Mikä on matematiikan merkitys sähkömagneettisten ilmiöiden tutkimuksessa?

Sähkömagneettiset ilmiöt liittyvät aineen sähköisiin ja magneettisiin ominaisuuksiin. Heidän on tekemistä niiden hiukkasten kuvauksen kanssa, joilla on sähkövaraus, kun ne ovat levossa tai liikkuessa.

Sähkö- ja magneettiset ilmiöt tutkittiin erikseen kahdella fysiikan haaralla, nimittäin sähköllä ja magnetismilla, vastaavasti. Sitten havaittiin kuitenkin, että he eivät olleet itsenäisiä ilmiöitä, vaan että ne ovat läheisesti toisiinsa liittyviä, joten jokaisesta kutsuttiin sähkömagneettisia ilmiöitä.

Matematiikan yleinen merkitys

On olemassa kaksi yleistä syytä, miksi matematiikka on ollut välttämätöntä sähkömagneettisten ilmiöiden ymmärtämiseksi:

1. Saa päätellä ja perustaa niitä hallitsevia lakeja

Fyysikot kuvaavat sähkömagneettisia ilmiöitä lakien avulla, jotka päätellään tarkkailemalla ja tutkiessaan niitä. He tekevät tämän, kun ne tapahtuvat luonnollisesti tai laboratorioissaan kokeita suorittaessaan. Nämä lait ovat todellisuudessa matemaattisia esityksiä eri ilmiöistä.

Tärkeimmät sähkömagnetismin lakit ovat:

• Coulombin laki.
• Biot- ja Savart -lait.
• Lorentzin laki.
• Maxwellin lait.
• Ampéren laki.
• Gaussin laki.
• Faradayn lait.

Jokainen näistä laeista voidaan esittää yhtälönä tai kaavana, joka liittyy erilaisiin muuttujiin, kuten sähkövaraus, nopeus, virran voimakkuus, magneettikenttä jne.

Tämän vuoksi mitään näistä laeista ei olisi olemassa ilman matematiikkaa. Siksi ilman matematiikkaa tiedämme hyvin vähän sähkömagneettisista ilmiöistä.

2. Ne sallivat sähkömagneettisten ilmiöiden ennustamisen

Saman tosiasian takia, että matematiikka mahdollistaa näitä ilmiöitä hallitsevia lakeja, niiden avulla voimme myös käyttää näitä lakeja ennustaaksesi sähkömaksujen käyttäytymistä eri skenaarioissa.

Voi palvella sinua: Koe -raportti

Esimerkiksi matemaattisten laskelmien ansiosta voimme määrittää vetovoiman tai torjumisen voimat, joita on olemassa kahden lepokauden välillä. Se antoi meille myös mahdollisuuden ennustaa, kuinka kehomme molekyylit käyttäytyisivät, kun ne altistuvat vahvoihin magneettikenttiin, jotka keksivät ydinmagneettiresonanssin visualisoimaan sisäelimet ilman leikkausta tarvetta.

Toisaalta matematiikka antoi meille mahdollisuuden ymmärtää valon luonnetta, mikä ei ole muuta kuin avaruuden läpi leviävä sähkömagneettinen aalto. Ilman syvää matematiikan tuntemusta fyysikot eivät olisi koskaan pystyneet päättelemään tätä valon ominaisuutta, eikä kaikki tekniikat, kuten laserit ja televiestintä, olisivat voineet kehittää.

Erityisten matematiikan alueiden merkitys

Edellä mainitun sähkömagnetismin yleisen käytön lisäksi voimme tuoda esiin seuraavat matematiikan haaran erityiset sovellukset sähkömagneettisten ilmiöiden tutkimuksessa:

1. Aritmeettisen merkitys sähkömagneettissa

Aritmeettinen on osa matematiikkaa, joka liittyy numeroiden laskemiseen ja hallintaan. Tämä on välttämätöntä kaikille tieteille, etenkin luonnontieteille, kuten fysiikka. Aritmeettinen on se, mikä antaa meille mahdollisuuden käyttää kaavoja sähkövoimien, magneettikenttien ja muiden sähkömagneettisten ilmiöiden muuttujien laskemiseen.

Näiden ilmiöiden tutkimuksessa meidän on suoritettava monia matemaattisia operaatioita, kuten summia, vähennystä, kertolaskuja, divisioonaa, parannusta, arkistointia ja jopa logaritmien laskemista.

2. Algebran merkitys sähkömagneettissa

Laskelmien suorittamisen lisäksi sähkömagnetismin tutkimus merkitsee myös kykyä manipuloida yhtälöitä ja ratkaista ne eri muuttujien puhdistamiseksi. Tämä on algebran kenttä, matematiikan haara, joka liittyy matemaattisten operaatioiden yleistämiseen kirjaimilla, numeroilla ja symboleilla.

Voi palvella sinua: Geosentrinen teoria: Mikä on, alkuperä ja ominaisuudet 

Algebra on ehkä yksi tärkeimmistä työkaluista fysiikan ja sähkömagneettisuuden opiskelijalle. Esimerkiksi, ilman algebraa, emme voineet ratkaista Coulombin lain yhtälöä kahden sähköisen varauksen välisen etäisyyden määrittämiseksi.

3. Geometrian ja vektorien merkitys sähkömagneettissa

Toinen olennainen osa sähköä ja magneettissa käytettyä matematiikkaa ovat vektorit. Monet sähkömagneettisuuden lait ja kaavat liittyvät voimiin, avaruuden ja nopeuksien sijaintiin, ja kaikki nämä ovat vektorien fysikaalisia suuruuksia (ts. Ne ovat vektoreita).

Joissakin tapauksissa nämä vektorit voivat olla kahdessa ja jopa kolmessa ulottuvuudessa. Tämä tekee vektorien tutkimuksen, joka on osa matematiikkaa, on erittäin tärkeää ymmärtää sähkömagneettisia ilmiöitä.

Toisaalta, kun tutkimme vektoreita kahdessa ja kolmessa ulottuvuudessa, käytämme jatkuvasti geometriaa ja erityisesti trigonometriaa. Tästä syystä geometria on myös tärkeä osa tietämystä, jota tarvitsemme tämän fysiikan alueen ymmärtämiseksi.

4. Sähkömagneettisten ilmiöiden graafinen esitys

Toinen erittäin tärkeä työkalu sähkömagneettisuudelle, jonka hankkimme matematiikkaa tutkittaessa ja yhdistää useita edellä mainittuja haaroja, on kyky edustaa matemaattisia yhtälöitä ja toimintoja grafiikassa.

Matemaattisen funktion visuaalisen esityksen näkeminen on melkein aina hyödyllisempi kuin saman symbolien ja kirjaimien tarkastelu. Sen lisäksi, että matematiikka antaa meille aritmeettisen, algebran ja geometria.

Se voi palvella sinua: mitkä kaasut aiheuttavat ilmakehän ylikuumenemisen?

Kaaviot voidaan tehdä kahdessa ja kolmessa ulottuvuudessa ja jopa neljään, jos sisällytämme väriä ylimääräisenä ulottuvuutena.

5. Differentiaali- ja kiinteä laskenta sähkömagneettissa

Lopuksi, sähkömagnetismi ei rajoitu yksinkertaisiin algebrallisiin kaavoihin ja yhtälöihin. Itse asiassa suurin osa sähkömagnetismin laeista on periaatteessa melko monimutkaisia ​​differentiaaliyhtälöitä, jotka muuttuvat kaavoiksi, jotka opimme lukion fysiikassa kiinteän laskelman avulla.

Tämä on jotain, jota useimpien opiskelijoiden, jotka vain alkavat opiskella sähkömagneettisuutta. Erottelulaskenta on kuitenkin todellisuudessa tärkein matemaattinen työkalu kuin useimmat tutkijat, kuten Coulomb, Maxwell ja Gauss, käyttivät lakeja, jotka nykyään kantavat nimensä.

Viitteet

1. Sähkömagnetismi. Haettu jstk.Wikipedia.org