Redigerer Kraft (avsnitt)

=== Elektromagnetisk kraft ===
[[Fil:Paper shavings attracted by charged cd.jpg|mini|[[Coulombs lov|Elektrostatiske krefter]] virker på små papirbitter etter at en [[CD]] har fått et overskudd av [[elektrisk ladning]].]]

{{Hoved|Elektromagnetisme}}

Den [[Coulombs lov|elektrostatiske kraften]] ble først beskrevet i 1784 av [[Charles Augustin Coulomb]] som en kraft som eksisterte mellom to [[elektrisk ladning]]er.<ref name=Cutnell/>{{rp|519}} Egenskapene til den elektrostatiske kraften var at den varierte som en invers avstandskvadratlov i radial retning, der den oppstår både som tiltrekning og frastøting (det var iboende polaritet). Videre var kraften uavhengig av massen til de ladede legmene, samt at den fulgte [[superposisjonsprinsippet]]. [[Coulombs lov]] forener alle disse observasjonene til et konsist utsagn.<ref name="Coulomb">{{cite journal |first=Charles |last=Coulomb |journal=Histoire de l'Académie Royale des Sciences |year=1784 |title=Recherches théoriques et expérimentales sur la force de torsion et sur l'élasticité des fils de metal |pages=229–269}}</ref>

Etterfølgende matematikere og fysikere fant at konseptet om et [[elektrisk felt]] for å være nyttig for bestemmelse av den elektrostatiske kraften på en elektrisk ladning i ethvert punkt i rommet. Det elektriske feltet ble basert på bruk av en hypotetisk ''[[Testpartikel|testladning]]'' hvor som helst i rommet, og deretter bruke Coulombs lov til å bestemme den elektrostatisk kraften.<ref name=FeynmanVol2/>{{rp|4-6 to 4-8}} Således er det elektriske felt <math> \mathbf{E} </math> definert hvor som helst i rommet er definert som:

:<math>\mathbf{E} = {\mathbf{F} \over{q}}</math>

der <math> q </math> er størrelsen av en hypotetisk testladning, <math> \mathbf{F} </math> er kraften på testladninge.

[[Fil:Lorentzkraft-graphic.PNG|mini|[[Lorentzkraft]]en virker på en partikkel (til venstre) eller en [[elektrisk strøm]] (til høyre) som beveger seg gjennom et [[magnetfelt]].]]

I mellomtiden ble [[Lorentzkraft]]en som er et fenomen relatert til [[magnetisme]] oppdaget å eksistere mellom to [[elektrisk strøm]]mer. Den har samme matematiske struktur som Coulombs lov med forbehold om at strømmer i samme retning tiltrekker og i motsatte retninger virker frastøtende. I likhet med det elektriske felt, kan konseptet om et [[magnetfelt]] benyttes til å bestemme den magnetiske kraften <math> \mathbf{F} </math> på en elektrisk strøm <math> I </math> i ethvert punkt i rommet. I dette tilfelle er størrelsen av det magnetiske feltet \mathbf{B} ([[Magnetisk flukstetthet|flukstetthet]]) bestemt til å være:

:<math>\mathbf{B} = {\mathbf{F} \over{I \ell}}</math>

der <math> \ell </math> er lengden på den hypotetiske lederen som teststrømmen går gjennom. Det magnetiske feltet utøver en kraft på alle [[magnet]]er, som for eksempel en [[kompass]]nål. Det faktum at [[Jordens magnetfelt]] er konsentrert tett langs jordens akse fører til at et kompass blir orientert i denne retningen, på grunn av den magnetiske kraften som trekke på kompassnålen.

