Какво е електромагнетизъм:
Електромагнетизмът е изследване на зарядите и взаимодействието между електричеството и магнетизма. Електричеството и магнетизмът са аспекти на един физически феномен, тясно свързани от движението и привличането на заряди в материята.
Клонът на физиката, който изучава взаимодействието между електрическите и магнитните явления, е известен още като електромагнетизъм.
Думата "електричество" е предложена от англичанина Уилям Гилбърт (1544-1603) от гръцки електрон (вид кехлибар, който привлича предмети, когато се търка с различни вещества). От друга страна, "магнетизмът" вероятно е възникнал от турски регион с находища на магнетизиран магнетит (Магнезия), където е живяло древногръцко племе, известно като Магнетите.
До 1820 г. обаче Ханс Кристиан Ерстед (1777-1851) успява да демонстрира ефекта на електрически ток върху поведението на компаса, като по този начин се ражда изследването на електромагнетизма.
Основи на електромагнетизма
Магнитите и електричеството винаги са били обект на очарование за човечеството. Първоначалният му подход преминава през различни курсове, които достигат до среща в края на 19 век. За да разберем какво е електромагнетизмът, нека прегледаме някои основни понятия.
Електрически заряд
Електрическият заряд е основно свойство на частиците, които изграждат материята. Основата на всички електрически заряди се намира в атомната структура. Атомът концентрира положителни протони в ядрото, а отрицателните електрони се движат около ядрото. Когато броят на електроните и протоните е равен, имаме атом с неутрален заряд. Когато атомът получи електрон, той остава с отрицателен заряд (анион), а когато загуби електрон, той остава с положителен заряд (катион).
Тогава се обмисля зарядът на електрона като основна единица или кванти на електрическия заряд. Това е еквивалентно на 1,60 х 10 -19 кулон (С), което е мерната единица за заряди, в чест на френския физик Шарл Августин дьо Кулон.
Електрическо поле и магнитно поле
A електрическо поле Това е силово поле, което заобикаля заряд или заредена частица. Тоест заредена частица въздейства или упражнява сила върху друга заредена частица, която е в близост. Електрическото поле е векторна величина, представена с буквата И чиито единици са волт на метър (V / m) или нютон на кулон (N / C).
От друга страна, магнитно поле Това се случва, когато има поток или движение на заряди (електрически ток). Тогава можем да кажем, че в областта действат магнитните сили. По този начин електрическо поле заобикаля всяка заредена частица и движението на заредената частица създава магнитно поле.
Всеки движещ се електрон създава мъничко магнитно поле в атома. За повечето материали електроните се движат в различни посоки, така че магнитните полета се отменят. В някои елементи, като желязо, никел и кобалт, електроните се движат в преференциална посока, създавайки нетно магнитно поле. Извикват се материали от този тип феромагнитни.
Магнити и електромагнити
A магнит Това е резултат от постоянното подравняване на магнитните полета на атомите в парче желязо. В обикновено парче желязо (или друг феромагнитен материал) магнитните полета са произволно ориентирани, така че то не действа като магнит. Ключовата характеристика на магнитите е, че те имат два полюса: север и юг.
A електромагнит Състои се от парче желязо вътре в намотка от тел, през което може да се прокара ток. Когато токът е включен, магнитните полета от всеки атом, съставляващи парчето желязо, се подравняват с магнитното поле, произведено от тока в серпентината на проводника, увеличавайки магнитната сила.
Електромагнитна индукция
Електромагнитната индукция, открита от Джоузеф Хенри (1797-1878) и Майкъл Фарадей (1791-1867), е производството на електричество чрез подвижно магнитно поле. Чрез преминаване на магнитно поле през намотка от тел или друг проводящ материал се предизвиква поток на заряд или ток, когато веригата е затворена.
Електромагнитната индукция е в основата на генераторите и практически на цялата електрическа енергия, произведена в света.
Приложения на електромагнетизма
Електромагнетизмът е в основата на работата на електрическите и електронните устройства, които използваме ежедневно.
Микрофони
Микрофоните имат тънка мембрана, която вибрира в отговор на звука. Към мембраната е прикрепена намотка от тел, която е част от магнит и се движи покрай мембраната. Движението на бобината през магнитното поле преобразува звуковите вълни в електрически ток, който се прехвърля към високоговорител и се усилва.
