Elektromagnetisme

Elektromagnetisme is de natuurkunde van het elektromagnetische veld: een vectorveld dat de hele ruimte beslaat en uit twee componenten bestaat: het elektrisch en het magnetisch veld. De twee componenten bewegen zich te allen tijde met de lichtsnelheid en loodrecht op elkaar door de ruimte. Met de elektrodynamica wordt de combinatie van elektromagnetisme en mechanica aangeduid.

Elektromagnetisme
elektriciteit · magnetisme
Elektrostatica elektrische lading · elektrisch veld elektrische potentiaal · wet van Coulomb elektrische flux · wet van Gauss
Magnetostatica magnetisch veld · elektrische stroom wet van Ampère · lorentzkracht magnetische flux · dipoolmoment
Elektrodynamica inductie · wetten van Maxwell elektromagnetische golf wet van Faraday
Elektriciteitsleer spanning · stroom · weerstand condensator · spoel · impedantie wet van Ohm
Wetenschappers Ampère · Coulomb · Faraday · Gauss Lorentz · Maxwell · Ohm · Tesla Volta · Weber · Ørsted

Geschiedenis

James Maxwell ontdekte dat licht een elektromagnetisch verschijnsel is en vatte alle voorgaande ontdekkingen op dit gebied, van onder meer Faraday, in één theorie samen, de klassieke leer van het elektromagnetisme, die hij met de wetten, die naar hem zijn genoemd heeft beschreven. Hendrik Lorentz voegde daar later de lorentzkracht aan toe.

Een van de eigenaardigheden van het klassieke elektromagnetisme is dat het niet met de klassieke mechanica overeenkomt. Volgens de wetten van Maxwell is de lichtsnelheid in vacuüm een universele constante die alleen afhangt van de elektrische permittiviteit en de magnetische permeabiliteit van het vacuüm. Dit is in strijd met de relativiteitsbetrekkingen van Galilei, een van de hoekstenen van de klassieke mechanica. Hierin wordt een snelheid altijd uitgedrukt ten opzichte van de beweging van het assenstelsel van de waarnemer. Uiteindelijk ontwikkelde Albert Einstein de speciale relativiteitstheorie, waarmee deze paradox uit de wereld werd geholpen. Met de komst van de kwantummechanica werd het nodig een kwantumtheorie voor het elektromagnetisme op te stellen. Deze theorie werd uitgewerkt in de jaren 1940-50 en heet kwantumelektrodynamica.

Elektrische en magnetische velden

${\displaystyle \mathrm {I} }$ is de richting van de stroom door de geleider en ${\displaystyle \mathrm {B} }$ is de richting van het magnetische veld dat door deze stroom wordt opgewekt.

Een elektrisch veld wordt geproduceerd door elektrische ladingen en zorgt voor een elektrische kracht op andere ladingen. Een magnetisch veld wordt geproduceerd door de beweging van elektrische ladingen. Het veld in een magneet bijvoorbeeld wordt veroorzaakt door de bewegingen van de elektronen in het materiaal en ook rondom een kabel waardoor een elektrische stroom gaat ontstaat een magneetveld, omdat de stroom een beweging van ladingen is.

Elektromagnetisme geeft al aan dat elektrische en magnetische verschijnselen zijn verstrengeld. Zo zal een veranderlijk magnetisch veld een elektrisch veld opwekken en omgekeerd. Dit heet elektromagnetische inductie en vormt de basis voor de werking van dynamo's, elektromotoren en transformatoren.

Elektromagnetische kracht

De kracht die elektrische geladen deeltjes voelen door elektromagnetische velden, heet de elektromagnetische kracht. Het is een van de vier fundamentele natuurkrachten, naast de zwaartekracht, sterke kernkracht en zwakke kernkracht. De elektromagnetische kracht speelt behalve de zwaartekracht een grote rol in het dagelijkse leven. Deze kracht ligt aan de basis van de chemische eigenschappen van materie. Het elektromagnetische en het elektrische veld zorgen ook voor de aggregatietoestand van de stof. Als de energie in de atomen laag genoeg is gaan deze minder bewegen waardoor de eerder genoemde krachten een rol spelen bij het bij elkaar houden van de atomen in de stof. Zo blijven de atomen en moleculen bij een bepaalde temperatuur in een aggregatietoestand.

Elektromagnetische straling

Alle vormen van elektromagnetische straling vallen in het zogenaamde elektromagnetisch spectrum. De verschillende soorten elektromagnetische straling worden gekarakteriseerd door hun golflengte en frequentie. De verhouding tussen de golflengte en frequentie wordt bepaald door de voortplantingssnelheid (propagatiesnelheid) van elektromagnetische golven. Deze is gelijk aan de lichtsnelheid, die in de natuurkunde wordt aangeduid met de constante c. Licht kan worden gezien als zich voortbewegende verstoringen in het elektromagnetische veld. Alles wat optica betreft is dus een elektromagnetisch verschijnsel, maar ook radiogolven, microgolven, röntgenstraling en gammastraling behoren tot het elektromagnetisch spectrum.

Eenheden

Elektromagnetische eenheden maken deel uit van een systeem van elektrische eenheden die primair gebaseerd zijn op de magnetische eigenschappen van elektrische stromen, waarvan de SI-basiseenheid de ampère is.

Elektromagnetische SI-eenheden
symbool	naam van grootheid	naam van eenheid	symbool	basiseenheden
E	energie	joule	J = C⋅V = W⋅s	kg⋅m2⋅s−2
Q	elektrische lading	coulomb	C	A·s
I	elektrische stroom	ampère (SI-basiseenheid)	A = W/V = C/s	A
J	elektrische stroomdichtheid	ampère per vierkante meter	A/m2	A⋅m−2
U, ΔV, Δφ; ${\displaystyle {\mathcal {E}}}$, ${\displaystyle {\xi }}$	spanning, potentiaalverschil; elektromotorische kracht	volt	V = J/C	kg·m2·s−3·A−1
R; Z; X	elektrische weerstand, resistantie; impedantie; reactantie	ohm	Ω = V/A	kg·m2·s−3·A−2
ρ	soortelijke weerstand, resistiviteit	ohm meter	Ω·m	kg·m3·s−3·A−2
P	elektrisch vermogen	watt	W = V·A = J/s	kg·m2·s−3
C	elektrische capaciteit	farad	F = C/V	kg−1·m−2·A2·s4
ΦE	elektrische flux	volt meter	V·m	kg·m3·s−3·A−1
E	elektrische veldsterkte	volt per meter	V/m = N/C	kg·m·A−1·s−3
D	elektrische verplaatsing	coulomb per vierkante meter	C/m2	A·s·m−2
ε	permittiviteit	farad per meter	F/m	kg−1·m−3·A2·s4
χe	elektrische susceptibiliteit	(dimensieloos)	1	1
G; Y; B	elektrische geleidbaarheid, conductantie; admittantie; susceptantie	siemens	S = Ω−1	kg−1·m−2·s3·A2
κ, γ, σ	soortelijke geleidbaarheid, conductiviteit	siemens per meter	S/m	kg−1·m−3·s3·A2
B	magnetische inductie	tesla	T = Wb/m2 = N·A−1·m−1	kg·s−2·A−1
Φ	magnetische flux	weber	Wb = V·s	kg·m2·s−2·A−1
H	magnetische veldsterkte	ampère per meter	A/m	A·m−1
${\displaystyle {\mathcal {F}}}$	magnetomotorische kracht	ampère	A = Wb/H	A
${\displaystyle {\mathcal {R}}}$	magnetische weerstand of reluctantie	inverse henry	H−1 = A/Wb	kg−1⋅m−2⋅s2⋅A2
${\displaystyle {\mathcal {P}}}$	magnetische geleidbaarheid of permeantie	henry	H = Wb/A	kg⋅m2⋅s−2⋅A−2
L, M	inductantie	henry	H = Wb/A = V·s/A	kg·m2·s−2·A−2
μ	magnetische permeabiliteit	henry per meter	H/m	kg·m·s−2·A−2
χ	magnetische susceptibiliteit	(dimensieloos)	1	1
m	magnetisch moment	ampère vierkante meter	A⋅m2 = J⋅T−1	A⋅m2
σ	massa magnetisatie	ampère vierkante meter per kilogram	A⋅m2/kg	A⋅m2⋅kg−1

Fundamentele natuurkracht

Elektromagnetisme · Zwaartekracht · Sterke kernkracht · Zwakke kernkracht

Mediabestanden

Zie de categorie Electromagnetism van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.

WikiWoordenboek

Zoek elektromagnetisme op in het WikiWoordenboek.