Elektromagnetisme

Elektromagnetisme er en af de fire fundamentale naturkræfter i fysikken. Elektromagnetismen beskriver de sammenhænge, der er mellem elektriske strømme og magnetiske felter.

Den elektromagnetiske kraft findes overalt i universet. Det er den kraft, der får alle slags partikler, der har en elektrisk ladning, til at tiltrække og frastøde andre partikler. Dette betyder i sidste ende at den elektromagnetiske kraft står bag alt hvad vi oplever i vores hverdag, ud over effekterne af tyngdekraften.

Enhver strømførende ledning har et magnetfelt. Dette blev opdaget af H. C. Ørsted i 1820 ved tilfælde. Han så at et kompas ændrede retning fra jordens nordpol, når han tændte for et batteri nærved det.


En strømførende ledning med dens magnetfelt illustreret. Magnetfeltet vil forme sig som koncentriske cirkler omkring ledningen.

Op til det 19. århundrede så man elektricitet og magnetisme som to forskellige fænomener. Men efter sammenhængen blev vist af Ørsteds forsøg, ændrede dette synspunkt sig. Fysikeren James Maxwell formaliserede elektromagnetismen matematisk, og i det 20. århundrede samlede Einstein med sin relativitetsteori de to fænomener i en naturkraft. Senere er denne samling også blevet bevist og er en del af den fysiske standardmodel.

Hvad er en elektromagnet

Elektricitet og magnetisme er så tæt forbundet, at man kan skabe det ene med det andet. En elektromagnet er en magnet, der bliver skabt ved at trække en strømførende ledning rundt i en spole, ofte omkring et ferromagnetisk materiale. Ledningen eller spolen vindes omkring materialet, sådan at når man sender strøm gennem ledningen, vil magnetfelterne ligge parallelt og dermed forstærke hinanden.


Elektromagnet.

En elektromagnets styrke kommer an på strømstyrken, der bliver sendt igennem spolen og dens antal vindinger. Jo mere strøm desto stærkere elektromagnet. Der er dog et punkt hvor materialet i spolen når til en magnetisk mætning og derefter vil magnetfeltet stige mindre.

Elektromagnetiske felter

Et elektromagnetisk felt er kombinationen af et elektrisk felt og et magnetfelt. Elektriske felter kommer fra stillestående ladede partikler, mens magnetfelter kommer af ladede partikler der bevæger sig i strømme. Lys, radiobølger og for eksempel mikrobølger (som vi kender fra vores mikrobølgeovn) er alle elektromagnetiske bølger. Derudover er vi omgivet af elektromagnetiske felter fra blandt andet biler, computere og TV-antænder.


Elektromagnetisk felt.

For at kunne beskrive elektromagnetiske felter præcist, bliver man nød til at kende til kvantemekanik, men den grundlæggende mekaniske er, at den elektromagnetiske kraft gør, at partikler med en ladning bliver tiltrukket af partikler med den modsatte ladning, og partikler med samme ladning frastøder hinanden. Nogle atomer kan være ladede eller kan gøres ladede ved at få eller miste elektroner. Dermed kan der opstå ladninger i legemer.

Den elektromagnetiske kraft er så stærk at den får partiklerne til at flyve frem og tilbage mellem hinanden, mens de prøver at opnå en balance i ladning. Disse bevægelser eller strømme er hvad der skaber både elektricitet og magnetisme.

Elektrodynamik

Elektrodynamik beskriver hvordan elektriske og magnetiske ladninger virker på hinanden i bevægelse.

En anden opdagelse 11 år efter Ørsteds forsøg, var ekstremt vigtig for elektromagnetismens senere anvendelsesmuligheder og er et eksempel på et elektrodynamisk fænomen. I 1831 opdagede den engelske fysiker Michael Faraday elektromagnetisk induktion.

Elektromagnetisk induktion fungerer ved dynamiske ændringer i et magnetfelt. Hvis man har en spole og lader en magnet bevæge sig frem og tilbage inde i spolen, vil spolen genere en strøm. Dette skyldes de konstante ændringer i magnetfeltet omkring spolen, på grund af magnetens bevægelse. Når man har magnetfelter i bevægelse har man en strøm, og denne strøm kan man så bruge til hvad man vil, ved at tilføje en ledning i hver ende af spolen.

Elektromagnetisk induktion bliver i dag bragt i mange former for elektriske generatorer, fra dynamocykellygter til vindmøller.

Elektrostatik

Elektrostatik beskriver elektriske ladninger uden af tage højde for tid. Dette betyder, at man ikke tage højde for strømme og dermed heller ikke magnetfelter. Tilgengæld kan man beskrive ladninger på en mere simpel måde.

Et eksempel på et fænomen der kan beskrive med elektrostatik, er statisk elektricitet. Vi kender statisk elektricitet fra en række fænomener i hverdagen, som for eksempel at få stød på en bils håndtag. Et andet klassisk eksempel er når man gnider en ballon mod sit hår, og håret derefter tiltrækkes af ballonen i et lille stykke tid.

Statisk elektricitet sker på grund af den udveksling af ladning, der sker for alle objekter når de mødes. Alle objekter har ladninger på sin overflade og når to overflader mødes, vil ladning udveksles. I de fleste tilfælde vil disse ladninger bare ophæve hinanden, men når man har at gøre med to materialer, der har forskellig evne til at lede ladninger, vil der opstå statisk elektricitet. Vi ved, at plastik har en meget stor modstand mod elektriske strømme. Det er derfor, vi bruger plastik til at isolere ledninger.


To objekter gnides mod hinanden. Den hvide genstand har en stor modstand mod elektriske strømme. Mens de gnides opstår der en forskel i elektrisk ladning på genstandenes overflader. Når de tages fra hinanden bliver de stadig tiltrukket da den hvide genstand beholder ladningen på overfladen i længere tid end den grå.

Når vi gnider vores hår mod en ballon, som er lavet af en form for plastik, vil der udveksles ladninger mellem hår og ballon. Vores hår vil lede elektriciteten videre fra overfladen, men ballon vil lede meget lidt videre så der forbliver en ladning på overfladen. Der opstår altså en forskel i ladning, og derfor vil de tiltrækkes af hinanden.