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Intuitiva definición de campo electromagnético

Tengo curiosidad acerca de lo siguiente:
La comprobación acerca de lo que es una EM de campo en la wiki dice:

Un campo electromagnético (también EMF o campos EM) es un campo físico producido por objetos cargados eléctricamente

La comprobación de lo que es la carga eléctrica que dice:

La carga eléctrica es la propiedad física de la materia que hace que se la experiencia de una fuerza cuando se coloca en un campo electromagnético

Es que mi ignorancia sobre el tema o se trata de una circular no sensical definición? A mí me parece que después de leer esto, usted no sabe nada más que después de su lectura.
No podemos definir estas en un "intuitiva" que no es circular?

12voto

Javier Puntos 4138

Definiciones en la física siempre son algo circular, porque no son realmente definiciones. En su lugar, son descripciones del mundo. La manera de hacer sentido de "definiciones circulares" se suele pensar acerca de los experimentos que llevaron a esas definiciones.

Supongamos que usted es Charles-Augustin de Coulomb. Un día descubre que al frotar objetos unos sobre otros, usted puede dejar en un estado tal que no existe una fuerza entre ellos. La experimentación muestra que esta fuerza va inversamente con el cuadrado de la distancia (siempre y cuando los objetos no se mueven demasiado rápido, pero de Coulomb no lo sabía). También puede ver el siguiente: Supongamos que usted tiene de los objetos $A$, $B$, $C$. Usted encontrará que hay una fuerza atractiva $F_A$$A$$C$, y también hay una fuerza atractiva $F_B$$B$$C$. Descubrir que si se pone a $A$ $B$ juntos, la fuerza entre $AB$$C$$F_A + F_B$.

Esta última afirmación es muy importante, porque significa que la fuerza es proporcional a alguna de las propiedades de estos objetos. Usted puede llamar a que la propiedad de "cargo" (numéricamente la definición de carga es sólo cuestión de elegir una unidad de carga). Ahora puede definir el campo eléctrico $\mathbf{E}$ como la fuerza por unidad de carga, es decir, $\mathbf{E} = \lim_{q\to 0} \mathbf{F}/q$ donde $\mathbf{F}$ es la fuerza que sentía por el cargo que $q$.

También hay que tener en cuenta que las declaraciones que cita, aun no están destinados a ser definiciones; sólo son ásperas descripciones de lo que cobran y campos EM.

Te recomiendo que le eches un vistazo al capítulo 12 de la Feynman Lectures (Vol 1). Se trata de un problema similar con respecto a la segunda ley de Newton: Es $F=ma$ una definición de la fuerza?

6voto

aceinthehole Puntos 1460

Recordemos que la ciencia es descriptiva de la naturaleza. Estas palabras son definidos de forma que se describen los efectos de los experimentos (en general, las descripciones que se pegan son las más simples que cubren la gama de comportamientos que se ve en la realidad).

Como resultado, a pesar de que son circulares en la estructura, que absolutamente no dependen de la lógica circular para su validez: se basan en la experiencia empírica.

5voto

MW99 Puntos 1

En realidad, no es circular, hablando puramente lógica.

Uno dice "X es un campo producido por las cosas que tienen Y."

El otro dice "Y es una propiedad de la materia que hace que responder a una X."

Poner juntas estas dos cosas revela simplemente que algún asunto Y, que produce una X, que afecta a otras partes de la materia que tiene Y es.

En otras palabras, vamos a describir algunos de materia-materia de interacciones por poner un campo de entre ellos, producido por los bits de la materia, para que el otro pedazo de la materia responde. No es absurdo en absoluto, y de hecho contiene parte de una de las leyes de Newton profundamente dentro de ella: a causa de tales fuerzas tiene que ser sensible a tales fuerzas.

La única cosa necesaria para hacer una definición útil es para, a continuación, especifique una fuente conocida de carga electromagnética, como un protón o electrón o roce de la lana de vidrio. Una vez que se puede generar de forma fiable algún asunto que tiene Y, usted puede investigar Y en otro asunto. Hasta que esto se hace, sí, la definición es un poco más amplia , porque no separa claramente electromagnética fenómenos de todos los otros fenómenos que existen en este universo.

