Elektromagnetisme
Elektromagnetisme adalah gaya yang menyebabkan interaksi antara partikel-partikel bermuatan listrik, daerah di mana hal ini terjadi disebut medan elektromagnetik. Ini adalah salah satu dari empat interaksi fundamental di alam. Tiga lainnya adalah interaksi yang kuat, interaksi lemah dan gravitasi.
Elektromagnetisme adalah interaksi bertanggung jawab untuk hampir semua fenomena yang dihadapi dalam kehidupan sehari-hari, dengan pengecualian gravitasi. Materi biasa mengambil bentuk sebagai akibat dari kekuatan intermolekuler antara molekul individu dalam materi. Elektron terikat oleh mekanika gelombang elektromagnetik ke dalam orbital sekitar inti atom untuk membentuk atom, yang merupakan blok bangunan molekul. Ini mengatur proses yang terlibat dalam kimia, yang timbul dari interaksi antara elektron dari atom tetangga, yang pada gilirannya ditentukan oleh interaksi antara gaya elektromagnetik dan momentum elektron.
Elektromagnetisme bermanifestasi sebagai baik medan listrik dan medan magnet.Kedua aspek bidang yang hanya berbeda elektromagnetisme, dan karenanya secara intrinsik terkait. Jadi, medan listrik yang berubah menghasilkan medan magnet, sebaliknya medan magnet yang berubah menghasilkan medan listrik. Efek ini disebut induksi elektromagnetik, dan merupakan dasar dari operasi untuk generator listrik, motor induksi, dan transformer. Matematis berbicara, medan magnet dan medan listrik dapat ditukar dengan gerak relatif sebagai tensor orde 2 atau bivector.
Medan listrik adalah penyebab fenomena beberapa umum, seperti potensial listrik (seperti tegangan baterai) dan listrik saat ini (seperti aliran listrik melalui senter). Medan magnet adalah penyebab dari gaya yang terkait dengan magnet.
Di elektrodinamika kuantum, interaksi elektromagnetik antara partikel bermuatan dapat dihitung dengan menggunakan metode diagram Feynman, di mana partikel gambar kita kurir yang disebut foton virtual yang dipertukarkan antara partikel bermuatan. Metode ini dapat diturunkan dari gambar lapangan melalui teori kekacauan.
Implikasi teoretis dari elektromagnetisme menyebabkan perkembangan relativitas khusus oleh Albert Einstein pada tahun 1905.
Awalnya listrik dan magnet dianggap sebagai dua kekuatan yang terpisah. Pandangan ini berubah, bagaimanapun, dengan publikasi tahun 1873 Risalah James Clerk Maxwell pada Listrik dan Magnetisme di mana interaksi muatan positif dan negatif yang ditampilkan untuk diatur oleh satu kekuatan. Ada empat efek utama yang dihasilkan dari interaksi ini, yang semuanya telah jelas ditunjukkan oleh percobaan:
Hans Christian Ørsted
Biaya listrik menarik atau menolak satu sama lain dengan kekuatan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara mereka: seperti biaya menarik, seperti yang mengusir.
Kutub magnet (atau negara polarisasi di poin individu) menarik atau menolak satu sama lain dalam cara yang sama dan selalu datang berpasangan: setiap kutub utara adalah dicampuradukkan ke kutub selatan.
Arus listrik dalam kawat menciptakan medan magnet di sekitar kawat melingkar, arah (searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam) tergantung pada arus.
Saat ini adalah diinduksi dalam loop kawat ketika digerakkan menuju atau menjauh dari medan magnet, atau magnet dipindahkan menuju atau menjauh dari itu, arah arus tergantung pada gerakan.
Sementara mempersiapkan untuk kuliah malam pada tanggal 21 April 1820, Hans Christian Ørsted melakukan pengamatan mengejutkan. Saat ia sedang menyiapkan bahan, ia melihat jarum kompas dibelokkan dari utara magnet ketika arus listrik dari baterai yang ia gunakan itu dinyalakan dan dimatikan. Defleksi ini meyakinkannya bahwa medan magnet memancar dari semua sisi kawat membawa arus listrik, seperti cahaya dan panas lakukan, dan itu menegaskan hubungan langsung antara listrik dan magnet.
James Clerk Maxwell
Pada saat penemuan, Ørsted tidak menyarankan penjelasan yang memuaskan dari fenomena tersebut, juga tidak dia mencoba untuk mewakili fenomena tersebut dalam kerangka matematis. Namun, tiga bulan kemudian ia mulai penyelidikan lebih intensif.Segera setelah itu ia menerbitkan temuannya, membuktikan bahwa arus listrik menghasilkan medan magnet ketika mengalir melalui kawat. Unit CGS dari induksi magnetik (Oersted) dinamai untuk menghormati kontribusi untuk bidang elektromagnetisme.
Temuan-Nya menghasilkan penelitian intensif di seluruh masyarakat ilmiah dalam elektrodinamika. Mereka mempengaruhi perkembangan fisikawan Perancis André-Marie amper dari bentuk matematis tunggal untuk mewakili kekuatan magnet antara konduktor pembawa arus. Ørsted penemuan yang juga mewakili sebuah langkah besar menuju konsep kesatuan energi.
