Ang isa sa pinakamahalagang seksyon ng modernong pisika ay ang mga electromagnetic na pakikipag-ugnayan at lahat ng mga kahulugang nauugnay sa kanila. Ito ang pakikipag-ugnayan na nagpapaliwanag sa lahat ng mga electrical phenomena. Ang teorya ng kuryente ay sumasaklaw sa maraming iba pang mga lugar, kabilang ang mga optika, dahil ang liwanag ay electromagnetic radiation. Sa artikulong ito, susubukan naming ipaliwanag ang kakanyahan ng electric current at magnetic force sa isang naa-access, naiintindihan na wika.
Magnetism ang pundasyon ng mga pundasyon
Bilang mga bata, ipinakita sa amin ng mga matatanda ang iba't ibang mga magic trick gamit ang mga magnet. Ang mga kamangha-manghang mga figurine na ito, na naaakit sa isa't isa at maaaring makaakit ng maliliit na laruan, ay palaging nalulugod sa mga mata ng mga bata. Ano ang mga magnet at paano kumikilos ang magnetic force sa mga bahaging bakal?
Pagpapaliwanag sa wikang siyentipiko, kailangan mong bumaling sa isa sa mga pangunahing batas ng pisika. Ayon sa batas ng Coulomb at ang espesyal na teorya ng relativity, ang isang tiyak na puwersa ay kumikilos sa singil, na direktang proporsyonal sa bilis ng singil mismo (v). Ang pakikipag-ugnayang ito ay tinatawag namagnetic force.
Mga Pisikal na Tampok
Sa pangkalahatan, dapat na maunawaan na ang anumang magnetic phenomena ay nangyayari lamang kapag ang mga singil ay gumagalaw sa loob ng konduktor o sa pagkakaroon ng mga alon sa mga ito. Kapag nag-aaral ng mga magnet at ang mismong kahulugan ng magnetism, dapat itong maunawaan na malapit silang nauugnay sa kababalaghan ng electric current. Samakatuwid, unawain natin ang kakanyahan ng electric current.
Ang Electric force ay ang puwersa na kumikilos sa pagitan ng isang electron at isang proton. Ito ay ayon sa bilang na mas malaki kaysa sa halaga ng gravitational force. Ito ay nabuo sa pamamagitan ng isang electric charge, o sa halip, sa pamamagitan ng paggalaw nito sa loob ng konduktor. Ang mga singil, sa turn, ay may dalawang uri: positibo at negatibo. Tulad ng alam mo, ang mga particle na may positibong charge ay naaakit sa mga negatibong sisingilin. Gayunpaman, ang mga singil ng parehong palatandaan ay may posibilidad na itaboy ang isa't isa.
Kaya, kapag ang mismong mga singil na ito ay nagsimulang gumalaw sa konduktor, isang electric current ang lumalabas dito, na ipinapaliwanag bilang ratio ng dami ng singil na dumadaloy sa konduktor sa loob ng 1 segundo. Ang puwersang kumikilos sa isang conductor na may kasalukuyang nasa magnetic field ay tinatawag na Ampere force at matatagpuan ayon sa panuntunang "kaliwang kamay."
Empirical data
Maaari kang makatagpo ng magnetic interaction sa pang-araw-araw na buhay kapag nakikitungo sa mga permanenteng magnet, inductors, relay o electric motors. Ang bawat isa sa kanila ay may magnetic field na hindi nakikita ng mata. Ito ay matutunton lamang sa pamamagitan ng pagkilos nito, na kung saan itonakakaapekto sa gumagalaw na mga particle at magnetized na katawan.
Ang puwersang kumikilos sa isang kasalukuyang nagdadala ng conductor sa isang magnetic field ay pinag-aralan at inilarawan ng French physicist na si Ampère. Hindi lamang ang puwersang ito ang ipinangalan sa kanya, kundi pati na rin ang laki ng kasalukuyang lakas. Sa paaralan, ang mga batas ni Ampère ay tinukoy bilang mga panuntunan ng "kaliwa" at "kanang" kamay.
Mga katangian ng magnetic field
Dapat na maunawaan na ang isang magnetic field ay palaging nangyayari hindi lamang sa paligid ng mga pinagmumulan ng electric current, kundi pati na rin sa paligid ng mga magnet. Siya ay karaniwang inilalarawan na may mga magnetic na linya ng puwersa. Sa graphically, parang isang sheet ng papel ang inilagay sa isang magnet, at ang mga iron filing ay ibinuhos sa ibabaw. Magiging kamukha nila ang larawan sa ibaba.
Sa maraming sikat na libro sa physics, ang magnetic force ay ipinakilala bilang resulta ng mga eksperimentong obserbasyon. Ito ay itinuturing na isang hiwalay na pangunahing puwersa ng kalikasan. Ang gayong ideya ay mali; sa katunayan, ang pagkakaroon ng magnetic force ay sumusunod sa prinsipyo ng relativity. Ang kanyang pagkawala ay lalabag sa prinsipyong ito.
Walang pundamental tungkol sa magnetic force - isa lamang itong relativistic na kinahinatnan ng batas ng Coulomb.
Paggamit ng mga magnet
Ayon sa alamat, noong unang siglo AD sa isla ng Magnesia, natuklasan ng mga sinaunang Griyego ang mga hindi pangkaraniwang bato na may mga kamangha-manghang katangian. Naakit nila sa kanilang sarili ang anumang bagay na gawa sa bakal o bakal. Sinimulan silang ilabas ng mga Griyego sa isla at pag-aralan ang kanilang mga ari-arian. At nang mahulog ang mga bato sa kamay ng kalyesalamangkero, sila ay naging kailangang-kailangan na mga katulong sa lahat ng kanilang mga pagtatanghal. Gamit ang kapangyarihan ng magnetic stones, nakagawa sila ng isang buong kamangha-manghang palabas na umakit ng maraming manonood.
Habang kumalat ang mga bato sa lahat ng bahagi ng mundo, nagsimulang kumalat ang mga alamat at iba't ibang mito tungkol dito. Sa sandaling ang mga bato ay napunta sa China, kung saan sila ay pinangalanan sa isla kung saan sila natagpuan. Ang mga magnet ay naging paksa ng pag-aaral ng lahat ng mga dakilang siyentipiko noong panahong iyon. Napansin na kung maglalagay ka ng magnetic ironstone sa isang kahoy na float, ayusin ito, at pagkatapos ay iikot ito, susubukan nitong bumalik sa orihinal nitong posisyon. Sa madaling salita, ang magnetic force na kumikilos dito ay magpapaikot sa iron ore sa isang tiyak na paraan.
Gamit ang katangiang ito ng mga magnet, naimbento ng mga siyentipiko ang compass. Sa isang bilog na hugis na gawa sa kahoy o tapunan, dalawang pangunahing poste ang iginuhit at isang maliit na magnetic needle ang inilagay. Ang disenyong ito ay ibinaba sa isang maliit na mangkok na puno ng tubig. Sa paglipas ng panahon, ang mga modelo ng compass ay bumuti at naging mas tumpak. Ginagamit ang mga ito hindi lamang ng mga mandaragat, kundi pati na rin ng mga ordinaryong turista na gustong tuklasin ang disyerto at bulubunduking lugar.
Mga kawili-wiling karanasan
Ang siyentipiko na si Hans Oersted ay inialay ang halos buong buhay niya sa kuryente at magnet. Isang araw, sa isang lecture sa unibersidad, ipinakita niya sa kanyang mga estudyante ang sumusunod na karanasan. Siya ay dumaan sa isang kasalukuyang sa pamamagitan ng isang ordinaryong tansong konduktor, pagkaraan ng ilang sandali ang konduktor ay uminit at nagsimulang yumuko. Ito ay isang thermal phenomenonagos ng kuryente. Ipinagpatuloy ng mga estudyante ang mga eksperimentong ito, at napansin ng isa sa kanila na ang electric current ay may isa pang kawili-wiling pag-aari. Kapag ang kasalukuyang daloy sa konduktor, ang arrow ng compass na matatagpuan sa malapit ay nagsimulang lumihis nang unti-unti. Sa pag-aaral ng hindi pangkaraniwang bagay na ito nang mas detalyado, natuklasan ng siyentipiko ang tinatawag na puwersa na kumikilos sa isang konduktor sa isang magnetic field.
Ampere currents sa mga magnet
Tinangka ng mga siyentipiko na maghanap ng magnetic charge, ngunit hindi mahanap ang isang nakahiwalay na magnetic pole. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na, hindi tulad ng electric, magnetic charges ay hindi umiiral. Pagkatapos ng lahat, kung hindi, posible na paghiwalayin ang isang yunit ng singil sa pamamagitan lamang ng pagsira sa isa sa mga dulo ng magnet. Gayunpaman, lumilikha ito ng bagong kabaligtaran na poste sa kabilang dulo.
