In der Physik ist die Energie des elektromagnetischen Feldes die Energie, die in einem bestimmten Raumbereich durch das elektromagnetische Feld gespeichert wird, und wird durch die Summe der mit dem elektrischen Feld und dem magnetischen Feld verbundenen Energien gebildet.
Diese Definition umfasst auch Sonderfälle rein elektrischer und rein magnetischer Felder.
Bei elektromagnetischen Wellen sind diese beiden Größen immer gleich und es ist zweckmäßig, unter Verwendung des Poynting-Vektors vom Energiefluss zu sprechen, der von der Welle in der Zeiteinheit durch eine Oberfläche transportiert wird.
Elektromagnetische Energie umfasst auch die Energie elektromagnetischer Wellen; Aus diesem Grund wird sie auch als Strahlungsenergie bezeichnet.
Was ist eine elektromagnetische Welle?
Elektromagnetische Wellen sind eine Folge der zwischen magnetischen und elektrischen Feldern erzeugten Schwingungen. Sie werden auch durch oszillierende elektrische und magnetische Felder gebildet.
Elektromagnetische Wellen breiten sich mit einer elektrischen und einer magnetischen Komponente im Raum aus. Elektrisches und magnetisches Feld einer Welle stehen senkrecht zueinander und zur Wellenrichtung, diese Komponenten schwingen rechtwinklig zueinander und zur Ausbreitungsrichtung der Welle.
Die Menge elektromagnetischer Wellen, die sich mit einer konstanten Geschwindigkeit von 3,00 x 10 8 m/s durch Materie oder im Vakuum ausbreiten, wird als elektromagnetische Strahlung bezeichnet. Elektrische und magnetische Felder können ihre Bahn nicht ablenken, aber sie können Interferenzen zeigen.
Arten elektromagnetischer Energie
Es gibt verschiedene Arten elektromagnetischer Energie. Elektromagnetische Wellen werden nach ihrer Frequenz und Wellenlänge, also ihrem elektromagnetischen Spektrum, klassifiziert. Nach dieser Einteilung gibt es folgende Arten elektromagnetischer Energie:
Gammastrahlung.
Ultraviolette Strahlung.
Röntgenstrahlen.
Infrarotstrahlen.
Mikrowelle und Radiowellen.
Lichtenergie, die aus dem für das menschliche Auge sichtbaren Lichtspektrum stammt.
Beispiele für elektromagnetische Energie
Elektromagnetische Energie manifestiert sich durch viele Energiequellen. Einige von ihnen sind natürlich, wie Sonnenstrahlung, und andere sind künstlichen Ursprungs, wie Mikrowellenöfen.
Hier sind einige Beispiele, wo sich elektromagnetische Energie manifestiert:
Magnetschwebebahn
Diese Art von Zügen sind schwebende Züge, die dank der Kraft, die von starken Elektromagneten ausgeübt wird, aufrecht erhalten werden. Wenn diese Elektromagnete mit elektrischem Strom betrieben werden, erhöht sich die Intensität des Magnetfelds und erzeugt eine Abstoßungskraft zwischen den Waggons und der Metallschiene.
Elektrische Transformatoren
Elektrische Transformatoren sind Geräte, die es ermöglichen, die Spannung eines elektrischen Stroms zu verändern. Es basiert auf zwei Spulen (der Primär- und der Sekundärspule), die aus einem leitfähigen Draht bestehen, der um einen Eisenkern gewickelt ist.
Wenn Wechselstrom in die Primärspule eintritt, erzeugt er ein Magnetfeld, das die Sekundärspule aktiviert. Das von der zweiten Spule empfangene Magnetfeld erzeugt einen elektrischen Ausgangsstrom.
Wenn die Anzahl der Windungen des Drahtes zwischen der Primär- und der Sekundärspule unterschiedlich ist, ist die Ausgangsspannung unterschiedlich.
Elektrische Transformatoren werden verwendet, um beispielsweise Hochspannungsstrom an die Spannung anzupassen, die in unseren Häusern verwendet wird.
Elektromotoren
Motoren sind Geräte, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln können, also in eine Bewegung. Dabei wird Strom durch Rotor und Stator in elektromagnetische Energie umgewandelt.
Der Rotor, der das bewegliche Teil ist, wird durch Spulen gebildet, die sich zwischen den Polen eines Permanentmagneten befinden, der sich im Stator befindet. Das erzeugte elektromagnetische Feld sorgt dafür, dass sich der Rotor mit konstanter Geschwindigkeit dreht.
Elektrische Generatoren
Diese Gerätetypen funktionieren nach dem gleichen Prinzip wie Elektromotoren, jedoch in entgegengesetzter Richtung. In diesem Fall erhält der Generator mechanische Arbeit, die den Rotor dreht und ein elektromagnetisches Feld erzeugt, aus dem Strom gewonnen wird.
Mikrowellen
Mikrowellenöfen können Lebensmittel durch die Erzeugung und Konzentration elektromagnetischer Wellen erhitzen. Diese Wellen ähneln denen, die Funkkommunikation ermöglichen.
In diesem Fall haben sie jedoch eine höhere Frequenz, die die Lebensmitteldipole mit sehr hohen Geschwindigkeiten transformiert. Die Bewegung dieser Partikel erzeugt die kinetische Energie, die das Essen erhitzt.
Magnetresonanztomographie
Die Magnetresonanztomographie ist eine Anwendung der Nuklearmedizin, um den Patienten nicht-invasiv zu untersuchen. Die Gewinnung dieser Bilder, die zur Diagnose von Krankheiten dienen, wird durch die Aussendung von Wellen mit elektromagnetischer Energie erzeugt.
Grundlegendes Konzept
Neben elektromagnetischen Wellen ist es notwendig, einige grundlegende Aspekte zu kennen
Elektrische Ladung
Elektrische Ladung ist die Menge an elektrischer Energie, die ein Teilchen oder Objekt trägt, und es ist eine physikalische Größe, die bestimmt, wie stark das Vorhandensein eines elektromagnetischen Feldes es beeinflusst.
Elektrischer Strom
Ein elektrischer Strom wird durch die Bewegung elektrischer Ladungen erzeugt. Es gibt zwei Arten von elektrischen Grundladungen: Elektronen mit negativer Ladung und Protonen mit positiver Ladung.
Magnetismus
Magnetismus ist eine abstoßende oder anziehende Kraft, die elektrisch geladene Teilchen aufeinander ausüben.
Elektromagnetisches Feld
Das elektromagnetische Feld wird durch Elemente verursacht, die eine elektrische Ladung haben, die das Verhalten anderer geladener Teilchen in der Menge der elektrischen und magnetischen Felder beeinflussen.
