Электромагнитная сила: Четыре фундаментальные силы природы | Вселенная Сегодня

Четыре фундаментальные силы природы | Вселенная Сегодня

Крабовидная туманность. Авторы и права: NASA / ESA / Hubble.

От прогулки по улице, до запуска ракеты в космос, или прикрепления магнита на ваш холодильник, физические силы действуют всюду вокруг нас. Но все силы, которые мы переживаем каждый день (и многие из них мы не осознаем) могут быть сведены всего к четырём фундаментальным взаимодействиям:

• гравитационному;
• электромагнитному;
• сильному;
• слабому.

Они называются четыре фундаментальные силы природы, и они управляют всем, что происходит во всей Вселенной.

Гравитация

Гравитация это притяжение между двумя объектами, которые имеют массу или энергию, это видно, когда бросаешь камень с моста, когда планеты кружат по орбите вокруг звезды или когда Луна становится причиной приливов и отливов на Земле. Гравитация, возможно, самая подсознательно воспринимаемая и знакомая из фундаментальных сил, но она также является самой сложной для объяснения.

Исаак Ньютон  был первым, кто предложил идею гравитации, предположительно его на это вдохновило яблоко, которое упало с дерева. Он описал гравитацию как постоянное притяжение между двумя объектами. Спустя века, Альберт Эйнштейн предложил свою  теорию общей относительности, согласно которой гравитация это не притяжение, а сила. Массивный объект ведёт себя в пространстве-времени, немного похоже на то, как большой мяч расположенный посреди листа влияет на материю, деформируя её и заставляя другие, меньшие, объекты на листе двигаться к центру.  

На этом снимке, полученном космическим телескопом “Хаббл”, показан детальный вид центральной части спиральной галактики без перемычки NGC 772. Авторы и права: NASA / ESA / Hubble / A. Seth et al.

Гравитацией удерживаются вместе планеты, звёзды и даже галактики, она оказывается самой слабой из фундаментальных сил, особенно на молекулярных и атомарных уровнях. Подумай об этом: Насколько тяжело поднять мяч с земли? Или поднять твою ступню? Или прыгнуть? Все эти действия противодействуют гравитации всей Земли. А на молекулярном и атомарном уровнях, гравитация почти не имеет никакого влияния в сравнении с другими фундаментальными силами.

Электромагнетизм

Электромагнитное взаимодействие также называется силой Лоренца и действует между заряжёнными частицами. Противоположные заряды притягивают друг друга, в то время как одинаковые заряды отталкиваются. Чем больше заряд, тем сильнее сила. Точно так же, как и гравитация, эта сила может чувствоваться с бесконечного расстояния (хотя сила будет очень, очень мала на таком расстоянии).

Как указывает её название, электромагнитная сила состоит из двух частей электрической силы и  магнитной силы. Сначала физики описывали эти силы как отдельные друг от друга, но позже исследователи осознали, что они являются компонентами одной и той же силы. 

Электрический компонент действует между заряжёнными частицами двигаются ли они или нет, создавая поле, которым заряды могут влиять друг на друга. Но если их привести в движение эти заряжённые частицы начинают демонстрировать второй компонент, магнитную силу. Частицы создают магнитное поле вокруг них в то время, когда они движутся. Таким образом, когда электроны спешат по проводам, чтобы зарядить ваш компьютер или телефон, или включить ваш телевизор, вокруг провода образуется магнитное поле.

Магнитные поля в спиральной галактике Мессье 77. Магнитные поля выравниваются по всей длине массивных спиральных рукавов галактики, подразумевая, что гравитационные силы, которые создали форму галактики, также сжимают и её магнитное поле. Авторы и права: NASA / SOFIA / JPL-Caltech / Roma Tre University.

Электромагнитные силы передаются между заряжёнными частицами в результате обмена невесомыми, несущими силу бозонами, которые называются фотоны. Несущие силу фотоны, которые меняются местами с заряжёнными частицами, в то же время являются другой формой фотонов.

Электромагнитные силы ответственны за некоторые из самых часто наблюдаемых явлений: трение, упругость, нормальная сила и сила удержания твёрдых тел в заданной форме. Они также ответственны за притяжение, которое испытывают птицы, самолеты и даже Супермен, во время полёта. Это становится возможным благодаря тому, что заряжённые (нейтральные) частицы взаимодействуют друг с другом. Нормальная сила, которая держит книгу на крышке стола, например, является последствием отталкивания электронов атомов стола и электронов атомов книжки.

Сильное взаимодействие

Сильная ядерная сила, также называется сильное ядерное взаимодействие, это самая сильная фундаментальная сила природы. Она в шесть тысяч квинтильонов квинтильонов квинтильонов (это 39 нолей после 6!) раз сильнее чем сила гравитации. И поэтому она в состоянии связать вместе фундаментальные частицы вещества, чтобы сформировать большие частицы. Она держит вместе кварки, которые составляют протоны и нейтроны, и часть сильного взаимодействия также держит вместе протоны и нейтроны атомного ядра.

Сильное взаимодействие работает только тогда, когда субатомные частицы находятся очень близко друг к другу. Они должны быть где-то на расстоянии 10^-15 метров друг от друга, или, грубо говоря, на расстоянии диаметра протона.  

Хотя, сильное взаимодействие является нерегулярным, потому что, в отличие от любой другой фундаментальной силы, оно становится слабее, когда между субатомными частицами уменьшается расстояние. Фактически она достигает максимальной силы, когда частицы находятся дальше всего друг от друга. Крошечная частица сильного взаимодействия, называемая остаточным сильным взаимодействием, действует между протонами и нейтронами. Протоны в ядрах отталкивают друг друга потому что они имеют одинаковый заряд, но остаточное сильное взаимодействие может побороть это отталкивание, таким образом частицы остаются связанными в aтомных ядрах.

Слабое взаимодействие

Слабая сила, также называется слабым ядерным взаимодействием, ответственна за распад частиц. Это постоянное изменение одного типа субатомных частиц в другие. Таким образом, например, нейтрино который случайно пройдёт близко возле нейтрона может превратить нейтрон в протон, в то время, как нейтрино станет электроном.

Физики описывают это взаимодействие через обмен несущими силу частицами, которые называют бозонами. Специфические виды бозонов ответственны за слабое, электромагнитное и сильное взаимодействия. В случае слабого взаимодействия, бозоны – это заряжённые частицы, которые называются бозоны W и Z. Когда субатомные частицы такие как протоны, нейтроны и электроны подходят на расстояние 10^-18 метров или 0,1% диаметра протона, один к другому, они могут обменяться своими бозонами.

