Ogled vira Elektrika in magnetizem

'''Eléktrika ín magnetízem''' se obravnava skupaj, saj so električni in magnetni pojavi povezani. Veja [[fizika|fizike]], ki se ukvarja z njimi, se včasih imenuje tudi '''elektrodinamika'''. Preučuje [[elektromagnetno valovanje]], [[električno polje|električno]] in [[magnetno polje]] ter pripadajoče potenciale, ter dinamiko [[električni naboj|električno nabitih]] [[telo (fizika)|teles]]. Osnova tem pojavom je '''elektromagnetna sila,''' ki – poleg močne jedrske sile, šibke jedrske sile in težnosti – spada med štiri osnovne sile v naravi.[[slika:Lightning.0257.jpg|thumb|right|[[Strela]] je [[elektrostatična razelektritev]], do katerega pride med dvema [[električni naboj|nabitima]] območjema v [[ozračje|ozračju]].]]

Beseda ''elektromagnetizem'' izvira iz dveh grških izrazov, {{jezik-el2|ἤλεκτρον|translit=ēlektron|translation='jantar'}} in {{jezik-el2|μαγνῆτις λίθος|translit=magnētis lithos|translation=magnetski kamen|link=no}}, to je vrsto železove rude. Elektromagnetni pojavi so posledica učinkovanja elektromagnetne sile, imenovane tudi [[Lorentzeva sila|Lorentzeve sile]], ki vključuje tako elektriko kot magnetizem kot različni manifestaciji istega pojava.

Elektromagnetna sila igra pomembno vlogo, kar se tiče značilnosti večine predmetov, ki se srečujejo v vsakdanjem življenju. Snov v njih oblikujejo elektromagnetne sile med posameznimi atomi in molekulami v njej, pa tudi med jedri atomov v njej in oblaki elektronov, ki jedra obdajajo. Elektromagnetna sila veže elektrone na atomska jedra, oblika oblaka elektronov in njihov vpliv na bližnje atome pa je odločilno vpliva na značilnosti snovi.  

Obstajajo številni matematični opisi elektromagnetnega polja. V klasični elektrodinamiki so električna polja opisana kot električni potencial in električni tok. V [[Faradayev zakon|Faradayevem zakonu]] so magnetna polja povezana z elektromagnetno indukcijo in magnetizmom, [[Maxwellove enačbe]] končno pa opisujejo, kako električna in magnetna polja nastajajo in se spreminjajo pod medsebojnim vplivom, vplivom nabojem in vplivom tokov

Teoretične posledice elektromagnetizma, zlasti določitev [[hitrost svetlobe|hitrosti svetlobe]], ki temelji na značilnostih »medija« razširjanja (prepustnost in prožnost), je pripeljala do razvoja [[Albert Einstein|Einsteinove]] [[posebna teorija relativnosti|posebne teorije relativnosti]] leta 1905. Čeprav se elektromagnetizem šteje za eno od štirih glavnih sil, se pri visoki energiji šibka sila in elektromagnetna sila združita v eno samo, tako imenovano ''elektrošibko'' silo.

== Zgodovina teorije ==
[[slika:Ørsted.jpg|thumb|140px|[[Hans Christian Ørsted]].]]
{{See also|Zgodovina elektromagnetne teorije}}

Prvotno sta elektrika in magnetizem veljali za dve ločeni sili. Vendar se je ta pogled leta 1873 spremenil z objavo  ''Razprave o električni energiji in magnetizmu'', v kateri njen avtor [[James Clerk Maxwell]] dokaže, da medsebojno delovanje pozitivnih in negativnih nabojev posledica ene same sile. To medsebojno delovanje ima štiri glavne učinke, kot so poizkusi jasno dokazali

# Električni naboji delujejo drug na drugega s silo, ki je obratno sorazmerna kvadratu razdalje med njimi: enaki naboji se odbijajo, nasprotni privpačujejo
# Magnetni poli (ali polarizacijska stanja na posameznih točkah) se privlačijo ali odbijajo na način, ki je podoben pozitivnim in negativnim nabojem; pri tem vedno obstajajo kot pari: vsak severni pol priključen na južni pol.
# Električni tok znotraj žice ustvarja ustrezno magnetno polje okoli vodnika. Smer polja (v smeri urinega kazalca ali v protiurni smeri) je odvisna od smeri toka skozi prevodnik.
# V prevodni zanki, ki se premika skozi magnetno polje, ali če se relativno nanjo - v mirujočem stanju - premika magnetno polje, pride do toka električnih nabojev; smer toka je odvisna od smeri premika, ki do toka vodi. 