Ini unifikasi, yang diamati oleh Michael Faraday, diperpanjang oleh James Clerk Maxwell, dan sebagian dirumuskan oleh Oliver Heaviside dan Heinrich Hertz, adalah salah satu prestasi kunci fisika abad ke-19 matematika. Ini sudah jauh-konsekuensi, salah satunya adalah pemahaman tentang sifat cahaya. Gelombang elektromagnetik cahaya dan lainnya mengambil bentuk terkuantisasi, menyebarkan diri gangguan elektromagnetik osilasi lapangan yang disebut foton. Frekuensi yang berbeda osilasi menimbulkan berbagai bentuk radiasi elektromagnetik, dari gelombang radio pada frekuensi terendah, dengan cahaya tampak pada frekuensi menengah, sampai sinar gamma pada frekuensi tertinggi.
Ørsted bukanlah orang hanya untuk menguji hubungan antara listrik dan magnet. Pada tahun 1802 Gian Domenico Romagnosi, seorang sarjana hukum di Italia, dibelokkan jarum magnet oleh muatan elektrostatik. Sebenarnya, tidak ada arus galvanik ada di setup dan karenanya elektromagnetisme tidak ada sekarang. Sebuah account penemuan tersebut dipublikasikan pada tahun 1802 di sebuah surat kabar Italia, tapi sebagian besar diabaikan oleh komunitas ilmiah kontemporer. [1]
[Sunting] Ikhtisar
Gaya elektromagnetik adalah salah satu dari empat gaya fundamental yang dikenal.Gaya-gaya fundamental lainnya adalah: gaya nuklir kuat, yang mengikat quark untuk membentuk nukleon, dan nukleon mengikat untuk membentuk inti, gaya nuklir lemah, yang menyebabkan bentuk-bentuk tertentu dari peluruhan radioaktif, dan gaya gravitasi. Semua kekuatan lain (misalnya gesekan) yang pada akhirnya berasal dari kekuatan-kekuatan fundamental dan momentum dibawa oleh gerakan partikel.
Gaya elektromagnetik yang bertanggung jawab untuk hampir semua fenomena satu pertemuan dalam kehidupan sehari-hari di atas skala nuklir, dengan pengecualian gravitasi. Secara kasar, semua kekuatan yang terlibat dalam interaksi antara atom-atom dapat dijelaskan oleh gaya elektromagnetik yang bekerja pada inti atom bermuatan listrik dan elektron di dalam dan di sekitar atom, bersama dengan bagaimana partikel membawa momentum oleh gerakan mereka. Ini termasuk kekuatan yang kita alami dalam "mendorong" atau "menarik" benda material biasa, yang datang dari gaya antarmolekul antara molekul individu dalam tubuh kita dan mereka dalam objek. Ini juga mencakup semua bentuk fenomena kimia.
Sebuah bagian penting dari pemahaman intra-atom untuk gaya antarmolekul adalah gaya yang efektif yang dihasilkan oleh momentum gerakan elektron ', dan bahwa elektron bergerak di antara atom-atom berinteraksi, membawa momentum dengan mereka.Sebagai koleksi elektron menjadi lebih terbatas, momentum minimum mereka selalu meningkat karena prinsip eksklusi Pauli. Perilaku materi pada skala molekul termasuk kepadatan ditentukan oleh keseimbangan antara gaya elektromagnetik dan gaya yang dihasilkan oleh pertukaran momentum dibawa oleh elektron sendiri.
[Sunting] Klasik elektrodinamika
Artikel utama: Klasik elektrodinamika
Para ilmuwan William Gilbert yang diusulkan, dalam bukunya De Magnete (1600), bahwa listrik dan magnet, sedangkan kedua mampu menyebabkan tarikan dan tolakan benda, adalah efek yang berbeda. Pelaut telah menyadari bahwa sambaran petir memiliki kemampuan untuk mengganggu jarum kompas, tetapi hubungan antara petir dan listrik tidak dikonfirmasi sampai percobaan Benjamin Franklin diusulkan pada 1752. Salah satu yang pertama untuk menemukan dan mempublikasikan hubungan antara buatan manusia arus listrik dan magnetisme adalah Romagnosi, yang pada tahun 1802 memperhatikan bahwa menghubungkan kawat di tumpukan volta dibelokkan jarum kompas di dekatnya.Namun, efeknya tidak menjadi dikenal secara luas sampai 1820, ketika Ørsted melakukan percobaan yang sama [2] bekerja Ørsted yang dipengaruhi amper untuk menghasilkan teori elektromagnetisme yang mengatur subjek pada dasar matematika..
Sebuah teori elektromagnetisme, yang dikenal sebagai elektromagnetisme klasik, dikembangkan oleh fisikawan berbagai selama abad ke-19, yang berpuncak pada karya James Clerk Maxwell, yang bersatu perkembangan sebelumnya menjadi sebuah teori tunggal dan menemukan sifat elektromagnetik cahaya. Dalam elektromagnetisme klasik, medan elektromagnetik mematuhi seperangkat persamaan yang dikenal sebagai persamaan Maxwell, dan gaya elektromagnetik diberikan oleh kekuatan hukum Lorentz.
