Hva er elektromagnetisme:
Elektromagnetisme er studie av ladninger og samspillet mellom elektrisitet og magnetisme. Elektrisitet og magnetisme er aspekter av et enkelt fysisk fenomen som er nært knyttet til bevegelse og tiltrekning av ladninger i materie.
Grenen av fysikk som studerer samspillet mellom elektriske og magnetiske fenomener er også kjent som elektromagnetisme.
Ordet "elektrisitet" ble foreslått av engelskmannen William Gilbert (1544-1603) fra gresk elektron (slags rav som tiltrekker seg gjenstander når de gnides med forskjellige stoffer). På den annen side oppsto sannsynligvis "magnetisme" fra en tyrkisk region med avleiringer av magnetisert magnetitt (Magnesia), der en gammel gresk stamme kjent som Magnetes bodde.
Det var imidlertid til 1820 at Hans Christian Oersted (1777-1851) lyktes i å demonstrere effekten av en elektrisk strøm på et kompasss oppførsel, og dermed ble studien av elektromagnetisme født.
Grunnleggende om elektromagnetisme
Magneter og elektrisitet har alltid vært gjenstand for fascinasjon for menneskeheten. Hans første tilnærming tok forskjellige kurs som nådde et møtepunkt på slutten av 1800-tallet. For å forstå hva elektromagnetisme handler om, la oss se på noen grunnleggende konsepter.
Elektrisk ladning
Elektrisk ladning er en grunnleggende egenskap for partiklene som utgjør materie. Grunnlaget for alle elektriske ladninger ligger i atomstrukturen. Atomet konsentrerer positive protoner i kjernen, og negative elektroner beveger seg rundt kjernen. Når antall elektroner og protoner er like, har vi et atom med nøytral ladning. Når atomet får et elektron, blir det igjen med en negativ ladning (anion), og når det mister et elektron, forblir det med en positiv ladning (kation).
Så vurderes det ladningen av elektronet som den grunnleggende enheten eller kvanta for den elektriske ladningen. Dette tilsvarer 1,60 x 10 -19 coulomb (C), som er måleenheten for ladninger, til ære for den franske fysikeren Charles Augustin de Coulomb.
Elektrisk felt og magnetfelt
EN elektrisk felt Det er et kraftfelt som omgir en ladning eller ladet partikkel. Det vil si at en ladet partikkel påvirker eller utøver en kraft på en annen ladet partikkel som er i nærheten. Det elektriske feltet er en vektormengde representert av bokstaven OG hvis enheter er volt per meter (V / m) eller newton per coulomb (N / C).
På den annen side, den magnetfelt Det oppstår når det er en strøm eller bevegelse av ladninger (en elektrisk strøm). Vi kan da si at det er regionen der magnetkreftene virker. Dermed omgir et elektrisk felt enhver ladet partikkel, og bevegelsen til den ladede partikkelen skaper et magnetfelt.
Hvert elektron som beveger seg, produserer et lite magnetfelt i atomet. For de fleste materialer beveger elektronene seg i forskjellige retninger, slik at magnetfeltene avbrytes. I noen elementer, som jern, nikkel og kobolt, beveger elektronene seg i en fortrinnsretning og produserer et nettomagnetisk felt. Materialer av denne typen kalles ferromagnetisk.
Magneter og elektromagneter
EN magnet Det er resultatet av permanent justering av magnetfeltene til atomene i et jernstykke. I et vanlig jernstykke (eller annet ferromagnetisk materiale) er magnetfeltene tilfeldig orientert, så det virker ikke som en magnet. Nøkkelfunksjonen til magneter er at de har to poler: nord og sør.
EN elektromagnet Den består av et stykke jern inne i en trådspole som en strøm kan føres gjennom. Når strømmen er på, justeres magnetfeltene fra hvert atom som utgjør jernstykket med magnetfeltet som produseres av strømmen i trådspolen, og øker magnetkraften.
Elektromagnetisk induksjon
Elektromagnetisk induksjon, oppdaget av Joseph Henry (1797-1878) og Michael Faraday (1791-1867), er produksjon av elektrisitet ved hjelp av et magnetfelt i bevegelse. Ved å føre et magnetfelt gjennom en trådspole eller annet ledende materiale, forårsakes strøm av strøm eller strøm når kretsen er lukket.
Elektromagnetisk induksjon er grunnlaget for generatorer og praktisk talt all elektrisk kraft produsert i verden.
Anvendelser av elektromagnetisme
Elektromagnetisme er grunnlaget for driften av elektriske og elektroniske enheter som vi bruker daglig.
