Что относится к электромагнитным явлениям
Что относится к электромагнитным явлениям
10.1. Прохождение тока по твёрдому, жидкому или газообразному проводнику всегда сопровождается появлением магнитного поля. Его силовые линии – замкнутые кривые, охватывающие проводник.
10.2. Направление силовой линии магнитного поля – в сторону, куда указывает северный конец маленькой магнитной стрелки, помещённой в изучаемую точку поля. При изменении направления тока в проводнике направление силовых линий меняется на противоположное.
10.3. Электромагниты – проводники, скрученные в виде спиралей или катушек, внутри которых имеется сердечник из железа или стали. Электромагниты (их также называют катушками индуктивности) способны запасать и возвращать в цепь электрическую энергию путём её преобразования в энергию магнитного поля и наоборот.
10.4. Постоянные магниты – ненаэлектризованные тела, способные притягивать предметы из железа, стали и некоторых других материалов и длительное время сохраняющие это свойство.
10.5. Полюс магнита – место на поверхности магнита, где магнитное поле является наиболее сильным. Силовые линии поля постоянного магнита являются замкнутыми. Они выходят из его северного полюса и входят в южный, замыкаясь внутри магнита.
10.6. Земля, а также некоторые другие небесные тела являются постоянными магнитами, то есть имеют магнитное поле.
10.7. Магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицыи, как следствие, на проводники с током. На этом явлении основано действие электроизмерительных приборов и электродвигателей.
10.8. Электрические двигатели вне зависимости от их конструкции имеют вращающуюся часть (ротор) и неподвижную часть (статор). В зависимости от назначения в них размещают электромагниты или постоянные магниты, а также коллектор – устройство для регулирования поступления тока в нужные моменты во время каждого оборота ротора.
10.9. Электромагнитная индукция – явление возникновения тока в проводнике, движущемся в магнитном поле или в неподвижном проводнике, находящемся в движущемся (изменяющемся) магнитном поле.
10.10. Наибольшее применение в быту и промышленности государств Европы получил переменный индукционный ток, изменяющий свое направление 100 раз в секунду, то есть с частотой 50 Гц.
10.11. Электрический трансформатор – прибор, служащий для преобразования переменного тока одного напряжения в ток другого напряжения. Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.
10.12. Для передачи электроэнергии на расстояние используют повышающие трансформаторы, высоковольтные линии электропередачи и понижающие трансформаторы.
10.13. Для приведения в движение мощных станков и установок используют двигатели, работающие на трёхфазном переменном токе.Их преимущества: простота конструкции, высокая надёжность и мощность.
Электромагнитные явления. Таблицы и схемы.
Конспект по теме «Электромагнитные явления». Следующая тема: Колебательные и волновые явления
Электромагнитные явления
Что такое электромагнитные явления в физике
Впервые электромагнитными явлениями заинтересовался Фарадей. С того времени электромагнетизм в естествознании и физике изучается достаточно долго. Однако принципы взаимодействия электролитов и электромагнитного поля начали исследовать сравнительно недавно ученые астрофизики. По их предположению, вся масса космической материи состоит из высокоионизированного газа, то есть плазмы. С помощью научных исследований удалось получить большое количество знаний, относительно электромагнитной динамики.
Электромагнетизм является разделом физики, изучающим электромагнитные силы, возникающие между электрически заряженными частицами.
Роль электромагнетизма в физике космоса сложно переоценить. Это связано с наличием массы магнитных полей, которые оказывают влияние на движение зарядов. В определенных обстоятельствах сила электромагнетизма превосходит силу гравитации. В XIX веке был создан телеграф, как пример применения электромагнетизма для передачи информации на расстояние. Телеграфия основана на том, что любые данные в виде цифр или букв перемещаются с помощью закодированных знаков.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Со временем в процессе изучения электромагнитных явлений в природе ученые определили ряд закономерностей, которые являются их характеристиками и отличаются от закономерностей, описывающих механику. В электронике электромагнетизм описывают по средствам сложных взаимодействий величин, определяемых временем и координатами в пространстве. Изучая непростые электронные устройства, ученые сталкиваются с обширными описаниями.
