La elektromagnētiskais spēks vai arī zināms Elektromagnētisms ir atbildīgs par lielāko daļu mijiedarbības, ko mēs redzam mūsu pašreizējā vidē, elektrība arī spēj radīt magnētisko lauku. Uzziniet vairāk par šo tēmu šeit!
Elektromagnētisms
Elektromagnētisms ir process, kurā tiek radīts pievilcīgs lauks, ievadot strāvu caurulē, kad vadītājam ir elektriskais lādiņš, tas ģenerē no vadītāja magnētiskās spēka līnijas.
Piemēram, ja strāva, t.i., vadā kustīgie pozitīvie lādiņi, rada magnētisko lauku gar vadu, tad magnētisko līniju virzienu un spēku var noteikt, izmantojot labās rokas likumu.
elektromagnētiskais spēks
Elektromagnētisko spēku nes fotons, un tas ir atbildīgs par atomu uzbūvi, ķīmiskajām reakcijām, pievilcīgiem un atgrūdošiem spēkiem, kas saistīti ar elektrisko lādiņu un magnētismu un visām citām elektromagnētiskajām parādībām, tāpat kā gravitācijai, elektromagnētiskajam spēkam ir bezgalīgs diapazons un tas ievēro apgriezto kvadrāta likumu. .
Elektromagnētiskais spēks ir trauslāks par enerģētisko kodolspēku, ir svarīgi atzīmēt, ka tas ir spēcīgāks par gravitāciju, daudzi Svarīgi zinātnieki viņi uzskata, ka elektromagnētiskais spēks un vājais kodolspēks ir viena spēka aspekti, ko sauc par elektrodepresijas spēku.
Pirms elektromagnētisma izgudrošanas cilvēki vai zinātnieki domāja, ka elektrība un magnētisms ir divi dažādi priekšmeti, viedoklis mainījās pēc tam, kad Džeimss Klerks Maksvels 1873. gadā publicēja traktātu par elektrību un magnētismu.
Publikācijā teikts, ka pozitīvo un negatīvo lādiņu mijiedarbību veicina spēks, šis novērojums lika pamatu elektromagnētismam, vēlāk daudzi zinātnieki, piemēram, Maikls Faradejs, Olivers Hevisīds un Heinrihs Hercs, sniedza savas idejas elektromagnētismā.
Magnēts
Magnēti ir akmeņi vai metāli, kas ap tiem rada neredzamu lauku, šis lauks pievelk citus magnētus un noteiktus metālus, magnētiskā lauka klātbūtne ir iemesls, kāpēc ar magnētiem var aizklāt metāla ledusskapja durvis.
Magnētiskais lauks ir savienots ar magnētu galu malām, šos galus sauc par stabiem, visiem magnētiem ir divi stabi, ziemeļpols un dienvidu pols, jūs varat novērtēt magnētisko spēku, ja turat divus magnētus tā, lai tie stabi atrodas viens otram blakus.
Magnēti sastāv no miljoniem molekulu, kas savienotas kopā grupās, ko sauc par domēniem, katrs domēns uzvedas kā minerālu magnēts, kuram ir ziemeļu un dienvidu pols, ar vienādu domēnu orientāciju, to spēks apvienojas, veidojot lielāku magnētu.
Dzelzs ir daudz domēnu, kurus var orientēt vienā virzienā, t.i., magnetizēt, plastmasā, gumijā, kokā un citos materiālos domēni ir nesakārtotā stāvoklī, to magnētiskie lauki ir daudzvirzienu un līdz ar to šos materiālus nevar magnetizēt.
Senie grieķi bija vieni no pirmajiem, kas atklāja dzelzi, viņiem magnētisms varēja šķist maģisks, galu galā magnētisko lauku nevar redzēt, bet tā ietekmi var just.
Pēdējā gadsimta laikā zinātnieki ir uzzinājuši, ka magnēta noslēpums slēpjas tā struktūrā. atomu, visi objekti Visumā sastāv no atomiem, katra atoma centrā ir kodols, daļiņas, kas pazīstamas kā elektroni, riņķo ap kodolu.
