La forza elettromagnetica o anche noto L'elettromagnetismo è responsabile della maggior parte delle interazioni che vediamo nel nostro ambiente attuale, l'elettricità è anche in grado di produrre un campo magnetico. Scopri di più su questo argomento qui!
Elettromagnetismo
L'elettromagnetismo è un processo in cui viene creato un campo attrattivo immettendo la corrente nel condotto, quando un conduttore ha una carica elettrica, genera linee di forza magnetiche dal conduttore.
Ad esempio, se la corrente, cioè le cariche positive che si muovono in un filo, producono il campo magnetico lungo il filo, la direzione delle linee magnetiche e la forza possono essere determinate usando la regola della mano destra.
forza elettromagnetica
La forza elettromagnetica è trasportata dal fotone ed è responsabile della struttura atomica, delle reazioni chimiche, delle forze attrattive e repulsive associate alla carica elettrica e al magnetismo e di tutti gli altri fenomeni elettromagnetici, proprio come la gravità, la forza elettromagnetica ha una portata infinita e obbedisce alla legge del quadrato inverso .
La forza elettromagnetica è più fragile della forza nucleare energetica, è importante notare che è più forte della gravità, molti Importanti scienziati sono dell'opinione che la forza elettromagnetica e la forza nucleare debole siano entrambi aspetti di un'unica forza chiamata forza di elettrodepressione.
Prima dell'invenzione dell'elettromagnetismo, le persone o gli scienziati pensavano che l'elettricità e il magnetismo fossero due argomenti diversi, l'opinione cambiò dopo che James Clerk Maxwell pubblicò un trattato sull'elettricità e il magnetismo nell'anno 1873.
La pubblicazione afferma che l'interazione di cariche positive e negative è mediata da una forza, questa osservazione ha gettato le basi per l'elettromagnetismo, in seguito molti scienziati come Michael Faraday, Oliver Heaviside e Heinrich Hertz hanno contribuito con le loro idee all'elettromagnetismo.
magnete
I magneti sono rocce o metalli che creano un campo invisibile intorno a loro, questo campo attrae altri magneti e alcuni metalli, la presenza di un campo magnetico è il motivo per cui puoi coprire una porta di frigorifero in metallo con dei magneti.
Un campo magnetico è unito dai lati delle estremità dei magneti, queste estremità sono conosciute come poli, tutti i magneti hanno due poli, un polo nord e un polo sud, puoi apprezzare la forza magnetica se tieni due magneti in modo che il loro i pali sono uno accanto all'altro.
I magneti sono formati da milioni di molecole legate insieme in gruppi chiamati domini, ogni dominio si comporta come un magnete minerale che ha un polo nord e uno sud, con lo stesso orientamento dei domini, la loro forza si combina, formando un magnete più grande.
Il ferro ha molti domini che possono essere orientati in una direzione, cioè magnetizzare, i domini in plastica, gomma, legno e altri materiali sono in uno stato disordinato, i loro campi magnetici sono multidirezionali e quindi questi materiali non possono essere magnetizzati.
Gli antichi greci furono tra i primi a scoprire il ferro, a loro il magnetismo può essere sembrato magico, in fondo non si vede un campo magnetico ma se ne sentono gli effetti.
Nel secolo scorso, gli scienziati hanno appreso che il segreto di un magnete risiede nella sua struttura. atomico, tutti gli oggetti nell'universo sono costituiti da atomi, ogni atomo ha un nucleo al centro, particelle note come elettroni orbitano attorno al nucleo.
Questo processo crea campi magnetici attorno agli elettroni, il magnetismo si verifica quando gli elettroni ruotano nella stessa direzione, come tutti gli elettroni forze elettromagnetiche di elettroni, rendono l'oggetto un grande magnete.
storia del magnetismo
Il magnetismo è stato studiato fin dall'antichità e negli ultimi due secoli è diventato la base della civiltà moderna, l'umanità accumula conoscenze sui fenomeni magnetici per almeno tremilacinquecento anni (le prime osservazioni delle forze elettriche avvennero un millennio allora) .
