Força electromagnètica

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca

L'electromagnetisme, o força electromagnètica, és una de les quatre interaccions fonamentals de la natura, juntament amb la interacció forta, la interacció feble i la gravitació. Aquesta força és descrita pels camps electromagnètics i té instàncies físiques innombrables, incloent-hi la interacció de partícules amb càrrega i la interacció de camps de força magnètics sense càrrega amb conductors elèctrics.

La paraula electromagnetisme és una forma composta de dos termes grecs, ἢλεκτρον, ēlektron, "ambre", i μαγνήτης, magnètic, "magnítis líthos" (μαγνήτης λίθος), que significa "pedra de Magnèsia", un tipus de mena de ferro. La ciència dels fenòmens electromagnètics es defineix en termes de la força electromagnètica, a vegades anomenada força de Lorentz, que inclou l'electricitat i el magnetisme com a elements d'un mateix fenomen.

Durant l'època dels quarks, la força electrofeble es dividí en electromagnetisme i força feble. La força electromagnètica té un paper important a l'hora de determinar les propietats internes de la majoria d'objectes que es troben en la vida quotidiana. La matèria normal adquireix la seva forma com a resultat de forces intermoleculars entre molècules individuals de la matèria. Els electrons estan units per la mecànica d'ones electromagnètiques en orbitals al voltant de nuclis atòmics per formar àtoms, que són els components de les molècules. Això governa els processos implicats en la química, que sorgeixen d'interaccions entre els electrons d'àtoms veïns, que al seu torn es determinen per la interacció entre força electromagnètica i el moment dels electrons.

Hi ha moltes descripcions matemàtiques del camp electromagnètic. En electrodinàmica clàssica, els camps elèctrics es descriuen com a potencial elèctric i corrent elèctric a la llei d'Ohm, els camps magnètics estan associats amb la inducció electromagnètica i el magnetisme, i les equacions de Maxwell descriuen com els camps elèctrics i magnètics es generen i alteren els uns pels altres i per càrregues i corrents.

Les implicacions teòriques de l'electromagnetisme, en particular la determinació de la velocitat de la llum basant-se en les propietats del "medi" de propagació (permeabilitat i permitivitat), conduïren al desenvolupament de la relativitat especial per Albert Einstein el 1905.

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]