Site Loader

Содержание

Электромагнитные явления. Лекция 3 — презентация онлайн

1. Электромагнитные явления

Лекция 3

2. Основы электрического взаимодействия

• Наименьший по величине электрический
заряд, экспериментально обнаруженный в
природе – заряд электрона:
• Заряд протона положителен и по величине
равен заряду электрона:
• Электрический заряд любого тела квантован и кратен
элементарному заряду е, т.е. изменяется дискретно:
Где N – целое число.
• Между заряженными телами возникают особые силы
взаимодействия, называемые электрическими силами.
Одноименные заряды отталкиваются, разноименные –
притягиваются.

4. Виды электрических полей, их сравнительная характеристика

• Электрическое поле – одна из составляющих
электромагнитного поля, особый вид материи,
существующий вокруг тел или частиц,
обладающих электрическим зарядом, в также
в свободном виде при изменении магнитного
поля.
• Электрические поля классифицируются по
принципу образования и свойствам. Известны
два вида:
• Постоянные (электростатические) поля,
• Переменные (вихревые) электрические поля.
• Электростатическое поле – это векторное поле,
ротор которого равен нулю в любой точке, оно
называется потенциальным (безвихревым) и может
быть представлено как градиент некоторого
скалярного поля (т.е. потенциала).
• Переменное электрическое поле – это векторное
поле, которое может быть представлено как ротор
(вращение) другого векторного поля (магнитного),
поэтому оно называется вихревым, при этом, если
его дивергенция всюду равна нулю, оно называется
соленоидальным, поскольку силовые линии поля
замкнуты, в противном случае несоленоидальным,
т.к. силовые линии поля незамкнуты.

6. Сравнительная характеристика электрических полей

• Электрическое поле, напряженность
которого одинакова по модулю и
направлению во всех точках пространства,
называется однородным. В противном
случае – неоднородным.

8.

Электростатическое поле, его характеристики и свойстваЗакон Кулона:
Количественные характеристики электростатического поля:
• силовая характеристика – напряжённость электрического поля.
• энергетическая характеристика – потенциал.
Напряженность электрического поля численного равна силе F,
действующей со стороны поля, создаваемого суммарным зарядом
Q, на единичный положительный (пробный) заряд q0,
помещенный в данную точку поля:

10. Принцип суперпозиции

13. Теорема Остроградского – Гаусса

• Электростатическое поле обладает свойством
несоленоидальности, т.е. его силовые линии (линии
напряженности) не замкнуты и не закручиваются.
• Электростатическое поле обладает свойством
потенциальности.
• Работа сил поля при перемещении заряда
q0 из точки 1 в точку 2 равна
• Для работы при перемещении пробного
заряда q0 по замкнутому контуру L :
• Условие потенциальности для замкнутого
контура:
• -это циркуляция вектора Е по замкнутому
контуру.
• Электростатическое поле точечного заряда
является потенциальным, кулоновские силы –
консервативными.

17. Потенциал

• Потенциалом электростатического поля называется физ
величина, равная отношению потенциальной энергии
пробного заряда q0 в данной точке пространства к
величине этого заряда:
• Разность потенциалов – это скалярная физ величина,
определяемая работой, совершаемой кулоновскими
силами при перемещении единичного положительного
заряда из одной точки поля в другую:
• Совокупность точек, имеющих равный потенциал,
образуют так называемую эквипотенциальную
поверхность, или поверхность равного потенциала

19. Для напряженности электрического поля получаем:

• Движение электрического заряда q0 под
воздействием электрического поля с
напряжённостью Е :

21. Действие электрического поля на вещества

• По действию электрического поля на вещества все
вещества делятся на 3 вида:
• проводники электрического тока
• полупроводники,
• изоляторы или диэлектрики.
Проводники характеризуются тем, что в них под
действием электрического поля образуется электрический
ток – направленное движение заряженных частиц.
Существуют проводники 1-го рода (металлы, в которых
есть свободные электроны), 2-го рода (растворы
электролитов, в которых свободными зарядами являются
положительно заряженные ионы – катионы и
отрицательно заряженные ионы – анионы).
• В диэлектриках нет свободных носителей зарядов,
поэтому под действием электрического в них не возникает
электрического тока, но возникает поляризация
диэлектрика — приобретение диэлектриком полярности за
счет разделения в нем положительных и отрицательных
зарядов под действием электрического поля.
• Диэлектрическая проницаемость среды:
• Вектор электрического смещения (электрической
индукции):
• Теорема Гаусса:

24. Проводники в электростатическом поле. Конденсаторы

• При внесении во внешнее электростатическое поле
нейтрального проводника возникает явление
электростатической индукции, т. е. наведение собственного
электростатического поля.
• Способность проводника накапливать электрические
заряды характеризуется электрической емкостью:
• Емкостью конденсатора называется физическая величина,
равная отношению заряда q, накопленного в
конденсаторе, к разности потенциалов между его
обкладками.
• Для плоского конденсатора:

26. Электрическое поле в проводнике

• Основным свойством проводников является их высокая
электропроводность.
Два вида электрических токов:
• Ток электропроводимости – упорядоченное движение в
веществе или вакууме свободных заряженных частиц.
• Конвекционный электрический ток – ток,
обусловленный перемещением в пространстве
заряженного макроскопического тела.
Для возникновения и прохождения электрического тока
проводимости необходимы условия:
• Наличие свободных зарядов.
• Наличие электрического поля, создающего
упорядоченное движение свободных зарядов.
• Не изменяющийся во времени ток называют
постоянным, а изменяющийся с течением времени –
переменным.
• В проводах разного сечения:
• По закону Ома:
• ЭДС – физ скалярная величина, определяемая работой
сторонних сил при перемещении единичного
положительного заряда:
• Напряжение на участке цепи – физически скалярная
величина, определяемая работой суммарного поля
кулоновских и сторонних сил при перемещении
единичного положительного заряда на данном участке:
• Электрическое сопротивление:
• Электрическая проводимость:
• Закон Ома для однородного участка цепи:
• Участок цепи, содержащий источник тока, называется
неоднородным.
• Закон Ома для неоднородного участка цепи (в
интегральной форме):

31. В зависимости от конфигурации участка цепи или режима

• 1) источник тока отсутствует:
• Закон Ома для однородного участка цепи.
• 2) Цепь источника замкнута:
• Закон Ома для замкнутой цепи.
• 3) Режим холостого хода цепи:
• ЭДС источника в разомкнутой цепи равна разности потенциалов
на его зажимах.
• Закон Джоуля – Ленца:
• Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме:
объемная плотность тепловой мощности тока в
проводнике равна произведению его удельной
электрической проводимости на квадрат напряженности
электрического поля:
• Мощность электрического тока:

33.

Правила Кирхгофа• 1. Алгебраическая сумма сил токов в узле электрической
цепи равна нулю, т.е.
• 2. В любом замкнутом контуре электрической цепи
алгебраическая сумма ЭДС источников равна
алгебраической сумме падений напряжений на отдельных
участках этого контура, т.е.

35. Магнитные поля объектов. Электромагнитная индукция

• Основной характеристикой магнитного поля является
вектор магнитной индукции, касательный к силовой
линии, проходящей через данную точку. Эта величина
пропорциональна силе, которая действует на северный
конец бесконечно малой стрелки, помещенной в данную
точку магнитного поля.

36. Магнитный момент

• Кроме орбитального магнитного момента,
электрон обладает собственным (спиновым)
магнитным моментом. Т.е. моментом за счет
вращения электрона вокруг собственной оси.
• В результате магнитный момент атома равен
векторной сумме этих магнитных моментов.
• Т.о., орбитальное и спиновое движение
электронов эквивалентны токам,
циркулирующим в молекулах (атомах)
вещества, они получили название
молекулярных токов (или микротоков).
• Обычные токи, текущие по проводникам,
связанные с перемещением в веществе
носителей тока называются токами
проводимости или макротоками.
• Степень намагничивания магнетика характеризуется
магнитным моментом единицы объема вещества –
намагниченность:

39. Магнитное поле, его характеристики

• Магнитное поле – особая форма материи,
посредством которой осуществляется
взаимодействие между движущимися
заряженными частицами или телами,
обладающими магнитным моментом.
• Магнитное поле — составляющая электромагнитного
поля, появляющаяся при наличии изменяющегося
во времени электрического поля, либо создаваемая
током заряженных частиц или магнитными
моментами электронов в атомах (постоянные
магниты).

40. Виды магнитных полей

• 1. Магнитное поле земли.
• 2. Магнитное поле постоянных магнитов.
• 3. Магнитное поле проводника с током.
• 4. Переменные магнитные поля.
Количественные характеристики:
• Сила магнитного поля, определяемая вектором
магнитной индукции.
• Величина магнитного потока, называемая
магнитным потоком или потоком вектора
магнитной индукции.
• Вектор напряженности.
Вектор магнитной индукции в точке
однородного магнитного поля

44. Свойства линий магнитной индукции

• Линии всегда замкнуты и охватывают проводник с током
или постоянные магниты, образуют силовые вихревые
поля.
• Линии никогда не пересекаются.
• Направление силовых линий магнитного поля
определяется по правилу буравчика.
• Вектор магнитной индукции касателен к каждой точке
линии.
• Густота линий пропорциональна модулю магнитной
индукции.
• Магнитный поток :
• Установлено, что вектор магнитной индукции
характеризует результирующее магнитное поле,
создаваемое всеми макротоками, проходящими через
проводник, и микроскопическими (молекулярными)
токами, обусловленными движением электронов в атомах
и молекулах проводников, которые под действием
магнитного поля определенным образом ориентируются,
создавая тем самым дополнительное магнитное поле.
• Для однородной изотропной среды

47. Закон Био – Савара – Лапласа

Магнитная индукция результирующего поля
(принцип суперпозиции магнитных полей) :

48. Проявление магнитного поля. Силы Ампера и Лоренца

Магнитное поле проявляется в воздействии:
• На магнитные моменты физических тел (веществ).
• На движущие заряженные частицы.
• На проводники с током.
В магнетике вектор магнитной индукции:

49. В зависимости от характера влияния на внешнее магнитное поле магнетики делятся:

Магнетики — материалы, вступающие во взаимодействие с
магнитным полем, выражающееся в его изменении, а также в
других физических явлениях — изменение физических
размеров, температуры, проводимости, возникновению
электрического потенциала и т. д.
В зависимости от характера влияния
на внешнее магнитное поле
магнетики делятся:
• 1. Диамагнетики, у которых магнитная проницаемость < 1,
векторы В0и В1 направлены в противоположные стороны.
• 2. Парамагнетики , у которых магнитная проницаемость >
1, векторы В0и В1 направлены в одну и ту же сторону.
• 3. Ферромагнетики , у которых магнитная проницаемость
>>1.
• Сила, действующая на проводник, называется силой
Ампера
• Формула для численного определения магнитной
индукции:
• Сила Лоренца:
• Результирующая сила:
• Выводы:
• Действие внешнего магнитного поля на магнитные
моменты тел приводит к их намагниченности.
Величина которой зависит от вида магнетика.
• На движущиеся заряженные частицы магнитное
поле действует силой Лоренца, изменяя
направление движения.
• На проводники с током магнитное поле действует
силой Ампера, приводящей к тому, что
параллельные проводники с электрическими
токами, текущими в одном направлении, под
действием магнитных полей притягиваются, а в
противоположных – отталкиваются.

