Nguyên tắc cơ bản của điện

Điện bắt nguồn từ các hạt tích điện như electron (mang điện tích âm), proton (mang điện tích dương). Các điện tích khác dấu thì hút nhau (ví dụ, các proton bị hút bởi các electron), trong khi các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau (ví dụ, proton này đẩy proton khác, hay electron này đẩy electron khác).

Khi các hạt tích điện đứng yên, nó được gọi là tĩnh điện. Khi các hạt tích điện chuyển động (chạy qua dây dẫn, vật dẫn), nó gọi là dòng điện. Dòng điện xảy ra khi các hạt tích điện chạy qua dây dẫn theo một hướng cụ thể.

Các ví dụ quen thuộc hằng ngày về điện như: ổ cắm điện, pin, tia sét... Điện được truyền qua dây dẫn để vận hành các máy móc, thiết bị như đèn, quạt, tủ lạnh, máy tính, tivi, máy giặt,...

Các đơn vị điện hệ SI phổ biến bao gồm: ampe (A) cho dòng điện, coulomb (C) cho điện tích, volt (V) cho hiệu điện thế, ohm (Ω) cho điện trở, watt (W) cho công suất.

Nguyên tắc cơ bản của từ tính

Từ tính là một loại lực hút hoặc lực đẩy giữa các vật thể từ. Bất kỳ vật thể từ tính nào cũng có cực bắc và cực nam, dựa trên hướng của từ trường Trái đất. Khi hai vật liệu từ tính đặt gần nhau, chúng sẽ chịu một lực hút hoặc lực đẩy. Khoảng cách mà lực hút hoặc lực đẩy tạo ra bởi từ tính được gọi là từ trường.

Các cực giống nhau của một nam châm thì đẩy nhau (ví dụ, cực bắc đẩy cực bắc), trong khi các cực đối diện của nam châm thì hút nhau (cực bắc và cực nam hút nhau).

Các ví dụ quen thuộc về từ tính bao gồm: phản ứng của kim la bàn với từ trường Trái đất, lực hút và lực đẩy của nam châm, từ trường xung quanh nam châm điện.

Các đơn vị từ tính hệ SI bao gồm: tesla (T) cho mật độ từ thông, weber (Wb) cho từ thông, ampe trên mét (A/m) cho cường độ từ trường, henry (H) cho độ tự cảm.

Quan hệ điện – từ hình thành như thế nào?

Từ “điện từ” (electromagnetism) xuất phát từ sự kết hợp giữa tiếng Hy Lạp “elektron”, có nghĩa là hổ phách và “magnetis lithos”, có nghĩa là đá magnesian, một loại quặng sắt từ tính. Người Hy Lạp cổ đại quen thuộc với điện và từ nhưng coi chúng là hai hiện tượng riêng biệt. Ban đầu các nhà khoa học cũng tin rằng điện và từ là hai lực riêng biệt.

Năm 1820, Hans Christian Orsted (1777 – 1851), nhà khoa học Đan Mạch là người đầu tiên phát hiện ra mối liên hệ giữa điện và từ, khi ông làm thí nghiệm cho dòng điện tác dụng lên kim la bàn và tạo ra từ trường.

Năm 1831, nhà khoa học người Anh Michael Faraday (1791 – 1867) đã nghiên cứu tác dụng của dòng điện lên nam châm, phát hiện ra rằng từ trường được tạo ra xung quanh một dây dẫn mang điện, từ đó tạo cơ sở cho khái niệm trường điện từ. Faraday cũng chứng minh từ tính có thể ảnh hưởng đến các tia sáng và có mối quan hệ cơ bản giữa hai hiện tượng này. Faraday cũng khám phá ra các nguyên lý cảm ứng điện từ, nghịch từ.

Tuy nhiên, mối quan hệ được gọi là điện từ vẫn chưa được mô tả cụ thể cho đến khi James Clerk Maxwell (1831 – 1879), nhà vật lý và toán học người Scotland, xuất bản cuốn Lý thuyết về điện và từ năm 1873. Maxwell tóm tắt và tổng hợp những khám phá của Coloumb, Oersted, Ampere, Faraday thành các phương trình toán học nổi tiếng. Các phương trình Maxwell ngày nay được sử dụng làm cơ sở của lý thuyết điện từ.

Năm 1885, nhà vật lý người Đức Heinrich Hertz (1857 – 1894) đã chứng minh lý thuyết sóng điện từ của Maxwell là đúng. Hertz đã làm thí nghiệm, tạo ra và phát hiện sóng điện từ. Việc phát hiện ra sóng điện từ dẫn đến sự phát triển của radio, truyền hình, thông tin di động... Đơn vị tần số của sóng đo bằng chu kỳ trên giây được đặt tên là "hertz" để vinh danh ông.

Hàng loạt thí nghiệm, nghiên cứu của các nhà khoa học đã chứng minh một cách khoa học về hai hiện tượng điện và từ, có mối liên hệ với nhau. Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường bên ngoài dây. Hướng của từ trường phụ thuộc vào hướng của dòng điện. Ngược lại, từ trường thay đổi có thể khiến các hạt tích điện chuyển động, tạo ra dòng điện.

Mối liên hệ giữa điện trường và từ trường gọi là điện từ. Cùng với lực hấp dẫn, lực điện từ gần như giải thích mọi hiện tượng xảy ra trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta.