La forcë elektromagnetike ose i njohur gjithashtu Elektromagnetizmi është përgjegjës për shumicën e ndërveprimeve që shohim në mjedisin tonë aktual, elektriciteti është gjithashtu i aftë të prodhojë një fushë magnetike. Mësoni më shumë rreth kësaj teme këtu!
Elektromagnetizmi
Elektromagnetizmi është një proces në të cilin krijohet një fushë tërheqëse duke vendosur rrymën në kanal, kur një përcjellës ka një ngarkesë elektrike, ai gjeneron linja magnetike të forcës nga përcjellësi.
Për shembull, nëse rryma, d.m.th. ngarkesat pozitive që lëvizin në një tel, prodhon fushën magnetike përgjatë telit dhe drejtimi i vijave magnetike dhe forca mund të përcaktohet duke përdorur rregullin e dorës së djathtë.
forcë elektromagnetike
Forca elektromagnetike bartet nga fotoni dhe është përgjegjëse për strukturën atomike, reaksionet kimike, forcat tërheqëse dhe refuzuese të lidhura me ngarkesën elektrike dhe magnetizmin dhe të gjitha fenomenet e tjera elektromagnetike, ashtu si graviteti, Forca elektromagnetike ka rreze të pafundme dhe i bindet ligjit të katrorit të anasjelltë. .
Forca elektromagnetike është më e brishtë se forca bërthamore energjetike, është e rëndësishme të theksohet se është më e fortë se graviteti, shumë Shkencëtarë të rëndësishëm ata janë të mendimit se Forca Elektromagnetike dhe forca e dobët bërthamore janë të dyja aspekte të një force të vetme të quajtur forca elektrodepresive.
Para shpikjes së elektromagnetizmit, njerëzit ose shkencëtarët mendonin se elektriciteti dhe magnetizmi janë dy tema të ndryshme, mendimi ndryshoi pasi James Clerk Maxwell botoi një traktat mbi elektricitetin dhe magnetizmin në vitin 1873.
Publikimi thotë se ndërveprimi i ngarkesave pozitive dhe negative ndërmjetësohet nga një forcë, ky vëzhgim hodhi themelet për elektromagnetizmin, më vonë shumë shkencëtarë si Michael Faraday, Oliver Heaviside dhe Heinrich Hertz kontribuan me idetë e tyre në elektromagnetizëm.
magnet
Magnetët janë shkëmbinj ose metale që krijojnë një fushë të padukshme rreth tyre, kjo fushë tërheq magnet të tjerë dhe metale të caktuara, prania e një fushe magnetike është arsyeja pse mund të mbuloni një derë metalike të frigoriferit me magnet.
Një fushë magnetike është e bashkuar nga anët e skajeve të magneteve, këto skaje njihen si pole, të gjithë magnetët kanë dy pole, një poli verior dhe një poli jugor, ju mund ta vlerësoni forcën magnetike nëse mbani dy magnet në mënyrë që të shtyllat janë pranë njëri-tjetrit.
Magnetët përbëhen nga miliona molekula të lidhura së bashku në grupe të quajtura domene, çdo fushë sillet si një magnet mineral që ka një pol verior dhe jugor, me të njëjtin orientim të domeneve, forca e tyre kombinohet, duke formuar një magnet më të madh.
Hekuri ka shumë fusha që mund të orientohen në një drejtim, d.m.th të magnetizohen, domenet në plastikë, gomë, dru dhe materiale të tjera janë në gjendje të çrregullt, fushat e tyre magnetike janë me shumë drejtime dhe për këtë arsye këto materiale nuk mund të magnetizohen.
Grekët e lashtë ishin ndër njerëzit e parë që zbuluan hekurin, magnetizmi mund t'u dukej magjik, në fund të fundit nuk mund të shihni një fushë magnetike por efektet e saj mund të ndihen.
Gjatë shekullit të kaluar, shkencëtarët kanë mësuar se sekreti i një magneti qëndron në strukturën e tij. atomike, të gjitha objektet në univers përbëhen nga atome, çdo atom ka një bërthamë në qendër, grimca të cilat njihen si elektrone rrotullohen rreth bërthamës.
