Что такое электромагнетизм:
Электромагнетизм - это изучение зарядов и взаимодействия электричества и магнетизма. Электричество и магнетизм - это аспекты одного физического явления, тесно связанного с движением и притяжением зарядов в материи.
Раздел физики, изучающий взаимодействие между электрическими и магнитными явлениями, также известен как электромагнетизм.
Слово «электричество» было предложено англичанином Уильямом Гилбертом (1544–1603) из греческого языка. электрон (вид янтаря, притягивающий предметы при натирании различными веществами). С другой стороны, «магнетизм», вероятно, возник в турецком регионе с месторождениями намагниченного магнетита (Магнезия), где проживало древнегреческое племя, известное как Магнеты.
Однако только в 1820 году Гансу Кристиану Эрстеду (1777–1851) удалось продемонстрировать влияние электрического тока на поведение компаса, и таким образом родилось изучение электромагнетизма.
Основы электромагнетизма
Магниты и электричество всегда были предметом восхищения человечества. Его первоначальный подход основывался на различных курсах, которые достигли точки пересечения в конце 19 века. Чтобы понять, что такое электромагнетизм, давайте рассмотрим некоторые основные концепции.
Электрический заряд
Электрический заряд - это фундаментальное свойство частиц, из которых состоит материя. В основе всех электрических зарядов лежит атомная структура. Атом концентрирует в ядре положительные протоны, а отрицательные электроны движутся вокруг ядра. Когда количество электронов и протонов равно, у нас есть атом с нейтральным зарядом. Когда атом приобретает электрон, он остается с отрицательным зарядом (анион), а когда он теряет электрон, он остается с положительным зарядом (катион).
Тогда считается заряд электрона как основная единица или кванты электрического заряда. Это эквивалентно 1,60 x 10 -19 кулон (C), который является единицей измерения зарядов, в честь французского физика Шарля Огюстена де Кулона.
Электрическое поле и магнитное поле
А электрическое поле Это силовое поле, окружающее заряд или заряженную частицу. То есть заряженная частица воздействует или оказывает силу на другую заряженную частицу, которая находится поблизости. Электрическое поле - это векторная величина, представленная буквой А ТАКЖЕ единицы измерения - вольт на метр (В / м) или ньютон на кулон (Н / Кл).
С другой стороны, магнитное поле Это происходит, когда есть поток или движение зарядов (электрический ток). Тогда мы можем сказать, что это область, в которой действуют магнитные силы. Таким образом, электрическое поле окружает любую заряженную частицу, и движение заряженной частицы создает магнитное поле.
Каждый движущийся электрон создает в атоме крошечное магнитное поле. В большинстве материалов электроны движутся в разных направлениях, поэтому магнитные поля нейтрализуются. В некоторых элементах, таких как железо, никель и кобальт, электроны движутся в предпочтительном направлении, создавая чистое магнитное поле. Материалы этого типа называются ферромагнитный.
Магниты и электромагниты
А магнит Это результат постоянного выравнивания магнитных полей атомов в куске железа. В обычном куске железа (или другом ферромагнитном материале) магнитные поля ориентированы случайным образом, поэтому он не действует как магнит. Ключевой особенностью магнитов является то, что у них два полюса: северный и южный.
А электромагнит Он состоит из куска железа внутри катушки с проволокой, через которую может проходить ток. Когда ток включен, магнитные поля от каждого атома, составляющего кусок железа, выравниваются с магнитным полем, создаваемым током в катушке с проволокой, увеличивая магнитную силу.
Электромагнитная индукция
Электромагнитная индукция, открытая Джозефом Генри (1797-1878) и Майклом Фарадеем (1791-1867), есть производство электроэнергии с помощью движущегося магнитного поля. Пропуская магнитное поле через катушку из проволоки или другого проводящего материала, возникает поток заряда или тока, когда цепь замыкается.
Электромагнитная индукция - это основа генераторов и практически всей электроэнергии, производимой в мире.
Применение электромагнетизма
Электромагнетизм - это основа работы электрических и электронных устройств, которые мы используем ежедневно.
Микрофоны
Микрофоны имеют тонкую мембрану, которая вибрирует в ответ на звук. К мембране прикреплена катушка с проволокой, которая является частью магнита и движется вдоль мембраны. Движение катушки через магнитное поле преобразует звуковые волны в электрический ток, который передается на динамик и усиливается.
