Vad är elektromagnetism:
Elektromagnetism är studie av laddningar och samspelet mellan elektricitet och magnetism. Elektricitet och magnetism är aspekter av ett enda fysiskt fenomen som är nära kopplat till rörelse och attraktion av laddningar i materia.
Grenen av fysik som studerar samspelet mellan elektriska och magnetiska fenomen kallas också elektromagnetism.
Ordet "elektricitet" föreslogs av engelsmannen William Gilbert (1544-1603) från grekiska elektron (typ av bärnsten som drar till sig föremål när de gnuggas med olika ämnen). Å andra sidan uppstod "magnetism" troligen från en turkisk region med avsättningar av magnetiserad magnetit (Magnesia), där en gammal grekisk stam, känd som Magnetes, bodde.
Det var dock fram till 1820 som Hans Christian Oersted (1777-1851) lyckades demonstrera effekten av en elektrisk ström på kompassens beteende, så studien av elektromagnetism föddes.
Grunderna för elektromagnetism
Magneter och elektricitet har alltid varit föremål för fascination för mänskligheten. Hans ursprungliga inställning tog olika kurser som nådde en mötesplats i slutet av 1800-talet. För att förstå vad elektromagnetism handlar om, låt oss granska några grundläggande begrepp.
Elektrisk laddning
Elektrisk laddning är en grundläggande egenskap hos partiklarna som utgör materien. Grunden för alla elektriska laddningar ligger i atomstrukturen. Atomen koncentrerar positiva protoner i kärnan och negativa elektroner rör sig runt kärnan. När antalet elektroner och protoner är lika har vi en atom med en neutral laddning. När atomen får en elektron är den kvar med en negativ laddning (anjon), och när den förlorar en elektron förblir den med en positiv laddning (katjon).
Då övervägs det elektronens laddning som basenhet eller kvantitet för den elektriska laddningen. Detta motsvarar 1,60 x 10 -19 coulomb (C), som är måttenheten för laddningar, till ära för den franska fysikern Charles Augustin de Coulomb.
Elektriskt fält och magnetfält
A elektriskt fält Det är ett kraftfält som omger en laddning eller laddad partikel. Det vill säga en laddad partikel påverkar eller utövar en kraft på en annan laddad partikel som finns i närheten. Det elektriska fältet är en vektormängd som representeras av bokstaven OCH vars enheter är volt per meter (V / m) eller newton per coulomb (N / C).
Å andra sidan, magnetiskt fält Det inträffar när det finns ett flöde eller rörelse av laddningar (en elektrisk ström). Vi kan då säga att det är regionen där magnetkrafterna verkar. Således omger ett elektriskt fält vilken laddad partikel som helst, och den laddade partikelns rörelse skapar ett magnetfält.
Varje rörlig elektron producerar ett litet magnetfält i atomen. För de flesta material rör sig elektroner i olika riktningar så att magnetfältet avbryts. I vissa element, såsom järn, nickel och kobolt, rör sig elektronerna i en företrädesriktning och producerar ett magnetiskt nätfält. Material av denna typ kallas ferromagnetisk.
Magneter och elektromagneter
A magnet Det är resultatet av den permanenta inriktningen av atomernas magnetfält i en järnbit. I en vanlig bit järn (eller annat ferromagnetiskt material) är magnetfält slumpmässigt orienterade, så det fungerar inte som en magnet. Det viktigaste med magneter är att de har två stolpar: norr och söder.
A elektromagnet Den består av en bit järn inuti en trådspole genom vilken en ström kan ledas. När strömmen är på stämmer de magnetiska fälten från varje atom som utgör järnbiten med det magnetfält som produceras av strömmen i trådspolen, vilket ökar magnetkraften.
Elektromagnetisk induktion
Elektromagnetisk induktion, upptäckt av Joseph Henry (1797-1878) och Michael Faraday (1791-1867), är produktion av elektricitet med hjälp av ett rörligt magnetfält. Genom att leda ett magnetfält genom en trådspole eller annat ledande material orsakas ett flöde av laddning eller ström när kretsen är stängd.
Elektromagnetisk induktion är basen för generatorer och praktiskt taget för all elektrisk kraft som produceras i världen.
Tillämpningar av elektromagnetism
Elektromagnetism är grunden för driften av elektriska och elektroniska apparater som vi använder dagligen.
Mikrofoner
Mikrofoner har ett tunt membran som vibrerar som svar på ljud. Fäst vid membranet finns en trådspole som är en del av en magnet och rör sig längs membranet. Spolens rörelse genom magnetfältet omvandlar ljudvågor till elektrisk ström som överförs till en högtalare och förstärks.