Ky proces krijon fusha magnetike rreth elektroneve, magnetizmi ndodh kur elektronet rrotullohen në të njëjtin drejtim, si të gjithë forcat elektromagnetike e elektroneve, e bëjnë objektin një magnet të madh.
historia e magnetizmit
Magnetizmi është studiuar që nga kohërat e lashta dhe në dy shekujt e fundit është bërë baza e qytetërimit modern, njerëzimi grumbullon njohuri për fenomenet magnetike për të paktën tre mijë e gjysmë vjet (vëzhgimet e para të forcave elektrike u zhvilluan një mijëvjeçar atëherë) .
Katërqind vjet më parë, në agimin e formimit të fizikës, vetitë magnetike të substancave u ndanë nga ato elektrike, pas së cilës të dyja u studiuan në mënyrë të pavarur për një kohë të gjatë, prandaj u krijua një bazë.teoria eksperimentale dhe teorike që, në mesi i shekullit të nëntëmbëdhjetë, u bë baza për një teori të unifikuar të fenomeneve elektromagnetike.
Me shumë mundësi, vetitë e pazakonta të lodestone mineral natyral ishin të njohura në Mesopotami tashmë në epokën e bronzit dhe pas shfaqjes së metalurgjisë së hekurit, ishte e pamundur të mos vërehej se lodestone tërheq produktet e hekurit.
Arsyeja për këtë tërheqje u mendua tashmë nga babai i filozofisë greke, Thales i Miletit (rreth viteve 640-546 p.e.s.), i cili e shpjegoi atë me animacionin e veçantë të këtij minerali. Thales e dinte gjithashtu se qelibari i fërkuar në lesh tërheq gjethe të thata dhe copa të vogla, dhe kështu e pajis atë me forcë shpirtërore.
Poeti grek Nikander përmendi bariun Magnis, i cili u shfaq pranë shkëmbit, i cili tërhoqi majën e hekurt të shkopit të tij drejt tij, por kjo, sipas të gjitha gjasave, është thjesht një legjendë e bukur.
Mendimtarët e mëvonshëm grekë folën për çifte të padukshme që mbështjellin magnetitin dhe hekurin dhe i tërheqin me njëri-tjetrin, nuk është çudi që vetë fjala magnet ka gjithashtu rrënjë greke.
Ka informacione të ndryshme në lidhje me përmendjen e parë të magneteve, të konsideruara përgjithësisht në historinë e botës antike në kontekstin e një busulli ose kultesh fetare, sipas disa vlerësimeve, hekuri i gurit ose magnetik u zbulua për herë të parë në Kinë katër mijë vjet më parë. Krishtit.
Vihet re se studiuesit perëndimorë priren t'i japin përparësi zbulimit të magnetizmit tek grekët e lashtë, përmendjet e para në përdorimin e materialeve magnetike datojnë në mijëvjeçarin e tretë para Krishtit, kur perandori legjendar kinez Huang-di përdori një busull gjatë betejës.
Sidoqoftë, sipas një versioni tjetër, ai përdori të ashtuquajturat karroca me drejtim nga jugu, marinarët kinezë të fundit të mijëvjeçarit të dytë para Krishtit përdorën një busull për lundrimin në det.
Gjatë Mesjetës, akumulimi i njohurive dhe teorive të reja për natyrën e magnetizmit praktikisht mungonte, vetëm murgjit bënë disa supozime teologjike, por në artin popullor të vendeve të ndryshme përmendeshin ndonjëherë male apo ishuj magnetikë që mund të tërheqin të gjithë metalin. objektet.
Sipas një prej legjendave evropiane, një argjendari i varfër, Flavio Joya, shpiku një busull magnetike për t'u martuar me vajzën e një peshkatari të pasur, Domenico, babai nuk donte një dhëndër të tillë dhe vendosi kushtin për të mësuar not. në vijë të drejtë në mjegull natën.
Argjendari gjenial vuri re se tapa me një gur magnetik mbi të, e vendosur në një filxhan me ujë, gjithmonë e orientuar në një drejtim dhe arriti të përfundonte një detyrë të vështirë, në fakt, argjendari ishte sekretari papal Flavio Biondo, i cili në vitin 1450 përshkroi njohuritë e banorëve të Amalfit për busullën.
fusha magnetike dhe fluksi magnetik
Këto fusha magnetike janë fusha vektoriale në popullatën e magneteve, rrymave elektrike ose fushave elektrike të paqëndrueshme, në të cilat forcat magnetike janë të dukshme, një fushë magnetike buron nga ngarkesat elektrike nxitëse dhe periudha magnetike intime të grimcave bazë që lidhen me një kuantike thelbësore që i përket të njohur si spin. .
Fusha magnetike dhe ajo elektrike janë të lidhura me njëra-tjetrën dhe janë pajisje të fuqisë elektromagnetike, një nga katër Forcat Themelore të Natyrës.
Problemi është se ne nuk mund ta zbulojmë fushën magnetike me shqisat tona, kështu që ne duhet të përdorim një busull për të na ndihmuar "të shohim" fushën, një busull nuk është gjë tjetër veçse një magnet i vogël i pezulluar në mënyrë që të mund të rrotullohet lirshëm në përgjigje të një fushë magnetike.
Si të gjithë magnetët, gjilpëra ka një pol verior dhe jugor që tërhiqen dhe zmbrapsen nga polet e magnetëve të tjerë, kur busulla vendoset në një fushë magnetike të fortë, forcat e tërheqjes dhe zmbrapsjes e rrotullojnë gjilpërën derisa të përafrohet në mënyrë të përsosur me drejtimin e fushës.
Për eksperimentin tonë, ne do të imagjinojmë se kemi një magnet në madhësinë e një autobusi shkolle të ulur në një hapësirë të hapur. Kjo duhet t'ju ndihmojë të vizualizoni ecjen rreth magnetit dhe t'ju bindë se kemi të bëjmë me një fushë magnetike shumë të fortë! Me busullën në dorë, do të fillojmë pranë polit të veriut dhe do të vërejmë orientimin e gjilpërës.
Ajo që do të shihnim është se gjilpëra po drejtohet drejt dhe larg magnetit, nëse do të fillonim të ecnim në drejtimin që tregon gjilpëra, do të zbulonim se ndërsa largoheshim nga shtylla, gjilpëra do të fillonte të kthehej. anash, duke vazhduar gjilpërën, ne përfundimisht do të ecnim rreth magnetit dhe do të arrinim në polin e jugut, këtu, gjilpëra do të drejtohej drejtpërdrejt nga magneti.
Fluksi magnetik përkufizohet si numri i linjave të fushës magnetike që kalojnë nëpër një sipërfaqe të mbyllur, për shkak të masës së fushës magnetike totale që kalon nëpër një sipërfaqe të caktuar, këtu, zona në shqyrtim mund të jetë e çdo madhësie dhe nën çdo orientim në lidhje me në drejtim të fushës magnetike.
Idetë e shkëlqyera të Faradeit qëndronin në gjetjen e një marrëdhënieje të thjeshtë matematikore për të shpjeguar serinë e eksperimenteve që ai kreu mbi induksionin elektromagnetik.
Faraday dha kontribute të shumta në shkencë dhe njihet gjerësisht si shkencëtari më i madh eksperimental i shekullit të XNUMX-të, përpara se të fillojmë të vlerësojmë punën e tij, le të kuptojmë konceptin e fluksit magnetik i cili luan një rol të rëndësishëm në induksionin elektromagnetik.
Për të llogaritur fluksin magnetik, marrim në konsideratë imazhin e vijës së fushës së një magneti ose sistemin e magneteve, siç tregohet në imazhin më poshtë, fluksin magnetik përmes një rrafshi të zonës të dhënë nga A që është vendosur në një fushë fushë magnetike uniforme me madhësi. dhënë nga B jepet si produkt me pikë i fushës magnetike dhe zonës A.
Vetitë magnetike të materies
E gjithë materia shfaq veti magnetike kur vendoset në një fushë magnetike të jashtme, madje edhe substanca të tilla si bakri dhe alumini që nuk mendohen normalisht se kanë veti magnetike ndikohen nga prania e një fushe magnetike si ajo e prodhuar nga secili poli i një magneti me shirit.