Šis process rada magnētiskos laukus ap elektroniem, magnētisms rodas, kad elektroni griežas vienā virzienā, jo visi elektromagnētiskie spēki elektronu, padariet objektu par lielisku magnētu.
magnētisma vēsture
Magnētisms ir pētīts kopš seniem laikiem un pēdējos divos gadsimtos tas ir kļuvis par mūsdienu civilizācijas pamatu, cilvēce uzkrāj zināšanas par magnētiskajām parādībām vismaz trīsarpus tūkstošus gadu (pirmie elektrisko spēku novērojumi notika tūkstošgadi toreiz) .
Pirms četrsimt gadiem, fizikas veidošanās rītausmā, vielu magnētiskās īpašības tika atdalītas no elektriskajām, pēc tam abas ilgstoši pētītas patstāvīgi, tāpēc tika izveidots pamats.eksperimentālā un teorētiskā teorija, ka, g. deviņpadsmitā gadsimta vidū, kļuva par pamatu vienotai elektromagnētisko parādību teorijai.
Visticamāk, dabiskā minerāla lodestone neparastās īpašības bija zināmas Mezopotāmijā jau bronzas laikmetā un pēc dzelzs metalurģijas parādīšanās nevarēja nepamanīt, ka lodestone pievelk dzelzs izstrādājumus.
Šīs pievilcības iemeslu jau domāja grieķu filozofijas tēvs Milētas Talss (ap 640.-546.g.pmē.), skaidrojot to ar šī minerāla īpašo animāciju. Talss arī zināja, ka uz vilnas ierīvēts dzintars pievelk sausas lapas un sīkas šķembas un tādējādi apveltīja to ar garīgu spēku.
Grieķu dzejnieks Nikandrs pieminēja pie klints uzradušos ganu Magnisu, kurš vērsa pret viņu spieķa dzelzs galu, taču šī, visticamāk, ir vienkārši skaista leģenda.
Vēlāk grieķu domātāji runāja par neredzamiem pāriem, kas iesaiņo magnetītu un dzelzi un piesaista tos viens otram, nav pārsteidzoši, ka vārdam magnēts ir arī grieķu saknes.
Ir dažādas ziņas par pirmo magnētu pieminēšanu, ko antīkās pasaules vēsturē parasti uzskata kompasa vai reliģisko kultu kontekstā, saskaņā ar dažiem aprēķiniem lodestone jeb magnētiskais dzelzs pirmo reizi tika atklāts Ķīnā pirms četriem tūkstošiem gadu. Kristus.
Tiek atzīmēts, ka Rietumu pētnieki mēdz piešķirt prioritāti magnētisma atklāšanā senajiem grieķiem, pirmie pieminējumi magnētisko materiālu izmantošanā datējami ar trešo gadu tūkstoti pirms mūsu ēras, kad leģendārais Ķīnas imperators Huang-di kaujas laikā izmantoja kompasu.
Tomēr saskaņā ar citu versiju viņš izmantoja tā sauktos uz dienvidiem vērstos ratus, ķīniešu jūrnieki otrā tūkstošgades beigās pirms mūsu ēras izmantoja kompasu jūras navigācijai.
Viduslaikos jaunu zināšanu un teoriju uzkrāšanās par magnētisma būtību praktiski nebija, tikai mūki izteica dažus teoloģiskus pieņēmumus, bet dažādu valstu tautas mākslā dažkārt tika minēti magnētiskie kalni vai salas, kas spēj piesaistīt visu metālu. objektus.
Saskaņā ar vienu no Eiropas leģendām, nabaga juvelieris Flavio Džoja izgudroja magnētisko kompasu, lai apprecētu bagāta zvejnieka meitu Domeniko, tēvs nevēlējās šādu znotu un radīja nosacījumu, lai iemācītos peldēt. taisnā līnijā nakts miglā.