Sa katunayan, ang anumang magnet ay isang solenoid, sa ibabaw kung saan umiikot ang mga intra-atomic na alon, ang mga ito ay tinatawag na Ampère currents. Ito ay lumiliko na ang magnet ay maaaring ituring bilang isang metal rod kung saan ang isang direktang kasalukuyang nagpapalipat-lipat. Ito ay para sa kadahilanang ito na ang pagpasok ng isang iron core sa solenoid ay lubos na nagpapataas ng magnetic field.
Magnet energy o EMF
Tulad ng anumang pisikal na kababalaghan, ang magnetic field ay may enerhiya na kinakailangan upang ilipat ang isang charge. Mayroong konsepto ng EMF (electromotive force), ito ay tinukoy bilang ang gawain upang ilipat ang isang unit charge mula sa punto A0 patungo sa puntong A1.
Ang EMF ay inilalarawan ng mga batas ng Faraday, na inilalapat sa tatlong magkakaibang pisikalmga sitwasyon:
- Ang isinasagawang circuit ay gumagalaw sa nabuong unipormeng magnetic field. Sa kasong ito, nagsasalita sila ng magnetic emf.
- Nakapahinga ang contour, ngunit ang pinagmulan ng magnetic field mismo ay gumagalaw. Isa na itong electric emf phenomenon.
- Sa wakas, ang circuit at ang pinagmulan ng magnetic field ay nakatigil, ngunit ang kasalukuyang lumilikha ng magnetic field ay nagbabago.
Numerically, ang EMF ayon sa Faraday formula ay: EMF=W/q.
Dahil dito, ang electromotive force ay hindi puwersa sa literal na kahulugan, dahil ito ay sinusukat sa Joules per Coulomb o sa Volts. Lumalabas na kinakatawan nito ang enerhiya na ibinibigay sa conduction electron kapag lumalampas sa circuit. Sa bawat oras, na ginagawa ang susunod na pag-ikot ng umiikot na frame ng generator, ang electron ay nakakakuha ng enerhiya ayon sa numerong katumbas ng EMF. Ang karagdagang enerhiyang ito ay hindi lamang mailipat sa panahon ng banggaan ng mga atomo sa panlabas na kadena, ngunit mailalabas din sa anyo ng init ng Joule.
Lorentz force and magnets
Ang puwersang kumikilos sa kasalukuyang sa isang magnetic field ay tinutukoy ng sumusunod na formula: q|v||B|sin a (ang produkto ng magnetic field charge, ang velocity modules ng parehong particle, ang field induction vector at ang sine ng anggulo sa pagitan ng kanilang mga direksyon). Ang puwersa na kumikilos sa isang gumagalaw na unit charge sa isang magnetic field ay tinatawag na Lorentz force. Ang isang kawili-wiling katotohanan ay ang ika-3 batas ni Newton ay hindi wasto para sa puwersang ito. Sinusunod lamang nito ang batas ng konserbasyon ng momentum, kung kaya't ang lahat ng mga problema sa paghahanap ng puwersa ng Lorentz ay dapat na malutas batay dito. Alamin natin kung paanomatutukoy mo ang lakas ng magnetic field.
Mga problema at halimbawa ng mga solusyon
Upang mahanap ang puwersa na lumilitaw sa paligid ng isang konduktor na may kasalukuyang, kailangan mong malaman ang ilang dami: ang singil, bilis nito at ang halaga ng induction ng umuusbong na magnetic field. Tutulungan ka ng sumusunod na problema na maunawaan kung paano kalkulahin ang puwersa ng Lorentz.
Tukuyin ang puwersang kumikilos sa isang proton na gumagalaw sa bilis na 10 mm/s sa isang magnetic field na may induction na 0.2 C (ang anggulo sa pagitan ng mga ito ay 90o, dahil ang isang sisingilin na particle ay gumagalaw patayo sa mga linya ng induction). Ang solusyon ay bumaba sa paghahanap ng singil. Sa pagtingin sa talahanayan ng mga singil, nalaman namin na ang proton ay may singil na 1.610-19 Cl. Susunod, kinakalkula namin ang puwersa gamit ang formula: 1, 610-19100, 21 (ang sine ng tamang anggulo ay 1)=3, 2 10- 19 Newtons.