[[File:Andre-marie-ampere2.jpg|thumb|140px|left|[[André-Marie Ampère]]]]
Med pripravo na večerno predavanje je je 21. aprila 1820 [[Hans Christian Ørsted]] je opazil nekaj presenetljivega.  Opazil jel, da se igla kompasa odmakne od magnetnega severa, če vklopi  električni tok iz uporabljenega akumulatorja. Ta odmik je bil zanj prepričljiv dokaz za to, da se prevodniki, skozi katere teče eletrični tok, obdajajo z magnetnim poiljem, tako kot je to pri svetlobi in toploti: s tem je potrdil neposreden odnos med električno energijo in magnetizmom.
[[File:SS-faraday.jpg|thumb|140px|[[Michael Faraday]]]]
V trenutku, ko je je odkril ta medsebojni vliv,  Ørsted ni imel nobene zadovoljive razlage zanj in ga tudi ni poskusil predstaviti v matematični okvir. Tri mesece kasneje pa se je začel intenzivnejše ukvarjati s temo. Kmalu zatem je objavil svoje ugotovitve, ki dokazujejo, da električni tok skozi prevodnik  producira magnetno polje. V čast njegovih prispevkov na področju elektromagnetizma nosi enota magnetne indukcije CGS njegovo ime (oersted).

[[File:James-clerk-maxwell3.jpg|thumb|left|140px|[[James Clerk Maxwell]]]]
Pod njegovim vplivom je francoski fizik [[André-Marie Ampère]] razvil matematično predstavitev magnetnih sil med pprevodniki. Ørstedovo odkritje je pomenilo tudi velik korak v smeri enotnega koncepta energije.

To poenotenje, ki ga je prvi pojasnil [[Michael Faraday]], razširil [[James Clerk Maxwell]], delno pa preoblikovala [[Oliver Heaviside]] in [[Heinrich Hertz]], je eno od ključnih dosežkov matematične fizike 19. stoletja. Imelo je daljnosežne posledice, med drugim tudi za razumevanje narave svetlobe. Elektromagnetno teorijo svetlobe in drugih  elektromagnetnih valov je kasneje obogatila [[kvantna mehanika]] z ugotovitvijo, da gre pri tem hkrati za valove ''in'' za delce - tako imenovane [[Foton|fotone]]. Različne frekvence nihanja povzročajo različne oblike elektromagnetnega sevanja, od radijskih valov pri najnižjih frekvencah, do vidne svetlobe pri vmesnih frekvencah in do gama žarkov na najvišjih frekvencah.{{Clear}}

== Osnove elektrodinamike ==

Osnovo za elektrodinamiko predstavljajo [[Maxwellove enačbe]], ki poenoteno opisujejo [[elektrika|električne]] in [[magnetizem|magnetne]] pojave.

Iz homogenih Maxwellovih enačb se da pokazati, da se lahko [[jakost električnega polja]] '''E''' in [[gostota magnetnega polja|gostoto magnetnega polja]] '''B''' enotno opiše s [[skalar]]nim potencialom <math>\phi\!\, </math> in [[vektor (matematika)|vektorskim]] [[potencial]]om '''A''':

: <math>\mathbf{E} = - \nabla\phi - \frac{\partial \mathbf{A}}{\partial t} </math>
: <math>\mathbf{B} = \nabla\times\mathbf{A}</math>

Dejstvo, da nastopa vektorski potencial tako v električnem kot v magnetnem polju, kaže na to, da sta električno in magnetno polje pravzaprav dve predstavitvi enega samega ''elektromagnetnega'' polja. Isto se pokaže tudi v relativistični obravnavi elektrodinamike, kjer električno in magnetno polje nastopajo le kot komponente [[tenzor elektromagnetnega polja|tenzorja elektromagnetnega polja]].

