Što je elektromagnetizam:
Elektromagnetizam je proučavanje naboja i interakcije između električne energije i magnetizma. Električnost i magnetizam aspekti su jedne fizičke pojave usko povezane kretanjem i privlačenjem naboja u materiji.
Grana fizike koja proučava interakciju između električnih i magnetskih pojava poznata je i pod nazivom elektromagnetizam.
Riječ "elektricitet" predložio je Englez William Gilbert (1544. - 1603.) s grčkog elektron (vrsta jantara koji privlači predmete trljajući se raznim tvarima). S druge strane, "magnetizam" je vjerojatno nastao iz turske regije s naslagama magnetiziranog magnetita (Magnezija), gdje je živjelo drevno grčko pleme poznato kao Magneti.
Međutim, tek je 1820. Hans Christian Oersted (1777. - 1851.) Uspio pokazati utjecaj električne struje na ponašanje kompasa, pa je tako rođeno istraživanje elektromagnetizma.
Osnove elektromagnetizma
Magneti i električna energija uvijek su bili predmet fascinacije čovječanstva. Njegov početni pristup pohađao je različite tečajeve koji su dosegli mjesto susreta krajem 19. stoljeća. Da bismo razumjeli o čemu se radi u elektromagnetizmu, pregledajmo neke osnovne pojmove.
Električno punjenje
Električni naboj je osnovno svojstvo čestica koje čine materiju. Osnova svih električnih naboja nalazi se u atomskoj strukturi. Atom koncentrira pozitivne protone u jezgri, a negativni elektroni se kreću oko jezgre. Kada je broj elektrona i protona jednak, imamo atom s neutralnim nabojem. Kad atom dobije elektron, ostaje mu negativan naboj (anion), a kada izgubi elektron ostaje s pozitivnim nabojem (kation).
Tada se razmatra naboj elektrona kao osnovna jedinica ili kvante električnog naboja. To je ekvivalentno 1,60 x 10 -19 coulomb (C), što je mjerna jedinica za naboje, u čast francuskog fizičara Charlesa Augustina de Coulomba.
Električno polje i magnetsko polje
A električno polje To je polje sile koje okružuje naboj ili nabijenu česticu. Odnosno, nabijena čestica utječe ili vrši silu na drugu nabijenu česticu koja se nalazi u blizini. Električno polje je vektorska veličina predstavljena slovom I čije su jedinice volt po metru (V / m) ili njutn po kulonu (N / C).
S druge strane, magnetsko polje Javlja se kada postoji protok ili kretanje naboja (električna struja). Tada možemo reći da je to područje u kojem djeluju magnetske sile. Dakle, električno polje okružuje bilo koju nabijenu česticu, a kretanje nabijene čestice stvara magnetsko polje.
Svaki elektron u pokretu stvara sićušno magnetsko polje u atomu. Za većinu materijala elektroni se kreću u različitim smjerovima pa se magnetska polja poništavaju. U nekim elementima, poput željeza, nikla i kobalta, elektroni se kreću u preferencijalnom smjeru, stvarajući neto magnetsko polje. Pozvani su materijali ove vrste feromagnetski.
Magneti i elektromagneti
A magnet Rezultat je trajnog poravnanja magnetskih polja atoma u komadu željeza. U običnom komadu željeza (ili drugog feromagnetskog materijala) magnetska su polja nasumično orijentirana, tako da ne djeluje poput magneta. Ključna značajka magneta je da imaju dva pola: sjeverni i južni.
A elektromagnet Sastoji se od komada željeza unutar zavojnice žice kroz koji se može proći struja. Kad je struja uključena, magnetska polja svakog atoma koji čine komad željeza poravnavaju se s magnetskim poljem koje stvara struja u zavojnici žice, povećavajući magnetsku silu.
Elektromagnetska indukcija
Elektromagnetska indukcija, koju su otkrili Joseph Henry (1797-1878) i Michael Faraday (1791-1867), je proizvodnja električne energije pomoću pokretnog magnetskog polja. Propuštanjem magnetskog polja kroz zavojnicu žice ili drugog vodljivog materijala nastaje protok naboja ili struje kada je krug zatvoren.
Elektromagnetska indukcija osnova je generatora i praktički sve električne energije proizvedene u svijetu.
Primjene elektromagnetizma
Elektromagnetizam je osnova rada električnih i elektroničkih uređaja koje svakodnevno koristimo.
Mikrofoni
Mikrofoni imaju tanku membranu koja titra kao odgovor na zvuk. Na membranu je pričvršćena zavojnica žice koja je dio magneta i pomiče se uz membranu. Kretanje zavojnice kroz magnetsko polje pretvara zvučne valove u električnu struju koja se prenosi na zvučnik i pojačava.