3voto

SBWorks Puntos 245

No es aceptable a cambio de una pregunta para invalidar dos buenas respuestas a su pregunta, usted debería haberle preguntado a una nueva pregunta.

Hay dos tipos de partículas en el universo, los fermiones y los bosones. Los fermiones ocupen espacio en el sentido de que usted no puede tener demasiados en la misma región (fase) de espacio. Y los bosones básicamente mediar en la interacción con los fermiones. Se puede saber si algo es un fermión basado en su giro. El bosón de Higgs tiene espín 0, Z, W+, W-, el fotón y todos los gluones son spin 1 y el gravitón (si es que existe, tiene spin 2). Todos los números enteros. Los fermiones tienen espín que no es un número entero. Se incluyen los leptones y los quarks de todos los que hasta en 1/2.

Ahora nos dijo bosones median las interacciones. Así tenemos que decir que las cosas interactúan el uno con el otro. Esto es como decir que es casada. Se trata de una agrupación. Podría ser que todo lo que interactúa con el gravitón (si es que existe) o con el Higgs. Pero no todo lo que interactúa con el fotón. Todos los quarks hacer, pero sólo la mitad de los leptones hacer. Pero los leptones interactuar más fuerte que los quarks hacer. Así que asignar una cantidad para expresar esta interacción. Y este tipo de interacción sólo necesita un único número (positivo o negativo) a la caracterizan. Así que asignar un cargo de todo y asignar una carga de cero a los leptones que no interactúan con el fotón y se le asigna un cargo para el quark abajo, pero nos asignar tres veces mayor que la carga del electrón. Y el -2 veces como mucho para el quark up y 3 veces como mucho a la de positrones. Y así sucesivamente. Porque es mucho más fuerte que reaccionan a los fotones.

Pero eso fue sólo un bosón, el fotón. También necesitamos cargos para describir las interacciones con los demás bosones. Por ejemplo, los gluones necesidad de color cargo que no es un número positivo o negativo, sino un espacio en 3d de colores y anticolors, es una forma más complicada interacción. Más aún desde que los gluones tienen por sí mismos el color de la carga.

Ya que tenemos diferentes cargos para las diferentes interacciones que tienen para darles nombres distintos, por lo que llamamos el cargo por lo fuerte que puede interactuar con los fotones de la carga eléctrica. Así que tienen carga eléctrica y el color cargo. Los quarks tienen tanto el electrón, el positrón, muon, antimuón, taon, anti-taon tienen carga eléctrica pero no hay color cargo. El fotón no tiene ni cargo. Los gluones tienen un color cargo (color y anticolor), pero no la carga eléctrica. El W+ y W - tienen carga eléctrica pero no hay color cargo.

Esto no es circular porque no hemos mencionado los campos eléctricos. Tenemos un montón de cosas que interactúan de muchas maneras y por eso tenemos que decir, que interactúan en la que las formas. Y en lugar de la lista de todos ellos podemos decir cosas como que el electrón y el muón y el tauón y W - todas interactuar con los fotones de la misma manera, ya que podemos asignar la misma carga eléctrica y, a continuación, decir cómo todo con la carga que interactúa con el fotón. Y, aún mejor, solo podemos decir que interactúan tres veces tan fuerte como el quark abajo (que tiene la misma carga que el extraño y quarks abajo y el anti-la, anti-encanto, y el anti-quarks top). Esto ahorra una gran cantidad de esfuerzo en comparación a simplemente dar el nombre de cada partícula y, a continuación, diciendo cómo interactúa con el fotón. Así que asignamos una cosa que se llama carga a thibgs basado en la forma en que interactúan con un bosón.

