Elektromagnetism

Elektromagnetism on väljend kogu elektriliste ja magnetiliste nähtuste kogumi kohta. Elektromagnetismi all mõistetakse füüsikas ühtlustatud arusaama elektrist ja magnetismist. Elektromagnetismi teooria füüsikas on elektrodünaamika.

Elektromagnetismi avastamine

Pikka aega ei eristatud füüsikas korrektselt elektrilisi ja magnetilisi jõude. See tõi kaasa kas mõlema nähtuse segiajamise või arvamuse, et elektri ja magnetismi vahel puudub igasugune seos.

Alles 1820. aastal mõistis Oersted, et vooluga juht tekitab lähistel asuva kompassinõela peale magnetilise jõumõju, ning järeldas seeläbi, et liikuvatest laengutest lähtub magnetväli. James Clerk Maxwell sõnastas 1864. aastal Maxwelli võrrandid ja rajas sellega elektromagnetismi ühtlustatud kirjelduse jaoks elektrodünaamika matemaatilised alused.

Lugege meie juhendist lähemalt magnetite ajaloost.

Elektromagnetismi alused

Elektrilaengud on elektriväljade allikad. Magnetväljad tekivad vooludest, s.t liikuvatest laengutest, ning ajas muutuvatest elektriväljadest, mis omakorda tekivad ajas muutuvatest magnetväljadest.

Laetud objektid mõjuvad üksteisele elektriliste jõududega. On olemas positiivsed ja negatiivsed elektrilaengud. Ühelaengulised kehad (mõlemad negatiivsed või mõlemad positiivsed) tõukuvad ning erineva laenguga (üks negatiivne, teine positiivne) tõmbuvad. On kindlaks tehtud, et jõud kaovad, kui laengud saavad ära voolata. See võib toimuda näiteks kokkupuutel maandatud metallosadega või lihtsalt laetud kehade puudutamisel, kusjuures võib saada elektrilöögi.

Magnetite puhul toimib jõud ka siis, kui kehad ei ole laetud. Jõumõju ei kao, kui kehasid maandada või puudutada. See tuleneb sellest, et magnetilised jõud tekivad elektronide liikumisest magnetilises aines. Laenguliikumine toimub magnetilise materjali üksikutes aatomites ega ole liiglaengut, mis saaks kuhugi ära voolata.

Liikuvatest laengutest lähtuvad põhimõtteliselt magnetilised jõud. Seejuures tekib alati magnetväli, millel on põhjapoolus ja lõunapoolus. Magnetväljale ei ole allikaid samas mõttes nagu laengud on elektrivälja allikad. Elektromagneti tekitamisel juhitakse pooli kaudu tugev vool, mille tulemusel tekib tugev magnetiline jõumõju.

Paljusid elektromagnetismi nähtusi, näiteks elektromagnetlainete olemasolu, saab Maxwelli võrrandite alusel ette ennustada ja arvutada.

Elektromagnetism kui igapäevaste jõudude ja nähtuste selgitus

Lisaks elektromagnetismile ja sellega seotud jõududele eksisteerivad fundamentaalsetest füüsikalistest jõududest veel ainult gravitatsioon ja tuumajõud. Kõiki meie maailma nähtusi saab nende jõududega seletada. Märkimisväärne on, et peaaegu kõik jõud ja nähtused, mida igapäevaelus täheldame, on elektromagnetilise iseloomuga. Ainult aatomienergiaga seotud jõud on märgatavad tuumajõud ning kehade vastastikune tõmme Maa poolt ja tähtede, planeetide ning Kuu liikumine taevavõlvil on gravitatsiooninähtused.

Elektrodünaamikas käsitletakse täielikult magnetismi ja elektri teooriaid. Hämmastav on, kuidas elektrodünaamikat kasutatakse füüsikas väga erinevate nähtuste selgitamiseks, mis esmapilgul ei paista selgelt elektriliste või magnetiliste nähtustena.

Aine stabiilsus ise seletub valdavalt elektromagnetismiga. Aatomites tiirlevad negatiivselt laetud elektronid positiivselt laetud aatomituuma ümber.

Aine omadusi, nagu kõvadus, värvus, läige, kuju, soojusjuhtivus ja paljud teised, saab selgitada elektromagnetiliste jõududega. Kogu meie keskkonnas mõõdetav kiirgusenergia (v.a osakestekiirgus) on elektromagnetlained – raadiolained, mobiiltelefoni kiirgus, mikrolained, soojuskiirgus, nähtav valgus ja röntgenikiirgus. Need erinevad vaid lainepikkuse poolest.

Kui on teada mõned üksikud materjaliparameetrid, saab täpselt arvutada aine värvuse, elektrijuhtivuse, pinna peegeldusvõime, valguse läbilaskvuse või valguse murdumise pinnal. See kehtib mitte ainult valguse, vaid ka raadiolainete, röntgenikiirguse ja kõigi teiste elektromagnetlainete kohta.

Seetõttu on elektromagnetismi põhjalik mõistmine kasulik mitte üksnes elektroonikaskeemide väljatöötamisel, vaid aitab selgitada ka meie ümbruses esinevaid kõige erinevamaid nähtusi.