Электромагнетизм для чайников: Электромагнетизм для самых маленьких, и не только / Хабр

Содержание

Физика для чайников. Урок 23. Электромагнетизм | Александр Шуравин.

Изображение взято из открытых источников

Изображение взято из открытых источников

Предыдущий урок: Физика для чайников. Урок 22. Закон Ома.

На уроке Физика для чайников. Урок 18. Электрическое поле мы узнали, что такое электрическое поле. Но электрическое взаимодействие – это частный случай электромагнитного взаимодействия. Вообще, магнитное поле является порождением электрического тока. В 1820 году Х. Эрстед провел опыт, доказывающий, что электрический ток создает магнитное поле. Его опыт заключался в помещении над магнитной стрелкой прямолинейного металлического проводника, направленного параллельно стрелке. При пропускании через проводник электрического тока стрелка поворачивалась почти перпендикулярно проводнику. При изменении направления тока стрелка разворачивалась на 180 градусов. Аналогичный разворот наблюдался, если провод переносился на другую сторону, располагаясь не над, а под стрелкой:

Изображение взято из открытых источников

Изображение взято из открытых источников

Вокруг неподвижного заряда создается исключительно электрическое поле. Но если этот заряд движется, то он порождает еще и магнитное поле. Если магнит лежит на столе, вокруг него есть только магнитное поле. Но если двигаться относительно магнита, то такой вот движущийся наблюдатель зафиксирует и электрическое поле. Таким образом утверждение о существовании электрического или магнитного полей в заданной точке имеет смысл только при указании системы отсчёта, относительно которой они рассматриваются. Оба поля являются проявлением единого электромагнитного поля.

Итак, движущиеся заряды создают магнитное поле. С другой стороны, если заряд поместить в магнитное поле, то он будет двигаться. Таким образом, магнитное поле, может создавать электрический ток. Это явление используется для генерации электричества, которое имеет у все у нас в розетках. Генератор представляет собой вращающийся магнит и катушку с намотанным на нем проводником. Магнит вращается, например, за счет падающей на лопасти огромного колеса воды (гидроэлектростанция).

Направление силовых линий магнитного поля и движения зарядов определяются так называемым правилом буравчика:

Изображение взято из открытых источников

Изображение взято из открытых источников

Формулируется оно «Если направление поступательного движения буравчика (винта) совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции поля, создаваемого этим током».

Если говорить по русский, то представьте себе вкручиваемый куда-либо винт. Направление вкручивания – это электрический ток. Направление вращения – это магнитное поле.

Физика для чайников. Выпуск 24. Почему в грозу сверкают молнии.

Физика для чайников – Класс!ная физика

Физика для чайников

Подробности
Просмотров: 687

“Не так уж твёрд гранит науки” – телекурс для начинающих или наука для “чайников”.
Не обижайтесь на “чайников”!
Здесь все будет на понятном языке, просто, доходчиво и увлекательно!
Годится для старшеклассников, абитуриентов, студентов, преподавателей и всех заинтересованных лиц….
Ведет занятия на первом образовательном канале Борис Сергеевич Бояршинов – доцент, кандидат физико-математических наук.

Итак, физика для чайников

1. Физика – наука о природе …………. …………..смотреть

2. Азы стихосложения: кинематика ………………………смотреть

3. Главное об ускорении ………………………смотреть

4. Наложение движений: принцип независимости движений ………………………смотреть

5. Куда кривая вывезет: криволинейное движение ………………………смотреть

6. Познание силы: механика ………………………смотреть

7. Движение по наклонной плоскости ………………………смотреть

8. Интегралы движения. Закон сохранения энергии ………………………смотреть

9. Закон сохранения импульса ………………………смотреть

10. Сложение сил ………………………смотреть

11. Моменты сил ………………………смотреть

12. «Потусторонние» силы. Силы инерции ………………………смотреть

13. Волчки. Гироскопы ………………………смотреть

14. Сила, что движет мирами. Всемирное тяготение ………………………смотреть

15. Изо всех сил. Сила, рычаг, путь ………………………смотреть

16. Новое о колебаниях ………………………смотреть

17. Затухающие колебания ………………………смотреть

18. Резонанс ………………………смотреть

19. Гидростатика ………………………смотреть

20. О течении жидкости. Гидродинамика ………………………смотреть

21. Почему ткань после стирки «садится»? Поверхностное натяжение ………………………смотреть

22. Аэродинамика ………………………смотреть

23. Волны. Волновые процессы ………………………смотреть

24. Упругое тело. Растяжение. Сжатие ………………………смотреть

25. Почему рельсы зимой стучат? Тепловое расширение тел ………………………смотреть

26. Закон Бойля-Мариотта ………………………смотреть

27. Теплоемкость газов ………………………смотреть

28. Ближе к реальности. Реальные газы ………………………смотреть

29. Цикл инженера Карно. Идеальная паровая машина ………………………смотреть

30. Потрясающая вещь: число Авогадро ………………………смотреть

31. Вероятностный мир. Азы статистической физики ………………………смотреть

32. Энтропия ………………………смотреть

33. Электростатика ………………………смотреть

34. Напряженность и потенциал ………………………смотреть

35. Диполи, квадруполи, диэлектрики ………………………смотреть

36. Конденсаторы ………………………смотреть

37. Игры с конденсаторами ………………………смотреть

38. Пироэлектрики, сегнетоэлектрики и другие электрики ………………………смотреть

39. Закон Ома ………………………смотреть

40. Закон Джоуля-Ленца и правила Кирхгофа ………………………смотреть

41. Магнетизм ………………………смотреть

42. Молекулярные токи ………………………смотреть

43. Электромагнитная индукция ………………………смотреть

44. Движение заряда в магнитном поле ………………………смотреть

45. Переменный ток и напряжение ………………………смотреть

46. Электрические колебания ………………………смотреть

47. Классическая модель проводника ………………………смотреть

48. Подлинная история электронов. Квантомеханическое представление ………………………смотреть

49. Электроны в пустоте. Электровакуумные приборы ………………………смотреть

50. Явления в электрических контактах ………………………смотреть

51. Оптика. Принцип Ферма ……………………… смотреть

52. Фокусы с линзами ………………………смотреть

53. Интерференция света ………………………смотреть

54. Волновая теория. Принцип Гюйгенса-Френеля ………………………смотреть

55. Дифракция ………………………смотреть

56. Поляризация света ………………………смотреть

57. Скорость света ………………………смотреть

58. Теория относительности ………………………смотреть

59. Абсолютно черное тело ………………………смотреть

60. Фотоны ………………………смотреть

61. Квантовая механика. Теория относительности ………………………смотреть

62. Волна-частица. Волна де Бройля ………………………смотреть

63. Проход сквозь стену. Туннельный эффект ………………………смотреть

64. Луч лазера. Вынужденное излучение ………………………смотреть

65. Ядро изнутри. Атомное ядро и его модели ………………………смотреть

66. Мы не люди и не птицы, нас в науке называют «виртуальные частицы» ………………………смотреть

67. Земные чудеса. Элементарные частицы ………………………смотреть

68. Творение. Рождение пространства, времени и материи ………………………смотреть

69. Чудеса небесные. Физика и астрономия ………………………смотреть

70. Прощание с физикой ……………………… смотреть

Книга “Физика для чайников” Хольцнер С

Аннотация к книге “Физика для чайников” Хольцнер С.:
От термодинамики у вас мурашки по спине? От векторов бессонница? А электромагнетизм вызывает чувство страха? Не отчаивайтесь! Это удобное руководство упростит освоение основ физики. Опытный преподаватель Стивен Хольцнер поможет вам легко и непринужденно пройти все темы начального курса физики (от механики до оптики) и попутно расскажет о некоторых наиболее удивительных физических явлениях: энергии, теплоте, электричестве и многом другом.

Посмотрите на мир другими глазами. Узнайте, какую роль играет физика в окружающем нас мире.
Вечное движение. Начните с изучения базовых концепций расстояния, скорости и ускорения.
Да пребудет с вами сила. Познакомьтесь с законами Ньютона, понятиями силы, инерции, массы, трения и др.
Двигайтесь в правильном направлении. Преодолейте страх перед векторами и научитесь применять их при измерении скорости, ускорения и силы.
Энергичная работа. Узнайте, как энергия превращается в работу, почему энергия сохраняется и как движутся объекты вокруг нас.
Жаркие концепции термодинамики. Узнайте о том, как образуется тепло, как измеряется температура и как формулируется закон идеального газа.
Высокое напряжение. Изучите основы электричества и магнетизма, а также законы преломления света.
Основные темы книги:
единицы измерения и способы представления чисел;
как измерять расстояние, скорость и ускорение;
законы Ньютона;
трение, гравитация и наклонные плоскости;
векторы, моменты и типы движения;
законы термодинамики;
электричество и магнетизм;
Стивен Хольцнер получил докторскую степень по физике в Корнелльском университете и более 10 лет преподавал начальный курс физики студентам первых курсов. Автор множества книг по физике и компьютерным технологиям. Читать дальше…

Постоянный электрический ток. Электромагнетизм | Помощь студентам: заказать контрольную работу, решение задач заочникам

На заказ недорого

201. Источник тока с ЭДС е и внутренним сопротивлением r замкнут на внешнее сопротивление R. Наибольшая мощность, выделяющаяся во внешней цепи, P = 9 Вт. При этом в цепи течет ток I = 3 А.
1. Найдите ЭДС е элемента.
2. Определите внутреннее сопротивление r элемента.
202. Сила тока в проводнике сопротивлением R = 12 Ом равномерно убывает от 10 = 5 А до I = 0 в течение времени t = 10 с.
1. Найдите, какое количество теплоты Q выделяется в этом проводнике за указанный промежуток времени.