Atjautīgais juvelieris pamanīja, ka korķis ar magnētisku akmeni uz tā, ielikts ūdens krūzē, vienmēr orientēts vienā virzienā, un izdevies izpildīt sarežģītu uzdevumu, patiesībā juvelieris bijis pāvesta sekretārs Flavio Biondo, kurš 1450.g. aprakstīja Amalfi iedzīvotāju zināšanas par kompasu.
magnētiskais lauks un magnētiskā plūsma
Šie magnētiskie lauki ir vektoru lauki magnētu, elektrisko strāvu vai nepastāvīgu elektrisko lauku populācijā, kuros ir redzami magnētiskie spēki, magnētiskais lauks rodas no maisošiem elektriskiem lādiņiem un intīmiem pamata daļiņu magnētiskajiem periodiem, kas saistīti ar būtisku kvantu piederību, kas pazīstama kā spin. .
Magnētiskais lauks un elektriskais lauks ir savienoti viens ar otru un ir elektromagnētiskās jaudas ierīces, viena no četrām Dabas pamatspēki.
Problēma ir tāda, ka mēs nevaram noteikt magnētisko lauku ar savām maņām, tāpēc mums ir jāizmanto kompass, lai palīdzētu mums "redzēt" šo lauku. Kompass ir nekas vairāk kā mazs magnēts, kas piekārts tā, lai tas varētu brīvi griezties, reaģējot uz magnētiskais lauks.
Tāpat kā visiem magnētiem, arī adatai ir ziemeļu un dienvidu pols, ko pievelk un atgrūž citu magnētu poli.Kad kompass ir novietots spēcīgā magnētiskajā laukā, pievilcīgie un atgrūšanas spēki griež adatu, līdz tā kustas. perfekti sakrīt ar lauka virziens.
Mūsu eksperimentam mēs iedomāsimies, ka mums ir stieņa magnēts skolas autobusa lielumā, kas sēž atklātā vietā. Tam vajadzētu palīdzēt jums iztēloties staigāšanu pa magnētu un pārliecināt jūs, ka mums ir darīšana ar ļoti spēcīgu magnētisko lauku! Ar kompasu rokā mēs sāksim blakus ziemeļpolam un atzīmēsim adatas orientāciju.
Mēs redzētu, ka adata ir vērsta taisni uz āru un prom no magnēta, ja mēs sāktu iet virzienā, uz kuru norādīja adata, mēs atklātu, ka, virzoties prom no staba, adata sāktu griezties. uz sāniem, turpinot adatu, mēs galu galā apstaigātu magnētu un sasniegtu dienvidu polu, šeit adata būtu vērsta tieši uz magnētu.
Magnētiskā plūsma tiek definēta kā magnētiskā lauka līniju skaits, kas iet caur slēgtu virsmu, ņemot vērā kopējā magnētiskā lauka mēru, kas iet caur noteiktu virsmas laukumu, šeit aplūkojamā platība var būt jebkura izmēra un jebkurā orientācijā. magnētiskā lauka virzienā.
Faradeja lieliskās idejas bija vienkāršas matemātiskas attiecības atrašanā, lai izskaidrotu eksperimentu sēriju, ko viņš veica ar elektromagnētisko indukciju.
Faradejs sniedza daudzus ieguldījumus zinātnē un ir plaši pazīstams kā XNUMX. gadsimta lielākais eksperimentālais zinātnieks. Pirms sākam novērtēt viņa darbu, sapratīsim magnētiskās plūsmas jēdzienu, kam ir svarīga loma elektromagnētiskajā indukcijā.
Lai aprēķinātu magnētisko plūsmu, mēs ņemam vērā magnēta lauka līnijas attēlu vai magnētu sistēmu, kā parādīts zemāk esošajā attēlā, magnētisko plūsmu caur laukuma plakni, ko nosaka ar A un kas atrodas lauka vienmērīgā magnētiskajā laukā. B dots kā magnētiskā lauka un laukuma A punktu reizinājums.
Vielas magnētiskās īpašības
Visai vielai piemīt magnētiskas īpašības, ja tās tiek novietotas ārējā magnētiskajā laukā, pat tādas vielas kā varš un alumīnijs, par kurām parasti netiek uzskatīts, ka tām piemīt magnētiskas īpašības, ietekmē magnētiskais lauks, piemēram, stieņa magnēta jebkurš pols.
