Elektromagnetizam – razlika između verzija
Uklonjeni sadržaj Dodani sadržaj
m Bot: Brisanje šablona: Link GA. |
sa sr wiki |
||
Red 1:
'''Elektromagnetizam''' je oblast [[Fizika|fizike]] koja proučava [[Elektricitet|električne]] i [[Magnetizam|magnetne]] pojave u prirodi. Reč ''elektromagnetizam'' je složenica nastala od dve [[Grčki jezik|grčke]] reči, ἢλεκτρον, ''ēlektron'', što znači "[[ćilibar]]" i μαγνήτης, ''magnētēs'', što znači "[[magnet]]". Elektromagnetizam povezuje [[Elektrostatika|elektrostatiku]] (oblast koja proučava samo efekte [[Naelektrisanje|naelektrisanih]] čestica koje miruju) i [[Magnetizam|magnetizma]] (koji proučava samo [[Magnetno polje|magnetne]] efekte), u zajedničku oblast koja obuhvata i interakcije između [[Električno polje|električnih]] i [[Magnetno polje|magnentih polja]]. Polja kod kojih se u isto vreme razmatraju njihove električne i magnente osobine nazivaju se [[Elektromagnetno polje|elektromagnetna polja]], a sila kojom ona deluju je [[elektromagnetna sila]].
Elektromagnetizam ima ključnu ulogu za izgled materije kako je srećemo u svakodnevnom životu. [[Elektron]]i se raspoređuju oko [[Atomsko jezgro|atomskog jezgra]] na osnovu elektromagnetnih interakcija i time grade [[Atom|atome]] koji potom formiraju [[Molekul|molekule]]. [[Molekul|Molekuli]] su međusobno povezani [[Hemijska veza|hemijskim vezama]] koje su određene elektromagnetnim osobinama samih molekula.
[[elektromagnetska sila|Elektromagnetna interakcija]] jedna je od četiri osnovne interakcije u prirodi, dok su ostale tri su [[jaka interakcija]], [[slaba interakcija]] i [[gravitacija]]. Kao i [[gravitacija]], elektromagnetna interakcija isto ima dugodometne efekte koje vidimo u elektromagnetnim pojavama u svakodnevnom životu.
Postoje razni matematički opisi [[Elektromagnetno polje|elektromagnetnog polja]]. U [[Klasičan elektromagnetizam|klasičnoj elektrodinamici]], elektromagnetna polja su opisana [[Maksvelove jednačine|Maksvelovim jednačinama]]. Maksvelove jednačine povezuju efekte električnih i magnetnih polja i dejstva jednih na druge. Maksvelove jednačine obuhvataju istorijski ranije poznate zakone, [[Gausov zakon]], [[Amperov zakon]] i [[Faradejev zakon elektromagnetske indukcije|Faradejev zakon]].
Teoretski domašaji elektromagnetizma, a posebno definisanje [[Brzina svetlosti|brzine svetlosti]] zasnovane na osnovu njenih osobina pri propagiranju kroz materiju ([[Permeabilnost (elektromagnetizam)|permeabilnost]] i [[dielektrična konstanta|permitivnost]]), su dovela do razvoja specijalne [[Specijalna teorija relativnosti|teorije relativnosti]] koju je formulisao [[Albert Ajnštajn]] [[1905]]. godine.
== Istorija teorije ==
[[Datoteka:Ørsted.jpg|thumb|140px|[[Hans Kristijan Ersted]]]]
Prvobitno, elektricitet i magnetizam su smatrani dvema različitim silama sve do objavljivanja publikacije [[Džejms Klerk Maksvel|Džejmsa Klarka Maksvela]] Rasprava o elekticitetu i magnetizmu 1873. godine u kojoj je dokazano da međusobno delovanje pozitivnih i negativnih naelektrisanja reguliše jedna sila. Postoje četiri glavna ishoda koji proizilaze iz ovih interakcija, a svaki od njih je jasno dokazan eksperimentima:
# Naelektrisane čestice privlače ili odbijaju jedna drugu silom koja je obrnuto srazmerna kvadratu rastojanja između njih: različita naelektrisanja se privlače, a ista se odbijaju.
# Magnetni polovi (iliti stanje polarizacije pojedinačnih tačaka) se privlače ili odbijaju na sličan način i uvek idu u paru: svaki severni pol je spojen sa južnim.
# Električna struja u provodniku stvara kružno magnetno polje oko istog, a njegov smer (u ili suprotno od smera kazaljke na satu) zavisi od struje.
# Struja je pobuđena u petlji provodnika kada se on pomera ka ili od magnetnog polja odnosno kada se magnet pomera ka ili od provodnika, a smer struje zavisi od tog kretanja.
[[Datoteka:Andre-marie-ampere2.jpg|thumb|140px|left|[[Andre-Mari Amper]]]]
Dok se pripremao za večernje predavanje 21. aprila 1820. Godine [[Hans Kristijan Ersted]] je zapazio nešto zanimljivo. Dok je postavljao svoje materijale, primetio je da je igla na [[Kompas|kompasu]] odstupala od [[magnetnog severa]] kada god bi uključio ili isključio baterijsku lampu koju je koristio. Odstupanje ga je ubedilo da magnetna polja zrače iz svih strana žice koja provodi električnu struju, baš kao svetlost i toplota i time je utvrdio direktnu vezu između naelektrisanja i magnetizma.
[[Datoteka:SS-faraday.jpg|thumb|140px|[[Majkl Faradej]]]]
U vreme svog otkrića Orsted nije dao zadovoljavajuće objašnjenje ove pojave, a nije ni pokušao da prikaže fenomen u okvirima matamatike. Međutim, tri meseca kasnije on je počeo podrobnija istraživanja. Ubzo nakon toga objavio je svoja otkrića dokazujući da električna struja stvara magnetno polje dok teče kroz provodnik. U [[CGS]] sistemu jedinica, jedinica za [[Elektromagnetska indukcija|magnetnu indukciju]] je dobila ime po njemu (oersted) kako bi njegov doprinos u polju elektromagnetizma bio obeležen.
[[Datoteka:James-clerk-maxwell3.jpg|thumb|left|140px|[[Džejms Klerk Maksvel]]]]
Njegova otkrića dovela su do intenzivnih istraživanja [[elektrodinamike]] od strane naučničkog društva. Ona su uticala na francuskog fizičara [[Andre-Mari Amper]] da razvija matematičku formulu kojom bi definisao magnetne sile između provodnika koji prenose električnu struju. Orstedova otkrića takođe predstavljaju veliki korak napred ka objedinjenom iliti jedinstvenom poimanju energije.
Ovo objedinjavanje, koje je primetio [[Majkl Faradej]], nastavio je [[Džejms Klerk Maksvel|Džejms Klark Maksvel]], a delimično su ga reformulisali [[Oliver Hevisajd]] i [[Hajnrih Rudolf Herc|Hajnrik Herc]] i ono predstavlja jedno od ključnih dostignuća XIX veka u oblasti [[Matematička fizika|matematičke fizike]]. Njegove posledice su bile dalekosežne, a jedna od njih je bila razumevanje prirode [[Svetlost|svetlosti]]. Za razliku od onoga što je predloženo u elektromagnetizmu, svetlost i drugi [[Elektromagnetsko zračenje|elektromagnetski talasi]] su danas viđeni kao oblik [[oscilujućih]] [[Kvant|kvantnih]] poremećaja elektromagnetnog polja koji se sami kreću i nazivaju se [[Foton|fotoni]]. Različite [[Ferkvencija|frekvencije]] oscilacije su dalje omogućile nastanak različitih oblika [[Elektromagnetsko zračenje|elektromagnetnog zračenja]], od [[Radio-talasi|radio talasa]] na najnižim frekvencijama, pa preko vidljive svetlosti na srednjim, pa do [[Gama zračenje|gama zraka]] na najvišim frekvencijama.
Orsted nije bio jedini koji je proučavao odnos naelektrisanja i magnetizma. 1802. Godine, italijanski pravnik [[Đan Domeniko Romanjozi]], skrenuo je namagnetisanu iglu elektrostatičkim naelektrisanjem. Zapravo, [[Galvanski element|galvanska]] struja nije postojala u instalaciji, te nije postojao ni elektromagnetizam. Izveštaj o otkriću je objavljen 1802. godine, u italijanskim novinama, ali je umnogome bio nipodaštavan od strane tadašnjeg društva naučnika.
== Pregled ==
Elektromagnetna sila je jedna od četiri poznate [[osnovne interakcije|osnovne sile]]. Ostale tri su:
* [[Slaba interakcija|Slaba nuklearna sila]] koja se povezuje sa svim poznatim česticama [[Standardnog modela]] i uzrokuje određene oblike [[Radioaktivnost|radioaktivnog raspadanja]] (ipak, u [[Fizika elementarnih čestica|fizici elementarnih čestica]] [[slaba interakcija]] je jedinstven opis dveju od četiri poznatih osnovnih interakcija u prirodi: slabu i elektromagnetizam);
* [[Jaka nuklearna sila]] koja vezuje [[Kvark|kvarkove]] kako bi oni oformili [[Nukleon|nukleone]] i vezuje nukleone kako bi oni oformili [[atomsko jezgro]]
* [[Gravitacija|Gravitaciona sila]]
Sve druge sile (na primer [[trenje]]) konačno proizilaze iz ovih osnovnih sila i momentuma koji stvara kretanje čestica.
Elektromagnetna sila je odgovorna za praktično sve fenomene na nivou višem od atomskog koje srećemo u svakodnevnom životu, sa izuzetkom gravitacije. Grubo rečeno, sve sile koje učestvuju u međusobnom delovanju [[Atom|atoma]] mogu biti objašnjene elektromagnetnom silom koja deluje na naelektrisana [[Atomsko jezgro|atomska jezgra]] i [[Elektron|elektrone]] u i oko atoma zajedno sa time kako ove čestice prenose inerciju svojim kretanjem. Ovo uključuje sile koje osećamo ''guranjem'' ili ''vučom'' svakodnevnih materijalnih predmeta koje potiču od [[Međumolekulska sila|međumolekulskih sila]] između pojedinačnih molekula u našim telima i onih u predmetima. Ovo takođe uključuje i sve oblike [[Hemija|hemijskih fenomena]].
Neophodan deo razumevanja međuatomskih i međumolekulskih sila je efektivna sila koju stvara momentum kretanja elektrona i to što se elektroni kreću između intereagujućih atoma prenoseći momentum sa sobom. Kako grupa elektrona postaje ograničena, njihov minimalni momentum se obavezno povećava zbog [[Paulijev princip|Paulijevog principa]] isključivanja. Ponašanje materije na molekularnom nivou, uključujući njenu gustinu, je određeno odnosom elektromagnetne sile i sile generisane razmenom momentuma prenošenog samim elektronima.
== Klasična elektrodinamika ==
Naučnik [[Vilijam Gilbert]] je u svom delu [[De Magnete|Magnet]] 1600. godine izložio da su elektricitet i magnetizam, oba inače sposobna da uzrokuju privlačenje i odbijanje predmeta, različiti uticaji. Mornari su primetili da udari groma ometaju kompase, ali veza između groma i elektriciteta nije potvrđena sve do eksperimenata [[Bendžamin Frenklin|Bendžamina Frenklina]] 1752. godine. Jedan od prvih ljudi koji su otkrili i objavili vezu između veštački stvorene struje i magnetizma je [[Romanjozi]] koji je 1802. primetio da povezivanje provodnika preko [[Voltinog stuba]] remeti iglu u [[Kompas|kompasu]]. Međutm, korist ovog otkrića nije bila poznata do 1820. godine kada je Orsted izveo sličan eksperiment. Orstedov rad je uticao na Ampera da ovaj načini teoriju elektromagnetizma koja je potkrepljena matematičkom osnovom.
Teorija elektromagnetizma, poznata kao [[Klasičan elektromagnetizam|klasični elektromagnetizam]] je razvijena od strane mnoštva [[Fizičar|fizičara]] tokom XIX veka, a kulminirala je u radu [[Džejms Klerk Maksvel|Džejmsa Klarka Maksvela]] koji je ujedinio prethodna otkrića u jednu teoriju i koji je otkrio elektromagnetnu prirodu svetlosti. U klasičnom elektromagnetizmu, elektromagnetno polje je određeno nizom jednačina znanim kao [[Maksvelove jednačine]], a elektromagnetska sila Zakonom [[Lorencova sila|Lorencove sile]].