Mikrofoner
Mikrofoner har en tynn membran som vibrerer som svar på lyd. Festet til membranen er en trådspole som er en del av en magnet og beveger seg langs membranen. Bevegelsen av spolen gjennom magnetfeltet konverterer lydbølger til elektrisk strøm som overføres til en høyttaler og forsterkes.
Generatorer
Generatorer bruker mekanisk energi til å produsere elektrisk energi. Mekanisk energi kan komme fra vanndamp, skapt ved forbrenning av fossilt brensel, eller fra fallende vann i vannkraftanlegg.
Elektrisk motor
En motor bruker elektrisk energi til å produsere mekanisk energi. Induksjonsmotorer bruker vekselstrøm for å konvertere elektrisk energi til mekanisk energi. Dette er motorene som vanligvis brukes i husholdningsapparater, for eksempel vifter, tørketromler, vaskemaskiner og blender.
En induksjonsmotor består av en roterende del (rotor) og en stasjonær del (stator). De rotor Det er en jernsylinder med spor langs som det er festet noen finner eller kobberstenger. Rotoren er lukket i en beholder med spoler eller svinger av ledende ledning som vekselstrøm føres gjennom og blir til elektromagneter.
Gjennomgang av vekselstrøm gjennom spolene produserer et magnetfelt som igjen induserer en strøm og et magnetfelt i rotoren. Samspillet mellom magnetfelt i statoren og rotoren forårsaker en vridning i rotoren som tillater arbeid.
Maglev: tog som svever
Magnetisk leviterte tog bruker elektromagnetisme til å løfte, lede og kjøre seg på et spesielt spor. Japan og Tyskland er pionerer i bruken av disse togene som transportmiddel. Det er to teknologier: elektromagnetisk suspensjon og elektrodynamisk suspensjon.
De elektromagnetisk oppheng den er basert på de attraktive kreftene mellom kraftige elektromagneter ved bunnen av toget og jernbanesporet. Magnetkraften justeres slik at toget forblir suspendert over sporet, mens det drives av et magnetfelt som beveger seg fremover ved interaksjon av laterale magneter i toget.
De elektrodynamisk oppheng den er basert på den frastøtende kraften mellom magneter på toget og et indusert magnetfelt på jernbanesporet. Denne typen tog trenger hjul for å kunne nå en kritisk hastighet, i likhet med fly når de skal ta av.
Medisinsk diagnostikk
Bildebehandling av magnetisk resonans er en av teknologiene som har størst innvirkning innen moderne medisin. Den er basert på effekten av sterke magnetfelt på hydrogenkjernene i kroppens vann.
Elektromagnetiske fenomener
Mange av de elektromagnetiske fenomenene vi kjenner er en konsekvens av jordens magnetfelt. Dette feltet er generert av elektriske strømmer inne i planeten. Jorden ligner da på en stor magnetstang i den, der den magnetiske nordpolen er ved den geografiske sørpolen og den magnetiske sørpolen tilsvarer den geografiske nordpolen.
Romlig orientering
Kompasset er et instrument som stammer fra omtrent 200 år før Kristus. Den er basert på retningen til en magnetisert metallnål mot det geografiske nord.
Noen dyr og andre levende ting kan oppdage jordens magnetfelt og dermed orientere seg i rommet. En av målrettingsstrategiene er gjennom spesialiserte celler eller organer som inneholder magnetittkrystaller, et jernoksydmineral som opprettholder et permanent magnetfelt.
De nordlige og sørlige nordlysene
De Jordens magnetfelt Det fungerer som en beskyttende barriere mot bombardementet av høyenergiske ioniserte partikler som kommer fra solen (bedre kjent som solvinden). Disse blir omdirigert til polarområdene, spennende atomer og molekyler i atmosfæren. De karakteristiske lysene til nordlysene (boreal på den nordlige halvkule og australske på den sørlige halvkule) er et produkt av utstråling av energi når de begeistrede elektronene går tilbake til sin basal tilstand.
Maxwell og teorien om elektromagnetisme
James Clerk Maxwell trakk mellom 1864 og 1873 de matematiske ligningene som forklarer arten av magnetiske og elektriske felt. På denne måten ga Maxwells ligninger en forklaring på egenskapene til elektrisitet og magnetisme. Spesielt viser disse ligningene:
- hvordan en elektrisk ladning produserer et elektrisk felt,
- hvordan strømmer produserer magnetiske felt, og
- hvordan endring av magnetfelt produserer et elektrisk felt.
Maxwells bølgeligning tjente også til at endring av et elektrisk felt skaper en selvforplantende elektromagnetisk bølge med elektriske og magnetiske komponenter. Maxwells arbeid forenet de tilsynelatende separate områdene av fysikk av elektrisitet, magnetisme og lys.
- Elektrisitet.
- Magnetisme.
- Fysisk.
- Grener av fysikk.
