משמעות אלקטרומגנטיות (מהו, מושג והגדרה)

מהי אלקטרומגנטיות:

אלקטרומגנטיות היא חקר המטענים והאינטראקציה בין חשמל ומגנטיות. חשמל ומגנטיות הם היבטים של תופעה פיזיקלית אחת הקשורה קשר הדוק על ידי תנועתם ומשיכתם של מטענים בחומר.

ענף הפיזיקה החוקר את האינטראקציה בין תופעות חשמליות ומגנטיות מכונה גם אלקטרומגנטיות.

המילה "חשמל" הוצעה על ידי האנגלי ויליאם גילברט (1544-1603) מהיוונית אלקטרונים (סוג של ענבר שמושך אליו חפצים כאשר משפשפים אותם עם חומרים שונים). מצד שני, "מגנטיות" כנראה נבעה מאזור טורקי עם משקעים של מגנטיט ממוגנט (מגנזיה), שם התגורר שבט יווני קדום המכונה המגנטים.

עם זאת, עד 1820 הצליח האנס כריסטיאן אורסטד (1777-1851) להדגים את השפעתו של זרם חשמלי על התנהגות המצפן, וכך נולד חקר האלקטרומגנטיות.

יסודות אלקטרומגנטיות

מגנטים וחשמל תמיד היו מוקסם לאנושות. הגישה הראשונית שלו עשתה קורסים שונים שהגיעו לנקודת מפגש בסוף המאה ה -19. כדי להבין במה מדובר באלקטרומגנטיות, בואו נסקור כמה מושגים בסיסיים.

מטען חשמלי

מטען חשמלי הוא תכונה בסיסית של החלקיקים המרכיבים את החומר. הבסיס של כל המטענים החשמליים שוכן במבנה האטומי. האטום מרכז פרוטונים חיוביים בגרעין, ואלקטרונים שליליים נעים סביב הגרעין. כאשר מספר האלקטרונים והפרוטונים שווה, יש לנו אטום עם מטען ניטרלי. כאשר האטום צובר אלקטרון הוא נשאר עם מטען שלילי (אניון), וכאשר הוא מאבד אלקטרון הוא נשאר עם מטען חיובי (קטיון).

ואז זה נחשב המטען של האלקטרון כיחידה הבסיסית או הקוואנטה של ​​המטען החשמלי. זה שווה ערך ל- 1.60 x 10 ^-19 קולומב (C), שהיא יחידת המדידה למטענים, לכבוד הפיזיקאי הצרפתי שארל אוגוסטין דה קולומב.

שדה חשמלי ושדה מגנטי

א שדה חשמלי זהו שדה כוח המקיף מטען או חלקיק טעון. כלומר, חלקיק טעון משפיע או מפעיל כוח על חלקיק טעון אחר שנמצא בסביבה. השדה החשמלי הוא כמות וקטורית המיוצגת על ידי האות AND שהיחידות שלהן וולט למטר (V / m) או ניוטון לכל קולומב (N / C).

מצד שני, ה שדה מגנטי זה קורה כאשר יש זרימה או תנועה של מטענים (זרם חשמלי). אנו יכולים לומר כי זהו האזור בו פועלים הכוחות המגנטיים. לפיכך, שדה חשמלי מקיף כל חלקיק טעון, ותנועת החלקיק הטעון יוצרת שדה מגנטי.

כל אלקטרון נע מייצר שדה מגנטי זעיר באטום. עבור רוב החומרים, אלקטרונים נעים לכיוונים שונים כך שהשדות המגנטיים מתבטלים. בחלק מהאלמנטים, כמו ברזל, ניקל וקובלט, האלקטרונים נעים בכיוון מועדף ומייצרים שדה מגנטי נטו. חומרים מסוג זה נקראים פרומגנטית.

מגנטים ואלקטרומגנטים

א מַגנֵט זו תוצאה של יישור קבוע של השדות המגנטיים של האטומים בחתיכת ברזל. בחתיכת ברזל רגילה (או חומר פרומגנטי אחר) השדות המגנטיים מכוונים באופן אקראי, כך שהוא אינו פועל כמו מגנט. המאפיין העיקרי של מגנטים הוא שיש להם שני קטבים: צפון ודרום.

א אלקטרומגנט הוא מורכב מחתיכת ברזל בתוך סליל חוט שדרכו ניתן להעביר זרם. כאשר הזרם דולק, השדות המגנטיים מכל אטום המרכיב את פיסת הברזל מתיישרים עם השדה המגנטי המיוצר על ידי הזרם בסליל התיל, מה שמגדיל את הכוח המגנטי.

השראות אלקטרומגנטית

אינדוקציה אלקטרומגנטית, שהתגלתה על ידי ג'וזף הנרי (1797-1878) ומייקל פאראדיי (1791-1867), היא ייצור חשמל באמצעות שדה מגנטי נע. על ידי העברת שדה מגנטי דרך סליל חוט או חומר מוליך אחר, זרימת מטען או זרם נגרמת כאשר המעגל סגור.

אינדוקציה אלקטרומגנטית היא הבסיס של גנרטורים ולמעשה של כל הכוח החשמלי המיוצר בעולם.

יישומים של אלקטרומגנטיות

אלקטרומגנטיות היא הבסיס להפעלת מכשירים חשמליים ואלקטרוניים בהם אנו משתמשים מדי יום.

מיקרופונים

למיקרופונים קרום דק שרוטט בתגובה לצליל. אל הממברנה מחובר סליל חוט שהוא חלק ממגנט ונע לצד הקרום. תנועת הסליל דרך השדה המגנטי ממירה גלי קול לזרם חשמלי המועבר לרמקול ומוגבר.