2. Определите количество электричества q, протекшее за это время по проводнику.
203. Напряжение на шинах электростанции равно U= 6,6 кВ. Потребитель находится на расстоянии l = 10 км. Сила тока в линии равна I = 20 А, потери напряжения в проводах не должны превышать 3%. Удельное сопротивление
g
меди р = 1,7 10″ Ом-м. Определите площадь S сечения медного провода, который следует взять для устройства двухпроводной линии передачи.
204. По проводнику сопротивлением R = 3 Ом течет ток, сила которого возрастает. Количество теплоты, выделившееся в проводнике за время t = 8 с, равно Q = 200 Дж. В начальный момент времени сила тока в проводнике была равна нулю.
1. Определите количество электричества Aq, протекшее за это время по проводнику.
2. Найдите среднюю силу тока < I > в проводнике за этот промежуток времени.
205. Источник тока подсоединен к сопротивлениям и амперметру так, как показано на рисунке.
Сопротивления Ri = R2 = 5 Ом, R3= 2 Ом. Разность
потенциалов на клеммах источника равна Дф = 2 В. Внутренним сопротивлением источника и амперметра можно пренебречь.
1. Определите, какую силу тока показывает амперметр.
2. Найдите мощность Р1, выделяющуюся на сопротивлении R1.
206. При силе тока I1= 3 А во внешней цепи батареи аккумуляторов выделяется мощность Р1= 18 Вт, а при силе тока I2= 1 А соответственно Р2= 10 Вт.
1. Определите ЭДС батареи е.
2. Найдите внутреннее сопротивление r батареи.
207. Батарея состоит из пяти последовательно соединенных элементов с ЭДС е = 1,4 В каждый и с внутренним сопротивлением r = 0,3 Ом каждый.
1. При какой силе тока полезная мощность батареи будет равна Р= 8 Вт?
2. Какова максимальная полезная мощность батареи?
208. К батарее с ЭДС е = 110 В подсоединены два сопротивления л .
|1—Ч—I
R1 = 400 Ом, R2 = 600 Ом, амперметр и вольтметр по схеме, приведенной на рисунке. Сопротивление вольтметра RV = 1 кОм. Внутренним сопротивлением батареи можно пренебречь.
1. Найдите показания амперметра.
2. Определите показания вольтметра.
209. Нагреватель электрического чайника доводит до кипения объем V = 1 л воды, взятой при температуре ?о = 13,5 °С, за 5 мин. Напряжение в сети 120 В. КПД нагревателя ц = 60 %.
1. Какую мощность Р потребляет нагреватель электрического чайника?
2. Каково сопротивление нагревателя чайника?
Удельная теплоемкость воды с = 4,2 10 Дж/(кг-К).
210. ЭДС батареи равна е = 20 В. Сопротивление внешней цепи равно R = 2 Ом, сила тока I = 4 А.
1. Найдите КПД батареи.
2. При каком сопротивлении R КПД будет равен 99%? 
211. Две батареи аккумуляторов (первая с ЭДС Si = 10 В и сопротивлением r1 = 1 Ом и вторая с ЭДС S2 = 8 В и сопротивлением r2 = 2 Ом) соединены параллельно разноименными полюсами и замкнуты на реостат с сопротивлением R = 6 Ом. Схема цепи представлена на рисунке. Найдите силу токов в источниках 11,
12 и силу тока 1, текущего через реостат.
212. Две батареи аккумуляторов (первая с ЭДС s1 = 5 В и сопротивлением r1 =
соединены параллельно разноименными полюсами и замкнуты на реостат с сопротивлением R = 3 Ом. Схема цепи ‘ ‘ представлена на рисунке. Определите напряжение U на
зажимах сопротивления.
213. Два источника тока (первый с ЭДС s1 = 8 В и сопротивлением r1 = 2 Ом и Ч|  второй с ЭДС S2 = 6 В и сопротивлением r2 = 1,5 Ом)
”1ГТ, 1
соединены параллельно одноименными полюсами и замкнуты на реостат с сопротивлением R = 10 Ом. Схема цепи представлена на рисунке. Найдите силу токов в источниках 11, 12 и силу тока 1, текущего через реостат.
214. Три сопротивления R1 = 5 Ом, R2 = 1 Ом R3 = 3 Ом, а также источник
надо включить в цепь между точками А и В, чтобы в сопротивлении R3 шел ток силой 13 = 1 А.
215. Дана разветвленная цепь, состоящая из двух источников тока с ЭДС S 1 =
= 4 В и S2 = 3 В и трех сопротивлений R1 = 2 Ом, R2 = 2L L2L = 6 Ом и R3 =1 Ом. Соединение всех элементов цепи
показано на рисунке. Внутренними сопротивлениями источников тока можно пренебречь. Определите силы токов в сопротивлениях. 
216.  Три сопротивления R1 = 5 Ом, R2 = 1 Ом, R3 = 3 Ом и два источника тока
соединены так, как показано на рисунке.
R3 Внутренними сопротивлениями источников тока можно пренебречь. ЭДС первого источника тока равно е1 = 1,4 В, и сила тока, текущего через сопротивление R3, равна I3= 1 А. Определите ЭДС второго источника тока е2.
217. Элементы имеют ЭДС е1= е1=1,5 В и внутренние Rl
■—I
сопротивления r1= r2 = 0,5 Ом, сопротивления R1 =
= R2 =2 Ом и R3 = 1 Ом. Определите показания амперметра.
218. На рисунке приведена схема цепи, которая включает в себя источник тока
R R с ЭДС е и пять сопротивлений Ri = 4 Ом, R2 = 6 Ом,
— I—
R3 = 10 Ом, R4 = 4 Ом, R5 = 6 Ом. Сила тока через сопротивление R4 равна I4 = 2,0 А. Внутренним сопротивлением источника тока можно пренебречь. Определите ЭДС источника тока е.
219. Найдите, используя правило Кирхгофа, показания амперметра в схеме
0
1,1 цепи, представленной на рисунке. ЭДС первой батареи е1=
= 10 В, внутреннее сопротивление батареи r1 = 1 Ом. Сопротивления R1 = 4 Ом, R2 = 6 Ом, R3 = 10 Ом,
ЭДС второй батареи е2 = 4 В и ее внутреннее сопротивление пренебрежимо мало.
220. Определите электродвижущую силу второго источника тока е2, если ЭДС
первого е1 =1,8 В, а ток, текущий через второй источник тока в направлении стрелки на рисунке, равен I3= 0,5 мА. Внутренними сопротивлениями источников тока можно пренебречь.
221. Сила тока в металлическом проводнике равна I = 0,8 А, сечение проводника S = 4 мм . 
1. Принимая, что в каждом кубическом сантиметре металла содержится n =
22
=2,5-10 свободных электронов, определите среднюю скорость <и> их упорядоченного движения.
2. Найдите удельное сопротивление металла, если известно, что напряженность электрического поля в проводнике при этих условиях равна Е = 0,1 В/м.
222. В медном проводнике объемом V = 6 см3 при прохождении по нему постоянного тока за время t = 1 мин выделилось количество теплоты Q = 216 Дж.
1. Вычислите напряженность Е электрического поля в проводнике.
2. Определите заряд, прошедший через проводник за это время. Удельное сопротивление меди р = 1,7 10-8 Ом-м.
223. В медном проводнике длиной l = 2 м и площадью поперечного сечения, равной S= 0,4 мм , идет ток. При этом ежесекундно выделяется количество теплоты Q = 0,35 Дж.
1. Сколько электронов N проходит за t =1 с через поперечное сечение этого проводника?
2. Чему равна напряженность электрического поля Е в проводнике? Удельное сопротивление меди р = 1,7 10-8 Ом-м.
224. Плотность тока в алюминиевом проводе равна j = 1 A/мм .
1. Найдите среднюю скорость <и> упорядоченного движения электронов, предполагая, что число свободных электронов в 1 см3 алюминия равно числу атомов.
2. Определите величину напряженности электрического поля Е в провод
-8
нике. Удельное сопротивление алюминия р = 2,6 10- Ом-м, его плотность Д = 2,7 10-3 кг/м3.
225. Плотность тока в медном проводнике равна j = 3 А/мм .
1. Найдите напряженность Е электрического поля в проводнике, если удельное сопротивление меди р = 1,7 10-8 Ом-м. 
2. Найдите энергию W, выделяющуюся в единицу времени в единице объема этого проводника.
226. В медном проводнике сечением S = 1 мм течет ток силой I = 10 А. Принять, что на каждый атом меди приходится два электрона проводимости.
1. Определите среднюю скорость <и> направленного движения электронов.
2. Найдите мощность Р, выделяющуюся в единице объема этого проводни-
g
ка. Удельное сопротивление меди р = 1,7 10- Ом-м, ее плотность Д = 8,9 103 кг/м3.
227. В металлическом проводнике при плотности тока j = 10 A/мм2 напряжённость электрического поля в проводнике равна Е = 1 мВ/м.
1. Определите объёмную плотность ю тепловой мощности.
2. Найдите скорость направленного <и> движения свободных электронов в этом проводнике, считая, что их концентрация n = 2,5-10 м- .
228.  Удельное сопротивление металла р = 2,6 10-8 Ом-м, концентрация свободных электронов n = 4,0 10 м- .
1. Вычислите среднюю длину свободного пробега электронов <l>, если средняя скорость их хаотического движения и = 1,2 10 м/с.
2. Найдите среднюю скорость <и> направленного движения электронов в электрическом поле.
229. На концах металлического проводника длиной 1= 2 м поддерживается разность потенциалов U = 2 В, при этом плотность тока равна j = 106 A/м2 .
1. Определите удельное сопротивление проводника р.
2. Какая тепловая мощность выделяется в единице объема проводника?
230. В проводнике сечением S = 1 мм течет ток силой I = 0,20 А.
-8
Удельное сопротивление материала проводника равно р = 1,710- Ом-м.
1. Определите силу, действующую со стороны электрического поля на свободный электрон в проводнике.
2. Какая тепловая мощность выделяется в единице объема проводника? 
231. По трем бесконечно длинным параллельным проводникам, расстояние
д А /3 с между которыми а= 5 см, текут токи 11 = 5 A, 12 =
— —■  —*“
f а f =10 А и 13 = 5 A. Направления токов в сечениях
проводника показаны на рисунке. Определите индукцию магнитного поля
В в точке А, удаленной на а/ 2 от первого провода, и в точке С, удаленной на а/2 от третьего провода.
232. По двум бесконечно длинным параллельным проводам, расстояние между
I
! 7i которыми с =50 см, текут токи по 11 = 12 = 100 А в
I 4
а, одном направлении. Найдите индукцию магнитного
: 4v? г
—ь3 поля в точке А, удаленной на расстояние 30 см от одного и 40 см от другого провода.
233. Вычислите модуль индукции результирующего магнитного поля,
созданного токами 11 и 12, текущими по прямому бесконечно длинному проводнику и круговому контуру радиуса R = 20 см в точке O (см. рисунок). Круговой контур и точка O лежат в плоскости чертежа; направление токов указано на рисунке, причем 11 = 12 = 10 А.
234. Найти величину тока в бесконечно длинном проводнике, который имеет
квадратный изгиб со стороной квадрата а = 40 см (см. рисунок), если индукция магнитного поля в точке А, расположенной в центре квадрата, равна Н = 50 А/м.
235. По бесконечно длинному проводнику, который имеет квадратный изгиб
со стороной квадрата а = 10 см (см. рисунок), течет ток
А силой I = 5 А. Какова индукция магнитного поля В в
токе А (см. рисунок), расположенной в середине четвертой стороны квадрата.
236. Чему равна напряженность магнитного поля в точке на оси кругового витка, расположенной на расстоянии d = 40 см от центра, если в центре витка, радиус которого r = 30 см, напряженность Н = 20 А/м. 
237. Ток I = 5 А течёт по тонкому проводнику, изогнутому так, как показано
I £ Q\ на рисунке. Радиус изогнутой части проводника R = 12 см, угол
\У2ф\у 2ф = 90° . Найти индукцию магнитного поля в точке О.
238. По проводнику, изогнутому в виде окружности, течет ток. Напряженность магнитного поля в центре окружности Н1 = 50 А/м. Не изменяя силы тока в проводнике, ему придали форму квадрата. Определить напряженность Н2 магнитного поля в точке пересечения диагоналей этого квадрата.
239. Ток I = 5 А течет по тонкому проводнику, изогнутому как показано на
рисунке. Радиус изогнутой части проводника R = 12 см. Определите индукцию магнитного поля в точке О.
240. Два круговых витка радиусом R = 4 см каждый расположены в параллельных плоскостях на расстоянии d = 10 см друг от друга. По виткам текут токи Ii = I2 = 2 А. Найдите индукцию В магнитного поля на оси витков в точке, находящейся на равном расстоянии от них, если токи в витках текут в одном направлении.
241. В однородном магнитном поле с индукцией В = 0,1 Тл находится прямой медный проводник сечением S = 8 мм , концы которого подключены гибким проводом, находящимся вне поля, к источнику постоянного тока.
1. Определите величину тока I в проводнике, если известно, что при помещении его в магнитное поле перпендикулярно к линиям индукции магнитного поля проводник сохраняет равновесие.
2. Сделайте рисунок к задаче и покажите на нем направление силы Ампера.
Плотность меди равна = 8900 кг/м .
242. Горизонтальный проводник длиной l = 0,2 м и массой m = 0,01 кг, подвешенный на двух тонких нитях, находится в однородном магнитном поле с индукцией В = 0,25 Тл. 
1. На какой угол от вертикали отклонятся нити, поддерживающие проводник, если по проводнику пропустить ток I = 2 А? Массой нитей пренебречь.
2. Сделайте рисунок к задаче и покажите на нем направление силы Ампера.
243. Два прямолинейных длинных проводника расположены параллельно друг другу на расстоянии d = 10 см. По проводникам в одном направлении текут токи I1 = I2 = 5 А. В точке М, находящейся на расстоянии а = 10 см от каждого проводника, находится третий проводник с током I3 = 5 А, который направлен противоположно двум первым.
1. Найдите модуль силы Ампера, с которой поле, создаваемое двумя первыми проводниками с током, действует на единицу длины третьего проводника.
2. Найдите направление этой силы и покажите его на рисунке.
244.  Три длинных параллельных проводника с токами I1 = I2 = I3 = 2 А
расположены так, как показано на рисунке. Направления токов I1 и I3 указаны, расстояния между проводниками 1 и 2, 1 и 3 одинаковы и равны а = 20 см.
1. Найдите направление результирующей сил Ампера,
действующих на проводник с током I2 со стороны проводников с токами I1 и I3, и покажите его на рисунке.
2. Определите силу, действующую на единицу длины второго проводника со стороны первого и третьего проводников.
245. Прямолинейный проводник длиной l = 20 см перемещается со скоростью и = 5 м/с в однородном магнитном поле с индукцией В = 0,1 Тл. Угол между направлением движения проводника и направлением магнитных силовых линий а = 90°, а величина тока в проводнике I = 50 А.
1. Определите величину силы F, действующую на единицу длины проводника.
2. Чему равна механическая мощность, развиваемая при этом движении? 
246. Два прямолинейных длинных проводника,
расположенных параллельно оси
перпендикулярно плоскости рисунка, находятся на расстоянии l = 0,40 м друг от друга. По проводникам в одном направлении текут токи 11 = 10 А и 12 = 5 А.
1. Как направлена сила, действующая на первый проводник со стороны второго проводника?
2. Какую работу надо совершить (на единицу длины проводника), чтобы раздвинуть эти проводники до расстояния d2 = 0,80 м.
247.  Три длинных параллельных проводника с токами 11 = 12 = 13 = 2 А
расположены так, как показано на рисунке. Направления токов 11 и 13 указаны, расстояния между проводниками 1 и 2, 2 и 3 одинаковы и равны 20 см. F — направление
результирующей сил Ампера, действующих на проводник с током 12 со стороны проводников с токами 11 и 13.
1. Найдите направление тока во втором проводнике.
2. Определите величину силы F, действующую на единицу длины второго проводника.
248. Прямой провод длиной l = 20 см с током 1 = 5 А, находящийся в однородном магнитном поле с индукцией В = 0,1 Тл, расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции.
1. Определите работу сил поля, под действием которых проводник переместился на Дг = 2 см.
2. Чему равна механическая мощность, развиваемая при перемещении этого проводника со скоростью и = 5 м/с. Угол между направлением движения проводника и направлением магнитных силовых линий а = 90°,
249. Прямой провод длиной l = 10 см, по которому течет ток 1 = 20 А, находится в однородном магнитном поле с индукцией В = 0,01 Тл.
1. Найдите угол а между направлениями вектора В и тока, если на провод действует сила F = 10″ Н. 
2. Определите работу сил поля, под действием которых проводник переместился на Дг = 4 см.
250. Между полюсами магнита вдоль оси ОХ, т.е. перпендикулярно плоскости рисунка, висит, не падая, проводник. Считать поле магнита однородным. Сечение проводника заштриховано.
1 1. Найдите, как должен быть направлен ток в
проводнике?
2. Определите силу тока в проводнике, если индукция магнитного поля магнита В = 1 Тл, масса единицы длины проводника m/l = 1,3 -10″2 кг/м.
251. Виток радиусом R = 3 см, по которому течет ток, создает магнитное поле напряженностью Н = 1000 А/м в точке, расположенной на оси витка на расстоянии d = 4 см от его центра.
1. Чему равна сила тока в витке?
2. Определите магнитный момент витка с током. Покажите направление векторарт на рисунке.
252. Круговой контур помещен в однородное магнитное поле так, что плоскость контура перпендикулярна к направлению магнитного поля. Индукция магнитного поля В = 0,1 Тл. По контуру течет ток I = 2 А. Радиус контура R = 2 см.
1. Определите магнитный момент витка с током. Покажите направление векторар на рисунке.
2. Какую работу А надо совершить, чтобы повернуть контур на угол ф = 90° вокруг оси, совпадающей с диаметром контура?
253. Короткая катушка площадью сечения S = 250 см содержит N = 500 витков провода, по которому течет ток силой I = 5 А, помещена в однородное магнитное поле , напряженность которого равна Н = 1000 А/м.
1. Найдите магнитный момент рт катушки. 
2. Найдите вращающийся момент, действующий на катушку, если ось катушки составляет угол ф = 30° с линиями индукции поля. На рисунке покажите направления этих векторов р и М.
254. Прямоугольный виток длиной 5 см и шириной 4 см находится в однородном магнитном поле, индукция которого В = 0,2 Тл. Плоскость витка образует угол а = 60° с направлением поля. По витку течет ток I = 1 А.
1. Определите механический вращающий момент, действующий на виток.
2. Определите величину магнитного момента рт витка с током и покажите на рисунке направления этих векторов р и М.
255. Напряженность Н магнитного поля в центре кругового витка равна Н = = 200 А/м. Магнитный момент витка рт= 1 А/м . Виток повернули относительно диаметра на угол ф = 30°.
1. Найдите силу тока в витке.
2. Чему равен радиус витка?
256. В однородном магнитном поле перпендикулярно линиям индукции расположен плоский контур площадью S = 100 см . Поддерживая в контуре постоянной силу тока I = 50 А, его переместили из поля в область пространства, где поле отсутствует.
1. Найдите, чему равен магнитный момент контура с током и покажите на рисунке, как он направлен.
2. Определите индукцию магнитного поля, если при перемещении контура была совершена работа А = 0,4 Дж.
257. Виток радиусом R = 10 см, по которому течет ток I = 20 А, помещен в магнитное поле с индукцией В =1 Тл так, что его нормаль образует угол а = 60° с направлением силовых линий.
1. Определите вращающий момент, действующий на виток.
2. Найдите работу, которую нужно совершить, чтобы удалить виток из поля.
258. Квадратный контур со стороной а = 10 см, в котором течет ток силой I = = 6 А, находится в магнитном поле с индукцией В = 0,8 Тл, при этом плоскость контура образует с линиями индукции угол а = 60°. 
1. Какую работу нужно совершить, чтобы при неизменной силе тока в контуре изменить его форму на окружность?
2. Как при таком изменении формы контура изменится его магнитный момент?
259. Проволочное кольцо радиуса R = 6 см с током 1=4 А находится в однородном магнитном поле с индукцией В = 3,0 Тл. Плоскость кольца перпендикулярна к линиям индукции поля.
1. Найдите, чему равен магнитный момент контура с током и покажите на рисунке, как он направлен.
2. Какую работу А совершат силы Ампера, если кольцо вытянуть в линию, потянув его за диаметрально противоположные точки без изменения силы тока в нем?
260.  Виток, в котором поддерживается постоянная сила тока I = 60 А, свободно установился в однородном магнитном поле В = 20П0″6 Тл. Диаметр витка d = 10 см.
1. Найдите, чему равен магнитный момент контура с током и покажите на рисунке, как он направлен.
2. Какую работу А нужно совершить для того, чтобы повернуть виток относительно оси, совпадающей с диаметром, на угол 60°?
261. Частица, несущая один элементарный заряд (е = 1,6П0″19 Кл), влетает в однородное магнитное поле с индукцией В = 0,1 Тл.
1. Определите момент импульса, которым обладает частица при движении в магнитном поле, если радиус траектории частицы равен R = 0,5 мм.
2. Покажите направление найденного момента импульса на рисунке.
262.  Частица, несущая один элементарный заряд (е = 1,6П0″19 Кл), влетела в однородное магнитное поле с индукцией В = 0,2 Тл под углом а = 30° к направлению линий индукции.
1. Определите силу Лоренца, если скорость частицы и = 105 м/с.
2. Чему равен шаг винтовой линии, по которой движется заряд? 
263. Электрон движется в однородном магнитном поле с индукцией В = 0,2 Тл перпендикулярно линиям индукции по окружности радиуса R = 0,2 см. Заряд электрона е = 1,6Э0″19 Кл, его масса m = 9,1-10″ 31 кг.
1. Определите силу Лоренца, действующую на электрон со стороны поля.
2. Определите частоту движения электрона по орбите.
264. Электрон движется по окружности в однородном магнитном поле с напряженностью Н = 5Э0 А/м.
1. Определить частоту обращения электрона по орбите.
2. Как изменится период обращения электрона по орбите, если скорость его движения увеличится в два раза?
265. Электрон движется в однородном магнитном поле с индукцией В = 0,4 мТл по окружности радиусом R = 0,8 см. Заряд электрона е = 1,6Э0″19 Кл, его масса m = 9,1Э0″ 31 кг.
1. Чему равна кинетическая энергия электрона?
2. Определите период обращения электрона по орбите.
266. Протон влетел в однородное магнитное поле под углом а = 60° к направлению линии индукции поля и движется по спирали, радиус которой R = 2,5 см. Индукция магнитного поля В = 0,05 Тл. Заряд протона е = 1,6Э0″19 Кл, его масса m = 1,67Э0″27 кг.
1. Найдите кинетическую энергию протона.
2. Определите шаг винтовой линии.
267. Заряженная частица прошла ускоряющую разность потенциалов и
влетела в скрещенные под прямым углом поля: электрическое – с напряженностью Е = 400 В/м и магнитное – с индукцией В = 0,2 Тл. 1. Определите ускоряющую разность потенциалов П ф, если, двигаясь перпендикулярно полям, частица не испытывает отклонений от прямолинейной трапеции. Отношение заряда к массе частицы
q / m = 9,64Э07 Кл/кг. 
2. Чему будет равен период обращения частицы по орбите, если электрическое поле выключат?
268.  Перпендикулярно магнитному полю напряженностью Н = 1 кА/м возбуждено электрическое поле с напряженностью Е = 200 В/м. Перпендикулярно силовым линиям обоих полей движется, не отклоняясь от прямолинейной траектории, заряженная частица.
1. Определить скорость этой частицы.
2. Найдите радиус траектории частицы, по которой она будет двигаться после выключения электрического поля. Считать, что величина скорости движения частицы не изменится по величине после исчезновения электрического поля.
269.  Электрон движется в однородном магнитном поле с индукцией В = 10 мТл по винтовой линии, радиус которой R = 1,5 см и шаг винта h = 10 см. Заряд электрона е = 1,6Э0-19 Кл, его масса m = 9,1Э0- 31 кг.
1. Определите период обращения электрона.
2. Определите скорость движения электрона.
270. В однородном магнитном поле с индукцией В = 2 Тл движется а-частица. Траектория ее движения представляет собой винтовую линию с радиусом R = 2 см и шагом винта h = 6 см.
1. Под каким углом а частица влетела в магнитное поле?
2. Определите кинетическую энергию а-частицы.
Заряд электрона е = 1,6Э0-19 Кл, его масса m = 9,1Э0- 31 кг.
271. В средней части соленоида, содержащего n = 8 вит./см, помещен круговой виток диаметром d = 4 см, плоскость витка расположена под углом ф = 60° к оси соленоида. Определите магнитный поток Ф, проходящий через плоскость витка?
272. В однородном магнитном поле с напряженностью Н = 0,95Э05 А/м перпендикулярно полю перемещается проводник длиной l = 50 см со скоростью и = 0,25 м/с.104 Гн течет постоянный ток I = 5 А. Какое количество электричества Aq индуцируется в катушке при выключении тока, если длина катушки l = 100 см, а диаметр медного провода обмотки катушки d = 0,6 мм?
277. В однородном магнитном поле расположен виток, площадь которого S = 50 см . Перпендикуляр к плоскости витка составляет с направлением магнитного поля угол а = 60°. Индукция магнитного поля В = 0,2 Тл. Чему равно среднее значение электродвижущей силы индукции, возникающей в витке при выключении поля в течение At = 0,02 с?
278. Определите коэффициент взаимной индуктивности катушек, если при уменьшении силы тока во второй катушке на AI = 12 А за время At = 0,6 с в первичной индуцируется ЭДС е= 24 В.
279. Тонкий медный провод массой m = 5 г согнут в виде квадрата и концы его замкнуты. Квадрат помещен в однородное магнитное поле с индукцией В = 0,2 Тл так, что его плоскость перпендикулярна линиям поля. 
Определите заряд Aq, который потечет по проводнику, если квадрат, потянув за противоположные вершины, вытянут в линию.
280. Горизонтальный стержень длиной l = 1 м вращается вокруг вертикальной оси, проходящей через один из его концов. Ось вращения параллельна маг – нитному полю, индукция которого В = 50 мкТл. При какой частоте вращения стержня разность потенциалов на концах этого стержня U = 1 мВ?
281. В соленоиде сечением S = 5 см создан магнитный поток Ф = 20 мкВб. Определите объемную плотность энергии магнитного поля соленоида. Сердечник отсутствует. Магнитное поле во всем объеме соленоида считать однородным.
282. Соленоид имеет длину l = 0,6 м и сечение S = 10 см . При некоторой силе тока, протекающего по обмотке, в соленоиде создается магнитный поток Ф = 0,1 м Вб. Чему равна энергия магнитного поля соленоида? Сердечник выполнен из немагнитного материала и магнитное поле во всем объеме соленоида однородное.
283. По проводнику, изогнутому в виде кольца радиусом R = 20 см и содержащему N = 500 витков, вплотную прилегающих друг к другу, течет ток силой I = 1 А. Определите объемную плотность энергии магнитного поля в центре кольца.
284. Обмотка тороида имеет N = 10 витков на каждый сантиметр длины (по средней линии тороида). Сердечник выполнен из немагнитного материала, и магнитное поле во все объеме тороида однородно. Вычислите объемную плотность энергии магнитного поля при силе тока I = 10 А.
285. Источник тока замкнут на катушку сопротивлением R = 10 Ом и индуктивностью L = 0,2 Гн. Через какое время сила тока в цепи достигнет 50% максимального значения?
286. Обмотка соленоида содержит N = 20 витков на каждый сантиметр длины. При какой силе тока I объемная плотность энергии магнитного поля будет ю = 0,1 Дж/м ? Сердечник выполнен из немагнитного материала и магнитное поле однородно во всем объеме соленоида. 
287. Источник тока замкнут на катушку сопротивлением R = 20 Ом. За время
At = 0,1 с сила тока замыкания достигла 0,95 максимального значения. Определите индуктивность катушки.
288. В электрической цепи, содержащей сопротивление R = 20 Ом и индуктивность L = 0,06 Гн, течет ток силой I = 20 А.10″3 с после размыкания цепи сила тока в ней уменьшилась в 20 раз. Определите индуктивность цепи.
290. Цепь состоит из катушки индуктивностью L = 0,1 Гн и источника тока. Источник тока отключили, не размыкая цепи. Время, через которое сила тока уменьшится до 0,001 первоначального значения, равно At = 0,07 с. Определите сопротивление катушки.

