Које су 3 сличности између магнета и електричне енергије?

Садржај

• 1 - долазе у две супротне врсте
• 2 - Њихова релативна снага у поређењу са другим снагама
• 3 - Електрицитет и магнетизам су две стране истог феномена
• Електрична и магнетна поља
• Па одакле заиста долази магнетизам?
• Постојеће жице за ношење стварају магнетно поље
• Али шта је са бар магнетима? Одакле потиче њихов магнетизам?
• Али чекај, има још!
• Сличности између магнетне силе и електричне силе
• Однос између електричне енергије и магнетизма

Електричне и магнетне силе су две силе које се налазе у природи. Иако се на први поглед могу чинити различитима, обоје потичу из поља која су повезана са набијеним честицама. Две силе имају три главне сличности, и требало би да сазнате више о томе како настају ове појаве.

1 - долазе у две супротне врсте

Наплата долази у позитивним (+) и негативним (-) варијантама. Основни носилац позитивног набоја је протон, а носилац негативног наелектрисања је електрон. Обоје имају набој величине е = 1.602 × 10^-19 Цоуломбс.

Супротности привлаче и воле одбојност; два позитивна набоја постављена једно поред другог ће одбитиили искусити силу која их раздваја. Исто важи за два негативна набоја. Међутим, позитиван и негативан набој ће привући један другог.

Привлачење између позитивних и негативних набоја оно је што тежи да већина предмета постане електрично неутрална. Будући да у универзуму постоји исти број позитивних као негативни набоји, а привлачне и одбојне силе дјелују онако како раде, набоји имају тенденцију да неутрализоватиили отказати једно друго.

Магнети, слично, имају северни и јужни пол. Два магнетна полна пола ће се одбијати, као и два магнетна јужна пола, али ће северни и јужни пол привући један другог.

Имајте на уму да још један феномен који сте вероватно познати, гравитација, није такав. Гравитација је привлачна сила између две масе. Постоји само један "тип" масе. Не долази у позитивним и негативним сортама попут електричне енергије и магнетизма. А ова једна врста масе је увек привлачна и није одбојна.

Постоји различита разлика између магнета и набоја, међутим, у томе што се магнети увек појављују као дипол. Односно, сваки магнет ће увек имати северни и јужни пол. Два пола се не могу раздвојити.

Електрични дипол се такође може створити постављањем позитивног и негативног набоја на мало удаљене раздаљине, али увек је могуће поново раздвојити те набоје. Ако замислите магнет са својим северним и јужним половима, а ви бисте покушали да га пресечете на пола да бисте направили засебни северни и јужни, уместо тога резултат би био два мања магнета, оба са својим северним и јужним половима.

2 - Њихова релативна снага у поређењу са другим снагама

Ако упоредимо електричну енергију и магнетизам са другим силама, видимо неке јасне разлике. Четири основне силе универзума су снажне, електромагнетне, слабе и гравитационе силе. (Имајте на уму да електричне и магнетне силе описују једна те иста реч - о томе детаљније у мало.)

Ако узмемо у обзир да снажна сила - сила која држи нуклеоне заједно у атому - има магнитуду 1, тада електрична енергија и магнетизам имају релативну магнитуду 1/137. Слаба сила - која је одговорна за бета распадање - има релативно 10^-6, а гравитациона сила има релативну магнитуду од 6 × 10^-39.

Добро сте прочитали. То није била погрешка. Гравитациона сила је изузетно мршава у поређењу са свим осталим. Ово може изгледати контратуктивно - уосталом, гравитација је сила која одржава планете у покрету и држи наше ноге на земљи! Али размислите шта се дешава када узмете клип са магнетом или ткиво са статичким електрицитетом.

Сила која вуче један мали магнет или статички набијен предмет може супротставити гравитациону силу целе Земље која се повлачи на спајалицу или ткиво! Сматрамо да је гравитација толико снажнија, не зато што је, већ зато што имамо гравитациону силу целог глобуса који делује на нас у сваком тренутку док, због своје бинарне природе, набоји и магнети се често распоређују тако да буду неутрализован.

3 - Електрицитет и магнетизам су две стране истог феномена

Ако поближе погледамо и заиста упоредимо електричну енергију и магнетизам, видећемо да су на темељном нивоу два аспекта исте појаве зване електромагнетизам. Пре него што у потпуности опишемо овај феномен, дозволимо дубље разумевање укључених концепата.

Електрична и магнетна поља

Шта је поље? Понекад је корисно размислити о нечему што се чини познатијим. Гравитација, попут електричне енергије и магнетизма, такође је сила која ствара поље. Замислите регион простора око Земље.

Свака дана маса у свемиру осетиће силу која зависи од величине њене масе и њене удаљености од Земље. Стога замислимо да простор око Земље садржи поље, тј. вредност додељена свакој тачки у простору која даје одређену индикацију колико је релативно велика иу ком правцу би била одговарајућа сила. Јачина гравитацијског поља на даљину р од масе М, на пример, дата је формула:

Е = {ГМ горе {1пт} р ^ 2}

Где Г је универзална гравитациона константа 6.67408 × 10^-11 м³/ (кг²). Правац повезан са овим пољем у било којој тачки био би јединични вектор који показује према центру Земље.

Електрична поља раде на исти начин. Величина електричног поља на даљину р од пункта к се даје формулом:

Е = {кк горе {1пт} р ^ 2}

Где к је Кулонова константа 8,99 × 10⁹ Нм²/ Ц². Правац овог поља у било којој тачки је према наелектрисању к ако к је негативан и даље од наплате к ако к је позитивно.