Наше Солнце – звезда второй популяции возрастом около пяти миллиардов лет. Она включает в себя элементы, которые тяжелее водорода и гелия, а также кислород, углерод, неон и железо. Авторы и права: NASA / Solar Dynamics Observatory.

Слабое взаимодействие критично для реакции ядерного слияния, которая даёт энергию Солнцу и производит энергию, которая требуется для большинства форм жизни здесь на Земле. Именно поэтому археологи могут использовать, радиоактивный углерод, чтобы датировать древние кости, дерево и другие артефакты. Радиоактивный углерод имеет шесть протонов и восемь нейтронов, один из этих нейтронов распадается в протон, чтобы создать радиоактивный азот, который имеет семь протонов и семь нейтронов. Этот распад происходит прогнозируемо, что позволяет учёным определять насколько старым является такой артефакт.

Единая теория фундаментальных взаимодействий

Главный вопрос четырёх фундаментальных взаимодействий заключается в том являются ли они в действительности проявлением единой большой силы Вселенной или нет. Если да, каждая из них должна быть в состоянии объединяться с другими, и уже есть некоторые доказательства. 

Физики Шелдон Глашоу и Стивен Вайнберг из Гарвардского университета с Абдусом Салам с Империального колледжа в Лондоне выиграли Нобелевскую премию по физике в 1979 за объединение электромагнитной и слабой сил в результате чего появилась электрослабое взаимодействие. Физики также пытались объединить электрослабую силу с сильным взаимодействием,. Окончательный кусочек пазла будет требовать объединения гравитации с электросильной силой, чтобы развить, так называемую теорию всего, теоретическую систему взглядов, которая могла бы объяснить всю Вселенную.

Физикам довольно сложно совместить микромир с макромиром. На больших и в особенности астрономических шкалах, гравитация доминирует и лучше всего описывается теорией общей относительности Эйнштейна. Но на молекулярных, атомных и субатомных шкалах доминирует квантовая механика. На данный момент никому ещё не удалось найти хороший способ объединить эти два мира.

Физики, изучающие квантовую гравитацию, имеют своей целью описать силу в условиях квантового мира, что могло бы помочь с объединением. Фундаментальным для этого подхода было бы открытие гравитонов, теоретических, несущих силу бозонов гравитационной силы. Гравитация – это единственная фундаментальная сила, которую физики могут сейчас описать, не используя частицы, которые несут силу. Но, потому что описания всех других фундаментальных сил требует частиц, которые несут силу, учёные ожидают, что гравитоны должны существовать на субатомном уровне – исследователи эти частички просто пока не нашли.

Масса галактик в скоплении Abell 2744 составляет менее пяти процентов от общей массы. Газ (около 20 процентов) настолько горячий, что светит только в рентгеновских лучах (выделен красным). Невидимая тёмная материя (около 75 процентов массы) здесь окрашена в синий цвет. Авторы и права: NASA / EKA.

Чтобы ещё больше всё усложнить можно вспомнить о невидимом царстве тёмной материи и тёмной энергии. Неясно состоят ли тёмная материя и энергия из одной частицы или всего набора частиц, которые имеют их собственные силы и носители бозоны.

Первичные носители-частицы, которые представляют интерес – это теоретический тёмный фотон, который передавал бы взаимодействия между видимой и невидимой материей. Если тёмные фотоны существуют, они могли бы привести к открытию пятой фундаментальной силы. Пока, однако, нет доказательств того, что тёмные фотоны существуют и некоторые исследования предоставили сильные доказательства, что эти частички не существуют.

Электромагнитные силы — Booksm

Электромагнитные силы

Электромагнитные силы являются наиболее распространенными в природной среде. Благодаря им мы можем видеть друг друга, поскольку свет также является проявлением электромагнитного взаимодействия.

Действия электромагнитных сил подчиняются фундаментальным законам взаимодействия заряженных частиц и тел. Электромагнитные силы возникают между элементарными частицами, которые имеют электрический заряд.

Электромагнитное взаимодействие возникает и реализуется только при помощи электромагнитного поля.

Электромагнитные силы, создаваемые магнитным полем

Энергия, которая заключена в магнитное поле, проявляет себя при помощи электромагнитных сил, что возникают при взаимодействии движущихся электрических зарядов и магнитного поля.

Электромагнитная сила, которая возникает в магнитном поле при движении электрического заряда, действует на поле в направлении, что перпендикулярно направлению и движению силовых линий, а также стремится вытолкнуть заряд за его пределы.

Если в магнитное поле поместить проводник с током $I$, то между магнитным полем и электронами, которые проходят по проводнику, возникнут электромагнитные силы, что образуют результирующую силу $F$, стремящуюся вытолкнуть из магнитного поля проводник.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Замечание 1

Электромагнитную силу можно определить при помощи закона Ампера. Он сформулирован так: электромагнитная сила, которая действует на проводник с электрическим током, что находится в магнитном поле и располагается перпендикулярно направлению данного поля, равна произведению индукции поля $B$, силы тока $I$ и длины проводника $ l $.

$F = IBl$

По правилу левой руки можно определить направление действия силы $F$: левая рука располагается так, чтобы магнитные линии входили прямо в ладонь, а четыре вытянутых пальца совмещались с направлением электрического тока – тогда большой палец, что расположен под прямым углом, укажет направление действия силы.

Сила возникнет только в том случае, если проводник располагается под некоторым углом или перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. Если проводник располагается вдоль силовых линий магнитного поля, то электромагнитная сила приравнивается нулю.

Чтобы изменить направление электромагнитной силы, нужно изменить направление магнитного поля или направление электрического тока в проводнике.

Электромагнитная сила $F$ возникает при взаимодействии магнитного поля и проводника с током. Ее возникновение наглядно можно представить как результат взаимодействия магнитных полей.

Собственное круговое магнитное поле возникает вокруг проводника с электрическим током, оно будет складываться с внешним полем.

При этом справа от проводника, в котором силовые линии поля совпадают с внешними линиями магнитного поля, осуществляется разрежение силовых магнитных линий.

Замечание 2

Силовые линии магнитного поля обладают свойством упругости, которое напоминает свойство резиновых нитей, что стремятся сократиться по длине и вытолкнуть проводник из места сгущения силовых линий в сторону их разрежения. В результате этого и возникает электромагнитная сила $F$.

Если в магнитное поле поместить не проводник, а катушку или виток с током, и расположить их вертикально, то используя правило левой руки, можно определить, что электромагнитные силы, действующие на них, направляются в разные стороны. В результате взаимодействия двух сил возникает вращающий момент $M$, который приведет к повороту катушки или витка.

$M = FD$, где $D$ — это расстояние между сторонами катушки или витка.