Salah satu keanehan elektromagnetisme klasik adalah bahwa sulit untuk berdamai dengan mekanika klasik, tetapi kompatibel dengan relativitas khusus. Menurut persamaan Maxwell, kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah sebuah konstanta universal, tergantung hanya pada permitivitas listrik dan permeabilitas magnet ruang bebas. Ini melanggar invarian Galilea, landasan lama mekanika klasik. Salah satu cara untuk mendamaikan dua teori adalah dengan mengasumsikan keberadaan eter luminiferous melalui mana berpropagasi cahaya. Namun, upaya percobaan selanjutnya gagal untuk mendeteksi keberadaan aether. Setelah kontribusi penting dari Hendrik Lorentz dan Henri Poincaré, pada tahun 1905, Albert Einstein memecahkan masalah dengan pengenalan relativitas khusus, yang menggantikan kinematika klasik dengan teori baru kinematika yang kompatibel dengan elektromagnetisme klasik. (Untuk informasi lebih lanjut, lihat Sejarah relativitas khusus.)
Selain itu, teori relativitas menunjukkan bahwa dalam bergerak kerangka acuan medan magnet berubah ke lapangan dengan komponen listrik nol dan sebaliknya, dengan demikian tegas menunjukkan bahwa mereka adalah dua sisi dari koin yang sama, dan dengan demikian "elektromagnetisme" panjang. (Untuk informasi lebih lanjut, lihat elektromagnetisme Klasik dan relativitas khusus.)
[Sunting] efek fotolistrik
Artikel utama: efek fotolistrik
Dalam kertas lain diterbitkan pada tahun yang sama, Albert Einstein merusak dasar-dasar elektromagnetisme klasik. Teorinya tentang efek fotolistrik (yang ia memenangkan hadiah Nobel untuk fisika) mengemukakan bahwa cahaya dapat ada di diskrit seperti jumlah partikel, yang kemudian kemudian dikenal sebagai foton. Teori Einstein tentang efek fotolistrik memperluas wawasan yang muncul dalam solusi dari bencana ultraviolet yang disajikan oleh Max Planck pada tahun 1900. Dalam karyanya, Planck menunjukkan bahwa benda-benda panas memancarkan radiasi elektromagnetik dalam paket-paket diskrit, yang mengarah pada total energi yang terbatas dipancarkan sebagai radiasi benda hitam. Kedua hasil ini bertentangan langsung dengan pandangan klasik cahaya sebagai gelombang kontinu. Planck dan teori-teori Einstein adalah nenek moyang mekanika kuantum, yang, ketika dirumuskan pada tahun 1925, mengharuskan penemuan teori kuantum elektromagnetisme. Teori ini, selesai pada tahun 1940-an, dikenal sebagai elektrodinamika kuantum (atau "QED"), dan, dalam situasi di mana teori kekacauan ini berlaku, adalah salah satu teori yang paling akurat dikenal untuk fisika.
[Sunting] Unit
Unit elektromagnetik adalah bagian dari sistem unit listrik didasarkan terutama pada sifat magnetik dari arus listrik, unit SI mendasar menjadi ampere. Unit adalah:
ampere (arus listrik)
coulomb (muatan listrik)
farad (kapasitansi)
henry (induktansi)
ohm (resistensi)
tesla (kerapatan fluks magnetik)
volt (potensial listrik)
watt (daya)
weber (fluks magnetik)
Dalam sistem cgs elektromagnetik, arus listrik adalah jumlah mendasar yang didefinisikan via hukum amper dan mengambil permeabilitas sebagai kuantitas berdimensi (permeabilitas relatif) yang nilainya dalam ruang hampa adalah satu. Sebagai konsekuensinya, kuadrat dari kecepatan cahaya muncul secara eksplisit dalam beberapa persamaan interrelating kuantitas dalam sistem ini.
Elektromagnetisme SI unit v d e
Simbol [3] Nama Jumlah Satuan Unit Unit Basis Berasal
Saya Arus listrik ampere (SI unit dasar) A (= W / V = C / s)
Q Muatan listrik coulomb C A ° S
U, ΔV, Δφ; E Beda potensial; Electromotive kekuatan volt V kg · m2 ° S-3 · A-1 (= J / C)
R, Z; X Listrik resistensi, Impedansi, Reaktansi ohm Ω kg · m2 ° S-3 · A-2 (= V / A)
Resistivitas ρ ohm meter yang Ω · m kg · m3 ° S-3 · A-2
P Listrik Watt W kg · m2 ° S-3 (= V · A)
C Kapasitansi farad F kg-1 · m-2 · A2 · s4 (= C / V)
E kekuatan medan listrik volt per meter V / m kg · M · s-3 · A-1 (= N / C)
D bidang perpindahan listrik Coulomb per meter persegi C/m2 Â · s · m-2
permitivitas ε farad per meter F / m kg-1 · m-3 · A2 · s4
χe Listrik kerentanan (berdimensi) - -
G, Y, B Konduktansi, Admitansi; kg-1 kerentanan siemens S · m-2 · s3 · A2 (= Ω-1)
κ, γ, σ Konduktivitas siemens per meter S / m kg-1 · m-3 · s3 · A2
B kerapatan fluks magnetik, induksi magnetik tesla T kg ° S-2 · A-1 (= Wb/m2 = N · A-1 · m-1)
Φ fluks magnetik weber Wb kg · m2 ° S-2 · A-1 (= V ° S)
H kekuatan medan magnet ampere per meter A / m A · m-1
L, M Induktansi henry H kg · m2 ° S-2 · A-2 (= Wb / A = V ° S / A)
μ Permeabilitas henry per meter H / m kg · M · s-2 · A-2
χ kerentanan magnetik (berdimensi) - -
[Sunting] fenomena elektromagnetik
Dengan pengecualian gravitasi, elektromagnetik fenomena seperti yang dijelaskan oleh elektrodinamika kuantum (yang termasuk sebagai kasus membatasi elektrodinamika klasik) account untuk hampir semua fenomena fisik diamati dengan indra manusia tanpa bantuan, termasuk radiasi elektromagnetik cahaya dan lainnya, semua kimia, sebagian besar mekanik (kecuali gravitasi), dan tentu saja magnetisme dan listrik. Monopoles magnetik (dan "Gilbert" dipol) tidak ketat fenomena elektromagnetik, karena dalam elektromagnetisme standar, medan magnet yang dihasilkan tidak dengan benar "muatan magnetik" tapi oleh arus. Namun demikian, analog benda terkondensasi monopoles magnetik dalam bahan eksotis (es spin) yang dibuat di laboratorium [4].