Atkarībā no tā, vai magnēta polam ir pievilkšanās vai atgrūšanās, vielu klasificē attiecīgi paramagnētiskā vai diamagnētiskā.Daži materiāli, īpaši dzelzs, uzrāda spēcīgu pievilkšanos pret pastāvīgā stieņa magnēta polu; Šāda veida materiālus sauc par feromagnētiskiem.
1845. gadā Faradejs kļuva par pirmo, kurš klasificēja vielas kā diamagnētiskas vai paramagnētiskas, viņš šo klasifikāciju pamatoja ar novērojumiem par spēku, kas iedarbojas uz vielām nehomogēnā magnētiskajā laukā.
Vielas, kurām magnētiskā jutība ir pozitīva, tiek klasificētas kā paramagnētiskas, atsevišķos gadījumos (tostarp vairumā metālu) jutība nav atkarīga no temperatūras, bet vairumā savienojumu tā ir stipri atkarīga no temperatūras, pieaugot pie temperatūras pazemināšanās.
Zem šīs temperatūras materiāls uzrāda spontānu magnetizāciju, tas ir, tas kļūst feromagnētisks, un tā magnētiskās īpašības ļoti atšķiras no paramagnētiskās vai augstas temperatūras fāzes īpašībām.
Konkrēti, lai gan tā magnētisko momentu var mainīt, pielietojot magnētisko lauku, noteiktā laukā sasniegtā momenta vērtība ne vienmēr ir vienāda, tā ir atkarīga no iepriekšējās parauga magnētiskās, termiskās un mehāniskās apstrādes.
Attiecībā uz brīviem magnētiskajiem dipola momentiem momentu orientācija parasti ir nejauša, un rezultātā vielai nav neto magnetizācijas, pieliekot magnētisko lauku, dipoli vairs nav pilnībā nejauši orientēti; vairāk dipolu punktu ar laukumu nekā pret laukumu.
Ja tas rada neto pozitīvu magnetizāciju lauka virzienā, vielai ir pozitīva jutība un tā tiek klasificēta kā paramagnētiska, ir trešā vielu kategorija, kurā raksturīgie momenti parasti nepastāv, bet parādās ārējā magnētiskā spēka ietekmē. lauks.
Magnētiskās histerēzes līkne
Parādība, ka plūsmas blīvums B atpaliek no magnetizējošā spēka H magnētiskajā materiālā, ir pazīstams kā magnētiskā histerēze, Vārds histerēze ir atvasināts no grieķu vārda hysterein, kas nozīmē atpalikt.
Citiem vārdiem sakot, kad magnētiskais materiāls tiek magnetizēts vispirms vienā virzienā un pēc tam otrā virzienā, pabeidzot vienu magnetizācijas ciklu, tiek konstatēts, ka plūsmas blīvums B atpaliek no pielietotā magnetizācijas spēka H.
https://youtu.be/BL4F-Afugio
Ir dažāda veida magnētiskie materiāli, piemēram, paramagnētiskie, diamagnētiskie, feromagnētiskie, feromagnētiskie un antiferomagnētiskie materiāli, feromagnētiskie materiāli galvenokārt ir atbildīgi par histerēzes cilpas ģenerēšanu.
Ja magnētiskais lauks netiek pielietots, feromagnētiskais materiāls uzvedas kā paramagnētisks materiāls, tas nozīmē, ka sākotnējā stadijā feromagnētiskā materiāla dipols nav izlīdzināts, tie tiek novietoti nejauši, tiklīdz magnētiskais lauks tiek pielietots feromagnētiskajam materiālam. materiāls , to dipola momenti izlīdzinās noteiktā virzienā, kā parādīts attēlā iepriekš, kā rezultātā tiek iegūts daudz spēcīgāks magnētiskais lauks.
