Co to jest elektromagnetyzm:
Elektromagnetyzm jest badanie ładunków i interakcji między elektrycznością a magnetyzmem. Elektryczność i magnetyzm to aspekty pojedynczego zjawiska fizycznego, ściśle powiązanego ruchem i przyciąganiem ładunków w materii.
Dział fizyki, który bada interakcje między zjawiskami elektrycznymi i magnetycznymi, jest również znany jako elektromagnetyzm.
Słowo „elektryczność” zostało zaproponowane przez Anglika Williama Gilberta (1544-1603) z greki elektronika (rodzaj bursztynu, który po nacieraniu różnymi substancjami przyciąga przedmioty). Z drugiej strony, "magnetyzm" prawdopodobnie wywodzi się z regionu tureckiego ze złożami namagnesowanego magnetytu (Magnezja), gdzie żyło starożytne greckie plemię znane jako Magnetes.
Jednak dopiero w 1820 r. Hansowi Christianowi Oerstedowi (1777-1851) udało się zademonstrować wpływ prądu elektrycznego na zachowanie kompasu, tak narodziło się badanie elektromagnetyzmu.
Podstawy elektromagnetyzmu
Magnesy i elektryczność zawsze były przedmiotem fascynacji ludzkości. Jego początkowe podejście przybierało różne kierunki, które osiągnęły punkt spotkania pod koniec XIX wieku. Aby zrozumieć, na czym polega elektromagnetyzm, przyjrzyjmy się kilku podstawowym pojęciom.
Ładunek elektryczny
Ładunek elektryczny jest podstawową właściwością cząstek tworzących materię. Podstawą wszystkich ładunków elektrycznych jest struktura atomowa. Atom koncentruje dodatnie protony w jądrze, a ujemne elektrony poruszają się wokół jądra. Gdy liczba elektronów i protonów jest równa, mamy atom o ładunku neutralnym. Gdy atom zyskuje elektron, pozostaje z ładunkiem ujemnym (anion), a gdy traci elektron, pozostaje z ładunkiem dodatnim (kation).
Wtedy to jest rozważane ładunek elektronu jako podstawowa jednostka lub kwanty ładunku elektrycznego. Odpowiada to 1,60 x 10 -19 kulomb (C), który jest jednostką miary ładunków, na cześć francuskiego fizyka Charlesa Augustina de Coulomba.
Pole elektryczne i pole magnetyczne
ZA pole elektryczne Jest to pole siły, które otacza ładunek lub naładowaną cząstkę. Oznacza to, że naładowana cząstka wpływa lub wywiera siłę na inną naładowaną cząstkę znajdującą się w pobliżu. Pole elektryczne jest wielkością wektorową reprezentowaną przez literę I których jednostkami są wolt na metr (V / m) lub niuton na kulomb (N / C).
Z drugiej strony pole magnetyczne Występuje, gdy następuje przepływ lub ruch ładunków (prąd elektryczny). Można więc powiedzieć, że jest to obszar, w którym działają siły magnetyczne. W ten sposób pole elektryczne otacza każdą naładowaną cząstkę, a ruch naładowanej cząstki wytwarza pole magnetyczne.
Każdy poruszający się elektron wytwarza w atomie niewielkie pole magnetyczne. W przypadku większości materiałów elektrony poruszają się w różnych kierunkach, więc pola magnetyczne znoszą się. W niektórych pierwiastkach, takich jak żelazo, nikiel i kobalt, elektrony poruszają się w preferencyjnym kierunku, wytwarzając netto pole magnetyczne. Materiały tego typu nazywane są ferromagnetyczny.
Magnesy i elektromagnesy
ZA magnes Jest to wynik stałego wyrównania pól magnetycznych atomów w kawałku żelaza. W zwykłym kawałku żelaza (lub innym materiale ferromagnetycznym) pola magnetyczne są zorientowane losowo, więc nie działa jak magnes. Kluczową cechą magnesów jest to, że mają dwa bieguny: północny i południowy.
ZA elektromagnes Składa się z kawałka żelaza wewnątrz cewki drutu, przez który może przepływać prąd. Gdy prąd jest włączony, pola magnetyczne z każdego atomu tworzącego kawałek żelaza wyrównują się z polem magnetycznym wytwarzanym przez prąd w cewce drutu, zwiększając siłę magnetyczną.
Indukcja elektromagnetyczna
Indukcja elektromagnetyczna, odkryta przez Josepha Henry'ego (1797-1878) i Michaela Faradaya (1791-1867), jest wytwarzanie energii elektrycznej za pomocą poruszającego się pola magnetycznego. Przepuszczanie pola magnetycznego przez cewkę z drutu lub inny materiał przewodzący powoduje przepływ ładunku lub prądu, gdy obwód jest zamknięty.
Indukcja elektromagnetyczna jest podstawą generatorów i praktycznie całej energii elektrycznej produkowanej na świecie.
Zastosowania elektromagnetyzmu
Elektromagnetyzm to podstawa działania urządzeń elektrycznych i elektronicznych, z których korzystamy na co dzień.
Mikrofony
Mikrofony mają cienką membranę, która wibruje w odpowiedzi na dźwięk. Do membrany przymocowany jest zwój drutu, który jest częścią magnesu i porusza się wzdłuż membrany. Ruch cewki przez pole magnetyczne przekształca fale dźwiękowe w prąd elektryczny, który jest przekazywany do głośnika i wzmacniany.
Generatory
Generatory wykorzystują energię mechaniczną do produkcji energii elektrycznej. Energia mechaniczna może pochodzić z pary wodnej powstałej w wyniku spalania paliw kopalnych lub ze spadającej wody w elektrowniach wodnych.
Silnik elektryczny
Silnik wykorzystuje energię elektryczną do wytwarzania energii mechanicznej. Silniki indukcyjne wykorzystują prąd przemienny do przekształcania energii elektrycznej w energię mechaniczną. Są to silniki zwykle używane w urządzeniach gospodarstwa domowego, takich jak wentylatory, suszarki, pralki i blendery.
Silnik indukcyjny składa się z części wirującej (wirnik) i części nieruchomej (stojan). wirnik Jest to żelazny cylinder z rowkami, wzdłuż których przymocowane są żebra lub miedziane pręty. Wirnik jest zamknięty w pojemniku z cewek lub zwojów przewodzącego drutu, przez który przepływa prąd przemienny, stając się elektromagnesami.
Przepływ prądu przemiennego przez cewki wytwarza pole magnetyczne, które z kolei indukuje prąd i pole magnetyczne w wirniku. Oddziaływanie pól magnetycznych w stojanie i wirniku powoduje skręcanie wirnika umożliwiające wykonanie pracy.
Maglev: pociągi, które lewitują
Pociągi lewitowane magnetycznie wykorzystują elektromagnetyzm do podnoszenia, prowadzenia i poruszania się po specjalnym torze. Japonia i Niemcy są pionierami w wykorzystaniu tych pociągów jako środka transportu. Istnieją dwie technologie: zawieszenie elektromagnetyczne i zawieszenie elektrodynamiczne.
zawieszenie elektromagnetyczne opiera się na przyciąganiu sił między potężnymi elektromagnesami u podstawy pociągu a torami kolejowymi. Siła magnetyczna jest regulowana w taki sposób, że pociąg pozostaje zawieszony nad torami, podczas gdy jest napędzany przez pole magnetyczne, które przemieszcza się do przodu poprzez oddziaływanie magnesów bocznych w pociągu.
zawieszenie elektrodynamiczne opiera się na sile odpychania między magnesami w pociągu a indukowanym polem magnetycznym na torze kolejowym. Ten typ pociągu potrzebuje kół, aby móc osiągnąć prędkość krytyczną, podobnie jak samoloty przed startem.
Diagnostyka medyczna
Rezonans magnetyczny to jedna z technologii o największym wpływie we współczesnej medycynie. Opiera się na wpływie silnych pól magnetycznych na jądra wodoru w wodzie organizmu.
Zjawiska elektromagnetyczne
Wiele znanych nam zjawisk elektromagnetycznych jest konsekwencją pola magnetycznego Ziemi. To pole jest generowane przez prądy elektryczne wewnątrz planety. Ziemia przypomina wtedy duży pasek magnetyczny, w którym magnetyczny biegun północny znajduje się na geograficznym biegunie południowym, a magnetyczny biegun południowy odpowiada geograficznemu biegunowi północnemu.
Orientacja przestrzenna
Kompas to instrument datowany na około 200 lat przed Chrystusem. Opiera się na orientacji namagnesowanej metalowej igły w kierunku geograficznej północy.
Niektóre zwierzęta i inne żywe istoty mogą wykrywać pole magnetyczne Ziemi i w ten sposób orientować się w kosmosie. Jedną ze strategii kierowania jest stosowanie wyspecjalizowanych komórek lub narządów, które zawierają: kryształy magnetytu, minerał tlenku żelaza, który utrzymuje stałe pole magnetyczne.
Zorze północne i południowe
Pole magnetyczne Ziemi Działa jako bariera ochronna przed bombardowaniem wysokoenergetycznymi zjonizowanymi cząstkami emitowanymi ze Słońca (lepiej znanym jako wiatr słoneczny). Są one kierowane do regionów polarnych, wzbudzających atomy i molekuły w atmosferze. Charakterystyczne światła zórz polarnych (borealnych na półkuli północnej i australijskich na półkuli południowej) są produktem emanacji energii, gdy wzbudzone elektrony powracają do stanu podstawowego.
Maxwell i teoria elektromagnetyzmu
James Clerk Maxwell wydedukował w latach 1864-1873 równania matematyczne wyjaśniające naturę pól magnetycznych i elektrycznych. W ten sposób równania Maxwella dostarczyły wyjaśnienia właściwości elektryczności i magnetyzmu. W szczególności równania te pokazują:
- jak ładunek elektryczny wytwarza pole elektryczne,
- jak prądy wytwarzają pola magnetyczne i
- jak zmiana pola magnetycznego wytwarza pole elektryczne.
Równania falowe Maxwella posłużyły również do wykazania, że zmiana pola elektrycznego tworzy samorozchodzącą się falę elektromagnetyczną ze składnikami elektrycznymi i magnetycznymi. Praca Maxwella zjednoczyła pozornie odrębne dziedziny fizyki elektryczności, magnetyzmu i światła.
- Elektryczność.
- Magnetyzm.
- Fizyczny.
- Oddziały fizyki.