Elektromagnetisme adalah gaya yang menyebabkan interaksi antara partikel-partikel bermuatan listrik, daerah di mana hal ini terjadi disebut medan elektromagnetik. Ini adalah salah satu dari empat interaksi fundamental di alam. Tiga lainnya adalah interaksi yang kuat, interaksi lemah dan gravitasi.
Elektromagnetisme adalah interaksi bertanggung jawab untuk hampir semua fenomena yang dihadapi dalam kehidupan sehari-hari, dengan pengecualian gravitasi. Materi biasa mengambil bentuk sebagai akibat dari kekuatan intermolekuler antara molekul individu dalam materi. Elektron terikat oleh mekanika gelombang elektromagnetik ke dalam orbital sekitar inti atom untuk membentuk atom, yang merupakan blok bangunan molekul. Ini mengatur proses yang terlibat dalam kimia, yang timbul dari interaksi antara elektron dari atom tetangga, yang pada gilirannya ditentukan oleh interaksi antara gaya elektromagnetik dan momentum elektron.
Elektromagnetisme bermanifestasi sebagai baik medan listrik dan medan magnet.Kedua aspek bidang yang hanya berbeda elektromagnetisme, dan karenanya secara intrinsik terkait. Jadi, medan listrik yang berubah menghasilkan medan magnet, sebaliknya medan magnet yang berubah menghasilkan medan listrik. Efek ini disebut induksi elektromagnetik, dan merupakan dasar dari operasi untuk generator listrik, motor induksi, dan transformer. Matematis berbicara, medan magnet dan medan listrik dapat ditukar dengan gerak relatif sebagai tensor orde 2 atau bivector.
Medan listrik adalah penyebab fenomena beberapa umum, seperti potensial listrik (seperti tegangan baterai) dan listrik saat ini (seperti aliran listrik melalui senter). Medan magnet adalah penyebab dari gaya yang terkait dengan magnet.
Di elektrodinamika kuantum, interaksi elektromagnetik antara partikel bermuatan dapat dihitung dengan menggunakan metode diagram Feynman, di mana partikel gambar kita kurir yang disebut foton virtual yang dipertukarkan antara partikel bermuatan. Metode ini dapat diturunkan dari gambar lapangan melalui teori kekacauan.
Implikasi teoretis dari elektromagnetisme menyebabkan perkembangan relativitas khusus oleh Albert Einstein pada tahun 1905.
Awalnya listrik dan magnet dianggap sebagai dua kekuatan yang terpisah. Pandangan ini berubah, bagaimanapun, dengan publikasi tahun 1873 Risalah James Clerk Maxwell pada Listrik dan Magnetisme di mana interaksi muatan positif dan negatif yang ditampilkan untuk diatur oleh satu kekuatan. Ada empat efek utama yang dihasilkan dari interaksi ini, yang semuanya telah jelas ditunjukkan oleh percobaan:
Hans Christian Ørsted
Biaya listrik menarik atau menolak satu sama lain dengan kekuatan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara mereka: seperti biaya menarik, seperti yang mengusir.
Kutub magnet (atau negara polarisasi di poin individu) menarik atau menolak satu sama lain dalam cara yang sama dan selalu datang berpasangan: setiap kutub utara adalah dicampuradukkan ke kutub selatan.
Arus listrik dalam kawat menciptakan medan magnet di sekitar kawat melingkar, arah (searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam) tergantung pada arus.
Saat ini adalah diinduksi dalam loop kawat ketika digerakkan menuju atau menjauh dari medan magnet, atau magnet dipindahkan menuju atau menjauh dari itu, arah arus tergantung pada gerakan.
Sementara mempersiapkan untuk kuliah malam pada tanggal 21 April 1820, Hans Christian Ørsted melakukan pengamatan mengejutkan. Saat ia sedang menyiapkan bahan, ia melihat jarum kompas dibelokkan dari utara magnet ketika arus listrik dari baterai yang ia gunakan itu dinyalakan dan dimatikan. Defleksi ini meyakinkannya bahwa medan magnet memancar dari semua sisi kawat membawa arus listrik, seperti cahaya dan panas lakukan, dan itu menegaskan hubungan langsung antara listrik dan magnet.
James Clerk Maxwell
Pada saat penemuan, Ørsted tidak menyarankan penjelasan yang memuaskan dari fenomena tersebut, juga tidak dia mencoba untuk mewakili fenomena tersebut dalam kerangka matematis. Namun, tiga bulan kemudian ia mulai penyelidikan lebih intensif.Segera setelah itu ia menerbitkan temuannya, membuktikan bahwa arus listrik menghasilkan medan magnet ketika mengalir melalui kawat. Unit CGS dari induksi magnetik (Oersted) dinamai untuk menghormati kontribusi untuk bidang elektromagnetisme.
Temuan-Nya menghasilkan penelitian intensif di seluruh masyarakat ilmiah dalam elektrodinamika. Mereka mempengaruhi perkembangan fisikawan Perancis André-Marie amper dari bentuk matematis tunggal untuk mewakili kekuatan magnet antara konduktor pembawa arus. Ørsted penemuan yang juga mewakili sebuah langkah besar menuju konsep kesatuan energi.
Ini unifikasi, yang diamati oleh Michael Faraday, diperpanjang oleh James Clerk Maxwell, dan sebagian dirumuskan oleh Oliver Heaviside dan Heinrich Hertz, adalah salah satu prestasi kunci fisika abad ke-19 matematika. Ini sudah jauh-konsekuensi, salah satunya adalah pemahaman tentang sifat cahaya. Gelombang elektromagnetik cahaya dan lainnya mengambil bentuk terkuantisasi, menyebarkan diri gangguan elektromagnetik osilasi lapangan yang disebut foton. Frekuensi yang berbeda osilasi menimbulkan berbagai bentuk radiasi elektromagnetik, dari gelombang radio pada frekuensi terendah, dengan cahaya tampak pada frekuensi menengah, sampai sinar gamma pada frekuensi tertinggi.
Ørsted bukanlah orang hanya untuk menguji hubungan antara listrik dan magnet. Pada tahun 1802 Gian Domenico Romagnosi, seorang sarjana hukum di Italia, dibelokkan jarum magnet oleh muatan elektrostatik. Sebenarnya, tidak ada arus galvanik ada di setup dan karenanya elektromagnetisme tidak ada sekarang. Sebuah account penemuan tersebut dipublikasikan pada tahun 1802 di sebuah surat kabar Italia, tapi sebagian besar diabaikan oleh komunitas ilmiah kontemporer. [1]
[Sunting] Ikhtisar
Gaya elektromagnetik adalah salah satu dari empat gaya fundamental yang dikenal.Gaya-gaya fundamental lainnya adalah: gaya nuklir kuat, yang mengikat quark untuk membentuk nukleon, dan nukleon mengikat untuk membentuk inti, gaya nuklir lemah, yang menyebabkan bentuk-bentuk tertentu dari peluruhan radioaktif, dan gaya gravitasi. Semua kekuatan lain (misalnya gesekan) yang pada akhirnya berasal dari kekuatan-kekuatan fundamental dan momentum dibawa oleh gerakan partikel.
Gaya elektromagnetik yang bertanggung jawab untuk hampir semua fenomena satu pertemuan dalam kehidupan sehari-hari di atas skala nuklir, dengan pengecualian gravitasi. Secara kasar, semua kekuatan yang terlibat dalam interaksi antara atom-atom dapat dijelaskan oleh gaya elektromagnetik yang bekerja pada inti atom bermuatan listrik dan elektron di dalam dan di sekitar atom, bersama dengan bagaimana partikel membawa momentum oleh gerakan mereka. Ini termasuk kekuatan yang kita alami dalam "mendorong" atau "menarik" benda material biasa, yang datang dari gaya antarmolekul antara molekul individu dalam tubuh kita dan mereka dalam objek. Ini juga mencakup semua bentuk fenomena kimia.
Sebuah bagian penting dari pemahaman intra-atom untuk gaya antarmolekul adalah gaya yang efektif yang dihasilkan oleh momentum gerakan elektron ', dan bahwa elektron bergerak di antara atom-atom berinteraksi, membawa momentum dengan mereka.Sebagai koleksi elektron menjadi lebih terbatas, momentum minimum mereka selalu meningkat karena prinsip eksklusi Pauli. Perilaku materi pada skala molekul termasuk kepadatan ditentukan oleh keseimbangan antara gaya elektromagnetik dan gaya yang dihasilkan oleh pertukaran momentum dibawa oleh elektron sendiri.
[Sunting] Klasik elektrodinamika
Artikel utama: Klasik elektrodinamika
Para ilmuwan William Gilbert yang diusulkan, dalam bukunya De Magnete (1600), bahwa listrik dan magnet, sedangkan kedua mampu menyebabkan tarikan dan tolakan benda, adalah efek yang berbeda. Pelaut telah menyadari bahwa sambaran petir memiliki kemampuan untuk mengganggu jarum kompas, tetapi hubungan antara petir dan listrik tidak dikonfirmasi sampai percobaan Benjamin Franklin diusulkan pada 1752. Salah satu yang pertama untuk menemukan dan mempublikasikan hubungan antara buatan manusia arus listrik dan magnetisme adalah Romagnosi, yang pada tahun 1802 memperhatikan bahwa menghubungkan kawat di tumpukan volta dibelokkan jarum kompas di dekatnya.Namun, efeknya tidak menjadi dikenal secara luas sampai 1820, ketika Ørsted melakukan percobaan yang sama [2] bekerja Ørsted yang dipengaruhi amper untuk menghasilkan teori elektromagnetisme yang mengatur subjek pada dasar matematika..