Электромагнетизм исследуют не автономно. В процессе изучения явлений ученые сделали вывод о том, что они связаны с механикой. На основании комплексных исследований была сформулирована теория относительности, где четырехмерное пространство со временем было представлено в виде единого многообразия, а время и пространство разделялись условно. Важным свойством, характерным для электромагнитных явлений, является изменение параметров образцов, начиная от полностью ферромагнитных и заканчивая вовсе немагнитными.
Исследования в области электромагнетизма продолжаются в настоящее время. Сформировать корректное материалистическое понимание явлений можно на основании отечественной литературы по физике. Изучение электромагнетизма позволило ученым определить, что пространство, которое окружает проводник с электрическим током, представлено в виде магнитного поля. Таким образом, при наличии электрического тока обязательно возникнет магнитное поле.
Развитие электромагнитной теории связано с исследованиями Фарадея и Максвелла. Ученым удалось сформулировать основополагающие понятия в этой области. Фарадей открыл электромагнитную индукцию, что позволило Максвеллу выдвинуть теорию электромагнитного поля. Исследования заключались в проведении опытов с магнитной стрелкой, которую помещали около заряженного проводника.
В результате экспериментов был сделан вывод о воздействии на магнитную стрелку особого состояния окружающей среды, а не конкретно движущихся по проводнику зарядов. С помощью данных наблюдений было введено понятие магнитного поля, которое состоит из магнитных линий, пронизывающих окружающее пространство и способных индуцировать электрический ток.
Какие есть виды, основные термины и формулы
Электрический заряд представляет собой величину, с помощью которой характеризуют свойство частиц взаимодействовать электромагнитным способом.
Виды электрических зарядов:
Известно, что ядро атома включает в состав нейтроны и протоны. Около него вращаются электроны. Атом может трансформироваться в ион в том случае, когда отдает или принимает один, либо несколько электронов.
Электризация — является процессом, при котором приобретается заряд в результате взаимодействия с микроскопическим телом.
Электризация может быть реализована двумя способами:
Электрическое поле представляет собой форму материи, которая образуется в зоне действия зарядов или тел и действует на иные заряженные частицы.
Основными законами электростатики являются:
Закон Кулона для неподвижных зарядов:
Закон сохранения заряда в замкнутой системе:
Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц.
Некоторые условия, при которых существует электрический ток:
Характер действия электрического поля может проявляться по-разному:
Формированию электрического поля способствуют источники тока, которые функционируют по средствам разделения зарядов. Процесс обеспечен трансформацией других видов энергии в энергию электрического поля.
Характеристики электрической цепи:
Закон Ома для участка электрической цепи записывают, таким образом:
Способы подключения компонентов электроцепи:
В том случае, когда элементы электрической цепи подключены последовательно, справедливы следующие выражения:
Если компоненты электроцепи соединены параллельно, то в этом случае применимы следующие формулы:
Формула для определения работы электрического тока имеет вид:
Мощность электрического тока можно рассчитать по формуле:
Когда электрический заряд перемещается по проводнику, выделяется тепло. Его количество можно вычислить с помощью уравнения:
Среды, в которых может возникать электрический ток:
Магнитное поле представляет собой особую форму материи, образованную около движущихся заряженных частиц и воздействующую на заряды, которые перемещаются в данном поле.
Магнитное поле характеризуется линиями. Это условные линии, по которым становятся оси магнитных стрелок, после помещения их в магнитное поле.
Что было доказано электромагнитными явлениями
При исследовании электромагнетизма было выявлено существование магнитного поля около электрического тока. Данные понятия являются неотделимыми друг от друга. Теория электромагнитного поля Максвелла свидетельствует об образовании вихревого электрического поля в проводниках и в вакууме при изменении магнитного поля. Эта идея позволила открыть новый этап развития физики. Согласно теории Максвелла, весь мир является электродинамической системой, которая включает в себя заряды, взаимодействующие между собой с помощью электромагнитного поля.
Когда электрические заряды перемещаются, генерируется магнитная сила. Электромагнитная сила представляет собой соединение магнитной и электрической сил. Электрические силы можно наблюдать при условии движения или покоя зарядов. С другой стороны, магнитные силы возникают только в том случае, когда заряды перемещаются. Четыре уравнения Максвелла описывают поведение зарядов и электромагнитных сил. Данные закономерности в дальнейшем стали использовать, как основные уравнения классической электродинамики. Уравнения Максвелла позволили сформулировать закон Кулона, аналогично закону всемирного тяготения Ньютона.
Закон всемирного тяготения Ньютона:
Исходя из закона Кулона, можно сделать следующие выводы:
Открытие электромагнитных явлений позволило научному сообществу полностью изменить представление о материи.
Интересные факты применения электромагнитных явлений
Записи, которые сохранились с древних времен, свидетельствуют о лечении императора Нерона электрованнами, что позволяло ему избавиться от ревматизма. Принцип такой методики заключался в заполнении деревянной кадки водой и помещении в нее электрических скатов. Погружаясь в подготовленный резервуар, человек испытывал на себе действие электрического тока.
Еще одним интересным фактом применения электромагнетизма в жизни является создание электроняни в Швейцарии. Смысл изобретения заключался в подкладывании под детскую пеленку металлической сетки, дополненной низковольтным источником тока и электрическим звонком. При намокании пеленки механическое устройство срабатывало, раздавался характерный звук, оповещающий родителей о необходимости сменить пеленку.
В морозных регионах существует проблема, связанная со сливанием нефтепродуктов. Дело в том, что при низких температурах вязкость материала увеличивается. Ученым удалось разработать технологию электроиндукционного нагрева резервуаров, благодаря которой снижаются затраты энергии.
Электромагнитные явления
Понятие электромагнитных явлений является совсем не новым. Если верить книгам, то электромагнитные явления начали активно исследовать и изучать еще со времен Фарадея. Конечно, с тех пор многое изменилось. К примеру, такой важный нюанс, как взаимодействие электропроводных жидкостей и электромагнитного поля, начали изучать лишь недавно. Явление изучают всего несколько лет. Что же стало причиной изучения данного явления? Главным толчком, скорее всего, стала астрофизика. Дело в том, что уже на протяжении нескольких десятилетий ученые пытались доказать, что основная часть природной материи находится в состоянии высокоионизированного газа или плазмы. Такое предположение активно изучалось. Астрофизические исследования помогли получить важные сведения и сделать открытия, которые и повлияли на дальнейший ход событий. Чтобы разобраться, что же такое магнитные явления и в чем их особенность, нужно хорошо знать астрофизику. Дело в том, что в этой науке очень важная роль отводится именно электромагнитным явлениям. Магнитные поля существуют в космосе и прямо воздействуют на заряженные частицы, а именно на их движение. Первые сведения об электромагнитных явлениях появились в девятнадцатом веке. Они применялись для передачи информации. Суть такой телеграфии была очень простой. Создавались сообщение из цифр и букв, оно передавалось при помощи набора знаков.
Электромагнитные явления определяются закономерностями. Они существенно отличаются от механической. В электронных устройствах электромагнитные явления характеризуются несложными взаимоотношениями и отличаются конкретными величинами. Эти величины зависят от ряда параметров, а точнее, координат в пространстве и времени. Правда, стоит отметить, что такое определение является слишком обширным. Более точно изучить явление удается при помощи электронных устройств.
Электромагнитные явления никогда не считались автономным процессом или явлением. Именно поэтому их всегда изучали и исследовали в комплексе с другими физическими и природными процессами. Именно активное изучение механических и электромагнитных явлений со временем привело к появлению известной даже школьникам теории относительности. Теория буквально перевернула мир науки. Это и, так называемое, четырехмерное пространство, и время были представлены единым многообразием, а его разделение на отдельные категории пространства и времени всегда считалось достаточно условным понятием. Одна из ключевых особенностей электромагнитных явлений в системе характеризуется изменением характеристик и качеств заготовок в процессе перехода от одной заготовки к другой. Ученые утверждают, что первичные заготовки со временем были полностью ферримагнитными, далее процесс кардинально изменился и остальные заготовки уже были или частично ферримагнитными, либо же вовсе немагнитными. Если рассмотреть электромагнитные явления примеры, то можно найти много подтверждений этому важному тезису.
Изучение электромагнитных явлений – процесс длительный и непростой. Им занималось огромное количество ученых во всем мире. Процесс требовал постоянного труда, напряженного мышления и воображения. Но результат того стоил. Многие электромагнитные явления формулы позволили совсем по-другому взглянуть на природные явления и физические процессы. Для того, чтобы выработать грамотное материалистичное понимание процессов, которые связаны с электромагнитными явлениями, нужно было в постоянном режиме использовать советской литературу по физике. В этих книгах можно было найти немало нужной и полезной информации даже для современных ученых и исследователей.
В процессе активного изучения учеными электромагнитных явлений было определено, что электрический ток и магнитное поле всегда идут вместе, существовать отдельно они просто не могут. В развитие теории электромагнитных явлений, если верить книгам, наибольший вклад внесли такие ученые, как Максвелл и Фарадей. Многие первые исследования электромагнитных явлений, которые и положили начало дальнейшим исследованиям, принадлежат именно этим двум физикам. Кто знает, как бы развернулись события, если бы они не начали изучать электромагнитные явления в свое время? Только после того как Максвелл создал теорию электромагнитного поля другие ученые начали говорить о том, чтобы создать электромагнитную мировую картину, которую бы использовали во всем мире, которая всем была бы понятна. Ученому удалось практически в одиночку разработать действительно сложнейшую теорию электромагнитного поля на основе электромагнитной индукции. Он был не просто теоретиком, а проводил успешные практические эксперименты с магнитной стрелкой и со временем пришел к совершенно правильному выводу, что ее вращение обусловлено не зарядами, а состоянием окружающей среды. После этого открытия ученый вводит понятие поля. Эти понятия до сих пор активно используются современными учеными. Теория электромагнитного поля, что была создана Максвеллом стала новым этапом в развитии физической науки, которая существенно повлияла на развитие современной физики.
Электрические силы по многим характеристикам отличаются от магнитных. Прежде всего, первые – соотносятся, как с движущими, так и с покоящими зарядами, а вторые – только с движущими. Ученые утверждают, что в этом и представляется их основное отличие. Различные варианты зарядов, а также сил детально описаны в работах Максвелла, что стали в будущем основной классической электродинамики. Их активно используют и современные физики. Эти уравнения положили начало закону Кулона, который практически идентичен закону всемирного тяготения Ньютона. Закон Кулона выглядит следующим образом:
В то время, как закон всемирного тяготения Ньютона выглядит следующим образом:
Также закон Ньютона, который хорошо знаком всем современным школьникам, утверждает: магнитные силовые линии являются непрерывными, не имеют начала и конца. Активное изучение электромагнитных явлений кардинально повлияло на дальнейшее изучение материи, а также на представление о ней. Существует два вида электрических зарядов:
Атом состоит из ядра, который, в свою очередь, состоит из нейтронов, электронов и протонов. Если же атом отдает или получает электроны, он автоматически превращается в ион. На данный момент существует всего пара вариантов электризации: при помощи трения; а также при помощи влияния.
По поводу применения электромагнитных явлений есть немало интересных фактов. Сохранились старинные записи, в которых содержатся прямые доказательства того, что еще в древнейшие времена активно использовали знания об электромагнитных явлениях. К примеру, императора Нерона, который страдал от тяжелой формы ревматизма, еще тогда лечили электрованнами. Согласитесь, что даже сейчас такой метод есть далеко не в каждой клинике. В те времена такой метод лечения считался более чем инновационным. В чем же его суть и как проводили процедуру древние целители? В деревянную емкость с водой были помещены электрически скаты. Больной человек ложился в такую ванную и подвергался действию электрических полей и зарядов. Результат лечения можно было увидеть достаточно быстро. Подобные методы лечения есть и в наше время. К примеру, в Швейцарии в прошлом столетии была изобретена электрическая няня. Это недешевое, но очень полезное изобретение, которое оценили многие родители. Под детские пеленки или матрасики подкладывались специальные изолированные металлические сети, они разделялись между собой сухой подкладкой. Когда ребенок делал свои дела и подкладка становилась мокрой, цепь замыкалась, и тут срабатывал звонок. Это давало возможность родителям вовремя прибежать на помощь младенцу. Матери и отцы сразу знали, когда нужно заменить пеленку своему ребенку. Электромагнитные явления активно применялись в местности, где большую часть года – холода и морозы. В таких регионах существовала достаточно серьезная проблема со сливом нефтепродуктов. Она возникала из-за того, что при низких температурах увеличивалась вязкость нефтепродуктов. Чтобы решить эту проблему, ученые разработали технологию электроиндукционного нагрева емкостей, что дало возможность в разы сократить энергозатраты. Такая технология оказалась очень эффективной, и помогла быстро справиться с неприятной проблемой. При помощи электромагнитных явлений можно было определить даже отпечатки пальцев конкретного человека, который держал в руках гильзы. Для этого нужно было поместить гильзу в электрическое поле в виде электрода, на него в вакууме напылялась специальная металлическая пленка, на ней проявлялись отпечатки пальцев. Таким образом, процесс идентификации человека становился очень быстрым и простым.
