Электричество і магнетизм

Электричество і магнетизм

В старовину електричні явища як блискавки й грому викликали в людей моторошний страх. Пізніше ми навчилися використовувати електрику на свої потреб. А магнетизм, колись лише дивовижне явище, сьогодні грає одне з найважливіших ролей в гігантських генераторах, які забезпечують нас энергией.

Некоторые тканини сильно электризуются, коли пошиту їх одяг знімають через голову.

Иногда заряд буває такий потужний, які можна чути тріск електричних іскор, а темному приміщенні - навіть бачити їх постійно. Ці іскри є блискавку в мініатюрі і, подібно останньої, творяться у результаті різкого електричного розряду. У час грози наелектризоване хмару разряжаемся, у своїй выделяемся величезне кількість енергії як світла, і тепла. Світло сприймається нами як спалах молнии, тепловой потік викликає раптове, взрыцвоподобное розширення повітря — і ми чуємо розкати грому.

Все оточуючі нас об'єкти містять мільйони електричних зарядів, які з частинок, що є всередині атомів — основи всієї матерії. Центральна частину або ядро більшості атомів включає два виду частинок: нейтрони і протони. Нейтрони не мають електричного заряду, тоді як протони несуть у собі позитивний заряд. Навколо ядра обертаються ще одні частки — електрони, мають негативний заряд.

Как правило кожен атом має однакову кількість протонів і електронів, чиї рівні по величині, але протилежні заряди врівноважують одне одного.

В результаті ми не відчуваємо ніякого заряду, а речовина вважається незарядженим. Проте, коли ми якимось чином порушимо це рівновагу, то даний об'єкт володітиме загальним позитивним або негативним зарядом залежно від цього, яких частинок у ньому залишиться більше — протонів чи електронів.

Электричество і трение

Различные матеріали іноді электризуются при терті друг про друга, оскільки цьому відбувається перехід електронів вже з матеріалу на другий. Наприклад, коли ви користуєтеся пластмасової гребінцем, електрони волосся переходять її у. У результаті гребінець виявляється негативно зарядженої, а волосся мають позитивного заряду, оскільки нині у них протонів, ніж електронів. Заряджені об'єкти притягають незаряджені, і тож гребінцю чіпляються невеликі шматочки бумаги.

Притяжение і отталкивание

Заряженные об'єкти або притягають, або відштовхують одне одного. Якщо вони самі мають протилежні заряди, то з-поміж них діє сила протяги. Але якщо в них однойменні заряди, тоді має місце сила отталкивания.

Считается, що об'єкт, наелектризований з допомогою тертя, має статичним електрикою, оскільки заряд може бути усередині нього майже нескінченно. Такий об'єкт залишиться зарядженим до того часу, поки ньому буде відновлено баланс позитивних і негативних частинок. Це досягається шляхом надання можливості «перетікання «заряджених частинок з цього об'єкта чи нього.

Например, об'єкт, який одержав негативний заряд через передачі додаткового кількості електронів, можна розрядити, якщо дозволити зайвим электронам знову залишити його. А позитивно заряджений об'єкт внаслідок втрати деякого кількості електронів можна розрядити, давши можливість відсутньою электронам повернутися тому. Будь-яке подібне рух заряджених частинок називається електричним током.

Проводники

Вещества, дозволяють току проходити них, називаються провідниками. Метали і графіт, і навіть звичайна різновид вуглецю є хорошими провідниками електрики. До матеріалам, які звичайно проводять електрику, ставляться бурштин, нафту, віск, скло, папір і пластмаса. Такі матеріали називаються диэлектриками.

Предположим, до прикладу, що металевому кулі дали позитивного заряду, іншому такому кулі - рівний за величиною негативний заряд. Якщо з-поміж них є шлях струму, то електрони перетікатимуть з негативно зарядженого кулі на позитивно заряджений до того часу, поки що в обох куль бракуватиме однакове число негативних і позитивних зарядів. Цього досягти, з'єднавши кулі провідником, наприклад, шматком дроту.

В у вісімнадцятому сторіччі багато вчених проводили досліди з електрикою, використовуючи машини, щоб забезпечити тертя одного матеріалу про інший щоб одержати потужного електричного заряду. Але такий заряд швидко зникав внаслідок раптового викиду струму при під'єднанні провідника до устаткуванню. Набагато більше придатним багатьох дослідів було б джерело, здатний виробляти досить стабільний струм в впродовж понад тривалого часу. У 1790-е роки італійський учений Алессандро Вольта знайшов потрібне рішення — він винайшов гальванічний елемент і батарею.

Элементы і цепи

Гальванический елемент перетворює хімічну енергію в електрику. Ці елементи часто з'єднують друг з одним чи групують щоб одержати потужнішого джерела електроенергії у точках підключення, чи полюсах. Такі сполуки називаються батареї. Проте поодинокі елементи також часто називають батареями. Ланцюг полягає із джерела електрики (такого як батарея) та шляхи струму, але струм може протікати від однієї полюси джерела до іншого. Електрострум представляє собою потік електронів; його можна з потоком води, поточної по трубі. Щоб змусити воду текти по трубі, слід витратити тиск, той самий потрібно зробити з електронами, щоб примусити їх протікати по дроту. Таке електричне тиск, чи напруга, створюване, наприклад, батареєю, вимірюється в вольтах, а утворюваний у своїй струм — в амперах. Потік води, отримуваний за певного тиску, залежить від виду використовуваної труби. Наприклад, довгий і вузька труба триватиме опір потоку води в ній. А довгий тонку провід триватиме більше опір электротоку, ніж короткий і товстий провід із такого самого материала.

Сопротивление

Единицей виміру електричного опору є ом. Оскільки мідь має щодо низька опір і, отже, є гарним провідником електрики, вона широко застосовується у кабелях. Ще найкращим провідником є срібло, але це занадто дорога для широкого застосування. У деяких ланцюгах використовуються елементи, які свідомо виготовлені з великим опором. Такі устрою — резисторы — часто йдуть на обмеження перебігу струму на окремі ділянки електронних схем.

Закон Ома

В 1827 р. німецький учений Георг Ом сформулював закон, який встановив зв’язок між напругою (V), струмом (I) і опором ®.

Закон Ома можна висловити на підприємства різної формі: V=IR, I=V/R чи R = V/I, де V вимірюється в вольтах, I — в амперах, а R — в Омах. Якщо, наприклад, під'єднати 12-вольтную батарейку до 6-омному резистору то величина викликаного нього струму дорівнюватиме I = V/R = 12/6 = 2 ампера.

Магнетизм

Считается, що грецький філософ Фалес Мілетський першим вивчав дивне тяжіння магнітним залізняком звичайного заліза. Це близько 600 року по н.е., і діти пройшли століття, як магнетизм знайшов практичне використання у вигляді магнітного компаса. Мабуть, у Китаї приблизно до 200 року н.е. вже був недосконалий зразок магнітного компаса, однак у Європі oн з’явився не раніше 1200 г.

На протязі багатьох століть хто б міг розгадати таємницю, чому шматок природного магнітного залізняку (коли він міг вільно переміщатися) завжди зазначав у тому самому напрямку. Сьогодні ми знаємо, що залізо та інші магнітні матеріали складаються з крихітних намагнічених частинок, званих доменами. Зазвичай вони містяться у різних напрямах, а метал не виявляє загалом ніяких магнітних властивостей. Якщо ж, проте, домени вибудовуються в такий спосіб, що вони направлені на один бік, тоді метал намагничивается і притягує інші шматки железа.

Два полюса

Все магніти що така мають одну спільну рису: їх намагниченность сконцентрована двома ділянках, які називаються північний і південний полюси магніту. Їм таку назву у зв’язку з тим, що, коли магніт вільний обертатися (в підвішеному чи плавучому стані), ці частини магніту повертаються в напрямку Північного і Південного полюсів Землі, що сама собі є гігантським магнітом. У цьому полягає принцип дії магнітного компаса. Обидва полюси магніту притягають ненамагниченное залізо. Але якщо наблизити два магніту, північний полюс однієї з без них буде притягати південний полюс іншого. Інакше кажучи, різнойменні полюси притягуються. І навпаки — два північних полюси будуть відштовхувати одне одного як і, як і двоє південних. Тому кажуть, що однойменні полюси взаємно відштовхуються. У разі, проте, може здаватися дивним, що північний полюс магніту схильний повертатися в бік Північного полюси Земли.

Это відбувається оскільки магнітний північ (магнітний полюс поблизу області, яку ми називаємо Північним полюсом) фактично є південним магнітним полюсом.

Между електрикою, і магнетизмом існує тісний зв’язок, але це став відомий лише 1819 року, коли датський професор із фізики Ганс Эрстед продемонстрував своїм студентам деякі властивості електрики.

Открытие Эрстеда

Эрстед приєднав провід до полюсів батареї, щоб показати, що він нагрівається при проходженні крізь нього належного електричного струму. Проте дещо цілком несподіване. Коли він приєднав провід до батареї, стрілка який перебуває поруч компаса відхилилася і большє нє вказувала північ.

Эрстед зрозумів, що проходить через провід електрострум створював магнетизм, яка впливає на компас. Так відкрив одне з найважливіших явищ у науці - электромагнетизм.

Электромагнетизм

Ток, проходить через провід, створює щодо слабкий магнетизм. Але невдовзі вчені знайшли засіб посилення цього явища. Більш потужні магнітні властивості можна було отримати, зробивши дротову обмотку у вигляді котушки, і навіть ще більше збільшити магнітну силу, намотавши котушку навколо залізного стрижня. Таке пристрій називається электромагнит.

Двигатели і генераторы

Если провід, які перебувають поблизу постійного магніту, під'єднати до батареї, може переміститися під впливом створюваного магнетизму. У 1821 р., англійський учений Майкл Фарадей побудував просту машину, у якій токонесущий провід рухався навколо постійного магніту.

Хотя ця машина була дуже неефективна і могла виконувати якусь корисну роботу, вона продемонструвала принцип, застосовуваний у сучасних електродвигунах — електричний струм можна використовуватиме отримання безперервного руху. У сучасних електродвигунах використовуються потужні електромагніти замість одного дроти, і вони значно ефективніше у виробництві корисних і регульованих обсягів электроэнергии.

Эрстед показав, що електрику може створювати магнетизм, а Фарадей зрозумів, які можна використовувати магнетизм щоб одержати електрики. Він першим продемонстрував це у 1831 р., коли отримав електрику, перемінить стрижневою магніт усередині дротяної котушки. Він засвідчило, що результати залишається незмінною незалежно від цього, рухався чи магніт чи котушка. Цей важливий принцип застосовується у сучасних генераторах, від велосипедних динамо-машин до гігантських електрогенераторів, що постачають електроенергією наші вдома, магазини, офіси і заводы.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із російського сайту internet.