Mi az elektromágnesesség:
Az elektromágnesesség az a töltések és az elektromosság és a mágnesesség kölcsönhatásának vizsgálata. A villamos energia és a mágnesség egyetlen fizikai jelenség szempontjai, amelyek szorosan összekapcsolódnak az anyag töltéseinek mozgásával és vonzerejével.
A fizika azon ágát, amely az elektromos és mágneses jelenségek kölcsönhatását tanulmányozza, elektromágnesességnek is nevezik.
Az "áram" szót a görög angol William Gilbert (1544-1603) javasolta elektron (olyan borostyánfajta, amely vonzza a tárgyakat, ha különféle anyagokkal dörzsöljük). Másrészt a "mágnesség" valószínűleg egy mágnesezett magnetit (Magnesia) lerakódásokkal rendelkező török régióból származott, ahol egy ókori görög törzs magnetes néven élt.
Hans Christian Oerstednek (1777-1851) azonban 1820-ig sikerült bemutatnia az elektromos áram hatását az iránytű viselkedésére, így született meg az elektromágnesesség vizsgálata.
Az elektromágnesesség alapjai
A mágnesek és az áram mindig is lenyűgözte az emberiséget. Kezdeti megközelítése különböző tanfolyamokon vett részt, amelyek a 19. század végén értek el találkozási pontot. Annak érdekében, hogy megértsük, miről szól az elektromágnesesség, tekintsünk át néhány alapfogalmat.
Elektromos töltés
Az elektromos töltés az anyagot alkotó részecskék alapvető tulajdonsága. Az összes elektromos töltés alapja az atomszerkezetben található. Az atom a pozitív protonokat koncentrálja a magba, és a negatív elektronok a mag körül mozognak. Ha az elektronok és protonok száma megegyezik, akkor van egy semleges töltésű atomunk. Amikor az atom elektront nyer, negatív töltése (anionja) marad, és ha elveszíti egy elektront, akkor pozitív töltéssel (kation) marad.
Akkor úgy gondolják az elektron töltése, mint az elektromos töltés alapegysége vagy kvantuma. Ez 1,60 x 10-nek felel meg -19 coulomb (C), amely a töltések mértékegysége, Charles Augustin de Coulomb francia fizikus tiszteletére.
Elektromos tér és mágneses mező
A elektromos mező Ez egy erőtér, amely körülvesz egy töltést vagy egy töltött részecskét. Vagyis egy töltött részecske hatást gyakorol vagy kifejt egy másik, a közelben lévő töltött részecskét. Az elektromos mező a betűvel ábrázolt vektormennyiség ÉS amelynek mértékegysége volt / méter (V / m) vagy newton / coulomb (N / C).
Másrészt a mágneses mező Töltés (áram) áramlásakor vagy elmozdulásakor fordul elő. Akkor azt mondhatjuk, hogy ez a régió, ahol a mágneses erők hatnak. Így egy elektromos mező körülvesz minden töltött részecskét, és a töltött részecske mozgása mágneses teret hoz létre.
Minden mozgó elektron apró mágneses teret hoz létre az atomban. A legtöbb anyag esetében az elektronok különböző irányokban mozognak, így a mágneses mezők eltűnnek. Egyes elemekben, például vasban, nikkelben és kobaltban az elektronok előnyös irányban mozognak, nettó mágneses teret hozva létre. Az ilyen típusú anyagokat ún ferromágneses.
Mágnesek és elektromágnesek
A mágnes Ez egy vasdarabban lévő atomok mágneses mezőinek állandó összehangolásának eredménye. Egy közönséges vasdarabban (vagy más ferromágneses anyagban) a mágneses mezők véletlenszerűen vannak orientálva, így nem mágnesként viselkednek. A mágnesek legfontosabb jellemzője, hogy két pólusuk van: északi és déli.
A elektromágnes Ez egy huzaltekercs belsejében lévő vasdarabból áll, amelyen keresztül áramot lehet vezetni. Ha az áram be van kapcsolva, akkor a vasdarabot alkotó egyes atomok mágneses terei igazodnak a huzaltekercsben lévő áram által létrehozott mágneses térhez, növelve a mágneses erőt.
Elektromágneses indukció
A Joseph Henry (1797-1878) és Michael Faraday (1791-1867) által felfedezett elektromágneses indukció villamos energia előállítása mozgó mágneses tér segítségével. Ha egy mágneses teret áthelyeznek egy huzaltekercsen vagy más vezető anyagon, akkor az áramkör zárt állapotában töltés- vagy áramáramot vált ki.
Az elektromágneses indukció a generátorok és gyakorlatilag az egész világon előállított elektromos energia alapja.
Az elektromágnesesség alkalmazásai
Az elektromágnesesség az elektromos és elektronikus eszközök működésének alapja, amelyet naponta használunk.
Mikrofonok
A mikrofonok vékony membránnal rendelkeznek, amely a hangra reagálva rezeg. A membránhoz egy huzaltekercs kapcsolódik, amely egy mágnes része, és a membrán mellett mozog. A tekercs mozgása a mágneses téren keresztül a hanghullámokat elektromos árammá alakítja, amely átkerül egy hangszóróba és felerősödik.
