Kaj je elektromagnetizem:
Elektromagnetizem je preučevanje nabojev in interakcije med elektriko in magnetizmom. Elektrika in magnetizem sta vidika enega samega fizičnega pojava, ki sta tesno povezana z gibanjem in privlačenjem nabojev v snovi.
Področje fizike, ki preučuje interakcijo med električnimi in magnetnimi pojavi, je znano tudi kot elektromagnetizem.
Besedo "elektrika" je iz grščine predlagal Anglež William Gilbert (1544-1603) elektron (vrsta jantarja, ki pri drgnjenju z različnimi snovmi privlači predmete). Po drugi strani pa je "magnetizem" verjetno nastal iz turške regije z nanosi magnetiziranega magnetita (Magnezija), kjer je živelo starogrško pleme, imenovano Magneti.
Vendar je šele leta 1820 Hansu Christianu Oerstedu (1777-1851) uspelo dokazati vpliv električnega toka na obnašanje kompasa, zato se je rodila študija elektromagnetizma.
Osnove elektromagnetizma
Magneti in elektrika so bili vedno navdušeni nad človeštvom. Njegov začetni pristop je bil na različnih tečajih, ki so se stikali konec 19. stoletja. Da bi razumeli, kaj sploh je elektromagnetizem, si oglejmo nekaj osnovnih konceptov.
Električni naboj
Električni naboj je temeljna lastnost delcev, ki tvorijo snov. Osnova vseh električnih nabojev je v atomski strukturi. Atom koncentrira pozitivne protone v jedru, negativni elektroni pa se gibljejo okoli jedra. Ko je število elektronov in protonov enako, imamo atom z nevtralnim nabojem. Ko atom dobi elektron, ostane negativni naboj (anion) in ko izgubi elektron, ostane pozitiven naboj (kation).
Potem se upošteva naboj elektrona kot osnovna enota ali kvanta električnega naboja. To ustreza 1,60 x 10 -19 coulomb (C), ki je merska enota za naboje, v čast francoskega fizika Charlesa Augustina de Coulomba.
Električno polje in magnetno polje
A električno polje Je polje sile, ki obdaja naboj ali naelektren delec. To pomeni, da naelektreni delec vpliva ali izvaja silo na drug nabit delc, ki je v bližini. Električno polje je vektorska količina, ki jo predstavlja črka IN katerih enote so volt na meter (V / m) ali newton na kulon (N / C).
Po drugi strani pa magnetno polje Pojavi se, kadar pride do pretoka ali gibanja nabojev (električni tok). Takrat lahko rečemo, da gre za področje, kjer delujejo magnetne sile. Tako električno polje obdaja poljuben nabit delec, gibanje nabitega delca pa ustvari magnetno polje.
Vsak gibljivi elektron ustvari v atomu majhno magnetno polje. Pri večini materialov se elektroni gibljejo v različnih smereh, zato se magnetna polja izničijo. V nekaterih elementih, kot so železo, nikelj in kobalt, se elektroni premikajo v prednostni smeri in tvorijo neto magnetno polje. Materiali te vrste se imenujejo feromagnetna.
Magneti in elektromagneti
A magnet Je rezultat trajne poravnave magnetnih polj atomov v kosu železa. V navadnem kosu železa (ali drugem feromagnetnem materialu) so magnetna polja naključno usmerjena, zato ne deluje kot magnet. Ključna značilnost magnetov je, da imajo dva pola: severni in južni.
A elektromagnet Sestavljen je iz kosa železa v zvitku žice, skozi katerega lahko prehaja tok. Ko je tok vklopljen, se magnetna polja vsakega atoma, ki sestavljajo kos železa, poravnajo z magnetnim poljem, ki ga ustvarja tok v žični tuljavi, kar poveča magnetno silo.
Elektromagnetna indukcija
Elektromagnetna indukcija, ki sta jo odkrila Joseph Henry (1797-1878) in Michael Faraday (1791-1867), je proizvodnja električne energije s pomočjo gibljivega magnetnega polja. S prehodom magnetnega polja skozi tuljavo žice ali drugega prevodnega materiala pride do naboja ali toka, ko je vezje zaprto.
Elektromagnetna indukcija je osnova generatorjev in praktično vse električne energije, proizvedene na svetu.
Uporabe elektromagnetizma
Elektromagnetizem je osnova delovanja električnih in elektronskih naprav, ki jih uporabljamo vsak dan.
Mikrofoni
Mikrofoni imajo tanko membrano, ki vibrira kot odziv na zvok. Na membrano je pritrjena tuljava žice, ki je del magneta in se premika vzdolž membrane. Gibanje tuljave skozi magnetno polje pretvori zvočne valove v električni tok, ki se prenese v zvočnik in ojača.