Имајте на уму да се та поља покоре обрнутом закону квадрата, тако да ако се помакнете двоструко даље, поље постаје јако за четвртину. Да бисмо пронашли електрично поље генерисано са више тачака наелектрисања или непрекидном расподјелом набоја, једноставно бисмо пронашли суперпозицију или извели интеграцију дистрибуције.

Магнетна поља су мало замршенија јер магнети увек долазе као диполи. Величина магнетног поља често је представљена словом Б, а тачна формула за то зависи од ситуације.

Па одакле заиста долази магнетизам?

Веза између електричне енергије и магнетизма није била очигледна научницима све док неколико векова након почетних открића сваког од њих. Неки кључни експерименти који истражују интеракцију између два феномена на крају су довели до разумевања које данас имамо.

Постојеће жице за ношење стварају магнетно поље

Почетком 1800-тих научници су први открили да се игла магнетног компаса може одбити ако се држи у близини жице која носи струју. Испада да жица која носи струју ствара магнетно поље. То магнетно поље је растојање р од бесконачно дуге жице која носи струју Ја се даје формулом:

Б = { му_0 И горе {1пт} 2 пи р}

Где μ₀ је пропусност вакуума 4_π_ × 10^-7 Н / А². Правац овом пољу је дат од стране правило десне руке - усмјерите палац десне руке у правцу струје, а затим прсте обавите око жице у круг који показује смер магнетног поља.

Ово откриће је довело до стварања електромагнета. Замислите да узмете струјну носиву жицу и умотате је у завојницу. Правац резултујућег магнетног поља ће изгледати као диполно поље бар-магнета!

••• пикабаи

Али шта је са бар магнетима? Одакле потиче њихов магнетизам?

Магнетизам у магнету бар настаје кретањем електрона у атомима који га чине. Помични набој у сваком атому ствара мало магнетно поље. У већини материјала, ова поља су оријентисана на било који начин, што не резултира значајним нето магнетизмом. Али у одређеним материјалима, као што је гвожђе, састав материјала омогућава да се та поља поравнају.

Дакле, магнетизам је заиста манифестација електричне енергије!

Али чекај, има још!

Испада да магнетизам не само да произлази из електричне енергије, већ се може добити и магнетизам. То откриће учинио је Мицхаел Фарадаи. Убрзо након открића да су струја и магнетизам повезани, Фарадаи је пронашао начин да генерише струју у завојници жице мењајући магнетно поље које пролази кроз центар завојнице.

Фарадаиев закон каже да ће струја индукована у завојници тећи у правцу који се супротставља промени која ју је изазвала. Под тим се подразумева да ће индукована струја тећи у правцу који ствара магнетно поље које се супротставља променљивом магнетном пољу које је проузроковало. У суштини, индукована струја једноставно покушава да супротстави било каквим променама поља.

Дакле, ако спољно магнетно поље буде усмерено на завојницу и затим се повећа по јачини, струја ће тећи у таквом смеру да би створила магнетно поље усмерено према петљи како би се супротставило овој промени. Ако је спољно магнетно поље усмјерено у завојницу и опада, тада ће струја тећи у таквом правцу да би се створило магнетно поље које такође указује на завојницу како би се спречило промена.

Фарадаиево откриће довело је до технологије која стоји иза данашњих произвођача електричне енергије. Да би се произвела електрична енергија, мора постојати начин за промену магнетног поља која пролази кроз завојницу жице. Можете замислити окретање жичане завојнице у присуству јаког магнетног поља како би се ова промена извршила. То се често врши механичким средствима, као што је на пример покретање турбине ветром или текућом водом.

••• пикабаи

Сличности између магнетне силе и електричне силе

Сличности између магнетне и електричне силе су многе. Обје силе дјелују на оптужбе и имају своје поријекло у истој појави. Обе силе имају упоредне снаге, као што је горе описано.

Електрична сила на пуњење к због поља Е даје:

вец {Ф} = к вец {Е}

Магнетна сила на пуњење к крећући се брзином в због поља Б даје закон Лорентз-ове силе:

вец {Ф} = к вец {в} пута вец {Б}

Друга формулација овог односа је:

вец {Ф} = вец {И} Л пута вец {Б}

Где Ја је струја и Л дужина жице или проводне стазе у пољу.

Поред многих сличности између магнетне и електричне силе, постоје и неке различите разлике. Имајте на уму да магнетна сила неће утицати на стационарни набој (ако је в = 0, онда је Ф = 0) или набој који се креће паралелно са правцем поља (што резултира у унакрсном производу од 0), а у ствари на степен до кога делује магнетна сила у зависности од угла између брзине и поља.

Однос између електричне енергије и магнетизма

Јамес Цлерк Маквелл извео је скуп од четири једначине који математички резимирају однос између електричне енергије и магнетизма. Ове једначине су следеће:

триангледовн цдот вец {Е} = дфрац { рхо} { епсилон_0} {} троуглавовн цдот вец {Б} = 0 {} троуглавовн тимес вец {Е} = - дфрац { парцијални вец {Б}} { парцијални т} {} трокраки град времена вец {Б} = му_0 вец {Ј} + му_0 епсилон_0 дфрац { делими вец {Е}} { делимично т}

Све раније разматране појаве могу се описати помоћу ове четири једначине. Али још је занимљивије да је након њиховог изношења нађено решење ових једначина које нису изгледале у складу са оним што је раније било познато. Ово решење описује саморегулирајући електромагнетни талас. Али када је изведена брзина овог таласа, утврђено је да буде:

дфрац {1} { скрт { епсилон_0 му_0}} = 299.792.485 м / с

Ово је брзина светлости!

Који је значај овог? Па, испоставило се да је светлост, појава коју су научници истраживали својства већ дуже време, заправо електромагнетни феномен. То је разлог зашто данас то видите електромагнетно зрачење.

••• пикабаи