Ett av de viktigaste områdena i modern fysikär elektromagnetiska interaktioner och alla relaterade definitioner. Det är denna interaktion som förklarar alla elektriska fenomen. Teorin om elektricitet täcker många andra områden, inklusive optik, eftersom ljus är elektromagnetisk strålning. I den här artikeln kommer vi att försöka förklara essensen av elektrisk ström och magnetisk kraft på ett tillgängligt, förståeligt språk.
Som barn visade vuxna oss olikamagiska trick med magneter. Dessa fantastiska figurer, som lockas till varandra och kan locka små leksaker, har alltid glädjat barnens öga. Vad är magneter och hur verkar magnetkraften på järndelar?
Förklara på vetenskapligt språk, måste du vända dig tillen av de grundläggande lagarna i fysik. Enligt Coulombs lag och den speciella relativitetsteorin verkar en viss kraft på laddningen, som är direkt proportionell mot hastigheten för själva laddningen (v). Det är denna interaktion som kallas magnetisk kraft.
I allmänhet bör det förstås att alla magnetiskafenomen uppstår endast när laddningar rör sig inuti en ledare eller i närvaro av strömmar i dem. När man studerar magneter och själva definitionen av magnetism, bör det förstås att de är nära besläktade med fenomenet elektrisk ström. Låt oss därför förstå essensen av elektrisk ström.
Elektrisk kraft är den kraft somverkar mellan en elektron och en proton. Det är numeriskt mycket större än värdet på gravitationskraften. Det genereras av en elektrisk laddning, eller snarare genom dess rörelse inuti ledaren. Avgifterna är i sin tur av två typer: positiva och negativa. Som ni vet lockas positivt laddade partiklar av negativt laddade partiklar. Avgifter av samma skylt tenderar emellertid att slå tillbaka.
Så det är när konduktören börjar röra sigsamma laddningar uppstår en elektrisk ström i den, vilket förklaras som förhållandet mellan mängden laddning som strömmar genom ledaren på 1 sekund. Kraften som verkar på en ledare med ström i ett magnetfält kallas Ampere-kraften och hittas enligt "vänsterhand" -regeln.
Du kan stöta på magnetisk interaktion ivardagen när det gäller permanentmagneter, induktorer, reläer eller elmotorer. Var och en av dem har ett magnetfält som är osynligt för ögonen. Det kan bara spåras av dess verkan, som den har på rörliga partiklar och på magnetiserade kroppar.
Kraften som verkar på en ledare med en ström inmagnetfält, studerades och beskrivs av den franska fysikern Ampere. För att hedra honom namnges inte bara denna kraft utan också storleken på den nuvarande styrkan. I skolan definieras Amperes lagar som "vänster" och "höger" regler.
Det bör förstås att magnetfältet alltid ärförekommer inte bara runt källor till elektrisk ström utan också runt magneter. Han avbildas vanligtvis med hjälp av magnetiska kraftlinjer. Grafiskt ser det ut som om ett pappersark sattes på en magnet och järnsågspån hälldes ovanpå. De kommer att se exakt ut som på bilden nedan.
I många populära fysikböcker är styrkanmagnetiska införs som ett resultat av experimentella observationer. Hon anses vara en separat grundläggande naturkraft. Denna idé är felaktig, i själva verket följer förekomsten av en magnetisk kraft från relativitetsprincipen. Dess frånvaro skulle leda till ett brott mot denna princip.
Det finns inget fundamentalt med magnetisk kraft - det är helt enkelt en relativistisk konsekvens av Coulombs lag.
Enligt legenden, under det första århundradet e.Kr.På ön Magnesia upptäckte de forntida grekerna ovanliga stenar som hade fantastiska egenskaper. De lockade till sig alla saker gjorda av järn eller stål. Grekerna började ta dem från ön och studera deras egenskaper. Och när stenarna föll i gatumakarnas händer blev de oföränderliga assistenter i alla sina framträdanden. Med hjälp av magnetiska stenar lyckades de skapa en helt fantastisk show som lockade många tittare.
När stenarna sprids överalltdelar av världen, legender och olika myter började cirkulera om dem. En gång hamnade stenarna i Kina, där de fick sitt namn efter ön där de hittades. Magneter blev föremål för studier av alla tidens stora forskare. Det märktes att om du lägger en magnetisk järnmalm på en träflotta, fixar den och sedan vrider den, kommer den att försöka återgå till sin ursprungliga position. Enkelt uttryckt, den magnetiska kraften som verkar på den kommer att rotera järnmalmen på ett visst sätt.
