Co to jest elektromagnetyzm:
Elektromagnetyzm jest nauką o ładunkach i wzajemnym oddziaływaniu elektryczności i magnetyzmu . Elektryczność i magnetyzm są aspektami jednego zjawiska fizycznego, które są ściśle powiązane poprzez ruch i przyciąganie ładunków w materii.
Gałąź fizyki, która bada wzajemne oddziaływanie zjawisk elektrycznych i magnetycznych znana jest również jako elektromagnetyzm.
Słowo „elektryczność” zostało zaproponowane przez Anglika Williama Gilberta (1544-1603) z greckiego elektron (rodzaj bursztynu, który przyciąga przedmioty przy pocieraniu różnymi substancjami). Z drugiej strony, „magnetyzm” prawdopodobnie pochodzi z tureckiego regionu ze złożami magnetytu (Magnesia), zamieszkałego przez starożytne greckie plemię znane jako Magnetes.
Powiązane znaczenia:
Jednak dopiero w 1820 roku Hans Christian Oersted (1777-1851) zdołał zademonstrować wpływ prądu elektrycznego na zachowanie kompasu, dając tym samym początek nauce o elektromagnetyzmie.
Podstawowe pojęcia elektromagnetyzmu
Magnesy i elektryczność od zawsze fascynowały ludzkość. Ich początkowe podejście obrało różne kierunki, które doszły do punktu spotkania pod koniec XIX wieku. Aby zrozumieć, o co chodzi w elektromagnetyzmie, przejrzyjmy kilka podstawowych pojęć.
Ładunek elektryczny
Ładunek elektryczny jest podstawową właściwością cząsteczek, z których zbudowana jest materia. Podstawa wszystkich ładunków elektrycznych leży w strukturze atomowej. Atom skupia dodatnie protony w jądrze, a ujemne elektrony poruszają się wokół jądra. Kiedy liczba elektronów i protonów jest równa, mamy do czynienia z neutralnie naładowanym atomem. Kiedy atom zyskuje elektron, ma ładunek ujemny (anion), a kiedy traci elektron, ma ładunek dodatni (kation).
Wtedy uważamy ładunek elektronu za podstawową jednostkę lub kwant ładunku elektrycznego . Odpowiada to 1,60 x 10 -19 kulombowi (C), który jest jednostką miary ładunków, od nazwiska francuskiego fizyka Charlesa Augustina de Coulomba.
Pole elektryczne i pole magnetyczne
Pole elektryczne jest polem sił otaczającym naładowany ładunek lub cząstkę. To znaczy, że naładowana cząstka oddziałuje lub wywiera siłę na inną naładowaną cząstkę w pobliżu. Pole elektryczne jest wielkością wektorową reprezentowaną przez literę E , której jednostkami są wolt na metr (Vm) lub niuton na kulomb (NC).
Z drugiej strony, pole magnetyczne jest wytwarzane, gdy następuje przepływ lub ruch ładunków (prąd elektryczny). Możemy więc powiedzieć, że jest to region, 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 maleńkie pole magnetyczne. W większości materiałów elektrony poruszają się w różnych kierunkach, więc pola magnetyczne się znoszą. W niektórych pierwiastkach, takich jak żelazo, nikiel i kobalt, elektrony poruszają się w preferencyjnym kierunku, wytwarzając pole magnetyczne netto. Materiały tego typu nazywane są ferromagnetycznymi .
Magnesy i elektromagnesy
magnes jest wynikiem trwałego wyrównania pól magnetycznych atomów w kawałku żelaza. W zwykłym kawałku żelaza (lub innego materiału ferromagnetycznego) pola magnetyczne są przypadkowo zorientowane, więc nie działa on jak magnes. Kluczową cechą magnesów jest to, że mają one dwa bieguny: północny i południowy.
Elektromagnes składa się z kawałka żelaza wewnątrz zwoju drutu, przez który można przepuścić prąd.Kiedy prąd jest włączony, pola magnetyczne każdego atomu tworzącego kawałek żelaza ustawiają się w jednej linii z polem magnetycznym wytwarzanym przez prąd w zwoju drutu, zwiększając siłę magnetyczną.
(tixagag_7) Indukcja elektromagnetyczna
Indukcja elektromagnetyczna, odkryta przez Josepha Henry'ego (1797-1878) i Michaela Faradaya (1791-1867), jest wytwarzaniem elektryczności za pomocą ruchomego pola magnetycznego . Poprzez przepuszczenie pola magnetycznego przez zwoje drutu lub innego materiału przewodzącego, po zamknięciu obwodu następuje przepływ ładunku lub prądu.
Indukcja elektromagnetyczna jest podstawą generatorów i praktycznie całej energii elektrycznej produkowanej na świecie.