Quattrocento anni fa, agli albori della formazione della fisica, le proprietà magnetiche delle sostanze furono separate da quelle elettriche, dopodiché entrambe furono studiate indipendentemente per lungo tempo, si creò quindi un fondamento teorico sperimentale e teorico che, in alla metà dell'Ottocento, divenne la base per una teoria unificata dei fenomeni elettromagnetici.
Molto probabilmente, le proprietà insolite della calamita minerale naturale erano note in Mesopotamia già nell'età del bronzo e dopo la comparsa della metallurgia del ferro, era impossibile non notare che la calamita attira i prodotti del ferro.
Il motivo di questa attrazione era già stato pensato dal padre della filosofia greca, Talete di Mileto (intorno al 640-546 aC), che lo spiegava con la speciale animazione di questo minerale. Talete sapeva anche che l'ambra strofinata sulla lana attira foglie secche e piccole schegge, e quindi le dotava di forza spirituale.
Il poeta greco Nikander ha citato il pastore Magnis, apparso presso la roccia, che attirò a sé la punta di ferro del suo bastone, ma questa, con ogni probabilità, è semplicemente una bella leggenda.
Più tardi i pensatori greci parlarono di coppie invisibili che avvolgevano magnetite e ferro e li attiravano l'un l'altro, non sorprende che anche la parola magnete abbia radici greche.
Ci sono varie informazioni sulla prima menzione dei magneti, generalmente considerati nella storia del mondo antico nel contesto di una bussola o di culti religiosi, secondo alcune stime, la calamita o il ferro magnetico fu scoperto per la prima volta in Cina quattromila anni fa. Cristo.
Si fa notare che i ricercatori occidentali tendono a dare priorità alla scoperta del magnetismo agli antichi greci, le prime menzioni nell'uso di materiali magnetici risalgono al terzo millennio aC quando il leggendario imperatore cinese Huang-di utilizzò una bussola durante la battaglia.
Tuttavia, secondo un'altra versione, utilizzava i cosiddetti carri rivolti a sud, i marinai cinesi della fine del secondo millennio aC usavano una bussola per la navigazione marittima.
Durante il Medioevo, l'accumulo di nuove conoscenze e teorie sulla natura del magnetismo era praticamente assente, solo i monaci facevano alcune ipotesi teologiche, ma nell'arte popolare di vari paesi a volte venivano menzionate montagne o isole magnetiche che possono attrarre tutti i metalli oggetti.
Secondo una delle leggende europee, un povero gioielliere, Flavio Joya, inventò una bussola magnetica per sposare la figlia di un ricco pescatore, Domenico, il padre non voleva un tale genero e stabilì la condizione per imparare a nuotare in linea retta nella nebbia di notte.
Il geniale gioielliere notò che il tappo con sopra una pietra magnetica, posta in una tazza d'acqua, era sempre orientato in una direzione, e riuscì a portare a termine un compito difficile, infatti il gioielliere era il segretario pontificio Flavio Biondo, che nel 1450 descrisse la conoscenza degli abitanti di Amalfi sulla bussola.
campo magnetico e flusso magnetico
Questi campi magnetici sono campi vettoriali nella popolazione di magneti, correnti elettriche o campi elettrici incostanti, in cui sono visibili forze magnetiche, un campo magnetico ha origine dall'agitazione di cariche elettriche e periodi magnetici intimi di particelle di base legati a un'appartenenza quantistica essenziale nota come spin .
Il campo magnetico e il campo elettrico sono collegati tra loro e sono dispositivi della potenza elettromagnetica, uno dei quattro Forze fondamentali della natura.
Il problema è che non possiamo rilevare il campo magnetico con i nostri sensi, quindi dobbiamo usare una bussola per aiutarci a "vedere" il campo, una bussola non è altro che un piccolo magnete sospeso in modo che possa ruotare liberamente in risposta a un campo magnetico.
Come tutti i magneti, l'ago ha un polo nord e sud che sono attratti e respinti dai poli di altri magneti, quando la bussola è posta in un forte campo magnetico, le forze di attrazione e repulsione ruotano l'ago fino a che non si allinea perfettamente con il direzione del campo.