Магнетизм и электричество
Первое практическое применение магнит нашёл в виде кусочка намагниченной стали, плавающего на пробке в воде или масле. В этом случае одним концом магнит всегда указывает на север, а другим — на юг. Это был первый компас, применённый мореплавателями.
Так же давно, за несколько веков до нашей эры, людям было известно, что смолистое вещество — янтарь, если его натереть шерстью, получает на некоторое время способность притягивать лёгкие предметы: обрывки бумаги, кусочки нитки, пушинки. Это явление было названо электрическим («электрон» — по-гречески означает «янтарь»). Позднее было замечено, что наэлектризовываться трением может не только янтарь, но и другие вещества: стекло, сургучная палочка и др.
Долгое время люди не видели никакой связи между двумя необычными явлениями природы — магнетизмом и электричеством. Общим казался лишь внешний признак — свойство притягивать: магнит притягивал железо, а натёртая шерстью стеклянная палочка — кусочки бумаги. Правда, магнит действовал постоянно, а наэлектризованный предмет терял свои свойства через некоторое время, но и то и другое «притягивало».
Но вот, в конце XVII века было замечено, что молния — явление электрическое, — ударившая вблизи стальных предметов, может их намагнитить. Так, например, однажды стальные ножи, лежавшие в деревянном ящике, оказались, к несказанному удивлению хозяина, намагниченными после того, как молния попала в ящик и разбила его.
Со временем похожих случаев наблюдалось всё больше и больше. Однако это ещё не давало основания думать, что между электричеством и магнетизмом существует прочная связь. Такая связь была установлена лишь около 180 лет назад. Тогда было замечено, что магнитная стрелка компаса отклоняется, как только рядом с ней располагался проводник, по которому протекал электрический ток.
Почти в то же время учёные обнаружили другое, не менее поразительное явление. Оказалось, что проволока, по которой протекает электрический ток, в состоянии притягивать к себе мелкие железные опилки. Стояло, однако, прекратить ток в проволоке, как опилки немедленно осыпались, и проводник терял свои магнитные свойства.
Наконец, было обнаружено и ещё одно свойство электрического тока, окончательно утвердившее связь между электричеством и магнетизмом. Оказалось, что стальная игла, помещённая в середину проволочной катушки, через которую проходит электрический ток (такая катушка называется соленоидом), намагничивается так же, как будто её натёрли естественным магнитом.
Электромагниты и их использование
Из опыта со стальной иглой и родился электромагнит. Помещая в середину проволочной катушки вместо иглы стержень из мягкого железа, учёные убедились, что при пропускании тока через катушку железо приобретает свойство магнита, а после прекращения тока теряет это свойство. При этом было замечено, что чем больше витков проволоки в соленоиде, тем сильнее электромагнит.
Под влиянием движущегося магнита в проволочной катушке возникает электрический ток
Принцип действия электромагнитного реле
После того как было установлено, что электрический ток придаёт проводнику магнитные свойства, учёные задались вопросом: а не существует ли обратной связи между электричеством и магнетизмом? Не вызовет ли, например, сильный магнит, помещённый внутрь проволочной катушки, электрический ток в этой катушке?
В самом деле, если бы электрический ток возникал в проводнике под действием неподвижного магнита, то это полностью противоречило бы закону сохранения энергии. Согласно этому, закону для получения электрического тока необходимо затратить другую энергию, которая превращалась бы в электрическую. При получении электрического тока с помощью магнита в электрическую энергию и превращается энергия, затрачиваемая на передвижение магнита.