Jedna od osobina klasičnog elektromagnetizma je to što ju je teško uskladiti sa [[Klasična mehanika|klasičnom mehanikom]], dok je sa specijalnom relativnošću u potpunom skladu. Prema Maksvelovim jednačinama, [[brzina svetlosti]] u vakuumu je univerzalna konstanta i zavisi isključivo od [[magnetne permitivnosti]] i [[Magnetna permeabilnost|magnetne permeabilnosti]] [[Bakum|praznog prostora]]. Ovo se kosi sa [[Galilejevom relativnosti]] - viševekovnim temeljem klasične mehanike. Jedan način usklađivanja dve teorije (elektromagnetizma i klasične mehanike) je pretpostavljanje postojanja [[Etar (fizika)|etra]] kroz koji se svetlost prenosi. Međutim, naknadni eksperimenti nisu uspeli da otkriju prisustvo etra. Nakon značajnih doprinosa [[Hendrik Anton Lorenc|Hendrika Lorenca]] i [[Anri Poenkare|Anrija Poenkarea]] 1905. godine, Albert Ajnštajn je rešio problem sa uvođenjem specijalne relativnosti koja zamenjuje klasičnu kinematiku novom teorijom kinematike koja je usklađena sa klasičnim elektromagnetizmom.
Uz to teorija relativnosti prikazuje da se u pokretnim okvirima koordinatnog sistema magnetno polje transformiše u polje sa električnom komponentom koja nije nula i obrnuto; na taj način jasno pokazu je da postoje dve strane iste medalje pa samim tim i termina elektromagnetizma.
== Fotoelektrični efekat ==
U drugom radu objavljenom iste godine, Albert Ajnštajn je uzdrmao temelje klasičnog elektromagnetizma. U svojoj teoriji [[Fotoelektrični efekat|fotoelektričnog efekta]] (za koju je dobio Nobelovu nagradu za fiziku), inspirisan ''kvantima'' [[Maksa Planka]], on je pretpostavio da bi svetlost mogla da postoji u odvojenim čestičnim oblicima koji su kasnije nazvani fotonima. Ajnštajnova teorija fotoelektričnog efekta doprinela je novim uvidima u rešenje [[Ultraljubičaste katastrofe]] koju je opisao [[Maks Plank|Maksa Planka]] 1900. godine. U svom radu, Plank je pokazao da vreli predmeti emituju elektromagnetno zračenje u malim paketima (kvantima), što navodi na određenu ukupnu [[Energija|energiju]] koju zovemo ''zračenjem apsolutno crnog tela''. Oba ova rezultata su bila u potpunoj suprotnosti sa klasičnim poimanjem svetlosti kao kontinualnog talasa. Plankove i Ajnštajnove teorije su bile počeci [[Kvantna mehanika|kvantne mehanike]] koja je, kada je formulisana 1925, iziskivala pronalazak kvantne teorije elektromagnetizma. Ova teorija, znana kao [[kvantna elektrodinamika]] (QED), završena imeđu 1940-ih i 1950-ih i, u situacijama gde je teorija perturbacije primenjiva, je jedna od najtačnijih teorija u fizici.
== Veličine i jedinice ==
Elektromagnetne jedinice su deo sistema električnih oznaka prvenstveno zasnovanih na magnetnim svojstvima električnih struja čija je osnovna SI jedinica amper. Jedinice su:
* [[amper]] (električna struja)
* [[kulon (jedinica)|kulon]] (naelektrisanje)
* [[farad]] (kapacitet)
* [[henri]] (induktivnost)
* [[Om (jedinica)|om]] (otpor)
* [[Tesla (jedinica)|tesla]] (gustina magnetnog fluksa)
* [[volt]] (napon)
* [[vat]] (snaga)
* [[veber (jedinica)|veber]] (magnetni fluks)
U elektromagnetnom CGS sistemu, električna struja je osnovna veličina definisana [[Amperov zakon|Amperovim zakonom]] i uzima permeabilnost kao nemerivu količinu (relativna permeabilnost) čija je vrednost u vakuumu jednaka jedinici. Kao posledica toga, kvadrirana brzina svetlosti se čini eksplicitnom u nekim jednačinama u kojima se predstavlja međusobni odnos veličina u ovom sistemu.