Per il nostro esperimento, immaginiamo di avere una barra magnetica delle dimensioni di uno scuolabus seduto in uno spazio aperto. Questo dovrebbe aiutarti a visualizzare mentre cammini intorno al magnete e convincerti che abbiamo a che fare con un campo magnetico molto forte! Con la bussola in mano, inizieremo vicino al polo nord e noteremo l'orientamento dell'ago.
Quello che vedremmo è che l'ago punta dritto e lontano dal magnete, se dovessimo iniziare a camminare nella direzione in cui punta l'ago scopriremmo che allontanandoci dal polo l'ago inizierebbe a girare verso il lato, continuando l'ago, alla fine cammineremmo intorno al magnete e raggiungeremo il polo sud, qui l'ago punterebbe direttamente verso il magnete.
Il flusso magnetico è definito come il numero di linee di campo magnetico che passano attraverso una superficie chiusa, a causa della misura del campo magnetico totale che passa per una determinata superficie, qui l'area in esame può essere di qualsiasi dimensione e con qualsiasi orientamento rispetto alla direzione del campo magnetico.
Le grandi idee di Faraday consistevano nel trovare una semplice relazione matematica per spiegare la serie di esperimenti da lui eseguiti sull'induzione elettromagnetica.
Faraday ha dato numerosi contributi alla scienza ed è ampiamente conosciuto come il più grande scienziato sperimentale del XNUMX° secolo, prima di iniziare ad apprezzare il suo lavoro, cerchiamo di capire il concetto di flusso magnetico che gioca un ruolo importante nell'induzione elettromagnetica.
Per calcolare il flusso magnetico, consideriamo l'immagine della linea di campo di un magnete o del sistema di magneti, come mostrato nell'immagine seguente, il flusso magnetico attraverso un piano di area dato da A che è posto in un campo magnetico uniforme di grandezza dato da B è dato come prodotto scalare del campo magnetico e dell'area A.
Le proprietà magnetiche della materia
Tutta la materia mostra proprietà magnetiche quando viene posta in un campo magnetico esterno, anche sostanze come rame e alluminio non normalmente ritenute dotate di proprietà magnetiche sono influenzate dalla presenza di un campo magnetico come quello prodotto da uno dei due poli di una barra magnetica.
A seconda che vi sia attrazione o repulsione verso il polo di un magnete, la materia viene classificata rispettivamente come paramagnetica o diamagnetica Alcuni materiali, in particolare il ferro, mostrano una forte attrazione verso il polo di una barra magnetica permanente; I materiali di questo tipo sono chiamati ferromagnetici.
Nel 1845 Faraday fu il primo a classificare le sostanze come diamagnetiche o paramagnetiche, basando questa classificazione sulla sua osservazione della forza esercitata sulle sostanze in un campo magnetico disomogeneo.
Le sostanze per le quali la suscettibilità magnetica è positiva sono classificate come paramagnetiche, in alcuni casi (compresa la maggior parte dei metalli) la suscettibilità è indipendente dalla temperatura, ma nella maggior parte dei composti è fortemente dipendente dalla temperatura, aumentando al diminuire della temperatura.
Al di sotto di questa temperatura, il materiale esibisce una magnetizzazione spontanea, cioè diventa ferromagnetico, le sue proprietà magnetiche sono molto diverse da quelle della fase paramagnetica o ad alta temperatura.
In particolare, sebbene il suo momento magnetico possa essere modificato applicando un campo magnetico, il valore del momento raggiunto in un dato campo non è sempre lo stesso, dipende dal precedente trattamento magnetico, termico e meccanico del campione.
In materia di momenti di dipolo magnetico libero, l'orientamento dei momenti è normalmente casuale e di conseguenza la sostanza non ha magnetizzazione netta, quando viene applicato un campo magnetico i dipoli non sono più orientati in modo completamente casuale; più dipoli puntano con il campo che contro il campo.
Quando ciò si traduce in una magnetizzazione netta positiva nella direzione del campo, la sostanza ha una suscettibilità positiva ed è classificata come paramagnetica, esiste una terza categoria di materia in cui normalmente non sono presenti momenti intrinseci, ma appaiono sotto l'influenza di un magnete esterno campo.