Учебное пособие по электричеству, магнетизму и электромагнетизму

Убедитесь, что в вашем браузере включен JavaScript. Если вы оставите отключенным JavaScript, вы получите доступ только к части предоставляемого нами контента. Вот как.

Этот ресурс представляет собой введение в различные темы электричества и магнетизма, которые могут оказаться полезными при проведении фоновых исследований для ваших проектов Science Buddies. Информации, которую вы найдете здесь, достаточно для большинства проектов на веб-сайте Science Buddies, но помните, что по каждой теме написано целых книг, по книг, так что есть еще много чего узнать! Мы рекомендуем читать вкладки по порядку, но вы можете щелкнуть по ссылкам ниже, чтобы сразу перейти к определенной теме:

кредитов

Сабина де Брабандере, доктор философии, и Бен Финио, доктор философии, приятели науки

Цитируйте эту страницу

MLA Style

“Учебное пособие по электричеству, магнетизму и электромагнетизму.” Друзья науки , г. 22 октября 2021 г., https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/references/electricity-magnetism-electromagnetism-tutorial. По состоянию на 4 ноября 2021 г.

Стиль APA

(2021, 22 октября). Учебное пособие по электричеству, магнетизму и электромагнетизму. Полученное из https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/references/electricity-magnetism-electromagnetism-tutorial

Краткое изложение основных концепций

  • Заряженные частицы – часто отрицательно заряженные электроны – являются основой электричества.
  • Статическое электричество – это дисбаланс положительных и отрицательных электрических зарядов.
  • Противоположные электрические заряды притягиваются; как электрические заряды отталкивают.

Что такое статическое электричество?

Мы используем электрические устройства, такие как фонари, радио, сотовые телефоны, компьютеры и многое другое каждый день. Подключаем устройства к розетке в стене или заряжаем их батареями, но что такое электричество?

Чтобы понять электричество, нам сначала нужно исследовать атом. Атомы – это основные строительные блоки всех материалов вокруг нас. Они состоят из нескольких более мелких частиц, включая электроны. Электроны имеют отрицательный электрический заряд и вращаются вокруг положительно заряженного ядра (состоящего из положительно заряженных протонов и нейтронов , которые не несут электрический заряд) внутри атомов. Иногда эти электроны убегают и перемещаются между атомами или захватываются другим атомом.Эти ускользнувшие электроны – основа электричества, которое вы используете каждый день.

Некоторые материалы, называемые изоляторами , очень прочно удерживают электроны. Электроны нелегко перемещаются через эти материалы. Примеры: пластик, дерево, ткань, стекло или сухой воздух. Хотя электроны обычно не проходят легко через изоляторы, все еще возможно для передачи некоторых электронов от одного изолятора к другому. Один из распространенных способов – потереть два таких предмета вместе. Это создает дисбаланс положительных и отрицательных зарядов, называемый статическим электричеством .Если вы когда-нибудь терли воздушный шар о ткань, а затем прикрепляли его к стене, это пример статического электричества. Волосы встают дыбом в холодный зимний день – еще один пример статического электричества. Статическое электричество может накапливаться практически на любом материале.

Но знаете ли вы , почему шар прилипает к стене, или у вас волосы дыбом? Это происходит потому, что они становятся электрически заряженными, а электрические заряды толкают и притягивают друг друга. Противоположные заряды (положительный и отрицательный) притягиваются или притягиваются друг к другу.Подобные заряды (два положительных или два отрицательных) отталкиваются или отталкиваются друг от друга. На рисунке 1 ниже показано это взаимодействие между зарядами.


Рисунок 1. Одинаковые электрические заряды (два положительных заряда, как показано, или два отрицательных заряда) отталкиваются друг от друга или отталкиваются друг от друга, в то время как противоположные заряды (положительный и отрицательный заряды) притягиваются или притягиваются друг к другу. . На этом рисунке показано, что произошло бы, если бы у вас были электрически заряженные шары, свисающие с веревок.Два одинаковых заряда отталкиваются друг от друга, а два противоположных заряда тянутся друг к другу.

Нечто подобное изображенному на Рисунке 1 (левое изображение) происходит, когда волосы встают дыбом на вашей голове, когда вы снимаете шерстяную шляпу в холодный зимний день. Трение волос о шерстяную шляпу электрически заряжает волосы, и поскольку все волосы имеют «одинаковые» электрические заряды, они отталкиваются друг от друга, поэтому волосы удаляются как можно дальше друг от друга.

Иногда, когда на объекте накапливается достаточно статического электричества, возникает искра .Искра – это когда электроны прыгают по воздуху от одного близлежащего объекта к другому. Это называется статическим разрядом . Вы можете почувствовать крошечный статический разряд, шаркая ногами по ковру, а затем коснувшись металлического предмета, например дверной ручки. Молния – это пример очень большого (и опасного!) Статического разряда.

Техническая нота

Атом, теряющий один или несколько электронов, имеет больше положительных зарядов, чем отрицательных зарядов (электронов). Следовательно, он заряжен положительно.Атом, захватывающий один или несколько дополнительных электронов, получает полный отрицательный заряд. Заряженные атомы называются ионами .

Проекты по смежным наукам

Вот список научных проектов, связанных со статическим электричеством.

Краткое изложение основных концепций

Переменная Описание Единица Аббревиатура единицы
Плата Количество электроэнергии; может быть положительным, отрицательным или нейтральным. Кулон C
Ток Количество электрического заряда, проходящего через область в секунду. Ампер A
Напряжение Также называется электрическим потенциалом или «давлением», которое заставляет ток течь. В В
Сопротивление Насколько сложно протекать ток. Ом Ом
Мощность Энергия, потребляемая или производимая в секунду. Вт Вт

Что такое электрический ток?

Заряженные частицы – основа всего электричества. Статическое электричество – это явление, вызванное электрическими зарядами в состоянии покоя. В этом разделе вы изучите, что происходит, когда заряженные частицы начинают коллективно двигаться. В этом разделе мы обсудим электроны как носители заряда, но другие типы частиц также могут нести заряд. Более подробную информацию см. В Техническом примечании: Направление электрического тока.

У некоторых материалов есть несколько слабо удерживаемых электронов, которые могут вылетать из одного атома и легко перемещаться между другими атомами. Мы называем эти электроны свободными электронами . Материалы с большим количеством свободных электронов называются проводниками и . Они хорошо проводят электричество. Большинство металлов являются хорошими проводниками.

Когда множество свободных электронов движется в одном направлении, мы называем это электрическим током . Величина электрического тока относится к количеству электронов (точнее, их зарядов), проходящих через площадь за единицу времени, и измеряется в амперах (обычно называется ампер для краткости, сокращенно с заглавной буквы A). .Один ампер равен примерно 6,24 × 10 18 или 6,24 квинтиллионов электронов, проходящих за 1 секунду. Поскольку у электрона такой маленький заряд, кулон (обозначаемый с большой буквы) часто используется как единица заряда для 6,24 × 10 18 электронов. В этих устройствах 1 ампер (A) – это ток, создаваемый 1 кулоном (C), проходящим в секунду. Поскольку электроны несут отрицательный заряд, а кулон означает положительный заряд, необходимы некоторые определения. Они объяснены в Техническом примечании: Направление электрического тока.

Точно так же, как воде требуется перепад давления, чтобы начать течь, электронам требуется разность электрических потенциалов , чтобы заставить их двигаться. Разность потенциалов дает энергию для движения. Разность электрических потенциалов также называется напряжение и измеряется в вольт (сокращенно В). В случае воды давление может создаваться водяным насосом или перепадом высоты, как в водонапорной башне. В электронике батареи и электрические генераторы являются обычными источниками напряжения.Наличие двух разных зарядов также создает напряжение; он дает электрическим зарядам энергию для протекания.

Проводники позволяют току легко проходить через них, и заряды не теряют много энергии при прохождении через эти материалы. Подобно тому, как вода замедляется, когда сталкивается с меньшим участком трубы, электрический ток может встречаться с материалами, через которые труднее пройти. Это препятствие для потока измеряется переменной, называемой сопротивлением , и измеряется в Ом (сокращенно Ом ).Чем выше значение сопротивления, тем больше материал препятствует (или сопротивляется) току и тем больше энергии теряется при прохождении тока через него. Напряжение, ток, который он генерирует, и сопротивление взаимосвязаны; это соотношение теперь известно как закон Ома и гласит, что напряжение равно току, умноженному на сопротивление, или в форме уравнения:

Уравнение 1:

[Пожалуйста, включите JavaScript, чтобы просмотреть уравнение]

Общая электрическая энергия , обеспечиваемая источником, равна сумме заряда, умноженной на напряжение.Источник, обеспечивающий большее напряжение или большее количество зарядов (больше электронов), приведет к доставке большего количества электроэнергии, что, в свою очередь, позволяет ему питать «более тяжелые» электрические устройства или приборы. Техническое примечание: «Потребляемая энергия» объясняет это более подробно.

Техническое примечание: направление электрического тока

Электроны, будучи маленькими и легкими, легко перемещаются и создают основную часть электрического тока, с которым мы сталкиваемся, например, тока, получаемого от настенных розеток или производимого большинством батарей.По этой причине мы продолжим обсуждать электричество как поток электронов. Иногда электрический ток создается потоком других заряженных частиц, таких как ионы (атомы, которые имеют чистый электрический заряд из-за недостатка или избытка электронов). Чтобы учесть все вариации, электрический ток более точно определяется как количество электрического заряда, проходящего за единицу времени, независимо от того, какие частицы несут электрический заряд.

Пока что мы описали только сумму текущего.Направление задается знаком (положительным или отрицательным) тока. Обычно положительный электрический ток равен , противоположному направлению потока электронов. Это называется условным током . Это означает, что если вы нарисуете стрелку в направлении, в котором электроны движутся по проводу, обычный ток укажет в противоположном направлении.


Рисунок 2. Если ток представлен положительной переменной (называемой условным током , представленным красной стрелкой на рисунке), стрелка, представляющая направление тока, будет указывать противоположно движению электроны (обозначены синей стрелкой).

Аккумуляторы часто используются в качестве источника электрического тока. Батарея имеет положительный полюс, помеченный символом «+», и отрицательный полюс (хотя «-» обозначает отрицательный полюс, он обычно не печатается на батарее). Отрицательный вывод имеет избыток электронов, что придает ему отрицательный заряд. Эти электроны текут от отрицательной клеммы к положительной клеммы, когда между ними есть токопроводящий путь. Направление обычного тока противоположно этому – от положительной клеммы до отрицательной клеммы, как показано на рисунке 3.


Рисунок 3. Когда проводящий материал соединяет две клеммы батареи, электроны будут течь от отрицательной клеммы к положительной. Обычный ток будет указывать с положительной клеммы на отрицательную.

Техническое примечание: Потребляемая энергия

Большинство наших приборов указывают, сколько электроэнергии им требуется в секунду, когда они используются. Это называется мощностью , выраженной в Вт (сокращенно Вт).Мощность представляет собой количество электроэнергии (или напряжение, умноженное на заряд), потребляемое приборами в секунду, когда они работают. Если вы запишете эти отношения в форме уравнения:

Уравнение 2:

[Пожалуйста, включите JavaScript, чтобы просмотреть уравнение]

Уравнение 3:

[Пожалуйста, включите JavaScript, чтобы просмотреть уравнение]

Уравнение 4:

[Пожалуйста, включите JavaScript, чтобы просмотреть уравнение]

А затем немного измените уравнения (попробуйте это, если вы знаете, как делать алгебру), вы можете увидеть, что электрическая мощность равна напряжению, умноженному на ток:

Уравнение 5:

[Пожалуйста, включите JavaScript, чтобы просмотреть уравнение]

И эта энергия равна мощности, умноженной на время:

Уравнение 6:

[Пожалуйста, включите JavaScript, чтобы просмотреть уравнение]

Ваш счет за электроэнергию выражает потребление электроэнергии в киловатт-часах.1 киловатт-час означает использование 1000 ватт (Вт) в течение 1 часа (ч). Однако обратите внимание, что электричество, подаваемое в ваш дом по линиям электропередачи, составляет переменного тока , что означает, что напряжение и ток изменяются со временем, а не остаются постоянными. Это объясняется в следующем разделе.

Проекты по смежным наукам

Вот список научных проектов, связанных с электрическим током.

Краткое изложение основных концепций

  • Ток может течь только в замкнутой цепи из проводящего материала.
  • В постоянном токе (DC) все электроны движутся в одном направлении. В переменном токе (AC) электроны движутся вперед и назад с определенной частотой, измеряемой в герц (Гц).
  • Осторожно : Никогда не подключайте самодельную электрическую схему непосредственно к розетке; переменный ток от сетевой розетки может серьезно навредить вам.

Как протекает ток: постоянный и переменный ток

В разделе «Текущее электричество» вы узнали об электрическом заряде, токе, напряжении и других связанных темах.Но то, что у вас есть напряжение, не означает, что электрический ток будет течь. Электронам также необходим полный контур из проводящего материала для протекания, называемый замкнутым контуром .

Давайте посмотрим на выключатель света. Когда вы включаете переключатель, он создает путь, по которому проходит электричество, и электроны начинают двигаться, то есть течет электрический ток, и включается свет. Как только вы выключаете переключатель, путь прерывается, и электроны больше не могут течь. Выключатель похож на подъемный мост; его включение приводит к опусканию моста, так что электроны могут пересекать (точно так же, как автомобили пересекают мост) и передавать энергию лампочке.


Рисунок 4. Иллюстрация того, как электрический ток может проходить через замкнутый контур из проводящего материала (левый рисунок), но прекращает течь, когда контур разрывается (правый рисунок). На этом рисунке показано, как загорается лампочка при подключении к замкнутой цепи. Обратите внимание, что желтые стрелки показывают направление обычного тока.

Итак, помните, что для протекания электрического тока должен быть замкнутый контур из проводящего материала.Есть два разных способа, которыми электроны могут двигаться через петлю из проводящего материала и создавать электрический ток: постоянный ток и переменный ток.

В случае постоянного тока (сокращенно DC ) электроны всегда движутся по контуру в одном и том же направлении (так что обычный ток также имеет постоянное направление). На рисунке 5 ниже показан постоянный ток или все электроны, движущиеся в одном направлении по проводящему проводу.Все устройства с батарейным питанием, такие как сотовые телефоны и фонарики, работают от постоянного тока. Обратите внимание, что постоянное напряжение создает постоянный ток.



Рисунок 5. В случае постоянного тока (DC) свободные электроны всегда вместе движутся в одном и том же направлении. Важно : Это число не в масштабе. Прочтите техническое примечание ниже, чтобы получить более точное описание.

В случае переменного тока ( AC ) электроны перемещаются вперед и назад.На рисунке 6 ниже показана анимация переменного тока. В один момент они все вместе движутся в одном направлении, а в следующий момент все вместе движутся в противоположном направлении, создавая колеблющийся электрический ток . Одно возвратно-поступательное колебание называется циклом , , а количество циклов, доставляемых за единицу времени, называется частотой . Частота измеряется в герцах (Гц). Один цикл в секунду составляет 1 Гц, десять циклов в секунду – 10 Гц и т. Д.Обратите внимание, что напряжение, создающее этот ток, будет меняться с той же частотой.



Рисунок 6. В случае переменного тока (AC) свободные электроны коллективно перемещаются вперед и назад. Помните, что, как и на рисунке 5, эта фигура не в масштабе. Прочтите техническое примечание ниже, чтобы получить более точное представление.

Линии электропередач подают в наши дома переменный ток. В зависимости от того, в какой стране вы находитесь, переменный ток от розеток обычно составляет 50 или 60 циклов в секунду (Гц).Большинство электроприборов, которые мы «подключаем к стене», работают от переменного тока. Некоторым приборам нужен «адаптер» или «преобразователь» для преобразования переменного тока в постоянный, например, зарядное устройство для сотового телефона.

Техническая нота

Глядя на приведенные выше цифры, всегда помните, что при токе в 1 ампер (А) на самом деле квинтиллионов электронов проходят через проводящий провод в секунду. Кроме того, эти электроны на самом деле не движутся по прямой.В действительности, электроны отскакивают между атомами в проводнике, как показано на рисунке 7 ниже. Общий дрейф в одном направлении создает электрический ток. Помните, что направление обычного тока противоположно направлению движения электронов, как показано на рисунке.


Рис. 7. Иллюстрация того, как электроны отскакивают между атомами в проводнике, где общий дрейф в одном направлении создает электрический ток.Обратите внимание, что эта фигура также не в масштабе – электроны на намного меньше атомов на , но они настолько крошечные, что невозможно нарисовать точную фигуру в масштабе, где вы можете видеть электроны.

Чтобы понять разницу между переменным и постоянным током, вы также можете построить график зависимости электрического тока от времени. Для постоянного тока ток постоянный (прямая линия). Для переменного тока ток колеблется взад и вперед:

Пример графика ампер во времени показывает переменный и постоянный токи.Переменный ток, обозначенный синим цветом, имеет значение в амперах, которое изменяется от положительного 1 до отрицательного 1, образуя волну с постоянной частотой. Постоянный ток – это прямая горизонтальная линия красного цвета, поддерживающая постоянное значение в амперах 1.

.
Рисунок 8. Графическое представление тока (ось y) в зависимости от времени (ось x) постоянного и переменного тока. На этом рисунке переменный ток завершает один цикл каждую секунду, то есть имеет частоту 1 Гц. Обратите внимание, что отрицательный ток представляет собой ток в противоположном направлении.