Në varësi të faktit nëse ka një tërheqje ose zmbrapsje drejt polit të një magneti, lënda klasifikohet përkatësisht si paramagnetike ose diamagnetike.Disa materiale, veçanërisht hekuri, shfaqin një tërheqje të fortë drejt polit të një magneti me shirit të përhershëm; Materialet e këtij lloji quhen feromagnetike.
Në 1845, Faraday u bë i pari që klasifikoi substancat si diamagnetike ose paramagnetike, ai e bazoi këtë klasifikim në vëzhgimin e tij të forcës së ushtruar mbi substancat në një fushë magnetike johomogjene.
Substancat për të cilat ndjeshmëria magnetike është pozitive klasifikohen si paramagnetike, në disa raste (duke përfshirë shumicën e metaleve) ndjeshmëria është e pavarur nga temperatura, por në shumicën e komponimeve ajo varet fuqishëm nga temperatura, duke u rritur me uljen e temperaturës.
Nën këtë temperaturë, materiali shfaq magnetizim spontan, domethënë bëhet ferromagnetik, vetitë e tij magnetike janë shumë të ndryshme nga ato të fazës paramagnetike ose të temperaturës së lartë.
Në veçanti, megjithëse momenti i tij magnetik mund të ndryshohet duke aplikuar një fushë magnetike, vlera e momentit të arritur në një fushë të caktuar nuk është gjithmonë e njëjtë, varet nga trajtimi i mëparshëm magnetik, termik dhe mekanik i kampionit.
Në çështjen e momenteve të dipoleve magnetike të lira, orientimi i momenteve është normalisht i rastësishëm dhe si rezultat, substanca nuk ka magnetizim neto, kur aplikohet një fushë magnetike, dipolet nuk janë më të orientuara plotësisht rastësisht; më shumë dipole tregojnë me fushë sesa kundër fushës.
Kur kjo rezulton në një magnetizim pozitiv neto në drejtimin e fushës, substanca ka një ndjeshmëri pozitive dhe klasifikohet si paramagnetike, ekziston një kategori e tretë materie në të cilën momentet e brendshme nuk janë normalisht të pranishme, por shfaqen nën ndikimin e një magneti të jashtëm. fushë.
Kurba e histerezës magnetike
Fenomeni i densitetit të fluksit B që mbetet pas forcës magnetizuese H në një material magnetik njihet si histereza magnetike, Fjala hysteresis rrjedh nga fjala greke hysterein që do të thotë të ngecesh prapa.
Me fjalë të tjera, kur materiali magnetik magnetizohet fillimisht në një drejtim dhe më pas në drejtimin tjetër, duke përfunduar një cikël magnetizimi, densiteti i fluksit B rezulton se mbetet prapa forcës magnetizuese të aplikuar H.
https://youtu.be/BL4F-Afugio
Ekzistojnë lloje të ndryshme të materialeve magnetike, të tilla si materiale paramagnetike, diamagnetike, ferromagnetike, ferromagnetike dhe antiferromagnetike, materialet ferromagnetike janë kryesisht përgjegjëse për gjenerimin e lakut të histerezës.
Kur nuk aplikohet fusha magnetike, materiali ferromagnetik sillet si material paramagnetik, kjo do të thotë se në fazën fillestare dipoli i materialit ferromagnetik nuk është i njëanshëm, ato vendosen në mënyrë të rastësishme, sapo të aplikohet fusha magnetike në ferromagnetik. materiali, momentet e tyre dipole rreshtohen në një drejtim të caktuar siç tregohet në figurën e mësipërme, duke rezultuar në një fushë magnetike shumë më të fortë.
Fusha magnetike e krijuar nga një rrymë elektrike
Një rrymë elektrike në një tel të gjatë të drejtë prodhon një fushë magnetike, linjat e fushës së së cilës formohen nga rrathët e përqendruar në tel, kjo fushë magnetike mund të zbulohet duke vendosur një busull magnetike pranë telit, drejtimi i fushës magnetike B mund të përcaktohet nga rregulli i dorës së djathtë.