54. Свойства магнитного поля

• Теорема Остроградского-Гаусса:
• Магнитное поле является всегда вихревым, не имеющим в
природе магнитных зарядов как источников поля.
• Линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца
и всегда замкнут, причем число линий, входящих в
некоторый объем пространства, равна числу линий,
выходящих из объема.
• Если входящие потоки брать с одним знаком, а выходящие
– с другим, то суммарный поток вектора магнитной
индукции через замкнутую поверхность будет равен нулю.
• Магнитная индукция, создаваемая прямолинейным
проводником с током в вакууме на расстоянии R от проводника,
равна:
• Циркуляция вектора
• Где n – число проводников с током, охватываемых контуром L
произвольной формы.
• Используя формулу
• Где j – плотность тока.
• Для циркуляция вектора В по замкнутому
контуру:
• Энергия магнитного поля:

57. Электромагнитная индукция

• Явление возникновения ЭДС в замкнутом проводящем контуре,
находящемся в переменном магнитном поле или движущемся
в постоянном магнитном поле, называется электромагнитной
индукцией.
• Источником возникновения индукционного (наведенного) тока
в замкнутом проводящем контуре является изменение
магнитного потока, пронизывающего контур.
• Причины изменения магнитного потока:
• 1) магнитный поток изменяется вследствие перемещения
контура или его частей в постоянном во времени магнитном
поле.
• 2) непосредственное изменение во времени магнитного потока
при неподвижном контуре.
• ЭДС индукции в замкнутом проводящем контуре:
• Частным случаем явления электромагнитной индукции
является самоиндукция.
• Самоиндукция – возникновение ЭДС в проводящем
контуре при изменении в нем силы тока:
• Где L – индуктивность контура (коэффициент), зависящая
от геометрической формы, размеров контура и магнитных
свойств среды, в которой он находится.
• Явление взаимоиндукции возникает, если два контура
расположены один возле другого и в каждом из них изменяется
сила тока, в результате они взаимно влияют друг на друга.
• ЭДС взаимоиндукции
• Где L12 и L21 – коэффициенты взаимоиндукции .
Применение явления электромагнитной индукции в
электротехнике:
• Синхронные генераторы – для преобразования механической
энергии в энергию электрического тока
• Трансформаторы – для повышения и понижения напряжения
(взаимоиндукция).
Индукционные явления служат причиной возникновения внутри
металлов паразитных токов – вихревых или токов Фуко -вихревые
индукционные токи, возникающие в проводниках при изменении
пронизывающего их магнитного поля

60. Магнитные носители информации

• Свойство ферромагнетиков менять намагниченность под
воздействием внешнего поля привело к созданию магнитных
носителей информации.
• Принцип считывания информации с магнитного
диска состоит в том, что при движении диска
относительно магнитной головки намагниченные
участки носителя вызывают в ней явление
электромагнитной индукции, т.е. индуцирует в
считывающей головке ЭДС, которая приводит к
возникновению в обмотке головки импульсов тока
различной полярности. Полярность возникающего
на обмотке напряжения зависит от направления
намагниченности носителя, которые соответствуют
логическим 0 и 1.
Уничтожение информации с магнитного носителя
может быть осуществлено:
• Механическим,
• Термическим,
• Магнитным способами.

62. Электромагнитные поля и волны. Вихревое электрическое поле, ток смещения

• Электромагнитные поля, существующие независимо
вдали от своих источников, принято называть
электромагнитными волнами.
• Максвелл выдвинул гипотезу, что всякое переменное
магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве
вихревое электрическое поле Ев, циркуляция которого и
является причиной возникновения ЭДС электромагнитной
индукции в контуре:
• Это второе уравнение Максвелла
• Изменяющееся магнитное поле порождает
вихревое электрическое, последнее в свою
очередь вызывает в диэлектрике или
вакууме изменяющееся магнитное поле.
Поскольку магнитное поле создается
электрическим током, то, согласно
Максвеллу, вихревое электрическое поле
следует рассматривать как некоторый ток,
протекающий и в диэлектрике и в вакууме –
ток смещения (величина,
пропорциональная скорости изменения
переменного электрического поля в
диэлектрике или вакууме).

64. Плотность тока проводимости

65. Плотность тока смещения

66. Плотность полного тока

• Теорема о циркуляции вектора
напряженности магнитного поля Н:
• Это первое уравнение Максвелла.
• В дифференциальной форме:
• Второе уравнение (закон Фарадея) – циркуляция вектора
напряженности суммарного электрического поля равна
• Смысл: переменное магнитное поле порождает
переменное электрическое поле, а источниками
электрического поля могут быть не только электрические
заряды, но и меняющиеся во времени магнитные поля.
• В дифференциальной форме:
Смысл: ЭДС в любом замкнутом контуре равна скорости
изменения магнитного потока или то, что вихревое
электрическое поле порождается изменениями магнитного
поля.
• Третье уравнение выражает теорему ОстроградскогоГаусса для статистических электрических и магнитных
полей:
• В дифференциальной форме:
• Смысл: дивергенция вектора электрической индукции
равна плотности заряда, следовательно, источником
электростатического поля является электрический заряд.
• Четвертое уравнение выражает теорему Остроградского –
Гаусса для переменного магнитного поля:
• Смысл: линии магнитной индукции всегда замкнуты.
Магнитных зарядов в природе не существует.
• В дифференциальной форме:
• Уравнения Максвелла – наиболее общие для
электрических и магнитных полей в покоящихся средах.
• Уравнения состояния или материальные уравнения:
• Для стационарных полей (E=const, B=const) уравнения
Максвелла:
• Смысл: источниками магнитного в данном случае
являются только токи проводимости, а источниками
электрического поля – только электрические заряды.

71. Понятие электромагнитной волны, ее характеристики

• Электромагнитная волна (ЭМВ) – процесс
распространения в пространстве электромагнитного поля,
в котором напряженности электрического и магнитного
полей изменяются по периодическому закону.

72. Основные характеристики электромагнитной волны


Амплитуда колебания определяется величиной вектора Е или Н.
Частота колебания f или период Колебания Т.
Фаза колебания
Длина волны, то есть расстояние между двумя ближайшими
точками, в которых колебания происходят в одинаковых фазах:
• Где с –скорость света в вакууме.
• Поляризация колебания, то есть направление колебания
векторов напряжённости электрического или магнитного поля,
определяется источником излучения. За направление
поляризации принято считать направление электрического поля
Е волны.
• Когерентное
электромагнитное излучение,
создающее волны
одинаковые по частоте и
фазе, может иметь три вида
поляризации:
• 1. Линейная – в направлении,
перпендикулярном
направлению
распространения волны.
Различают горизонтальную и
вертикальную.
• 2. Круговая – правая или
левая, в зависимости от
направления вращения
вектора индукции.
• 3. эллиптическая – случай,
промежуточный между
круговой и линейными
поляризациями.
• Волновое уравнение для вектора напряженности
электрического поля:
• Где V – фазовая скорость света в среде:
• n – показатель преломления среды:
• Волновое уравнение для электромагнитного поля:

75.

Свойства электромагнитный волн• Плоская монохроматическая (гармоническая) ЭМВ
описывается:

76. Свойства электромагнитных волн

• 1. Распространяются как в различных средах, так и в вакууме.
• 2. Скорость ЭМВ в вакууме является фундаментальной физ константой,
одинаковой для всех систем отчета.
• 3. Скорость ЭМВ в веществе меньше, чем в вакууме, и определяются
из формулы Максвелла. В атмосфере скорость практически можно
принять равной скорости света в вакууме.
• 4. Скорость распространения ЭМВ в конкретной среде совпадает со
скоростью света в этой среде, что является одним из обоснований
электромагнитной природы света.
• 5. При переходе ЭМВ из одной среды в другую частота волны остается
неизменной.
• 6. ЭМВ с частотой от 400 до 800 ТГц вызывают у человека ощущение
света.
• 7. ЭМВ являются поперечными, т.к. векторы Е и Н в ЭМВ
перпендикулярны направлению ее распространения.
• 8. ЭМВ обладают свойством дифракции, т. е. способностью огибать
препятствия, размеры которых сравнимы с длиной волны. При этом
отклонение направления их распространения от прямолинейного
наблюдается у края преграды или при прохождении через отверстие.
• 9. Для когерентных ЭМВ наблюдается явление интерференции, т.е.
способность их к наложению, в результате чего волны в одних
местах друг друга усиливают, а в других местах – гасят.
• 10. ЭМВ обладают свойством отражения, подчиняясь закону
отражения волн: угол падения равен углу отражения. Особенно
хорошо отражаются от металлов низкочастотные волны.
• 11. ЭМВ преломляются на границе раздела двух сред. При этом
отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть
величина постоянная для двух данных сред и равная отношению
скорости ЭМВ в первой среде к скорости ЭМВ во второй среде. Эта
величина называется показателем преломления второй среды
относительно первой.
• 12. ЭМВ могут поглощаться веществом. Наряду с энергией ЭМВ
обладает импульсом. Если волна поглощается, то ее импульс
передается тому объекту, который ее поглощает. Следовательно, что
при поглощении ЭМВ оказывает давление на преграду.
• 13. Для ЭМВ, распространяющихся в веществе, имеет место
дисперсия, то есть показатель преломления среды для
электромагнитных волн зависит от их частоты.

79. Перенос энергии электромагнитными волнами

• Объемная плотность энергии w ЭМВ складывается из
объемных плотностей электрического и магнитного полей:
• Модуль плотности потока энергии:
• В векторной форме :
Называется вектором Умова — Пойтинга.
Интенсивность ЭМВ:

80. Интенсивность ЭМВ:

Электромагнитный импульс:
Электромагнитная масса:
Связь импульса и скорости заряженной частицы V:
• Фаза вектора Е0 при прохождении волной расстояния R
• При распространении волн в свободном пространстве
амплитуда волны убывает с увеличением расстояния от
излучателя за счет сферической расходимости фронта
волны.
• Для учета влияния неоднородности среды в виде
поверхности Земли и неоднородности атмосферы на
распространение радиоволн вводят понятие ослабления
поля

82. Поля элементарных излучателей

Любой сложный излучатель можно представить как систему
элементарных излучателей, к качестве которых выступают:
• Электрический диполь – идеализированная
электронейтральная система, представляющая собой
совокупность двух равных по абсолютной величине
разноименных точечных зарядов, находящихся на некотором
расстоянии друг от друга.
• Магнитный диполь — идеализированная магнитонейтральная
система, моделируемая по причине отсутствия в природе
магнитных зарядов в виде небольшой (по сравнению с
расстояниями, на которых излучается генерируемое диполем
магнитное поле) плоской замкнутой проводящей рамки с
током.
• Проекции напряженностей электрического
и магнитного полей в точке М:

85. Зоны излучателя

• Вектор Умова – Пойтинга:
• Выводы: ближнее электромагнитное поле элементарного
излучателя не участвует в процессе излучения. В ближней
зоне существуют ЭМВ, уносящие с собой энергию от
излучателя, но их поля весьма малы.
Вектор Умова-Пойтинга:
Это означает, что энергия движется в направлении
радиусов только от излучателя. Она не возвращается
обратно к излучателю и представляет собой энергию
излученной ЭМВ.
• Под промежуточной зоной поля излучения понимается
область пространства вокруг излучателя, характеризуемая
расстояниями, соизмеримыми с длиной излучаемой волны.
Используются уравнения в полном виде.
• Простейшей физически осуществимой моделью элементарного
магнитного излучателя является плоская проводящая рамка
площадью S, по которой течет переменный ток и периметр
которой весьма мал по сравнению с длиной создаваемого ею
поля. ( Магнитный диполь Герца).
• Для поля излучения дальней зоны:
• В дальней зоне элементарный магнитный излучатель создает
волновое поле, отличающееся от поля элементарного
электрического излучателя только ориентацией векторов
напряжённостей Е и Н.
• Для защиты информации от утечки за счет электромагнитных
излучений способом экранирования необходимо иметь четко
сформулированный критерии деления пространства на зоны
(области).
• Наиболее простым является деление пространства на две
части, исходя из критерия, зависящего от расстояния от
источника поля:
• Согласно другому критерии границу зон определяют, исходя
из изменений волнового импеданса. Этот критерий важен
при проектировании систем экранирования и защиты от
электромагнитных излучений, а также при проектировании
антенных систем.
• Границей областей при волновом критерии принято считать
расстояние, на котором волновое сопротивление перестает
меняться и становится постоянным и равным волновому
сопротивлению вакуума
• Волновое сопротивление падающей волны определяется как
отношение напряженности электрического поля, создаваемого
излучателем в данной точке, к напряженности магнитного поля в
той же точке.
• Для ближней зоны (реактивной, поскольку поле имеет
реактивный характер и поля, запасающие энергию преобладают
над излучающими полями) граница задается:
• Для промежуточной зоны, называемой областью излучения
ближнего поля или зоной Френеля граница определяется:
• Для дальней зоны, называемой волновой областью или зоной
Фраунгофера, граница задается:

92. Экранирование полей электромагнитной природы

• Экранирование – локализация электромагнитной энергии в
определенном пространстве за счет ограничения распространения
ее всевозможными способами.
Между двумя электрическими цепями, находящими на некотором
расстоянии друг от друга могут возникнуть следующие виды связей:
• Через электрическое поле,
• Через магнитное поле,
• Через электромагнитное поле.
• Через провода, соединяющие эти цепи.
В зависимости от назначения различают экраны:
• С внутренним возбуждением поля, в которых помещается источник
побочного излучения.
• Экраны внешнего поля, во внутренней полости которых помещаются
чувствительные к этим полям устройства.

93. Экранирование электрических полей

• Относительные изменения параметров экранируемых
элементов можно учесть с помощью коэффициента
экранирования:
• Различают экранирование электростатических и
динамических (переменных) электрических полей.
• Электростатическое экранирование основывается на
свойстве проводников экранировать внешние поля, т.е. не
пропускать их внутрь области, окруженной проводником.
• Положительная и отрицательная части проводника
создают свое собственное вторичное поле, которое
равно внешнему и имеет направление,
противоположное ему, следовательно, внешнее поле,
создаваемое проводником, компенсируют друг друга во
всех токах внутри тела проводника. Этим и объясняется
распределение зарядов только на поверхности
проводника. Внутри проводника поле отсутствует.
• Электростатическое экранирование по существу сводится к
замыканию электростатического поля на поверхность
металлического экрана и отводу электрических зарядов на
землю (на корпус прибора). Заземление электростатического
экрана является необходимым элементом.
• Источник ЭДС является переменным. Компенсация поля с
помощью заземления не может быть полной, т.к. в
результате появления тока в стенках экрана на них падает
напряжение. Поэтому эффективность экранирования
переменного электрического поля в данном случае зависит
как от толщины стенок, так и от проводимости материала
экрана.
• Экранирование электрических переменных полей по
существу является задачей паразитных емкостных связей.
• Эффективность экранирования плоского экрана радиусам r :
• Эффективность экранирования определяется возможностями
проникновения поля помех за экран в результате дифракции
рассеяния. Для повышения эффективности экранирования
надо выполнить одно из условий а2>a1 или а1>a2, выбор
которого определяется назначением экрана и тем, что
экранируется объект или источник излучения.
• Ослабление связи между телами А и Б зависит от
естественного затухания волны электрического поля.
• Общее затухание поля характеризуется коэффициентом связи

99. Способы уменьшения емкостной связи между телами (элементами) А и Б

• 1) отделять на максимальное расстояние элементы А и Б.
• 2) Менять ориентацию элементов так, чтобы наводки
компенсировались.
• 3) использовать в конструкции миниатюрные
радиоэлементы.
• 4) при недостаточности всех этих мер между элементами
устанавливают экран, служащий для экранирования
электрического поля.
• Используя электростатический экран, важно, чтобы он был
хорошо заземлен, т.е. соединен с корпусом.

102. Экранирование магнитных полей

• Вокруг витка с постоянным током существует постоянное
магнитное поле с напряженностью Н0, зависящее от точки
измерения.
• Изменение направления магнитного потока на границе
двух сред с различными проницаемостями:
• Эффективность многослойного экрана равна:
• При экранировании постоянных магнитных полей необходимо
использовать следующие рекомендации:
• Применять материалы с возможно более высокой начальной
магнитной проницаемостью.
• В конструкции экрана избегать стыков и швов с большим
магнитным сопротивлением на пути магнитных силовых линий
поля помех.
• Не допускать крепления экранируемого элемента и оболочек
стальными деталями, которые могут образовывать пути с малыми
магнитными сопротивлениями для магнитных силовых линий
помехи.
• Эффективность экранирования повышать не увеличением толщины
материала, а применением нескольких тонких экранов,
расположенных на возможно большем расстоянии друг от друга.

106. Электромагнитное экранирование

• Экранирование с использованием вихревых токов
обеспечивает одновременное ослабление как магнитных,
так и электрических полей, поэтому этот способ
экранирования называется электромагнитным.
• Физ сущность с точки зрения теории электромагнитного
поля и электрических цепей: под действием источника
электромагнитной энергии на стороне экрана, обращенной
к источнику, возникают заряды, а в его стенках – токи, поля
которых во внешнем пространстве по интенсивности близки
к полю источника, а по направлению противоположны ему,
и поэтому происходит взаимная компенсация полей.
• С точки зрения волновых представлений эффект
экранирования проявляется из-за многократного отражения
электромагнитных волн от поверхности экрана и затухания
энергии волн в его металлической толще.
• Эффективность электрически замкнутого экрана:
• Эффективность экранирования в дБ за счет отражения
электромагнитного поля от экрана:
• Эффективность экранирования за счет эффекта
поглощения:

108. Общие принципы регистрации информативных характеристик полей

Интенсивность излучения электромагнитных полей в
радиочастотном и сверхвысокочастотном диапазоне
характеризуется основными параметрами:
• Напряженностью электрического поля (Е),
• Напряженностью магнитного поля (Н),
• Плотностью потока (интенсивностью) энергии (ППЭ).
Информативными параметрами электрического тока
являются:
• Амплитуда.
• Частота.
• Фаза.
• Основу измерителя составляет датчик поля. Датчиком или
первичным измерительным преобразователем
называется устройство, преобразующее значение
измеряемой компоненты физического поля в выходной
сигнал, удобный для передачи и регистрации и
функционально связанный с информативным параметром
входного сигнала.
Виды датчиков:
• Индукционные датчики (ИД) при регистрации вариаций
магнитного поля на высоких частотах.
• Кварцевые магнитометры на низких частотах.
• Электрические диполи или емкостные датчики для
регистрации вариаций электрического поля.
• Изотропные (ненаправленные) антенны при регистрации
вариаций ЭМП на очень высоких частотах.
Технические параметры измерителя:
• Форма регистрируемого сигнала,
• Применяемый тип датчиков поля или регистрируемые его
компоненты,
• Количество каналов, принимаемых параметров.
• Входное сопротивление усилителей.
• Чувствительность по каналам.
• Динамический диапазон.
• Регистрируемый диапазон частот (временные параметры).
• Наличие встроенных аналоговых фильтров,
• Тип индикатора /стрелочный, цифровой/,период опроса
(частота дискретизации) – для цифровой аппаратуры,
• Наличие встроенных носителей информации и их емкость,
• Возможность автоматизированной обработки данных, источник
питания.
Чувствительность измерителя – минимальное значение
параметра регистрируемого сигнала.
• Динамический диапазон – соотношение максимального к
минимальному параметру измеряемого сигнала.
Для расширения динамического диапазона применяются
методы:
• компенсация постоянной составляющей (балансировка),
• Уменьшение коэффициента усиления аппаратуры
(аттенюатор) – приводит к уменьшению чувствительности.
• Наличие встроенных аналоговых фильтров обеспечивает
возможность фильтрации исследуемого сигнала на фоне
помех. Фильтры бывают:
• Нижних частот (ФНЧ),
• Высоких частот (ФВЧ),
• Режекторный или заградительный,
• Полосовой (ПФ).
• Мгновенное значение напряжения:
Действующее (эффективное) значение переменного тока
численно равно такому постоянному току, при котором за
время, равное одному периоду, в сопротивление выделяется
такое же количество тепловой энергии, как и при переменном
токе.
• В общем случае действующее значение напряжения для
синусоидального сигнала:

115.

Измерение характеристик электромагнитного поля• Работа индукционных датчиков (преобразователей)
осуществляется на основе использования явления
электромагнитной индукции.
• Для переменного магнитного поля ЭДС:
• Индуктивность измерительной катушки
• Индукционный датчик представляет собой
линейный преобразователь.
• Простейшим измерительным устройством переменной
напряженности электрического поля является электрический
диполь, который представляет собой линейный преобразователь
изменений напряженности электрического поля Е в изменения
электрического тока i.

119. Контрольные вопросы

Источники электрического тока — Электрический ток — ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ — ВСЕ УРОКИ ФИЗИКИ 9 класс — конспекты уроков — План урока — Конспект урока — Планы уроков — разработки уроков по физике

1-й семестр

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

 

2. Электрический ток

Урок 3/9

Тема. Источники электрического тока

 

Цель урока: ознакомить учащихся с источниками электрического тока.

Тип урока: урок изучения нового материала.

План урока

Контроль знаний

5 мин.

1. Где используется тепловое действие тока?

2. Где используется химическое действие тока?

3. Где используется магнитное действие тока?

Демонстрации

6 мин.

1. Гальванические элементы.

2. Аккумуляторы.

3. Термопара.

4. Фотоэлементы

Изучение нового материала

28 мин.

1. Знакомимся с источниками электрического тока.

2. Типы источников электрического тока.

3. Создаем гальванический элемент.

4. Изучаем принцип действия аккумуляторов

Закрепление изученного материала

6 мин.

Решение качественных задач

 

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Знакомимся с источниками электрического тока

Источники тока бывают разными, но в каждом из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Работа эта происходит так называемыми сторонними силами. Такие силы не могут иметь электрического происхождения.

В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных частиц происходит превращение механической, внутренней или какой-либо другой энергии в электрическую.

Ø Источниками электрического тока будем называть устройства, создающие и длительное время поддерживают электрическое поле.

В источниках электрического тока электрическое поле создается и поддерживается благодаря разделению разноименных электрических зарядов. В результате этого на одном полюсе источника тока накапливаются частицы, имеющие положительный заряд, а на другом — частицы с отрицательным зарядом. Между полюсами устанавливается электрическое поле. Под действием этого поля в проводнике, соединяющим полюса, происходит направленное движение частиц, то есть возникает электрический ток.

2. Типы источников электрического тока

Все источники электрического тока можно разделить на физические и химические.

К физическим источникам электрического тока относятся устройства, в которых разделение зарядов происходит за счет механической, световой или тепловой энергии. Примерами таких источников могут быть електрофорна машина, турбогенераторы электростанций, фото — и термоэлементы и т.д.

К химическим источникам электрического тока относятся устройства, в которых разделение зарядов происходит за счет энергии химических реакций. Примерами таких источников могут быть гальванические элементы и аккумуляторы.

3. Создаем гальванический элемент

Возьмем две пластинки (медный и цинковый), а между ними помістімо кусочек ткани, смоченной в слабом растворе серной кислоты. Если соединить пластинки проводником, то гальванометр зафиксирует наличие тока.

Любой гальванический элемент состоит из двух электродов, помещенных в электролит — твердое или жидкое вещество, что проводит ток. Электроды изготавливают из различных металлов. По зависимости от типа гальванического элемента один из металлических электродов заменяют угольным электродом.

Между электродами и электролитом происходят химические реакции, в результате которых один из электродов (анод) приобретает положительный заряд, а другой (катод) — отрицательного.

За счет энергии, выделяющейся во время реакции, гальванический элемент способен в течение длительного времени поддерживать прохождения электрического тока через проводник, соединяющий электроды элемента.

4. Изучаем принцип действия аккумуляторов

Аккумуляторы — другой тип химических источников тока. Одним из преимуществ аккумуляторов является то, что в них электроды не расходуются.

Простейший аккумулятор состоит из двух цинковых пластин, помещенных в раствор серной кислоты. Для того, чтобы аккумулятор стал источником тока, его сначала надо зарядить. Для зарядки аккумулятора сквозь него пропускают ток от другого источника тока. После того как аккумулятор зарядится, его можно использовать как самостоятельный источник тока.

В процессе зарядки электрический ток в аккумуляторе выполняет работу, в результате которой электрическая энергия превращается в химическую энергию аккумулятора. Во время разрядки аккумулятора эта энергия вновь превращается в электрическую.

Аккумуляторы бывают разных видов: свинцовые (кислотные), залізонікелеві (или щелочные). Но принцип работы у них одинаков: они накапливают энергию, прежде чем стать самостоятельным источником тока.

 

Вопрос к учащимся в ходе изложения нового материала

· Что происходит в источниках тока?

· Какое основное назначение источника тока?

· Какая энергия может превращаться в источнике тока на электрическую?

· Почему для разделения разноименных зарядов необходимо выполнить определенную работу?

· Какие преобразования энергии происходят во время зарядки и разрядки аккумулятора?

· В чем заключается принципиальное отличие гальванического элемента от аккумулятора?

 

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1. Качественные вопросы

1) Если к шарикам разноименно заряженных електроскопів одновременно прикоснуться металлическим стержнем, то в них возникнет электрический ток.

Чем эта установка принципиально отличается от устройств, которые принято называть источниками тока?

2) Каково назначение источника тока в электрической цепи? Можно сказать, что он создает заряды на полюсах?

Развязок. Источник тока не создает электрических зарядов. Внутри источника на заряженные частицы действуют силы, разделяющие разноименные заряды, преодолевая их электрическое притяжение: на одном полюсе возникает избыток положительных зарядов, а на другом — избыток отрицательных. Эти заряды создают электрическое поле, что и обусловливает упорядоченное движение заряженных частиц в круге.

3) Что необходимо сделать, чтобы на двух електроскопах, соединенных металлическим проводником, поддерживать равные по модулю и противоположные по знаку электрические заряды?

 

Что мы узнали на уроке

· Источниками электрического тока называются устройства, создающие и длительное время поддерживают электрическое поле.

· В источниках тока за счет сил неэлектрического происхождения происходит разделение заряженных частиц, в результате чего полюса источника оказываются разноименно заряженными.

· До физических источников электрического тока относятся устройства, в которых разделение зарядов происходит за счет механической, световой или тепловой энергии.

· К химическим источникам электрического тока относятся устройства, в которых разделение зарядов происходит за счет энергии химических реакций.

 

Домашнее задание

1. Подр.: § 7.

2. Сб.:

рів1 — № 4.11; 4.12; 4.13; 4.14.

рів2 — № 4.30; 4.31; 4.32; 4.33.

рів3 — № 4.38, 4.39; 4.40.

урок физики в 9 классе по теме «Тест по теме «Электромагнитное поле»» | Тест по физике (9 класс) на тему:

Тема: Тест  по теме «Электромагнитное поле»

Цель урока:

Обучающая: Систематизация и обобщение знаний учащихся по теме «Электромагнитное поле».

Развивающая: Развивать мышление учащихся посредством анализа сравнения, обобщение изучаемого материала.

Воспитывающая: Формирование умения работать самостоятельно, и в группах, акционировать внимание на единстве и взаимосвязи явлений природы, развитие коммуникативных умений.

Ход урока

  1. Организационный момент.

Сообщается тема урока, цели. Учащиеся должны будут сами себя оценивать и результаты заносить в таблицу.

Класс

Ф.И.

Устный ответ

Задача 1

Задача 2

Тестовая работа

Итоговая оценка

9

 

 

 

 

 

 

Урок начинается с рассказа Толстого Л. Н. «Магнит».

В старину был пастух, звали его Магнус.

Пропала у Магнуса овца. Он пошёл в горы искать.

Пришёл на одно место, где одни голые камни… и чувствует,

Что сапоги его на нем прилипают к этим камням.

Он потрогал рукой — камни сухие и к рукам не липнут.

Пошёл опять — опять сапоги прилипают.

Трогает кожей и подошвой — не прилипают, а как тронет гвоздями, так прилипают.

Магнус рассмотрел камень, — видит, что похож на желую и принес куски камня домой.

С тех пор узнали этот камень и прозвали его магнитом.

  1. Фронтальный опрос.
  1. Где встречаются залежи магнитного железняка?
  2. Какие тела называют магнитами?

Затем показываю взаимодействие магнитов

(одноименные отталкиваются, разноименные притягиваются).

Стихотворение Бунина И. А.

Но откуда б, в ветре и тумане,
Ни швыряло пеной через борт,
Верю — он опять поймает Нору,
Крепко сплю, мотаясь на диване.
Не собьет с пути меня никто,
Некий Норд моей душою правит,
Он меня в скитаньях не оставит,
Он мне скажет, если что: не то!

Вопрос. — о каком приборе идёт речь, что является основной частью компаса?

Вопрос. Магнитное поле существует только вокруг постоянных магнитов?

Вопрос. Кто впервые обнаружил наличие магнитного поля вокруг проводника с током. Демонстрация опыта Эрстеда.

Вопрос. В чём отличие однородного магнитного поля от неоднородного?

Вопрос. Что же представляет собой магнитное поле?

Вопрос. Какой величиной характеризуют магнитное поле?

Вопрос. Как рассчитать эту величину. Единица этой величины?

  1. Решение задач

Задача №1. Заряженная частица — электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией 2 Тл. В вакууме со скоростью 100000 м/с перпендикулярно линиям магнитной индукции.

Вычислить силу, действующую на электрон.

Задача №2. В однородном магнитном поле индукция которого равна 0,5 Тл, движется равномерно проводник длиной 10 см. По проводнику течёт ток в 2А. Скорость движения проводника 20см/с и направление перпендикулярно к направлению магнитного поля. Найти работу перемещения проводника за 10с движения.

Демонстрация. Явление электромагнитной индукции.

Вопрос. Какое явление мы наблюдаем?

1. Как вы думаете, использует ли человек на практике электромагнитные волны?

2. Кто впервые использовал электромагнитную волну?

На практике — Попов А.С.

«Я горд тем, что родился русским. И, если не современники, то может быть потомки наши поймут, сколь велика моя преданность Родине и как счастлив я, что не за рубежом, а в России открыто новое средство связи.

3. Рассказ о международном сигнале «SOS».

«Сегодняшние морские дороги по интенсивности движения сравнимы с улицами большого города, и здесь возможны всякие происшествия. При несчастных случаях в эфир посылается сигнал, состоящий из трёх точек, трёх тире, трёх точек, передаваемых слитно, без пауз — этот сигнал был утверждён в 1906 году в Берлине на второй международной радиотелеграфной конференции, но окончательно он вошёл в жизнь в 1912 г. После трагедии с кораблём «Титаник», которая произошла от столкновения с айсбергом.

В наше время одновременно в плавании находятся тысячи судов, все они днём и ночью ведут переговоры между собой и с береговыми станциями. Чтобы в этом оживленном «радиообмене» можно было услышать сигнал «SOS» (спасите наши души) для всего мирового водного пространства установлены минуты молчания. Каждый час с 15-й до 18-й и с 45-ой до 48-ой минуты все судовые и береговые радиостанции прекращают передачу, умолкая даже на полуслове, и переходят на приём.

48 раз в сутки наступают три минуты молчания для того, чтобы не пропустить сигнала бедствия.

Решение задач:

На какой частоте суда передают сигналы бедствия, если по международному соглашению длина радиоволны должна быть 600 м?

  1. Тестирование

Тест. Электромагнитное поле. Электромагнитные волны.

Вариант 1

Часть 1

  1. Для существования электрического тока в проводнике необходимо наличие
  1. свободных частиц
  2. свободных заряженных частиц
  3. электрического поля
  4. свободных заряженных частиц и электрического поля
  1. Индукционный ток в проводнике возникает
  1. при изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый проводник
  2. при наличии свободных заряженных частиц в проводнике
  3. при наличии магнитного поля
  4. при наличии заряженных частиц в проводнике
  1. Источником электромагнитного поля служит
  1. неподвижный заряд
  2. движущийся заряд
  3. ускоренно движущийся электрический заряд
  4. постоянный магнит
  1. Переменное электрическое поле является вихревым, так как силовые линии
  1. у этого поля отсутствуют
  2. начинаются на положительных зарядах
  3. начинаются на отрицательных зарядах
  4. замкнуты
  1. Электромагнитное поле распространяется в пространстве в виде
  1. продольной электромагнитной волны
  2. поперечной электромагнитной волны
  3. потока заряженных частиц
  4. механических волн
  1. В электромагнитной волне совершают колебания
  1. частицы среды
  2. вектор напряженности электрического тока
  3. векторы напряженности и магнитной индукции
  4. вектор магнитной индукции
  1. Длина электромагнитной волны находится по формуле
  1. λ = cT 2) λ = 

3) λ = cν 4) λ = 

  1. Какие из волн не являются электромагнитными?
  1. радиоволны
  2. звуковые волны
  3. световые волны
  4. рентгеновские лучи

Часть 2

  1. Установите соответствие между научным открытием или гипотезой и фамилией ученого.

Научное открытие Фамилия ученого

А) электромагнитная индукция 1) Попов

Б) электромагнитная волна 2) Фарадей

3) Герц

4) Максвелл

Часть 3

  1. На какой частоте работает радиостанция, передающая информацию на волне длиной 250 м? Скорость радиоволны 300 000 км/ с.

Вариант 2

Часть 1

  1. Вокруг проводника с током можно обнаружить
  1. только электрическое поле
  2. только магнитное поле
  3. электрическое и магнитное поле
  4. гравитационное поле
  1. Электромагнитное поле образуют
  1. электрическое и магнитное поля, существующие в данной области пространства
  2. постоянные магниты
  3. переменные электрическое и магнитное поля, порождающие друг друга
  4. неподвижные заряды
  1. Электромагнитное поле можно обнаружить около
  1. неподвижного заряда
  2. неподвижного магнита
  3. движущегося с постоянной скоростью заряда
  4. ускоренно движущегося электрического заряда
  1. Переменное магнитное поле является вихревым, так как
  1. у него нет силовых линий
  2. силовые линии горизонтальны
  3. силовые линии не замкнуты
  4. силовые линии замкнуты
  1. В вакууме электромагнитное поле распространяется в виде электромагнитной волны, скорость которой
  1. уменьшается с течением времени
  2. увеличивается со временем
  3. постоянна и равна 3 000 000 м/ с
  4. постоянна и равна 300 км/ с
  1. Колебания векторов напряженности электрического поля и магнитной индукции происходят в плоскостях, которые
  1. параллельны направлению распространения волны
  2. перпендикулярны направлению распространения волны
  3. не связаны с направлением распространения волны
  4. постоянно меняют свою ориентацию по отношению к направлению распространения

волны

  1. Длина электромагнитной волны находится по формуле
  1. λ =     2) λ = 

3) λ = cν   4) λ = 

  1. К электромагнитным волнам относится
  1. звуковая волна
  2. радиоволна
  3. взрывная волна
  4. ультразвуковая волна

Часть 2

  1. Установите соответствие между фамилиями ученых и их вкладами в развитие науки

Фамилия ученого Вклад в науку

А) Фарадей 1) Обнаружил на опыте электромагнитную волну

Б) Максвелл 2) Ввел представление об электрическом и магнитном поле

В) Герц 3) Создал теорию электромагнитного поля

Часть 3

  1. Какая длина волны соответствует сигналу SOS, если его частота 5 ∙ 105 Гц? Скорость радиоволны 300 000 км/ с.

Критерии оценивания. Каждое верно выполненное задание первой части оценивается в 1 балл, задание на соответствие – в 2 балла при правильном установлении всех соответствий и в 1 балл, если допущена одна ошибка; расчетная задача – в 2 балла.

Время на выполнение теста10 – 15 минут.

Рекомендуемые оценки за выполнение тестов:

12 – 11 баллов – оценка «отлично»,

       10 – 8 баллов – оценка «хорошо»,

7 – 6 баллов – «удовлетворительно»,

5 баллов и меньше баллов – «неудовлетворительно»

Итоги урока 

Достигли ли Вы цели урока? Оцените свою работу на уроке.(таблица)

Домашнее задание (разноуровневое).

д/з

В

I

L

F

Указания

I

?

1,6м

Решить задачу

II

25Тл

1,6м

?

Решить задачу

III

250мТл

?

160см

Составить текст задачи и решить её

Почему металлические предметы всегда прохладные на ощупь, даже если находятся в теплом помещении?


  • Батарей  11. 05.2011  09:02 Ответить

    То есть теплопередача осуществляется свободными электронами? А можно ссылочку на более подробную информацию об участии электронов в проведении тепла? И чем в таком случае объяснить высокую теплопроводность и низкую электропроводность алмаза?

    Ответить

    • Vladimir_V Батарей 19.07.2012  17:26 Ответить

      Это вопрос уже несколько за пределами темы. Ключевой момент — теплопроводность, а уже ее генезис — вторичен.
      Кстати, недавно появился новый материал — вспененный никель с микрокапсулами. Теплопроводность — как у пенопласта. А ведь это металл!
      Но такой металл будет на ощупь много теплее любого дерева.

      Ответить

  • taras Батарей 10.10.2017  12:31 Ответить

    Тем, что электроны — не единственный переносчик. Электроны проводимости — лучший переносчик, из имеющихся в твёрдых телах. Но ещё лучше тепло переносятся молекулами жидкости или газа. Или атомами в случае одноатомного газа, или металлического расплава. Но не всегда, а только при эффективной конвекции. Если греть сверху, то тепло атомами и молекулами жидкостей и газов переносится очень плохо. Поэтому то вата — хороший тепло-изолятор: там очень затруднена конвекция. И несколько хуже, чем электроны, но иногда тоже не плохо тепло переносится атомами кристалла. Если убрать один переносчик, то определяющее значение получает следующий. В кристалле алмаза тепло хорошо передают атомы самого кристалла, в металле они бы это делали не хуже, да вот беда — электроны проводимости уже переносят слишком большую тепловую мощность и самому кристаллу остаются крохи.

    Ответить

  • aif  18.05.2011  14:44 Ответить

    Все просто. В металлах переносят тепло в основном электроны (смотреть Видемана -Франца закон). В алмазе нет свободных электронов, и теплопроводность осуществляется за счет колебаний атомов в решетке (фононы).

    Ответить

  • TutorState.com  01.07.2011  01:40 Ответить

    В ответе не всё правильно, хотя сама ссылка на теплопроводность предметов, как причину, правильная. Главная «фишка» в том, что нервные клетки, служащие датчиками температуры, расположены не в предмете, конечно, а в вашей коже и мерят, фактически, не температуру предмета, а температуру кожи, касающуюся предмета. А дальше как было обьяснено: если теплопроводность предмета высокая, то поверхностная часть кожи, где находятся нервные клетки, меняет температуру в сторону температуры предмета, и, разумеется, чем выше теплопроводность предмета, тем это изменение выше. Поэтому при комнатной температуре, которая ниже температуры тела, когда кожа соприкосается только с воздухом, температура того слоя кожи человека, где располагаются нервные клетки, достаточно далека от температуры воздуха, так как теплопроводность воздуха очень маленькая, но мы воспринимаем «показания» нервных клеток как температуру воздуха. Но вот мы коснулись поверхности металла, имеющего ту же комнатную температуру, и из-за повышения теплопроводности понижается температура кожи, и мы чуствуем это, но воспринимаем как то, что металл холоднее.

    Ответить

  • silly_sad  16.09.2011  11:52 Ответить

    вообще рубрика гениальная.
    но этот ответ мне категорически не понравился — его способен понять только тот (кто уже знает о теплопроводности (додумать то (чего автор стыдливо умалчивает) (типо так станет понятнее детем. ага!)))

    а вообще типовое отношение к детям…
    и никаких им картинок не доросли ещё!

    хотя теплопроводность вполне объяснима на пальцах

    Ответить

  • Neznayka  29.03.2012  15:18 Ответить

    Извиняюсь, но последний комментарий ниочем, а ответ TutorState. com не отвечает на вопрос первого.

    Согласен с silly_sad, очень даже непонятно многое, не то что детям.

    Ответить

  • belyvil  09.09.2012  22:27 Ответить

    очень прекрасные обьяснения, вообще ничего не понятно о чем тут коментируют детям. прежде чем сказать нужно думать

    Ответить

  • balexei  19.10.2012  22:45 Ответить

    Где можно прочитать о свойствах «вспененного никеля с микрокапсулами»?

    Ответить

  • Q33NY  03.03.2013  17:31 Ответить

    Ещё хочется уточнить, что температурные рецепторы кожи чувствуют не столько температуру, сколько её изменение. То есть ощущение тепла — это повышение температуры рецепторов, ощущение холода — понижение. Доказывается просто:
    Берём ёмкость с холодной водой, ёмкость с тёплой водой и какой-нибудь предмет промежуточной температуры. Если подержать руку в холодной воде, а затем потрогать предмет, он покажется тёплым. Если подержать руку в тёплой воде, а затем потрогать предмет, он покажется холодным.

    Ответить

    • роткив Q33NY 21.06.2014  22:16 Ответить

      банально просто,а главное ничего не объясняет. глубже копай товарищ.

      Ответить

    • taras Q33NY 10.10.2017  13:09 Ответить

      У человека они чувствуют именно температуру. Доказывается просто: попробуй залезть в прохладную воду и постепенно её нагреть до 40-ка градусов. Как бы медленно вода ни нагревалась, ты почувствуешь тепло. У лягушек тепловые рецепторы чувствуют производную температуры по времени. Доказывается просто: берём двух лягушек, одну бросаем в кипяток, она выпрыгивает, вторую бросаем в холодную воду и варим на медленном огне, она спокойна. Другое дело, что чем разница в температуре контрастнее, тем легче её почувствовать. Но одномоментно между двумя точками, разделёнными в пространстве, а производную температуры по времени человек не способен почувствовать вообще. Доказывается также просто: попробуй схватиться за нагретое жало паяльника, больно станет только секунд через 5. А металлурги умудрялись даже совать руки в расплав и не чувствовать при этом вообще ничего. А фокус прост: тепловая инерция больше нервной. То есть чтоб даже кожа нагрелась, нужно как минимум несколько секунд, а сравнение происходит на масштабе долей секунды, максимум где то пары третий.

      Ответить

  • T_Im  12.05.2017  23:56 Ответить

    ИМХО, в объяснении упущен главный ключевой момент: теплое помещение (следовательно, и находящиеся в нем металлические предметы), как правило, _заведомо_ холоднее человеческого тела (20+C и 30+C, почему так получилось — это уже другой детский вопрос). И уже из этого факта и высокой теплопроводности металла следует ощущение холода.

    Ответить

    • taras T_Im 10.10.2017  13:16 Ответить

      Чтоб почувствовать перепад в жалкие 6 градусов, нужна гиря где то под центнер. А перепад между кожей кистей рук и снегом я, например, ощущаю, когда он превышает 60 градусов. Между той же кожей и воздухом — начиная с 80-ти градусов. И или как правило, что значит обычно, то есть всё таки не всегда, или заведомо. Крокодил зелёный не может быть синим как морковка.

      Ответить

  • taras  10.10.2017  12:19 Ответить

    В большинстве случаев они тёплые. А иногда даже горячие.

    Ответить

  • f_const  20.11.2017  09:32 Ответить

    Значение имеет не только теплопроводность, но и теплоемкость, они в этом процессе на равных правах. На всякий случай приведу здесь точный результат, а уж как его объяснять детям — это отдельный вопрос. Пусть два тела с разной теплоемкостью, теплопроводностью и температурой приходят в соприкосновение по плоской поверхности. В точке контакта температура принимает значение, равное среднему взвешенному из температур тел, причем веса равны корням из произведений теплоемкости на теплопроводность. Т.е., если у нас есть тело с высокой теплопроводностью, но низкой теплоемкостью, оно тоже может быть на ощупь теплым. Температура точки контакта далее не меняется (если теплопроводности и теплоемкости постоянны, не зависят ни от температуры, ни от координаты). Это можно вывести качественным способом: на границе тел образуется своего рода общий тепловой резервуар, в котором температура близка к однородной, причем этот резервуар распространяется вглубь тел на глубины порядка корня из температуропроводности (это теплопров. деленная на теплоемкость), умноженной на время контакта. Складывая внутренние энергии частей резервуара, относящихся к разным телам, и деля на суммарную их теплоемкость, мы как раз и получим то, что написано выше.

    Интересно, что температура точки контакта со временем не меняется.
    То, что мы, прикасаясь к холодному предмету, со временем перестаем чувствовать холод — это следствие дополнительных факторов: конечности размера предмета (часть теплового резервуара со стороны предмета в конце концов не сможет дальше расширяться, т.е. предмет, грубо говоря, уже весь прогрелся), переноса тепла кровью (тепловой резервуар со стороны нашего тела достиг области, где перенос тепла уже не чисто теплопроводностью) или попросту снижения нервной реакции.
    Интересны варианты с переменной по глубине теплопроводностью. Тот же ход размышлений приведет нас к тому, что температура точки контакта будет меняться в зависимости от того, какие области со временем включаются в тепловой резервуар. Здесь можно привести такие наглядные примеры. Если мы берем в руки кусок фольгированной теплоизоляции при комнатной температуре и ниже, мы сначала ощущаем холод — очень недолго, доли секунды, а потом — тепло. Можно сделать и наоборот — например, накрыть на холоде металлический предмет нетолстой тканью. Сначала будем ощущать слабую прохладу, со временем — более сильный холод.

    Ответить

  • icWasya  06.05.2019  20:19 Ответить

    Есть ещё класс веществ, которые хорошо проводят электрический ток, но плохо проводят тепло — сверхпроводники. Тепло сначала передаётся кристаллической решотке, а уж затем электронаь, которые разносят его по всему объёму. Свободных(почти) электронов — полно, но они никак не взаимодействуют с атомами. Жаль на ощупь это проверить нельзя 🙁

    Ответить

  • Написать комментарий

    ГДЗ по Физике 9 класс Пёрышкин, белый учебник решебник

    § 1. Материальная точка. Система отсчёта

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6

    Упражнение 1

    1 2 3 4 5

    § 2.
    Перемещение

    Вопросы
    Упражнение 2

    § 3. Определение координаты движущегося тела

    Вопросы
    Упражнение 3

    § 4. Перемещение при прямолинейном равномерном движении

    Вопросы

    1 2 3 4

    Упражнение 4

    § 5. Прямолинейное равноускоренное движение. Ускорение

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6

    Упражнение 5

    § 6.
    Скорость прямолинейного равноускоренного движения. График скорости

    Вопросы
    Упражнение 6

    1 2 3 4 5

    § 7. Перемещение тела при прямолинейном равноускоренном движении

    Вопросы
    Упражнение 7

    § 8. Перемещение тела при прямолинейном равноускоренном движении без начальной скорости

    Вопросы

    1 2 3 4 5

    Упражнение 8

    § 9.
    Относительность движения

    Вопросы
    Упражнение 9

    1 2 3 4 5

    § 10. Инерциальные системы отсчёта. Первый закон Ньютона

    Вопросы

    1 2 3 4 5

    Упражнение 10

    § 11.
    Второй закон Ньютона

    Вопросы

    1 2 3 4 5

    Упражнение 11

    1 2 3 4 5 6

    § 12.
    Третий закон Ньютона

    Вопросы

    1 2 3 4 5

    Упражнение 12

    § 13. Свободное падение тел

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6

    Упражнение 13

    § 14.
    Движение тела, брошенного вертикально вверх. Невесомость

    Вопросы

    1 2 3 4 5

    Упражнение 14

    § 15. Закон всемирного тяготения

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6

    Упражнение 15

    1 2 3 4 5

    § 16.
    Ускорение свободного падения на Земле и других небесных телах

    Вопросы

    1 2 3 4 5

    Упражнение 16

    1 2 3 4 5 6

    § 17.
    Прямолинейное и криволинейное движение

    Вопросы
    Упражнение 17

    § 18. Движение тела по окружности с постоянной по модулю скоростью

    Вопросы

    1 2 3 4

    Упражнение 18

    1 2 3 4 5

    § 19.
    Искусственные спутники Земли

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6

    Упражнение 19

    § 20. Импульс тела. Закон сохранения импульса

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6

    Упражнение 20

    1 2 3 4

    § 21.
    Реактивное движение. Ракеты

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6

    Упражнение 21

    1 2 3 4

    § 22.
    Вывод закона сохранения механической энергии

    Вопросы
    Упражнение 22
    Задание

    § 23. Колебательное движение. Свободные колебания

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6 7

    Упражнение 23

    § 24.
    Величины, характеризующие колебательное движение

    Вопросы

    1 2 3 4 5

    Упражнение 24

    1 2 3 4 5 6

    Задание

    § 25.
    Гармонические колебания

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6 7

    § 26. Затухающие колебания. Вынужденные колебания

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6 7

    Упражнение 26

    1 2 3 4

    § 27.
    Резонанс

    Вопросы

    1 2 3 4 5

    Упражнение 26

    § 28. Распространение колебаний в среде. Волны

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6 7

    § 29.
    Длина волны. Скорость распространения волн

    Вопросы

    1 2 3 4

    Упражнение 27

    § 30. Источники звука. Звуковые колебания

    Вопросы

    1 2 3 4 5

    Упражнение 28

    § 31.
    Высота, тембр и громкость звука

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6 7

    Упражнение 29

    § 32. Распространение звука. Звуковые волны

    Вопросы

    1 2 3 4 5

    Упражнение 30

    1 2 3 4 5 6

    § 33.
    Отражение звука. Звуковой резонанс

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6

    Задание

    § 34. Магнитное поле

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6 7 8

    Упражнение 31

    § 35.
    Направление тока и направление линий его магнитного поля

    Вопросы

    1 2 3 4 5

    Упражнение 32

    1 2 3 4

    § 36.
    Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6

    Упражнение 33

    1 2 3 4 5

    § 37.
    Индукция магнитного поля

    Вопросы

    1 2 3 4 5

    Упражнение 34

    § 38. Магнитный поток

    Вопросы

    1 2 3 4

    Упражнение 35

    § 39.
    Явление электромагнитной индукции

    Вопросы

    1 2 3 4

    Упражнение 36

    § 40. Направление индукционного тока. Правило Ленца

    Вопросы

    1 2 3 4 5

    Упражнение 37

    § 41.
    Явление самоиндукции

    Вопросы

    1 2 3 4 5

    Упражнение 38

    § 42. Получение и передача переменного электрического тока. Трансформатор

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6 7 8

    Упражнение 39

    § 43.
    Электромагнитное поле

    Вопросы

    1 2 3 4

    Упражнение 40

    § 44. Электромагнитные волны

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6

    Упражнение 41

    § 45.
    Колебательный контур. Получение электромагнитных колебаний

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6 7

    Упражнение 42

    § 46. Принципы радиосвязи и телевидения

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6 7

    Упражнение 43

    § 47.
    Электромагнитная природа света

    Вопросы

    1 2 3 4

    § 48. Преломление света. Физический смысл показателя преломления

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6

    Упражнение 44

    1 2 3 4

    § 49.
    Дисперсия света. Цвета тел

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6 7

    Упражнение 45

    § 50. Типы оптических спектров

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6 7

    § 51.
    Поглощение и испускание света атомами. Происхождение линейчатых спектров

    Вопросы

    1 2 3 4

    Задание

    § 52. Радиоактивность. Модели атомов

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6 7

    § 53.
    Радиоактивные превращения атомных ядер

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6

    Упражнение 46

    1 2 3 4 5

    § 54.
    Экспериментальные методы исследования частиц

    Вопросы

    1 2 3 4 5

    § 55. Открытие протона и нейтрона

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6

    Упражнение 47

    § 56.
    Состав атомного ядра. Ядерные силы

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6 7

    Упражнение 48

    1 2 3 4 5 6

    § 57.
    Энергия связи. Дефект массы

    Вопросы

    § 58. Деление ядер урана. Цепная реакция

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6 7

    § 59.
    Ядерный реактор. Преобразование внутренней энергии атомных ядер в электрическую энергию

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6

    § 60. Атомная энергетика

    Вопросы

    1 2 3 4

    Задание

    § 61.
    Биологическое действие радиации. Закон радиоактивного распада

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6 7

    § 62. Термоядерная реакция

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6 7

    § 63.
    Состав, строение и происхождение Солнечной системы

    Вопросы

    1 2 3 4

    § 64. Большие планеты Солнечной системы

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6 7

    Упражнение 49

    § 65.
    Малые тела Солнечной системы

    Вопросы

    1 2 3 4

    § 66. Строение, излучения и эволюция Солнца и звёзд

    Вопросы

    1 2 3 4 5 6

    § 67.
    Строение и эволюция Вселенной

    Вопросы
    Задание

    Удары титановых стержней, HAARP и ядерные взрывы: что может стоять за землетрясениями в Турции » E-News.su

    Почему в турецком инфопространстве на полном серьёзе обсуждают возможность искусственной причины землетрясения.

    В Сети появился отрывок эпизода турецкого ТВ, где журналисты, просматривая записи с камер, утверждают, что землетрясение в Турции в ночь с 3 на 4 февраля, породившее волны афтершоков, вызвано «искусственным способом».

    Один из последних экспресс-опросов жителей Турции социологами Qvanta зафиксировал, что 69% граждан страны считают землетрясение, убившее более 45 тыс. человек, «следствием умышленных действий США» и «использования Америкой тектонического оружия». Существует несколько версий, как это было сделано. Примерно половина опрошенных связывают катастрофу с заходом в порт Турции боевых кораблей США, на которых могли располагаться «специальные установки», ещё треть респондентов считают виновниками американскую систему HAARP и удар титановыми стержнями с американских спутников Warrior.

    Американские эксперименты

    Дело в том, что в США экспериментировать с малогабаритными проникающими ядерными зарядами начали ещё в конце 60-х годов прошлого века. Американцы начали работу над геофизическим оружием в 1958 году, произведя ядерный взрыв в одном из районов Тихого океана.

    После этого учёные по всему миру фиксировали ионосферное возмущение, которое нарушило радиосвязь на расстоянии нескольких тысяч километров. На близлежащем к этому участку архипелаге Самоа возникло неестественное северное сияние. Необычное свечение наблюдали и в этот раз в Турции на кадрах различных видео катастрофы в момент землетрясения. Поэтому этой версии придерживается примерно половина опрошенных людей, верящих в искусственную природу ЧП.

    Эту версию подогрело и видео со словами главы Турецкого космического агентства Сердара Хусейна Йылдырыма, которое достали из архивов и распространили после разрушительных толчков. Глава ведомства читает лекцию, где рассказывает о системе вооружения, которая, будучи развёрнутой и использованной на околоземной орбите, может стереть с лица земли небольшой город. Во время выступления он описывает ситуацию, изображённую в фильме «Бросок кобры 2», в которой при помощи подобного оружия уничтожается Лондон.

    — Вы ничего не можете сделать для вмешательства в дела из космоса на Земле. Особенно такие страны, как мы. Ничего! Позвольте мне привести пример. Я говорю это потому, что видел, как работают над такой системой оружия, и она очень проста. Вы знаете эти столбы электропередачи на улицах. Они похожи на эти столбы, примерно 8–10 метров в высоту. Металлические стержни. Внутри стержня ничего нет, ни взрывчатки, ничего, но дело в металлическом стержне из твёрдого материала из титанового сплава. Они помещают их в спутник. А потом нацеливаются и запускают их на Землю. Это как кол, острый наконечник. Например, не дай Бог, где-нибудь упадёт, не будем сейчас называть сценарий катастрофы, но, как только он падает на Землю, он проникает до 5 км вглубь Земли. Это происходит очень быстро и создаёт землетрясение магнитудой 7–8 баллов. В результате удара всё, что там находится, будет уничтожено, — объяснял Йылдырым.

    Видео стало горячей темой для обсуждения. Напомним, что Сердар Хусейн Йылдырым окончил факультет аэронавтики Стамбульского технического университета и получил степень магистра на факультете авиационных и космических наук Берлинского технического университета.

    С вниманием в Турции отнеслись и к словам главы МВД Турции Сулеймана Сойлу, намекнувшего на причастность США к катастрофе.

    — Случайностей не бывает, и мы сказали американскому послу об этом. Неделю назад мы не согласились с увеличением членов НАТО, и через неделю мы получили катастрофическое землетрясение… Мы знаем, кто и как это сделал. Уберите свои грязные лапы от Турции. Мы сделаем выводы, — заявил чиновник.

    Лента западных конспирологов

    Канадский конспиролог Мишель Чосудовский, публиковавший расследования о провокации спецслужб 9/11 и не раз разоблачавший глобальное потепление, а также создание искусственной пандемии CoViD-19, обвинил США в использовании тектонического оружия, вызвавшего землетрясения в Турции и Сирии 3 февраля 2023 года.

    Канадский конспиролог Мишель Чосудовский

    Рассуждая об экспериментах с HAARP и его улучшенных версиях, можно сказать о «внуках» американской разработки. Автор цитирует документ ВВС США 1996 года «Погода как умножитель силы: владение погодой к 2025 году» и приходит к выводу о тайном применении этих принципов. В итоге он даже призывает правительства пострадавших стран подать жалобу в Совбез ООН на основании Конвенции ООН о запрещении военного или любого иного враждебного использования средств воздействия на природную среду, разработанной по инициативе СССР и вступившей в силу в 1978 году.

    Эксперты считают, что использовать сейсмическое оружие на основе ядерного инициатора теоретически возможно, но не везде. Для этого необходимы условия: литосферные плиты должны иметь накопленное напряжение от перемещения и сдвигов. То есть нужно знать точку, где заложить ядерный боезаряд.

    Известно, что во времена холодной войны США и СССР вели разработки тектонического оружия, способного вызвать землетрясение. Помимо ядерных взрывов проводились эксперименты с магнитогидродинамическим (МГД) генератором, который устанавливается на грузовой автомобиль и посылает в земную кору сильнейшие электромагнитные импульсы, способные вызвать землетрясение.

    Последствия катастрофы

    Сейсмолог Фрэнк Хугербитс, предсказавший разрушительное землетрясение в Турции, предупредил о новом риске «мегаземлетрясения» в первой декаде марта из-за положения планет и полнолуния. По его мнению, землетрясения магнитудой 7–8 баллов могут обрушиться на западное побережье Северной Америки и даже Камчатку, Курильские острова и Японию с 3 по 7 марта 2023 года.

    — Февральское землетрясение в Турции — одно из крупнейших за всю историю страны, спасательными службами объявлено, что погибло более 45 тыс. человек. Сразу после катастрофы появилась масса конспирологов, которые обсуждают самые различные версии возникновения ЧП: от применения новейших технологий вплоть до сверхъестественных, — напоминает востоковед Алина Сбитнева. — В бой активно вступила оппозиция, которая обвиняет Эрдогана и его партию в произошедшем. Лидера Турции заподозрили даже в пиаре на трагедии, заявив о низком уровне подготовки населения к таким катастрофам, выданных лицензиях на строительство и многом другом. Отмечу, произошедшее стало катастрофой для всего турецкого народа, а для правящих кругов страны — испытанием на прочность в и без того непростое время. Источник

    Новостной сайт E-News.su | E-News.pro. Используя материалы, размещайте обратную ссылку.

    Если заметили ошибку, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter (не выделяйте 1 знак)

    ВЧ — Электромагнитные явления в веществе


    Топтыгин Игорь Николаевич

    1. Издание март 2015 г.
    XVIII, 702 страницы, мягкая обложка
    150 иллюстраций
    Учебник

    ISBN: 978-3-527-41178-8

    Wiley-VCH, Berlin

    ContentSample ChapterIndex

    Краткое описание

    В этом расширенном учебнике описываются электромагнитные явления в различных средах, от теоретических подходов до современных методов и приложений в физике и астрофизике. , электромагнетизм, электроника, искусственные материалы, лазер и оптика и др.

    Купить

    Цена: 125,00 €

    Цена вкл. НДС, без учета Доставка

    Дополнительные версии

    • Описание
    • Содержание
    • Информация об авторе

    Современная электродинамика в различных средах — широкий раздел электродинамики, сочетающий точную теорию электромагнитных полей при наличии электрических зарядов и токов со статистическим описанием этих полей в газах, плазме, жидкостях и твердых телах; диэлектрики, проводники и сверхпроводники. Он широко используется в физике и других естественных науках (таких как астрофизика и геофизика, биофизика, экология и эволюция земного климата), а также в различных технологических приложениях (радиоэлектроника, технология искусственных материалов, лазерные технологические процессы, распространение сгустки заряженных частиц, линейные и нелинейные электромагнитные волны и др. ). Электродинамика вещества основана на точной фундаментальной (микроскопической) электродинамике, но дополнена конкретными описаниями электромагнитных полей в различных средах с использованием методов статистической физики, квантовой механики, физики конденсированного состояния (включая теорию сверхпроводимости), физической кинетики и плазмы. физика.
    Эта книга представляет собой в одном уникальном томе систематическое описание основных электродинамических явлений в веществе:
    — Большое разнообразие теоретических подходов, используемых при описании различных сред
    — Многочисленные важные проявления электродинамики в веществе (магнетики, сверхпроводимость, магнитная гидродинамика, голография, излучение в кристаллах, солитоны и др.)
    — Описание приложений, используемых в различных разделах физики и многих других областях естествознания
    — Описывает всю сложность электродинамики материи, включая материал на разных уровнях.
    — Ориентирован на бакалавров, магистров и аспирантов 3-4 курсов, а также на преподавателей и инженеров и ученых, работающих в этой области.
    — Читателю потребуются базовые знания по общей физике, высшей математике, классической механике и микроскопической (фундаментальной) электродинамике на стандартном университетском уровне
    — Все примеры и задачи подробно описаны в тексте, чтобы помочь читателю научиться решать проблемы
    — Сложные проблемы отмечены одной звездочкой, а самые сложные — двумя звездочками. Некоторые задачи рекомендуется решать в первую очередь, они отмечены заштрихованными точками; они носят более общий и важный характер или содержат результаты, используемые в других задачах.

    Введение

    Глава 1. Уравнения для статических электрических и магнитных полей в веществе
    1.1. Усреднение микроскопических уравнений Максвелла. Векторы электромагнитных полей в веществе
    1.2. Электростатические и магнитостатические уравнения в веществе
    1.3. Поляризация вещества в постоянном поле
    1.4. Ответы и решения

    Глава 2. Электростатическая теория проводников и диэлектриков
    2. 1. Основные понятия и методы электростатики
    2.2. Специальные методы электростатики
    2.3 Энергия, силы и термодинамика проводников и диэлектриков
    2.4. Ответы и решения

    Глава 3. Постоянные токи и магнитное поле в средах
    3.1 Постоянные токи
    3.2. Магнитостатика в средах
    3.3. Энергия, силы и термодинамика магнитных сред
    3.4. Ферромагнетики
    3.5. Электродинамика сверхпроводников
    3.7. Ответы и решения

    Глава 4. Квазистационарные электромагнитные поля
    4.1. Квазистационарные явления в линейных проводниках
    4.2. Вихревые токи и скин-эффект
    4.3. Магнитная гидродинамика
    4.4. Ответы и решения

    Глава 5. Уравнения электромагнитного поля в диспергирующих средах
    5.1. Поляризация вещества в нестационарном и неоднородном поле. Тензор комплексной диэлектрической проницаемости
    5.2. Причинность и дисперсионные отношения
    5.3. Энергия электромагнитного поля в средах
    5.4. Колебания в средах
    5. 5. Электродинамика движущихся тел
    5.6. Ответы и решения

    Глава 6. Распространение электромагнитных волн в средах
    6.1. Плоские волны в изотропных средах. Отражение и преломление волн
    6.2. Плоские волны в анизотропных и гиротропных средах
    6.3. Рассеяние электромагнитных волн макроскопическими телами. Дифракция волн
    6.4. Дифракция рентгеновских и гамма-квантов в кристаллах
    6.5. Ответы и решения

    Глава 7. Когерентная и нелинейная оптика
    7.1. Когерентность и помехи
    7.2. Волны в нелинейных средах
    7.3. Волны в активных средах
    7.4. Волны в стохастических средах
    7.5. Ответы и решения

    Глава 8. Электромагнитные колебания в ограниченных телах
    8.1. Проводники волн и длинных линий электропередачи
    8.2. Объемные резонаторы
    8.3. Лазеры и световоды
    8.4. Ответы и решения

    Глава 9. Взаимодействие заряженных частиц с равновесными и неравновесными средами
    9.1. Быстрые частицы в среде. Рассеяние и излучение
    9.2. Эффект Черенкова и родственные ему явления
    9.3. Переходное рассеяние и излучение
    9.4. Каналирование и эмиссия частиц в кристаллах
    9.5. Ускорение частиц в турбулентных плазменных средах
    9.6. Ответы и решения

    Приложение. Элементы стохастической теории поля. Корреляционные тензоры
    Список литературы
    Тематический указатель

    Игорь Н. Топтыгин — профессор кафедры теоретической физики Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, Россия. Он получил ученые степени в области физики и математики в 1964 г. (доктор философии) и 1974 г. (хабилитация). Специалист в области теоретической физики и теоретической астрофизики. Член Научного совета по комплексной проблеме космических лучей РАН, член-корреспондент Международной академии наук по высшему образованию. Много лет занимается теоретическими исследованиями квантовых парамагнитных усилителей, ускорения космических лучей и излучения релятивистских частиц в плазме.

    Топтыгин И.Н., Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, Россия

    Электромагнетизм [Encyclopedia Magnetica]

    Содержание

    • Электромагнетизм

      • История электромагнетизма

      • Сложность электромагнетизма

        • Уравнения Максвелла

          • Система отсчета

        • Электростатическая и магнитная сила

        • Электромагнитные волны

        • Магнетизм в материалах

        • Прочие виды магнетизма

      • Весы, характер и практическое значение

        • Химическая

        • Биологический

        • Механические силы

        • Преобразование электромагнитной энергии

        • Электромагнитные волны

        • Оптический

        • Датчики и преобразователи

        • Хранение информации

        • Термические эффекты

      • Каталожные номера

    Стэн Зурек, Электромагнетизм, Encyclopedia Magnetica, E-Magnetica. pl

    Электромагнетизм — физическое явление и отрасль науки, связанная с электричеством и магнетизм и взаимодействие между ними, отсюда и название из двух частей « электромагнетизм ». Электромагнитные взаимодействия математически описываются уравнениями Максвелла.

    Подкова и стержневые магниты — популярный символ магнетизма.

    Электромагнетизм включает в себя все электрические, электростатические, магнитные, магнитостатические, электромагнитные поля, волны и силы, оптические явления (в видимом свете, а также в невидимом инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах), распространяясь также на внутренние свойства атомов и субатомных частиц (электрон, протон). ), включая квантовую механику, а также взаимодействие с другими отраслями науки (например, химией).