גנרטורים

גנרטורים משתמשים באנרגיה מכנית כדי לייצר אנרגיה חשמלית. אנרגיה מכנית יכולה להגיע מאדי מים, שנוצרו על ידי שריפת דלקים מאובנים, או מנפילת מים במפעלים הידרואלקטריים.

מנוע חשמלי

מנוע משתמש באנרגיה חשמלית כדי לייצר אנרגיה מכנית. מנועי אינדוקציה משתמשים בזרם חילופין להמרת אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית. אלה המנועים המשמשים בדרך כלל למכשירי חשמל ביתיים, כגון מאווררים, מייבשים, מכונות כביסה ומערבלים.

מנוע אינדוקציה מורכב מחלק מסתובב (רוטור) וחלק נייח (סטטור). ה רוטור זהו גליל ברזל עם חריצים שלאורכו מחוברים כמה סנפירים או מוטות נחושת. הרוטור סגור במיכל סלילים או סיבובים של חוט מוליך דרכו מועבר זרם חילופין והופך לאלקטרומגנטים.

מעבר זרם חילופין דרך הסלילים מייצר שדה מגנטי שבתורו גורם לזרם ושדה מגנטי ברוטור. האינטראקציה של שדות מגנטיים בסטטור וברוטור גורמת לפיתול ברוטור המאפשר לבצע עבודה.

מגלב: רכבות שמרחפות

רכבות מורמות מגנטיות משתמשות באלקטרומגנטיות כדי להרים, להנחות ולהניע את עצמן על מסילה מיוחדת. יפן וגרמניה הן חלוצות השימוש ברכבות אלו כאמצעי תחבורה. ישנן שתי טכנולוגיות: מתלים אלקטרומגנטיים ומתלים אלקטרודינמיים.

ה מתלה אלקטרומגנטי הוא מבוסס על הכוחות האטרקטיביים בין אלקטרומגנטים חזקים בבסיס הרכבת ומסילת הרכבת. הכוח המגנטי מותאם כך שהרכבת תישאר תלויה מעל המסילה, ואילו היא מונעת על ידי שדה מגנטי הנע קדימה על ידי אינטראקציה של מגנטים רוחביים ברכבת.

ה מתלה אלקטרודינמי הוא מבוסס על כוח הדחייה בין מגנטים ברכבת לבין שדה מגנטי המושרה על מסילת הרכבת. סוג זה של רכבת זקוק לגלגלים כדי שיוכלו להגיע למהירות קריטית, בדומה למטוסים כאשר הם עומדים להמריא.

אבחון רפואי

הדמיית תהודה מגנטית היא אחת הטכנולוגיות בעלות ההשפעה הגדולה ביותר ברפואה המודרנית. הוא מבוסס על ההשפעה של שדות מגנטיים חזקים על גרעיני המימן של מי הגוף.

תופעות אלקטרומגנטיות

רבות מהתופעות האלקטרומגנטיות המוכרות לנו הן תוצאה של השדה המגנטי של כדור הארץ. שדה זה נוצר על ידי זרמים חשמליים בתוך כדור הארץ. כדור הארץ דומה אז לסרגל מגנטי גדול בתוכו, כאשר הקוטב הצפוני המגנטי נמצא בקוטב הדרומי הגיאוגרפי והקוטב הדרומי המגנטי מתאים לקוטב הצפוני הגיאוגרפי.

התמצאות מרחבית

המצפן הוא כלי שמתוארך לכ- 200 שנה לפני ישו. הוא מבוסס על כיוון מחט מתכת ממוגנטת לכיוון הצפון הגיאוגרפי.

כמה בעלי חיים ויצורים חיים אחרים יכולים לזהות את השדה המגנטי של כדור הארץ וכך להתמצא בחלל. אחת מאסטרטגיות המיקוד היא באמצעות תאים או איברים מיוחדים המכילים גבישי מגנטיט, מינרל תחמוצת ברזל השומר על שדה מגנטי קבוע.

ההילות הצפוניות והדרומיות

ה השדה המגנטי של כדור הארץ זה עובד כמחסום מגן מפני הפצצה של חלקיקים מיוננים באנרגיה גבוהה הבוקעים מהשמש (הידועה יותר בשם רוח השמש). אלה מופנים לאזורי הקוטב, אטומים ומולקולות מרגשים באטמוספירה. האורות האופייניים של ההילות (בוריאליות בחצי הכדור הצפוני ואוסטרליה בחצי הכדור הדרומי) הם תוצר של הבהרת האנרגיה כאשר האלקטרונים הנרגשים חוזרים למצבם הבסיסי.

מקסוול ותורת האלקטרומגנטיות

ג'יימס פקיד מקסוול הסיק בין השנים 1864 - 1873 את המשוואות המתמטיות המסבירות את אופי השדות המגנטיים והחשמליים. באופן זה, המשוואות של מקסוול סיפקו הסבר על תכונות החשמל והמגנטיות. באופן ספציפי, משוואות אלה מראות:

• איך מטען חשמלי מייצר שדה חשמלי,
• כיצד זרמים מייצרים שדות מגנטיים, ו
• כיצד שינוי שדה מגנטי מייצר שדה חשמלי.

משוואות הגל של מקסוול שימשו גם להראות כי שינוי שדה חשמלי יוצר גל אלקטרומגנטי המתפשט בעצמו עם רכיבים חשמליים ומגנטיים. עבודתו של מקסוול איחדה את האזורים הנפרדים לכאורה בפיזיקה של חשמל, מגנטיות ואור.

• חַשְׁמַל.
• מַגנֶטִיוּת.
• גוּפָנִי.
• ענפי פיזיקה.