Ce este electromagnetismul:
Electromagnetismul este studiul sarcinilor și interacțiunea dintre electricitate și magnetism. Electricitatea și magnetismul sunt aspecte ale unui singur fenomen fizic strâns legat de mișcarea și atracția sarcinilor din materie.
Ramura fizicii care studiază interacțiunea dintre fenomenele electrice și magnetice este cunoscută și sub numele de electromagnetism.
Cuvântul „electricitate” a fost propus de englezul William Gilbert (1544-1603) din greacă elektron (un fel de chihlimbar care atrage obiecte atunci când este frecat cu diverse substanțe). Pe de altă parte, „magnetismul” a apărut probabil dintr-o regiune turcească cu depozite de magnetit magnetizat (Magnesia), unde a trăit un vechi trib grec cunoscut sub numele de Magneti.
Cu toate acestea, până în 1820, Hans Christian Oersted (1777-1851) a reușit să demonstreze efectul unui curent electric asupra comportamentului unei busole, astfel s-a născut studiul electromagnetismului.
Bazele electromagnetismului
Magneții și electricitatea au fost întotdeauna subiectul fascinației pentru omenire. Abordarea sa inițială a urmat cursuri diferite care au atins un punct de întâlnire la sfârșitul secolului al XIX-lea. Pentru a înțelege ce înseamnă electromagnetismul, să trecem în revistă câteva concepte de bază.
Incarcare electrica
Încărcarea electrică este o proprietate fundamentală a particulelor care alcătuiesc materia. Baza tuturor sarcinilor electrice se află în structura atomică. Atomul concentrează protoni pozitivi în nucleu, iar electronii negativi se mișcă în jurul nucleului. Când numărul de electroni și protoni este egal, avem un atom cu o sarcină neutră. Când atomul câștigă un electron, acesta rămâne cu o sarcină negativă (anion), iar când pierde un electron rămâne cu o sarcină pozitivă (cation).
Atunci se ia în considerare sarcina electronului ca unitate de bază sau cuantă a sarcinii electrice. Acest lucru este echivalent cu 1,60 x 10 -19 coulomb (C), care este unitatea de măsură pentru sarcini, în cinstea fizicianului francez Charles Augustin de Coulomb.
Câmp electric și câmp magnetic
A câmp electric Este un câmp de forță care înconjoară o sarcină sau o particulă încărcată. Adică, o particulă încărcată afectează sau exercită o forță asupra altei particule încărcate care se află în apropiere. Câmpul electric este o cantitate vectorială reprezentată de literă ȘI ale căror unități sunt volt pe metru (V / m) sau newton pe coulomb (N / C).
Pe de altă parte, camp magnetic Apare atunci când există un flux sau o mișcare de sarcini (un curent electric). Putem spune atunci că este regiunea în care acționează forțele magnetice. Astfel, un câmp electric înconjoară orice particulă încărcată, iar mișcarea particulei încărcate creează un câmp magnetic.
Fiecare electron în mișcare produce un mic câmp magnetic în atom. Pentru majoritatea materialelor, electronii se mișcă în direcții diferite, astfel încât câmpurile magnetice se anulează. În unele elemente, cum ar fi fierul, nichelul și cobaltul, electronii se mișcă într-o direcție preferențială, producând un câmp magnetic net. Se numesc materiale de acest tip feromagnetic.
Magneți și electromagneti
A magnet Este rezultatul alinierii permanente a câmpurilor magnetice ale atomilor într-o bucată de fier. Într-o bucată obișnuită de fier (sau alt material feromagnetic) câmpurile magnetice sunt orientate aleatoriu, deci nu acționează ca un magnet. Caracteristica cheie a magneților este că au doi poli: nord și sud.
A electromagnet Se compune dintr-o bucată de fier în interiorul unei bobine de sârmă prin care poate fi trecut un curent. Când curentul este pornit, câmpurile magnetice de la fiecare atom care alcătuiesc bucata de fier se aliniază cu câmpul magnetic produs de curentul din bobina de sârmă, crescând forța magnetică.
Inductie electromagnetica
Inducția electromagnetică, descoperită de Joseph Henry (1797-1878) și Michael Faraday (1791-1867), este producerea de electricitate prin intermediul unui câmp magnetic în mișcare. Prin trecerea unui câmp magnetic printr-o bobină de sârmă sau alt material conductor, un flux de sarcină sau curent este cauzat atunci când circuitul este închis.
Inducția electromagnetică este baza generatoarelor și practic a întregii energii electrice produse în lume.
Aplicații ale electromagnetismului
Electromagnetismul este baza funcționării dispozitivelor electrice și electronice pe care le folosim zilnic.
Microfoane
Microfoanele au o membrană subțire care vibrează ca răspuns la sunet. Atașată la membrană este o bobină de sârmă care face parte dintr-un magnet și se mișcă de-a lungul membranei. Mișcarea bobinei prin câmpul magnetic transformă undele sonore în curent electric care este transferat către un difuzor și amplificat.