Советы по безопасности

Электричество опасно для человека. На самом деле наш мозг, мышцы и нервы работают с крошечными электрическими сигналами. Небольшой и короткий разряд от небольшого количества электрического заряда, проходящего через ваше тело, не повредит вам. Однако большее количество электричества может мешать электрическим сигналам в вашем теле (например, сигналу, который заставляет ваше сердце регулярно биться) и может создавать тепло, которое может сжечь ткани, поэтому всегда будьте осторожны с электричеством.Большинство проектов в области домашней науки включают схемы с батарейным питанием. Несмотря на то, что при использовании батарей необходимо соблюдать некоторые меры предосторожности (например, в случае короткого замыкания батареи и подключенные к ним провода могут сильно нагреться, а батареи могут даже взорваться), в целом батареи не являются серьезная опасность поражения электрическим током. Однако переменный ток от розеток в вашем доме очень опасен . Вы не должны никогда пытаться использовать электричество непосредственно от розетки для питания самодельной цепи, если только у вас нет взрослого, помогающего вам использовать преобразователь переменного тока в постоянный (устройство, которое преобразует переменный ток из стенной розетки в безопасные уровни постоянного тока, зарядные устройства для мобильных телефонов и ноутбуков).

Проекты по смежным наукам

Вот список научных проектов, связанных с созданием схем, и перечень проектов, связанных с электрическим током.

Краткое изложение основных концепций

  • У каждого магнита есть северный и южный полюсы. Северный и южный полюсы притягиваются друг к другу, тогда как одинаковые полюса (север-север или юг-юг) отталкивают друг друга.
  • Магниты окружены магнитным полем, которое создает толчок или притяжение других магнитов или магнитных материалов в этом поле.
  • Магниты (особенно неодимовые или редкоземельные) могут быть опасными; всегда читайте меры предосторожности, прежде чем обращаться с ними.

Что такое магнетизм?

На следующих страницах объясняются научные основы того, как работают магниты . Прежде чем продолжить чтение, посмотрите наш короткий видеоролик о магнетизме:


Краткое вводное видео о магнитах и ​​электромагнитах. Продолжайте читать, чтобы узнать больше.

Играя с магнитами, вы, вероятно, заметили, что магнит можно использовать для притяжения определенных материалов или объектов, но не других.На рисунке 9 ниже показан магнит, захватывающий металлические винты и скрепки, но не влияющий на дерево, резину, пенополистирол или бумагу.


Рис. 9. Магнит можно использовать для захвата многих металлических предметов, таких как винты или скрепки (слева), но не влияет на некоторые материалы, включая пластик, резину, дерево или даже некоторые металлы (справа).

Если вы когда-либо играли с двумя или более магнитами одновременно, вы, вероятно, замечали, что магниты могут притягивать или отталкивать друг друга, в зависимости от того, как они расположены.Это потому, что каждый магнит имеет северный полюс и южный полюс . Противоположные полюса притягиваются друг к другу (север и юг) и аналогичных полюса отталкиваются друг от друга (север-север или юг-юг). Магниты часто обозначаются буквой N для северного полюса и S для южного полюса, как показано на рисунке 10.


Рисунок 10. У каждого магнита есть северный и южный полюсы. Противоположные полюса тянутся друг к другу, а одинаковых полюса отталкиваются друг от друга.

Если вы смотрели видео выше, то, возможно, заметили, что магнитные полюса могут толкать и тянуть друг друга, не касаясь друг друга . Магниты могут это делать, потому что они окружены магнитным полем . Это магнитное поле, которое создает силу (толкающую или тянущую) на другие магниты или магнитные материалы в поле. Магнитное поле ослабевает по мере удаления от магнита; поэтому магниты могут быть очень сильными вблизи, но они не оказывают большого влияния на объекты (как и другие магниты), которые находятся очень далеко.

Магнитные поля невидимы; вы не можете увидеть их своими глазами. Итак, как мы узнаем, что они там, или как они выглядят? Ученые изобразили невидимое магнитное поле, нарисовав линии магнитного поля . Это линии, которые указывают от северного полюса до южного полюса вне магнита ( внутри магнита, который они указывают от южного полюса к северному полюсу). Магнитное поле является самым сильным (или магнит имеет самое сильное притяжение или давление на другой магнитный материал), когда эти линии сгруппированы близко друг к другу, и самое слабое, где они расположены дальше друг от друга.Распространенный способ визуализации силовых линий магнитного поля – это рассыпать множество крошечных железных опилок возле магнита. Железные опилки совпадают с линиями магнитного поля, как показано на рисунке 11.


Рис. 11. Слева линии магнитного поля направлены от северного полюса магнита к южному полюсу вне магнита (изображение предоставлено пользователем Wikimedia Commons Geek3, 2010). Справа вы можете увидеть эти линии с использованием железных опилок.

Магнитное поле также можно обнаружить с помощью компаса .Компас, подобный показанному на Рисунке 12, на самом деле представляет собой небольшой стержневой магнит, который может свободно вращаться на оси.


Рис. 12. Компас – это устройство с вращающейся магнитной стрелкой, которое можно использовать для навигации. N, S, E и W на компасе обозначают север, юг, восток и запад соответственно. На этом изображении N и S частично скрыты за иглой.

Обычно компас выравнивается с магнитным полем Земли, поэтому его стрелка будет примерно соответствовать географическому направлению север-юг (хотя и не идеально; на самом деле между магнитным и географическим полюсами Земли есть небольшое смещение).Это означает, что для навигации можно использовать компас, чтобы вы могли определить направления на север, юг, восток и запад. Однако, если вы поднесете компас очень близко к другому магниту, этот магнит окажет на стрелку более сильное воздействие, чем магнитное поле Земли. Стрелка компаса совместится с локальным магнитным полем (или «поблизости») (линии, показанные на Рисунке 11).

Техническая нота

Земля на самом деле действует так, как будто внутри нее находится большой перевернутый стержневой магнит. южный полюс этого стержневого магнита на самом деле находится рядом (но не идеально совмещен с) земным северным полюсом , и наоборот. Таким образом, часть стрелки компаса (обычно красный конец), которая указывает на южный полюс магнита (как на рисунке 13), будет указывать на географический северный полюс Земли. Это может сбивать с толку; просто посмотрите на рис. 13, если вам нужно вспомнить, какой конец стрелки компаса какой конец!


Рисунок 13. Вы можете представить себе магнитное поле Земли, как будто внутри Земли похоронен гигантский стержневой магнит. южный полюс магнита близок к географическому северному полюсу Земли, а северный полюс магнита близок к географическому южному полюсу Земли. Магнитный и географический полюса Земли не совпадают друг с другом идеально, но они очень близки.

Есть несколько различных типов магнитов. Постоянные магниты – это магниты, которые постоянно сохраняют свое магнитное поле.Это отличается от временного магнита , который обычно имеет магнитное поле только тогда, когда он помещен в более сильное магнитное поле или когда через него протекает электрический ток. Стержневой магнит и скрепки на Рисунке 9 являются примерами постоянных и временных магнитов соответственно. Стержневой магнит всегда окружен магнитным полем, поэтому он является постоянным магнитом. Скрепки для бумаг обычно не обладают магнитным полем ; Другими словами, вы не можете использовать одну скрепку, чтобы взять другую скрепку.Однако, когда вы подносите стержневой магнит к скрепкам, они намагничиваются и ведут себя как магниты, так что они представляют собой временные магниты . Другой тип временного магнита, называемый электромагнитом , использует электричество для создания магнита. См. Вкладку «Электромагнетизм», чтобы узнать больше об электромагнитах.

Техническая нота

На обыденном языке мы обычно называем магниты и материалы, притягиваемые магнитами, «магнитными».«Технически эти материалы называются ферромагнетик . Важно отметить, что не все металлы являются ферромагнитными . Вы заметите это, если попытаетесь поднять медный пенни или кусок алюминиевой фольги с помощью магнита. распространенными ферромагнитными металлами являются железо, никель и кобальт.

Ферромагнитный материал содержит множество крошечных магнитных доменов на микроскопическом уровне. Каждый магнитный домен имеет собственное крошечное магнитное поле с северным и южным полюсами.Обычно эти домены случайным образом указывают во всех разных направлениях, поэтому все крошечные магнитные поля нейтрализуют друг друга, и весь материал не окружен магнитным полем. Однако, когда материал намагничивается (обычно помещая его в сильное магнитное поле), все эти крошечные магнитные поля выстраиваются в линию, создавая в целом большее магнитное поле.


Рисунок 14. В ферромагнитном материале крошечные магнитные поля могут произвольно ориентироваться в разных направлениях, нейтрализуя друг друга.В этом случае материал не будет показывать магнитные характеристики (слева). Когда магнитные поля выстраиваются в одну линию и все они направлены в одном направлении, они объединяются и создают большое магнитное поле. Затем материал покажет характеристики магнита (справа).

Как именно генерируются крошечные магнитные поля, зависит от того, как электрон движутся внутри атомов. Это один из примеров того, как связаны магнетизм и электричество.

  • Чтобы узнать больше об электронах и электричестве, перейдите на вкладку «Статическое электричество».
  • Чтобы узнать больше о том, как связаны магнетизм и электричество, перейдите на вкладку «Электромагнетизм».

Советы по безопасности

Магниты – это весело и полезно, но они также могут быть опасны, если с ними не обращаться должным образом. Маленькие магниты всегда следует держать подальше от маленьких детей и домашних животных, потому что они могут нанести серьезную травму при проглатывании. Очень сильные магниты, такие как неодимовые магниты, могут сближаться с очень большой силой, защемляя пальцы, если они зажаты между ними.Вы всегда должны держать магниты подальше от электронных устройств, таких как компьютеры и сотовые телефоны, и подальше от кредитных карт (или любой другой карты с магнитной полосой). Это связано с тем, что данные на этих устройствах часто хранятся с использованием магнитной записи и могут быть удалены при приближении к сильному магнитному полю. Если вы выполняете проект Science Buddies с использованием магнитов, обязательно ознакомьтесь с мерами предосторожности для этого конкретного проекта перед тем, как начать.

Проекты по смежным наукам

Вот список научных проектов, связанных с магнетизмом.

Краткое изложение основных концепций

  • Электромагнетизм включает изучение электричества, магнетизма и того, как они связаны.
  • Электромагнит – это временный магнит, который создает магнитное поле только при протекании электрического тока.
  • Некоторые электромагниты создают очень сильные магнитные поля при протекании тока.

Что такое электромагнетизм?

Примечание: Мы рекомендуем прочитать раздел о магнетизме и посмотреть наше вводное видео, прежде чем читать раздел об электромагнетизме.Видео включает в себя отрывок об электромагнитах.

Электричество и магнетизм очень тесно связаны. Изучение обоих и того, как они связаны, называется электромагнетизм . Эта страница представляет собой всего лишь краткое введение в электромагнетизм и содержит информацию, которая может оказаться полезной для проектов Science Buddies. А вот по электромагнетизму написано учебников ; Это только начало!

Одним из распространенных примеров взаимодействия электричества и магнетизма является электромагнит .Электромагнит – это специальный тип временного магнита, который создает магнитное поле только при протекании электрического тока (вы можете узнать больше об электрическом токе на вкладке «Текущее электричество»). Это делает электромагниты очень удобными, поскольку их можно легко включать и выключать, и они могут создавать очень сильные магнитные поля.

Одиночный прямой провод, по которому протекает ток, создает конфигурацию кругового магнитного поля, как показано на Рисунке 15.


Рисунок 15. На этом рисунке показано магнитное поле вокруг токоведущего провода. Текущий (заглавная буква «I») обозначен белой стрелкой. Магнитное поле (заглавная буква «B») показано красными стрелками. Вы можете использовать свою правую руку, как показано на рисунке, чтобы определить направление магнитного поля. См. Техническое примечание ниже для получения дополнительной информации о «правиле правой руки». (Изображение предоставлено пользователем Wikimedia Commons Jfmelero, 2008 г.)

Техническая нота

Стрелка на рисунке 15 представляет собой правило правой руки , используемое для предсказания направления магнитного поля, индуцированного (или создаваемого) током.Когда вы указываете большим пальцем правой руки в направлении тока, ваши пальцы сгибаются в направлении магнитного поля. Если ток меняет направление, силовые линии магнитного поля также меняют направление.

Чем больше ток, тем сильнее магнитное поле. Однако даже сильный ток в одиночном проводе не создает очень сильного электромагнита. Чтобы сделать электромагнит намного более сильным, вы можете намотать провод на катушку , как показано на рисунке 16.Магнитное поле возле катушки с проволокой очень похоже на магнитное поле возле стержневого магнита. (Можете ли вы понять это, используя правило правой руки, объясненное выше?) Как и в случае с одиночным проводом, если электрический ток меняет направление, магнитное поле вокруг катушки также меняет направление.


Рисунок 16. Когда нет тока, протекающего через проволочную катушку, магнитное поле отсутствует (вверху). Когда электрический ток протекает через катушку, он создает магнитное поле, очень похожее на поле вокруг стержневого магнита, представленное зеленой / красной стрелкой на катушке (в центре)).Если направление тока меняется на противоположное, направление магнитного поля также меняется на противоположное (внизу).

Чтобы сделать электромагнит еще сильнее, вы можете обернуть катушку вокруг ферромагнитного сердечника , как показано на рисунке 17 (вернитесь к вкладке «Магнетизм», чтобы узнать о ферромагнитных материалах). Таким образом, когда электромагнит включается, он намагничивает сердечник. Магнитные поля катушки и сердечника складываются, создавая еще более сильный электромагнит.


Рисунок 17. Многие электромагниты изготавливаются путем наматывания проволоки на ферромагнитный сердечник (например, гвоздь или болт). Когда катушка не питается от батареи или другого источника электричества (разомкнутая цепь), магнитное поле отсутствует, как показано на рисунке слева. Когда катушка подключена к батарее и через нее протекает электрический ток (замкнутая цепь), создается магнитное поле, позволяющее электромагниту захватывать скрепки, как показано на рисунке справа. Когда ток снова отключается (цепь снова размыкается), магнитное поле исчезает, и скрепки падают.Вы можете более четко увидеть этот эффект в нашем видео «Введение в магнетизм».