Виток будет вращаться в магнитном поле, пока не займет положение, что будет перпендикулярным силовым линиям поля. Для того чтобы увеличить вращающий момент в электродвигателях, применяется не один виток, а несколько.

Виды электромагнитных сил

Определение 1

Электромагнитные силы – это силы, которые действуют между телами по причине того, что эти тела состоят из заряженных движущихся частиц, между которыми действуют магнитные и электрические силы.

К электромагнитным силам можно отнести:

• сила трения $ \vec{ F_{тр}} $;
• сила упругости $ \vec{ F_{упр}} $;
• вес тела $ \vec{ P} $.

Определение 2

Сила трения $ \vec{ F_{тр}} $ — это электромагнитная сила, которая возникает вследствие того, что соприкасающиеся тела имеют неровные поверхности.

Сила трения всегда направлена в сторону, которая противоположна движению. Она не имеет точки приложения. Существует два вида силы трения:

1. Сила трения покоя. Она возникает при относительном покое тел, иными словами, когда соприкасающиеся тела относительно друг друга абсолютно неподвижны. Сила трения покоя по величине всегда приравнивается внешней силе и направляется в противоположную сторону. Она не может превышать максимального значения $F_{тр.\ max} = \mu N$.
2. Если внешняя сила, которая приложена к телу, становится больше $F_{тр.\ max}$, то случается проскальзывание. Сила трения в таком случае имеет название «сила трения скольжения».

Сила трения скольжения определяется по следующей формуле:

$F_{тр.} = \mu N$, где

• $ \mu $ — это коэффициент трения (безразмерная величина), который зависит только от материала изготовления тел и степени их обработки;
• $ N$ — это сила реакции опоры.

Кроме вышеперечисленных сил трения также можно выделить электромагнитные силы вязкого трения и силы трения качения.

Определение 3

Сила упругости $ \vec{ F_{упр}} $ — это электромагнитная сила, которая возникает при упругой деформации в теле.

Она направляется противоположно деформации. Модуль силы упругости можно вычислить по формуле:

$ |F_{упр}| = k \delta l$, где

• $k$ — жесткость пружины;
• $\delta l$ — это деформация.

Также к электромагнитным силам можно отнести вес тела.

Определение 4

Вес тела $ \vec{ P} $ – это электромагнитная сила, с которой тело воздействует на другие тела по причине его притяжения к поверхности Земли.

Если тело находится в состоянии покоя относительно вертикали или движется вверх или вниз равномерно, то его вес приравнивается к силе тяжести:

$P = mg$

Если тело движется вверх с замедлением или вниз с ускорением, то его вес значительно меньше силы тяжести. Найти его можно по следующей формуле:

$P= m (g-a)$

Если тело падает свободно, то наступает невесомое состояние. Вес тела в таком случае приравнивается нулю:

$P = 0$

Если тело опускается вниз с замедлением или движется вверх с ускорением, то его вес превышает силу тяжести. Найти вес тела можно по формуле:

$P = m(g + a)$

В таком случае отношение веса тела к силе тяжести можно назвать перегрузкой.

Формулу веса тела, которое движется равноускорено через векторную разность, в общем случае можно выразить в таком виде:

$\vec{P} = m(\vec{g} -\vec{a})$

Электромагнитные силы в природе

Огромную совокупность электромагнитных процессов охватывает классическая теория электричества. Среди основных типов взаимодействий (гравитационные, электромагнитные, ядерные и слабые) электромагнитные силы занимают первое место по разнообразию проявлений и частоте встречаемости.

Упругая сила пара имеет электромагнитную природу, поэтому смена «столетия пара» на «столетие электричества» означает лишь смену эпохи, когда люди не могли управлять и воздействовать на электромагнитные силы, на ту эпоху, где человечество распоряжается этими силами на свое усмотрение.

Электромагнитные силы, которые существуют в природе, перечислить сложно. Благодаря им определяется устойчивость атомов, происходит объединение атомов в молекулы, обуславливается взаимодействие между ними, что приводит к образованию жидких и твердых тел. Все виды трения и упругости имеют электромагнитную природу.

Роль электрических сил имеет огромное значение в атомном ядре. При взрыве атомной бомбы в ядерном реакторе электромагнитные силы разгоняют осколки ядер, что приводит к выделению мощной энергии. Даже взаимодействие между телами происходит при помощи электромагнитных волн – радиоволн, света, а также теплового излучения.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/ponyatie_sily_v_fizike/elektromagnitnye_sily/

Электромагнетизм: определение, история открытия и применение

В данной статье вы узнаете что такое электромагнетизм, электромагнитное поле и электромагнитные волны.

Определение и история открытия

Электромагнетизм — это раздел физики, который занимается электричеством, магнетизмом и взаимодействием между ними.  Впервые он был открыт в 19 веке и широко применяется в современном мире физики.

Электромагнетизм — это в основном наука об электромагнитных полях. Электромагнитное поле — это поле, создаваемое электрически заряженными объектами.

 Радиоволны, инфракрасные волны, ультрафиолетовые волны и рентгеновские лучи — это электромагнитные поля в определенном диапазоне частот. Электричество производится путем изменения магнитного поля.

 Это явление также называют «электромагнитной индукцией». Точно так же магнитное поле создается движением электрических зарядов.

Основной закон электромагнетизма известен как «закон индукции Фарадея». Феномен электромагнетизма был открыт в 19 веке, и это привело к открытию «специальной теории относительности» Альберта Эйнштейна.  Согласно его теории, электрические и магнитные поля могли быть преобразованы друг в друга с относительным движением.

 Это явление и его применение были открыты благодаря многочисленным вкладам великих ученых и физиков, таких как Майкл Фарадей, Джеймс Клерк Максвелл, Оливер Хевисайд и Генрих Герц.

 В 1802 году итальянский ученый продемонстрировал связь между электричеством и магнетизмом, отклонив магнитную стрелку с помощью электростатических зарядов.

Электромагнетизм — это в основном гипотеза комбинированного выражения основной силы, известной как «электромагнитная сила». Эту силу можно увидеть, когда электрический заряд движется. Это движение производит магнетизм.

 Эта идея была представлена ​​Джеймсом Клерком Максвеллом, который опубликовал теорию электричества и магнетизма в 1865 году. На основе этой теории многие ученые совершили множество открытий и других эффектов.

 Электромагнетизм распространился и на область квантовой физики, где свет распространяется как волна и взаимодействует как частица.

Было доказано, что электричество может вызвать магнетизм и наоборот. Очень простой пример — это электрический трансформатор.

 Обмены происходят внутри трансформатора, который вызывает электромагнитные волны .