Magnētiskais lauks, ko rada elektriskā strāva
Elektriskā strāva garā taisnā vadā rada magnētisko lauku, kura lauka līnijas veido uz stieples centrēti apļi, šo magnētisko lauku var noteikt novietojot magnētisko kompasu pie stieples, magnētiskā lauka B virzienu var noteikt pēc labās rokas likums.
Lai radītu spēcīgāku magnētisko lauku, izmantojot elektrisko strāvu, vairākas cilpas ir sagrupētas kopā, veidojot tā saukto solenoīdu, solenoīds rada ne tikai spēcīgu magnētisko lauku, bet arī vienotu magnētisko lauku ar ziemeļpolu un dienvidu polu, kas ir līdzīgs magnētiem.
Solenoīdiem ir daudz pielietojumu, solenoīdu radīto magnētisko lauku var kontrolēt, kontrolējot strāvu solenoīdā, strāvu solenoīdā var ieslēgt vai izslēgt, kā arī palielinot vai samazinot elektrisko strāvu solenoīdā, mēs varam kontrolēt stiprumu magnētiskais radīts.
Elektromagnētiskais spēks, saukts arī par Lorenca spēku, izskaidro, kā mijiedarbojas stacionāras un kustīgas lādētas daļiņas, to sauc elektromagnētiskais spēks jo tas ietver iepriekš atšķirīgo elektrisko spēku un magnētisko spēku, magnētiskie spēki un elektriskie spēki patiesībā ir viens un tas pats pamatspēks, elektromagnētiskais spēks ir viens no četriem pamatspēkiem.
Einšteins izstrādāja savu relativitātes teoriju no idejas, ka, ja novērotājs pārvietojas kopā ar uzlādētajām daļiņām, magnētiskie lauki tiek pārveidoti elektriskos laukos un otrādi, īpašs elektromagnētiskā spēka gadījums, kad visi lādiņi ir punktveida lādiņi. (vai arī tie var sadalīt punktu maksās), ir Kulona likums.
Faraday-Lenz, elektromagnētiskā indukcija
Lenca elektromagnētiskās indukcijas likums nosaka, ka vadītājā ar nepastāvīgu magnētisko lauku inducētās strāvas orientācija ir tāda, ka radītās strāvas radītais magnētiskais lauks ir vērsts pret sākotnējo mainīgo magnētisko lauku, kas to radīja, ir norādīts šīs strāvas plūsmas virziens. pēc Fleminga labās rokas likuma.
Sākumā to var būt grūti saprast, tāpēc aplūkosim problēmas piemēru, atcerieties, ka tad, kad magnētiskais lauks inducē strāvu, magnētiskais lauks, kas rada šo inducēto strāvu, radīs savu magnētisko lauku, šis magnētiskais lauks vienmēr būs tāds, tas ir pretrunā ar magnētisko lauku, kas to sākotnēji radīja.
Kad magnētiskais lauks "B" samazinās, inducētais magnētiskais lauks atkal tam pretojas, bet šoreiz "pret" nozīmē, ka tas darbojas, lai palielinātu lauku, jo tas iebilst pret izmaiņu ātruma samazināšanos.
Lenca likums ir balstīts uz Faradeja indukcijas likumu, Faradeja likums mums saka, ka mainīgs magnētiskais lauks inducēs strāvu vadītājā, Lenca likums norāda šīs inducētās strāvas virzienu, kas ir pretrunā ar lauka sākotnējo mainīgo magnētisko lauku, kas to radīja. to Faradeja likuma formulā norāda ar negatīvo zīmi.
Elektromagnētiskā indukcija spolē
Vienā no Faradeja eksperimentiem šajā svarīgajā gadā bija pastāvīgs magnēts un galvanometrs, kas savienots ar stieples spoli, kas aptīta ap papīra cilindru, līdzīgi kā šajā apmācībā ilustrētie.
Lai simulētu Faradeja eksperimentu, velciet stieņa magnētu uz priekšu un atpakaļ spolē, ievērojiet, ka ar spoli pievienotais voltmetrs parāda strāvas klātbūtni tikai tad, kad magnēts faktiski kustas, un ka tā adata kustas. Tas novirzās vienā virzienā, kad magnēts tiek pārvietots pret spoli un pretējā virzienā, kad spoli velk.
