Čo je elektromagnetizmus:
Elektromagnetizmus je štúdium poplatkov a interakcie medzi elektrinou a magnetizmom. Elektrina a magnetizmus sú aspekty jediného fyzikálneho javu úzko prepojeného s pohybom a príťažlivosťou nábojov v hmote.
Odvetvie fyziky, ktoré študuje interakciu medzi elektrickými a magnetickými javmi, je tiež známe ako elektromagnetizmus.
Slovo „elektrina“ navrhol Angličan William Gilbert (1544 - 1603) z gréčtiny elektron (druh jantáru, ktorý priťahuje predmety pri trení rôznymi látkami). Na druhej strane „magnetizmus“ pravdepodobne vzišiel z tureckej oblasti s ložiskami magnetizovaného magnetitu (Magnesia), kde žil starogrécky kmeň známy ako Magnetes.
Avšak až do roku 1820 sa Hansovi Christianovi Oerstedovi (1777-1851) podarilo preukázať vplyv elektrického prúdu na správanie kompasu, a tak sa zrodila štúdia elektromagnetizmu.
Základy elektromagnetizmu
Magnety a elektrina boli pre ľudstvo vždy fascinujúce. Jeho pôvodný prístup prebiehal rôznymi kurzami, ktoré dosiahli miesto stretnutia na konci 19. storočia. Aby sme pochopili, o čom je elektromagnetizmus, preštudujme si niekoľko základných pojmov.
Nabíjačka
Elektrický náboj je základnou vlastnosťou častíc tvoriacich hmotu. Základ všetkých elektrických nábojov spočíva v atómovej štruktúre. Atóm koncentruje pozitívne protóny v jadre a negatívne elektróny sa pohybujú okolo jadra. Keď je počet elektrónov a protónov rovnaký, máme atóm s neutrálnym nábojom. Keď atóm získa elektrón, zostane mu záporný náboj (anión), a keď stratí elektrón, zostane s kladným nábojom (katiónom).
Potom sa to zváži náboj elektrónu ako základnej jednotky alebo kvanta elektrického náboja. To je ekvivalent 1,60 x 10 -19 coulomb (C), ktorá je jednotkou merania nábojov, na počesť francúzskeho fyzika Charlesa Augustina de Coulomba.
Elektrické pole a magnetické pole
A elektrické pole Je to silové pole, ktoré obklopuje náboj alebo nabitú časticu. To znamená, že nabitá častica ovplyvňuje alebo vyvíja silu na ďalšiu nabitú časticu, ktorá je v blízkosti. Elektrické pole je vektorová veličina predstavovaná písmenom A ktorých jednotky sú volt na meter (V / m) alebo newton na coulomb (N / C).
Na druhej strane magnetické pole Vyskytuje sa pri prúdení alebo pohybe nábojov (elektrický prúd). Môžeme potom povedať, že ide o oblasť, kde pôsobia magnetické sily. Elektrické pole teda obklopuje každú nabitú časticu a pohyb nabitej častice vytvára magnetické pole.
Každý pohybujúci sa elektrón produkuje malé atómové pole v atóme. U väčšiny materiálov sa elektróny pohybujú rôznymi smermi, takže magnetické polia sa rušia. V niektorých prvkoch, ako je železo, nikel a kobalt, sa elektróny pohybujú v preferenčnom smere a vytvárajú čisté magnetické pole. Materiály tohto typu sa nazývajú feromagnetický.
Magnety a elektromagnety
A magnet Je to výsledok permanentného zarovnania magnetických polí atómov v kúsku železa. V obyčajnom kuse železa (alebo inom feromagnetickom materiáli) sú magnetické polia náhodne orientované, takže nepôsobí ako magnet. Kľúčovou vlastnosťou magnetov je, že majú dva póly: severný a južný.
A elektromagnet Skladá sa z kusu železa vo vnútri cievky drôtu, cez ktorý môže prechádzať prúd. Keď je prúd zapnutý, magnetické polia z každého atómu tvoriaceho kus železa sa vyrovnajú s magnetickým poľom produkovaným prúdom v cievke drôtu, čím sa zvyšuje magnetická sila.
Elektromagnetická indukcia
Elektromagnetická indukcia, ktorú objavili Joseph Henry (1797-1878) a Michael Faraday (1791-1867), je výroba elektriny pomocou pohybujúceho sa magnetického poľa. Prechodom magnetického poľa cez cievku drôtu alebo iného vodivého materiálu vzniká pri uzavretom obvode tok náboja alebo prúdu.
Elektromagnetická indukcia je základom generátorov a prakticky všetkej elektrickej energie vyrobenej na svete.
Aplikácie elektromagnetizmu
Elektromagnetizmus je základom činnosti elektrických a elektronických zariadení, ktoré používame každý deň.
Mikrofóny
Mikrofóny majú tenkú membránu, ktorá vibruje v reakcii na zvuk. K membráne je pripevnená cievka z drôtu, ktorá je súčasťou magnetu a pohybuje sa pozdĺž membrány. Pohyb cievky magnetickým poľom prevádza zvukové vlny na elektrický prúd, ktorý sa prenáša do reproduktora a zosilňuje sa.
