磁学和电磁学是物理学的基本概念。磁性和电磁学的主要区别在于,“磁性”一词只包括由于磁力引起的现象,而“电磁学”则包括由于磁力和电力引起的现象。事实上,电力和磁力都是单一电磁力的表现。
磁性是一个用来描述任何可归因于磁场的现象的术语。磁铁可以对其他磁铁或磁性材料施加力。磁场被描述为磁铁/磁性材料受力的区域。磁铁有两极,叫做“北极”和“南极”。相似极(南北或南南)排斥,不同极(南北)吸引。磁极从来没有被单独观察过(北极总是伴随着南极)。
磁性来自电子的一种称为自旋的性质(这里必须说明的是,这并不是指电子在物理上的自旋,而是电子的一种性质,可以用数学来解释,这种数学类似于经典物理学中用来描述物体如何“自旋”的数学)。自旋赋予电子一种叫做磁矩的性质。通常,附近电子的磁矩方向相反,所以它们相互抵消。
然而,在被磁化的材料中,电子的磁矩是对齐的。组合磁矩允许磁化材料对其他磁性材料施加力。当你把一种材料放在磁场中时,外部磁场会使材料原子中电子的磁矩排列起来,使材料磁化。材料被磁化的程度取决于材料的类型和外部磁场的强度。有些材料即使在外部磁场消失的情况下也能保持磁矩的排列,成为永久磁铁。
电磁学是一个描述可归因于电力或磁力的现象的术语。电场和磁场是相互关联的,它们可以被认为是一个电磁力的一个方面,我们将在下面提到。
19世纪20年代以前,科学家们通过各种实验了解了电和磁的性质。1820年,汉斯·克里斯蒂安Ørsted(丹麦物理学家)观察到,当罗盘靠近携带电流的导体时,罗盘的指针会发生偏转(假设罗盘保持在正确的方向)。这是电和磁之间存在联系的第一个明确线索。携带电流的导体产生磁场这一事实非常有用。例如,它允许我们通过简单地在一根盘绕的电线周围发送电流来**电磁铁。
An electromagnet, made by sending an electric current around a conductor.
跟随Ø在rsted的发现之后,许多其他科学家也开始更仔细地研究电和磁之间的关系。人们发现,如果两个载流导体靠得很近,它们就会互相施加力。很快,法国物理学家安德烈é 安培ère提出了一个方程来描述两个这样的导体之间的吸引力,即它们所携带的电流的大小。
19世纪30年代,英国物理学家迈克尔·法拉第(Michael Faraday)发现,如果导体处于不断变化的磁场中,当磁场发生变化时,电流开始流过导体。他从两个方面证明了这一点:首先,他证明了如果一个永磁体在一个盘绕的导体内来回移动,电流就开始在导体中流动。其次,他证明了如果一个不载流的导体与另一个载流的导体保持接近,那么通过改变另一个导体中的电流,可以使电流在第一个导体中流动。19世纪60年代,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦将Amp的思想结合起来ère和法拉第,用数学形式表达了它们,并表明电和磁是更普遍的潜在现象的两个方面。有了爱因斯坦的狭义相对论,就有可能证明一个观察者所经历的电场,实际上,也可以被另一个观察者所经历的磁场。
故事并没有就此结束:20世纪70年代,理论物理学家谢尔登·格拉肖、阿卜杜斯·萨拉姆和史蒂文·温伯格(Steven Weinberg)证明,在高能下,电磁力的表现方式与弱核力的表现方式相同。他们的发现后来被实验所证实,并在物理学上带来了一个新的统一:电磁力和弱力结合成一个单一的弱电力。将这种弱电**与另两种基本力:强核力和引力结合起来,仍然是物理学中最大的挑战。
磁性只是指由磁力引起的现象。
电磁学是指由电力和磁力共同引起的现象。
工具书类
伯恩,C(2015年1月2日)。电磁学简史。2015年10月29日检索自麻省大学洛厄尔校区
Image Courtesy
“The Finished Magnet” by Shal Farley (Own work) [CC BY-SA 2.0], via flickr
...英百科全书,2016年10月25日,可在此处查阅。“磁导率(电磁学)。”维基百科,维基媒体基金会,2018年4月3日,可在这里查阅。“磁化率”,维基百科,维基媒体基金会,2018年4月3日,可在这里查阅。2“磁导率(电磁)。”维...
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