Изучение магнитных явлений
Еще в середине Х III века пытливые наблюдатели заметили, что магнитные стрелки компаса взаимодействуют между собой: концы, указывающие одно и тоже направление, отталкиваются, а указывающие разное — притягиваются.
Этот факт помог учёным объяснить действие компаса. Было высказано предположение, что земной шар представляет собой огромный магнит, и концы компасных стрелок упорно поворачиваются в нужном направлении, потому, что они отталкиваются от одного магнитного полюса Земли и притягиваются к другому. Это предположение оказалось верным.
В изучении магнитных явлений сильно помогли мелкие железные опилки, прилипающие к магниту любой силы. Прежде всего было замечено, что больше всего опилок прилипает к двум определённым местам магнита или, как их стали называть, — полюсам магнита. Выяснилось, что любой магнит всегда имеет, по меньшей мере, два полюса, из которых один стали называть северным (С), а другой — южным (Ю).
Железные опилки показывают расположение магнитных силовых линий в пространстве вокруг магнита
У магнита, имеющего вид полоски, его полюсы чаще всего располагаются на концах полоски. Особенно яркая картина предстала перед глазами наблюдателей, когда они догадались посыпать железные опилки на стекло или бумагу, под которой лежал магнит. Густо расположились опилки у полюсов магнита. Затем в виде тонких линий — сцепившихся между собой частиц железа — они потянулись от одного полюса к другому.
Дальнейшее изучение магнитных явлений показало, что в пространстве вокруг магнита действуют особые, магнитные силы, или, как говорят, магнитное поле. Направление и интенсивность магнитных сил и показывают железные опилки, расположенные над магнитом.
Опыты с опилками научили многому. Например, к полюсу магнита приближается кусочек железа. Если при этом бумагу, на которой лежат опилки, немного потрясти, рисунок из опилок начинает меняться. Становятся как бы видимыми магнитные линии. Они идут от полюса магнита к куску железа и становятся всё гуще и гуще по мере приближения железа к полюсу. Одновременно с этим возрастает и сила, с которой магнит тянет к себе кусочек железа.
На каком конце железного бруска электромагнита образуется при прохождении тока через катушку северный полюс, а на каком южный? Это легко определить по направлению электрического тока в катушке. Известно, что ток (поток отрицательных зарядов) течёт от отрицательного полюса источника к положительному.
Зная это и глядя на катушку электромагнита, можно представить, в каком направлении пойдёт ток в витках электромагнита. У того конца электромагнита, где ток будет совершать круговое движение по направлению движения часовой стрелки, образуется северный полюс, а у другого конца бруска, где движение тока будет противоположно движению часовой стрелки, — южный. Если переменить направление тока в обмотке электромагнита, то переменятся и его полюсы.
Далее, было замечено, что как постоянный магнит, так и электромагнит притягивают значительно сильнее, если они имеют форму не прямого бруска, а согнуты так, что их разноимённые полюсы близки друг к другу. В этом случае притягивает не один полюс, а два, и кроме того, магнитные силовые линии меньше рассеиваются в пространстве — они оказываются сосредоточенными между полюсами.
Когда притягиваемый железный предмет прилипает к обоим полюсам, подковообразный магнит почти перестаёт рассеивать в пространстве силовые линии. Это легко увидеть при помощи тех же опилок на бумаге. Магнитные силовые линии, ранее тянувшиеся от одного полюса к другому, теперь проходят через притянутый железный предмет, словно им легче проходить через железо, чем через воздух.
Исследования показали, что это действительно так. Появилось новое понятие — магнитная проницаемость, которым обозначается величина, указывающая, во сколько раз магнитным линиям легче проходить через какое-либо вещество, чем через воздух. Самая большая магнитная проницаемость оказалась у железа и у некоторых его сплавов. Этим и объясняется, что из металлов именно железо лучше всего притягивается магнитом.
С меньшей магнитной проницаемостью оказался другой металл — никель. И он хуже притягивается магнитом. Было обнаружено, что и некоторые другие вещества обладают магнитной проницаемостью, большей, чем воздух, и, следовательно, притягиваются магнитами.
