Elektromanyetik kuvvet
Elektromanyetik kuvvet nedir?
Elektromanyetik kuvvet; fizik dünyasında yenilik getiren bir kuvvettir. Her cisim kendi yapısal özelliğine bağlı olarak bir elektrik yükü taşır. Bu elektrik yükleri arasında meydana gelen etkiye elektromanyetik kuvvet denir.
Diğer bir ifade ile elektrik yüklü bir parçacığın manyetik alandan geçerken, elektrik yüklü parçacıklar arasında meydana gelen kuvvete elektromanyetizma veya elektromanyetik kuvvet denir. Bir manyetik alan, bir sarmalın sarımlarında dolaşan elektron örneğinde olduğu gibi, elektrik yüklü parçacıklar hareket ettiğinde ortaya çıkar. Manyetik alan ile iletken arasında bir kuvvet meydana gelir. Bu kuvvete elektromanyetik kuvvettir.
Elektromanyetizma sonsuz bir kuvvettir ancak kütle çekimden çok daha kuvvetlidir. Bundan dolayı, cisimlerin delinmezliğinden, atom ve metallerin yapısına, lazer ve radyolara, sürtünme ve gökkuşağına kadar güncel hayattaki pek çok olayı açıklar.
Elektromanyetik kuvvet, elektrik kuvveti ve manyetik kuvvet birbirleri ile ilişkilidir. James Clerk Maxwell, 1873 ‘te elektrik ve manyetik kuvvet alanlarının uyduğu eksiksiz denklemleri bulmayı başardı ve günümüzde elektromanyetizma adı verilen kuralı elde etmiş oldu.
Elektromanyetik kuvvet özellikleri, kuvvetin temel parçacıklara etki ederken gösterdiği özellikler şu şekilde sıralanabilir.
Atomun çekirdeği ile elektronlar arasındaki kuvvet, saç tararken tarağın saç tellerine uyguladığı kuvvet, mıknatısların uyguladığı kuvvet birer elektromanyetik kuvvettir.
- Kuvvet, elektrik yükü üzerine evrensel (birbirinden ayrı özellikler taşıyan şeylerin paylaştığı ortak özellik) bir şekilde etki eder.
- Kuvvet, çok büyük bir menzile sahiptir (manyetik alanın yıldızlarası etkisi vardır).
- Kuvvet oldukça zayıftır. Kuvvetin şiddeti, elektron yükünün karesinin 2hc (2 x Planck sabiti x ışık hızı)’na bölümüne eşittir. Bu oran yaklaşık 1/137,036 dır.
- Bu kuvvetin taşıyıcısı, durgun kütlesi sıfır, spini 1 olan ve foton denilen bir parçacıktır. Fotonun kendisinin elektrik yükü yoktur. Bu kuvvet zıt elektrik yüklü parçacıkların birbirini çekmesini, aynı yüklü parçacıkların da birbirlerini itmelerini sağlar. Bu sayede bu kuvvet atomun çekirdeğindeki protonlar ile çevresindeki yörüngelerde dolaşan elektronların birbirlerini çekmelerini sağlar.
Elektromanyetik kuvvet Coulomb kanunu ile verilen bir bağıntı yardımı ile hesaplanır. Birbirinden d uzaklığı kadar ayrı olan q1 ve q2 yüklü cisimler arasında oluşan kuvvetin büyüklüğü aşağıdaki formül ile hesaplanabilir. Elektromanyetik kuvvet formülü;
Burada,
- F : Coulomb kuvveti
- d : Yüklü cisimlerin kütle merkezleri arasındaki uzaklık
- k : Ortamın cinsine ve kullanılan birim sistemine bağlı olarak değişen Coulomb sabiti.
Tarihçe
Tarihte elektrik ve manyetizmanın ilk etkileri Yunanlar ve Çinliler tarafından incelenmiştir. Yunanlar bir parça kehribarın sürtüldüğünde bazı nesneleri çektiğini gözlemlemiştir. (Elektron kelimesi kehribarın yunanca karşılığından türemiştir). Daha sonra Oersted, Coulomb, Ampere, Biot, Savart ve Gauss’un teorik ve deneysel çalışmaları ile elektrik ve manyetizma ile ilgili gelişmeler sağlanmıştır. Deneysel açıdan elektrik ve manyetizmaya en büyük katkının Michael Faraday tarafından yapıldığı söylenebilir. Bütün bu bilim adamlarınca biriktirilen bilgiler James Clerk Maxwell tarafından dört denklem altında toplanmıştır. Bu denklemler Maxwell denklemleri olarak bilinir ve kuantum fiziği öncesi bilinen bütün elektrik ve manyetik görüngüleri açıklamaktadır.