{| class="wikitable"
! colspan="5" | {{tnavbar-header|[[Međunarodni sistem jedinica]] elektromagnetskih jedinica|SI electromagnetism units}}
|-
!Simbol
!Naziv
!Izvedene jedinice
!Jedinica
!Jedinica mere
|-
| ''I''
| [[električna struja]]
| [[amper]] ([[Međunarodni sistem jedinica#Units|SI osnovna jedinca]])
| A
| A (= W/V = C/s)
|-
| ''Q''
| [[naelektrisanje]]
| [[kulon (jedinica)|kulon]]
| C
| A⋅s
|-
| ''U'', Δ''V'', Δ''φ''; ''E''
| [[Električni napon]]; [[elektromotorna sila]]
| [[volt]]
| V
| kg⋅m²⋅s<sup>−3</sup>⋅A<sup>−1</sup> (= J/C)
|-
| ''R''; ''Z''; ''X''
| [[Električni otpor]]; [[Električna impedansa|impedansa]]; [[Električna reaktansa|reaktansa]]
| [[Om (jedinica)|om]]
| Ω
| kg⋅m²⋅s<sup>−3</sup>⋅A<sup>−2</sup> (= V/A)
|-
| ''ρ''
| [[otpornost]]
| [[Om (jedinica)|om]] metar
| Ω⋅m
| kg⋅m<sup>3</sup>⋅s<sup>−3</sup>⋅A<sup>−2</sup>
|-
| ''P''
| [[Električna struja]]
| [[Vat]]
| W
| kg⋅m²⋅s<sup>−3</sup> (= V⋅A)
|-
| ''C''
| [[Električni kapacitet|Kapacitivnost]]
| [[Farad]]
| F
| kg<sup>−1</sup>⋅m<sup>−2</sup>⋅s<sup>4</sup>⋅A<sup>2</sup> (= C/V)
|-
| '''E'''
| [[Električno polje|Snaga električnog polja]]
| [[Volt]] metar
| V/m
| kg⋅m⋅s<sup>−3</sup>⋅A<sup>−1</sup> (= N/C)
|-
| '''D'''
| [[Električna indukcija]]
| [[Kulon (jedinica)|Kulon]] po metru kvadratnom
| C/m²
| A⋅s⋅m<sup>−2</sup>
|-
| ''ε''
| [[Dielektrična konstanta]]
| [[Farad]] metar
| F/m
| kg<sup>−1</sup>⋅m<sup>−3</sup>⋅s<sup>4</sup>⋅A<sup>2</sup>
|-
| ''χ''<sub>e</sub>
| [[Električna osetljivost]]
| (Bezdimenzionalna)
| –
| –
|-
| ''G''; ''Y''; ''B''
| [[konduktansa]]; [[admitansa]]; [[susceptansa]]
| [[Simens (jedinica)|simens]]
| S
| kg<sup>−1</sup>⋅m<sup>−2</sup>⋅s<sup>3</sup>⋅A<sup>2</sup> (= Ω<sup>−1</sup>)
|-
| ''κ'', ''γ'', ''σ''
| [[Specifična električna provodljivost|provodljivost]]
| [[Simens (jedinica)|simens]] metar
| S/m
| kg<sup>−1</sup>⋅m<sup>−3</sup>⋅s<sup>3</sup>⋅A<sup>2</sup>
|-
| '''''B'''''
| [[gustina magnetskog fluksa]], [[gustina magnetskog fluksa|magnetska indukcija]]
| [[Tesla (jedinica)|tesla]]
| T
| kg⋅s<sup>−2</sup>⋅A<sup>−1</sup> (= Wb/m² = N⋅A<sup>−1</sup>⋅m<sup>−1</sup>)
|-
| ''Φ''
| [[Magnetski fluks]]
| [[Veber (jedinica)|veber]]
| Wb
| kg⋅m²⋅s<sup>−2</sup>⋅A<sup>−1</sup> (= V⋅s)
|-
| '''H'''
| [[Magnetsko polje|Jačina magnetnog polja]]
| [[Amper]] po metru
| A/m
| A⋅m<sup>−1</sup>
|-
| ''L'', ''M''
| [[Induktansa]]
| [[henri]]
| H
| kg⋅m²⋅s<sup>−2</sup>⋅A<sup>−2</sup> (= Wb/A = V⋅s/A)
|-
| ''μ''
| [[Magnetna permeabilnost|permeabilnost]]
| [[Henri|henrija]] po metru
| H/m
| kg⋅m⋅s<sup>−2</sup>⋅A<sup>−2</sup>
|-
| ''χ''
| [[Magnetska susceptansa]]
| (bezdimenzionalna)
| –
| –
|}
== Elektromagnetski fenomen ==
Sa izuzetkom [[Gravitacija|gravitacije]], elektromagnetski fenomen je definisan Kvantna [[Kvantna elektrodinamika|kvantnom elektrodinamikom]] (koja uključuje elektrodinamiku kao ograničavajući faktor), uzrok je skoro svih fizičkih pojava koje ljudska čula mogu da prepoznaju bez dodatnih pomagala, uključujući tu svetlost i druga elektromagnetska zračenja, celokupnu hemiju, većinu mehanike (osim gravitacije) i, naravno [[magnetizam]] i [[elektricitet]]. Magnetni jednopoli i (i [[Žilbertovi dipoli]])
nisu striktno elektromagnetne pojave, pošto se [[magnetna polja]] u standardnom elektromagnetizmu ne stvaraju pravim magnetnim [[naelektrisanje]]m već strujama.