 Еще один факт, касающийся этих волн, заключается в том, что им не нужна среда для распространения, хотя их скорость относительно медленнее при путешествии через прозрачные вещества.

Электромагнитные волны

Электромагнитные волны были впервые обнаружены Джеймсом Клерком Максвеллом, и они были подтверждены впоследствии Генрихом Герцем.

 Впоследствии Максвелл получил волновую форму электрических и магнитных уравнений, которая показала, что электрические и магнитные поля имеют волнообразную природу.

 Факторами, которые отличают электромагнитные волны друг от друга, являются частота, амплитуда и поляризация. Например, лазерный луч когерентен, а излучение имеет только одну частоту.

 Существуют и другие типы волн, различающихся по частоте, такие как радиоволны, которые находятся на очень низких частотах, гамма-лучи и рентгеновские лучи очень высокой частоты. Электромагнитные волны могут распространяться на очень большие расстояния, и на них не влияют никакие препятствия, будь то огромные стены или башни.

Это особое взаимодействие электричества и магнетизма привело к большим достижениям в современной науке и технике, и предпринимаются усилия, чтобы узнать больше об электромагнетизме и его применениях. Другими силами являются гравитационные силы, сильные и слабые силы. Электромагнетизм также сочетается со слабой силой, известной как «электрослабая сила».

Применение электромагнетизма

Электромагнетизм имеет множество применений в современном мире науки и физики. Самым основным применением электромагнетизма является использование двигателей.

 Двигатель имеет переключатель, который непрерывно переключает полярность снаружи двигателя.  Электромагнит делает то же самое. Мы можем изменить направление, просто изменив направление тока.

 Внутри двигателя есть электромагнит, но ток регулируется таким образом, что внешний магнит отталкивает его.

Еще одно очень полезное применение электромагнетизма — «машина сканирования CAT». Эта машина обычно используется в больницах для диагностики заболеваний.

 Поскольку мы знаем, что в нашем теле присутствует ток, и чем он сильнее, тем сильнее магнитное поле.

 Эта технология сканирования способна улавливать магнитные поля, и ее легко можно идентифицировать, если внутри тела присутствует большое количество электрической активности.

Работа человеческого мозга основана на электромагнетизме. Электрические импульсы вызывают операции внутри мозга, и у него есть некоторое магнитное поле. Когда два магнитных поля пересекаются друг с другом внутри мозга, возникает помеха, которая вредна для мозга.

Источник: https://meanders. ru/chto-takoe-jelektromagnetizm.shtml

§20. Электромагнитные силы, создаваемые магнитным полем

Проводник с током в магнитном поле. Энергия, заключенная в магнитном поле, может проявлять себя в виде электромагнитных сил, которые возникают при взаимодействии магнитного поля с движущимися электрическими зарядами.

Электромагнитная сила, возникающая при движении электрического заряда в магнитном поле, действует на него в направлении, перпендикулярном движению и направлению силовых линий, и стремится вытолкнуть заряд за пределы поля (см. рис. 34).

Если поместить в магнитное поле проводник с током I, то между электронами, проходящими по проводнику, и магнитным полем возникнут электромагнитные силы, которые, складываясь, образуют результирующую силу F, стремящуюся вытолкнуть проводник из маг

4 главных силы Вселенной

Основой основ физических законов являются
четыре фундаментальных взаимодействия, которые отвечают за все процессы во Вселенной. Если элементарные частицы можно сравнить с кирпичиками бытия, то взаимодействия — это цементный раствор. Сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное — именно в таком порядке, от сильного к слабому, рассматриваются взаимодействия. Их нельзя свести к более простым — поэтому они и называются фундаментальными.

Прежде чем приступать к описанию сил, необходимо объяснить, что подразу­мевается под словом взаимодействие. Физики рассматривают его как результат обмена некими посредниками, их принято называть
переносчиками взаимодействия.

Начнём с самого интенсивного.
Сильное взаимодействие было открыто в 30‑х годах прошлого столетия в период активного исследования атома. Оказалось, что целостность и стабильность его ядра как раз и обеспечивается чрезвычайно сильным взаимодействием нуклонов между собой. 

Нуклоны (от лат. nucleus — ядро) — ­общее название для протонов и нейтронов, главных компонентов ядра атома. С точки зрения сильного взаимодействия эти частицы неразличимы. Нейтрон тяжелее протона на 0,13% — это оказалось достаточно, чтобы стать единственной из имеющих массу покоя элементарных частиц, для которой наблюдалось гравитационное взаимодействие.

Содержимое ядер притягивается друг к другу за счёт особых квантов — ­π-мезонов, являющихся «официальными» переносчиками сильного взаимодействия. Такая ядерная сила в 1038 раз интенсивнее самого слабого взаимодействия — гравитационного. Если бы сильное взаимодействие вдруг исчезло, атомы во Вселенной моментально распались бы. За ними молекулы, далее вещество — вся окружающая нас действительность перестала бы существовать, за исключением элементарных частиц. Интересной особенностью их «взаимоотношений» является близкодействие: положительно заряженные частицы, протоны, притягиваются друг к другу только при непосредственном соприкосновении.

Если протоны удалены на некоторое расстояние друг от друга, возникает
электро­магнитное взаимодействие, при котором одноимённо заряженные частицы отталкиваются, а разноимённо заряженные — притягиваются. В случае незаряженных частиц эта сила не возникает — вспомним знаменитый закон Кулона о неподвижных точечных электрических зарядах. Переносчиками электромагнитных сил являются фотоны, обеспечивающие помимо прочего перенос энергии Солнца к нашей планете. Исключение этой силы грозит Земле полным замерзанием. Электромагнитное взаимодействие сильнее гравитационного в 1035 раз, то есть всего в 100 раз слабее ядерного.

Природа предусмотрела ещё одну фундаментальную силу, отличающуюся исчезающе малой интенсивностью и очень незначительным радиусом действия (меньше атомного ядра). Это
слабое взаимодействие — его переносчиками выступают особые заряженные и нейтральные бозоны. Сферой ответственности слабых сил является прежде всего бета-распад нейтрона, сопровождающийся образованием протона, электрона и (анти-)нейтрино. Подобные превращения активно идут на Солнце, что и определяет важность этого фундаментального взаимодействия для нас с вами.

Четыре основных силы природы

От прогулки по улице до запуска ракеты в космос и прикрепления магнита к холодильнику — физические силы действуют повсюду вокруг нас. Но все силы, которые мы испытываем каждый день (и многие, о которых мы не подозреваем, мы испытываем каждый день), можно свести к четырем фундаментальным силам:

1. Гравитация.
2. Слабая сила.
3. Электромагнетизм.
4. Сильная сила.

