kan lageelektrisk strømi en spole ved å endremagnetfeltetgjennom spolen. På denne måten lages strøm i et vannkraftverk
- Ampères sirkulasjonslovbeskriver hvordan elektrisk strøm skaper magnetfelt. En magnet skapt ved å sende strøm gjennom en spole kalles enelektromagnet
Den viktigste oppdagelsen ved forening av elektrisitet og magnetisme var atlyserelektromagnetiske bølger,dvs. koordinerte svingninger i elektriske og magnetiske felter. Disse feltene står normalt på retningen til lysstrålen og også normalt på hverandre. Retningen på det elektromagnetiske feltet kalles strålenspolarisering.
Anvendelser
[rediger|rediger kilde]- Kraftverkomdanner andre energiformer til elektrisk energi (ikke elektrisk kraft!). Elektrisk energi har høy energikvalitet og kan dermed brukes til det meste, slik som å flytte tog, lage lys, bevege industrielle roboter, oppvarming, osv.
- Elektronikkbruker elektromagnetisme til informasjon og kommunikasjon.
- Elektrolysebruker elektromagnetisme til å skille kjemiske stoffer.
- Optikker bruk av lys, som igjen er en undergren av elektromagnetismen.
- Astronomiall viten om himmelen kommer i hovedsak fra elektromagnetisk stråling.
Historisk utvikling
[rediger|rediger kilde]Statisk elektrisitet har vært kjent siden antikken. Ordet «elektro» kommer fra det greske navnet på rav, siden rav kan bli elektrisk ladd og tiltrekke lette gjenstander som hårstrå. Magnetisme har i vesten vært kjent siden 1600-tallet hvor det først ble brukt iskipskompass.
En gradvis bedre forståelse kom på 1700-tallet hvor det ble gjort grunnleggende eksperimenter og teorier av fysikere somBenjamin Franklin(1706–1770),Charles Augustin Coulomb(1736–1806),Luigi Galvani(1737–1798),Alessandro Volta(1745–1827),André-Marie Ampère(1775–1836),Hans Christian Ørsted(1777–1851),Carl Friedrich Gauss(1777–1855),Georg Simon Ohm(1789–1854),Michael Faraday(1791–1867). Alt dette arbeidet ble sammenfattet (og revidert) avJames Clerk Maxwelli 1860-årene. Først da kan snakke om elektromagnetisme som en enhetlig teori. Mot slutten av 1800-tallet og begynnelsen av 1900-tallet ble det gjort voldsomme framskitt innen anvendelser, av folk somNikola Tesla,Samuel Morse,Antonio Meucci,Thomas Edison,George Westinghouse,Werner von Siemens,Charles Steinmetz,ogAlexander Graham Bell.
På 1900-tallet kom to store nye fundamentale teorier,relativitetsteorienogkvantemekanikkenog begge disse fikk konsekvenser for elektromagnetismen. Det var en uoverensstemmelse mellom Maxwells likninger og Newtons lover som inspirerteAlbert Einsteintil å formulere spesiell relativitetsteori.
Den mikroskopiske teorien for elektromagnetisme erkvanteelektrodynamikk(QED). Først kom en kvantemekanisk beskrivelse av elektroner avPaul Diracrundt 1930. Den fulle teorien ble utviklet avRichard Feynman,Freeman Dyson,Julian Schwinger,ogSin-Itiro Tomonagai 1940-årene.
Viktige begreper
[rediger|rediger kilde]Elektrisk ladning
[rediger|rediger kilde]- HovedartikkelElektrisk ladning
Elektrisk ladning er opphav til elektriske felter og elektriske krefter. Disse kreftene beskrives avCoulombs lov.Ladninger kan være positive eller negative, hvor ladninger med samme fortegn frastøter hverandre og ulike fortegn tiltrekker hverandre. Vanlig symbol for elektrisk ladning erQog SI-enhet erC.Protonetsogelektronetsladning kalleselementærladningmed henholdsvis positivt og negativt fortegn.
Elektrisk strøm
[rediger|rediger kilde]- hovedartikkelElektrisk strøm
Elektrisk strøm er elektrisk ladning i bevegelse. Vanlig symbol erIog SI-enhet erA,som også er en grunnenhet.
Elektrisk spenning
[rediger|rediger kilde]- hovedartikkelElektrisk spenning
Spenning er forskjell i elektrisk potensial mellom to punkter, dvs. et mål på hvor mye energi som trengs å flytte en ladning mellom punktene per ladning. Vanlig symbol erUog SI-enhet erV.