Ņemiet vērā arī magnētiskā lauka līnijas, kas attēlotas zilā krāsā un kas izplūst no magnēta, un to, kā mainās strāvas virziens atkarībā no tā, kādā virzienā magnēts pārvietojas.
Kā redzat, magnēta ziemeļu galam ieejot spolē, tiek inducēta strāva, kas virzās ap spoli pretēji pulksteņrādītāja virzienam, magnētu izvelkot no spoles, virziens mainās pulksteņrādītāja virzienā.
Ņemiet vērā arī to, ka radītā strāva ir spēcīgāka, ja magnēts tiek pārvietots strauji, nevis pakāpeniski, noregulējiet apgriezienu skaita slīdni un vēlreiz pārvietojiet magnētu spolē un ārā no tā, lai noteiktu stieples pagriezienu attiecību spolē. šajā spolē inducētā strāva.
Kā norāda voltmetrs, spolēm, kas izgatavotas no lielāka vadu apgriezienu skaita, var inducēt augstāku spriegumu. Izmantojiet zilo pogu uz magnēta, lai redzētu, kā notiek izmaiņas, kad magnēta dienvidu gals, kurā ir dažādas lauka līnijas, mijiedarbojas ar stiepļu spoles.
Šajā elektromagnētiskās indukcijas demonstrācijā kustīgā magnēta mehāniskā enerģija tiek pārvērsta elektrībā, jo kustīgs magnētiskais lauks, nonākot vadītājā, inducē strāvas plūsmu vadītājā, kas notiek arī, ka strāva, kas ir inducēta vadā , savukārt, ap vadu ģenerē citu magnētisko lauku.
virpuļstrāvas
Virpuļstrāvas ir strāvas, kas iet caur vadītājiem kā virpuļi strāvā, tās izraisa mainīgi magnētiskie lauki un plūst slēgtos lokos, kas ir perpendikulāri magnētiskā lauka plaknei.
Tos var izveidot, vadītājam pārvietojoties pa magnētisko lauku vai mainoties magnētiskajam laukam ap stacionāru vadītāju, t.i., jebkas, kas izraisa vadītāja izmaiņas magnētiskā lauka stiprumā vai virzienā. var radīt virpuļstrāvas.
Strāvas lielums atbilst magnētiskā lauka lielumam, cilpas laukumam un magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumam un ir apgriezti proporcionāls vadītāja pretestībai, tāpat kā jebkura strāva, kas destilē caur vadītāju, strāvas parazīts radīs savu magnētisko lauku.
Lenca likums nosaka, ka magnētiski inducētās strāvas virziens, tāpat kā virpuļstrāva, būs tāds, ka radītais magnētiskais lauks būs pretrunā ar magnētiskā lauka izmaiņām, kas to radīja.
Šī pretestība, ko rada pretējie magnētiskie lauki, sabojājas virpuļstrāvas bremzēšanas laikā, ko parasti izmanto kā rotējošu elektroinstrumentu apturēšanas metodi.
Elektromagnētiskā spēka piemēri
Visizplatītākie piemēri, ko var minēt, ir šādi:
- Visa gaisma no Saules un citiem avotiem sastāv no fotoniem, kas ir elektromagnētiskā spēka nesēji.
- Magnēti un Zemes magnētiskais lauks, kas pasargā mūs no kaitīga starojuma, ir elektromagnētiskā spēka aspekti.
- Gamma starojums ir elektromagnētisks mehānisms, kas ļauj atoma kodolam zaudēt enerģiju, saskaņā ar Tomsona atomu modelis.
- Elektrostatiskā atgrūšanās starp līdzīgiem lādiņiem ir neļāvusi Saulei ātri sapludināt visu savu ūdeņradi.
- Elektromagnētiskais spēks, kuram ir arī plašs diapazons, ir visdažādākais un ietekmīgākais no visiem pamatspēkiem.