Med hjälp av denna magnetsegenskap har forskare kommit medkompass. På en cirkulär form, gjord av trä eller kork, ritades två huvudstolpar och en liten magnetnål installerades. Denna struktur doppades i en liten skål fylld med vatten. Med tiden har kompassmodeller förbättrats och blivit mer exakta. De används inte bara av sjömän utan också av vanliga turister som gillar att utforska öken- och bergsområden.
Forskare Hans Oersted nästan hela sitt livtillägnad el och magneter. En dag, under en föreläsning på universitetet, visade han sina studenter följande erfarenheter. Genom en vanlig kopparledare passerade han en ström, efter ett tag värmdes ledaren upp och började böjas. Detta var ett fenomen av de termiska egenskaperna hos en elektrisk ström. Studenterna fortsatte dessa experiment, och en av dem märkte att elektrisk ström har en annan intressant egenskap. När en ström strömmade in i ledaren började kompassnålen i närheten att avvika något. Genom att studera detta fenomen mer detaljerat upptäckte forskaren den så kallade kraften som verkar på en ledare i ett magnetfält.
Forskare har gjort försök att hitta en magnetladdning, men den isolerade magnetiska polen kunde inte hittas. Detta förklaras av det faktum att magnetiska laddningar, till skillnad från elektriska, inte finns. När allt kommer omkring skulle det annars vara möjligt att separera en enda laddning genom att helt enkelt bryta av ena änden av magneten. Detta skapar dock en ny motsatt pol i andra änden.
I själva verket representerar vilken magnet som helstär en solenoid, på vars yta intra-atomiska strömmar cirkulerar, kallas de Ampere-strömmar. Det visar sig att magneten kan ses som en metallstav genom vilken en likström cirkulerar. Det är av denna anledning som införandet av en järnkärna i solenoiden avsevärt ökar magnetfältet.
Liksom alla fysiska fenomen, ett magnetfälthar energi som spenderas på att flytta laddningen. Det finns begreppet EMF (elektromotorisk kraft), det definieras som arbetet med att flytta en enhetsladdning från punkt A0 till punkt A1.
EMF beskrivs av Faradays lagar, som tillämpas i tre olika fysiska situationer:
Numeriskt är EMF enligt Faradays formel lika med: EMF = W / q.
Därför är den elektromotoriska kraften inte detstyrka i bokstavlig mening, eftersom den mäts i Joule per Coulomb eller Volt. Det visar sig att den representerar den energi som överförs till ledningselektronen när den går runt kretsen. Varje gång, som gör nästa omgång av generatorns roterande ram, förvärvar elektronen energi numeriskt lika med EMF. Denna extra energi kan inte bara överföras vid kollisioner med atomer i den yttre kedjan utan också släppas i form av Joule-värme.
Kraften som verkar på en ström i ett magnetfältbestäms av följande formel: q * | v | * | B | * sin a (produkten av laddningen av magnetfältet, modulerna för hastigheten för samma partikel, fältinduktionsvektorn och sinus för vinkeln mellan deras riktningar). Kraften som verkar på en rörlig enhetsladdning i ett magnetfält kallas vanligtvis Lorentz-kraften. Ett intressant faktum är att Newtons tredje lag är ogiltig för denna styrka. Den följer endast lagen om bevarande av fart, varför alla problem med att hitta Lorentz-styrkan bör lösas utgående från den. Låt oss se hur du kan bestämma magnetfältets styrka.
Att hitta den kraft som uppstår runtledare med ström, är det nödvändigt att känna till flera kvantiteter: laddning, dess hastighet och värdet på induktionen av det resulterande magnetfältet. Nästa uppgift hjälper dig att förstå hur du beräknar Lorentz-styrkan.
Bestäm kraften som verkar på en proton som rör sig med en hastighet av 10 mm / s i ett magnetfält med en induktion på 0,2 C (vinkeln mellan dem är 90om, eftersom den laddade partikeln rör sig vinkelrätt mot induktionslinjerna). Lösningen handlar om att hitta avgiften. Tittar vi på laddningstabellen finner vi att protonen har en laddning på 1,6 * 10-19 Cl. Därefter beräknar vi kraften med formeln: 1,6 * 10-19 * 10 * 0,2 * 1 (sinus i rät vinkel är 1) = 3,2 * 10-19 Newtonian.
