Een van die belangrikste afdelings van moderne fisika is elektromagnetiese interaksies en alle definisies wat daarmee verband hou. Dit is hierdie interaksie wat alle elektriese verskynsels verklaar. Die teorie van elektrisiteit dek baie ander gebiede, insluitend optika, aangesien lig elektromagnetiese straling is. In hierdie artikel sal ons probeer om die essensie van elektriese stroom en magnetiese krag in 'n toeganklike, verstaanbare taal te verduidelik.
Magnetisme is die fondament van die fondamente
As kinders het volwassenes vir ons verskeie toerkuns gewys met behulp van magnete. Hierdie wonderlike beeldjies, wat na mekaar aangetrokke is en klein speelgoed kan lok, het nog altyd die kinders se oë behaag. Wat is magnete en hoe werk die magnetiese krag op ysteronderdele in?
Om in wetenskaplike taal te verduidelik, moet jy na een van die basiese wette van fisika wend. Volgens Coulomb se wet en die spesiale relatiwiteitsteorie werk 'n sekere krag op die lading in, wat direk eweredig is aan die spoed van die lading self (v). Hierdie interaksie word genoemmagnetiese krag.
Fisiese kenmerke
Oor die algemeen moet dit verstaan word dat enige magnetiese verskynsels slegs voorkom wanneer ladings binne die geleier beweeg of in die teenwoordigheid van strome daarin. Wanneer magnete en die definisie van magnetisme bestudeer word, moet dit verstaan word dat hulle nou verwant is aan die verskynsel van elektriese stroom. Daarom, laat ons die essensie van die elektriese stroom verstaan.
Elektriese krag is die krag wat tussen 'n elektron en 'n proton inwerk. Dit is numeries baie groter as die waarde van die gravitasiekrag. Dit word gegenereer deur 'n elektriese lading, of eerder, deur sy beweging binne die geleier. Ladings is op hul beurt van twee tipes: positief en negatief. Soos u weet, word positief gelaaide deeltjies na negatief gelaaide deeltjies aangetrek. Aanklagte van dieselfde teken is egter geneig om mekaar af te weer.
Dus, wanneer hierdie einste ladings in die geleier begin beweeg, ontstaan 'n elektriese stroom daarin, wat verduidelik word as die verhouding van die hoeveelheid lading wat in 1 sekonde deur die geleier vloei. Die krag wat op 'n geleier met stroom in 'n magneetveld inwerk, word die Ampere-krag genoem en word volgens die "linkerhand"-reël gevind.
Empiriese data
Jy kan magnetiese interaksie in die alledaagse lewe teëkom wanneer jy te doen het met permanente magnete, induktors, relais of elektriese motors. Elkeen van hulle het 'n magnetiese veld wat onsigbaar is vir die oog. Dit kan slegs opgespoor word deur sy optrede, wat ditaffekteer bewegende deeltjies en gemagnetiseerde liggame.
Die krag wat op 'n stroomdraende geleier in 'n magneetveld inwerk, is deur die Franse fisikus Ampère bestudeer en beskryf. Nie net hierdie krag is na hom vernoem nie, maar ook die grootte van die huidige sterkte. By die skool word Ampère se wette gedefinieer as die reëls van "linker" en "regter" hand.
Magnetiese veldkenmerke
Dit moet verstaan word dat 'n magnetiese veld altyd nie net rondom bronne van elektriese stroom voorkom nie, maar ook rondom magnete. Hy word gewoonlik met magnetiese kraglyne uitgebeeld. Grafies lyk dit of 'n vel papier op 'n magneet geplaas is, en ystervylsels is bo-oor gegooi. Hulle sal presies soos die prentjie hieronder lyk.
In baie gewilde boeke oor fisika word die magnetiese krag ingestel as gevolg van eksperimentele waarnemings. Dit word beskou as 'n aparte fundamentele krag van die natuur. So 'n idee is foutief; in werklikheid volg die bestaan van 'n magnetiese krag uit die beginsel van relatiwiteit. Haar afwesigheid sal hierdie beginsel oortree.
Daar is niks fundamenteel omtrent die magnetiese krag nie - dit is net 'n relativistiese gevolg van Coulomb se wet.
Gebruik magnete
Volgens die legende het die antieke Grieke in die eerste eeu nC op die eiland Magnesia ongewone klippe ontdek wat wonderlike eienskappe gehad het. Hulle het enige ding van yster of staal na hulleself aangetrek. Die Grieke het begin om hulle uit die eiland te neem en hul eiendomme te bestudeer. En toe die klippe in die hande van die straat v altowenaars, hulle het onontbeerlike assistente geword in al hul optredes. Deur die kragte van die magnetiese klippe te gebruik, kon hulle 'n hele fantastiese vertoning skep wat baie kykers gelok het.
Namate die klippe na alle dele van die wêreld versprei het, het legendes en verskeie mites daaroor begin die rondte doen. Eenkeer het die klippe in China beland, waar hulle vernoem is na die eiland waarop hulle gevind is. Magnete het die onderwerp van studie van al die groot wetenskaplikes van daardie tyd geword. Daar is opgemerk dat as jy 'n magnetiese ystersteen op 'n houtvlotter sit, dit regmaak en dit dan draai, dit sal probeer om terug te keer na sy oorspronklike posisie. Eenvoudig gestel, die magnetiese krag wat daarop inwerk, sal die ystererts op 'n sekere manier laat draai.