Generatori
Generatori koriste mehaničku energiju za proizvodnju električne energije. Mehanička energija može dolaziti iz vodene pare koja nastaje izgaranjem fosilnih goriva ili vode koja pada u hidroelektranama.
Električni motor
Motor koristi električnu energiju za proizvodnju mehaničke energije. Indukcijski motori koriste izmjeničnu struju za pretvaranje električne energije u mehaničku. To su motori koji se obično koriste u kućanskim aparatima, kao što su ventilatori, sušilice, podloške i miješalice.
Indukcijski motor sastoji se od rotirajućeg dijela (rotora) i stacionarnog dijela (statora). The rotor To je željezni cilindar s utorima duž kojih su pričvršćene neke peraje ili bakrene šipke. Rotor je zatvoren u posudu sa zavojnicama ili zavojima vodljive žice kroz koju prolazi izmjenična struja, postajući elektromagneti.
Prolazak izmjenične struje kroz zavojnice stvara magnetsko polje koje zauzvrat inducira struju i magnetsko polje u rotoru. Interakcija magnetskih polja u statoru i rotoru uzrokuje torziju u rotoru omogućavajući obavljanje posla.
Maglev: vlakovi koji levitiraju
Magnetski levitirani vlakovi koriste se elektromagnetizmom kako bi se dizali, usmjeravali i pokretali na posebnom kolosijeku. Japan i Njemačka pioniri su u korištenju ovih vlakova kao prijevoznog sredstva. Dvije su tehnologije: elektromagnetska suspenzija i elektrodinamička suspenzija.
The elektromagnetska ovjes temelji se na privlačnim silama između snažnih elektromagneta u osnovi vlaka i željezničke pruge. Magnetska sila podešava se tako da vlak ostaje ovješen preko kolosijeka, dok ga pokreće magnetsko polje koje putuje prema naprijed interakcijom bočnih magneta u vlaku.
The elektrodinamička suspenzija temelji se na odbojnoj sili između magneta na vlaku i induciranog magnetskog polja na željezničkoj pruzi. Ovom tipu vlaka potrebni su kotači da bi mogao postići kritičnu brzinu, slično avionima kad su pred polijetanjem.
Medicinska dijagnostika
Snimanje magnetske rezonancije jedna je od tehnologija s najvećim utjecajem u modernoj medicini. Temelji se na učinku jakih magnetskih polja na jezgre vodika u tjelesnoj vodi.
Elektromagnetski fenomeni
Mnoge elektromagnetske pojave koje poznajemo posljedica su Zemljinog magnetskog polja. Ovo polje generiraju električne struje unutar planeta. Zemlja tada nalikuje velikoj magnetskoj traci unutar nje, gdje je magnetski sjeverni pol na geografskom južnom polu, a magnetski magnetski pol odgovara zemljopisnom sjevernom polu.
Orijentacija u prostoru
Kompas je instrument koji datira otprilike 200 godina prije Krista. Temelji se na orijentaciji magnetizirane metalne igle prema zemljopisnom sjeveru.
Neke životinje i druga živa bića mogu otkriti Zemljino magnetsko polje i tako se orijentirati u svemiru. Jedna od strategija ciljanja je kroz specijalizirane stanice ili organe koji sadrže kristali magnetita, mineral željeznog oksida koji održava trajno magnetsko polje.
Sjeverna i južna polarna svjetlost
The Zemljino magnetsko polje Djeluje kao zaštitna barijera protiv bombardiranja visokoenergijskih ioniziranih čestica koje proizlaze sa Sunca (poznatijeg kao solarni vjetar). Oni su preusmjereni u polarna područja, uzbudljive atome i molekule u atmosferi. Karakteristična svjetla polarnih svjetlosti (borealna na sjevernoj i australna na južnoj polutki) proizvod su zračenja energije kada se pobuđeni elektroni vrate u osnovno stanje.
Maxwell i teorija elektromagnetizma
James Clerk Maxwell izveo je između 1864. i 1873. matematičke jednadžbe koje objašnjavaju prirodu magnetskog i električnog polja. Na taj su način Maxwellove jednadžbe dale objašnjenje svojstava elektriciteta i magnetizma. Konkretno, ove jednadžbe pokazuju:
- kako električni naboj stvara električno polje,
- kako struje stvaraju magnetska polja, i
- kako promjenom magnetskog polja nastaje električno polje.
Maxwellove jednadžbe valova također su pokazale da promjena električnog polja stvara samoproširivi elektromagnetski val s električnim i magnetskim komponentama. Maxwellovo djelo objedinilo je naizgled odvojena područja fizike elektriciteta, magnetizma i svjetlosti.
- Struja.
- Magnetizam.
- Fizički.
- Grane fizike.