Генератори
Генераторите използват механична енергия за производство на електрическа енергия. Механичната енергия може да идва от водни пари, създадени при изгаряне на изкопаеми горива, или от падаща вода в водноелектрическите централи.
Електрически мотор
Двигателят използва електрическа енергия за производство на механична енергия. Асинхронните двигатели използват променлив ток, за да преобразуват електрическата енергия в механична. Това са двигателите, които обикновено се използват в домакински уреди, като вентилатори, сушилни, шайби и пасатори.
Асинхронният двигател се състои от въртяща се част (ротор) и неподвижна част (статор). The ротор Това е железен цилиндър с жлебове, по които са прикрепени ребра или медни пръти. Роторът е затворен в контейнер с намотки или завои от проводящ проводник, през който се предава променлив ток, превръщайки се в електромагнити.
Преминаването на променлив ток през намотките създава магнитно поле, което от своя страна индуцира ток и магнитно поле в ротора. Взаимодействието на магнитните полета в статора и ротора причинява усукване в ротора, което позволява да се извърши работа.
Мъглев: влакове, които левитират
Влаковете с магнитна левитация използват електромагнетизъм за повдигане, насочване и задвижване по специална коловоза. Япония и Германия са пионери в използването на тези влакове като транспортно средство. Има две технологии: електромагнитно окачване и електродинамично окачване.
The електромагнитно окачване тя се основава на силите на привличане между мощни електромагнити в основата на влака и релсовия път. Магнитната сила се регулира така, че влакът да остане окачен над коловоза, докато се задвижва от магнитно поле, което се движи напред чрез взаимодействие на странични магнити във влака.
The електродинамично окачване тя се основава на отблъскващата сила между магнити върху влака и индуцирано магнитно поле върху железопътната коловоза. Този тип влак се нуждае от колела, за да може да достигне критична скорост, подобна на самолетите, когато са на път да излетят.
Медицинска диагностика
Ядрено-магнитен резонанс е една от технологиите с най-голямо въздействие в съвременната медицина. Той се основава на въздействието на силни магнитни полета върху водородните ядра на водата на тялото.
Електромагнитни явления
Много от познатите ни електромагнитни явления са следствие от магнитното поле на Земята. Това поле се генерира от електрически токове вътре в планетата. Тогава Земята прилича на голяма магнитна лента в нея, където магнитният северен полюс е на географския южен полюс, а магнитният южен полюс съответства на географския северен полюс.
Пространствена ориентация
Компасът е инструмент от около 200 години преди Христа. Тя се основава на ориентацията на магнетизирана метална игла към географския север.
Някои животни и други живи същества могат да открият магнитното поле на Земята и по този начин да се ориентират в космоса. Една от стратегиите за насочване е чрез специализирани клетки или органи, които съдържат кристали магнетит, минерал от железен оксид, който поддържа постоянно магнитно поле.
Северните и южните сияния
The Магнитното поле на Земята Той работи като защитна бариера срещу бомбардирането на високоенергийни йонизирани частици, излъчвани от Слънцето (по-известно като слънчев вятър). Те се пренасочват към полярните области, възбуждащи атоми и молекули в атмосферата. Характерните светлини на полярните сияния (бореални в северното полукълбо и австрални в южното полукълбо) са продукт на излъчването на енергия, когато възбудените електрони се върнат в основното си състояние.
Максуел и теорията на електромагнетизма
Джеймс Клерк Максуел извежда между 1864 и 1873 математическите уравнения, които обясняват същността на магнитното и електрическото поле. По този начин уравненията на Максуел дават обяснение на свойствата на електричеството и магнетизма. По-конкретно, тези уравнения показват:
- как електрически заряд произвежда електрическо поле,
- как токовете произвеждат магнитни полета и
- как промяната на магнитно поле създава електрическо поле.
Вълновите уравнения на Максуел също показаха, че промяната на електрическо поле създава саморазпространяваща се електромагнитна вълна с електрически и магнитни компоненти. Работата на Максуел обединява привидно отделните области на физиката на електричеството, магнетизма и светлината.
- Електричество.
- Магнетизъм.
- Физически.
- Клонове на физиката.
