I tidigare avsnitt har jag sammanfattat att strålning innebär överföring av energi utan fysisk kontakt eller mediering av något medium. Energi finns runt oss i allt som rör sig och får saker att hända. Jag har också uppdelat strålning i joniserande och icke-joniserande kategorier. Inom trådlös kommunikation är den icke-joniserande strålningen mest relevant, inklusive radiovågor, mikrovågor och lågfrekventa elektromagnetiska fält.

Termen ”elektromagnetism” refererar till sambandet mellan magnetism och elektricitet. Det är en av de fyra grundläggande krafterna som påverkar partiklar och interaktioner, de andra är gravitation, stark kärnkraft och svag kärnkraft.

Atomens beståndsdelar

All materia är sammansatt av molekyler, vilka i sin tur bygger på atomer. Ursprunget till ordet ”atom” härstammar från det grekiska ”atomos”, vilket betyder ”odelbar”. Atomer är faktiskt så små att de aldrig har observerats med blotta ögat. Trots detta har experiment och matematiska teorier gjort det möjligt att studera deras struktur och sammansättning.

Atomkärnan består av protoner och neutroner. Runt atomkärnan kretsar elektroner i vad som liknas vid ett ”moln”. Protoner har en positiv elektrisk laddning (+), medan elektroner bär en negativ elektrisk laddning (-). Neutroner är neutrala, det vill säga de har ingen elektrisk laddning. Antalet protoner i en atom är detsamma som antalet elektroner. Som en konsekvens av detta är atomer elektriskt neutrala.

I vissa fall kan en atom dock ha för få eller för många elektroner, vilket innebär att den har fler eller färre elektroner än protoner. Sådana atomer kallas joner. En jon är helt enkelt en atom som har en positiv eller negativ elektrisk laddning.

Elektriska laddningar

En laddning i vila genererar ett elektriskt fält runt sig, men inget magnetfält. Begreppet ”fält” indikerar närvaron av osynlig ”strålning” liksom linjer som omger laddningen. Dessa ”strålningslinjer” representerar fältens riktning och definieras utifrån den riktning som en positivt laddad partikel skulle ta när den placeras i fältet. Nedan visas exempel på fältlinjer kring en positivt och en negativt laddad partikel.

Fältets styrka bestäms av den kraft som påverkar den laddade partikeln i förhållande till dess laddning. Illustrationen ovan visar två laddningar, en positiv och en negativ. Notera riktningarna på fältlinjerna, som sträcker sig utåt och inåt från respektive laddning.

Kraft mellan laddningar

Kraften som verkar mellan dessa två laddningar är resultatet av det relativa överskottet eller underskottet av elektroner. Det är denna kraft som driver elektronerna att röra sig från en laddning till en annan för att jämna ut laddningsförhållandet mellan dem.

Denna kraft fungerar på avstånd, liknande gravitationskraften. Större avstånd mellan laddningar resulterar i en svagare kraft mellan dem.

Följande generella principer gäller:

• En laddning är positivt laddad om den har ett överskott av elektroner.
• En laddning är negativt laddad om den har ett underskott av elektroner.
• Två positivt laddade partiklar stöter bort varandra.
• Två negativt laddade partiklar stöter bort varandra.
• Två partiklar med samma laddning stöter bort varandra (repulsion).
• Två partiklar med olika laddning attraherar varandra (attraktion).

Kraften mellan två elektriskt laddade partiklar beräknas med Coulombs lag.

Coulombs lag

En laddning (Q eller q) kan vara positiv eller negativ. Den minsta elektriska laddningen kallas elementarladdning och betecknas med bokstaven e, med enheten Coulomb (C): e = 1,6*10^-19 C

Coulombs lag beskriver styrkan och riktningen för en kraft som verkar mellan två stationära elektriskt laddade partiklar. Lagen publicerades ursprungligen 1785 av den franska fysikern Charles-Augustin de Coulomb.

Enligt denna lag är storleken på kraften mellan två punktformiga laddningar direkt proportionell mot produkten av deras laddningar och omvänt proportionell mot kvadraten av deras avstånd varandra.

I Coulombs formel betecknas avståndet mellan laddningarna som ”r”. Observera att:

• om avståndet halveras ökar kraften fyrdubbel.
• om båda laddningarna fördubblas, blir kraften fyra gånger så stor.

Inom fysiken används flera konstanter som är resultatet av omfattande studier av universums fysikaliska egenskaper. Dessa konstanter uttrycks ofta som exakta värden som är konstanta över tiden.

Sammanfattat beskriver Coulombs lag den elektriska kraften mellan två stationära elektriskt laddade partiklar. Lagen fastställer att kraften är direkt proportionell mot produkten av deras laddningar och omvänt proportionell mot kvadraten av avståndet mellan dem. Om laddningarna ökar fördubblas kraften, och om avståndet halveras ökar kraften fyrdubbel. Lagen formulerades av den franska fysikern Charles-Augustin de Coulomb år 1785.