Электромагнитные силы — 📙 Физика

1. Электромагнитные силы в магнитном поле
2. Классификация электромагнитных сил
3. Электромагнитные силы в природе

Электромагнитные силы в широком разнообразии существуют вокруг нас в окружающем пространстве. С их помощью мы видим окружающий мир, так как свет – это один из примеров проявления электромагнитных сил.

Поведение этих сил описывается законами взаимодействия тел с заряженными частицами. Электромагнитные силы появляются между электрически заряженными частичками.

Электромагнитные взаимодействия могут появляться и осуществляться исключительно в электромагнитном поле.

Энергия магнитного поля воздействует на подвижный электрический заряд посредством электромагнитной силы. Эта сила действует на магнитное поле в направлении, перпендикулярном силовым линиям, и стремится вытолкнуть заряженную частичку за границы магнитного поля.

При помещении в магнитное поле проводника с электрическим током \(I\), между электронами, которые находятся в проводнике, и магнитным полем появятся магнитные силы, которые способствуют образованию силы \(F\), пытающейся вытолкнуть проводник из магнитного поля.

Величину этой электромагнитной силы определяют из закона Ампера, который гласит, что электромагнитная сила действия на проводник, по которому течет электрический ток, располагается в магнитном поле и действует перпендикулярно силовым линиям данного поля, рассчитывается так:
\(F=IBl\),
где \(I\) — сила тока;
      \(B \)- магнитная индукция;
      \(l\) — длины проводника.

Направление воздействия силы \(F\) устанавливают по правилу левой руки, оно звучит так: если левую руку повернуть так, чтобы линии магнитного поля были направлены в ладонь, четыре пальца – по действию силы тока, тогда вытянутый под прямым углом большой палец будет показывать направление действия силы.

Выталкивающая сила возникает лишь в тех случаях, когда проводник размещен перпендикулярно силовым линиям магнитного поля или под углом к ним. Если же проводник размещен вдоль силовых линий, то выталкивающая сила будет равняться нулю.

Для изменения направления электромагнитной силы изменяют направление силовых линий или силы тока в проводнике.

Возникновение электромагнитной силы \(F\), что образуется между магнитным полем и проводником с током, можно объяснить как результат взаимного воздействия двух полей. Вокруг проводника, по которому течет электрический ток, появляется магнитное поле, которое вступает во взаимодействие с другим магнитным полем. В процессе такого взаимодействия с правой стороны от проводника, где силовые линии его поля совпадают с силовыми линиями внешнего поля, происходит разрежение силовых магнитных линий.

Силовые линии магнитного поля считаются упругими. В данном случае можно провести параллель с резиновыми нитями, которые стремятся сократиться при растяжении и вытеснить проводник из магнитного поля с места сгущения в место их разрежения. Вот почему появляется электромагнитная сила \(F\).

При помещении в магнитное поле катушки или витка из проводника и вертикальном ее расположении, по правилу левой руки получается, что электромагнитные силы действуют во всех направлениях, порождая вращающий момент \(M\), стремящийся повернуть эту катушку (виток).
\(M=FD\),
где \(D\) – диаметр катушки.
Такой крутящий момент используется в двигателях, для его увеличения увеличивают количество витков.

Электромагнитные силы появляются между объектами, потому что они содержат подвижные заряженные частички, между которыми существуют электрические и магнитные силы. Электромагнитными силами считаются сила трения \(\vec{ F_{тр}}\), сила упругости \(\vec{ F_{упр}}\)и вес тела \(\vec{ P}\)

Сила трения \(\vec{ F_{тр}}\) появляется из-за того, что соприкасаются тела с неровными поверхностями. Направление данной силы всегда располагается против движения и не имеет точки приложения. Различают две разновидности этой силы:

• сила трения покоя. Имеет место тогда, когда тела, что соприкасаются, абсолютно неподвижны. Сила трения покоя равняется силе внешнего воздействия и направлена в противоположную сторону. Максимальное ее значение рассчитывается по формуле:

\(F_{тр max}=μN.\)

• сила трения скольжения. Возникает тогда, когда сила внешнего воздействия превышает \(F_{тр max}\), в результате чего наблюдается проскальзывание. Рассчитывается сила трения скольжения таким образом:

\(F_{тр}=μN\),
где \(μ\) – коэффициент трения, зависящий от структуры материала;
       \(N\) – сила реакции опоры.   

•  сила вязкого трения;
•  сила трения качения.

Сила упругости \(\vec{ F_{упр}}\)появляется в процессе упругой деформации тела. Ее направление противоположно деформации. Модуль силы упругости определяется следующим образом:
\(|F_{упр} |=kδl,\)

где \(k\) – жесткость пружины;
      \(δl \)– деформация.

Вес тела \(\vec{ P}\)– это сила воздействия тела на прочие тела вследствие его тяжения к Земле. Считается, что у тела, которое перемещается равномерно вверх или вниз либо пребывает в состоянии покоя, вес равняется силе тяжести:
\(P=mg\)
При перемещении тела вниз с ускорением или вверх с замедлением, его вес будет меньше силы тяжести и рассчитается по такой формуле:
\(P=m(g-a)\)
При свободном падении тела в состоянии невесомости его вес равняется нулю:
\(P=0\)
При перемещении тела вниз с замедлением или вверх с ускорением, его вес будет больше силы тяжести и рассчитается по такой формуле:

\(P=m(g+a)\)
Соотношение веса тела и силы тяжести называют перегрузкой.
Вес тела, движущегося равноускорено, можно рассчитать через векторные величины:
\(\vec{ P}=m(g ⃗-a ⃗)\)

Электромагнитные явления описываются в теории электричества. Если рассматривать все типы взаимодействий, то электромагнитные силы встречаются чаще всех остальных и проявляются в массе своего разнообразия. Природа упругой силы пара – электромагнитна. Потому когда на смену «столетию пара» пришло «столетие электричества», это всего на всего означало смену эпохи, в которой люди не умели контролировать электромагнитные силы, на эпоху, в которой человек научился их контролировать и направлять в нужное русло.

Сложно перечислить все существующие в природе электромагнитные силы. С их помощью атомы соединяются в молекулы, формируя жидкие и твердые тела. В любых процессах трения и упругости наблюдается электромагнитная природа.

Многие взаимодействия между объектами сопровождаются электромагнитными силами – радиоволны, свет, тепло и прочее.

Электромагнитные силы, создаваемые магнитным полем

Проводник с током в магнитном поле.  Энергия, заключенная в магнитном поле, может проявлять себя в виде электромагнитных сил, которые возникают при взаимодействии магнитного поля с движущимися электрическими зарядами. Электромагнитная сила, возникающая при движении электрического заряда в магнитном поле, действует на него в направлении, перпендикулярном движению и направлению силовых линий, и стремится вытолкнуть заряд за пределы поля.

Если поместить в магнитное поле проводник с током I, то между электронами, проходящими по проводнику, и магнитным полем возникнут электромагнитные силы, которые, складываясь, образуют результирующую силу F, стремящуюся вытолкнуть проводник из магнитного поля (рис. 48). Электромагнитная сила определяется законом Ампера. Он формулируется следующим образом. Электромагнитная сила, действующая на проводник с током, находящийся в магнитном поле и расположенный перпендикулярно направлению поля, равна произведению силы тока I, индукции магнитного поля В и длины проводника l:

F = IBl (48)

Если проводник расположен под углом ? к силовым магнитным

F = BIlsinα (48′)

Чтобы получить F в ньютонах, надо В брать в теслах, I — в амперax и l — в метрах.

Направление действия силы F обычно определяют по правилу левой руки: ладонь левой руки нужно расположить так, чтобы магнитные линии входили в нее и четыре вытянутых пальца совместить с направлением тока, тогда расположенный под прямым углом большой палец укажет направление действия электромагнитной силы. Сила F возникает только в том случае, если проводник расположен перпендикулярно или под некоторым углом к магнитным силовым линиям поля. Если же проводник расположен вдоль силовых линий поля, то электромагнитная сила будет равна нулю.

Для того чтобы изменить направление электромагнитной силы, как следует из правила левой руки, необходимо изменить направление тока в проводнике или же направление магнитного поля.

Возникновение электромагнитной силы F при взаимодействии проводника с током и магнитного поля можно наглядно представить как результат взаимодействия двух магнитных полей.

Как известно, вокруг проводника с током возникает свое собственное круговое магнитное поле (рис. 49), которое будет складываться с внешним магнитным полем (например, постоянного магнита), в которое помещен проводник с током. При этом справа от проводника, где силовые линии поля проводника совпадают с линиями внешнего поля, происходит сгущение силовых линий; слева от проводника, где силовые линии поля проводника направлены навстречу линиям внешнего поля, происходит разрежение силовых линий. Магнитные силовые линии обладают свойством упругости, напоминающим свойство резиновых нитей. Стремясь сократиться по длине, они будут выталкивать проводник из области сгущения силовых линий в сторону их разрежения, т. е. справа налево. В результате возникает электромагнитная сила F.

Рис. 48. Электромагнитная сила, действующая в магнитном поле на проводник с током

Рис. 49. Сгущение и разрежение магнитных силовых линий при наличии в магнитном поле проводника с током.

Рис. 50.Электромагнитные силы,действующие в магнитном поле на виток или катушку с током.

Виток с током в магнитном поле. Если поместить в магнитное поле не проводник, а виток (или катушку) с током и расположить его вертикально (рис. 50, а), то, применяя правило левой руки к верхней и нижней сторонам витка, получим, что электромагнитные силы F, действующие на них, будут направлены в разные стороны. В результате действия этих двух сил возникает электромагнитный вращающий момент М, который вызовет поворот витка, в данном случае по часовой стрелке. Этот момент

M = FD (49)

где D — расстояние между сторонами витка.

Виток будет поворачиваться в магнитном поле до тех пор, пока он не займет положение, перпендикулярное магнитным силовым линиям поля (рис. 50, б). При таком положении через виток будет проходить наибольший магнитный поток. Следовательно, виток или катушка с током, внесенные во внешнее магнитное поле, всегда стремятся занять такое положение, чтобы через виток проходил возможно больший магнитный поток. Свойство витка и катушки с током поворачиваться в магнитном поле широко используется в электротехнике; электрические двигатели и ряд электроизмерительных приборов работают по этому принципу.

Для увеличения вращающего момента в электрических двигателях применяют не один виток, а несколько. Эти витки, соединенные соответствующим образом, образуют обмотку якоря электродвигателя.

Метки: действие силымагнитная индукциямагнитное полемагнитные силовые линиимагнитный потокПроводник с током в магнитном полеэлектромагнитная сила

Электромагнитная сила Определение и значение

• Основные определения
• Викторина
• Примеры

[ ĭ-lĕk′trō-măg-nĕtĭk ]

Сохранить это слово!

---

Фундаментальная сила, связанная с электрическими и магнитными полями. Электромагнитная сила переносится фотоном и отвечает за структуру атома, химические реакции, силы притяжения и отталкивания, связанные с электрическим зарядом и магнетизмом, и все другие электромагнитные явления. Подобно гравитации, электромагнитная сила имеет бесконечный диапазон и подчиняется закону обратных квадратов. Электромагнитное взаимодействие слабее сильного ядерного взаимодействия, но сильнее слабого взаимодействия и гравитации. Некоторые ученые считают, что электромагнитное взаимодействие и слабое ядерное взаимодействие являются аспектами одной силы, называемой электрослабой силой.

ВИКТОРИНА

ВСЕ ЗА(U)R ЭТОГО БРИТАНСКОГО ПРОТИВ. АМЕРИКАНСКИЙ АНГЛИЙСКИЙ ВИКТОРИНА

Существует огромная разница между тем, как люди говорят по-английски в США и Великобритании. Способны ли ваши языковые навыки определить разницу? Давай выясним!

Вопрос 1 из 7

Правда или ложь? Британский английский и американский английский различаются только сленговыми словами.

Слова рядом электромагнитная сила

электролиз, электролизер, электромагнит, электромагнитный, электромагнитное поле, электромагнитная сила, электромагнитная индукция, электромагнитное взаимодействие, электромагнитный момент, электромагнитный импульс, электромагнитный насос

Научный словарь American Heritage® Авторские права © 2011. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

Как использовать электромагнитную силу в предложении

• Тем не менее, в течение десятилетия или около того неряшливость была, как это ни парадоксально, силой для грамотности и расширения прав и возможностей.

  Как криминальное чтиво спасло литературу|Венди Смит|8 января 2015 г.|DAILY BEAST

• Вскоре после рассвета произошла еще одна вспышка смертоносной силы.

  Франция скорбит и охотится|Нико Хайнс, Кристофер Дики|8 января 2015 г.|DAILY BEAST

• И оценщики ВВС первыми говорят, что такое изображение никогда не рассказывает всей истории.

  Пентагон не знает, сколько людей было убито в войне с ИГИЛ|Нэнси А. Юссеф|7 января 2015 г.|DAILY BEAST

• Детективы с оперативной группой по поиску беглецов поймали Поланко и его друга на улице Бронкса в первой половине дня.

  Сбит во время замедления полиции Нью-Йорка|Майкл Дейли|7 января 2015 г. |DAILY BEAST

• Пентагон сообщил, что Фаал служил в ВВС семь лет, за это время он стал гражданином США.

  Темный ветеран США, который пытался свергнуть страну|Джейкоб Сигел|6 января 2015 г.|DAILY BEAST

• Голиаф не ответил; Дублин сказал, что силы уходят, и мы вообще не можем связаться с солдатами.

  Дневник Галлиполи, том I|Иан Гамильтон

• Для такого использования голоса в особой службе силы воли или движущей силы необходимо сначала проверить его свободу.

  Выразительный голос Культура|Джесси Элдридж Саутвик

• Но вы ошибаетесь, думая, что сила запада состоит из всей Меррилл Хорс.

  Курьер Озарков|Байрон А. Данн

• Она и ее младшая сестра Джанет много ссорились по злой привычке.

  Пробуждение и избранные рассказы|Кейт Шопен

• Во время разрушения они изольют свою силу и умилостивят гнев того, кто их сотворил.

  Библия, версия Дуэ-Реймса|Разное

Электромагнитная сила | Многоволновая астрономия

Многоволновая галактика Водоворот: Каждое изображение показывает узкую полосу длин волн света и невидимого излучения в электромагнитном спектре. Длина волны и энергия фотона связаны с тем, насколько быстро ускоряются электроны. Излучение низкой энергии исходит из холодных областей молекулярного газа, а излучение высокой энергии исходит из горячих точек, где атомы полностью ионизированы. Комбинированные изображения дают представление о структуре, температуре и химическом составе галактики Водоворот. Звезды на инфракрасном изображении представляют большую часть массы галактики, за исключением темной материи, которую невозможно увидеть. Оптическое изображение представляет немного меньшее количество массы, а остальные три изображения представляют собой только следы массы в молекулах (радиоизображение), массивных горячих звездах (ультрафиолетовое изображение) и горячей плазме (рентгеновское изображение).

Гравитация — это сила, стягивающая материю на большие расстояния (десятки миллионов световых лет). Электромагнитная сила также очень влиятельна, но она действует на очень малых расстояниях (вплоть до субмиллиметровых масштабов), заставляя положительно заряженные атомные ядра притягивать отрицательно заряженные электроны, позволяя формироваться атомам и молекулам.

Электромагнитная сила отвечает за генерацию видимого света, а также излучения в других диапазонах волн, не воспринимаемых человеческим глазом. Когда электроны и протоны летают, сталкиваясь друг с другом в источнике света, электромагнитная сила производит фотоны всех длин волн в электромагнитном спектре. Медленные, беспорядочно движущиеся заряженные частицы создают радио-, инфракрасные, оптические и ультрафиолетовые фотоны с длинами волн, соответственно, от метров и микронов до тысяч нанометров и сотен нанометров. Быстро движущиеся частицы могут создавать рентгеновские лучи. Эти формы излучения называются тепловым излучением, потому что энергия фотонов зависит от температуры газа. Другие процессы, такие как направленное движение заряженных частиц в магнитных полях или распад частиц на фотоны, создают дополнительное излучение, которое называется нетепловым излучением, поскольку основной причиной излучения является нечто иное, чем температура газа. Часто трудно сказать, как создается тот или иной фотон, потому что у них одинаковые длины волн.

Излучение с самой высокой энергией, известное как гамма-лучи, обычно является нетепловым излучением.

Электромагнитная сила в формирующейся материи: Электромагнетизм — это сила, действующая между электрическими зарядами друг на друга. Протоны и электроны — противоположно заряженные частицы, которые реагируют как на электрические, так и на магнитные поля. Без электромагнитной силы атомы и молекулы никогда бы не образовались.

Электромагнетизм — это сила, с которой заряженные частицы действуют друг на друга. Электроны и протоны — противоположно заряженные частицы, которые реагируют как на электрические, так и на магнитные поля. Когда электромагнитная сила заставляет электроны ускоряться или замедляться, Закон сохранения энергии требует, чтобы было добавлено или вычтено равное и противоположное количество энергии, чтобы чистое изменение энергии для системы было равно нулю. Другими словами, энергия, появляющаяся или исчезающая в одной форме, должна появиться или исчезнуть в другой. Фотоны с более высокой энергией связаны с более высокими частотами, чем с более короткими длинами волн. Фотоны — мельчайшие частицы света. Фотоны имеют непрерывный диапазон энергий от низких до высоких, каждый из которых связан с уникальной длиной волны и частотой.

Многоволновая галактика Водоворот: Каждое изображение показывает узкую полосу длин волн света и невидимого излучения в электромагнитном спектре. Длина волны и энергия фотона связаны с тем, насколько быстро ускоряются электроны. Низкоэнергетическое излучение исходит из холодных областей молекулярного газа, а высокоэнергетическое излучение исходит из горячих точек, где атомы полностью ионизированы. Комбинированные изображения дают представление о структуре, температуре и химическом составе галактики Водоворот.

Тепловое излучение

Вселенная в основном состоит из газообразного водорода. Все остальные элементы периодической таблицы составляют небольшую часть материи в космическом пространстве. По мере того, как гравитация стягивает облака газа, частицы газа ускоряются и вступают во все больший и больший контакт друг с другом. Это повышает температуру газа и увеличивает выход света от взаимодействующих частиц. Характерная длина волны испускаемого излучения становится все голубее и голубее по мере того, как газ становится все горячее и горячее. Это известно как тепловое излучение. От самых холодных тускло светящихся газовых облаков до самых горячих и ярких звезд большая часть света во Вселенной является результатом теплового излучения, испускаемого электронами, ускоряющимися вблизи протонов.

Когда температура газа поднимается выше нескольких тысяч градусов Кельвина, электромагнитная сила, удерживающая электроны в атомных ядрах, разрушается, и электроны получают возможность свободно летать вокруг. Это называется ионизацией, и большая часть Вселенной состоит из ионизированного газа с большим количеством свободных электронов и протонов, летающих вокруг друг друга. Ионизированный газ называется плазмой. Плазма отличается от других веществ тем, что свободные электроны придают плазме электромагнитные свойства. Нейтральный газ обладает только гравитационными свойствами в больших масштабах, что верно и для темной материи.

Нетепловое излучение

При температуре свыше 10 000 000 Кельвинов все атомы в горячей плазме ионизируются, тепловая энергия достигает своего пика, и магнитные силы берут верх. Нетепловое излучение исходит от свободных электронов, мчащихся вдоль силовых линий магнитного поля со скоростью, близкой к скорости света. Когда электроны разгоняются до огромных скоростей мощными магнитными полями, высвобождаются высокоэнергетические фотоны рентгеновского и гамма-излучения с энергиями, превышающими те, которые могут быть получены тепловыми процессами.

Что такое пульсар? Нейтронные звезды вращаются от 7 до 40 000 раз в минуту и ​​формируются с невероятно сильными магнитными полями. Быстрое вращение и интенсивные магнитные поля вызывают мощные пучки электромагнитного излучения, включая гамма-лучи.