Elektromagnetism

Elektromagnetism, läran om sambandet mellan elektricitet och magnetism, en gren av fysiken som grundlades av Ørsted, Ampère, Faraday och Maxwell. Elektricitet och magnetism, som tidigare betraktats som separata företeelser, beskrivs i elektromagnetismen som yttringar av samma fenomen. Detta blir särskilt tydligt i den speciella relativitetsteorin, som historiskt har sina rötter i elektromagnetismen. Enligt relativitetsteorin är uppdelningen i elektriska och magnetiska fält en effekt av observatörens rörelsetillstånd. Det som av en observatör uppfattas som ett elektriskt fält kan av en annan observatör ses som en kombination av ett elektriskt och ett magnetiskt fält, om denne rör sig relativt den förre.

Det elektromagnetiska fältet genereras av alla närvarande laddningar. Med dess hjälp kan den kraft som dessa laddningar utövar på en testladdning Q beräknas. Den elektriska kraften (Fe) bestäms av den elektriska fältstyrkan E) i den punkt där laddningen Q befinner sig:

Fe=QE

Den magnetiska kraft (Fm) som verkar på laddningen bestäms av vektorprodukten av de två riktade storheterna laddningens hastighet (v) och den magnetiska fältstyrkan (B):

Fm=Qv2B

Ekvationen anger att kraften är riktad vinkelrätt mot både laddningens hastighet och magnetfältet samt att endast hastighetens komponent vinkelrätt mot magnetfältet bidrar (se bild). Den samfällda kraften från både det elektriska och det magnetiska fältet kallas för lorentzkraft och beräknas med ekvationen:

F=Fe+Fm=Q (E+v2B)

Det elektromagnetiska fältet beskrivs av Maxwells ekvationer. Dessa ger en syntes av upptäckter gjorda under 1800-talets första del (elektricitet). Ekvationerna säger följande

  • Elektriska fält börjar på positiva laddningar ("källor") och slutar på negativa laddningar ("sänkor"). Detta svarar mot Coulombs och Gauss lagar.
  • Elektriska fält kan också genereras av varierande magnetfält. Denna s.k. induktionslag upptäcktes av Faraday och Joseph Henry oberoende av varandra.
  • Magnetiska fält saknar början och slut, dvs. de bildar slutna kurvor kring elektriska strömmar, t.ex. runt en strömförande ledare som i Ørsteds experiment.

Maxwell kompletterade dessa tre lagar med antagandet att ett magnetfält även genereras av ett varierande elektriskt fält, Maxwells komplettering. Enligt denna genererar ett växande elektriskt fält ett magnetiskt fält. Det växande magnetiska fältet skapar enligt Faradays lag i sin tur ett sekundärt elektriskt fält som överlagras det ursprungliga. Denna växelverkan ger fältet ett slags självständig existens i form av en fortskridande transversell vågrörelse.

Maxwells ekvationer visar också att det elektriska fältet kring en elektron har olika utseende beroende på om elektronen är i vila eller om den rör sig. Med denna föränderliga fältlinjebild kan man grafiskt illustrera ursprunget till den elektromagnetiska strålningen från en accelererad laddning.

Ord kan endast ge en vag och ofullständig bild av det som Maxwells ekvationer förmedlar. Heinrich Hertz, vars experiment och formulering av Maxwells teori ledde till dess genombrott, skrev: "Man kan inte undgå en känsla av att dessa matematiska formler har en egen oberoende existens ... att vi får ut mer från dem än vad som ursprungligen lagts in i dem".

Kategori: 

Lägg till ny kommentar