Генераторы
Генераторы используют механическую энергию для производства электроэнергии. Механическая энергия может поступать из водяного пара, образующегося при сжигании ископаемого топлива, или от падающей воды на гидроэлектростанциях.
Электродвигатель
Двигатель использует электрическую энергию для производства механической энергии. Асинхронные двигатели используют переменный ток для преобразования электрической энергии в механическую. Эти двигатели обычно используются в бытовых приборах, таких как вентиляторы, сушилки, стиральные машины и блендеры.
Асинхронный двигатель состоит из вращающейся части (ротора) и неподвижной части (статора). В ротор Это железный цилиндр с пазами, по которым прикреплены ребра или медные стержни. Ротор заключен в контейнер из катушек или витков проводящего провода, через который проходит переменный ток, становясь электромагнитами.
Прохождение переменного тока через катушки создает магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует ток и магнитное поле в роторе. Взаимодействие магнитных полей в статоре и роторе вызывает скручивание ротора, позволяя выполнять работу.
Маглев: поезда, которые парят в воздухе
Магнитно-левитирующие поезда используют электромагнетизм для подъема, направления и движения по специальному рельсу. Япония и Германия первыми начали использовать эти поезда в качестве транспортного средства. Есть две технологии: электромагнитная подвеска и электродинамическая подвеска.
В электромагнитная подвеска он основан на силах притяжения между мощными электромагнитами у основания поезда и рельсового пути. Магнитная сила регулируется таким образом, чтобы поезд оставался подвешенным на пути, в то время как он приводится в движение магнитным полем, которое движется вперед за счет взаимодействия боковых магнитов в поезде.
В электродинамический подвес он основан на силе отталкивания между магнитами на поезде и наведенном магнитном поле на железнодорожном пути. Этот тип поезда нуждается в колесах, чтобы иметь возможность развивать критическую скорость, как у самолетов, когда они собираются взлететь.
Медицинская диагностика
Магнитно-резонансная томография - одна из технологий, оказавших наибольшее влияние в современной медицине. Он основан на воздействии сильных магнитных полей на ядра водорода в воде тела.
Электромагнитные явления
Многие известные нам электромагнитные явления являются следствием магнитного поля Земли. Это поле создается электрическими токами внутри планеты. В этом случае Земля напоминает большой магнитный стержень внутри нее, где северный магнитный полюс находится на географическом южном полюсе, а магнитный южный полюс соответствует географическому северному полюсу.
Ориентация в пространстве
Компас - это инструмент, созданный примерно за 200 лет до Рождества Христова. Он основан на ориентации намагниченной металлической иглы на географический север.
Некоторые животные и другие живые существа могут обнаруживать магнитное поле Земли и таким образом ориентироваться в космосе. Одна из стратегий нацеливания - через специализированные клетки или органы, содержащие кристаллы магнетита, минерал оксида железа, который поддерживает постоянное магнитное поле.
Северное и южное сияние
В Магнитное поле Земли Он работает как защитный барьер от бомбардировки ионизированными частицами высокой энергии, исходящими от Солнца (более известного как солнечный ветер). Они направляются в полярные регионы, возбуждая атомы и молекулы в атмосфере. Характерные сияния полярных сияний (северного в северном полушарии и южного в южном полушарии) являются продуктом излучения энергии, когда возбужденные электроны возвращаются в свое базальное состояние.
Максвелл и теория электромагнетизма
Джеймс Клерк Максвелл вывел между 1864 и 1873 годами математические уравнения, объясняющие природу магнитных и электрических полей. Таким образом, уравнения Максвелла объясняли свойства электричества и магнетизма. В частности, эти уравнения показывают:
- как электрический заряд производит электрическое поле,
- как токи создают магнитные поля, и
- как изменение магнитного поля создает электрическое поле.
Волновые уравнения Максвелла также показали, что изменение электрического поля создает самораспространяющуюся электромагнитную волну с электрическими и магнитными компонентами. Работа Максвелла объединила, казалось бы, отдельные области физики электричества, магнетизма и света.
- Электричество.
- Магнетизм.
- Физический.
- Разделы физики.