Curva di isteresi magnetica
Il fenomeno della densità di flusso B in ritardo rispetto alla forza magnetizzante H in un materiale magnetico è noto come isteresi magnetica, La parola isteresi deriva dalla parola greca hysterein che significa restare indietro.
In altre parole, quando il materiale magnetico viene magnetizzato prima in una direzione e poi nell'altra direzione, completando un ciclo di magnetizzazione, si scopre che la densità di flusso B è in ritardo rispetto alla forza di magnetizzazione applicata H.
https://youtu.be/BL4F-Afugio
Esistono vari tipi di materiali magnetici, come materiali paramagnetici, diamagnetici, ferromagnetici, ferromagnetici e antiferromagnetici, i materiali ferromagnetici sono i principali responsabili della generazione del ciclo di isteresi.
Quando il campo magnetico non viene applicato, il materiale ferromagnetico si comporta come un materiale paramagnetico, questo significa che nella fase iniziale il dipolo del materiale ferromagnetico non è allineato, vengono posizionati casualmente, non appena il campo magnetico viene applicato al ferromagnetico materiale , i loro momenti di dipolo si allineano in una particolare direzione come mostrato nella figura sopra, risultando in un campo magnetico molto più forte.
Il campo magnetico creato da una corrente elettrica
Una corrente elettrica in un lungo filo rettilineo produce un campo magnetico le cui linee di campo sono formate da cerchi centrati sul filo, questo campo magnetico può essere rilevato posizionando una bussola magnetica vicino al filo, la direzione del campo magnetico B può essere determinata da regola della mano destra.
Per produrre un campo magnetico più forte utilizzando le correnti elettriche, diversi anelli sono raggruppati insieme per formare quello che viene chiamato un solenoide, un solenoide produce non solo un forte campo magnetico, ma anche uno uniforme con un polo nord e un polo sud simili ai magneti. .
I solenoidi hanno molte applicazioni, il campo magnetico prodotto dai solenoidi può essere controllato controllando la corrente nel solenoide, la corrente nel solenoide può essere attivata o disattivata e anche aumentando o diminuendo la corrente elettrica nel solenoide possiamo controllare la forza del campo magnetico prodotto.
La forza elettromagnetica, chiamata anche forza di Lorentz, spiega come interagiscono le particelle cariche stazionarie e mobili, viene chiamata forza elettromagnetica poiché include la forza elettrica precedentemente distinta e la forza magnetica, le forze magnetiche e le forze elettriche sono in realtà la stessa forza fondamentale, la Forza Elettromagnetica è una delle quattro forze fondamentali.
Einstein sviluppò la sua teoria della relatività partendo dall'idea che se l'osservatore si muove con le particelle cariche, i campi magnetici si trasformano in campi elettrici e viceversa, un caso speciale della Forza Elettromagnetica, quando tutte le cariche sono cariche puntiformi (oppure possono essere suddiviso in punti punti), è la legge di Coulomb.
Faraday-Lenz, induzione elettromagnetica
La legge di Lenz dell'induzione elettromagnetica stabilisce che l'orientamento della corrente indotta in un conduttore da un campo magnetico incostante è tale che il campo magnetico creato dalla corrente provocata sia rivolto verso il campo magnetico variabile iniziale che lo ha prodotto, viene data la direzione di questo flusso di corrente secondo la regola della mano destra di Fleming.
Questo può essere difficile da capire all'inizio, quindi diamo un'occhiata a un problema di esempio, ricorda che quando un campo magnetico induce una corrente, il campo magnetico che produce questa corrente indotta creerà il proprio campo magnetico, questo campo magnetico sarà sempre tale che si oppone al campo magnetico che originariamente lo ha creato.
Quando il campo magnetico "B" sta diminuendo, il campo magnetico indotto si opporrà nuovamente, ma questa volta "contrario" significa che agisce per aumentare il campo, poiché si oppone alla velocità di variazione decrescente.
La legge di Lenz si basa sulla legge di induzione di Faraday, la legge di Faraday ci dice che un campo magnetico variabile indurrà una corrente in un conduttore, la legge di Lenz ci dice la direzione di questa corrente indotta, che si oppone al campo magnetico iniziale che lo ha prodotto, questo è indicato nella formula della legge di Faraday dal segno negativo.