Sebuah teori elektromagnetisme, yang dikenal sebagai elektromagnetisme klasik, dikembangkan oleh fisikawan berbagai selama abad ke-19, yang berpuncak pada karya James Clerk Maxwell, yang bersatu perkembangan sebelumnya menjadi sebuah teori tunggal dan menemukan sifat elektromagnetik cahaya. Dalam elektromagnetisme klasik, medan elektromagnetik mematuhi seperangkat persamaan yang dikenal sebagai persamaan Maxwell, dan gaya elektromagnetik diberikan oleh kekuatan hukum Lorentz.
Salah satu keanehan elektromagnetisme klasik adalah bahwa sulit untuk berdamai dengan mekanika klasik, tetapi kompatibel dengan relativitas khusus. Menurut persamaan Maxwell, kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah sebuah konstanta universal, tergantung hanya pada permitivitas listrik dan permeabilitas magnet ruang bebas. Ini melanggar invarian Galilea, landasan lama mekanika klasik. Salah satu cara untuk mendamaikan dua teori adalah dengan mengasumsikan keberadaan eter luminiferous melalui mana berpropagasi cahaya. Namun, upaya percobaan selanjutnya gagal untuk mendeteksi keberadaan aether. Setelah kontribusi penting dari Hendrik Lorentz dan Henri Poincaré, pada tahun 1905, Albert Einstein memecahkan masalah dengan pengenalan relativitas khusus, yang menggantikan kinematika klasik dengan teori baru kinematika yang kompatibel dengan elektromagnetisme klasik. (Untuk informasi lebih lanjut, lihat Sejarah relativitas khusus.)
Selain itu, teori relativitas menunjukkan bahwa dalam bergerak kerangka acuan medan magnet berubah ke lapangan dengan komponen listrik nol dan sebaliknya, dengan demikian tegas menunjukkan bahwa mereka adalah dua sisi dari koin yang sama, dan dengan demikian "elektromagnetisme" panjang. (Untuk informasi lebih lanjut, lihat elektromagnetisme Klasik dan relativitas khusus.)
[Sunting] efek fotolistrik
Artikel utama: efek fotolistrik
Dalam kertas lain diterbitkan pada tahun yang sama, Albert Einstein merusak dasar-dasar elektromagnetisme klasik. Teorinya tentang efek fotolistrik (yang ia memenangkan hadiah Nobel untuk fisika) mengemukakan bahwa cahaya dapat ada di diskrit seperti jumlah partikel, yang kemudian kemudian dikenal sebagai foton. Teori Einstein tentang efek fotolistrik memperluas wawasan yang muncul dalam solusi dari bencana ultraviolet yang disajikan oleh Max Planck pada tahun 1900. Dalam karyanya, Planck menunjukkan bahwa benda-benda panas memancarkan radiasi elektromagnetik dalam paket-paket diskrit, yang mengarah pada total energi yang terbatas dipancarkan sebagai radiasi benda hitam. Kedua hasil ini bertentangan langsung dengan pandangan klasik cahaya sebagai gelombang kontinu. Planck dan teori-teori Einstein adalah nenek moyang mekanika kuantum, yang, ketika dirumuskan pada tahun 1925, mengharuskan penemuan teori kuantum elektromagnetisme. Teori ini, selesai pada tahun 1940-an, dikenal sebagai elektrodinamika kuantum (atau "QED"), dan, dalam situasi di mana teori kekacauan ini berlaku, adalah salah satu teori yang paling akurat dikenal untuk fisika.
[Sunting] Unit
Unit elektromagnetik adalah bagian dari sistem unit listrik didasarkan terutama pada sifat magnetik dari arus listrik, unit SI mendasar menjadi ampere. Unit adalah:
ampere (arus listrik)
coulomb (muatan listrik)
farad (kapasitansi)
henry (induktansi)
ohm (resistensi)
tesla (kerapatan fluks magnetik)
volt (potensial listrik)
watt (daya)
weber (fluks magnetik)
Dalam sistem cgs elektromagnetik, arus listrik adalah jumlah mendasar yang didefinisikan via hukum amper dan mengambil permeabilitas sebagai kuantitas berdimensi (permeabilitas relatif) yang nilainya dalam ruang hampa adalah satu. Sebagai konsekuensinya, kuadrat dari kecepatan cahaya muncul secara eksplisit dalam beberapa persamaan interrelating kuantitas dalam sistem ini.