Их называют четырьмя фундаментальными силами природы, и они управляют всем, что происходит во Вселенной.

Гравитация

Гравитация — это притяжение между двумя объектами, имеющими массу или энергию, будь то падение камня с моста, планета, вращающаяся вокруг звезды, или луна, вызывающая океанские приливы. Гравитация, вероятно, является наиболее интуитивно понятной и знакомой из фундаментальных сил, но также и одной из самых сложных для объяснения.

Исаак Ньютон был первым, кто предложил идею гравитации, якобы вдохновленную падением яблока с дерева.Он описал гравитацию как буквальное притяжение между двумя объектами. Спустя столетия Альберт Эйнштейн в своей общей теории относительности предположил, что гравитация не является притяжением или силой. Напротив, это следствие искривления пространства-времени объектами. Большой объект работает с пространством-временем примерно так же, как большой шар, помещенный в середину листа, воздействует на этот материал, деформируя его и заставляя другие, более мелкие объекты на листе падать к середине.

Хотя гравитация удерживает вместе планеты, звезды, солнечные системы и даже галактик , она оказывается самой слабой из фундаментальных сил, особенно на молекулярном и атомном уровнях.Подумайте об этом так: насколько сложно оторвать мяч от земли? Или поднять ногу? Или прыгнуть? Все эти действия противодействуют гравитации всей Земли. А на молекулярном и атомном уровнях гравитация почти не влияет на другие фундаментальные силы.

Связано: 6 повседневных вещей, которые странно происходят в космосе

Слабое взаимодействие

Слабое взаимодействие , также называемое слабым ядерным взаимодействием, отвечает за распад частиц. Это буквальное превращение одного типа субатомных частиц в другой. Так, например, нейтрино , отклоняющееся близко к нейтрону, может превратить нейтрон в протон, а нейтрино — в электрон.

Физики описывают это взаимодействие через обмен несущими силу частицами, называемыми бозонами. Определенные виды бозонов ответственны за слабое взаимодействие, электромагнитное взаимодействие и сильное взаимодействие. В слабом взаимодействии бозоны — это заряженные частицы, называемые W- и Z-бозонами.На расстоянии 18 метров, или 0,1% диаметра протона друг от друга, они могут обмениваться этими бозонами. В результате субатомные частицы распадаются на новые частицы, согласно сайту HyperPhysics государственного университета Джорджии.

Слабое взаимодействие имеет решающее значение для реакций ядерного синтеза, которые приводят в действие Солнце и производят энергию, необходимую для большинства форм жизни здесь, на Земле. Именно поэтому археологи могут использовать углерод-14 для датирования древних костей, дерева и других ранее живых артефактов. Углерод-14 имеет шесть протонов и восемь нейтронов; один из этих нейтронов распадается на протон с образованием азота-14, который имеет семь протонов и семь нейтронов. Этот распад происходит с предсказуемой скоростью, что позволяет ученым определить, сколько лет таким артефактам.

Слабое взаимодействие имеет решающее значение для реакций ядерного синтеза, которые приводят в действие Солнце и производят энергию, необходимую для большинства форм жизни здесь, на Земле. Вот крупный план солнечной вспышки класса M7.6, вспыхнувшей на Солнце 23 июля 2016 года, как видно из обсерватории солнечной динамики НАСА.(Изображение предоставлено НАСА)

Электромагнитная сила

Электромагнитная сила, также называемая силой Лоренца, действует между заряженными частицами, такими как отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные протоны. Противоположные заряды притягиваются друг к другу, а одинаковые — отталкиваются. Чем больше заряд, тем больше сила. И, как и гравитация, эту силу можно почувствовать с бесконечного расстояния (хотя на таком расстоянии сила будет очень и очень маленькой).

Как видно из названия, электромагнитная сила состоит из двух частей: электрической силы и магнитной силы .Сначала физики описывали эти силы как отдельные друг от друга, но позже исследователи поняли, что они являются компонентами одной и той же силы.

Электрический компонент действует между заряженными частицами независимо от того, движутся они или неподвижны, создавая поле, с помощью которого заряды могут влиять друг на друга. Но как только эти заряженные частицы приходят в движение, они начинают проявлять вторую составляющую — магнитную силу. При движении частицы создают вокруг себя магнитное поле. Поэтому, когда электроны проникают через провод, чтобы зарядить ваш компьютер или телефон, например, включить телевизор, провод становится магнитным.

Связано: Как работает магнитное поле Солнца (Инфографика)

Электромагнитные силы передаются между заряженными частицами посредством обмена безмассовыми, несущими силу бозонами, называемыми фотонами, которые также являются частицами света. Однако фотоны, переносящие силу, которые переключаются между заряженными частицами, представляют собой другое проявление фотонов. По данным Университета Теннесси , Ноксвилл , они виртуальны и необнаружимы, хотя технически являются теми же частицами, что и реальная и обнаруживаемая версия.

Электромагнитная сила отвечает за некоторые из наиболее часто встречающихся явлений: трение, упругость, нормальную силу и силу, удерживающую твердые тела вместе в заданной форме. Он даже отвечает за сопротивление, которое испытывают птицы, самолеты и даже Супермен во время полета. Эти действия могут происходить из-за взаимодействия заряженных (или нейтрализованных) частиц друг с другом. Например, нормальная сила, которая удерживает книгу на столе (вместо силы тяжести, притягивающей книгу к земле), является следствием того, что электроны в атомах стола отталкивают электроны в атомах книги.

Сила, которая удерживает книгу на столе (вместо силы тяжести, притягивающей книгу к земле), является следствием электромагнитной силы: электроны в атомах стола отталкивают электроны в атомах книги. (Изображение предоставлено НАСА / Shutterstock)

Сильная ядерная сила

Сильная ядерная сила , также называемая сильным ядерным взаимодействием, является самой сильной из четырех фундаментальных сил природы. Это в 6 тысяч триллионов триллионов триллионов (это 39 нулей после 6!) Раз сильнее силы тяжести, согласно веб-сайта HyperPhysics .-15 метров друг от друга, или примерно в пределах диаметра протона, согласно веб-сайта HyperPhysics .

Сильное взаимодействие, тем не менее, странно, потому что в отличие от других фундаментальных сил оно становится слабее по мере сближения субатомных частиц. По данным Fermilab , он действительно достигает максимальной прочности, когда частицы находятся дальше всего друг от друга. Оказавшись в пределах досягаемости, безмассовые заряженные бозоны, называемые глюонами, передают сильное взаимодействие между кварками и удерживают их «склеенными».Крошечная часть сильного взаимодействия, называемого остаточным сильным взаимодействием, действует между протонами и нейтронами. Протоны в ядре отталкиваются друг от друга из-за их одинакового заряда, но остаточная сильная сила может преодолеть это отталкивание, поэтому частицы остаются связанными в ядре атома .