Gjennom å kombinere definisjonen av elektrisk strøm som tidsendringstakten for en elektrisk ladning, kan en regel basert på [[Kryssprodukt|vektor multiplikasjon]] kalt [[Lorentzkraft|Lorentz lov]] etableres som beskriver kraften på en ladning som beveger seg i et magnetisk felt.<ref name=FeynmanVol2/> Sammenhengen mellom elektrisitet og magnetisme åpner for beskrivelse av en enhetlig ''elektromagnetiske kraften'' som virker på ladninger. Denne kraften kan skrives som en sum av den elektrostatiske kraft (på grunn av det elektriske felt), og den magnetiske kraft (på grunn av det magnetiske felt). Fullt oppgitt er denne loven:

:<math>\mathbf{F} = q(\mathbf{E} + \mathbf{v} \times \mathbf{B})</math>

der <math> \mathbf {F} </math> er den elektromagnetiske kraften, <math> q </math> er størelsen av ladningen for partikkel, <math>  \mathbf {E} </math> er styrken av det elektriske feltet, <math> \mathbf {v} </math> er [[hastighet]]en til partikkelen som er gitt av [[kryssprodukt]]et med magnetfeltets flukstetthet (<math> \mathbf{B} </math>).

Naturen til elektriske og magnetiske felt ble ikke fullt ut forstått før i 1864 da [[James Clerk Maxwell]] samlet en rekke tidligere teorier i et sett av 20 skalarlikninger, som senere ble omformulert til fire vektorligninger av [[Oliver Heaviside]] og [[Josiah Willard Gibbs]].<ref>{{cite book|title=Polarized light in liquid crystals and polymers|first1=Toralf|last1=Scharf|publisher=John Wiley and Sons|year=2007|isbn=0-471-74064-0|page=19|url=https://books.google.com/?id=CQNE13opFucC}}, [https://books.google.com/books?id=CQNE13opFucC&pg=PA19 Chapter 2, p. 19]</ref> [[Maxwells likninger]] er en fullstendig beskrivelse av kildene til feltene som stasjonære og bevegelige ladninger, og interaksjoner av feltene selv. Dette førte til at Maxwell  oppdage at elektriske og magnetiske felt kan være «selvgenererende» i form av en [[bølge]]r som beveger seg med en hastighet som han regnet for å være [[lyshastigheten]]. Denne innsikten forent den gryende vitenskapen om elektromagnetisk teori med [[optikk]] og førte direkte til en fullstendig beskrivelse av [[elektromagnetisk spekter]].<ref>{{cite book|first=William |last=Duffin|title=Electricity and Magnetism, 3rd Ed.|url=https://archive.org/details/electricitymagn00duff |publisher=McGraw-Hill|pages=[https://archive.org/details/electricitymagn00duff/page/364 364]–383|year=1980|isbn=0-07-084111-X}}</ref>

Men forsøk på å forene elektromagnetisk teori med to observasjoner, [[fotoelektrisk effekt]], og  ikke-eksistens av den såkalte ''[[Rayleigh-Jeans' strålingslov|ultrafiolette katastrofen]]'', ble vanskelig. Gjennom arbeidet utført av ledende teoretiske fysikere, ble en ny teori om elektromagnetisme utviklet ved hjelp av kvantemekanikk. Denne siste modifikasjonen av elektromagnetisk teori førte til slutt til [[Kvanteelektrodynamikk]], som fullt ut beskriver alle elektromagnetiske fenomener som blir formidlet av bølgepartikler som kalles [[foton]]er. I kvanteelektrodynamikk er fotoner den grunnleggende utvekslingspartikkelen som beskrev alle interaksjoner knyttet til elektromagnetisme, inkludert den elektromagnetiske kraften.

Det er en vanlig misforståelse å tilskrive stivhet og fasthet i [[Faststoffysikk|fast stoff]] til frastøting av like ladninger under påvirkning av den elektromagnetiske kraften. Men disse egenskapene skyldes faktisk Pauliprinsippet. Siden elektroner er [[fermion]]er, kan de ikke okkupere samme [[bølgefunksjonen|kvantemekaniske tilstand]] som andre elektroner. Når elektronene i et materiale er tett pakket sammen, er det ikke nok lavere energinivåer i form av kvantemekaniske tilstander for dem alle, så noen av dem må være i høyere energitilstander. Dette betyr at det trengs energi for å pakke dem sammen. Selv om denne effekten er manifestert makroskopisk som en strukturell kraft, er det teknisk bare et resultat av eksistensen av et begrenset sett av elektrontilstander.