Роль электромагнитных взаимодействий природе

роль электромагнитных взаимодействий в природе кратко

Электромагни́тное взаимоде́йствие — одно из четырёх фундаментальных взаимодействий. Электромагнитное взаимодействие существует между частицами, обладающими электрическим зарядом [1]. С современной точки зрения электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами осуществляется не прямо, а только посредством электромагнитного поля.

С точки зрения квантовой теории поля [2] электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозоном — фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля). Сам фотон электрическим зарядом не обладает, но может взаимодействовать с другими фотонами путём обмена виртуальными электрон-позитронными парами.

Из фундаментальных частиц в электромагнитном взаимодействии участвуют также имеющие электрический заряд частицы: кварки, электрон, мюон и тау-лептон (из фермионов), а также заряженные калибровочные W±-бозоны. Остальные фундаментальные частицы Стандартной Модели (все типы нейтрино, бозон Хиггса и переносчики взаимодействий: калибровочный Z0-бозон, фотон, глюоны) электрически нейтральны.

Электромагнитное взаимодействие отличается от слабого [3] и сильного [4] взаимодействия своим дальнодействующим характером — сила взаимодействия между двумя зарядами спадает только как вторая степень расстояния (см.: закон Кулона). По такому же закону спадает с расстоянием гравитационное взаимодействие. Электромагнитное взаимодействие заряженных частиц намного сильнее гравитационного, и единственная причина, по которой электромагнитное взаимодействие не проявляется с большой силой в космических масштабах — электрическая нейтральность материи, то есть наличие в каждой области Вселенной с высокой степенью точности равных количеств положительных и отрицательных зарядов.

В классических (неквантовых) рамках электромагнитное взаимодействие описывается классической электродинамикой. Это не очень кратко но на пять сгодится

Источник

1. Роль электромагнитных взаимодействий в природе. Электрический заряд и его дискретность. Закон сохранения заряда. Закон Кулона. Напряжённость электрического поля.

В электромагнитном взаимодействии участвуют все заряженные тела, все заряженные элементарные частицы.

Электрический заряд – это характеристика тел или частиц, определяющая их способность к электромагнитному взаимодействию.

Закон сохранения электрического заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов в замкнутой системе не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе: .

Закон взаимодействия неподвижных электрич. зарядов экспериментально установлен и сформулирован Ш. Кулоном для точечных электрич. зарядов – таких заряженных тел, размеры которых малы по сравнению с расстоянием между ними.

Закон Кулона: модуль силы взаимодействия F двух неподвижных точечных зарядов, находящихся в вакууме, п рямо пропорционален произведению модулей зарядов q₁ и q₂ и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними: (1,1)

где ε₀ – электрическая постоянная (ε₀ = 8,85×10 -12 Ф/м).

Коэффициент пропорциональности в з-не Кулона часто записывают в виде .

З-н Кулона в виде (1.1) справедлив также для заряженных макроскопических тел, имеющих сферическую форму. В этом случае расстояние r определяется между центрами сферич. тел.

З-н Кулона в векторной форме:

где — сила, действующая на заряд q₁ со стороны заряда q₂,

– единичный вектор, вдоль кот. направлен вектор силы,

— радиус-вектор заряда q₁ относительно заряда q₂, .

Сила направлена по прямой (рис. 1.1), соединяющей взаимодействующие точечные заряды (центры сферических зарядов), и наз. силой Кулона. Направление кулоновских сил определяется знаками взаимодействующих зарядов.

Силы электростатического взаимодействия удовлетворяют третьему з-ну Ньютона: , т. е. силы электростатического взаимодействия 2-х зарядов равны по модулю и противоположны по направлению.

Если заряды q₁ и q₂ взаимодействуют в изотропной и однородной среде с диэлектрической проницаемостью ε, то сила Кулона в такой среде определяется выражением: Напряженность электрического поля – векторная величина, равная отношению силы , действующей на неподвижный положительный пробный заряд q₀, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда: , [E]=1Н/Кл=1В/м.

Пробный заряд q₀ – точечный заряд, кот. не должен существенно возмущать исследуемое поле.

Напряженность поля, создаваемого точечным зарядом, в некоторой точке А (рис. 1.2) находится из выражения: , где – радиус-вектор, соединяющий заряд q с данной точкой поля, или в скалярной форме:

12.Магнитное поле. Поле элементарного тока. Магнитный момент элементарного тока. Механизмы намагничивания.