Электрический ток – это не что иное, как перемещение электрических зарядов. Каждый раз, когда электрический заряд движется, создается магнитное поле. Вы можете задаться вопросом, будут ли движущиеся магниты (или изменяющееся магнитное поле) создавать электрический ток или заставлять электрические заряды двигаться. Ответ – да, может. Этот аспект электромагнетизма часто используется для создания электричества в электрических генераторах. Вы можете узнать больше о связи между электромагнетизмом и производством электроэнергии в некоторых практических проектах, ссылки на которые приведены ниже.

Проекты по смежным наукам

Вот список научных проектов, связанных с электромагнетизмом.

Видео о нашей науке

Летающие вертолеты на Марсе – бумажные модели

Летающие вертолеты на Марсе – бумажные модели

Образцы леденцов

Воздушный шар: 2015 Fluor Engineering Challenge

Воздушный шар: 2015 Fluor Engineering Challenge

электромагнетизм для чайников


Основы электромагнетизма.Электромагнетизм – это раздел физики, связанный с изучением электромагнитной силы, типа физического взаимодействия, которое происходит между электрически заряженными частицами.

Стивен Хольцнер.

Мы будем обсуждать этот тип электромагнетизма на этой странице. Закон Фарадея – один из самых основных и важных законов электромагнетизма. Только в 20 веке, когда позже ученые пришли к пониманию мира внутри атомов, наконец появилось объяснение электромагнетизма.Закон Гаусса, закон Фарадея, отсутствие магнитного заряда и закон Ампера описываются интуитивно понятным методом с упором на понимание выше математики. Энергия распространяется по Вселенной со скоростью света в виде излучения. Электричество и магнетизм составляют одну из самых успешных областей изучения физики.

Электромагнитная сила (или электромагнетизм), обнаруженная в XIX веке, представляет собой объединение электростатической силы и магнитной силы.

Электромагнит Когда электронный ток течет по проводу, он генерирует магнитное … В стиле X для чайников важные элементы и технические детали четко разграничены, хотя я чувствовал, что этот стиль на самом деле не нужен для этой книги.

Ясность имеет первостепенное значение при определении структуры / макета вашей диссертации. «Электромагнетизм для чайников» – это лекция для тех, кто хотел бы больше узнать об электромагнетизме. Электромагнетизм также используется для описания того, как магнитное поле создается протеканием электрического тока. Они близкие родственники рентгеновских лучей, которые врачи и стоматологи используют для исследования…

В этом отношении формат диссертации по главам может быть выгодным, особенно для студентов, получающих докторскую степень в области естественных наук, где исследования содержание… Электричество и магнетизм – два аспекта электромагнетизма.

В этой структуре электромагнитная сила передается частицами света, называемыми фотонами.

Шпаргалка по физике II для чайников. Что такое гравитация. В середине 20-го века эта сила была объяснена в рамках квантовой механики, называемой квантовой электродинамикой или КЭД.
Гравитация относится к силе притяжения между массами. Электромагнетизм, наука о заряде, а также о силах и полях, связанных с зарядом. Как называется это излучение, зависит от его уровня энергии.

Профессор Хенрик Брус из DTU Physics расскажет вам об электромагнетизме на уровне, понятном каждому. Работая математически с электричеством и магнетизмом, вы можете вычислить силу между электрическими зарядами… Электрический ток создает магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле создает поток заряда.
Мы будем обсуждать этот тип электромагнетизма на этой странице.

Электромагнетизм был блестящей идеей, но это было больше описание, чем объяснение: он показывал, как обстоят дела, а не объяснял, почему они были такими.Это… Силовые трансформаторы работают по закону Фарадея; Основным принципом работы электрического генератора является закон взаимной индукции Фарадея. Электромагнит Когда электронный ток течет по проводу, он создает магнитное поле. Электромагнетизм описывает взаимодействие между током, электрическим и магнитным полями. Хотя книга в целом не увлекательна (и не должна быть), причудливая вселенная заставляет вас улыбаться.

Электромагнетизм также используется для описания того, как магнитное поле создается протеканием электрического тока.

Toyota Tacoma Вики, Мастерская Коллекционеров, Цена генератора маховика, Домкраты Darebee Plank, Префикс определения Audi, 2004 Ford Thunderbird, Tesla Model S Цена 2020, Места, где ремонтируют топливные насосы, рядом со мной, 2020 Соната Фотографии, Как установить твитеры со встроенным кроссовером, Киитиро Тойода Чистая стоимость, Модели кроссоверов Mercedes, Как делать приседания, Лучшее звучание автомобилей до 15k, Идеальный пресс-ролик, Тент-кроватка для 2 человек Tangkula, Обзор Kia Rio Malaysia, Чемпионат мира по фивб 2019, Типы роликовых цепей, Электросамокат Гаага, Винтажные принты мотоциклов, Размер двигателя Mitsubishi Outlander, Альтернатива для V-приседаний, Номер телефона Jbugs, Трэп-штанга для приседаний на продажу, Огонь в чтении, Vertemati Продажа, Проблемы Kymco Venox, Обзор Yamaha Mt-01 2009 года, Мотоциклы Suzuki Канада, Колеса Sti Hd7,

Электромагнетизм | Понятно объяснил.com

Электромагнетизм – это раздел физики, связанный с изучением электромагнитных сил, типа физического взаимодействия между электрически заряженными частицами.

Иллюстрация электрического поля, окружающего положительный (красный) и отрицательный (синий) заряд. изображение: Geek3 / wikipedia

Электромагнитная сила обычно проявляет электромагнитные поля, такие как электрические поля, магнитные поля и свет, и является одним из четырех фундаментальных взаимодействий (обычно называемых силами) в природе.Три других фундаментальных взаимодействия – это сильное взаимодействие (сила), слабое взаимодействие и гравитация.

Представление вектора электрического поля волны циркулярно поляризованного электромагнитного излучения. изображение: Dave3457 / wikipedia

Происхождение слова

Слово электромагнетизм представляет собой сложную форму двух греческих терминов λεκτρον ēlektron, «янтарь», и μαγνῆτις λίθος magnētis lithos, что означает «магнезийский камень», разновидность железной руды.Электромагнитные явления определяются в терминах электромагнитной силы, иногда называемой силой Лоренца, которая включает электричество и магнетизм как разные проявления одного и того же явления.

Ежедневные применения электромагнетизма

Электромагнитная сила играет важную роль в определении внутренних свойств большинства предметов, встречающихся в повседневной жизни. Обычная материя принимает свою форму в результате межмолекулярных сил между отдельными атомами и молекулами вещества и является проявлением электромагнитной силы.Электроны связаны электромагнитной силой с атомными ядрами, а их орбитальные формы и их влияние на соседние атомы с их электронами описываются квантовой механикой. Электромагнитная сила управляет всеми химическими процессами, которые возникают в результате взаимодействия электронов соседних атомов.

Теоретико-математические аспекты электромагнетизма

Существует множество математических описаний электромагнитного поля. В классической электродинамике электрические поля описываются как электрический потенциал и электрический ток.В законе Фарадея магнитные поля связаны с электромагнитной индукцией и магнетизмом, а уравнения Максвелла описывают, как электрические и магнитные поля генерируются и изменяются друг другом, а также зарядами и токами.

Теоретические последствия электромагнетизма, в частности, установление скорости света на основе свойств «среды» распространения (проницаемость и диэлектрическая проницаемость), привели к развитию специальной теории относительности Альбертом Эйнштейном в 1905 году.

Электромагнитная сила – одна из четырех фундаментальных сил природы. При высокой энергии слабая сила и электромагнитная сила объединяются в одну электрослабую силу. В истории Вселенной во время кварковой эпохи объединенная сила распалась на две отдельные силы, когда Вселенная остыла.

Источник адаптирован из : авторы Википедии. (2018, 11 сентября). Электромагнетизм. В Википедии, Свободной энциклопедии. Получено в 22:01, 23 сентября 2018 г., с https: // en.wikipedia.org/w/index.php?title=Electromagnetism&oldid=85

92

Модуль 6: Электромагнетизм | Руководство для начинающих по физике 12-го класса

В этой статье мы разберем электромагнетизм с первых принципов, чтобы вы поняли основные концепции и то, как их можно применить на практике в двигателе.

Что такое электромагнетизм?

В 11 классе вы узнали об электрических и магнитных полях и проанализировали поведение электрических цепей.Однако Джеймс Клерк Максвелл продемонстрировал в конце 19, -го, -го века, что электричество и магнетизм можно описать как аспекты одного явления: электромагнетизма.

Что включает в себя этот модуль?

В 12-м году мы изучаем, как заряды реагируют на оба типа полей, и используем наши знания, чтобы понять, как работают электрические устройства, такие как двигатели, генераторы и трансформаторы.

Модуль можно разделить на три основные области:

  1. Сборы в полях E и B.
  2. Моторный эффект и его приложения.
  3. Электромагнитная индукция и ее приложения

Также существует вероятность, что вам также понадобится построить двигатель.

В этой статье мы обсудим

Раздел 1. Заряды в E- и B-полях

В 11-м году вы уже узнали о силах, действующих на заряженные частицы в электрических полях. Напомним, что сила равна

. \ (\ overrightarrow {F} = q \ overrightarrow {E} \)

где \ (q \) – заряд в кулонах, а \ (E \) – напряженность электрического поля в \ (\ frac {N} { C} \).Направление силы зависит от заряда. Положительные заряды испытывают силу в направлении силовых линий, тогда как отрицательные заряды испытывают силу в противоположном направлении.

Чтобы упростить вопросы, часто используются постоянные электрические поля. Они создаются путем приложения напряжения \ (V \) между двумя параллельными металлическими пластинами, разделенными расстоянием \ (d \), что дает однородное поле между пластинами величиной

\ (E = \ frac {V} {d } \).

Заряд между пластинами будет испытывать постоянное ускорение, равное

\ (a = \ frac {F} {m} = \ frac {q} {m} \ E \).

Траектория частицы будет похожа на движение снаряда, поскольку у вас есть ускорение только в одном направлении (вниз в случае движения снаряда и в направлении электрической силы в случае электрического поля).

Заряд, движущийся через электрическое поле между двумя параллельными пластинами, будет иметь электрическую силу, постоянно действующую на него, что означает, что эта сила будет работать. Работа может быть выражена по-разному и будет влиять на кинетическую энергию частицы:

\ (W = \ Delta K = qV = qEd \).{-1} \), \ (B \) – напряженность магнитного поля в теслах, а \ (\ theta \) – угол между скоростью частицы и направлением магнитного поля.

Обратите внимание, что это уравнение говорит нам о двух важных вещах: неподвижная частица испытывает нулевую силу, как и частица, движущаяся параллельно линиям магнитного поля.

Хотите повысить свои оценки по физике?

Дайте вам отметки в последнюю минуту, в которой они нуждаются. Подготовительный курс Matrix + Physics HSC предоставляет вам индивидуальную обратную связь и помощь экспертов.Учить больше.

Чтобы определить направление магнитной силы, мы используем правило правой ладони. Большой палец указывает в направлении скорости положительной частицы. Пальцы указывают в направлении силовых линий магнитного поля. Направление, в котором ваша ладонь «толкает», – это направление силы, действующей на положительно заряженную частицу.

Изображение: линейка для правой руки для силового воздействия на заряд

Примечание:

  • Вы должны использовать правую руку.
  • Вы должны изменить направление силы, если частица заряжена отрицательно.
  • Ваши учителя в школе могут продемонстрировать альтернативные варианты этого правила; используйте ту версию, которую легче запомнить.

Если вы путешествуете под некоторым углом \ (0 ° <\ theta <90 ° \) к полю, подумайте, как это повлияет на компонент скорости, перпендикулярный полю.

Поскольку сила имеет постоянную величину и всегда перпендикулярна скорости, скорость частицы остается постоянной, но скорость меняет направление с постоянной скоростью.2} {R} \)

для \ (R \) радиуса круговой траектории.

Схема: круговое движение заряда в однородном магнитном поле

Раздел 2: Двигательный эффект

Сила, действующая на отдельные заряды, может быть распространена на токи. По определению, провод с током содержит большое количество зарядов, движущихся в одном направлении с одинаковой скоростью! Это приведет к силе, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле, – явление, называемое моторным эффектом.

Изображение: Влияние двигателя на проводник

Величина этой силы определяется как:

\ (F = lI _ {\ perp} B = lIB \ sin \ theta \)

где \ (l \) – длина провода внутри поля в метрах, \ (I \) – ток в амперах, \ (B \) – напряженность магнитного поля, а \ (\ theta \) – угол между вектором тока и силовыми линиями. {- 2} \ )).

Моторный эффект лежит в основе электродвигателя – устройства, которое принимает электрическую энергию и преобразует ее в кинетическую энергию. Чтобы понять, как это сделать, начните с рассмотрения проводящей петли, помещенной внутри магнитного поля, как на схемах ниже (нижняя диаграмма показывает поперечное сечение петли).

Изображение: Ток в катушке двигателя

Изображение: Крутящий момент в той же петле (в поперечном разрезе)

С одной стороны, ток течет на страницу, а с другой – выходит наружу. страницы.

На каждой стороне петли будет сила. Силы действуют в противоположных направлениях, но обе приводят к крутящему моменту в одном и том же направлении – в данном случае по часовой стрелке – и поэтому петля начинает вращаться.

Чтобы обеспечить непрерывное вращение в одном направлении, нам нужно, чтобы ток в левой части диаграммы выше всегда находился вне страницы, а ток в правой части всегда был на странице. Это сохранит силы в направлениях, показанных выше, и крутящий момент по часовой стрелке.Для этого мы добавляем коммутатор с разъемным кольцом, который переключает электрические контакты каждые пол-оборота и гарантирует, что крутящий момент всегда в одном и том же направлении. Электрические контакты называются щетками и поддерживают контакт между коммутатором (который находится на вращающейся части двигателя – роторе) и источником питания.

Изображение: Конструкция двигателя постоянного тока

Крутящий момент, создаваемый силами, действующими на катушку в двигателе, подобном приведенному выше, определяется как

\ (\ tau = nIA_ {\ bot} B = nIAB \ sin \ theta \)

Где \ (N \) – количество витков в катушке, \ (I \) – ток, протекающий через нее, \ (A \) – площадь катушки, \ (B \) – магнитное поле, которое испытывает катушка, а \ (\ theta \) – угол между нормалью к катушке и линиями магнитного поля.

