Электрический ток в повседневной жизни

Если в мире отключить электричество, остановится весь транспорт, исчезнет коммуникация, в домах не будет света. Произойдет катастрофа. Еще хуже, если отключить все электромагнитные взаимодействия, которые есть в природе: в таком случае мы просто перестанем существовать. Атомы и молекулы развалятся и перестанут существовать, поэтому электромагнитные взаимодействия фундаментальны. Когда электрический заряд движется, получается электрический ток, который используется во многих сферах жизни. Исследование электрического заряда началось с опытов Майкла Фарадея, открывшего явление электромагнитной индукции, на котором основаны все электродвигатели и электрогенераторы. В первой половине XIX века Фарадей показывал свои опыты в Англии, но ему говорили: «Мистер Фарадей, какой смысл в ваших опытах?» На это он отвечал, что все будут иметь налоги с его изобретений. Так и произошло. Вклад Фарадея потом отметили, изобразив ученого на английских купюрах.

Невозможно представить жизнь без электрических машин, приборов и устройств. Это радиосвязь, интернет, телекоммуникации, транспорт. Электрический ток представляет собой направленно движущиеся заряды, измеряемые в амперах. Один ампер — это ток, который переносит огромный заряд, равный одному кулону, за одну секунду. Провода, по которым идет этот ток, куда электроны входят и выходят, электрически нейтральны, поэтому никаких электростатических явлений здесь нет. Важно, что движущиеся заряды, то есть токи, порождают магнитные поля. В XIX веке стало понятно, что магнитные явления связаны с движущимся током, а до этого электрические и магнитные явления существовали раздельно. Магнитные явления использовались для ориентации с помощью компаса, но только в начале XIX века благодаря опытам Эрстеда и Ампера стало ясно, что эти явления связаны.

Ганс Эрстед пускал электрический ток по проводу и подносил к проводу стрелку компаса. Он заметил, что ориентация стрелки зависела от направления тока. Это был признак, что между током и стрелкой происходит взаимодействие. Важно уточнить: это не связано с электростатикой — провод был электрически нейтральный. Это связано с протеканием тока. Другой знаменитый опыт 1820 года принадлежит французскому физику Андре-Мари Амперу, который взял два провода и пустил по ним токи. Он обнаружил, что эти провода, если токи в них протекают в одном направлении, притягиваются, а если токи имеют разные направления — отталкиваются. Это тоже не связано с электростатическими явлениями. Это связано только с протеканием тока через эти провода. В это время ученые начали замечать важную связь между электрическими и магнитными явлениями: это проявления одного и того же фундаментального взаимодействия, которое мы называем «электромагнитное», «электромагнетизм».

Следующий важный опыт — эксперимент Майкла Фарадея в 1831 году. Он открыл явление электромагнитной индукции. Если взять проводник с током в виде кольца, которое находится в магнитном поле, то, когда мы меняем это магнитное поле, например повернув кольцо, в поле возникает электрический ток. Явление электромагнитной индукции лежит в основе работы всех электрических машин: генераторов, электродвигателей. Это лучший вид преобразователей энергии в движение, которые мы имеем сегодня. У таких машин КПД выше 90%, когда как КПД двигателей внутреннего сгорания меньше 50%. Электричество позволяет преобразовывать электрическую энергию в механическую с фантастической эффективностью. После открытий Ампера, Эрстеда, Фарадея стала активно развиваться электротехника — сфера, которая подарила нам современные электрические машины. Когда ученые научились вырабатывать электроэнергию и использовать ее, возникла потребность в передаче этой электроэнергии на расстояние. Сейчас существует огромное количество изобретений, различных электродвигателей, электрических машин постоянного тока, двигателей переменного тока или машин. Например, в нашей бытовой сети используется переменный электрический ток, который вырабатывается с помощью электрогенераторов.

Разберемся с устройством электрогенератора. Представим, что у нас есть рамка с током в виде замкнутого кольца. Если магнитное поле в ней изменяется, значит, в рамке наводится ток. Возьмем постоянные магниты, рамку или катушку с током (в современных электродвигателях движущаяся часть — ротор, недвижущаяся часть — статор). Если мы вращаем эту катушку, в ней наводится электрический ток. Например, вращаем на разных электрогенераторах. Необходимо принудительным образом вращать ротор, тогда возможно снимать электрический ток с помощью специальных устройств, а именно коллекторов, и получать электрический ток во внешней цепи. Скажем, на электростанциях, на тепловых электростанциях турбина вращается за счет сжигания газа. На гидроэлектростанциях ротор вращается за счет потока воды. В двигателях внутреннего сгорания, которые используются для генерации, механическое движение сообщается от сгорания топлива.

Современные мощные электрические машины — электродвигатели и генераторы — многофазные. Чаще всего трехфазные; это три провода, по которым течет электрический ток в разных фазах, и общий провод. Такие способы электропитания и генерации наиболее эффективны. Начиналось все с однофазных генераторов, затем появились многофазные. Классическая схема состоит из трех фаз, ее разрабатывали инженеры и изобретатели второй половины XIX века, один из которых — инженер русского происхождения Доливо-Добровольский, работающий в Германии. Он был директором компании AEG, которая существует и сейчас и производит много бытовой электротехники. При работе электрических машин, позволяющих генерировать электрический ток, или электродвигателей, на статор подается переменный или постоянный электрический ток, который создает магнитное поле, в котором вращается ротор.

Другая важная конструкция — асинхронный двигатель, в котором нет электрического контакта между ротором и статором. С помощью катушек создается вращающееся магнитное поле, и ротор, который обладает магнитными свойствами, начинает вращаться в этом поле, поэтому электрический контакт между ротором и статором не нужен. Асинхронный двигатель — интересный тип двигателя, который широко используется во многих устройствах, потому что в нем отсутствуют щетки — наиболее уязвимая часть электрических машин из-за их низкой износостойкости. Такие устройства обеспечивают бесконтактную передачу энергии от электрических проводников с током к ротору. Главная идея в том, что с помощью электричества можно осуществлять бесконтактную передачу энергии. Один из первых, кому эта идея пришла в голову и кто ее пропагандировал, — это Никола Тесла, который предвидел современный интернет. С помощью своих опытов и демонстраций Тесла показывал, что электрическую энергию можно передать на расстоянии, не используя никакие провода. Сейчас мы понимаем этот механизм так, что движущиеся токи испускают электромагнитное излучение, то есть энергию, затем это перехватывается приемником, и получается беспроводная передача энергии.

Стандартная частота переменного тока в сетях — около 50-60 герц. Если эту частоту поднять, то излучение электромагнитной энергии станет более эффективным. На этом основана радиосвязь. Началось все с опытов немецкого физика Генриха Герца в XIX веке, а изобретение радио в конце XIX века, связанное с именами Гульельмо Маркони и Александра Попова, стало основой современных беспроводных коммуникаций. Другой важный и понятный пример беспроводной передачи электрической энергии — СВЧ-печь. В обычной СВЧ-печи с помощью магнитного поля — магнетрона — токи сверхвысокой частоты передают токи Фуко в объект, который мы нагреваем. Если этот объект электропроводящий, то электромагнитное поле вызывает токи, а токи вызывают нагрев.

Связь электрических и магнитных явлений хорошо изучили и сформулировали в уравнения Максвелла в конце XIX века. Этих уравнений четыре, и они описывают все электромагнитные явления, которые известны и доступны нам. Это фундаментальные законы физики, которым все электромагнитные явления подчиняются.

На постоянном и переменном токе основана вся электроэнергетика, которая вносит около 20% вклада в общую энергетику мира. Доля электроэнергетики постоянно растет, потому что она основывается не только на ископаемых ресурсах, но и на возобновляемых источниках энергии: солнце, ветре, движущейся воде.

Принцип работы электрических машин сильно не меняется уже сто лет. Главная область для развития — это усовершенствование материалов, использование электроники, процессоров для управления этими электрическими машинами, повышение эффективности материалов, экологичности. Другое применение постоянного и переменного тока — электромагнитные или рельсовые пушки, которые позволяют разогнать объект до огромных скоростей с помощью явлений электромагнитного поля. Возможно организовать взлет самолетов с помощью сильных электромагнитных полей, не прибегая к двигателям внутреннего сгорания.

Параллельно с этим развивается транспорт на магнитной подушке, который позволяет перемещаться телу или поезду на магнитной подушке без контакта с рельсом. С помощью таких технологий можно избавиться от трения, механики. Для создания магнитной подушки используются электромагнитные преобразователи, которые накапливают энергию в маховиках. Если раскрутить маховик с помощью асинхронного двигателя и поместить его в вакуум, чтобы избежать трения о воздух и остановок, то можно создать накопитель энергии. Такой накопитель сначала разгоняют электромагнитным полем, и он длительное время сохраняет энергию, затем мы подключаемся к этому маховику, и механическая энергия отдается обратно в электрическую. В итоге получается накопитель энергии.

Важная проблема, которую человечество решает десятки лет, — наличие проводников без потерь. Значительная часть энергии при передаче по проводам рассеивается: она идет на нагревание. На этом процессе основаны все электронагревательные приборы. Но если мы хотим передавать энергию, не тратя ее на тепло, нужно обеспечить провода минимальным сопротивлением, поэтому для электропроводки лучше использовать медные провода или серебро. Алюминий хуже, но нужен металл. В идеале потерь не будет, если использовать сверхпроводники, у которых потерь на нагрев не существует. Проблема в том, что до сих пор сверхпроводимость известна только при низких температурах. Самые высокие температуры для сверхпроводимости немного выше температуры кипения жидкого азота — около 90 кельвинов, но меньше комнатных температур. Современные сверхпроводящие устройства работают только при низких температурах, что требует глубокого охлаждения, затрат энергии, поэтому в больших масштабах это неэффективно. Многие ученые мечтают иметь сверхпроводники, которые работали бы при комнатных температурах, потому что это обеспечит новый вид транспорта, передачу энергии, хранение энергии. Пока не удалось разработать сверхпроводники, которые работали бы при комнатных температурах. Это задача будущего.

Сейчас продвигают использование электромагнитной энергии для беспроводной передачи на большие расстояния. Один из проектов, над которым работают современные ученые, состоит в том, чтобы вырабатывать электрическую энергию в космосе с помощью орбитальных космических станций, где используются солнечные батареи. Затем энергию, выработанную солнечными батареями, транслировать на Землю с помощью электромагнитной энергии, например, в диапазоне сверхвысоких частот или в оптическом диапазоне с помощью лазерного излучения. Также интересно разобраться с механизмами работы электродвигателей живых систем: как двигаются бактерии, клетки. Они двигаются и используют для этого маленькие электромоторчики, которые устроены электростатически или иначе. Такие механизмы могут найти приложения в современной робототехнике, развивающейся в сторону создания мягких роботов, которые будут приближены к человеческому телу.

Источник: ПостНаука

Каково направление электрического тока? — ASUTPP

В каком направлении на самом деле течет электрический ток? Этот вопрос возникает во многих случаях. Итак, давайте посмотрим на этот вопрос в данной статье. 

Различают техническое направление тока и физическое направление тока.

• Техническое направление электрического тока: от плюса к минусу.
• Физическое направление электрического тока: от минуса к плюсу.

Это хорошо иллюстрируется на рисунке 1 ниже:

Рис. 1. Направление электрического тока

Когда было открыто электричество, было установлено, что электрический ток будет течь от положительного полюса источника тока к отрицательному. Андре-Мари Ампер был первым, кто ввёл термин “электрический ток” в его нынешнем виде и определил направление тока. При этом его выводы основывались на опыте с устройством для разложения воды (H₂O ) на кислород (O₂) и водород (H₂), которое в химии известно как “аппарат Гофмана для электролиза воды”.

Рис. 2. Аппарат Гофмана для электролиза воды

Если к аппарату для электролиза воды (см. рисунок 2) подключить полюса источника тока, то в сосуде, подключенном к положительному полюсу, образуется кислород (O2), а в сосуде, подключенном к отрицательному полюсу, – водород (h3). Ампер определил (произвольно) направление тока от “кислородного провода” к “водородному проводу”. В литературе это закрепилось как техническое (обычное) направление тока, которое отражалось в том, что за направление тока условно приняли то направление, по которому движутся (или могли бы двигаться) в проводнике положительные заряды, т. е. направление от положительного полюса источника тока к отрицательному.

Если подытожить вышенаписанное, то можно сделать вывод о том, что вопрос о направлении электрического тока возник в науке тогда, когда об электронах и ионах ещё ничего не было известно. В то время предполагали, что во всех проводниках могут перемещаться как положительные, так и отрицательные электрические заряды.

Однако, когда человек “погрузился” в атомную физику, он понял, что это неверный путь. Сегодня мы, благодаря той же атомной физике знаем, что в металлах текут только частицы обладающие отрицательным зарядом, то есть электроны, поэтому направление тока от “минуса к плюсу” было бы более логичным. Следовательно правильно говорить о том, что электроны притягиваются к положительному полюсу источника тока и поэтому текут к нему. Это ничто иное как физическое направлении тока.

В тоже время, из-за больших сложностей с возможным изменением огромного количества технической литературы, которая сформировалась за эти многие годы еще со времен Андре-Мари Ампера, было решено продолжать использовать первоначальное направление электрического тока и называть его техническим направлением тока или обычным (традиционным) направлением электрического тока. В электрических схемах обычно используется именно техническое направление тока.

Смотрите также статью: Закон Ома для участка цепи.

Важные примечания:

1. Если специально не указано иное, в принципиальных схемах используется именно техническое направление тока!
2. Стрелка указывает направление тока (часто используется в электрических цепях).
3. Если текущее направление тока принято ошибочно, это можно увидеть по знаку минус, например, -2 А.

Электрический ток перемещает магнитные вихри / MLZ

MLZ-это сотрудничество между:

> Technische Universität München> Helmholtz-Zentrum areon

> Forschungszentrum Jülich

MLZ-это член:

> LiSBLICH

МЛЗ в социальных сетях:

• 1
• Электрический ток приводит в движение магнитные вихри

МЛЗ (eng)

Lichtenbergstr. 1
85748 Garching

Электрический ток приводит в движение магнитные вихри

В то время как Петер Грюнберг и Альберт Ферт были удостоены Нобелевской премии в 2007 году за исследования, которые привели к значительно более быстрому считыванию данных, за последние несколько лет ученые сосредоточились на том, как магнитная информация может быть напрямую записывается на носитель с помощью электрического тока. До сих пор проблема такого рода работ заключалась в необходимости чрезвычайно высоких токов, побочные эффекты которых почти невозможно обуздать даже в наноструктурах.

Профессор Кристиан Пфлейдерер и первый автор Флориан Джониц Профессор Кристиан Пфлейдерер и первый автор Флориан Джониец готовят образец на приборе MIRA в FRM II.

Профессор Кристиан Пфлейдерер и первый автор Флориан Джониец готовят образец на приборе MIRA в FRM II.

В 2009 году профессор Кристиан Пфлейдерер и его команда на физическом факультете ТУМ открыли совершенно новую магнитную структуру в кристалле марганцево-кремниевого сплава — решетку магнитных вихрей. Эксперименты в Гархинге были вызваны теоретическими прогнозами профессора Ахима Роша из Кёльнского университета и профессора Ремберта Дуйна из Утрехтского университета. Они ожидали новых результатов в области так называемой спинтроники, наноэлектронных элементов, использующих для обработки информации не только электрический заряд электронов, но и их магнитный момент, или спин.

Группа ученых под руководством Кристиана Пфлейдерера пропустила электрический ток, почти в миллион раз слабее, чем в предыдущих исследованиях, через марганцевый кремний. Используя нейтроны от FRM II, они смогли наблюдать закрутку в магнитной вихревой решетке, которую изначально не могли объяснить. Более интересной, чем поворот, была недавно открытая магнитная решетка.

Электрический ток перемещает магнитные вихри Анимация: Электрон (черный шар) летит над решеткой магнитных вихрей. Силы, возникающие при этом, позволяют управлять магнитными структурами с помощью относительно малых токов.

Анимация: Электрон (черный шар) летит над решеткой магнитных вихрей. Силы, возникающие при этом, позволяют управлять магнитными структурами с помощью относительно малых токов.

Затем Кристиан Пфлейдерер и его команда провели дальнейшие измерения с помощью прибора MIRA на источнике нейтронов FRM II, пытаясь определить, почему решетка искривляется при подаче тока. Когда электрон пролетает через магнитные вихри, спин электрона реагирует соответствующим образом (см. анимацию). Таким образом, электрический ток воздействует на магнитные вихри, которые в конце концов начинают течь.

Управление магнитными конструкциями Электрон (черный шар) летит над решеткой магнитных вихрей. Силы, возникающие при этом, позволяют управлять магнитными структурами с помощью относительно малых токов.

Электрон (черный шар) летит над решеткой магнитных вихрей. Силы, возникающие при этом, позволяют управлять магнитными структурами с помощью относительно малых токов.

После дальнейших измерений группа Кристиана Пфлейдерера и Ахима Роша смогла установить, что недавно открытая решетка магнитных вихрей проявляет свойства, которые уже давно представляют интерес для нанотехнологий. Среди прочего, они имеют отношение к разработке новых систем хранения данных. Примечательно, что магнитные вихри очень стабильны и в то же время очень слабо закреплены в материале, так что даже самый слабый электрический ток может привести к движению. Это позволит в будущем записывать и обрабатывать данные значительно быстрее и эффективнее.

Оригинальная публикация

Ф. Йониц, С. Мюльбауэр, К. Пфляйдерер, А. Нойбауэр, В. Мюнцер, А. Бауэр, Т. Адамс, Р. Георгий, П. Бони, Р. А. Дуйне, К. Эвершор, М. Гарст, А. Рош, Крутящие моменты спиновой передачи в MnSi при сверхнизких плотностях тока, Наука, 330, 6011, 17 декабря 2010 г., DOI: 10.1126/science.1195709

Публикация об открытии

С. Мюльбауэр, Б. Бинц, Ф. Джониец, К. Пфлейдерер, А.

Рош, А. Нойбауэр, Р. Георгий, П. Бони, Решетка Скирмиона в хиральном магните, Science, Vol. 323 нет. 5916 стр. 915-919, 13 февраля 2009 г. – DOI: 10.1126/science.1166767

Главная | Better MRO

Фрезерование

Средства индивидуальной защиты

Металлообработка

Связи с работой

Видео: Как производство изменило вашу жизнь?

Узнайте, как некоторые лидеры обрабатывающей промышленности начинали свою карьеру в этой области.

Innovate

ВИДЕО: НАСТРОЙКА ИНСТРУМЕНТА – Как революционизировать сверло с помощью инструментов Walter

Средства индивидуальной защиты

Почему средства индивидуальной защиты унисекс не работают для женщин и что с этим делать

Инновации

ВИДЕО: ИНСТРУМЕНТЫ – На переднем крае инноваций с Brendt Holden, Haimer USA

2

2 Инновации

Подготовка механических цехов США к буму производства полупроводников

ОБЗОР IMTS 2022

УЗНАЙТЕ О ПОСЛЕДНИХ ИННОВАЦИОННЫХ ИНСТРУМЕНТАХ И РЕШЕНИЯХ. ..

 

Независимо от того, посещали ли вы IMTS 2022 лично или нет, вы можете ознакомиться с последними и лучшими инновациями в области металлообработки и механической обработки.

Получите представление о том, что произошло на выставке:

* Демонстрации отмеченных наградами MSC Millmax

* Специалисты по металлу. Продемонстрировали последние инновации

* Лидеры отрасли. Разделили свои новые продукты

9000 2

Parmers.

Инновации

Снижение индексируемых фрезерных матчей KNENAMETAL

Подробнее. Работа?

Производители электроники говорят, что когда-то революционная 3D-печать дополняет обработку на станках с ЧПУ и другие более традиционные производственные процессы, что делает ее еще одним (хотя и очень мощным) инструментом в их наборах инструментов.

Фрезерование

Алюминиевые фрезерные инструменты OSG нового поколения удваивают их конкурентоспособность

Контент для поставщиков

Инструментальный производитель премиум-класса OSG предлагает компромисс между сроком службы инструмента и производительностью, что является трудным препятствием для механических мастерских, с помощью своего бренда AE-N концевые фрезы, которые улучшают оба.

Механическая обработка

Механическое удаление заусенцев: Osborn повышает эффективность благодаря инновациям

Ваши рабочие могут быть заняты удалением заусенцев вручную, но ваш бизнес может стать более прибыльным, если вы перейдете на механический процесс с использованием правильной щетки с правильными параметрами . Объясняют эксперты Osborn.

Робототехника

Это решение Norton Abrasives доказывает ценность автоматизации

Контент для поставщиков

Команда разработчиков абразивных материалов Norton | Saint-Gobain Abrasives предоставляет производителям возможность использовать автоматизацию для работы с абразивами.

СОВЕТЫ ПО МЕТАЛЛООБРАБОТКЕ

Технология

Обработка жаропрочных сплавов: советы экспертов для труднообрабатываемых материалов

Узнайте об интеллектуальных подходах к обработке жаропрочных сплавов.

Механическая обработка

5 причин поддерживать чистоту охлаждающей жидкости при механической обработке

От дерматита до сокращения срока службы инструмента чистая охлаждающая жидкость просто лучше и делает станочников более счастливыми, а цех более продуктивным.

Технология

Почему вам нужно перестать покупать дешевые режущие инструменты

Вот почему покупка самых дешевых режущих инструментов иногда может привести к неудаче.

СТРАТЕГИЯ ЦЕПИ ПОСТАВОК

Цепочка поставок

Управление кризисом цепочки поставок: как производители могут справиться с дефицитом

Что производители могут сделать, чтобы справиться с кризисом цепочки поставок.

Бережливое производство

Изучение стратегий цепочки поставок: «точно вовремя» или «точно в случае необходимости»

Управление запасами «точно в срок» в целом полезно для бизнеса, но является ли оно лучшей практикой во время глобальных пандемий, стихийных бедствий и торговли войны? Взгляните на варианты.

Цепочка поставок

Лучшее управление цепочкой поставок: возьмите под контроль расходы на ТОиР

Не позволяйте расходам на ТОиР выйти из-под контроля. Обуздайте это, лучше понимая, где найти скрытые расходы и как преодолеть разрыв между закупками и цехом.

Навыки Gap

GAPLE DAP

ВИДЕО: ОБЪЕДИНЕНИЕ — Обращение к разрыву навыков производства США

Соединение рабочих мест

Разрыв на навыки обработки CN0119

• Улучшение защиты осведомителей
• Центры обучения технике безопасности
• Indifference to Laws and Safety

machining productivity

Innovate

VIDEO: Guhring RF100 Sharp Introduction

Supplier Content

New RF100 Sharp carbide milling cutters from Guhring are excellent at shearing gummy materials and feature reduced cutting силы.

Обработка

Как концевая фреза Kennametal HARVI I TE повышает производительность и срок службы инструмента

Материалы для партнеров

Узнайте о новейшем пополнении Kennametal в линейке инструментов.

Фрезерование

ВИДЕО: НАСТРОЙКА ИНСТРУМЕНТА — высокоэффективные концевые фрезы SGS серии 77 H-Carb с 7 канавками

Контент для поставщиков

Крис Диксон, инженер по применению в Kyocera SGS Precision Tools, Inc. , за обсуждение в режиме реального времени и демонстрацию высокоэффективных концевых фрез серии 77 H-Carb с 7 канавками.

соответствие требованиям

Безопасность на рабочем месте

Объяснение уровня безопасности OSHA DART и способы его расчета

Узнайте о коэффициенте DART, который разработан, чтобы помочь учреждениям измерить свои показатели безопасности.

Безопасность сотрудников

10 главных нарушений техники безопасности OSHA: сколько они стоят в 2021 году включая респираторы, лестницы, строительные леса и блокировку/маркировку. Компании были оштрафованы на миллионы долларов.

Соблюдение нормативных требований

OSHA требует более подробной информации о производственных травмах с высоким риском

Управление по охране труда и здоровья США рассматривает правило, требующее от предприятий с повышенным риском сообщать более подробную информацию о производственных травмах.

Технология

Что такое соответствие требованиям TAA? 5 вещей, которые вы должны знать

Узнайте о соответствии требованиям TAA и о том, как избежать проблем или справиться с ними.