Elektromagnetisme

Elektromagnetisme is ’n tak van fisika wat die bestudering van die elektromagnetiese wisselwerking tussen elektries gelaaide deeltjies behels. Die elektromagnetiese wisselwerking toon elektromagnetiese velde, soos elektriese en magneetvelde, en lig, en is een van die vier basiese natuurkragte. Die ander drie is die sterk wisselwerking, die swak wisselwerking en swaartekrag.

Weerlig is ’n elektriese ontlading wat tussen twee gelaaide streke beweeg.

By hoë energie word die elektromagnetiese en die swak wisselwerking verenig as ’n enkele krag, die elektroswak wisselwerking.

Elektromagnetiese verskynsels word gedefinieer in terme van die elektromagnetiese krag, wat soms die Lorentzkrag genoem word. Dit sluit beide elektrisiteit en magnetisme in as verskillende manifastasies van dieselfde verskynsel. Die elektromagnetiese krag speel ’n groot rol in die bepaling van die interne eienskappe van die meeste voorwerpe in die alledaagse lewe. Gewone materie se vorm kom van die intermolekulêre kragte tussen individuele atome en molekules in materie, en is ’n manifestasie van die elektromagnetiese krag. Elektrone word deur die elektromagnetiese krag gebind aan atoomkerns, en hul wentelvorms en hul invloed op nabygeleë atome met hul elektrone word beskryf deur kwantummeganika. Die elektromagnetiese krag beheer alle chemiese prosesse, wat meegebring word deur wisselwerkings tussen die elektrone van naburige atome.

In elektromeganiese energie-oordrag, transmissiestelsels wat teen RF-radiofrekwensies funksioneer, golfleiers wat teen mikrogolf- of optiese frekwensies funksioneer en die ontwerp van antennas is ’n deeglike kennis van die gedrag van elektriese en magnetiese velde noodsaaklik. Stroombaanteorie beskryf die verband tussen spanning en stroom en is grotendeels gebaseer op Ohm se wet. Terwyl dit dikwels voldoende is in elektriese ontwerptoepassings, word hierdie wette omvergewerp wanneer daar teen hoë frekwensies gewerk word. Om hier agter die kap van die byl te kom, moet elektromagnetiese veldteorie verstaan word. Ohm se wet is as't ware ’n spesiale geval in veldteorie.

Geskiedenis

’n Magdom navorsers was direk en indirek betrokke by die ontwikkeling van die beginsels van elektromagnetiese teorie. Hulle sluit in Hans Christian Oersted, Hendrik Lorentz, Karl Friedrich Gauss, Charles Coulomb, André-Marie Ampère, Michael Faraday James Clerk Maxwell en Heinrich Hertz.

In 1820 het Oersted, ’n Sweedse professor in fisika, ’n verband tussen elektrisiteit en magnetisme aangekondig. Maxwell, 'n Skotse professor in natuurlike filosofie, staan egter kop en skouers uit bo ander wetenskaplikes in hierdie rigting. Hy het breedvoerige wiskundige analises uitgevoer en ’n stel vergelykings opgestel waarin al die bydraes van sy voorlopers op die terrein van elektrisiteit en magnetisme saamgevat word. Hierdie stel vergelykings is dan ook na hom genoem.

Maxwell se vergelykings beskryf die evolusie van elektromagnetiese velde in drie dimensies soos wat tyd verloop. Sy vergelykings is elegant en eenvoudig en volgens baie ’n intellektuele prestasie in vergelyking met dié van Isaac Newton.

In 1888 het Hertz, ’n Duitse fisikus, Maxwell se voorspellings en vergelykings gestaaf deur middel van ’n eksperimentele ondersoek na laefrekwensie- elektromagnetiese golwe.

Eenhede

Elektromagnetiese eenhede maak deel uit van ’n stelsel van elektriese eenhede wat hoofsaaklik gebaseer is op die magnetiese eienskappe van elektriese strome, waarvan die SI-basiseenheid die ampère is.

Elektromagnetiese SI-eenhede
Simbool	Naam van grootheid	Afgeleide eenhede	Eenheid	Basiseenhede
I	Elektriese stroom	Ampère (SI-basiseenheid)	A	A (= W/V = C/s)
Q	Elektriese lading	Coulomb	C	A·s
J	Elektriese stroomdigtheid	Ampere per vierkante meter	A/m 2	A·m−2
U, ΔV, Δφ; E	Spanning, potensiaalverskil; elektromotoriese krag	Volt	V	J/C = kg·m2·s−3·A−1
R; Z; X	Elektriese weerstand; impedansie; reaktansie	Ohm	Ω	V/A = kg·m2·s−3·A−2
ρ	Resistiwiteit	Ohm-meter	Ω·m	kg·m3·s−3·A−2
S;P;Q	Skyndrywing; Elektriese drywing/Werklike drywing; Reaktiewe drywing	Watt	W	V·A = kg·m2·s−3
C	Elektriese kapasitansie	Farad	F	C/V = kg−1·m−2·A2·s4
ΦE	Elektriese vloed	Volt-meter	V·m	kg·m3·s−3·A−1
E	Elektriese veldsterkte	Volt per meter	V/m	N/C = kg·m·A−1·s−3
D	Elektriese verplasing/vloeddigtheid	Coulomb per vierkante meter	C/m2	A·s·m−2
ε	Permittiwiteit	Farad per meter	F/m	kg−1·m−3·A2·s4
χe	Elektriese vatbaarheid	(dimensieloos)	-	-
G; Y; B	Admittansie; Elektriese geleidingsvermoë/Konduktansie; Suseptansie	Siemens	S	Ω−1 = kg−1·m−2·s3·A2
κ, γ, σ	Soortlike geleidingsvermoë	Siemens per meter	S/m	kg−1·m−3·s3·A2
B	Magnetiese vloeddigtheid/induktansie	Tesla	T	Wb/m2 = kg·s−2·A−1 = N·A−1·m−1
Φ	Magnetiese vloed	Weber	Wb	V·s = kg·m2·s−2·A−1
H	Magnetiese veldsterkte	Ampère per meter	A/m	A·m−1
L, M	Induktansie	Henry	H	Wb/A = V·s/A = kg·m2·s−2·A−2
μ	Magnetiese permeabiliteit	Henry per meter	H/m	kg·m·s−2·A−2
χ	Magnetiese vatbaarheid	(dimensieloos)	-	-

Bronnelys

• Hermann A. Haus en James R. Melcher, Electromagnetic Fields and Energy, pp. 1-37, Prentice Hall Inc. 1989.
• David K. Cheng, Field and Wave Electromagnetics, Pearson. 2014.
• - 'n e-boek (HTML of pdf) oor elektrisiteit en magnetisme