Фундаментальные взаимодействия

2.2 Электромагнетизм

Электромагнитное взаимодействие существует между частицами, обладающими  электрическим зарядом. С современной  точки зрения электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами  осуществляется не прямо, а только посредством  электромагнитного поля.

Электромагнитное взаимодействие проявляется и в микромире, и  в макромире, и в мегамире, но играет решающую роль в структуре макромира. Это взаимодействие в тысячу раз слабее сильного, но действует на гораздо больших расстояниях, чем оно. В результате него электроны и атомные ядра соединяются в атомы, атомы -- в молекулы, молекулы -- в макротела и т.д.

Электромагнитное взаимодействие связано с электрическими и магнитными полями. Электрические поля возникают  при наличии электрических зарядов, а магнитные - при их движении. В  природе существуют положительные  и отрицательные заряды, это и  определяет характер электромагнитного  взаимодействия: оно действует между  электрически заряженными частицами. В отличие от гравитационных сил, которые являются силами притяжения, одинаковые по знаку заряды отталкиваются, разноименные - притягиваются.

Различные агрегатные состояния  веществ, явление трения, упругие  и другие свойства вещества определяются преимущественно силами межмолекулярного взаимодействия, которые по своей  природе являются электромагнитными.

Электромагнитное взаимодействие описывается законом Ш.Кулона: сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел прямо пропорциональна произведению абсолютных значений зарядов q₁ и q₂ и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между телами.

F = k q₁ q₂ / r ², где k - коэффициент пропорциональности, k = 9·10⁹ Н·м Кл ².

Наиболее общее описание электромагнитного взаимодействия дает электромагнитная теория Максвелла, основанная на фундаментальных уравнениях, связывающих электрическое и  магнитное поля.

В мегамире электромагнитное взаимодействие звезд пренебрежимо мало по сравнению с гравитационным: т.к. звезды электронейтральны, а расстояние между ними очень большое.

Электромагнитное взаимодействие заряженных частиц намного сильнее  гравитационного, и единственная причина, по которой электромагнитное взаимодействие не проявляется с большой силой  на космических масштабах -- электрическая нейтральность материи, то есть наличие в каждой области Вселенной с высокой степенью точности равных количеств положительных и отрицательных зарядов.

Поскольку по величине электрические  силы намного превосходят гравитационные, то в отличие от слабого гравитационного  взаимодействия электрические силы, действующие между телами обычных  размеров, можно легко наблюдать. Электромагнетизм известен людям с  незапамятных времен (полярные сияния, вспышки молнии и др.). В течение  долгого времени электрические и магнитные процессы изучались независимо друг от друга. Существование электрона (единицы электрического заряда) было твердо установлено в 90-е гг. XIX в.

Но не все материальные частицы являются носителями электрического заряда. Электрически нейтральны, например, фотон и нейтрино. В этом электричество  и отличается от гравитации. Все  материальные частицы создают гравитационное поле, тогда как с электромагнитным полем связаны только заряженные частицы. Долгое время загадкой была и природа магнетизма. Как и  электрические заряды, одноименные  магнитные полюсы отталкиваются, а  разноименные - притягиваются. В отличие  от электрических зарядов магнитные  полюсы встречаются не по отдельности, а только парами - северный полюс  и южный. Хорошо известно, что в  обычном магнитном стержне один конец действует как северный полюс, а другой - как южный. Еще  с древнейших времен известны попытки  получить посредством разделения магнита  лишь один изолированный магнитный  полюс - монополь. Но все они заканчивались  неудачей: на месте разреза возникали  два новых магнита, каждый из которых имел и северный, и южный полюсы. Может быть, существование изолированных магнитных полюсов в природе исключено? Определенного ответа на этот вопрос пока не существует.

Электрическая и магнитная  силы (как и гравитация) являются дальнодействующими, их действие ощутимо  на больших расстояниях от источника. Электромагнитное взаимодействие проявляется  на всех уровнях материи - в мегамире, макромире и микромире. Электромагнитное поле Земли простирается далеко в космическое пространство; мощное поле Солнца заполняет всю Солнечную систему; существуют и галактические электромагнитные поля. К нему сводятся все обычные силы: силы упругости, трения, поверхностного натяжения, им определяются агрегатные состояния вещества, оптические явления и др.

Таким образом, нашу Вселенную  формируют силы всего четырех  типов. Масштаб явлений, определяемых каждой фундаментальной силой, зависит  от радиуса её действия. Тяготение проявляется главным образом в астрономическом и космологическом масштабах, электромагнитные силы -- в так называемом макромире, то есть в мире человеческой деятельности, от размеров Земли до расстояний порядка атомных. Короткодействующие ядерные силы, как бы велики и важны они ни были, совершенно не участвуют в явлениях на таких масштабах.

Список используемой литературы

1. Бондарев, В.П. Концепции  современного естествознания / В.П.Бондарев. - М.: Альфа. 2009. - 464 с.

2. Гусев, Д.А. Концепции  современного естествознания. Учебный  курс / Д.А. Гусев. - М.: МИЭМП, 2008. - 272 с.

3. Жилко, В.В. Физика  Уч. Пособие для 11 класса / В.В.Жилко, А.В.Лавриненко, Л.Г.Маркович. - Мн.: Народная асвета, 2004. - 80 с.

4. Иваненко, Д.Д. Гравитация / Д.Д.Иваненко, Г.А.Сарданашвили. - М.: УРСС, 2008. - 200 с.

5. Панкратов С. Фундаментальные  силы в природе / С.Панкратов  // Наука и жизнь. - 1987. - №5.