Generatoare
Generatorii folosesc energie mecanică pentru a produce energie electrică. Energia mecanică poate proveni din vaporii de apă, creați prin arderea combustibililor fosili, sau din căderea apei din hidrocentrale.
Motor electric
Un motor folosește energie electrică pentru a produce energie mecanică. Motoarele cu inducție utilizează curent alternativ pentru a converti energia electrică în energie mecanică. Acestea sunt motoarele utilizate în mod obișnuit în aparatele de uz casnic, cum ar fi ventilatoarele, uscătoarele, șaibele și blenderele.
Un motor cu inducție constă dintr-o parte rotativă (rotor) și o parte staționară (stator). rotor Este un cilindru de fier cu caneluri de-a lungul căruia sunt atașate niște aripioare sau bare de cupru. Rotorul este închis într-un container de bobine sau rotații de sârmă conductoare prin care este trecut curent alternativ, devenind electromagneti.
Trecerea curentului alternativ prin bobine produce un câmp magnetic care la rândul său induce un curent și un câmp magnetic în rotor. Interacțiunea câmpurilor magnetice din stator și rotor determină o torsiune în rotor, permițând să se lucreze.
Maglev: trenuri care levitează
Trenurile cu levitație magnetică utilizează electromagnetismul pentru a se ridica, ghida și propulsa pe o cale specială. Japonia și Germania sunt pionieri în utilizarea acestor trenuri ca mijloc de transport. Există două tehnologii: suspensia electromagnetică și suspensia electrodinamică.
suspensie electromagnetică se bazează pe forțele de atracție dintre electromagnetii puternici de la baza trenului și a căii ferate. Forța magnetică este reglată astfel încât trenul să rămână suspendat peste cale, în timp ce este condus de un câmp magnetic care se deplasează înainte prin interacțiunea magneților laterali din tren.
suspensie electrodinamică se bazează pe forța respingătoare dintre magneții din tren și un câmp magnetic indus pe calea ferată. Acest tip de tren are nevoie de roți pentru a putea atinge o viteză critică, similară cu avioanele atunci când acestea sunt pe punctul de a decola.
Diagnostic medical
Imagistica prin rezonanță magnetică este una dintre tehnologiile cu cel mai mare impact în medicina modernă. Se bazează pe efectul câmpurilor magnetice puternice asupra nucleelor de hidrogen ale apei corpului.
Fenomene electromagnetice
Multe dintre fenomenele electromagnetice pe care le cunoaștem sunt o consecință a câmpului magnetic al Pământului. Acest câmp este generat de curenții electrici din interiorul planetei. Pământul seamănă apoi cu o mare bară magnetică din interiorul său, unde polul magnetic magnetic se află la polul sud geografic, iar polul sud magnetic corespunde polului nord geografic.
Orientare spatiala
Busola este un instrument datând din aproximativ 200 de ani înainte de Hristos. Se bazează pe orientarea unui ac metalic magnetizat spre nordul geografic.
Unele animale și alte viețuitoare pot detecta câmpul magnetic al Pământului și astfel se pot orienta în spațiu. Una dintre strategiile de direcționare este prin intermediul celulelor sau organelor specializate care conțin cristale de magnetit, un mineral de oxid de fier care menține un câmp magnetic permanent.
Aurorele nordice și sudice
Câmpul magnetic al Pământului Funcționează ca o barieră de protecție împotriva bombardării particulelor ionizate de mare energie emanate de Soare (mai cunoscut sub numele de vânt solar). Acestea sunt deviate către regiunile polare, atomi și molecule interesante din atmosferă. Luminile caracteristice ale aurorelor (boreale în emisfera nordică și australe în emisfera sudică) sunt produsul emanației de energie atunci când electronii excitați revin la starea lor bazală.
Maxwell și teoria electromagnetismului
James Clerk Maxwell a dedus între 1864 și 1873 ecuațiile matematice care explică natura câmpurilor magnetice și electrice. În acest fel, ecuațiile lui Maxwell au oferit o explicație a proprietăților electricității și magnetismului. Mai exact, aceste ecuații arată:
- cum o sarcină electrică produce un câmp electric,
- modul în care curenții produc câmpuri magnetice și
- modul în care schimbarea unui câmp magnetic produce un câmp electric.
Ecuațiile valurilor lui Maxwell au servit, de asemenea, pentru a arăta că schimbarea unui câmp electric creează o undă electromagnetică cu auto-propagare cu componente electrice și magnetice. Lucrarea lui Maxwell a unificat domeniile aparent separate ale fizicii electricității, magnetismului și luminii.
- Electricitate.
- Magnetism.
- Fizic.
- Ramuri ale fizicii.