Međutim postoje analogne kondenzovane materije magnetnih monopola među egzotičnim materijalima ([[spinovani led]]) stvorenim u laboratoriji.
== Elektromagnetna indukcija ==
[[Elektromagnetska indukcija|Elektromagnetna indukcija]] je indukcija elektromotorne sile u kolu promenom magnetnog fluksa koji je povezan sa kolom. Ova pojava je prvobitno istraživana između 1830. i 1831. godine od strane Džosefa Henrija i Majkla Faradeja koji su otkrili da kada se [[magnetsko polje|magnetno polje]] oko [[elektromagnet]]a povećava i smanjuje, [[električna struja]] se pojavljuje u obližnjem [[električni provodnik|provodniku]]. Struja takođe može biti pobuđena konstantnim pomeranjem [[magnet]]a i unutar i van namotaja žice ili pomeranje provodnika blizu stalnog magneta. Indukovana elektromotorna sila je srazmerna učestalosti promene magnetnog fluksa koji preseca kolo.
== Literatura ==
{{Commonscat|Electromagnetism}}
* {{Cite book |ref= harv|author=R. Penrose|title=The Road to Reality |publisher=Vintage books|year=2007|isbn=978-0-679-77631-4}}
* {{Cite book |ref= harv|last=Purcell|first= Edward M. |title=Electricity and Magnetism Berkeley Physics Course Volume 2 (2nd ed.) |publisher=McGraw-Hill |year=1985|isbn=978-0-07-004908-6}}
* {{Cite book |ref= harv|last=Moliton|first=André|title=Basic electromagnetism and materials|publisher=Springer-Verlag New York, LLC| date = 2006| location = New York City| work =430 pages|url=https://books.google.com/?id=2kPAIlxjDJwC&printsec=copyright&q=fundamental |isbn=978-0-387-30284-3}}
* {{Cite book |ref= harv|title=Physics with Modern Applications|author=L.H. Greenberg|publisher=Holt-Saunders International W.B. Saunders and Co|year=1978|isbn=978-0-7216-4247-5}}
* {{Cite book |ref= harv|title=Principles of Physics|author=J.B. Marion, W.F. Hornyak|publisher=Holt-Saunders International Saunders College|year=1984|isbn=978-4-8337-0195-2}}
* {{Cite book |ref= harv|title=Concepts of Modern Physics|edition=4th|author=A. Beiser|publisher=McGraw-Hill (International)|year=1987|isbn=978-0-07-100144-1}}
* {{Cite book |ref= harv|last=Fleisch|first=Daniel|title=A Student's Guide to Maxwell's Equations|year=2008|publisher=Cambridge University Press|location=Cambridge, UK|isbn=978-0-521-70147-1|url=http://www.cambridge.org/gb/knowledge/isbn/item1164303/A%20Student's%20Guide%20to%20Maxwell's%20Equations/?site_locale=en_GB}}
[[Kategorija:Elektromagnetizam| ]]
[[Kategorija:Fundamentalni koncepti fizike]]
| |||