Për të prodhuar një fushë magnetike më të fortë duke përdorur rryma elektrike, disa sythe grupohen së bashku për të formuar atë që quhet solenoid, një solenoid prodhon jo vetëm një fushë magnetike të fortë, por edhe një uniforme me një poli verior dhe poli jugor të ngjashëm me magnet.
Solenoidët kanë shumë aplikime, fusha magnetike e prodhuar nga solenoidet mund të kontrollohet duke kontrolluar rrymën në solenoid, rryma në solenoid mund të ndizet ose fiket dhe gjithashtu duke rritur ose ulur rrymën elektrike në solenoid mund të kontrollojmë forcën. të fushës.magnetike të prodhuara.
Forca elektromagnetike, e quajtur edhe forca e Lorencit, shpjegon se si bashkëveprojnë grimcat e ngarkuara të palëvizshme dhe lëvizëse, quhet forcë elektromagnetike për shkak se përfshin forcën elektrike dhe forcën magnetike të dallueshme më parë, forcat magnetike dhe forcat elektrike janë në të vërtetë e njëjta forcë themelore, Forca Elektromagnetike është një nga katër forcat themelore.
Ajnshtajni e zhvilloi teorinë e tij të relativitetit nga ideja se nëse vëzhguesi lëviz me grimcat e ngarkuara, fushat magnetike shndërrohen në fusha elektrike dhe anasjelltas, një rast i veçantë i Forcës Elektromagnetike, kur të gjitha ngarkesat janë ngarkesa pikësore. (ose mund të të ndahet në akuza pikë), është ligji i Kulombit.
Faraday-Lenz, induksion elektromagnetik
Ligji i Lenz-it për induksionin elektromagnetik përcakton se orientimi i rrymës së induktuar në një përcjellës nga një fushë magnetike e paqëndrueshme është e tillë që fusha magnetike e krijuar nga rryma e shkaktuar përballet me fushën magnetike fillestare të ndryshueshme që e ka prodhuar atë, jepet drejtimi i rrjedhës së kësaj rryme. sipas rregullit të dorës së djathtë të Flemingut.
Kjo mund të jetë e vështirë për t'u kuptuar në fillim, kështu që le të shohim një problem shembull, mos harroni se kur një fushë magnetike indukton një rrymë, fusha magnetike që prodhon këtë rrymë të induktuar do të krijojë fushën e saj magnetike, kjo fushë magnetike do të jetë gjithmonë e tillë që i kundërvihet fushës magnetike që e krijoi fillimisht.
Kur fusha magnetike "B" zvogëlohet, fusha magnetike e induktuar përsëri do ta kundërshtojë atë, por kësaj radhe "kundërshtuese" do të thotë se ajo po vepron për të rritur fushën, pasi kundërshton shkallën në rënie të ndryshimit.
Ligji i Lenz-it bazohet në ligjin e induksionit të Faradeit, ligji i Faradeit na thotë se një fushë magnetike në ndryshim do të induktojë një rrymë në një përcjellës, ligji i Lenz-it na tregon drejtimin e kësaj rryme të induktuar, e cila kundërshton fushën fillestare të ndryshimit të fushës magnetike që e ka prodhuar atë. kjo tregohet në formulën për ligjin e Faradeit me shenjën negative.
Induksioni elektromagnetik në një spirale
Një nga eksperimentet e Faradeit në atë vit të rëndësishëm shfaqi një magnet të përhershëm dhe galvanometër të lidhur me një spirale teli të mbështjellë rreth një cilindri letre, të ngjashme me ato të ilustruara në këtë tutorial.
Për të simuluar eksperimentin e Faradeit, tërhiqni magnetin e shiritit mbrapa dhe mbrapa brenda spirales, vini re se voltmetri i lidhur me spiralen tregon praninë e një rryme vetëm kur magneti është në të vërtetë duke lëvizur dhe se gjilpëra e tij lëviz. ai devijohet në një drejtim kur magneti zhvendoset në drejtim të bobinës dhe në drejtim të kundërt kur spiralja tërhiqet.
Vini re gjithashtu linjat e fushës magnetike, të përshkruara në blu, që dalin nga magneti dhe se si drejtimi i rrymës ndryshon në varësi të mënyrës se si lëviz magneti.
Siç mund ta shihni, kur skaji verior i magnetit hyn në spirale, induktohet një rrymë që udhëton rreth spirales në një drejtim kundër akrepave të orës, kur magneti tërhiqet nga spiralja, drejtimi ndryshon në drejtim të akrepave të orës.
Gjithashtu vini re se rryma e prodhuar është më e fortë kur magneti lëviz me shpejtësi dhe jo gradualisht, rregulloni numrin e rrotullimeve në rrëshqitës dhe lëvizni magnetin brenda dhe jashtë spirales përsëri për të përcaktuar raportin e rrotullimeve të telit në spirale. rryma e induktuar në atë spirale.
Siç tregon voltmetri, një tension më i lartë mund të induktohet në mbështjelljet e bëra nga një numër më i madh kthesash teli, përdorni butonin blu në magnet për të parë se si ndryshojnë gjërat kur skaji jugor i magnetit, duke shfaqur linja të ndryshme fushe, ndërvepron me mbështjellje teli.
Në këtë demonstrim të induksionit elektromagnetik, energjia mekanike e magnetit lëvizës shndërrohet në energji elektrike, sepse një fushë magnetike lëvizëse, duke hyrë në një përcjellës, shkakton rrjedhjen e rrymës në përcjellës, ajo që ndodh gjithashtu është se rryma që është induktuar në tel. , nga ana tjetër, gjeneron një fushë tjetër magnetike rreth telit.
rryma vorbullash
Rrymat vorbull janë rryma që kalojnë nëpër përcjellës si vorbullat në një rrymë, ato shkaktohen nga ndryshimi i fushave magnetike dhe rrjedhin në sythe të mbyllura, pingul me rrafshin e fushës magnetike.
Ato mund të krijohen kur një përcjellës lëviz përmes një fushe magnetike, ose kur fusha magnetike rreth një përcjellësi të palëvizshëm ndryshon, d.m.th. çdo gjë që bën që përcjellësi të përjetojë një ndryshim në forcën ose drejtimin e një fushe magnetike, mund të prodhojë rryma vorbullash.
Madhësia e rrymës është në përputhje me madhësinë e fushës magnetike, sipërfaqen e lakut dhe shkallën e ndryshimit të fluksit magnetik dhe është në përpjesëtim të zhdrejtë me rezistencën e përcjellësit, ashtu si çdo rrymë që distilohet përmes një përcjellësi, një parazit aktual do të prodhojë fushën e tij magnetike.
Ligji i Lenz-it thotë se drejtimi i rrymës së induktuar magnetikisht, si një rrymë vorbull, do të jetë i tillë që fusha magnetike e prodhuar do të kundërshtojë ndryshimin e fushës magnetike që e ka krijuar atë.
Kjo rezistencë e krijuar nga fushat magnetike të kundërta prishet në frenimin e rrymës vorbull, e cila përdoret zakonisht si një metodë e bllokimit të mjeteve rrotulluese të energjisë.
Shembuj të forcës elektromagnetike
Shembujt më të zakonshëm që mund të përmenden janë këto:
- E gjithë drita nga Dielli dhe burimet e tjera përbëhet nga fotone që janë bartës të forcës elektromagnetike.
- Magnetët dhe fusha magnetike e Tokës, e cila na mbron nga rrezatimi i dëmshëm, janë aspekte të Forcës Elektromagnetike.
- Rrezatimi gama është një mekanizëm elektromagnetik që lejon një bërthamë atomike të humbasë energjinë, sipas Modeli Atomik Thomson.
- Zmbrapsja elektrostatike midis ngarkesave të ngjashme e ka penguar Diellin të shkrijë me shpejtësi të gjithë Hidrogjenin e tij.
- Forca Elektromagnetike, e cila gjithashtu ka një gamë të gjerë, është më e larmishme dhe më me ndikim nga të gjitha forcat themelore.