Elektromagnetisme SI unit v d e
Simbol [3] Nama Jumlah Satuan Unit Unit Basis Berasal
Saya Arus listrik ampere (SI unit dasar) A (= W / V = C / s)
Q Muatan listrik coulomb C A ° S
U, ΔV, Δφ; E Beda potensial; Electromotive kekuatan volt V kg · m2 ° S-3 · A-1 (= J / C)
R, Z; X Listrik resistensi, Impedansi, Reaktansi ohm Ω kg · m2 ° S-3 · A-2 (= V / A)
Resistivitas ρ ohm meter yang Ω · m kg · m3 ° S-3 · A-2
P Listrik Watt W kg · m2 ° S-3 (= V · A)
C Kapasitansi farad F kg-1 · m-2 · A2 · s4 (= C / V)
E kekuatan medan listrik volt per meter V / m kg · M · s-3 · A-1 (= N / C)
D bidang perpindahan listrik Coulomb per meter persegi C/m2 Â · s · m-2
permitivitas ε farad per meter F / m kg-1 · m-3 · A2 · s4
χe Listrik kerentanan (berdimensi) - -
G, Y, B Konduktansi, Admitansi; kg-1 kerentanan siemens S · m-2 · s3 · A2 (= Ω-1)
κ, γ, σ Konduktivitas siemens per meter S / m kg-1 · m-3 · s3 · A2
B kerapatan fluks magnetik, induksi magnetik tesla T kg ° S-2 · A-1 (= Wb/m2 = N · A-1 · m-1)
Φ fluks magnetik weber Wb kg · m2 ° S-2 · A-1 (= V ° S)
H kekuatan medan magnet ampere per meter A / m A · m-1
L, M Induktansi henry H kg · m2 ° S-2 · A-2 (= Wb / A = V ° S / A)
μ Permeabilitas henry per meter H / m kg · M · s-2 · A-2
χ kerentanan magnetik (berdimensi) - -
[Sunting] fenomena elektromagnetik
Dengan pengecualian gravitasi, elektromagnetik fenomena seperti yang dijelaskan oleh elektrodinamika kuantum (yang termasuk sebagai kasus membatasi elektrodinamika klasik) account untuk hampir semua fenomena fisik diamati dengan indra manusia tanpa bantuan, termasuk radiasi elektromagnetik cahaya dan lainnya, semua kimia, sebagian besar mekanik (kecuali gravitasi), dan tentu saja magnetisme dan listrik. Monopoles magnetik (dan "Gilbert" dipol) tidak ketat fenomena elektromagnetik, karena dalam elektromagnetisme standar, medan magnet yang dihasilkan tidak dengan benar "muatan magnetik" tapi oleh arus. Namun demikian, analog benda terkondensasi monopoles magnetik dalam bahan eksotis (es spin) yang dibuat di laboratorium [4].
=INDUKSI ELEKTROMAGNETIK=
Induksi elektromagnetik pertama kali dipelajari dan ditemukan oleh Michael Faraday pada tahun 1831. Induksi elektromagnetik atau imbas listrik merupakan pembangkitan energi listrik dari medan magnet.
Induksi elektromagnetik terjadi pada suatu kumparan jika ada perubahan jumlah garis gaya magnet yang dilingkupi setiap saat.
GALVANOMETER adalah alat untuk menyelidiki besar dan arah arus induksi pada suatu rangkaian.
Kita dapat membangkitkan GGL induksi dengan cara berikut.
1. Menggerakkan magnet keluar masuk kumparan
2. Memutar magnet di dekat kumparan
3. Memutar kumparan dalam magnet
4. Memutus-mutus arus listrik yang melalui kumparan.
Jika jumlah garis gaya yang dilingkupi kumparan bertambah, jarum galvanometer menyimpang ke kanan.
Jika jumlah garis gaya yang dilingkupi kumparan berkurang, jarum galvanometer menyimpang ke kiri.
Penyimpangan jarum galvanometer ke kanan dan ke kiri tersebut menunjukkan bahwa GGL induksi yang dihasilkan kumparan berupa tegangan bolak-balik/AC (alternating current).
Jika GGL induksi lebih besar, kuat arus induksi yang timbul juga lebih besar.
Menurut Faraday, besar GGL induksi pada kedua ujung kumparan sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi kumparan.
Artinya, semakin cepat terjadinya perubahan fluks magnetik, makin besar GGL induksi yang timbul.
Adapun yang dimaksud FLUKS adalah banyaknya garis gaya magnet yang menembus suatu bidang.
Ada berapa faktor yang menentukan besar GGL induksi yang diketahui dari besar penyimpangan jarum galvanometer.
Jika kamu melakukan percobaan ini secara teliti dengan mengubah-ubah jumlah lilitan, kecepatan gerak magnet, dan kekuatan magnet yang digunakan, kamu akan dapat menyimpulkan bahwa besar GGL induksi bergantung pada tiga faktor, yaitu:
1. Jumlah lilitan pada kumparan
2. Kecepatan gerak magnet keluar-masuk kumparan
3. Kekuatan magnet batang yang digunakan.
Induksi elektromagnetik saat ini sudah banyak dimanfaatkan untuk keperluan hidup sehari-hari. Orang pertama yang menyelidiki dan menemukan hal tersebut adalah MICHAEL FARADAY.
1. GENERATOR
Generator (dinamo) merupakan alat yang prinsip kerjanya berdasarkan induksi elektromagnetik. Alat ini pertama kali ditemukan oleh Michael Faraday.
Generator adalah mesin yang mengubah energi kinetik menjadi energi listrik. Energi kinetik pada generator dapat juga diperoleh dari angin atau air terjun. Berdasarkan arus yang dihasilkan, generator dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu gerator AC (alternating current) dan generator DC (direct current). Generator AC menghasilkan arus bolak-balik dan generator DC menghasilkan arus searah. Baik arus bolak-balik maupun searah dapat digunakan untuk penerangan dan alat-alat pemanas.
a. GENERATOR AC
Bagian utama generator AC terdiri atas magnet permanen (tetap), kumparan (solenoida), cincin geser, dan sikat. Pada generator, perubahan garis gaya magnet diperoleh dengan cara memutar kumparan di dalam medan magnet permanen. Karena dihubungkan dengan cincin geser, perputaran kumparan menimbulkan GGL induksi AC. Oleh karena itu, arus induksi yang ditimbulkan berupa arus AC.
GGL induksi yang ditimbulkan oleh generator AC dapat diperbesar dengan cara:
¤ memperbanyak lilitan kumparan,
¤ menggunakan magnet yang lebih kuat,
¤ mempercepat perputaran kumparan, dan
¤ menyisipkan inti besi lunak ke dalam kumparan.
b. GENERATOR DC
Prinsip kerja generator (dinamo) DC sama dengan generator AC. Namun pada generator DC arah arus induksinya tidak berubah. Hal ini karena cincin yang digunakan pada generator DC berupa cincin belah (komutator).
Induksi elektromagnetik terjadi pada suatu kumparan jika ada perubahan jumlah garis gaya magnet yang dilingkupi setiap saat.
GALVANOMETER adalah alat untuk menyelidiki besar dan arah arus induksi pada suatu rangkaian.
Kita dapat membangkitkan GGL induksi dengan cara berikut.
1. Menggerakkan magnet keluar masuk kumparan
2. Memutar magnet di dekat kumparan
3. Memutar kumparan dalam magnet
4. Memutus-mutus arus listrik yang melalui kumparan.
Jika jumlah garis gaya yang dilingkupi kumparan bertambah, jarum galvanometer menyimpang ke kanan.
Jika jumlah garis gaya yang dilingkupi kumparan berkurang, jarum galvanometer menyimpang ke kiri.
Penyimpangan jarum galvanometer ke kanan dan ke kiri tersebut menunjukkan bahwa GGL induksi yang dihasilkan kumparan berupa tegangan bolak-balik/AC (alternating current).
Jika GGL induksi lebih besar, kuat arus induksi yang timbul juga lebih besar.
Menurut Faraday, besar GGL induksi pada kedua ujung kumparan sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi kumparan.
Artinya, semakin cepat terjadinya perubahan fluks magnetik, makin besar GGL induksi yang timbul.
Adapun yang dimaksud FLUKS adalah banyaknya garis gaya magnet yang menembus suatu bidang.
Ada berapa faktor yang menentukan besar GGL induksi yang diketahui dari besar penyimpangan jarum galvanometer.
Jika kamu melakukan percobaan ini secara teliti dengan mengubah-ubah jumlah lilitan, kecepatan gerak magnet, dan kekuatan magnet yang digunakan, kamu akan dapat menyimpulkan bahwa besar GGL induksi bergantung pada tiga faktor, yaitu:
1. Jumlah lilitan pada kumparan
2. Kecepatan gerak magnet keluar-masuk kumparan
3. Kekuatan magnet batang yang digunakan.
Induksi elektromagnetik saat ini sudah banyak dimanfaatkan untuk keperluan hidup sehari-hari. Orang pertama yang menyelidiki dan menemukan hal tersebut adalah MICHAEL FARADAY.
1. GENERATOR
Generator (dinamo) merupakan alat yang prinsip kerjanya berdasarkan induksi elektromagnetik. Alat ini pertama kali ditemukan oleh Michael Faraday.
Generator adalah mesin yang mengubah energi kinetik menjadi energi listrik. Energi kinetik pada generator dapat juga diperoleh dari angin atau air terjun. Berdasarkan arus yang dihasilkan, generator dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu gerator AC (alternating current) dan generator DC (direct current). Generator AC menghasilkan arus bolak-balik dan generator DC menghasilkan arus searah. Baik arus bolak-balik maupun searah dapat digunakan untuk penerangan dan alat-alat pemanas.
a. GENERATOR AC
Bagian utama generator AC terdiri atas magnet permanen (tetap), kumparan (solenoida), cincin geser, dan sikat. Pada generator, perubahan garis gaya magnet diperoleh dengan cara memutar kumparan di dalam medan magnet permanen. Karena dihubungkan dengan cincin geser, perputaran kumparan menimbulkan GGL induksi AC. Oleh karena itu, arus induksi yang ditimbulkan berupa arus AC.
GGL induksi yang ditimbulkan oleh generator AC dapat diperbesar dengan cara:
¤ memperbanyak lilitan kumparan,
¤ menggunakan magnet yang lebih kuat,
¤ mempercepat perputaran kumparan, dan
¤ menyisipkan inti besi lunak ke dalam kumparan.
b. GENERATOR DC
Prinsip kerja generator (dinamo) DC sama dengan generator AC. Namun pada generator DC arah arus induksinya tidak berubah. Hal ini karena cincin yang digunakan pada generator DC berupa cincin belah (komutator).
0 komentar:
Posting Komentar