Ahora no podría ser de dos sorprendido de que los fotones y los campos eléctricos tienen puestos de trabajo similares. A veces, un montón de fotones pueden tener bastante agradable propiedades que desee para describir a ellos con un simple matemática. El buen matemáticas para los fotones es tener un montón de operadores en cada punto en el espacio-tiempo. Pero a veces se describe un seis dimensión combinación de planos en un espacio-tiempo 4d es bastante precisa para describir lo que es y lo que hace. Y a veces podemos elegir un marco y describir la 6d combinación de planos en 4d, con dos vectores. Si alguien en un marco diferente obtendría dos vectores diferentes, pero ambos están de acuerdo en la 6d objeto se formó en un espacio-tiempo 4d que realmente se acaba de cortar los planos en 4d en dos grupos de diferentes maneras, al igual que cuando usted escoge una x y y del eje z se puede cortar una línea en 3d en una combinación de números. Alguien que recoge diferentes direcciones para su eje, será obtener números, pero estarán de acuerdo en la línea 3d en cuestión.

OK, así que después de que se rompió la 6d combinación de planos en 4d en dos vectores 3d uno de ellos es el vector del campo eléctrico. Es la mitad de una aproximación a cómo todos los fotones en el universo es colectivamente neto de la interacción con los cargos en ese punto.

Y resulta que cuando la interacción que se está comportando de forma sencilla para esta aproximación a la obra de la interacción termina siendo tan simple como hacer la cosa con la carga de sentir una fuerza proporcional al cambio.

Que en realidad es bastante sencillo, ya que en general la interacción con el fotón podría ser tan complicado como la orquestación de la destrucción completa de un electrón y un positrón, haciendo de ellos aniquilar a los rayos gamma (fotones).

2voto

F. Bardamu Puntos 76

Usted tiene una caja llena de canicas. Hay algunas piedras que no se mueven a velocidad constante cuando se coloca cerrado el uno al otro. Volvemos a repetir el experimento muchas veces con estos guijarros y caracterizar su movimiento. Hacemos una parcela de su aceleración como función de su posición y nos damos cuenta de que la aceleración es siempre proporcional a la inversa de la distancia al cuadrado entre las dos piedras. Es decir,

$$a(x) = \frac{A}{r^2}$$

Toma uno de estos objetos y hacer que su muy especial estándar. La pintura de color rojo y escribir "ESTÁNDAR".

Como usted tiene una caja grande de estos objetos, que empieza a jugar con ellos y su estándar. Observa que mientras que la aceleración de estas piedras es siempre proporcional a la inversa de la distancia al cuadrado, la constante de proporcionalidad se diferencia del par de guijarros. Por un lado, la aceleración de los dos guijarros, aunque siempre en direcciones opuestas, no son lo mismo. Puede definir un valor de $M$ para cada objeto, que es la relación de la aceleración de su estándar para el valor absoluto de su aceleración. Es decir, si las constantes de proporcionalidad llegar a ser $A_\text{standard}$ $A_x$ para algunos guijarros llamado "X", se definen $M_x = \dfrac{|A_x|}{|A_\text{standard}|}$.

Genial!!! Entonces, usted va a escribir $A_\text{standard}$ una vez por todas. Pero te aviso que para cada par, la constante de proporcionalidad es diferente. Entonces, ¿qué hacemos? Cavar y cavar en el cuadro hasta que encuentra otro de estos objetos sobre los que actúa exactamente como su estándar. Puedes sustituirlo por su estándar y siempre obtendrá el mismo resultado. También la etiqueta de "ESTÁNDAR". Ahora estos dos, y medir la constante de proporcionalidad de su aceleración, y la llamada que se $A$. Si utiliza un estándar de guijarros y otro guijarro "X", la constante de proporcionalidad de la aceleración de la norma de guijarros no ser $A$, pero hay algo más, llame a $A^\prime$. Así que hicimos otro número $Q = A^\prime/A$, que si se divide la aceleración de la norma de guijarros, recibes $A$.

Este conjunto de guijarros de negocios es una tontería, pero ese es el punto. Los pares de cargas se repelen o se atraen. Este se caracteriza por la aceleración sentida por ambos puntos. En general, las aceleraciones podría ser cualquier cosa. Así que tenemos dos parámetros para caracterizar ellos. Uno es la relación de la masa de los dos puntos, que determina la "asimetría" entre las dos aceleraciones, o a su relación. Una vez que la relación entre los dos aceleraciones son fijas, todo lo que usted necesita para caracterizar ellos es el valor absoluto de uno de ellos, que es el cargo.

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