Z vrednostmi električnega in magnetnega polja potenciala <math>\phi</math> in '''A''' še nista povsem določena. Najde se lahko več takih potencialov <math>\phi</math> in '''A''', ki privedejo k enakim fizikalnim zakonom. Takšne potenciale povezuje [[umeritvena transformacija]]:
:<math>\mathbf{A}'(\mathbf{r},t) = \mathbf{A}(\mathbf{r},t) - \nabla\psi(\mathbf{r},t)</math>
:<math>\phi'(\mathbf{r},t) = \phi(\mathbf{r},t) + \frac{\partial\psi(\mathbf{r},t)}{\partial t}</math>

Pri tem je ψ('''r''',''t'') poljubno skalarno polje.

== Količine in enote ==

Enote za elektromagnetizem so del sistema enot za elektriko, ki v osnovi temeljijo na magnetnih lastnosti električnega toka. Osnovna SI enota je amper. Enote so:
{{colbegin|2}}
* [[amper]] (električni tok)
* [[coulomb]] (električni naboj)
* [[farad]] (kapacitivnost)
* [[henry (enota)|henry]] (induktivnost)
* [[om]] (upornost)
* [[tesla (enota)|tesla]] (gostota magnetnega polja)
* [[volt]] (električni potencial)
* [[vat]] (moč)
* [[weber (enota)|weber]] (magnetni pretok)
{{colend}}

{| class="wikitable"
! colspan="5" | Enote [[SI]] za [[elektromagnetizem]]
|-
! simbol<ref>{{GreenBook2nd|pages=14–15}}</ref>
! ime količine
! izpeljane enote
! enota
! osnovne enote
|-
| ''I'' 
| [[električni tok]]
| [[amper]] ([[osnovna enota SI]])
| A
| A (= W/V = C/s)
|-
| ''Q''
| [[električni naboj]]
| [[coulomb]]
| C
| A·s 
|-
| ''U'', Δ''V'', Δ''φ''; ''E''
| [[električna napetost]]; [[jakost električnega polja]]
| [[volt]]
| V
| J/C = kg·m<sup>2</sup>·s<sup>&minus;3</sup>·A<sup>&minus;1</sup>
|-
| ''R''; ''Z''; ''X''
| [[električni upor]]; [[impedanca]]; [[reaktanca]]
| [[om]]
| Ω
| V/A = kg·m<sup>2</sup>·s<sup>&minus;3</sup>·A<sup>&minus;2</sup>
|-
| ''ρ''
| [[specifična upornost]]
| [[om]] [[meter]]
| Ω·m
| kg·m<sup>3</sup>·s<sup>&minus;3</sup>·A<sup>&minus;2</sup>
|-
| ''P''
| [[električna energija]]
| [[vat]]
| W
| V·A = kg·m<sup>2</sup>·s<sup>&minus;3</sup>
|-
| ''C''
| [[kapacitivnost]]
| [[farad]]
| F
| C/V = kg<sup>&minus;1</sup>·m<sup>&minus;2</sup>·A<sup>2</sup>·s<sup>4</sup>
|-
| '''E'''
| [[jakost električnega polja]]
| [[volt]] na [[meter]]
| V/m
| N/C = kg·m·A<sup>&minus;1</sup>·s<sup>&minus;3</sup>
|-
| '''D'''
| [[gostota električnega polja]]
| [[coulomb]] na [[kvadratni meter]]
| C/m<sup>2</sup>
| A·s·m<sup>&minus;2</sup>
|-
| ''ε''
| [[dielektričnost]]
| [[farad]] na [[meter]]
| F/m
| kg<sup>&minus;1</sup>·m<sup>&minus;3</sup>·A<sup>2</sup>·s<sup>4</sup>
|-
| ''χ''<sub>e</sub>
| [[električna susceptibilnost]]
| ([[brezrazsežna količina|brezrazsežna]])
| -
| -
|-
| ''G''; ''Y''; ''B''
| [[električna prevodnost|prevodnost]]; [[admitanca]]; [[susceptanca]]
| [[Siemens (enota)|siemens]]
| S
| Ω<sup>&minus;1</sup> = kg<sup>&minus;1</sup>·m<sup>&minus;2</sup>·s<sup>3</sup>·A<sup>2</sup>
|-
| ''κ'', ''γ'', ''σ''
| [[električna prevodnost|prevodnost]]
| [[siemens (enota)|siemens]] na [[meter]]
| S/m
| kg<sup>&minus;1</sup>·m<sup>&minus;3</sup>·s<sup>3</sup>·A<sup>2</sup>
|-
| '''B'''
| [[gostota magnetnega polja|gostota magnetnega polja, magnetna indukcija]]
| [[tesla (enota)|tesla]]
| T
| Wb/m<sup>2</sup> = kg·s<sup>&minus;2</sup>·A<sup>&minus;1</sup> = N·A<sup>&minus;1</sup>·m<sup>&minus;1</sup>
|-
| ''Φ'', ''Φ''<sub>M</sub>, ''Φ''<sub>B</sub>
| [[magnetni pretok]]
| [[weber (enota) | weber]]
| Wb
| V·s = kg·m<sup>2</sup>·s<sup>&minus;2</sup>·A<sup>&minus;1</sup>
|-
| '''H'''
| [[jakost magnetnega polja]]
| [[amper]] na [[meter]]
| A/m
| A·m<sup>&minus;1</sup>
|-
| ''L'', ''M''
| [[induktivnost]]
| [[henry (enota)|henry]]
| H
| Wb/A = V·s/A = kg·m<sup>2</sup>·s<sup>&minus;2</sup>·A<sup>&minus;2</sup>
|-
| ''μ''
| [[magnetna permeabilnost|permeabilnost]]
| [[henry (enota)|henry]] na [[meter]]
| H/m
| kg·m<sup></sup>·s<sup>&minus;2</sup>·A<sup>&minus;2</sup>
|-
| ''χ''
| [[magnetna susceptibilnost]]
| (brezrazsežna)
| -
| -
|-
| ''J''
| [[gostota toka]]
| [[ampere]] na kvadratni meter
| A/m<sup>2</sup>
| C⋅m<sup>−2</sup>⋅s<sup>−1</sup>
|}

== Posebni primeri ==

''[[Elektrostatika]]'' se omejuje na obravnavo primerov, v katerih [[električni naboj]]i mirujejo, [[električno polje]] pa se s [[čas]]om ne spreminja.

''[[Magnetostatika]]'' obravnava [[magnetno polje|magnetna polja]], ki se s [[čas]]om ne spreminjajo. Ta približek ustreza zahtevi po konstantnih [[električni tok|električnih tokovih]]. V tem približku se lahko obravnava [[elektromagnetna indukcija|elektromagnetno indukcijo]].

V ''kvazistacionarnem približku'' se zanemari [[premikalni tok]]. Približek je primeren za razmeroma nizke frekvence elektromagnetnega polja.

V splošni obravnavi [[elektromagnetno valovanje|elektromagnetnega valovanja]] se ne uporabi nobenega od zgornjih približkov.

Posebne primere elektrodinamike se lahko ponazori s preglednico, v kateri se pokaže, kakšne približke [[Maxwellove enačbe|Maxwellovih enačb]] se uporablja v katerem od primerov.
{| class="wikitable"
|----- bgcolor="#A0E0A0"
! elektrostatika
! magnetostatika
! kvazistacionarno polje
! elektromagnetno valovanje
|-----
| <math>\nabla\times\mathbf{E}=0</math>
| <math>\nabla\times\mathbf{E}=0</math>
| <math>\nabla\times\mathbf{E}=-\frac{\partial\mathbf{B}}{\partial t}</math>
| <math>\nabla\times\mathbf{E}=\frac{\partial\mathbf{B}}{\partial t}</math>
|-----
| <math>\nabla\cdot\mathbf{D}=\rho_e</math>
| <math>\nabla\cdot\mathbf{D}=\rho_e</math>
| <math>\nabla\cdot\mathbf{D}=\rho_e</math>
| <math>\nabla\cdot\mathbf{D}=\rho_e</math>
|-----
| /
| <math>\nabla\times\mathbf{H}=\mathbf{j}</math>
| <math>\nabla\times\mathbf{H}=\mathbf{j}</math>
| <math>\nabla\times\mathbf{H}=\mathbf{j} + \frac{\partial\mathbf{D}}{\partial t}</math>
|-----
| /
| <math>\nabla\cdot\mathbf{B}=0</math>
| <math>\nabla\cdot\mathbf{B}=0</math>
| <math>\nabla\cdot\mathbf{B}=0</math>
|}

== Glej tudi ==

* [[elektrotehnika]]
* [[elektronika]]

== Sklici ==
{{sklici|1}}

{{fizika-navigacija}}
{{normativna kontrola}}

[[Kategorija:Splošna področja fizike]]
[[Kategorija:Elektrika in magnetizem| ]]