Связано: Ядерные генераторы питают НАСА Зонды дальнего космоса (Инфографика)

Объединяющая природа

Неразрешенный вопрос о четырех фундаментальных силах заключается в том, действительно ли они являются проявлением единственной великой силы Вселенной.Если это так, каждый из них должен иметь возможность слиться с другими, и уже есть доказательства того, что они могут.

Физики Шелдон Глэшоу и Стивен Вайнберг из Гарвардского университета с Абдусом Саламом из Имперского колледжа Лондона выиграли Нобелевскую премию по физике в 1979 году за объединение электромагнитной силы со слабой силой для формирования концепции электрослабой силы . Физики, работающие над созданием так называемой теории великого объединения, стремятся объединить электрослабое взаимодействие с сильным, чтобы определить электронно-ядерное взаимодействие, которое модели предсказывали, но исследователи еще не наблюдали. Последний кусок головоломки потребовал бы объединения гравитации с электронно-ядерной силой для разработки так называемой теории всего , теоретической основы, которая могла бы объяснить всю Вселенную.

Физикам, однако, было довольно трудно объединить микроскопический мир с макроскопическим. В больших и особенно астрономических масштабах преобладает гравитация, и ее лучше всего описывает общая теория относительности Эйнштейна. Но в молекулярном, атомном или субатомном масштабе квантовая механика лучше всего описывает мир природы.И до сих пор никто не придумал хороший способ объединить эти два мира.

Многие физики стремятся объединить фундаментальные силы в единую теорию — теоретическую основу, которая могла бы объяснить всю Вселенную. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Физики, изучающие квантовую гравитацию, стремятся описать силу в терминах квантового мира, что могло бы помочь в слиянии. Фундаментальным для этого подхода было бы открытие гравитонов, теоретического силового бозона гравитационной силы. Гравитация — единственная фундаментальная сила, которую физики в настоящее время могут описать без использования частиц, несущих силу. Но поскольку для описания всех других фундаментальных сил требуются частицы, несущие силу, ученые ожидают, что гравитоны должны существовать на субатомном уровне — исследователи просто еще не нашли эти частицы.

Еще больше усложняет историю невидимая область темной материи и темной энергии , которые составляют примерно 95% Вселенной. Неясно, состоят ли темная материя и энергия из одной частицы или из целого набора частиц, которые имеют свои собственные силы и бозоны-посланники.

Первичная частица-посредник, представляющая интерес в настоящее время, — это теоретический темный фотон, который будет посредником взаимодействий между видимой и невидимой вселенной. Если темные фотоны существуют, они станут ключом к обнаружению невидимого мира темной материи и могут привести к открытию пятой фундаментальной силы . Однако пока нет доказательств существования темных фотонов , и некоторые исследования предоставили убедительные доказательства того, что этих частиц не существует .

Дополнительные ресурсы:

Электромагнитная сила!

электромагнитная сила Википедия

«Электромагнитная сила» перенаправляется сюда. Описание силы, действующей на частицы из-за электромагнитных полей, см. В разделе сила Лоренца.

Раздел науки, изучающий явления электричества и магнетизма

«Электромагнитный» перенаправляется сюда. Электромагнитный может также относиться к использованию электромагнита.

Электромагнетизм — это раздел физики, связанный с изучением электромагнитной силы , типа физического взаимодействия, которое происходит между электрически заряженными частицами. Электромагнитная сила переносится электромагнитными полями, состоящими из электрических полей и магнитных полей, и отвечает за электромагнитное излучение, такое как свет.Это одно из четырех фундаментальных взаимодействий (обычно называемых силами) в природе, вместе с сильным взаимодействием, слабым взаимодействием и гравитацией. ^[1] При высокой энергии слабая сила и электромагнитная сила объединяются в одну электрослабую силу.

Электромагнитные явления определяются в терминах электромагнитной силы, иногда называемой силой Лоренца, которая включает электричество и магнетизм как различные проявления одного и того же явления. Электромагнитная сила играет важную роль в определении внутренних свойств большинства предметов, встречающихся в повседневной жизни. Электромагнитное притяжение между атомными ядрами и их орбитальными электронами удерживает атомы вместе. Электромагнитные силы ответственны за химические связи между атомами, которые создают молекулы, и межмолекулярные силы. Электромагнитная сила управляет всеми химическими процессами, которые возникают в результате взаимодействия электронов соседних атомов.

Существует множество математических описаний электромагнитного поля.В классической электродинамике электрические поля описываются как электрический потенциал и электрический ток. В законе Фарадея магнитные поля связаны с электромагнитной индукцией и магнетизмом, а уравнения Максвелла описывают, как электрические и магнитные поля генерируются и изменяются друг другом, а также зарядами и токами.

Теоретические последствия электромагнетизма, в частности, установление скорости света на основе свойств «среды» распространения (проницаемость и диэлектрическая проницаемость), привели к развитию специальной теории относительности Альбертом Эйнштейном в 1905 году.

История теории []

Изначально электричество и магнетизм считались двумя отдельными силами. Эта точка зрения изменилась с публикацией книги Джеймса Клерка Максвелла 1873 г. «Трактат об электричестве и магнетизме », в которой было показано, что взаимодействия положительных и отрицательных зарядов опосредуются одной силой. Эти взаимодействия приводят к четырем основным эффектам, которые были четко продемонстрированы экспериментами:

1. Электрические заряды притягивают или отталкивают друг друга с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними: разные заряды притягиваются, подобные отталкиваются.
2. Магнитные полюса (или состояния поляризации в отдельных точках) притягиваются или отталкиваются друг от друга так же, как положительные и отрицательные заряды, и всегда существуют парами: каждый северный полюс соединен с южным полюсом.
3. Электрический ток внутри провода создает соответствующее окружное магнитное поле снаружи провода. Его направление (по часовой стрелке или против часовой стрелки) зависит от направления тока в проводе.
4. Ток индуцируется в проволочной петле, когда она перемещается к магнитному полю или от него, или когда магнит перемещается к нему или от него; направление тока зависит от движения.

Готовясь к вечерней лекции 21 апреля 1820 года, Ганс Христиан Эрстед сделал удивительное наблюдение. Укладывая материалы, он заметил, что стрелка компаса отклоняется от магнитного севера, когда электрический ток от батареи, которую он использовал, включался и выключался. Это отклонение убедило его в том, что магнитные поля излучаются со всех сторон провода, по которому проходит электрический ток, точно так же, как свет и тепло, и что это подтвердило прямую связь между электричеством и магнетизмом.

Во время открытия Эрстед не предлагал удовлетворительного объяснения этого явления и не пытался представить это явление в математической структуре. Однако через три месяца он начал более интенсивное расследование. Вскоре после этого он опубликовал свои выводы, доказывая, что электрический ток создает магнитное поле, когда течет по проводу. Единица магнитной индукции CGS (эрстед) названа в честь его вклада в область электромагнетизма.

Его открытия привели к интенсивным исследованиям в области электродинамики в научном сообществе.Они повлияли на разработку французским физиком Андре-Мари Ампера единой математической формы для представления магнитных сил между проводниками с током. Открытие Эрстеда также стало важным шагом к единой концепции энергии.

Это объединение, которое наблюдал Майкл Фарадей, расширил Джеймс Клерк Максвелл и частично переформулировали Оливер Хевисайд и Генрих Герц, является одним из ключевых достижений математической физики XIX века. ^[2] Это имело далеко идущие последствия, одним из которых было понимание природы света.В отличие от того, что предлагалось в электромагнитной теории того времени, свет и другие электромагнитные волны в настоящее время рассматриваются как принимающие форму квантованных, самораспространяющихся колебательных возмущений электромагнитного поля, называемых фотонами. Различные частоты колебаний вызывают различные формы электромагнитного излучения, от радиоволн на самых низких частотах до видимого света на промежуточных частотах и ​​гамма-лучей на самых высоких частотах.

Эрстед был не единственным человеком, исследовавшим взаимосвязь между электричеством и магнетизмом.В 1802 году итальянский ученый-юрист Джан Доменико Романьози отклонил магнитную стрелку, используя вольтовский стержень. Фактическая установка эксперимента не совсем ясна, поэтому, протекал ли ток через иглу или нет. Отчет об открытии был опубликован в 1802 году в итальянской газете, но он не был замечен современным научным сообществом, потому что Ромагнози, казалось, не принадлежал к этому сообществу. ^[3]

Ранее (1735 г.), о связи между электричеством и магнетизмом часто пренебрегали, сообщил доктор Х.Куксон. ^[4] В сообщении указано:

Торговец из Уэйкфилда в Йоркшире поставил большое количество ножей и вилок в большой ящик . .. и поместил ящик в углу большой комнаты, там произошла внезапная буря грома, молнии и т. д. … Владелец, опорожняя коробку на прилавке, где лежали гвозди, люди, которые брали ножи, которые лежали на гвоздях, заметили, что ножи забирают гвозди. При этом было опробовано все это количество, и было обнаружено, что они делают то же самое, причем до такой степени, что на них можно брать большие гвозди, упаковочные иглы и другие железные предметы значительного веса…

ET Уиттакер предположил в 1910 году, что именно это событие было ответственно за молнию, чтобы «приписать силу намагничивающей стали; и это, несомненно, привело Франклина в 1751 году к попытке намагнитить швейную иглу с помощью слив лейденских сосудов «. ^[5]

Основные силы []

Представление вектора электрического поля волны циркулярно поляризованного электромагнитного излучения.

Электромагнитная сила — одна из четырех известных фундаментальных сил.Другие фундаментальные силы:

Все остальные силы (например, трение, контактные силы) являются производными от этих четырех основных сил и известны как нефундаментальные силы. ^[6]

Электромагнитная сила ответственна практически за все явления, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни выше ядерных масштабов, за исключением гравитации. Грубо говоря, все силы, участвующие во взаимодействиях между атомами, можно объяснить электромагнитной силой, действующей между электрически заряженными атомными ядрами и электронами атомов.Электромагнитные силы также объясняют, как эти частицы передают импульс своим движением. Сюда входят силы, которые мы испытываем при «толкании» или «притяжении» обычных материальных объектов, которые возникают в результате межмолекулярных сил, действующих между отдельными молекулами в наших телах и молекулами в объектах. Электромагнитная сила также участвует во всех формах химических явлений.

Необходимая часть понимания внутриатомных и межмолекулярных сил — это эффективная сила, генерируемая импульсом движения электронов, так что, когда электроны перемещаются между взаимодействующими атомами, они несут с собой импульс. Когда набор электронов становится более ограниченным, их минимальный импульс обязательно увеличивается из-за принципа исключения Паули. Поведение вещества на молекулярном уровне, включая его плотность, определяется балансом между электромагнитной силой и силой, порождаемой обменом импульсом, переносимым самими электронами. ^[7]

Классическая электродинамика []

В 1600 году Уильям Гилберт в своей книге De Magnete предположил, что электричество и магнетизм, хотя и способны вызывать притяжение и отталкивание объектов, являются различными эффектами.Моряки заметили, что удары молнии могут повредить стрелку компаса. Связь между молнией и электричеством не была подтверждена до экспериментов, предложенных Бенджамином Франклином в 1752 году. Одним из первых, кто обнаружил и опубликовал связь между искусственным электрическим током и магнетизмом, был Джан Ромагнози, который в 1802 году заметил, что соединение провода через гальваническую ворс отклонил ближайшую стрелку компаса. Однако этот эффект не стал широко известен до 1820 года, когда Эрстед провел аналогичный эксперимент. ^[8] Работа Эрстеда повлияла на Ампера, чтобы он создал теорию электромагнетизма, которая поставила предмет на математическую основу.

Теория электромагнетизма, известная как классический электромагнетизм, была разработана различными физиками в период между 1820 и 1873 годами, когда она завершилась публикацией трактата Джеймса Клерка Максвелла, который объединил предыдущие разработки в единую теорию и открыл электромагнитная природа света. ^[9] В классическом электромагнетизме поведение электромагнитного поля описывается системой уравнений, известных как уравнения Максвелла, а электромагнитная сила задается законом силы Лоренца. ^[10]

Одна из особенностей классического электромагнетизма состоит в том, что его трудно согласовать с классической механикой, но он совместим со специальной теорией относительности. Согласно уравнениям Максвелла, скорость света в вакууме является универсальной постоянной, которая зависит только от электрической и магнитной проницаемости свободного пространства. Это нарушает галилееву инвариантность, давнюю краеугольный камень классической механики. Один из способов примирить две теории (электромагнетизм и классическая механика) — это предположить существование светоносного эфира, через который распространяется свет.Однако последующие экспериментальные попытки обнаружить присутствие эфира не удалось. После важных вкладов Хендрика Лоренца и Анри Пуанкаре в 1905 году Альберт Эйнштейн решил проблему, введя специальную теорию относительности, которая заменила классическую кинематику новой теорией кинематики, совместимой с классическим электромагнетизмом. (Для получения дополнительной информации см. Историю специальной теории относительности.)

