Co je elektromagnetismus:
Elektromagnetismus je studium poplatků a interakce mezi elektřinou a magnetismem. Elektřina a magnetismus jsou aspekty jediného fyzického jevu úzce spojeného pohybem a přitažlivostí nábojů v hmotě.
Odvětví fyziky, které studuje interakci mezi elektrickými a magnetickými jevy, se také nazývá elektromagnetismus.
Slovo „elektřina“ navrhl Angličan William Gilbert (1544 - 1603) z řečtiny elektron (druh jantaru, který přitahuje předměty při tření různými látkami). Na druhou stranu „magnetismus“ pravděpodobně vznikl z turecké oblasti s ložisky magnetizovaného magnetitu (Magnesia), kde žil starověký řecký kmen známý jako Magnetes.
Hans Christian Oersted (1777-1851) však dokázal až do roku 1820 demonstrovat vliv elektrického proudu na chování kompasu, a tak se zrodilo studium elektromagnetismu.
Základy elektromagnetismu
Magnety a elektřina byly pro lidstvo vždy fascinující. Jeho počáteční přístup vzal různé kurzy, které dosáhly bodu setkání na konci 19. století. Abychom pochopili, o co v elektromagnetismu jde, podívejme se na některé základní pojmy.
Elektrický náboj
Elektrický náboj je základní vlastností částic tvořících hmotu. Základ všech elektrických nábojů spočívá v atomové struktuře. Atom koncentruje pozitivní protony v jádru a negativní elektrony se pohybují kolem jádra. Když je počet elektronů a protonů stejný, máme atom s neutrálním nábojem. Když atom získá elektron, zůstane mu záporný náboj (anion), a když ztratí elektron, zůstane s kladným nábojem (kation).
Pak se o tom uvažuje náboj elektronu jako základní jednotky nebo kvanta elektrického náboje. To odpovídá 1,60 x 10 -19 coulomb (C), což je jednotka měření nábojů, na počest francouzského fyzika Charlese Augustina de Coulomba.
Elektrické pole a magnetické pole
A elektrické pole Je to silové pole, které obklopuje náboj nebo nabitou částici. To znamená, že nabitá částice ovlivňuje nebo vyvíjí sílu na jinou nabitou částici, která je v okolí. Elektrické pole je vektorová veličina představovaná písmenem A jehož jednotky jsou volt na metr (V / m) nebo newton na coulomb (N / C).
Na druhou stranu magnetické pole Nastává, když dochází k toku nebo pohybu nábojů (elektrický proud). Můžeme tedy říci, že v této oblasti působí magnetické síly. Elektrické pole tedy obklopuje každou nabitou částici a pohyb nabité částice vytváří magnetické pole.
Každý pohybující se elektron vytváří v atomu malé magnetické pole. U většiny materiálů se elektrony pohybují různými směry, takže magnetická pole se ruší. V některých prvcích, jako je železo, nikl a kobalt, se elektrony pohybují v preferenčním směru a vytvářejí síťové magnetické pole. Materiály tohoto typu se nazývají feromagnetický.
Magnety a elektromagnety
A magnet Je to výsledek permanentního vyrovnání magnetických polí atomů v kusu železa. V obyčejném kusu železa (nebo jiném feromagnetickém materiálu) jsou magnetická pole náhodně orientována, takže nepůsobí jako magnet. Klíčovou vlastností magnetů je, že mají dva póly: severní a jižní.
A elektromagnet Skládá se z kusu železa uvnitř cívky drátu, kterým může procházet proud. Když je proud zapnutý, magnetické pole z každého atomu, který tvoří kus železa, se vyrovná s magnetickým polem vytvářeným proudem v cívce drátu, čímž se zvyšuje magnetická síla.
Elektromagnetická indukce
Elektromagnetická indukce, objevená Josephem Henrym (1797-1878) a Michaelem Faradayem (1791-1867), je výroba elektřiny pomocí pohybujícího se magnetického pole. Procházením magnetického pole cívkou drátu nebo jiného vodivého materiálu je způsoben tok náboje nebo proudu, když je obvod uzavřen.
Elektromagnetická indukce je základem generátorů a prakticky veškeré elektrické energie vyrobené na světě.
Aplikace elektromagnetismu
Elektromagnetismus je základem provozu elektrických a elektronických zařízení, která denně používáme.
Mikrofony
Mikrofony mají tenkou membránu, která vibruje v reakci na zvuk. K membráně je připojena cívka drátu, která je součástí magnetu a pohybuje se podél membrány. Pohyb cívky magnetickým polem převádí zvukové vlny na elektrický proud, který je přenášen do reproduktoru a zesílen.