Магнитное поле – силовое поле, действующее на движущиеся (в системе, в которой рассматривается поле) электрические заряды (токи) и на тела, обладающие магнитным моментом. Вместе с электрическим полем образует единое электромагнитное поле. Магнитное поле в некоторой системе отсчета создается только движущимися относительно нее электрическими зарядами.

При помещении в магнитное поле вещества в нем происходят процессы ориентации различных структур, обладающих дипольным магнитным моментом. Так электроны, перемещаясь по орбитам, образуют элементарные токи и соответствующие магнитные поля или магнитные диполи (рис. 1 а)). Кроме этого, электроны создают магнитный момент за счет вращения вокруг собственной оси, называемый спиновым магнитным моментом.

Магнитный диполь можно характеризовать вектором магнитного момента, численно равным произведению величины элементарного тока на площадь контура, ограниченного этим током в пространстве: m = is, и направленным по нормали к площади контура. Геометрическая сумма всех магнитных моментов образует магнитный момент тела M = ∑ m, который обычно соотносят с объемом вещества V и называют намагниченностью или интенсивностью намагничивания J=M/V (1)

Единицу измерения намагниченности можно определить из выражения (1) [J] = [M/V] = Ам 2 /м 3 = А/м.

Вектор намагниченности совпадает с направлением вектора напряженности и связан с ним линейной зависимостью J=кН

Источник

8. Электромагнитное взаимодействие, его роль в природе. Классическая и квантовая теории электромагнитного взаимодействия

Электромагнитное взаимодействие — это тип физического взаимодействия, характеризуемый участием электромагнитного поля. Электромагнитное поле либо излучается, либо поглощается при взаимодействии, либо переносит взаимодействие между телами.

Так, кулоновское притяжение между двумя неподвижными телами, обладающими разноименными электрическими зарядами, осуществляется посредством электрического поля, создаваемого этими зарядами. Если расстояние между телами значительно превышает их размеры, то сила притяжения

(закон Кулона)

Такая зависимость от расстояния отражает дальнодействующий характер электромагнитного взаимодействия, его неограниченный радиус действия (как и у гравитационного взаимодействия).

В отличие от гравитационного взаимодействия, при котором тела всегда притягиваются, электромагнитное взаимодействие может приводить как к притяжению, так и к отталкиванию между телами. Это отражает существование двух разноименных электрических зарядов: положительного и отрицательного. Разноименные заряды притягиваются, одноименные — отталкиваются. Свободные магнитные заряды в природе не обнаружены.

Электромагнитное взаимодействие ответственно за существование основных кирпичиков вещества — атомов и молекул. Оно определяет взаимодействие положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов в этих микросистемах. Поэтому к электромагнитному взаимодействию сводится большинство сил, которые наблюдаются в макроскопических явлениях: силы упругости и трения, поверхностного натяжения в жидкостях и др.

Свойства различных агрегатных состояний вещества, химические превращения, электрические, магнитные и оптические явления определяются электромагнитным взаимодействием.

Электромагнитную природу имеет явление сверхпроводимости (сверхпроводимость — полное отсутствие сопротивления постоянному току у многих металлов и металлических сплавов при температурах, близких к абсолютному нулю). Электромагнитную природу имеет и явление сверхтекучести (сверхтекучесть — это свойство жидкого гелия протекать без трения сквозь тонкие капилляры и щели при температуре, ниже 2,17 К).

Электромагнитным взаимодействием обусловлены упругое и неупругое рассеяние электронов, позитронов и мюонов, процессы расщепления ядер фотонами и др.

Проявление электромагнитного взаимодействия широко используется в электротехнике, электронике, оптике, квантовой электронике.

Таким образом, электромагнитное взаимодействие обуславливает подавляющее большинство явлений окружающего нас мира.

Явления, в которых участвуют слабые, медленно меняющиеся электромагнитные поля, управляются законами классической электродинамики (слабость электромагнитного поля означает, что его энергия  2 , где mc 2 энергия покоя электрона, m — масса электрона; медленное изменение электромагнитного поля означает, что , где  -круговая частота изменения поля).

Для сильных или быстроменяющихся полей (~ mc 2 , ~ ) определяющую роль играют квантовые явления. Кванты электромагнитного поля называются фотонами или — квантами. Они характеризуют корпускулярные свойства электромагнитного поля. Масса покоя фотона равна нулю, его электрический заряд тоже равен нулю, а скорость равна скорости света.

Источник