Zastosowania elektromagnetyzmu
Elektromagnetyzm jest podstawą 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 razem z membraną. Ruch cewki przez pole magnetyczne przetwarza fale dźwiękowe na 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, która powstaje w wyniku spalania paliw kopalnych, lub z opadającej wody w elektrowniach wodnych.
Silnik elektryczny
Silnik wykorzystuje energię elektryczną do wytwarzania energii mechanicznej. Silniki indukcyjne wykorzystują prąd zmienny, aby przekształcić energię elektryczną w energię mechaniczną. Są to silniki stosowane zazwyczaj w urządzeniach gospodarstwa domowego, takich jak wentylatory, suszarki, pralki i miksery.
Silnik indukcyjny składa się z części wirującej (rotor) i części nieruchomej (stator). Wirnik jest żelaznym cylindrem ze szczelinami wzdłuż jego długości, do których przymocowane są miedziane lamelki lub pręty. Wirnik jest zamknięty w pojemniku z cewkami lub zwojami drutu przewodzącego, przez który przepływa prąd zmienny, stając się elektromagnesem.
Przejście prądu zmiennego przez cewki wytwarza pole magnetyczne, które z kolei indukuje prąd i pole magnetyczne w wirniku.Wzajemne oddziaływanie pól magnetycznych w stojanie i wirniku powoduje moment obrotowy w wirniku, który umożliwia wykonanie pracy.
Maglev: lewitujące pociągi
Lewitujące magnetycznie pociągi wykorzystują elektromagnetyzm do podnoszenia, prowadzenia i napędzania 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 siłach przyciągania między potężnymi elektromagnesami u podstawy pociągu a ferromagnetycznym torem. Siła magnetyczna jest regulowana w taki sposób, że pociąg pozostaje zawieszony nad torem, podczas gdy jest napędzany przez pole magnetyczne, które przemieszcza się do przodu poprzez interakcję bocznych magnesów na pociągu.
zawieszenie elektrodynamiczne opiera się na sile odpychania pomiędzy magnesami w pociągu a polem magnetycznym indukowanym w torze kolejowym. Ten typ pociągu potrzebuje kół, aby móc osiągnąć prędkość krytyczną, podobną do tej, jaką mają samoloty przy starcie.
Diagnostyka medyczna
Rezonans magnetyczny jest jedną z technologii o największym wpływie na współczesną medycynę. Opiera się na wpływie silnych pól magnetycznych na jądra wodoru wody w organizmie.
(tixagag_6) Zjawiska elektromagnetyczne
Wiele znanych nam zjawisk elektromagnetycznych jest konsekwencją ziemskiego pola magnetycznego. To pole jest generowane przez prądy elektryczne we wnętrzu planety. Ziemia przypomina wtedy duży magnes sztabkowy wewnątrz Ziemi, gdzie magnetyczny biegun północny znajduje się na geograficznym biegunie południowym, a magnetyczny biegun południowy odpowiada geograficznemu biegunowi północnemu.
Orientacja przestrzenna
Kompas jest instrumentem, którego początki sięgają około 200 lat p.n.e. Opiera się ona na orientacji igły namagnesowanego metalu w kierunku geograficznej północy.
Niektóre zwierzęta i inne żywe istoty potrafią rozpoznać pole magnetyczne Ziemi i w ten sposób orientować się w przestrzeni. Jedną ze strategii orientacji są wyspecjalizowane komórki lub organy, które zawierają kryształy magnetytu , minerału tlenku żelaza, który utrzymuje stałe pole magnetyczne.
Światła północne i południowe
Ziemskie pole magnetyczne funkcjonuje jako bariera ochronna przed bombardowaniem wysokoenergetycznymi zjonizowanymi cząstkami pochodzącymi ze Słońca (lepiej znanymi jako wiatr słoneczny). Odbijają się one w kierunku obszarów polarnych, wzbudzając atomy i molekuły w atmosferze. Charakterystyczne światła zórz polarnych (borealnych na półkuli północnej i australnych na półkuli południowej) są produktem emanacji energii, kiedy wzbudzone elektrony wracają do stanu podstawowego.
Maxwell i teoria elektromagnetyzmu
James Clerk Maxwell wyprowadził w latach 1864-1873 równania matematyczne, które wyjaśniają naturę pola magnetycznego i elektrycznego. W ten sposób równania Maxwella dostarczyły wyjaśnienia właściwości elektryczności i magnetyzmu. Konkretnie, te równania pokazują:
jak ładunek elektryczny wytwarza pole elektryczne,
Równania falowe Maxwella służyły również do wykazania, że zmiana pola elektrycznego powoduje powstanie samorozchodzącej się fali elektromagnetycznej z komponentami elektrycznymi i magnetycznymi. Praca Maxwella zjednoczyła pozornie odrębne dziedziny fizyki elektryczności, magnetyzmu i światła.
Patrz również:
- Elektryczność.
- Magnetyzm.
- Fizyka.
- Gałęzie fizyki.