Generatorer
Generatorer använder mekanisk energi för att producera elektrisk energi. Mekanisk energi kan komma från vattenånga, skapad genom förbränning av fossila bränslen eller från fallande vatten i vattenkraftverk.
Elektrisk motor
En motor använder elektrisk energi för att producera mekanisk energi. Induktionsmotorer använder växelström för att omvandla elektrisk energi till mekanisk energi. Det här är motorerna som vanligtvis används i hushållsapparater, såsom fläktar, torktumlare, tvättmaskiner och blandare.
En induktionsmotor består av en roterande del (rotor) och en stationär del (stator). De rotor Det är en järncylinder med spår längs vilka några fenor eller kopparstänger är fästa. Rotorn är innesluten i en behållare med spolar eller varv av ledande tråd genom vilken växelström passerar och blir elektromagneter.
Växelströmens passage genom spolarna ger ett magnetfält som i sin tur inducerar en ström och ett magnetfält i rotorn. Samspelet mellan magnetfält i stator och rotor orsakar en vridning i rotorn som möjliggör arbete.
Maglev: tåg som svävar
Magnetiskt upphöjda tåg använder elektromagnetism för att lyfta, styra och driva sig på ett speciellt spår. Japan och Tyskland är pionjärer i användningen av dessa tåg som transportmedel. Det finns två tekniker: elektromagnetisk suspension och elektrodynamisk suspension.
De elektromagnetisk suspension den är baserad på de attraktiva krafterna mellan kraftfulla elektromagneter vid tågets bas och järnvägsspåret. Magnetkraften justeras så att tåget förblir upphängt över spåret, medan det drivs av ett magnetfält som färdas framåt genom interaktion mellan sidomagneter i tåget.
De elektrodynamisk suspension den är baserad på den frånstötande kraften mellan magneterna på tåget och ett inducerat magnetfält på järnvägsspåret. Denna typ av tåg behöver hjul för att kunna nå en kritisk hastighet, liknande flygplan när de ska starta.
Medicinsk diagnostik
Magnetisk resonanstomografi är en av de tekniker som har störst påverkan inom modern medicin. Den är baserad på effekten av starka magnetfält på vätekärnorna i kroppens vatten.
Elektromagnetiska fenomen
Många av de elektromagnetiska fenomen som vi känner till är en följd av jordens magnetfält. Detta fält genereras av elektriska strömmar inuti planeten. Jorden liknar sedan en stor magnetstång inom den, där den magnetiska nordpolen är vid den geografiska sydpolen och den magnetiska sydpolen motsvarar den geografiska nordpolen.
Rumslig orientering
Kompassen är ett instrument från cirka 200 år före Kristus. Den är baserad på orienteringen av en magnetiserad metallnål mot den geografiska norr.
Vissa djur och andra levande saker kan upptäcka jordens magnetfält och därmed orientera sig i rymden. En av inriktningsstrategierna är genom specialiserade celler eller organ som innehåller magnetitkristaller, ett järnoxidmineral som upprätthåller ett permanent magnetfält.
De norra och södra aurororna
De Jordens magnetfält Det fungerar som en skyddande barriär mot bombningen av högenergijoniserade partiklar som kommer från solen (bättre känd som solvinden). Dessa avleds till polarområdena, spännande atomer och molekyler i atmosfären. Auroraernas karaktäristiska ljus (boreal på norra halvklotet och australien på södra halvklotet) är produkten av utstrålning av energi när de upphetsade elektronerna återgår till sitt basala tillstånd.
Maxwell och teorin om elektromagnetism
James Clerk Maxwell härledde mellan 1864 och 1873 de matematiska ekvationer som förklarar arten av magnetiska och elektriska fält. På detta sätt gav Maxwells ekvationer en förklaring av egenskaperna hos elektricitet och magnetism. Specifikt visar dessa ekvationer:
- hur en elektrisk laddning producerar ett elektriskt fält,
- hur strömmar producerar magnetfält, och
- hur förändring av ett magnetfält producerar ett elektriskt fält.
Maxwells vågekvationer visade också att förändring av ett elektriskt fält skapar en självförökande elektromagnetisk våg med elektriska och magnetiska komponenter. Maxwells arbete förenade de till synes separata områdena för fysik, elektricitet, magnetism och ljus.
- Elektricitet.
- Magnetism.
- Fysisk.
- Grenar av fysik.