Deur hierdie eienskap van magnete te gebruik, het wetenskaplikes die kompas uitgevind. Op 'n ronde vorm van hout of kurk is twee hoofpale getrek en 'n klein magnetiese naald is geïnstalleer. Hierdie ontwerp is in 'n klein bak vol water laat sak. Met verloop van tyd het kompasmodelle verbeter en meer akkuraat geword. Hulle word nie net deur matrose gebruik nie, maar ook deur gewone toeriste wat daarvan hou om woestyn en bergagtige gebiede te verken.
Interessante ervarings
Wetenskaplike Hans Oersted het byna sy hele lewe aan elektrisiteit en magnete gewy. Op 'n dag, tydens 'n lesing by die universiteit, het hy vir sy studente die volgende ervaring gewys. Hy het 'n stroom deur 'n gewone kopergeleier gevoer, na 'n rukkie het die geleier warm geword en begin buig. Dit was 'n termiese verskynselelektriese stroom. Die studente het hierdie eksperimente voortgesit, en een van hulle het opgemerk dat die elektriese stroom nog 'n interessante eienskap het. Toe stroom in die geleier gevloei het, het die pyl van die kompas wat naby geleë is, bietjie vir bietjie begin afwyk. Deur hierdie verskynsel in meer besonderhede te bestudeer, het die wetenskaplike die sogenaamde krag ontdek wat op 'n geleier in 'n magneetveld inwerk.
Ampere-strome in magnete
Wetenskaplikes het probeer om 'n magnetiese lading te vind, maar 'n geïsoleerde magnetiese pool kon nie gevind word nie. Dit word verklaar deur die feit dat, anders as elektriese, magnetiese ladings nie bestaan nie. Anders sou dit immers moontlik wees om 'n eenheidslading te skei deur eenvoudig een van die punte van die magneet af te breek. Dit skep egter 'n nuwe teenoorgestelde pool aan die ander kant.
In werklikheid is enige magneet 'n solenoïde, op die oppervlak waarvan intra-atomiese strome sirkuleer, dit word Ampère-strome genoem. Dit blyk dat die magneet beskou kan word as 'n metaalstaaf waardeur 'n gelykstroom sirkuleer. Dit is om hierdie rede dat die inbring van 'n ysterkern in die solenoïde die magneetveld aansienlik verhoog.
Magneetenergie of EMF
Soos enige fisiese verskynsel, het 'n magnetiese veld energie wat dit neem om 'n lading te beweeg. Daar is die konsep van EMK (elektromotoriese krag), dit word gedefinieer as die werk om 'n eenheidslading van punt A0 na punt A1 te skuif.
Die EMF word beskryf deur Faraday se wette, wat in drie verskillende fisiese toegepas wordsituasies:
- Die gelei stroombaan beweeg in die gegenereerde eenvormige magnetiese veld. In hierdie geval praat hulle van magnetiese emk.
- Die kontoer is in rus, maar die bron van die magneetveld self beweeg. Dit is reeds 'n elektriese emk-verskynsel.
- Uiteindelik is die stroombaan en die bron van die magneetveld stilstaande, maar die stroom wat die magneetveld skep, is besig om te verander.
Numeries is die EMF volgens die Faraday-formule: EMF=W/q.
Gevolglik is die elektromotoriese krag nie 'n krag in die letterlike sin nie, aangesien dit in Joules per Coulomb of in Volt gemeet word. Dit blyk dat dit die energie verteenwoordig wat aan die geleidingselektron oorgedra word wanneer die stroombaan omseil word. Elke keer wat die volgende rondte van die draaiende raam van die generator maak, verkry die elektron 'n energie numeries gelyk aan die EMK. Hierdie bykomende energie kan nie net tydens botsings van atome in die buitenste ketting oorgedra word nie, maar ook in die vorm van Joule-hitte vrygestel word.
Lorentz-krag en magnete
Die krag wat op die stroom in 'n magneetveld inwerk word deur die volgende formule bepaal: q|v||B|sin a (die produk van die magnetiese veldlading, die snelheidsmodules van dieselfde deeltjie, die veldinduksievektor en die sinus van die hoek tussen hul rigtings). Die krag wat op 'n bewegende eenheidslading in 'n magnetiese veld inwerk, word die Lorentz-krag genoem. 'n Interessante feit is dat Newton se 3de wet ongeldig is vir hierdie krag. Dit gehoorsaam slegs die wet van behoud van momentum, en daarom moet alle probleme met die vind van die Lorentz-krag op grond daarvan opgelos word. Kom ons vind uit hoejy kan die sterkte van die magneetveld bepaal.
Probleme en voorbeelde van oplossings
Om die krag te vind wat om 'n geleier met stroom ontstaan, moet jy verskeie hoeveelhede ken: die lading, sy spoed en die waarde van die induksie van die opkomende magnetiese veld. Die volgende probleem sal jou help om te verstaan hoe om die Lorentz-krag te bereken.
Bepaal die krag wat inwerk op 'n proton wat teen 'n spoed van 10 mm/s beweeg in 'n magneetveld met 'n induksie van 0.2 C (die hoek tussen hulle is 90o, aangesien 'n gelaaide deeltjie loodreg op die induksielyne beweeg). Die oplossing kom daarop neer om die aanklag te vind. As ons na die tabel van ladings kyk, vind ons dat die proton 'n lading van 1.610-19 Cl het. Vervolgens bereken ons die krag deur die formule te gebruik: 1, 610-19100, 21 (die sinus van die regte hoek is 1)=3, 2 10- 19 Newtons.