Но магнитные свойства этих веществ выражены очень слабо. Поэтому все электротехнические приборы и машины, в которых так или иначе работают электромагниты, по сию пору не могут обойтись без железа или без специальных сплавов, в которые входит железо.
Естественно, что исследованию железа и его магнитных свойств почти с самого зарождения электротехники было уделено огромное внимание. Однако настоящие, строго научные расчёты в этой области стали возможны лишь после исследований русского учёного Александра Григорьевича Столетова, произведённых в 1872 году. Он нашёл, что магнитная проницаемость какого-либо куска железа — величина не постоянная. Она меняется от степени намагничивания этого куска.
Способ испытания магнитных свойств железа, предложенный Столетовым, имеет большую ценность и в наше время он применяется учёными и инженерами. Более глубокие исследования природы магнитных явлений стали возможны лишь после развития учения о строении вещества.
Современное представление о магнетизме
Теперь мы знаем, что любой химический элемент состоит из атомов — необычайно маленьких сложных частичек. В центре атома находится ядро, заряженное положительным электричеством. Вокруг него вращаются электроны, частицы, несущие в себе отрицательный электрический заряд. Число электронов неодинаково у атомов различных химических элементов. Например, у атома водорода вокруг ядра вращается всего один электрон, а у атома урана — девяносто два.
Путём внимательных наблюдений за различными электрическими явлениями учёные пришли к выводу, что электрический ток в проводнике есть не что иное, как перемещение электронов. Теперь вспомним, что вокруг проводника, в котором протекает электрический ток, то есть перемещаются электроны, всегда возникает магнитное поле.
Из этого следует, что магнитное поле всегда появляется там, где существует движение электронов, иными словами, существование магнитного поля есть следствие движения электронов.
Возникает вопрос: в любом веществе электроны постоянно вращаются вокруг своих атомных ядер, почему же в таком случае не всякое вещество образует вокруг себя магнитное поле?
Современная наука даёт на это следующий ответ. Каждый электрон не только обладает электрическим зарядом. Он обладает и свойствами магнита, является маленьким элементарным магнитиком. Таким образом создаваемое электронами магнитное поле при их движении вокруг ядра складывается с их собственным магнитным полем.
При этом у большинства атомов магнитные поля, складываясь, нацело уничтожают, поглощают друг друга. И только у немногих атомов — железа, никеля, кобальта и в гораздо меньшей степени у других, магнитные поля оказываются неуравновешенными, и атомы представляют собой крошечные магнитики. Эти вещества носят название ферромагнитных («феррум» значит железо).
Если атомы ферромагнитных веществ расположены беспорядочно, то магнитные поля разных атомов, направленные в разные стороны, в конечном итоге уничтожают друг друга. Но если их повернуть так, чтобы магнитные поля складывались,— а именно это мы и делаем при намагничивании — магнитные поля будут уже не погашаться, а складываться друг с другом.
Всё тело (кусок железа) будет создавать вокруг себя магнитное поле, становиться магнитом. Точно так же в случае, когда электроны перемещаются в одном направлении, что, например, имеет место при электрическом токе в проводнике, магнитное поле отдельных электронов складывается в общее магнитное поле.
В свою очередь электроны, попавшие во внешнее магнитное поле, всегда подвергаются воздействию последнего. Это позволяет управлять движением электронов с помощью магнитного поля.
Всё сказанное выше является лишь приближённой и очень упрощённой схемой. В действительности атомные явления, происходящие в проводниках и магнитных материалах, более сложны.
Наука о магнитах и магнитных явлениях — магнитология — очень важна для современной электротехники. Большой вклад в дело развития этой науки сделал магнитолог Николай Сергеевич Акулов, открывший важный закон, известный во всём мире как «закон Акулова». Этот закон позволяет заранее установить, как при намагничивании изменяются такие важные свойства металлов, как электропроводность, теплопроводность и пр.
Целые поколения учёных работали над тем, чтобы проникнуть в тайну магнитных явлений и поставить эти явления на службу человечеству. В наше время миллионы самых разнообразных магнитов и электромагнитов работают на благо человека в разнообразнейших электрических машинах и аппаратах. Они освобождают людей от тяжёлого физического труда, а подчас являются незаменимыми слугами.
Смотрите другие интересные и полезные статьи про магниты и их применение: