Jedna z najważniejszych sekcji współczesnej fizykito oddziaływania elektromagnetyczne i wszystkie powiązane definicje. To interakcja wyjaśnia wszystkie zjawiska elektryczne. Teoria elektryczności obejmuje wiele innych dziedzin, w tym optykę, ponieważ światło jest promieniowaniem elektromagnetycznym. W tym artykule postaramy się wyjaśnić istotę prądu elektrycznego i siły magnetycznej w przystępnym, zrozumiałym języku.
W dzieciństwie dorośli pokazali nam różnemagiczne sztuczki za pomocą magnesów. Te niesamowite postacie, które przyciągają się do siebie i mogą przyciągać małe zabawki, zawsze cieszyły oko dzieci. Co to są magnesy i jak siła magnetyczna wpływa na części żelazne?
Wyjaśniając naukowy język, musisz się zwrócićjedno z podstawowych praw fizyki. Zgodnie z prawem Coulomba i specjalną teorią względności pewna siła działa na ładunek, który bezpośrednio proporcjonalnie zależy od prędkości samego ładunku (v). Jest to interakcja zwana siłą magnetyczną.
Ogólnie należy rozumieć, że każdy magneszjawiska występują tylko wtedy, gdy ładunki poruszają się wewnątrz przewodnika lub w obecności prądów w nich. W badaniu magnesów i samej definicji magnetyzmu należy rozumieć, że są one ściśle powiązane ze zjawiskiem prądu elektrycznego. Dlatego zrozummy istotę prądu elektrycznego.
Siła elektryczna jest siłą, któradziała między elektronem a protonem. Jest liczbowo znacznie większa niż wartość siły grawitacji. Jest wytwarzany przez ładunek elektryczny, a raczej przez jego ruch wewnątrz przewodnika. Z kolei ładunki są dwojakiego rodzaju: dodatnie i ujemne. Jak wiadomo, dodatnio naładowane cząsteczki są przyciągane do ujemnie naładowanych. Jednak opłaty za ten sam znak mają właściwość odpychania.
Kiedy przewodnik zaczyna się poruszaćprzy tych samych ładunkach powstaje w nim prąd elektryczny, co tłumaczy się jako stosunek ilości ładunku przepływającego przez przewodnik w ciągu 1 sekundy. Siła działająca na przewodnik z prądem w polu magnetycznym nazywa się siłą Ampera i jest określana przez zasadę „lewej ręki”.
Możesz napotkać interakcję magnetyczną wcodzienne życie w przypadku magnesów trwałych, cewek, przekaźników lub silników elektrycznych. Każde z nich ma niewidoczne dla oczu pole magnetyczne. Można go prześledzić tylko poprzez jego działanie, które wywiera na poruszające się cząstki i na namagnesowane ciała.
Siła działająca na przewodnik z prądem wpole magnetyczne zostało zbadane i opisane przez francuskiego fizyka Ampère. Nie tylko ta siła nosi jego imię, ale także wielkość obecnej siły. W szkole prawa Ampere są definiowane jako reguły „lewej” i „prawej” ręki.
Należy rozumieć, że pole magnetyczne jest zawszepowstaje nie tylko wokół źródeł prądu elektrycznego, ale także wokół magnesów. Zazwyczaj jest to przedstawione za pomocą linii pola magnetycznego. Graficznie wygląda to tak, jakby arkusz magnesu został umieszczony na magnesie, a opiłki żelaza wlano na wierzch. Przybiorą dokładnie taką samą formę jak na poniższym obrazku.
W wielu popularnych książkach o fizyce siłamagnetyczny jest wprowadzany w wyniku obserwacji eksperymentalnych. Uważana jest za odrębną podstawową siłę natury. Idea ta jest błędna, w rzeczywistości istnienie siły magnetycznej wynika z zasady względności. Jej brak prowadziłby do naruszenia tej zasady.
Nie ma nic fundamentalnego w sile magnetycznej - jest to po prostu relatywistyczna konsekwencja prawa Coulomba.
Według legendy, w I wieku naszej eryNa wyspie Magnesia starożytni Grecy odkryli niezwykłe kamienie o niesamowitych właściwościach. Przyciągali do siebie wszelkie rzeczy wykonane z żelaza lub stali. Grecy zaczęli je wyciągać z wyspy i badać ich właściwości. A kiedy kamienie wpadły w ręce ulicznych magów, stali się nieodzownymi pomocnikami we wszystkich swoich przedstawieniach. Wykorzystując siłę magnetycznych kamieni, udało im się stworzyć całe fantastyczne widowisko, które przyciągnęło wielu widzów.
Gdy kamienie rozchodziły się po całej powierzchniczęści świata zaczęły krążyć wokół nich legendy i różne mity. Kiedyś kamienie trafiły do Chin, gdzie zostały nazwane na cześć wyspy, na której zostały znalezione. Magnesy stały się przedmiotem badań wszystkich wielkich naukowców tamtych czasów. Zauważono, że jeśli położysz magnetyczną rudę żelaza na drewnianym pływaku, naprawisz go, a następnie obrócisz, wówczas spróbuje powrócić do swojej pierwotnej pozycji. Mówiąc najprościej, działająca na niego siła magnetyczna obraca rudę żelaza w określony sposób.
Wykorzystując tę właściwość magnesów, wymyślili naukowcykompas. Na okrągłym kształcie, wykonanym z drewna lub korka, narysowano dwa główne bieguny i zainstalowano małą igłę magnetyczną. Ta konstrukcja została zanurzona w małej misce wypełnionej wodą. Z biegiem czasu modele kompasu uległy poprawie i stały się dokładniejsze. Korzystają z nich nie tylko żeglarze, ale także zwykli turyści, którzy lubią eksplorować pustynię i tereny górskie.
Naukowiec Hans Oersted prawie przez całe życiededykowany do elektryczności i magnesów. Pewnego dnia podczas wykładu na uniwersytecie pokazał swoim studentom następujące doświadczenia. Przepuścił prąd przez zwykły miedziany przewodnik, po chwili przewodnik nagrzał się i zaczął się zginać. Było to zjawisko termicznych właściwości prądu elektrycznego. Uczniowie kontynuowali te eksperymenty, a jeden z nich zauważył, że prąd elektryczny ma inną interesującą właściwość. Kiedy w przewodniku płynął prąd, wskazówka pobliskiego kompasu zaczęła się nieznacznie odchylać. Dokładniej badając to zjawisko, naukowiec odkrył tzw. Siłę działającą na przewodnik w polu magnetycznym.
Naukowcy podjęli próby znalezienia magnesuładunek, ale nie można znaleźć izolowanego bieguna magnetycznego. Wyjaśnia to fakt, że w przeciwieństwie do ładunków elektrycznych, ładunki magnetyczne nie istnieją. W końcu w przeciwnym razie można by oddzielić pojedynczy ładunek, po prostu odrywając jeden z końców magnesu. Jednak tworzy to nowy przeciwległy biegun na drugim końcu.
W rzeczywistości każdy magnes reprezentujejest solenoidem, na którego powierzchni krążą prądy wewnątrzatomowe, nazywane są prądami amperowymi. Okazuje się, że magnes można postrzegać jako metalowy pręt, przez który przepływa prąd stały. Z tego powodu wprowadzenie żelaznego rdzenia do solenoidu znacznie zwiększa pole magnetyczne.
Jak każde zjawisko fizyczne, pole magnetyczneposiada energię, która jest zużywana na przemieszczanie ładunku. Istnieje pojęcie EMF (siła elektromotoryczna), definiuje się ją jako pracę polegającą na przemieszczaniu ładunku jednostkowego z punktu A0 do punktu A.1.
Pole elektromagnetyczne jest opisane przez prawa Faradaya, które są stosowane w trzech różnych sytuacjach fizycznych:
Numerycznie EMF według wzoru Faradaya jest równe: EMF = W / q.
Dlatego siła elektromotoryczna nie jestsiła w sensie dosłownym, ponieważ jest mierzona w dżulach na kulomb lub w woltach. Okazuje się, że reprezentuje energię, która jest przekazywana elektronowi przewodzącemu, gdy okrąża obwód. Za każdym razem, wykonując kolejną rundę obracającej się ramy generatora, elektron uzyskuje energię, która jest liczbowo równa SEM. Ta dodatkowa energia może być nie tylko przenoszona podczas zderzeń atomów w zewnętrznym łańcuchu, ale także uwalniana w postaci ciepła Joule'a.
Siła działająca na prąd w polu magnetycznym,określa wzór: q * | v | * | B | * sin a (iloczyn ładunku pola magnetycznego, modułów prędkości tej samej cząstki, wektora indukcji pola i sinusa kąta między ich kierunkami). Siła działająca na poruszający się ładunek jednostkowy w polu magnetycznym jest zwykle nazywana siłą Lorentza. Ciekawostką jest to, że trzecie prawo Newtona jest nieważne dla tej siły. Jest zgodny tylko z prawem zachowania pędu, dlatego wszystkie problemy związane ze znalezieniem siły Lorentza należy rozwiązać wychodząc z niej. Zobaczmy, jak możesz określić siłę pola magnetycznego.
Aby znaleźć siłę, która powstaje wokółprzewodnik z prądem, musisz znać kilka wielkości: ładunek, jego prędkość i wartość indukcji powstałego pola magnetycznego. Następne zadanie pomoże ci zrozumieć, jak obliczyć siłę Lorentza.
Wyznacz siłę działającą na proton poruszający się z prędkością 10 mm / sw polu magnetycznym o indukcji 0,2 C (kąt między nimi wynosi 90oponieważ naładowana cząstka porusza się prostopadle do linii indukcji). Rozwiązanie sprowadza się do znalezienia ładunku. Patrząc na tabelę ładunków, stwierdzamy, że proton ma ładunek 1,6 * 10-19 Cl. Następnie obliczamy siłę według wzoru: 1,6 * 10-19 * 10 * 0,2 * 1 (sinus kąta prostego to 1) = 3,2 * 10-19 Newtona.