Нужна помощь при сдаче экзамена по физике?

Раздел 3: Электромагнитная индукция

До сих пор в ваших исследованиях вы видели, что для протекания тока в цепи мы должны подключить ее к источнику разности потенциалов, например к батарее.

Существует альтернатива, основанная на взаимосвязи между электричеством и магнетизмом: мы можем использовать изменения магнитного потока, чтобы вызвать электродвижущую силу (ЭДС) и (если цепь замкнута) ток.

Магнитный поток \ (\ Phi \) по существу измеряет «общую величину» магнитного поля, содержащегося в определенной области, \ (A \). Его можно представить как общее количество замкнутых силовых линий, а напряженность магнитного поля \ (B \) – это плотность этих линий.

Диаграмма: Поток через замкнутую область

Математически:

\ (\ Phi = B_ {∥} A = BA \ cos \ theta \)

где \ (B \) – напряженность магнитного поля, \ (A \) – площадь, а \ (\ theta \) – угол между силовыми линиями и вектор нормали к площади.2 \)).

Майкл Фарадей обнаружил, что при изменении потока, проходящего через проводящую петлю, индуцируется электродвижущая сила (ЭДС). Это известно как закон Фарадея, и его можно записать математически:

\ (\ epsilon = -N \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} \)

Обратите внимание, что \ (N \) – это количество петель, в которых изменяется поток, например в соленоиде. Изменение потока может быть связано с изменениями в \ (B \), \ (A \), \ (θ \) или любой их комбинацией. ЭДС может привести к разделению заряда и напряжению, а если контур образует замкнутую цепь, к току.Величина тока зависит от сопротивления цепи и подчиняется закону Ома:

\ (I = \ frac {V} {R} \)

Что означает отрицательный знак в законе Фарадея? Ответ выражается в законе Ленца, который гласит, что индуцированная ЭДС (и ток) будут иметь такое направление, что создаваемый поток будет противодействовать вызвавшему его изменению потока.

Например, если вы пытаетесь увеличить поток на страницу через цикл, он реагирует, создавая свой собственный поток из страницы – чтобы противодействовать увеличению.Если вы попытаетесь уменьшить поток на страницу, он отреагирует, создав свой собственный поток на страницу – чтобы противодействовать уменьшению.

Закон Ленца определяет направление наведенной ЭДС и наведенного тока (если он есть). Закон Ленца также приведет к возникновению противодействующей силы, что наиболее полезно в случаях, когда изменение потока, вызывающее индукцию, было вызвано движением. Например, если поток через катушку увеличивается из-за того, что магнит приближается к ней, индукция приведет к возникновению силы, противодействующей движению магнита.

Изображение: Индукция тока в контуре из-за изменения магнитного потока

Индукция имеет множество применений: это принцип, лежащий в основе генератора, трансформаторов, беспроводных зарядных устройств и асинхронного двигателя переменного тока.

Генератор конструктивно аналогичен двигателю, однако катушка вращается вручную, в результате чего изменяется магнитный поток. Это приводит к индуцированной ЭДС и току по законам Фарадея и Ленца, который и является генерируемым электричеством.

Ток, генерируемый вращающейся катушкой, всегда переменный.Генератор постоянного тока может быть изготовлен с использованием конструкции, идентичной двигателю постоянного тока, где коммутатор с разъемным кольцом будет преобразовывать переменный ток, индуцированный в катушке, в постоянный ток во внешней цепи. Генератор переменного тока можно сделать, заменив коммутатор двумя контактными кольцами – каждое контактное кольцо подключено к одной стороне катушки, и только одна щетка, и проводит переменный ток через внешнюю цепь.

Трансформатор – это устройство, используемое для преобразования входного переменного напряжения в другое выходное напряжение, которое может быть выше (повышающий трансформатор) или ниже (понижающий трансформатор).

Изображение: Конструкция трансформатора

Переменный ток в первичной обмотке приводит к постоянно изменяющемуся магнитному потоку. Вторичная обмотка испытывает это изменение магнитного потока, и в результате законов Фарадея и Ленца во вторичной обмотке будут индуцироваться ЭДС (напряжение) и ток.

Напряжения в каждой обмотке связаны следующим уравнением:

\ (\ frac {V_p} {V_s} = \ frac {N_p} {N_s} \)

В соответствии с принципами сохранения энергии идеальный трансформатор будет передавать 100% мощности из первичной обмотки во вторичную, так что:

\ (V_pI_p = V_sI_s \).

Индукция также может использоваться для объяснения работы асинхронных двигателей. В отличие от двигателя постоянного тока, рассмотренного ранее, ротор (центральная часть, которая вращается) в асинхронном двигателе переменного тока напрямую не снабжается током. Вместо этого мы используем электромагнитную индукцию, чтобы вызвать ток в роторе.

Трехфазный источник питания переменного тока используется для питания катушек в статоре (внешняя неподвижная часть) асинхронного двигателя. Это эффективно создает вращающееся магнитное поле.Ротор находится внутри этого поля и испытывает изменение магнитного потока. Следуя законам Фарадея и Ленца, в роторе индуцируется ток, который, в свою очередь, вызывает силы и крутящий момент, и он начинает вращаться в том же направлении, что и поле.

Электромагнитная индукция возникает в сплошных проводниках, а также в петлях. В сплошных проводниках индуцированные токи текут по круговой траектории и называются «вихревыми токами». Они часто нежелательны, поскольку рассеивают электрическую энергию в виде тепла e.грамм. в сердечнике трансформатора. Однако есть случаи, когда это рассеяние энергии полезно, например, при электромагнитном торможении, когда сила торможения создается противодействующей силой из закона Ленца.

Другой нежелательный пример индукции – в двигателях постоянного тока. Когда катушка двигателя вращается в магнитном поле, она испытывает изменяющийся магнитный поток, как катушка в генераторе. Индукция противодействует вызвавшему ее изменению, поэтому наведенная ЭДС имеет направление, противоположное напряжению, питающему двигатель, и называется обратной ЭДС.Обратная ЭДС снижает общее напряжение и ток на катушке и, следовательно, уменьшает крутящий момент, вызывающий вращение.

Вам нужно построить двигатель постоянного тока?

Вы можете применить это на практике при создании двигателя постоянного тока. Если вы хотите узнать больше о практическом применении этой теории, вам следует ознакомиться с этими двумя статьями:

© Matrix Education и www.matrix.edu.au, 2021. Несанкционированное использование и / или копирование этого материала без явного и письменного разрешения автора и / или владельца этого сайта строго запрещено.Выдержки и ссылки могут быть использованы при условии, что Matrix Education и www.matrix.edu.au полностью и четко указали на исходный контент с соответствующим конкретным указанием.

A2 Физика для чайников: Глава 15

Essential Theory
Современный мир зависит исключительно от электричества.
Электричество и магнетизм взаимозависимы.
Электричество производит магнетизм (электромагнетизм), а магнетизм производит электричество (электромагнитная индукция).
Это означает, что везде, где у вас есть движущийся заряд, есть магнетизм, и везде, где у вас есть магнетизм, вы можете создавать движущиеся заряды (т. Е.электрический ток).

Полезная информация
Линии магнитного поля, которые мы теперь называем линиями магнитного потока;
– никогда не пересекайте
– никогда не встречайтесь с
– ближе друг к другу там, где напряженность поля больше
– выходите из N полюсов и входите в S полюса
– выходите и входите под прямым углом к ​​поверхности
Датчик Холла используется для измерения силы прямое магнитное поле.
Поисковая катушка используется для измерения силы альтернативного магнитного поля.
Магнитный поток внутри соленоида однороден.
Электромагнитные машины обязательно содержат железо или другой ферромагнитный материал. Помните, что пути потока (которые определяют наши магнитные цепи) в основном повторяют форму железа.

Правила и законы электромагнетизма и электромагнитной индукции

Поле вокруг LSCCC (длинного прямого проводника с током)
Как впервые продемонстрировал Эрстед, ток, протекающий через провод, создает вокруг него B-поле. .
Компас для черчения, помещенный рядом с тросом, будет выровнен под прямым углом к ​​нему.

Правое правило штопора
Направление силовых линий магнитного поля, окружающих провод, зависит от направления тока.
Если текущее направление совпадает с направлением, в котором движется кончик штопора, то вращение штопора определяет направление магнитных линий.

Правильная теннисная ручка
Полярность электромагнита зависит от направления тока в проводе.
Когда пальцы правой руки выровнены в направлении тока в катушках, большой палец указывает в направлении полюса N.

Эффект двигателя (или катапульты)
Всякий раз, когда ток течет по проводу, вокруг него создается цилиндрическое магнитное поле.
Итак, если проводник с током помещается в поле постоянного магнита, два магнитных поля взаимодействуют, создавая силу.
Максимальная сила (и движение) достигается, когда поле и направление тока находятся под прямым углом друг к другу.
В этом случае направление силы / движения перпендикулярно обоим.
Направление силы (движения) можно найти с помощью правила ЛЕВОЙ руки Флеминга.
Возьмите большой, первый и второй пальцы так, чтобы они были перпендикулярны друг другу.
Укажите первым пальцем в направлении поля, а вторым – в направлении тока.
Затем большой палец будет указывать в направлении толчка (сила / движение).

Электродвигатель
Электродвигатель использует силу, которая возникает, когда провод, по которому проходит ток, помещается в магнитное поле.
В электродвигателе ток течет в катушке с проволокой, которая подвешена между полюсами магнита таким образом, что силы заставляют катушку вращаться.

Конструкция двигателя
Ток от постоянного тока питание течет по катушке с проволокой.
Силы на сторонах катушки заставляют одну сторону двигаться вверх, а другую – вниз.
Угольные щетки и коммутатор с разрезным кольцом обеспечивают вращение катушки только в одном направлении.
Направление вращения зависит от направления тока и полярности магнита.

Щетки и коммутатор
Начнем с того, что правило левой руки Флеминга заставляет правую часть катушки двигаться вниз, а левую – вверх.
Когда катушка проходит через вертикальную ступень, вращение катушки меняет местами соединения с кольцевыми секциями, в результате чего правая сторона продолжает двигаться вниз, а левая сторона – вверх, как и раньше.
Без этого изменения направления тока в катушке вращение остановилось бы.

Создание более мощного двигателя
Мощность двигателя можно увеличить следующими способами
– увеличить ток (или pd питания)
– увеличить количество витков в катушке
– увеличить силу магнита
– используйте каркас из мягкого железа

Практичные двигатели
Двигатели с несколькими обмотками, намотанными под углом вокруг цилиндрического каркаса из мягкого железа и имеющими несколько секций на разрезном кольце, являются более мощными и плавными.
Во многих двигателях магнит заменен электромагнитом, который работает параллельно от постоянного тока. поставка.


Электромагнитная индукция
Мы уже видели, что электричество и магнетизм тесно связаны
Мы знаем, что электрический ток может производить магнетизм.
Верно и обратное, что магнетизм может производить электрический ток, процесс, известный как электромагнитная индукция.

Увеличение силы тока
Когда проводник пересекает магнитный поток, генерируется напряжение (ЭДС = электродвижущая сила) и течет ток.
Закон Фарадея гласит, что наведенная ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитной связи.
На практике это наиболее эффективно достигается перемещением провода вверх и вниз между полюсами магнита (а не из стороны в сторону).

Сила тока может быть дополнительно увеличена с помощью
– увеличения скорости движения
– увеличения силы магнита
– закручивания провода на максимальное количество витков
Все это увеличивает скорость изменения магнитной связи и, таким образом, увеличивают наведенную ЭДС (напряжение) и, следовательно, наведенный ток.

Правило правой руки Флеминга
Держите пальцы правой руки так, чтобы большой, первый и второй пальцы находились под прямым углом.
Направьте большой палец в направлении движения провода, первый палец – в направлении магнитного поля, затем второй – в направлении тока.

Закон Ленца
Когда магнит вставлен внутрь катушки, в катушке протекает индуцированный ток – в одну сторону, когда магнит входит, и в другую, когда магнит выходит.
В любом случае катушка становится электромагнитом.
Он отталкивается при нажатии на магнит и притягивается при вытягивании магнита.
Не забудьте использовать правило теннисного хвата правой рукой, чтобы определить направление тока в катушке.
Закон Ленца гласит, что индуцированный ток всегда течет, чтобы противодействовать движению, которое его запустило.


Трансформаторы
Трансформатор – это устройство, которое использует электромагнитную индукцию для изменения (преобразования) напряжения.
Повышающий трансформатор увеличивает напряжение, а понижающий трансформатор снижает напряжение.
Обозначение трансформатора:








Использование для трансформаторов
Электроэнергия от сети подается как 230 В ( + 20 В) и 50 Гц переменного тока.
Однако многие электронные схемы работают, скажем, с напряжением 5, 9 или 12 В.
Понижающий трансформатор может использоваться для преобразования 230 В в необходимое низкое напряжение.
И наоборот, искра напряжением 12 000 В необходима для воспламенения топливно-воздушной смеси в бензиновом двигателе.Для этого автомобильному аккумулятору 12 В используется повышающий трансформатор.

Эксплуатация

Первичная обмотка имеет постоянно изменяющийся ток от переменного тока. поставка.
Это создает в сердечнике постоянно изменяющееся магнитное поле.
Это изменяющееся магнитное поле передается через вторичную катушку железным сердечником.
Это вызывает постоянно изменяющееся напряжение во вторичной обмотке и, следовательно, переменный ток. индуцированный ток.

Уравнение трансформатора
Существует связь между напряжениями на первичной и вторичной катушках и количеством катушек.
напряжение на первичной обмотке = число витков на первичной обмотке
напряжение на вторичной обмотке число витков на вторичной обмотке

Vp = Np
Vs = Ns

мощность трансформатора
Предположим, у нас есть трансформатор, который на 100% эффективный, чтобы не было потерь энергии.
Если мы понизим напряжение, что произойдет с током? увеличивается
Если электрическая мощность определяется формулой P = IV, как мощность первичной обмотки соотносится с мощностью вторичной обмотки? это то же самое

Потери энергии в трансформаторе
Удивительно, но большинство работающих трансформаторов имеют КПД около 90%.
Однако часть энергии теряется:
– в виде тепла в обеих катушках
– в виде тепла в сердечнике
– в виде утечек в магнетизме
– в виде звуковой энергии (гудение трансформатора)
– в виде вихревых токов, уменьшенных за счет использования многослойного сердечника

Вопросы по трансформатору
Если сетевой трансформатор (240 В) имеет 1000 витков на первичной обмотке, а вторичная обмотка – 50 витков, какое будет вторичное напряжение?
Vs = 240/1000 x 50 = 12V
Если автомобильный аккумулятор подает 12 В на индукционную катушку, которая увеличивает это значение до 15000 В, а первичная катушка имеет 60 витков, какие будут витки вторичной обмотки?
Нс = 15000/12 x 60 = 75000 витков

Почему трансформаторы?
Проблема в том, что электрическая энергия может быть потрачена впустую в линиях электропередач от электростанции к пользователю.Эта потерянная энергия связана с током, протекающим в линиях электропередач. Его можно минимизировать, используя меньший ток для «транспортировки» энергии по линиям.
Для передачи той же мощности при меньшем токе требуется более высокое напряжение.

низковольтная линия электропередачи
высокий ток -> большие потери энергии из-за тепла

низкий ток -> меньшие потери энергии из-за тепла


Сила электромагнитов
По мере увеличения I сила электромагнита увеличивается, но они не пропорциональны.
Наступает момент, когда F выравнивается. Это точка насыщения, когда все домены выстроены в линию, поэтому любое дальнейшее увеличение тока не приводит к увеличению напряженности магнитного поля.
При уменьшении тока сила остается постоянно выше, чем когда ток увеличивался, создавая кривую гистерезиса.
Площадь петли гистерезиса показывает энергию, запасенную в железном сердечнике (аналогичный эффект наблюдался при загрузке и разгрузке резиновой ленты). -2 или Тесла (Т), где А – площадь поперечного сечения катушки.
Итак, у нас также есть phi = BA.

Использование сердечника из мягкого железа в соленоиде
Сердечник из мягкого железа в соленоиде имеет два основных эффекта
– для увеличения напряженности B-поля (плотности потока)
– для направления потока

Увеличение плотности потока
заполнено воздухом

с сердечником из мягкого железа

Линии потока показаны красным цветом

phi (воздух) пропорционален NI, что дает phi (воздух) = заглавная лямбда (воздух) NI, где заглавная лямбда (воздух) является константой, называемой проницаемостью воздуха.-1
Обратите внимание, что поток внутри соленоидов однороден.

Магнитосцепление
Заглавная буква фи магнитного потока через катушку из N витков и площадь А в однородном магнитном поле – заглавная фи = BAN (заглавная фи = N, малый фи, где фи в маленьком регистре – поток для одиночной катушки) где B – составляющая магнитного поля, перпендикулярная плоскости катушки.

Направление потока

Поток через воздушный зазор

Поток через зазор, содержащий железо

Резюме + расширение
Предположим, у вас есть соленоид с N витками, током I, площадью поперечного сечения A и длиной L.-1
Фактически, проницаемость зависит от длины и площади поперечного сечения сердечника
Существует еще одна величина, называемая проницаемостью материала сердечника, которая определяется как mu = заглавная лямбда x L / A, что дает заглавную лямбда = mu A / L, где A – площадь поперечного сечения жилы, а L – ее длина.
Таким образом, мы получаем phi = A mu N I / L, альтернативную формулу для потока.
Кроме того, phi / A = B = mu N I / L
Термин NI является полезным термином, называемым током-витками для соленоида.

Сравнение

Электрическая цепь

I = V / R = VG (G = проводимость)

Для толстого короткого провода с сопротивлением rho или сигма проводимости мы имеем
R = rho L / A или R = L / sigma A
и G = sigma A / L

помните:
– большой G означает большой I
– большой I означает короткий толстый провод

Хорошие проводники имеют большую проводимость

Магнитная цепь

phi (поток) = заглавная лямбда (проницаемость) NI (ток-витки)

Для сердечника с капитальной лямбдой проницаемости и проницаемостью mu мы имеем
заглавную лямбда = mu A / L

помните:
– для большого phi нужна короткая толстая железная цепь

Хорошие сердечники имеют большая проницаемость

Стандартный пример болота
Сила B-поля Земли в точке составляет 70 мкТл.-6 = 0,14 Тл

Теория электромагнитной индукции
Помните, что силовые линии магнитного поля в совокупности известны как поток, phi = BA
. Если поток на 1 виток равен phi, общий магнитный поток, соединяющий N витков провода, равен N phi, или NBA, и называется потокосцеплением катушки.
Изменение магнитного потока d phi / dt индуцирует ток в проводе и, следовательно, изменяющуюся ЭДС в катушке.
Индуцированная ЭДС-эпсилон в катушке пропорциональна d phi / dt.
Это, конечно, закон Фарадея, согласно которому индуцированная ЭДС пропорциональна скорости вызывающего ее изменения.
Фактически, epsilon = -N x d phi / dt, где знак – указывает, что ЭДС противодействует изменению, вызывающему его (Закон Ленца)

Электромагнитная сила – Energy Education

Электромагнитная сила , также называемая силой Лоренца , объясняет, как взаимодействуют движущиеся и неподвижные заряженные частицы. Это называется электромагнитной силой, потому что она включает ранее отличавшиеся друг от друга электрическую силу и магнитную силу; магнитные силы и электрические силы на самом деле являются одной и той же фундаментальной силой. [1] Электромагнитная сила – одна из четырех основных сил.

Электрическая сила действует между всеми заряженными частицами, независимо от того, движутся они или нет. [1] Магнитная сила действует между движущимися заряженными частицами. Это означает, что каждая заряженная частица излучает электрическое поле, независимо от того, движется она или нет. Движущиеся заряженные частицы (например, находящиеся в электрическом токе) излучают магнитные поля. Эйнштейн развил свою теорию относительности, исходя из идеи, что если наблюдатель движется вместе с заряженными частицами, магнитные поля трансформируются в электрические и наоборот! Одним из частных случаев электромагнитной силы, когда все заряды являются точечными (или могут быть разбиты на точечные заряды), является закон Кулона.

Поскольку вычисление силы от каждого отдельного заряда к каждому другому отдельному заряду смехотворно сложно, физики разработали инструменты для упрощения этих расчетов. Эти упрощенные вычисления превращаются в макроскопические повседневные явления, перечисленные ниже:

  • повседневных сил нравится
  • большая часть химии
    • удерживает атомы вместе
    • химические связи между атомами с образованием молекул, как при горении
    • сохраняет твердые частицы определенной формы
  • Липкие предметы, такие как клейкая лента или смола, прилипающие к поверхности
  • Магниты для приклеивания картин к холодильнику
  • Сила, действующая на электроны в проволочной петле, когда они находятся рядом с изменяющимся магнитным полем.Электромагнитная сила очень тесно связана с электродвижущей силой, которая заставляет электрический ток течь.

Современная физика объединила электромагнитное и слабое взаимодействия в электрослабое. Полное понимание электромагнитной силы и всех последствий электромагнетизма требует многих лет изучения. Некоторые хорошие места, где можно найти дополнительную информацию об электромагнетизме, включают гиперфизику.

Ниже представлены серии Scishow по фундаментальным силам, часть 4a (электричество) и 4b (магнетизм):

А вот и часть 2.

Другие видеоролики посвящены сильному ядерному взаимодействию, слабому ядерному взаимодействию и гравитации. Посетите их канал на YouTube, чтобы увидеть больше подобных видео! (замечательный ресурс для любознательных).

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

  1. 1.0 1.1 Р. Д. Найт, «Закон силы Лоренца» в Физика для ученых и инженеров: стратегический подход, 3-е изд.Сан-Франциско, США: Pearson Addison-Wesley, 2008, глава 35, раздел 5, стр. 1096-1097.

Анатомия электромагнитной волны

Энергия, мера способности выполнять работу, имеет множество форм и может трансформироваться из одного типа в другой. Примеры накопленной или потенциальной энергии включают батареи и воду за плотиной. Движущиеся объекты являются примерами кинетической энергии. Заряженные частицы, такие как электроны и протоны, при движении создают электромагнитные поля, и эти поля переносят энергию, которую мы называем электромагнитным излучением или светом.

Что такое электромагнитные и механические волны?

Механические волны и электромагнитные волны – два важных способа передачи энергии в окружающем нас мире. Волны в воде и звуковые волны в воздухе – два примера механических волн. Механические волны вызываются возмущением или вибрацией в веществе, будь то твердое тело, газ, жидкость или плазма. Материя, через которую распространяются волны, называется средой. Волны на воде образуются из-за колебаний жидкости, а звуковые волны из-за колебаний в газе (воздухе).Эти механические волны проходят через среду, заставляя молекулы сталкиваться друг с другом, как падающие домино, передавая энергию от одного к другому. Звуковые волны не могут распространяться в космическом вакууме, потому что нет среды для передачи этих механических волн.

Классические волны передают энергию, не перемещая материю через среду. Волны в пруду не переносят молекулы воды с места на место; скорее энергия волны проходит через воду, оставляя молекулы воды на месте, как жук, покачивающийся на волнах в воде.

Когда воздушный шар трется о шевелюру, создается астатический электрический заряд, заставляющий отдельные волоски отталкиваться друг от друга. Предоставлено: имбирный мясник

.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ

Электричество может быть статическим, как энергия, от которой волосы встают дыбом. Магнетизм также может быть статическим, как в магните холодильника. Изменяющееся магнитное поле вызовет изменяющееся электрическое поле, и наоборот – они связаны. Эти изменяющиеся поля образуют электромагнитные волны.Электромагнитные волны отличаются от механических волн тем, что для их распространения не требуется среда. Это означает, что электромагнитные волны могут распространяться не только через воздух и твердые материалы, но и через космический вакуум.

В 1860-х и 1870-х годах шотландский ученый по имени Джеймс Клерк Максвелл разработал научную теорию, объясняющую электромагнитные волны. Он заметил, что электрические и магнитные поля могут соединяться вместе, образуя электромагнитные волны. Он суммировал эту взаимосвязь между электричеством и магнетизмом в то, что теперь называется «уравнениями Максвелла».«

Генрих Герц, немецкий физик, применил теории Максвелла для получения и приема радиоволн. Единица частоты радиоволны – один цикл в секунду – названа герцем в честь Генриха Герца.

Его эксперимент с радиоволнами решил две проблемы. Во-первых, он продемонстрировал на бетоне то, что Максвелл только предположил – что скорость радиоволн равна скорости света! Это доказало, что радиоволны были формой света! Во-вторых, Герц узнал, как заставить электрические и магнитные поля отделяться от проводов и становиться свободными, как волны Максвелла – электромагнитные волны.

ВОЛНЫ ИЛИ ЧАСТИЦЫ? ДА!

Свет состоит из дискретных пакетов энергии, называемых фотонами. Фотоны обладают импульсом, не имеют массы и движутся со скоростью света. Любой свет обладает как частицами, так и волнообразными свойствами. Как устроен инструмент для восприятия света, влияет на то, какие из этих свойств наблюдаются. Инструмент, который преломляет свет в спектр для анализа, является примером наблюдения волнообразного свойства света. Подобная частицам природа света наблюдается с помощью детекторов, используемых в цифровых камерах – отдельные фотоны высвобождают электроны, которые используются для обнаружения и хранения данных изображения.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ

Одно из физических свойств света – то, что он может быть поляризованным. Поляризация – это измерение выравнивания электромагнитного поля. На рисунке выше электрическое поле (выделено красным) вертикально поляризовано. Представьте, что вы бросаете фрисби в частокол. В одной ориентации он пройдет, в другой – отвергнут. Это похоже на то, как солнцезащитные очки могут устранять блики, поглощая поляризованную часть света.

ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЭНЕРГИИ

Термины свет, электромагнитные волны и излучение относятся к одному и тому же физическому явлению: электромагнитной энергии.Эту энергию можно описать частотой, длиной волны или энергией. Все три связаны математически, так что если вы знаете одно, вы можете вычислить два других. Радио и микроволны обычно описываются с точки зрения частоты (герцы), инфракрасного и видимого света с точки зрения длины волны (метры), а рентгеновские лучи и гамма-лучи с точки зрения энергии (электрон-вольт). Это научное соглашение, которое позволяет удобно использовать единицы с не слишком большими и не слишком маленькими числами.

ЧАСТОТА

Количество гребней, которые проходят заданную точку в течение одной секунды, описывается как частота волны.Одна волна – или цикл – в секунду называется Герцем (Гц) в честь Генриха Герца, который установил существование радиоволн. Волна с двумя циклами, которая проходит точку за одну секунду, имеет частоту 2 Гц.

ДЛИНА ВОЛНЫ

У электромагнитных волн есть гребни и впадины, похожие на гребни и впадины океанских волн. Расстояние между гребнями – это длина волны. Самые короткие длины волн – это всего лишь доли размера атома, в то время как самые длинные волны, изучаемые в настоящее время учеными, могут быть больше диаметра нашей планеты!

ЭНЕРГИЯ

Электромагнитная волна также может быть описана с точки зрения ее энергии – в единицах измерения, называемых электрон-вольтами (эВ).Электрон-вольт – это количество кинетической энергии, необходимое для перемещения электрона через потенциал в один вольт. Двигаясь по спектру от длинных волн к коротким, энергия увеличивается по мере того, как длина волны укорачивается. Представьте себе скакалку, концы которой тянутся вверх и вниз. Чтобы веревка имела больше волн, требуется больше энергии.

Начало страницы | Далее: Wave Behaviors


Цитирование
APA

Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Управление научных миссий.(2010). Анатомия электромагнитной волны. Получено [вставить дату – например, 10 августа 2016 г.] , с веб-сайта NASA Science: http://science.nasa.gov/ems/02_anatomy

MLA

Управление научной миссии. «Анатомия электромагнитной волны» NASA Science . 2010. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. [укажите дату – например, 10 августа 2016 г.] http://science.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *