Как устанавливают взаимосвязь между электрическим и магнитным полями кратко
Обновлено: 08.07.2024
Связь между магнетизмом и электрическим током открыл датский физик Ганс Эрстед в 1819 году. Проводя опыты он заметил каждый раз когда он замыкал цепь в которой проходил ток, стрелка компаса стремилась повернуться перпендикулярна проводнику. Из этого Ганс сделал заключение, что проводник стоком создает магнитное поле, которое в свою очередь влияет на магнитную стрелку.
Если кому это интересно, то вы можете провести данный опыт самостоятельно! Необходимо: два проводка, батарейка, лампочка и компас. Подключаете лампочку, чтобы светилась и подносите компас, и заметите как стрелка перестанет указывать на север!
Влияние магнитного поля можно усилить, например увеличив ток, но не у всех под рукой есть лабораторный блок питания, верно!? Но мы электронщики и знаем, что если если один из проводов скрутить в катушку, а для большего усиления магнитных полей можно поместить в центр нашей катушки металлический болт. Данное действие еще сильнее усилит наше устройство и сможет притягивать не только стрелку компаса, но и металлические предметы, попробуй такой эксперимент, это не сложно!)
Вот мы говорили о батарейках, проволочках, маленькой лампочке, а где все это взять? Не легче ли использовать настольный светильник, вот тебе и питание, и провод, и даже лампочка. Да плюсом большое напряжение сети, в разы больше чем от батарейки. Поднеси магнитную стрелку к своему светильнику! Ничего не происходит? Делаем вывод, что при переменном напряжении не возникает электрического поля!? Возникает, но оно так быстро меняет свое направление ( сеть то переменная), что магнитная стрелка в силу своих механических сил трения не сможет перемещаться синхронно с полем.
Первый электромагнит, основы конструкции которого сохранились и до наших дней, изобрел английский учёный Стерджен в 1821 году. А спустя 20 лет французский физик Андре Ампер, опытным путём установил, что два паралельно расположенных проводника , по которым течет ток, могут совершать механическую работу, при условии, что в каждом проводнике ток течет в одну сторону, проводники будут притягиваться, а если направления тока противоположны то проводники будут отталкиваться.
Далее, наверное самое важное открытие совершил физик-самоучка Майкл Фарадей, изучая связь между током и магнетизмом он открыл закон электромагнитной индукции.
Суть его заключается в следующем:
Если внутрь катушки с изолированным проводом резко поместить магнит, стрелка измерительного прибора подключенного к концам катушки слегка отклонится, и также если быстро вывести магнит из катушки произойдёт тоже самое, но в обратном направлении.
Можно также перемещать не магнит, а саму катушку, при этом стрелка будут себя вести точно также.
Вывод может быть только один:
Магнитное поле пересекает проводник и возбуждает (индуцирует) в нем движение свободных электронов- электрический ток.
В основе этого открытия лежит создание генератора переменного тока, которым мы с вами пользуемся и по сей день.
А в 1837г. русский академик Б.С. Якобин открыл явление обратное по действию генератора тока. Через катушку помещенную в магнитное поле учёный пропускал ток и катушка начинала вращаться. Таким образом был создан первый электродвигатель с вращающимся ротором.
Фарадей, открывший закон электромагнитной индукции, сделал еще одно не менее важное открытие, он установил, что можно передавать энергию от одной катушки к другой без какого либо электрического соединения. В основе этого открытия лежит всеми известный - трансформатор. Который так часто применяется в элетр- и радио- технике.
Для начала думаю достаточно! Основы данного материала, были взяты из учебника В.Г. Борисов "Юный радиолюбитель" 8мое издание.
Если статья вам понравилась, напишите комментарий или поставьте лайк. Также если вам будет интересно погрузиться в мир радио- электро- техники, подпишитесь на мой ютуб канал Practical Electronics , где я периодически выкладываю полезные уроки.
Электронное учебное пособие по разделам курса физики Электростатика. Электродинамика. Электромагнетизм. Электромагнитные колебания и волны
1. Электростатика. Электрические заряды
Слово электричество возникло от греческого слова электрон янтарь, который электризуется при натирании о шерстяную материю. В природе известны два рода электрических зарядов, которые условно названы положительным и отрицательным зарядами. Известно также их взаимодействие: одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются.
Электрический заряд любого тела состоит из целого числа элементарных зарядов равных примерно , Этим зарядом является заряд отрицательно заряженной частицы, получившей название электрон. Электрон имеет массу покоя, равную приблизительно . Кроме отрицательно заряженного электрона имеются частицы, обладающие элементарным положительным зарядом. Устойчивой частицей, обладающей элементарным положительным зарядом, является протон. Протон представляет собой ядро атома водорода – самого легкого элемента таблицы Менделеева. Масса протона в 1836 раз больше массы электрона . Протон – это частица, которая входит в состав ядер всех элементов и определяет заряд ядра. Электроны в атомах образуют электронную оболочку атома. Они могут покинуть электронную оболочку атома или молекулы, превращая их в положительный ион, могут также присоединиться к другому атому или молекуле, превращая эти частицы в отрицательный ион. Передача электронов может происходить не только между атомами или молекулами, но и между телами, например, при их соприкосновении. Такое явление называется электризацией тел соприкосновением. При электризации в одних телах возникает избыток электронов, такие тела заряжаются отрицательно, в других телах их недостаток, такие тела заряжаются положительно. Однако во всех случаях выполняется один из фундаментальных законов физики – закон сохранения электрических зарядов: алгебраическая сумма зарядов частиц или тел, образующих электрически изолированную (замкнутую) систему, не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе. Под электрически изолированной системой понимается система тел (частиц), которая не обменивается зарядами с телами, не входящими в эту систему.
В цепи, в которой существует электрический ток, наблюдается магнитные явления.
2. Какие магнитные явления вам известны?
1) Между проводниками с током возникают силы взаимодействия.
2) Отклонение магнитной стрелки, находящейся возле проводника с током.
3. В чём состоит опыт Эрстеда?
Расположим проводник, включенный в цепь источника тока, над магнитной стрелкой параллельно ее оси. При замыкании цепи магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения. При размыкании цепи магнитная стрелка возвращается в свое начальное положение. Это означает, что проводник с током и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом.
Значит, вокруг проводника с электрическим током существует магнитное поле. Оно и действует на магнитную стрелку, отклоняя ее.
4. Какая связь существует между электрическим током и магнитным полем?
Магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся электрических зарядов. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.
До поры до времени казалось, что электрическое и магнитное поля существуют независимо друг от друга. Но в 1831 году Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, которое привело к изменению этой точки зрение.
Фарадей обнаружил, что если перемещать проводящий контур в поле магнита так, чтобы число магнитных силовых линий, охватываемых контуром, изменялось, то в контуре возникает электрический ток — он назвал его индукционным (то есть наведённым). Число охватываемых контуром магнитных силовых линий определяет так называемый магнитный поток.
Многочисленные эксперименты Фарадея показали, что магнитный поток можно изменять любым способом: перемещать или поворачивать контур в магнитном поле или магнит рядом с контуром — в любом случае в контуре появляется индукционный ток, сила которого тем больше, чем быстрее происходит изменение потока.
Открытое Фарадеем явление, без преувеличения, повлияло на техническое развитие нашей цивилизации — ведь оно легло в основу создания генераторов переменного тока.
Принцип действия электрогенератора прост: надо вращать или проводящую рамку в поле постоянного магнита, или, наоборот, вращать магнит внутри рамки (последнее оказалось технологически удобнее). На вращение затрачивается механическая работа, которая и преобразуется в электрическую энергию тока. Механическую же работу можно получить от энергии ветра, падающей воды или теплового двигателя. В свою очередь тепловой двигатель может получать тепловую энергию от сжигания топлива, от геотермальных источников, от атомного реактора. Электрическая энергия переменного тока питает все наши электроприборы и устройства, от лампочек до компьютеров. Преобразование энергии из одних видов в другие — основа нашей цивилизации.
Но почему возникает индукционный ток при движении магнита? Что за сила заставляет двигаться электроны внутри проводящего контура, создавая ток? Объяснение нашел Максвелл 30 лет спустя после открытия явления электромагнитной индукции.
Он рассуждал так: на заряды неподвижного контура магнитные силы не действуют, поэтому единственная возможность объяснить их движение — допустить возникновение электрического поля в проводнике. Это поле отличается от электрического поля, создаваемого зарядами, тем, что его силовые линии не имеют начала и конца — они замкнуты сами на себя, так что могут перемещать заряды в проводнике по замкнутому контуру без всяких источников тока. Такие поля называют вихревыми.
Джеймс Кларк Максвелл (1831-1879) родился в год открытия явления электромагнитной индукции. Пожалуй, он был единственным, кто смог прочесть все труды Фарадея и разобраться в них, и один из немногих, кто поверил в реальность электромагнитного поля. Максвелл перевел на язык математики все идеи и формулировки Фарадея, переписав, по сути, заново его работы.
Итак, Максвелл сформулировал постулат: изменяющееся со временем магнитное поле порождает вихревое электрическое поле . Естественно, этот постулат выражается и неким уравнением, позволяющим правильно вычислять порождаемое поле и индукционные токи.
Иногда вера в красоту законов природы приводит физиков к новым гениальным идеям. Максвелл верил в симметрию взаимозависимости электрического и магнитного полей, и эта вера подтолкнула его к еще одному постулату: изменяющееся со временем электрическое поле порождает магнитное поле .
Эти два постулата Максвелла стали недостающими звеньями для построения полной теории электромагнитных полей.
Читайте также: