Força electromagnètica

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca

En física, la força electromagnètica és la força que exerceix el camp electromagnètic sobre partícules carregades elèctricament. Es tracta de la força que manté units els electrons i els protons a l'àtom i els àtoms a les molècules. És una de les quatre forces fonamentals de la naturalesa i, des del punt de vista quàntic, actua mitjançant l'intercanvi de partícules (fotons) i partícules virtuals (fotons virtuals).

Història[modifica | modifica el codi]

Originalment l'electricitat i el magnetisme eren concebuts com a fenòmens independents, aquest punt de vista va començar a canviar quan el 1820 un físic i químic danès anomenat Hans Christian Ørsted va observar una relació entre els dos fenòmens mentre experimentava amb una pila voltaica i una brúixola. A més Francesc Aragó va descobrir que el ferro adquiria propietats magnètiques quan es posava al costat d'un corrent elèctric i André-Marie Ampère descobria el primer electroimant en enrotllar helicoidalment un conductor al voltant d'una barra de ferro. Finalment la relació entre ambdós fenòmens va quedar fixada després de la publicació el 1873 del Treatise on Electricity and Magnetism (Tractat sobre l'electricitat i el magnetisme) de James Clerk Maxwell, on es demostrava que les interaccions entre les càrregues elèctriques i el magnetisme eren regulades per una única força. D'aquestes interaccions en resulten quatre efectes principals que han estat clarament demostrats a partir dels experiments:

  1. Les càrregues elèctriques s'atreuen o es repel·leixen entre sí amb una força inversament proporcional al quadrat de la distància que les separa: de la mateixa manera que unes s'atreuen altres es repel·leixen.
  2. Els pols magnètics, o estats de polarització a punts individuals, atreuen o repel·leixen altres de la mateixa manera, sempre van aparellats: per a cada pol nord hi ha el seu corresponent pol sud.
  3. Un corrent elèctric a un fil conductor crea un camp magnètic circular al voltant del fil, la direcció d'aquest camp dependrà de la direcció de circulació del corrent.
  4. S'indueix un corrent elèctric a una espira de fil conductor quan l'espira es mou cap a un camp magnètic o quan se n'allunya; el mateix passa si un imant es mou cap a una espira o quan se n'allunya, la direcció del corrent dependrà de la direcció en què es mogui l'espira o l'imant.

Descripció matemàtica[modifica | modifica el codi]

Camp magnètic a un inductor.

El camp electromagnètic exerceix una força sobre les partícules carregades elèctricament que es coneix com a força de Lorentz:

 
\vec{F} = q \vec{E} + q \vec{v} \wedge \vec{B}

o també, en unitats de Gauss:


\vec{F} = q \vec{E} + q \frac{\vec{v}} {c} \wedge \vec{B}

La interacció electrostàtica, Llei de Coulomb, sobre les partícules suposant-les immòbils és:

F = k \frac{|q||q_{2}|}{d^{2}}

on \vec{F}=- k \frac{q*q_{2}}{d^{2}}*\vec{u}

on \vec{u} és el vector unitari adreçat de q cap a q_{2}

on:

(totes les dimensions són mesurades dins del mateix sistema inercial de referència).

La primera descripció de la força entre dues partícules carregades, que és contrària a la llei de Coulomb, és vàlida en el marc de la teoria de la relativitat, i de fet, el camp magnètic és vist com una interacció relativista de les càrregues en moviment, cosa que la llei de Coulomb no explica.

Vegeu també[modifica | modifica el codi]