Electromagnetismul

Pe la anul 400 inainte de Cristos oamenii stiau deja despre proprietatile extraordinare a doua materiale, descoperite intimplator. Unul dintre ele era magnetita, care atragea obiecte din fier. Cind era lasata sa se roteasca liber, o bucata de astfel de material, de forma alungita, se orienta pe directia nord-sud, intodeuana cu acelasi capat spre polul nord. Astfel, a fost inventata busola (compasul magnetic), cu care navigatorii au putut sa se avinte pe intinderi de ape necunoscute. Din filmul de mai jos puteti afla cum sa va construiti o busola dintr-un ac de cusut si un capac de plastic.

Celalalt material era chihlimbarul, o "piatra" pretioasa folosita la fabricarea bijuteriilor. Acesta s-a format din rasina unei specii de pini, azi disparuta, care forma paduri ce acopereau Pamintul acum 40-60 de milioane de ani. Rasina s-a acumulat si a fost acoperita de straturile de sedimente. La temperaturi si presiuni mari, ea s-a intarit si s-a transformat in chihlimbar. Oamenii observasera ca, dupa ce era frecat cu o blana de animal, chihlimbarul capata o proprietate extraordinara: atragea corpuri mici si usoare ca fire de par, frunze uscate etc.. Atractia devenea, in timp, din ce in ce mai slaba si, in cele din urma, disparea. De cite ori era frecat, chihlmbarul isi recapata proprietatea de atractie, care disparea apoi. Multe alte materiale se comporta la fel ca chihlimbarul. Priviti !

Abia pe la 1600 dupa Cristos se fac primele experimente sistematice asupra acestor doua efecte. La inceput se constata ca acestea sunt diferite, intre ele parind sa nu fie nici o legatura. Apar astfel doua domenii ale fizicii, electrostatica si magnetismul. Fenomenele electrostatice (asa cum este atragerea unor corpuri usoare de catre chihlimbarul electrizat prin frecare) sunt puse pe seama acumularii de "sarcina electrica". Este inventata apoi bateria electrica ce produce curent electric. Iata cum puteti construi o baterie:

Fizicienii descopera ca acest curent electric este, de fapt, curgerea sarcinilor electrice care erau cauza efectelor din electrostatica.

Legatura intre electricitate si magnetism este intrezarita in 1820 cind se observa ca intre curentii electrici si magneti se exercita forte reciproce. Un curent electric roteste un ac magnetic

curentii electrici se resping sau atrag intre ei


iar magnetii actioneaza asupra firelor parcurse de curent electric

Se descopera apoi ca miscarea unui magnet in raport cu un circuit poate produce curent electric in acel circuit.

Fizicienii inteleg ca electriciatea si magnetismul sunt, de fapt, cazuri particulare ale interactiunilor electromagnetice. Asa a inceput istoria electromagnetismului. Iluminatul electric, telegraful, telefonul, radioul, cuptorul cu microunde, magnetofonul, televiziunea, calculatorul electronic, comunicatiile prin satelit si inca multe altele sunt toate produse de aceasta ramura a fizicii care a schimbat adinc modul in care traim.

Studiul interactiunilor electromagnetice a deschis poarta spre intelgerea structurii initime a materiei din care este alcatuit intregul univers. Exista patru forte fundamentale in natura, cea eletromagnetica fiind una dintre ele, alaturi de forta gravitationala, forta nucleara tare si forta nucleara slaba. Interactiunile electromagnetice se datoreaza unei proprietati speciale, numita sarcina electrica, pe care o au particulele subatomice. Electronii au sarcina -e (negativa) iar protonii au sarcina e (pozitiva). Fortele electromagnetice sunt responsabile pentru practic toate fenomenele intilnite in viata cotidiana (cu exceptia celor produse de gravitatie). Materia obisnuita are forme datorate fortelor electromagnetice dintre molecule. Tot fortele electromagnetice tin impreuna electronii si protonii in interiorul atomilor, care sunt "caramizile" din care sunt alcatuite moleculele.

In mod obisnuit, numarul protonilor egaleaza numarul electronilor cu o precizie extraordinara, astfel incit sarcina neta este nula si corpurile sunt neutre. Fortele electrostatice apar cind acest echilibru este stricat si apar distributii de sarcina neta, pozitiva intr-o regiune si negativa intr-alta. Electrostatica studiaza aceste efecte presupunind ca distributiile de sarcina nu se modifica in timp. Sarcinile electrice modifica spatiul din jurul lor creind un cimp electric. Acest cimp electric este responsabil de actiunea asupra altor sarcini prin forte electrostatice. In mod similar, sarcinile in miscare produc cimp magnetic.

Cimpul electric si cimpul magnetic sunt fatetele cimpului electromagnetic. Variatia in timp a cimpului electric produce cimp magnetic iar variatia in timp a cimpului magnetic produce cimp electric. Prin acest mecanism perturbatiile cimpului electromagnetic se propaga, sub forma de unde, la distante enorme fata de sarcinile electrice care au produs perturbatiile. Lumina si undele radio sunt exemple de unde electromagnetice.

Pentru simplitate vom aborda studiul electromagnetismului considerind separat, pentru inceput, interactiile electrice si cele magnetice. Vom porni cu electrictatea statica, vom continua cu studiul curentilor electrici si vom trece apoi la investigarea cimpurilor magnetice constante in timp (magnetostatica). In final vom aborda efectele produse de cimpurile electrice si magnetice variabile in timp si vom discuta despre undele electromagnetice. Cu ajutorul meniului din stinga puteti naviga intre diferitele capitole ale electromagnetismului.