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.

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.

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.

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

Виды электрических зарядов:

• положительные, то есть протоны;
• отрицательные, в виде электронов.

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 может быть реализована двумя способами:

• трение;
• воздействие.

Основными законами электростатики являются:

1. Закон Кулона.
2. Закон сохранения заряда в замкнутой системе.

Закон Кулона для неподвижных зарядов:

\(F_k=k {q_1 q_2\over r^2}\)

Закон сохранения заряда в замкнутой системе:

\(q_1+q_2+⋯+q_n=const\)

Некоторые условия, при которых существует электрический ток:

• свободные заряженные частицы;
• электрическое поле.

Характер действия электрического поля может проявляться по-разному:

• тепловой;
• магнитный;
• химический;
• световой.

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:

• сила тока, \(I={q\over t}\), Ампер (А), измеряют с помощью амперметра;
• напряжение, \(U={A\over q}\), Вольт (В), измеряют с помощью вольтметра;
• сопротивление, \(R=ρ {l\over S}\), Ом, для измерения используют омметр.

Закон Ома для участка электрической цепи записывают, таким образом:

\(I={U\over R}\)

Способы подключения компонентов электроцепи:

• параллельный;
• последовательный.

В том случае, когда элементы электрической цепи подключены последовательно, справедливы следующие выражения:

\(I=I_{1}=I_{2}=...=I_{n}\)

\(U=U_{1}+U_{2}+...+U_{n}\)

\(R=R_{1}+R_{2}+...+R_{n}\)

Если компоненты электроцепи соединены параллельно, то в этом случае применимы следующие формулы:

\(I=I_{1}+I_{2}+...+I_{n}\)

\(U=U_{1}=U_{2}=...=U_{n}\)

\(R=R_{1}+R_{2}+...+R_{n}{1\over R}={1\over R_1}+{1\over R_2}+...+{1\over R_n}\)

Формула для определения работы электрического тока имеет вид:

A=Ult

Мощность электрического тока можно рассчитать по формуле:

P=IU

Когда электрический заряд перемещается по проводнику, выделяется тепло. Его количество можно вычислить с помощью уравнения:

\(Q=I^2 Rt\)

Среды, в которых может возникать электрический ток:

• свободные электроны упорядоченно движутся в металлических телах;
• свободные ионы, которые образовались в результате электролитической диссоциации по закону электролиза, то есть m=qk=klt, упорядоченно перемещаются в жидких средах;
• ионы и электроны, которые сформировались в процессе ионизации, упорядоченно движутся в газовых средах;
• свободные электроны и дыры упорядоченно перемещаются по полупроводниковым элементам.

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 Кулона:

\(F_k=k {q_1 q_2\over r^2}\)

Закон всемирного тяготения Ньютона:

\(F_H=G {m_1 m_2\over R^2}\)

Исходя из закона Кулона, можно сделать следующие выводы:

• магнитные силовые линии не обладают началом или концом, являются непрерывными;
• магнитные заряды представляют собой условное понятие, не существуют в действительности;
• электрическое поле образовано электрическими зарядами и переменным магнитным полем;
• источником магнитного поля может являться переменное электрическое поле или электрический ток.

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.

В другой области применение электромагнитного поля позволяет идентифицировать отпечатки пальцев того человека, который брал в руки патрон. Задача состоит в том, чтобы при помещении патрона, играющего роль электрода, в электрическое поле вакуума и напылении на него металлической пленки можно было распознать на ней проявившиеся отпечатки пальцев.