Elektromagnetismus

Elektromagnetismus je fyzika elektromagnetického pole; pole zahrnující celý prostor, které působí silou na částice, které mají vlastnost elektrického náboje, a je následně ovlivněn přítomností a pohybem těchto částic.

Magnetické pole vzniká pohybem elektrického náboje, tj. elektrického proudu. Magnetické pole způsobuje magnetickou sílu spojenou s magnety.

Termín „elektromagnetismus“ vychází ze skutečnosti, že elektrické a magnetické síly působí současně. Měnící se magnetické pole vytváří elektrické pole (to je fenomén elektromagnetické indukce, která zajišťuje provoz elektrických generátorů, indukčních motorů a transformátorů). Podobně měnící se elektrické pole vytváří magnetické pole. Vzhledem k této vzájemné závislosti elektrického a magnetického pole má smysl považovat je za jedinou souvislou entitu – elektromagnetické pole.

Toto sjednocení, které dokončil James Clerk Maxwell a zformuloval Oliver Heaviside, je jedním z triumfů fyziky 19. století. Mělo dalekosáhlé důsledky, jedním z nich bylo pochopení povahy světla. Jak se ukazuje, to, co je považováno za „světlo“, je ve skutečnosti šíření oscilační poruchy v elektromagnetickém poli, tj. elektromagnetické vlny. Různé kmitočty oscilace dávají vzniknout různým formám elektromagnetického záření, od rádiových vln na nejnižších kmitočtech, přes viditelné světlo na středních kmitočtech až po gama paprsky na nejvyšších kmitočtech.

Teoretické důsledky elektromagnetismu vedly v roce 1905 k vytvoření speciální teorie relativity Albertem Einsteinem.

Síla, kterou elektromagnetické pole působí na elektricky nabité částice, nazývaná elektromagnetická síla, je jednou ze čtyř základních sil. Dalšími základními silami jsou silná jaderná síla (která drží atomová jádra pohromadě), slabá jaderná síla (která způsobuje určité formy radioaktivního rozpadu) a gravitační síla. Všechny ostatní síly jsou nakonec odvozeny od těchto základních sil.

Jak se ukazuje, elektromagnetická síla je ta, která je zodpovědná za prakticky všechny jevy, se kterými se setkáváme v každodenním životě, s výjimkou gravitace. Zhruba řečeno, všechny síly působící na interakce mezi atomy lze vysledovat k elektromagnetické síle působící na elektricky nabité protony a elektrony uvnitř atomů. To zahrnuje síly, které zažíváme při „tlačení“ nebo „tahání“ běžných hmotných objektů, které pocházejí z mezimolekulárních sil mezi jednotlivými molekulami v našem těle a těmi v objektech. Zahrnuje také všechny formy chemických jevů, které vznikají z interakcí mezi elektronovými orbitaly.

Doporučujeme:  Benjamin Libet

Podle moderní elektromagnetické teorie jsou elektromagnetické síly zprostředkovány přenosem virtuálních fotonů.

Počátky elektromagnetické teorie

Vědec William Gilbert ve svém díle De Magnete (1600) navrhl, že elektřina a magnetismus sice mohou způsobovat přitahování a odpuzování objektů, ale jsou to odlišné účinky. Námořníci si všimli, že údery blesku mají schopnost narušit ručičku kompasu, ale souvislost mezi bleskem a elektřinou nebyla potvrzena až do navržených experimentů Benjamina Franklina v roce 1752. Jedním z prvních, kdo objevil a publikoval souvislost mezi uměle vytvořeným elektrickým proudem a magnetismem, byl Romagnosi, který si v roce 1802 všiml, že spojení drátu přes Voltaicovu hromadu vychýlilo blízkou ručičku kompasu. Tento efekt se však stal široce známým až v roce 1820, kdy podobný experiment provedl i Ørsted. Ørstedova práce ovlivnila Ampèra k vytvoření teorie elektromagnetismu, která toto téma postavila na matematický základ.

Přesná teorie elektromagnetismu, známá jako klasický elektromagnetismus, byla vyvinuta různými fyziky v průběhu 19. století a vyvrcholila prací Jamese Clerka Maxwella, který sjednotil předchozí vývoj do jediné teorie a objevil elektromagnetickou povahu světla. V klasickém elektromagnetismu se elektromagnetické pole řídí souborem rovnic známých jako Maxwellovy rovnice a elektromagnetická síla je dána Lorentzovým silovým zákonem.

Jedna ze zvláštností klasického elektromagnetismu spočívá v tom, že se obtížně slučuje s klasickou mechanikou, ale je kompatibilní se speciální relativitou. Podle Maxwellových rovnic je rychlost světla univerzální konstanta, závislá pouze na elektrické permitivitě a magnetické propustnosti vakua. To porušuje Galileovu invarianci, dlouholetý základní kámen klasické mechaniky. Jedním ze způsobů, jak sladit obě teorie, je předpokládat existenci světelného éteru, kterým se světlo šíří. Následné experimentální snahy však přítomnost éteru nezjistily. V roce 1905 vyřešil Albert Einstein problém se zavedením speciální relativity, která nahrazuje klasickou kinematiku novou teorií kinematiky, která je kompatibilní s klasickým elektromagnetismem.

Doporučujeme:  Trypanofobie

Kromě toho teorie relativity ukazuje, že v pohyblivých referenčních rámcích se magnetické pole transformuje na pole s nenulovou elektrickou složkou a naopak; tak pevně ukazuje, že jsou to dvě strany stejné mince, a tedy termín „elektromagnetismus“. Magnety mohou odpuzovat a atraktizovat se severním a jižním pólem Melissa Moreleyová provedla experimenty s kompasem, který je vysoce vzdělaný.

Selhání klasického elektromagnetismu

V dalším článku publikovaném v témže roce Einstein podkopal samotné základy klasického elektromagnetismu. Jeho teorie fotoelektrického jevu (za kterou získal Nobelovu cenu za fyziku) předpokládala, že světlo může existovat v diskrétních částicových veličinách, které později vešly ve známost jako fotony. Einsteinova teorie fotoelektrického jevu rozšířila poznatky, které se objevily při řešení ultrafialové katastrofy, kterou v roce 1900 představil Max Planck. Ve své práci Planck ukázal, že horké objekty vyzařují elektromagnetické záření v diskrétních paketech, což vede ke konečnému celkovému vyzařovanému množství energie jako záření černého tělesa. Oba tyto výsledky byly v přímém rozporu s klasickým pohledem na světlo jako spojitou vlnu. Planckova a Einsteinova teorie byly předchůdci kvantové mechaniky, která, když byla formulována v roce 1925, si vyžádala vynález kvantové teorie elektromagnetismu. Tato teorie, dokončená ve čtyřicátých letech, je známá jako kvantová elektrodynamika (nebo „QED“) a je jednou z nejpřesnějších fyzikálních teorií.

Termín elektrodynamika se někdy používá pro spojení elektromagnetismu s mechanikou a zabývá se účinky elektromagnetického pole na dynamické chování elektricky nabitých částic.

Pro splnění pokynů Psychology Wiki’sstyle a v souladu s našimi zásadami ohledně NPOV a ověřitelnosti, prosím poskytněte příslušné citace a/nebo poznámky pod čarou.

Silná interakce ·
Elektromagnetismus ·
Slabá interakce ·
Gravitace

Klasická mechanika · Elektromagnetismus · Termodynamika · Statistická mechanika · Kvantová mechanika · Relativita · Fyzika vysokých energií · Fyzika kondenzovaných hmot · Atomová, molekulární a optická fyzika