Generátory
Generátory používají k výrobě elektrické energie mechanickou energii. Mechanická energie může pocházet z vodní páry vytvořené spalováním fosilních paliv nebo z padající vody ve vodních elektrárnách.
Elektrický motor
Motor používá k výrobě mechanické energie elektrickou energii. Indukční motory používají střídavý proud k přeměně elektrické energie na energii mechanickou. Jedná se o motory obvykle používané v domácích spotřebičích, jako jsou ventilátory, sušičky, pračky a mixéry.
Indukční motor se skládá z rotující části (rotor) a stacionární části (stator). The rotor Jedná se o železný válec s drážkami, podél kterých jsou připevněna nějaká žebra nebo měděné tyče. Rotor je uzavřen v zásobníku cívek nebo závitů vodivého drátu, kterým prochází střídavý proud, čímž se stávají elektromagnety.
Průchod střídavého proudu cívkami vytváří magnetické pole, které zase indukuje proud a magnetické pole v rotoru. Interakce magnetických polí ve statoru a rotoru způsobuje torzi v rotoru, což umožňuje práci.
Maglev: vlaky, které levitují
Magneticky vznášené vlaky používají elektromagnetismus ke zvedání, vedení a pohonu na speciální trati. Japonsko a Německo jsou průkopníky v používání těchto vlaků jako dopravních prostředků. Existují dvě technologie: elektromagnetické zavěšení a elektrodynamické zavěšení.
The elektromagnetické odpružení je založen na atraktivních silách mezi silnými elektromagnety ve spodní části vlaku a železniční trati. Magnetická síla je nastavena tak, aby vlak zůstal zavěšen na koleji, zatímco je poháněn magnetickým polem, které se pohybuje vpřed interakcí bočních magnetů ve vlaku.
The elektrodynamické zavěšení je založen na odpudivé síle mezi magnety ve vlaku a indukovaném magnetickém poli na železniční trati. Tento typ vlaku potřebuje kola, aby dosáhl kritické rychlosti, podobně jako letadla, když se chystají vzlétnout.
Lékařská diagnostika
Magnetická rezonance je jednou z technologií s největším dopadem v moderní medicíně. Je založen na účinku silných magnetických polí na vodíková jádra vody v těle.
Elektromagnetické jevy
Mnoho elektromagnetických jevů, které známe, je důsledkem magnetického pole Země. Toto pole je generováno elektrickými proudy uvnitř planety. Země v něm potom připomíná velkou magnetickou tyč, kde je magnetický severní pól na zeměpisném jižním pólu a magnetický jižní pól odpovídá zeměpisnému severnímu pólu.
Prostorová orientace
Kompas je nástroj z doby přibližně 200 let před Kristem. Je založen na orientaci magnetizované kovové jehly směrem k zeměpisnému severu.
Některá zvířata a jiné živé bytosti mohou detekovat magnetické pole Země a orientovat se tak v prostoru. Jedna ze strategií cílení je prostřednictvím specializovaných buněk nebo orgánů, které obsahují krystaly magnetitu, minerál oxidu železa, který udržuje trvalé magnetické pole.
Severní a jižní polární záře
The Zemské magnetické pole Funguje jako ochranná bariéra proti bombardování vysokoenergetických ionizovaných částic vycházejících ze Slunce (známějšího jako sluneční vítr). Ty jsou odkloněny do polárních oblastí, které vzrušují atomy a molekuly v atmosféře. Charakteristická světla polární záře (boreální na severní polokouli a austral na jižní polokouli) jsou produktem emanace energie, když se excitované elektrony vrátí do svého bazálního stavu.
Maxwell a teorie elektromagnetismu
James Clerk Maxwell v letech 1864 až 1873 odvodil matematické rovnice, které vysvětlují podstatu magnetického a elektrického pole. Tímto způsobem Maxwellovy rovnice poskytly vysvětlení vlastností elektřiny a magnetismu. Konkrétně tyto rovnice ukazují:
- jak elektrický náboj produkuje elektrické pole,
- jak proudy vytvářejí magnetická pole a
- jak změna magnetického pole vytváří elektrické pole.
Maxwellovy vlnové rovnice také ukázaly, že změna elektrického pole vytváří samovolně se šířící elektromagnetickou vlnu s elektrickými a magnetickými součástmi. Maxwellova práce sjednotila zdánlivě oddělené oblasti fyziky elektřiny, magnetismu a světla.
- Elektřina.
- Magnetismus.
- Fyzický.
- Větve fyziky.