Elektrisk felt
[rediger|rediger kilde]- HovedartikkelElektrisk felt
Er den egenskapen ved rommet rundt elektriske ladninger som gjør at ladninger tiltrekker og frastøter hverandre. Elektrisk felt er elektrisk kraft per ladning. Vanlig symbol erEog SI-enhet erN/Csom også er likV/m.
Magnetisk felt
[rediger|rediger kilde]- HovedartikkelMagnetisk felt
Magnetfelt (også magnetisk felt, magnetisk feltstyrke) betegner kraftfeltene rundt enmagnet,magnetisert gjenstand, eller en strømførende elektrisk leder. Magnetiske felt er altså ansvarlig for at magneter og strømførende ledninger dras mot hverandre eller frastøter hverandre. Vanlig symbol erHog SI-enhet erA/m.
Magnetisk felt er også nær knytte tilmagnetisk flukstetthet.Magnetisk felt og magnetisk flukstetthet er ekvivalente i vakuum, men er forskjellige imagnetiserbare materialer.Enhet for magnetisk flukstetthet erT.
Elektromagnetisk stråling
[rediger|rediger kilde]- HovedartikkelElektromagnetisk stråling
Elektromagnetisk stråling er bølger som beveger seg medlysets hastigheti vakuum. Stråling med ulike bølgelengder har ulike navn og opphav. Synlig lys har bølgelengde på 400 nm til 700 nm. Andre typer erradiobølger,mikrobølger,røntgenstrålingoggammastråling.
Kvantisert elektromagnetisk stråling kallesfotonerog beskrives avkvanteelektrodynamikk
Kvanteelektrodynamikk
[rediger|rediger kilde]- HovedartikkelKvanteelektrodynamikk
Kvanteelektrodynamikk er den kvantemekaniske artikkelen for elektromagnetisme. Der beskrives kreftene mellom ladningene som utveksling av virtuelle fotoner.
Enheter
[rediger|rediger kilde]Elektromagnetisme beskrives avSI-systemet,og dette begynner nå å bli dominerende. Fram til i dag har dogCGS-enhetervært mest vanlige og disse enhetene er fortsatt i utstrakt bruk.
| Symbol | Navn på størrelse | Avledede enheter | Enhet | Grunnenhet |
|---|---|---|---|---|
| I | Elektrisk strøm | ampere(SI-grunnenhet) | A | A = W/V = C/s |
| q | Elektrisk ladning | coulomb | C | A·s |
| U | Elektrisk spenning(elektrisk potensialforskjell) | volt | V | J/C = kg·m²·s−3·A−1 |
| R, Z, X | Elektrisk motstand(Resistans),Impedans,Reaktans | Ohm | Ω | V/A = kg·m²·s−3·A−2 |
| ρ | Resistivitet(Spesifikk elektrisk motstand) | Ohmmeter | Ω·m | kg·m³·s−3·A−2 |
| P | Elektrisk effekt | watt | W | V·A = kg·m²·s−3 |
| C | Kapasitans | farad | F | C/V = kg−1·m−2·A2·s4 |
| ε | Permittivitet | faradpermeter | F/m | kg−1·m−3·A2·s4 |
| Elektrisk susceptibilitet | (dimensjonsløs) | - | - | |
| G, Y, B | Elektrisk konduktans(ledningsevne),Admittans,Susceptans | siemens | S | Ω−1= kg−1·m−2·s3·A2 |
| σ | Elektrisk konduktivitet | siemenspermeter | S/m | kg−1·m−3·s3·A2 |
| H | Magnetisk felt(magnetisk feltstyrke) | amperepermeter | A/m | A·m−1 |
| Φm | Magnetisk fluks | weber | Wb | V·s = kg·m²·s−2·A−1 |
| B | magnetisk flukstetthet(magnetisk induksjon) | tesla | T | Wb/m² = kg·s−2·A−1 |
| Reluktans | Invershenry | H−1 | kg−1·m−2·s2·A2 | |
| Permeans | Henry | H | kg·m2·s−2·A−2 | |
| L | Induktans | henry | H | Wb/A = V·s/A = kg·m²·s−2·A−2 |
| μ | Permeabilitet | henrypermeter | H/m | kg·m·s−2·A−2 |
| Magnetisk susceptibilitet | (dimensjonsløs) | - | - |
