Një nga seksionet më të rëndësishme të fizikës moderne janë ndërveprimet elektromagnetike dhe të gjitha përkufizimet që lidhen me to. Është ky ndërveprim që shpjegon të gjitha fenomenet elektrike. Teoria e energjisë elektrike mbulon shumë fusha të tjera, duke përfshirë optikën, pasi drita është rrezatim elektromagnetik. Në këtë artikull, ne do të përpiqemi të shpjegojmë thelbin e rrymës elektrike dhe forcës magnetike në një gjuhë të arritshme dhe të kuptueshme.
Magnetizmi është themeli i themeleve
Si fëmijë, të rriturit na tregonin truke të ndryshme magjike duke përdorur magnet. Këto figurina mahnitëse, të cilat tërhiqen nga njëra-tjetra dhe mund të tërheqin lodra të vogla, kanë kënaqur gjithmonë sytë e fëmijëve. Çfarë janë magnetet dhe si vepron forca magnetike në pjesët e hekurit?
Duke shpjeguar në gjuhën shkencore, duhet t'i drejtoheni një prej ligjeve bazë të fizikës. Sipas ligjit të Kulombit dhe teorisë speciale të relativitetit, një forcë e caktuar vepron mbi ngarkesën, e cila është drejtpërdrejt proporcionale me shpejtësinë e vetë ngarkesës (v). Ky ndërveprim quhetforca magnetike.
Veçoritë fizike
Në përgjithësi, duhet kuptuar se çdo fenomen magnetik ndodh vetëm kur ngarkesat lëvizin brenda përcjellësit ose në prani të rrymave në to. Gjatë studimit të magneteve dhe vetë përkufizimit të magnetizmit, duhet kuptuar se ato janë të lidhura ngushtë me fenomenin e rrymës elektrike. Prandaj, le të kuptojmë thelbin e rrymës elektrike.
Forca elektrike është forca që vepron ndërmjet një elektroni dhe një protoni. Numerikisht është shumë më e madhe se vlera e forcës gravitacionale. Ajo gjenerohet nga një ngarkesë elektrike, ose më mirë, nga lëvizja e saj brenda përcjellësit. Nga ana tjetër, tarifat janë dy llojesh: pozitive dhe negative. Siç e dini, grimcat e ngarkuara pozitivisht tërhiqen nga ato të ngarkuara negativisht. Megjithatë, akuzat e së njëjtës shenjë priren të zmbrapsin njëra-tjetrën.
Pra, kur pikërisht këto ngarkesa fillojnë të lëvizin në përcjellës, në të lind një rrymë elektrike, e cila shpjegohet si raporti i sasisë së ngarkesës që rrjedh nëpër përcjellës në 1 sekondë. Forca që vepron në një përcjellës me rrymë në një fushë magnetike quhet forca Amper dhe gjendet sipas rregullit të "dorës së majtë".
Të dhënat empirike
Mund të hasni ndërveprim magnetik në jetën e përditshme kur keni të bëni me magnet të përhershëm, induktorë, reletë ose motorë elektrikë. Secila prej tyre ka një fushë magnetike që është e padukshme për syrin. Ajo mund të gjurmohet vetëm nga veprimi i saj, të cilin aindikon në grimcat lëvizëse dhe trupat e magnetizuar.
Forca që vepron në një përcjellës me rrymë në një fushë magnetike është studiuar dhe përshkruar nga fizikani francez Ampere. Jo vetëm kjo forcë është emëruar pas tij, por edhe madhësia e fuqisë aktuale. Në shkollë, ligjet e Amperit përcaktohen si rregullat e dorës "të majtë" dhe "djathtas".
Karakteristikat e fushës magnetike
Duhet të kuptohet se një fushë magnetike shfaqet gjithmonë jo vetëm rreth burimeve të rrymës elektrike, por edhe rreth magneteve. Ai zakonisht përshkruhet me linja magnetike të forcës. Grafikisht, duket sikur një fletë letre është vendosur në një magnet, dhe tallash hekuri janë derdhur sipër. Ata do të duken tamam si në foton më poshtë.
Në shumë libra të njohur mbi fizikën, forca magnetike paraqitet si rezultat i vëzhgimeve eksperimentale. Konsiderohet si një forcë e veçantë themelore e natyrës. Një ide e tillë është e gabuar; në fakt, ekzistenca e një force magnetike rrjedh nga parimi i relativitetit. Mungesa e saj do të shkelte këtë parim.
Nuk ka asgjë thelbësore për forcën magnetike - ajo është vetëm një pasojë relativiste e ligjit të Kulombit.
Përdorimi i magneteve
Sipas legjendës, në shekullin e parë pas Krishtit në ishullin Magnezi, grekët e lashtë zbuluan gurë të pazakontë që kishin veti të mahnitshme. Ata tërhiqnin drejt vetes çdo gjë prej hekuri ose çeliku. Grekët filluan t'i nxirrnin nga ishulli dhe të studionin pronat e tyre. Dhe kur gurët ranë në duart e rrugësmagjistarët, ata janë bërë asistentë të domosdoshëm në të gjitha shfaqjet e tyre. Duke përdorur fuqitë e gurëve magnetikë, ata ishin në gjendje të krijonin një shfaqje fantastike që tërhoqi shumë shikues.
Ndërsa gurët u përhapën në të gjitha anët e botës, legjenda dhe mite të ndryshme filluan të qarkullojnë rreth tyre. Dikur gurët përfunduan në Kinë, ku u emëruan sipas ishullit në të cilin u gjetën. Magnetët u bënë objekt studimi i të gjithë shkencëtarëve të mëdhenj të asaj kohe. Është vënë re se nëse vendosni një gur hekuri magnetik në një notues druri, e rregulloni dhe më pas e ktheni, ai do të përpiqet të kthehet në pozicionin e tij origjinal. E thënë thjesht, forca magnetike që vepron mbi të do ta kthejë mineralin e hekurit në një mënyrë të caktuar.
Duke përdorur këtë veti të magneteve, shkencëtarët shpikën busullën. Në një formë të rrumbullakët prej druri ose tape, u vizatuan dy shtylla kryesore dhe u vendos një gjilpërë e vogël magnetike. Ky dizajn u ul në një tas të vogël të mbushur me ujë. Me kalimin e kohës, modelet e busullës janë përmirësuar dhe janë bërë më të sakta. Ato përdoren jo vetëm nga marinarët, por edhe nga turistët e zakonshëm që pëlqejnë të eksplorojnë zonat e shkretëtirës dhe malore.
Përvoja interesante
Shkencëtari Hans Oersted ia kushtoi pothuajse të gjithë jetën e tij elektricitetit dhe magneteve. Një ditë, gjatë një leksioni në universitet, ai u tregoi studentëve përvojën e mëposhtme. Ai kaloi një rrymë përmes një përcjellësi të zakonshëm bakri, pas një kohe përcjellësi u nxeh dhe filloi të përkulet. Ishte një fenomen termikrryme elektrike. Nxënësit vazhduan këto eksperimente dhe njëri prej tyre vuri re se rryma elektrike ka një veçori tjetër interesante. Kur rryma rridhte në përcjellës, shigjeta e busullës që ndodhej aty pranë filloi të devijonte pak nga pak. Duke studiuar më në detaje këtë fenomen, shkencëtari zbuloi të ashtuquajturën forcë që vepron në një përcjellës në një fushë magnetike.
Rryma të amperit në magnet
Shkencëtarët janë përpjekur të gjejnë një ngarkesë magnetike, por një pol magnetik i izoluar nuk mund të gjendej. Kjo shpjegohet me faktin se, ndryshe nga elektrike, ngarkesat magnetike nuk ekzistojnë. Në fund të fundit, përndryshe do të ishte e mundur të ndahej një ngarkesë njësi thjesht duke thyer një nga skajet e magnetit. Megjithatë, kjo krijon një pol të ri të kundërt në anën tjetër.
Në fakt, çdo magnet është një solenoid, në sipërfaqen e të cilit qarkullojnë rryma brendaatomike, ato quhen rryma Amperi. Rezulton se magneti mund të konsiderohet si një shufër metalike përmes së cilës qarkullon një rrymë e drejtpërdrejtë. Është për këtë arsye që futja e një bërthame hekuri në solenoid rrit shumë fushën magnetike.
Energjia magnetike ose EMF
Ashtu si çdo fenomen fizik, një fushë magnetike ka energji që nevojitet për të lëvizur një ngarkesë. Ekziston koncepti i EMF (forca elektromotore), ai përkufizohet si puna për të lëvizur një ngarkesë njësi nga pika A0 në pikën A1.
EMF përshkruhet nga ligjet e Faradeit, të cilat zbatohen në tre të ndryshme fizikesituata:
- Qarku i kryer lëviz në fushën magnetike uniforme të krijuar. Në këtë rast, ata flasin për EMF magnetike.
- Kontura është në qetësi, por vetë burimi i fushës magnetike është në lëvizje. Ky është tashmë një fenomen elektrik emf.
- Më në fund, qarku dhe burimi i fushës magnetike janë të palëvizshme, por rryma që krijon fushën magnetike po ndryshon.
Numerikisht, EMF sipas formulës Faraday është: EMF=W/q.
Rrjedhimisht, forca elektromotore nuk është një forcë në kuptimin e mirëfilltë, pasi matet në Xhaul për Kulomb ose në Volt. Rezulton se përfaqëson energjinë që i jepet elektronit të përcjelljes kur anashkalohet qarku. Çdo herë, duke bërë raundin tjetër të kornizës rrotulluese të gjeneratorit, elektroni fiton një energji numerikisht të barabartë me EMF. Kjo energji shtesë jo vetëm që mund të transferohet gjatë përplasjeve të atomeve në zinxhirin e jashtëm, por gjithashtu mund të çlirohet në formën e nxehtësisë së xhaulit.
Forca Lorentz dhe magnet
Forca që vepron në rrymën në një fushë magnetike përcaktohet nga formula e mëposhtme: q|v||B|sin a (produkti i ngarkesës së fushës magnetike, modulet e shpejtësisë së së njëjtës grimcë, vektori i induksionit të fushës dhe sinusi i këndit ndërmjet drejtimeve të tyre). Forca që vepron në një ngarkesë të njësisë lëvizëse në një fushë magnetike quhet forca e Lorencit. Një fakt interesant është se ligji i 3-të i Njutonit është i pavlefshëm për këtë forcë. Ai i bindet vetëm ligjit të ruajtjes së momentit, prandaj të gjitha problemet në gjetjen e forcës së Lorencit duhet të zgjidhen në bazë të tij. Le të kuptojmë se siju mund të përcaktoni forcën e fushës magnetike.
Probleme dhe shembuj zgjidhjesh
Për të gjetur forcën që lind rreth një përcjellësi me rrymë, duhet të dini disa sasi: ngarkesën, shpejtësinë e saj dhe vlerën e induksionit të fushës magnetike në zhvillim. Problemi i mëposhtëm do t'ju ndihmojë të kuptoni se si të llogaritni forcën e Lorencit.
Përcaktoni forcën që vepron mbi një proton që lëviz me një shpejtësi prej 10 mm/s në një fushë magnetike me një induksion prej 0,2 C (këndi ndërmjet tyre është 90o, meqenëse një grimcë e ngarkuar lëviz pingul me vijat e induksionit). Zgjidhja zbret në gjetjen e tarifës. Duke parë tabelën e ngarkesave, zbulojmë se protoni ka një ngarkesë prej 1,610-19 Cl. Më pas, ne llogarisim forcën duke përdorur formulën: 1, 610-19100, 21 (sinusi i këndit të drejtë është 1)=3, 2 10- 19 Njuton.
