4大基本作用力之一電磁相互作用力

2021-01-11 初中化學大師

電磁互相作用力:電磁力我們比較熟悉,我們的生活已經離不開電磁。從我們熟悉的正負電荷相互作用,到電磁鐵之間的吸引及排斥、發電機,電機原理、到無線電、電視、收音機、衛星電視、雷達,從大到地球、太陽、星系的磁場現象,到小到電子在原子內部電磁場、再到大型實驗對撞機對質子、電子等的對撞應用,電磁的利用已經無所不在。

十九世紀中葉,電和磁還被看成是兩種獨立的事物,但麥克斯韋研究證明它們實際上是現在叫做電磁現象的同一種基本相互作用的兩個方面,可以用同一組方程式加以描述。到二十世紀中葉前,這一描述又改進到包括了量子力學效應,並以量子電動力學(QED)形式成為物理學家提出過的最成功的理論之一,它以極高精度正確預言了諸如電子等帶電粒子相互作用的性質。

電磁相互作用即是帶電粒子與電磁場的相互作用以及帶電粒子之間通過電磁場傳遞的相互作用。它是自然界的一種基本相互作用。電磁力隨距離減小的規律與萬有引力相似:當距離增大到原來的2倍時,它們減小到原來的1/4。

電磁相互作用在強度上它次於強相互作用。電磁力和引力一樣是長程力,它們可以在宏觀尺度的距離中起作用而表現為宏觀現象。宏觀的電磁相互作用理論總結在麥克斯韋方程組中,早在十九世紀已為人們所掌握。微觀的電磁作用理論是量子電動力學,它是麥克斯韋理論與量子力學原理的結合。電子在原子核中的運動規律就是微觀電磁力。光子是傳遞力的介質。

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    眾所周知,宇宙中存在著四種基本力:引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力。理論上,宇宙間所有現象都可以用這四種作用力來解釋。但這4種力的強度大小和作用範圍都相差十分巨大。例如,引力的強度雖然只有強相互作用力的100萬億億億億分之一,但前者的作用範圍卻非常大,從理論上說可以一直延伸到無限遠的地方,屬於長程力;而強相互作用力的範圍卻很小,只有1釐米的10萬億分之一,屬於短程力;弱相互作用力也是短程力,力程不到1釐米的1000萬億分之一,強度是強相互作用力的
  • 啥叫四種基本力,質子帶正電本來相斥,為啥卻粘在一起?
    先簡單說說四種基本力。自從牛頓發現了萬有引力定律,隨著科學研究的深入,發現這個世界的一切不外乎受四種力的約束,即萬有引力、電磁作用力、強力、弱力。萬用引力和電磁作用力我們每天都接觸到,更多是表現在宏觀方面。如天體運動和演化、航天發射都是遵循萬有引力規律,根據這個規律,才能夠了解宇宙天體運動和讓太空飛行器脫離地球引力;而電磁作用力表現在我們日常生活的一切方面,光和電、彈力、機械力、摩擦力、磁力、阻力、壓力、拉力、斥力等等都屬於電磁作用力的範疇。
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    自然界一共有4種相互作用,除了引力相互作用和電磁相互作用外,還有強相互作用和弱相互作用。這4種相互作用強度大小和作用範圍都相差懸殊,也大相逕庭。例如,引力的強度只有強相互作用力的100萬億億億億分之一,引力的作用範圍卻非常大,從理論上說可以一直延伸到無限遠的地方,引力是長程力;而強相互作用力的範圍卻很小很小,只有1釐米的10萬億分之一,說強相互作用力是短程力;弱相互作用力也是短程力,力程不到1釐米的1000萬億分之一,強度是強相互作用力的1萬億分之一;電磁力與引力一樣是長程力,但它的強度要比引力大得多,是強相互作用力的1/137。
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    作為電磁理論基礎的最後一講,老張之前講的所有公式與概念都在圍繞著電磁場中細節討論,那麼電機作為電磁轉化的裝置,最核心的應用部分就是「力」的輸出。那麼今天老張希望和大家具體討論一下電機所產生的「力」到底和什麼有關,相關的計算公式有哪些,作為這一單元的收尾。
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  • 九上知識點匯總,思維導圖講解,第十六章電磁鐵與自動控制
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    所有這些都對應著不同的力,或者說看上去完全不一樣的相互作用。我們怎樣才能把它們全部分類呢?實際情況並不是這樣!像紛繁複雜的物質是由基本粒子電子和夸克組成的一樣。同樣地,各種各樣的力都可以歸結為4種基本相互作用!它們依次是:強相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和萬有引力。注意這裡可以使用的是相互作用,而不用力的概念。這是因為描述這些相互作用的理論並不是通常意義理解的力學理論,情況非常複雜。
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