Generátory
Generátory používajú na výrobu elektrickej energie mechanickú energiu. Mechanická energia môže pochádzať z vodnej pary vytvorenej spaľovaním fosílnych palív alebo z padajúcej vody vo vodných elektrárňach.
Elektrický motor
Motor využíva na výrobu mechanickej energie elektrickú energiu. Indukčné motory využívajú striedavý prúd na premenu elektrickej energie na mechanickú. Jedná sa o motory, ktoré sa zvyčajne používajú v domácich spotrebičoch, ako sú ventilátory, sušičky, práčky a mixéry.
Indukčný motor sa skladá z rotujúcej časti (rotor) a stacionárnej časti (stator). The rotor Jedná sa o železný valec s drážkami, pozdĺž ktorých sú pripevnené niektoré rebrá alebo medené tyče. Rotor je uzavretý v nádobe s cievkami alebo závitmi z vodivého drôtu, cez ktorý prechádza striedavý prúd, a stáva sa z neho elektromagnet.
Prechod striedavého prúdu cievkami vytvára magnetické pole, ktoré zase indukuje prúd a magnetické pole v rotore. Interakcia magnetických polí v statore a rotore spôsobuje krútenie v rotore, ktoré umožňuje prácu.
Maglev: vlaky, ktoré levitujú
Magneticky vznášané vlaky používajú elektromagnetizmus na zdvíhanie, vedenie a pohon na špeciálnej trati. Japonsko a Nemecko sú priekopníkmi v používaní týchto vlakov ako dopravného prostriedku. Existujú dve technológie: elektromagnetické odpruženie a elektrodynamické odpruženie.
The elektromagnetické odpruženie je založená na príťažlivých silách medzi silnými elektromagnetmi v spodnej časti vlaku a koľajiskom. Magnetická sila je nastavená tak, aby vlak zostal zavesený nad koľajou, pričom je poháňaný magnetickým poľom, ktoré sa pohybuje vpred interakciou bočných magnetov vo vlaku.
The elektrodynamické zavesenie je založená na odpudivej sile medzi magnetmi vo vlaku a indukovanom magnetickom poli na železničnej trati. Tento typ vlaku potrebuje kolesá, aby bolo možné dosiahnuť kritickú rýchlosť, podobnú lietadlám, keď sa chystajú vzlietnuť.
Lekárska diagnostika
Magnetická rezonancia je jednou z technológií s najväčším dopadom v modernej medicíne. Je založená na účinku silných magnetických polí na vodíkové jadrá vody v tele.
Elektromagnetické javy
Mnoho elektromagnetických javov, ktoré poznáme, je dôsledkom magnetického poľa Zeme. Toto pole je generované elektrickými prúdmi vo vnútri planéty. Zem potom pripomína v sebe veľkú magnetickú lištu, kde je magnetický severný pól pri geografickom južnom póle a magnetický južný pól zodpovedá geografickému severnému pólu.
Priestorová orientácia
Kompas je nástroj z obdobia približne 200 rokov pred Kristom. Je založená na orientácii zmagnetizovanej kovovej ihly smerom k geografickému severu.
Niektoré zvieratá a iné živé veci dokážu detekovať magnetické pole Zeme a orientovať sa tak v priestore. Jedna zo stratégií zacielenia spočíva v špecializovaných bunkách alebo orgánoch, ktoré obsahujú magnetitové kryštály, minerál oxidu železitého, ktorý udržuje trvalé magnetické pole.
Severná a južná polárna žiara
The Magnetické pole Zeme Funguje ako ochranná bariéra proti bombardovaniu vysokoenergetických ionizovaných častíc vychádzajúcich zo Slnka (známejšie ako slnečný vietor). Tieto sú presmerované do polárnych oblastí, ktoré vzrušujú atómy a molekuly v atmosfére. Charakteristické svetlá polárnych žiar (boreálne na severnej pologuli a austrály na južnej pologuli) sú produktom vyžarovania energie, keď sa excitované elektróny vrátia do základného stavu.
Maxwell a teória elektromagnetizmu
James Clerk Maxwell odvodil v rokoch 1864 až 1873 matematické rovnice, ktoré vysvetľujú podstatu magnetického a elektrického poľa. Týmto spôsobom Maxwellove rovnice poskytli vysvetlenie vlastností elektriny a magnetizmu. Tieto rovnice konkrétne ukazujú:
- ako elektrický náboj produkuje elektrické pole,
- - ako prúdy vytvárajú magnetické polia, a -
- ako zmena magnetického poľa vytvára elektrické pole.
Maxwellove vlnové rovnice tiež slúžili na preukázanie toho, že zmena elektrického poľa vytvára samostatne sa šíriacu elektromagnetickú vlnu s elektrickými a magnetickými komponentmi. Maxwellova práca zjednotila zdanlivo samostatné oblasti fyziky elektriny, magnetizmu a svetla.
- Elektrina.
- Magnetizmus.
- Fyzické.
- Odvetvia fyziky.