Generátorok
A generátorok mechanikai energiát használnak elektromos energia előállításához. A mechanikus energia származhat a fosszilis üzemanyagok égetésével keletkező vízgőzből, vagy a vízerőművekben hulló vízből.
Elektromos motor
Egy motor elektromos energiát használ a mechanikai energia előállításához. Az indukciós motorok váltakozó áramot használnak az elektromos energia mechanikai energiává történő átalakítására. Ezeket a motorokat általában háztartási készülékekben használják, mint például ventilátorok, szárítók, alátétek és turmixgépek.
Az indukciós motor egy forgó részből (rotor) és egy álló részből (állórész) áll. A forgórész Ez egy vashenger barázdákkal, amelyek mentén néhány uszony vagy rézrúd van rögzítve. A rotort tekercsekben vagy vezető huzal-tartályokban tartják, amelyeken keresztül váltakozó áramot vezetnek, elektromágnesekké válva.
A váltakozó áram tekercseken való áthaladása mágneses teret hoz létre, amely viszont áramot és mágneses teret indukál a rotorban. Az állórész és a rotor mágneses terének kölcsönhatása torziót okoz a forgórészben, amely lehetővé teszi a munka elvégzését.
Maglev: olyan vonatokat edz, amelyek lebegnek
A mágnesesen lebegtetett vonatok elektromágnesességgel emelik fel magukat, vezetik és hajtják magukat egy speciális vágányon. Japán és Németország úttörő szerepet játszik e vonatok közlekedési eszközként történő használatában. Kétféle technológia létezik: elektromágneses és elektrodinamikus felfüggesztés.
A elektromágneses szuszpenzió a vonat tövében lévő erős elektromágnesek és a vasúti pálya közötti vonzó erőkön alapul. A mágneses erőt úgy állítják be, hogy a vonat felfüggesztve maradjon a vágány felett, miközben egy mágneses mező hajtja, amely a vonatban lévő oldalsó mágnesek kölcsönhatásával halad előre.
A elektrodinamikus szuszpenzió a vonaton lévő mágnesek és a vasúti pályán indukált mágneses mező közötti taszító erőn alapul. Az ilyen típusú vonatoknak kerekekre van szükségük ahhoz, hogy elérjék a kritikus sebességet, hasonlóan a repülőgépekhez, amikor felszállnak.
Orvosi diagnosztika
A mágneses rezonancia képalkotás a modern orvostudomány egyik legnagyobb hatású technológiája. Erős mágneses mezőknek a test vizének hidrogénmagjaira gyakorolt hatásán alapul.
Elektromágneses jelenségek
Számos elektromágneses jelenség, amelyet ismerünk, a Föld mágneses mezőjének következménye. Ezt a mezőt a bolygón belüli elektromos áramok generálják. A Föld ekkor egy nagy mágneses rúdra hasonlít benne, ahol a mágneses északi pólus a földrajzi déli pólusnál van, a mágneses déli pólus pedig a földrajzi északi pólusnak felel meg.
Térbeli tájékozódás
Az iránytű egy Krisztus előtti körülbelül 200 évvel ezelőtt készült eszköz. Ez egy mágnesezett fém tűnek a földrajzi észak felé történő orientációján alapul.
Néhány állat és más élőlény képes felismerni a Föld mágneses terét, és így tájékozódni az űrben. Az egyik célzási stratégia speciális sejteket vagy szerveket tartalmaz, amelyek tartalmazzák magnetitkristályok, egy vas-oxid ásvány, amely állandó mágneses teret tart fenn.
Az északi és a déli aurora
A A Föld mágneses tere Védőgátként működik a nagy energiájú ionizált részecskék bombázása ellen a Napból (ismertebb nevén: napszél). Ezeket a légkörben található sarki területekre, izgalmas atomokra és molekulákra terelik. Az aurorák jellegzetes fényei (az északi féltekén borealis és a déli féltekén ausztrál) az energia kibocsátásának a termékei, amikor a gerjesztett elektronok visszatérnek alapállapotukba.
Maxwell és az elektromágnesesség elmélete
James Clerk Maxwell 1864 és 1873 között levezette azokat a matematikai egyenleteket, amelyek magyarázzák a mágneses és elektromos mezők természetét. Ily módon Maxwell egyenletei magyarázatot adtak az elektromosság és a mágnesesség tulajdonságaira. Pontosabban, ezek az egyenletek a következőket mutatják:
- hogyan hoz létre egy elektromos töltés elektromos teret,
- hogy az áramok hogyan hoznak létre mágneses tereket, és
- hogy a mágneses tér megváltoztatása hogyan hoz létre elektromos teret.
Maxwell hullámegyenletei azt is megmutatták, hogy az elektromos tér megváltoztatása önmagában terjedő elektromágneses hullámot hoz létre elektromos és mágneses komponensekkel. Maxwell munkája egyesítette az elektromosság, a mágnesesség és a fény fizikájának látszólag különálló területeit.
- Elektromosság.
- Mágnesesség.
- Fizikai.
- A fizika ágai.