Generatorji
Generatorji uporabljajo mehansko energijo za proizvodnjo električne energije. Mehanska energija lahko prihaja iz vodne pare, ki nastane pri izgorevanju fosilnih goriv, ali iz padajoče vode v hidroelektrarnah.
Električni motor
Motor uporablja električno energijo za proizvodnjo mehanske energije. Indukcijski motorji uporabljajo izmenični tok za pretvorbo električne energije v mehansko. To so motorji, ki se običajno uporabljajo v gospodinjskih aparatih, kot so ventilatorji, sušilniki, podložke in mešalniki.
Indukcijski motor je sestavljen iz vrtljivega dela (rotorja) in mirujočega dela (statorja). The rotor To je železen valj z utori, vzdolž katerih so pritrjene nekatere plavuti ali bakrene palice. Rotor je zaprt v posodi s tuljavami ali zavoji prevodne žice, skozi katero poteka izmenični tok in postanejo elektromagneti.
Prehod izmeničnega toka skozi tuljave ustvarja magnetno polje, ki inducira tok in magnetno polje v rotorju. Medsebojno delovanje magnetnih polj v statorju in rotorju povzroči torzijo v rotorju, kar omogoča delo.
Maglev: vlaki, ki lebdijo
Magnetno levitirani vlaki uporabljajo elektromagnetizem za dviganje, vodenje in poganjanje po posebni progi. Japonska in Nemčija sta začetnici uporabe teh vlakov kot prevoznega sredstva. Obstajata dve tehnologiji: elektromagnetno vzmetenje in elektrodinamično vzmetenje.
The elektromagnetno vzmetenje temelji na privlačnih silah med močnimi elektromagneti na dnu vlaka in tirnici. Magnetna sila je nastavljena tako, da vlak ostane obešen nad tirom, medtem ko ga poganja magnetno polje, ki potuje naprej z medsebojnim delovanjem bočnih magnetov v vlaku.
The elektrodinamično vzmetenje temelji na odbojni sili med magneti na vlaku in induciranim magnetnim poljem na železniški progi. Ta tip vlaka potrebuje kolesa, da lahko doseže kritično hitrost, podobno kot letala, ko bodo tik pred vzletom.
Medicinska diagnostika
Slikanje z magnetno resonanco je ena izmed tehnologij z največjim vplivom v sodobni medicini. Temelji na vplivu močnih magnetnih polj na vodikova jedra v telesni vodi.
Elektromagnetni pojavi
Številni elektromagnetni pojavi, ki jih poznamo, so posledica zemeljskega magnetnega polja. To polje ustvarjajo električni tokovi znotraj planeta. Zemlja je nato podobna veliki magnetni palici v njej, kjer je magnetni severni pol na geografskem južnem polu, magnetni južni pol pa geografskemu severnemu polu.
Prostorska orientacija
Kompas je instrument, ki izhaja približno 200 let pred Kristusom. Temelji na usmerjenosti magnetizirane kovinske igle proti geografskemu severu.
Nekatere živali in druga živa bitja lahko zaznajo zemeljsko magnetno polje in se tako orientirajo v vesolju. Ena od strategij ciljanja je prek specializiranih celic ali organov, ki vsebujejo kristali magnetita, mineral železovega oksida, ki vzdržuje stalno magnetno polje.
Severni in južni sij
The Zemeljsko magnetno polje Deluje kot zaščitna pregrada pred bombardiranjem visokoenergijskih ioniziranih delcev, ki izvirajo iz Sonca (bolj znan kot sončni veter). Ti so preusmerjeni v polarna območja, vzbujajoče atome in molekule v ozračju. Značilne luči polarnih svetlob (borealna na severni polobli in avstralska na južni polobli) so plod emanacije energije, ko se vzbujeni elektroni vrnejo v osnovno stanje.
Maxwell in teorija elektromagnetizma
James Clerk Maxwell je med leti 1864 in 1873 izpeljal matematične enačbe, ki pojasnjujejo naravo magnetnih in električnih polj. Na ta način so Maxwellove enačbe razložile lastnosti elektrike in magnetizma. Te enačbe natančno kažejo:
- kako električni naboj proizvaja električno polje,
- kako tokovi proizvajajo magnetna polja in
- kako spreminjanje magnetnega polja ustvarja električno polje.
Maxwellove enačbe valovanja so prav tako pokazale, da spreminjanje električnega polja ustvarja samorazprostirajoče se elektromagnetno valovanje z električnimi in magnetnimi komponentami. Maxwellovo delo je poenotilo na videz ločena področja fizike elektrike, magnetizma in svetlobe.
- Elektrika.
- Magnetizem.
- Fizično.
- Podružnice fizike.