Кроме того, теория относительности подразумевает, что в движущихся системах отсчета магнитное поле трансформируется в поле с ненулевой электрической составляющей, и, наоборот, движущееся электрическое поле трансформируется в ненулевую магнитную составляющую, тем самым твердо показывая, что явления имеют две стороны той же монеты. Отсюда термин «электромагнетизм». (Для получения дополнительной информации см. Классический электромагнетизм и специальная теория относительности и Ковариантная формулировка классического электромагнетизма.)

Распространение на нелинейные явления []

Уравнения Максвелла линейны, в том, что изменение источников (зарядов и токов) приводит к пропорциональному изменению полей. Нелинейная динамика может возникать, когда электромагнитные поля взаимодействуют с веществом, которое подчиняется нелинейным динамическим законам.Это изучается, например, в предмете магнитогидродинамики, которая объединяет теорию Максвелла с уравнениями Навье – Стокса.

Количества и единицы []

Электромагнитные блоки являются частью системы электрических блоков, основанной в первую очередь на магнитных свойствах электрических токов, при этом основной единицей СИ является ампер. Единицы:

В электромагнитной системе КГС электрический ток является фундаментальной величиной, определяемой законом Ампера, и принимает проницаемость как безразмерную величину (относительную проницаемость), значение которой в вакууме равно единице. Как следствие, квадрат скорости света явно появляется в некоторых уравнениях, связывающих величины в этой системе.

Формулы физических законов электромагнетизма (например, уравнения Максвелла) необходимо корректировать в зависимости от того, какую систему единиц измерения вы используете. Это связано с тем, что нет однозначного соответствия между электромагнитными единицами в системе СИ и единицами измерения в системе координат, как в случае механических единиц. Кроме того, в CGS есть несколько возможных вариантов электромагнитных единиц, ведущих к различным «подсистемам» единиц, включая Gaussian, ESU, EMU и Heaviside – Lorentz.Среди этих вариантов гауссовы единицы являются наиболее распространенными сегодня, и фактически фраза «единицы CGS» часто используется для обозначения конкретно единиц CGS-Gaussian.

См. Также []

Список литературы []

Фактов об электромагнетизме для детей

Молния — это электростатический разряд, который проходит между двумя заряженными областями.

Электромагнетизм — это исследование электромагнитного поля. Электромагнитное поле толкает или притягивает все, что имеет электрический заряд.Электромагнитное поле влияет на все пространство.

Электрические поля

Электрическое поле — это область, в которой заряженные частицы будут ощущать электрическую силу. Единицы измерения электрического поля — ньютоны на кулон. Электромагнетизм тесно связан как с электричеством, так и с магнетизмом, потому что оба связаны с движением электронов.

Электрические поля можно нарисовать стрелками. Стрелки указывают, в какую сторону толкнет положительная частица, например протон, если она находится в поле.Отрицательные частицы, такие как электроны, будут двигаться в направлении, противоположном стрелкам. В электрическом поле стрелки будут указывать от положительных частиц к отрицательным. Итак, протон в электрическом поле переместится от другого протона или к электрону.

Магнитное поле — это часть электрического поля, которая воздействует только на движущиеся заряды.

Благодаря электромагнитной индукции изменяющееся магнитное поле может создавать электрическое поле. Эта концепция используется для работы электрических генераторов, асинхронных двигателей и трансформаторов.Поскольку два типа полей зависели друг от друга, они считаются одним целым. Вместе они называются электромагнитным полем.

Электромагнитная сила — одна из фундаментальных сил природы. Электромагнитная сила — это сила, которая вызывает притяжение между электронами и положительным ядром. Все силы между атомами вызваны электромагнитной силой.

Электромагнитное излучение

Считается, что электромагнитное излучение представляет собой и частицу, и волну.Это потому, что иногда он действует как частица, а иногда как волна. Чтобы упростить задачу, мы можем представить электромагнитную волну как поток фотонов (символ γ).

Фотоны

Фотон — элементарная частица. Это частица, из которой состоит свет. Фотоны также составляют все другие типы электромагнитного излучения, такие как гамма-лучи, рентгеновские лучи и УФ-лучи. Идея фотонов была придумана Эйнштейном. Используя свою теорию фотоэлектрического эффекта, Эйнштейн сказал, что свет существует в небольших «пакетах» или пакетиках, которые он назвал фотонами.

Фотоны обладают энергией и импульсом. Когда два электромагнитных поля действуют друг на друга, они переключают фотоны. Таким образом, фотоны переносят электромагнитную силу между заряженными объектами. Фотоны также известны в физике как частицы-посланники, потому что эти частицы часто передают сообщения между объектами. Фотоны посылают сообщения «подойди ближе» или «уйди» в зависимости от заряда объектов, на которые смотрят. Если в течение времени существует сила, то в это время происходит обмен фотонами.

Основные электромагнитные взаимодействия происходят между любыми двумя частицами, имеющими электрический заряд. Эти взаимодействия включают обмен или производство фотонов. Таким образом, фотоны являются частицами-носителями электромагнитных взаимодействий.

Процессы электромагнитного распада часто можно распознать по тому факту, что они производят один или несколько фотонов (также известных как гамма-лучи). Они протекают медленнее, чем процессы сильного распада со сравнимой разностью масс, но быстрее, чем сопоставимые слабые распады.

История

В 1600 году Уильям Гилберт в своей книге De Magnete сказал, что электричество и магнетизм — это два разных эффекта. Связь между электричеством и магнетизмом была обнаружена в работах Ганса Христиана Эрстеда. Ученый по имени Ампер затем применил математику в электромагнетизме. Многие физики разработали теорию электромагнетизма, известную теперь как классический электромагнетизм. Затем Джеймс Клерк Максвелл объединил все в одну теорию электромагнетизма.Этот тип электромагнетизма был основан на уравнениях Максвелла и силовом законе Лоренца. Исследования Максвелла показали, что такое свет на самом деле. Работа Максвелла не работала с классической механикой, потому что он сказал, что скорость света всегда постоянна. Это зависело только от проницаемости вещества, через которое он проходил. Это привело к развитию Эйнштейном специальной теории относительности.

Проблемы классического электромагнетизма

Работа Альберта Эйнштейна с фотоэлектрическим эффектом и работа Макса Планка с излучением черного тела не соответствовала традиционному взгляду на свет как на непрерывную волну.Эта проблема будет решена после развития квантовой механики в 1925 году. Это развитие привело к развитию квантовой электродинамики, которую разработали Ричард Фейнман и Джулиан Швингер. Квантовая электродинамика смогла подробно описать взаимодействия частиц.

Детские картинки

.