Induzione elettromagnetica in una bobina
Uno degli esperimenti di Faraday in quell'anno importante prevedeva un magnete permanente e un galvanometro collegati a una bobina di filo avvolto attorno a un cilindro di carta, simili a quelli illustrati in questo tutorial.
Per simulare l'esperimento di Faraday, trascina la barra magnetica avanti e indietro all'interno della bobina, nota che il voltmetro collegato alla bobina indica solo la presenza di corrente quando il magnete è effettivamente in movimento e che il suo ago si muove, devia in una direzione quando il magnete viene spostato verso la bobina e nella direzione opposta quando la bobina viene trascinata.
Notare anche le linee del campo magnetico, rappresentate in blu, che emanano dal magnete e come cambia la direzione della corrente a seconda del modo in cui si muove il magnete.
Come puoi vedere, quando l'estremità nord del magnete entra nella bobina, viene indotta una corrente che viaggia attorno alla bobina in senso antiorario, quando il magnete viene estratto dalla bobina, la direzione si inverte in senso orario.
Si noti inoltre che la corrente prodotta è più forte quando il magnete viene spostato rapidamente anziché gradualmente, regolare il numero di giri del cursore e spostare nuovamente il magnete dentro e fuori dalla bobina per determinare il rapporto tra le spire del filo nella bobina. la corrente indotta in quella bobina.
Come indica il voltmetro, è possibile indurre una tensione più elevata in bobine costituite da un numero maggiore di spire di filo, utilizzare il pulsante blu sul magnete per vedere come cambiano le cose quando l'estremità sud del magnete, esibendo diverse linee di campo, interagisce con bobine di filo.
In questa dimostrazione di induzione elettromagnetica, l'energia meccanica del magnete in movimento viene convertita in elettricità, perché un campo magnetico in movimento, entrando in un conduttore, induce un flusso di corrente nel conduttore, ciò che accade anche è che la corrente che è stata indotta nel filo , a sua volta, genera un altro campo magnetico attorno al filo.
correnti parassite
Le correnti parassite sono correnti che passano attraverso conduttori come vortici in una corrente, sono causate da campi magnetici variabili e fluiscono in circuiti chiusi, perpendicolari al piano del campo magnetico.
Possono essere creati quando un conduttore si muove attraverso un campo magnetico, o quando il campo magnetico attorno a un conduttore stazionario cambia, cioè tutto ciò che fa sì che il conduttore subisca un cambiamento nella forza o nella direzione di un campo magnetico può produrre correnti parassite.
La dimensione della corrente è in accordo con la dimensione del campo magnetico, l'area dell'anello e la velocità di variazione del flusso magnetico, ed è inversamente proporzionale alla resistività del conduttore, proprio come qualsiasi corrente che distilla attraverso un conduttore, un parassita corrente produrrà il proprio campo magnetico.
La legge di Lenz afferma che la direzione della corrente indotta magneticamente, come una corrente parassita, sarà tale che il campo magnetico prodotto si opporrà al cambiamento del campo magnetico che lo ha creato.
Questa resistenza creata dai campi magnetici opposti si rompe nella frenatura a correnti parassite, che è comunemente usata come metodo per bloccare gli utensili elettrici rotanti.
Esempi di forza elettromagnetica
Gli esempi più comuni che si possono citare sono i seguenti:
- Tutta la luce del Sole e di altre sorgenti è costituita da fotoni che sono portatori di Forza Elettromagnetica.
- I magneti e il campo magnetico terrestre, che ci protegge dalle radiazioni nocive, sono aspetti della Forza Elettromagnetica.
- La radiazione gamma è un meccanismo elettromagnetico che consente a un nucleo atomico di perdere energia, secondo il Modello atomico di Thomson.
- La repulsione elettrostatica tra cariche simili ha impedito al Sole di fondere rapidamente tutto il suo idrogeno.
- La forza elettromagnetica, che ha anche una vasta gamma, è la più diversificata e influente di tutte le forze fondamentali.