    Значение того или иного имени зависит от контекста, в котором оно используется. Некоторые термины могут использоваться как взаимозаменяемые. Приложение «статические» обычно относится к статическим системам, в которых нет изменений ни в пространстве, ни во времени. Если такая вариация не является строго статической, но достаточно малой, чтобы можно было пренебречь некоторыми высокодинамическими эффектами, то иногда также используется название «квазистатический» .

    Однако прилагательное «электростатический» также используется для очень динамичных систем (например, электронов в атомах), но для того, чтобы отличить силы, вызванные электрическим полем, от других сил. Все динамические эффекты должны быть приняты во внимание, но общее название «электрический» подразумевало бы некоторое макроскопическое поведение. Так что «электростатический» используется в таких ситуациях просто из-за отсутствия лучшего термина.

    Термин магнетизм также иногда используется для дифференциации магнитостатических (неизменяющихся) полей от электромагнитное (переменное, динамическое), тогда как в более широком контексте магнетизм включает все магнитные явления (магнитостатические или электромагнитные). Таким образом, магнетизм и электромагнетизм часто используются взаимозаменяемо, но их значение обычно ясно из контекста. Некоторые авторы используют другие названия, такие как электродинамика , чтобы подчеркнуть важность динамических явлений в электромагнетизме.

    Электромагнитные силы (электростатические и магнитные) в атомах определяют физические и химические свойства вещества. Эти взаимодействия в пространстве и времени, внутри атомов и в материи могут быть чрезвычайно сложными и часто не очень интуитивными, поэтому обычно предметы вводятся в образование в порядке возрастания сложности: от наличия стационарных электрических зарядов через их движение, к их ускорению. Для полного описания динамических процессов, особенно при больших скоростях, необходимо учитывать релятивистские эффекты.

    История электромагнетизма

    См. также основную статью: История электромагнетизма

    Магнетизм был впервые обнаружен в намагниченных железных рудах, потому что они создавали механические силы, достаточно большие, чтобы их можно было почувствовать рукой или притянуть маленькие кусочки железа. Самые ранние документы, по-видимому, указывают на то, что эффекты были известны в древнем Китае около 2500 г. до н.э., а также в Греции 500 г. до н.э.

    Примерно в 11 веке использовался навигационный магнитный компас. Магнитные полюса были описаны в 13 веке, а в 1600 году Уильям Гилберт опубликовал трактат о магнитном поле, магнетизме Земли и использовании компаса.

    В 18 веке был изобретен подковообразный магнит и сформулированы законы притяжения магнитных полюсов (1750, Джон Митчелл) и электрических зарядов (1785, Шарль-Августин де Кулон). Электрическая батарея была изобретена в 1800 году Алессандро Вольта.

    В 19 веке первая связь между электричеством и магнетизмом была обнаружена в 1820 году Гансом Христианом Эрстедом. Это открытие вдохновило многих ученых во всем мире, и силы между дирижерами были продемонстрированы (1820 г., Андре-Мари Ампер) и описаны математически (1820 г., Жан-Батист Био и Феликс Савар). В 1831 году Майкл Фарадей открыл закон электромагнитной индукции. В 1873 г. все электромагнитные законы (20 известных тогда уравнений) были собраны Джеймсом Клерком Максвеллом, а затем рационализированы (Оливером Хевисайдом)9.0246 всего до четырех уравнений, теперь известных как уравнения Максвелла.

    Исследование многих других явлений продолжалось, например, рентгеновские лучи были открыты в 1895 году Вильгельмом Рентгеном.

    Вскоре после этого были разработаны основы ферромагнетизма. В 1900 году Джеймс Юинг предположил существование магнитных доменов, а более полную теорию ферромагнетизма дал Пьер Вайс в 1906 году. Другие важные открытия в физике были сделаны в начале 20 века, кульминацией которых стала общая теория относительности, опубликованная в 1919 году.15 Альберта Эйнштейна. Сверхпроводимость была открыта в 1911 году Камерлинг-Оннесом.

    → → →
    Полезная страница? Поддержите нас!
    → → →
    PayPal
    ← ← ←
    Помогите нам с всего за $0,10 в месяц? Давай…
    ← ← ←

    Тем временем открытие электрона (1897 г., Джозеф Джон Томсон) и протона (1911 г., Эрнест Резерфорд) улучшило понимание строения атома, что в конечном итоге привело к постулатам квантовой механики, поскольку некоторые законы классической физики, казалось, не учитывались. применяются на субатомном уровне. Некоторые правила были постулированы теоретически, а некоторые из них сохраняются до сих пор, без полного понимания, а просто упоминаются как «внутренние свойства» (например, происхождение спина электрона остается необъясненным).

    Квантовая хромодинамика получила дальнейшее развитие в 1950-1960-х годах с кварковой моделью, предложенной в 1964 году Мюрреем Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом, с множеством модификаций и улучшений несколькими другими физиками, которых слишком много, чтобы перечислить все имена. Теория предсказала существование 6 кварков, а последний, названный «верхним», был открыт в 1995 году. Продолжается исследовательская работа по многим аспектам квантовой теории, субатомных частиц и фундаментального понимания причинно-следственных связей в физике, теоретически и экспериментально.

    Общие решения уравнений Максвелла с релятивистскими эффектами (такими как запаздывающее время) были даны Олегом Ефименко в 1992 году.

    Магнитомягкие материалы были разработаны в виде электротехнических сталей, а процесс ориентации зерен был запатентован в 1934 году. Мягкие ферриты были впервые разработаны в 1930-х годах. Многие сплавы железа, кобальта и никеля были разработаны на протяжении 20 века. Аморфные и нанокристаллические материалы были разработаны в 1970-1980-х годах. Многие из них имеют хорошо зарекомендовавшие себя магнитные свойства, но продолжают разрабатываться новые материалы, такие как магнитомягкие композиты.

    Характеристики магнитотвердых материалов (постоянных магнитов) связаны со значением коэрцитивной силы. Изначально подковообразные магниты изготавливались из железа и углеродистой стали. Магниты Alnico и твердые ферриты были впервые разработаны в 1930-х годах. Самарий-кобальтовые магниты с гораздо более высокой плотностью энергии были изобретены в 1960-1970-х годах, а неодимовые магниты очень высокой энергии — в 1980-х годах.

    Полутвердые магнитные материалы, используемые для хранения информации, были разработаны для магнитных лент (1920-1930-е годы), но продолжают использоваться для хранения компьютерных данных. Магнитные жесткие диски были изобретены в 1950-х годов, а совершенствование технологий продолжает делать их подходящим носителем данных, емкость которого в настоящее время превышает 1 ТБ/дюйм 2 . Полутвердые материалы также используются для временного хранения энергии, для полупостоянных магнитов.

    Сложность электромагнетизма

    Электромагнитные эффекты возникают из-за наличия, движения и ускорения электрических зарядов:

    • Электростатика — электрические заряды неподвижны в пространстве во времени.

    • Электрический ток (электричество) — движутся электрические заряды, но учитываются только макроскопические электрические эффекты.

    • Магнитостатика — движутся электрические заряды, но учитывается только макроскопическое магнитное поле, создаваемое движущимися зарядами.

    • Электромагнитное поле — меняющиеся электрическое и магнитное поля являются двумя составляющими электромагнитного поля (волны). Частота может распространяться в очень широком диапазоне, включая радиоволны, микроволны, все оптические эффекты (инфракрасный, видимый свет, ультрафиолет, рентгеновские лучи) и многое другое.

    Электростатика — Взаимодействие между статическими электрическими зарядами: положительный и отрицательный заряды при электрическом диполе

    55550 5550 550 . против движения электронов

    Магнитостатика — magnetic effects of moving charges: constant electric current generates constant magnetic field

    Electromagnetic radiation — radiating field is produced by an accelerated electric charge

    Темы обычно вводятся, начиная с электростатики , которая включает в себя механические силы между заряженными телами. Приводится аналогия с гравитацией, которая также порождает силы притяжения, но электростатические силы также могут отталкивать. Можно ввести такие названия, как напряжение и электрический заряд. Простые аналогии или часто используются для объяснения многих электромагнитных явлений.

    Для электричества поток электрического тока в цепи можно сравнить с потоком воды в трубе, где давление представляет напряжение, а объем протекающей воды представляет ток. Такие законы, как законы Ома и Кирхгофа, можно использовать для расчета распределения напряжений и токов.

    Цепи постоянного тока включают только напряжение, ток и сопротивление, тогда как сложность возрастает для переменных токов, где также необходимо учитывать емкостные и индуктивные эффекты. Резонанс может возникать в цепях переменного тока, а настроенные цепи намеренно создают резонанс.

    Индуктивные эффекты обеспечивают индуктивную связь и передачу энергии на другую часть цепи без гальванической связи. Такую связь можно улучшить, используя магнитные материалы с такими магнитными свойствами, как насыщение, проницаемость и коэрцитивность.

    Когда физические размеры электрической цепи сравнимы с длиной волны частоты, существенную роль начинают играть такие эффекты, как распределенный импеданс линии передачи. Передача, излучение (генерация) и прием электромагнитных волн могут происходить в очень широком диапазоне частот, в зависимости от размеров цепи. Аналоговые настроенные схемы улучшают излучение/прием и являются основой для всех беспроводных телекоммуникационных устройств.

    Оптические явления (отражение, интерференция, преломление и др.) могут быть введены независимо от электромагнетизма, но они носят электромагнитный характер со всеми вытекающими из электромагнитных взаимодействий между электромагнитными волнами и атомами в веществе.

    Также могут быть включены дополнительные детали:

    • Магнитные эффекты атомного масштаба (магнитные моменты) — электроны, протоны, нейтроны, ядра и атомы проявляют микроскопические магнитные свойства из-за внутренних свойств, таких как спиновой магнитный момент и орбитальный магнитный момент. Они вызывают сильные магнитные эффекты в сыпучих материалах, как, например, ферромагнетизм в железе.

    • Поля скорости — заряды, движущиеся с постоянной скоростью, создают вокруг себя локальные электрические и магнитные поля, так что они перемещаются вместе с зарядами и не излучают энергию.

    • Поля ускорения — электрические заряды ускоряются или замедляются, что создает электромагнитное поле (волну), которое излучает энергию.

    • Квантовые эффекты внутри атомов — движение электронов настолько быстрое, что необходимо включить релятивистские эффекты, чтобы представить расчет всех аспектов взаимодействия между электронами и между электронами и ядром.

    Электромагнитные волны включают радиоволны и оптический диапазон

    Atomic magnetic moments — electrons exhibit intrinsic orbital magnetic moment $m_o$ and spin magnetic moment $m_s$

    Поле скорости — локализованное магнитное поле вокруг движущегося электрона

    Уравнения Максвелла

    Всего четыре уравнения Максвелла математически полностью описывают взаимосвязь между электрическим и магнитным полями. Однако необходимо выполнить несколько неявных предположений, таких как сохранение энергии и сохранение заряда.

    Уравнения Максвелла
    Описание Математическая форма (дифференциал)
    Закон Гаусса для электростатики связывает распределение электрического заряда q (выраженное плотностью заряда ρ заряд ) с вектором электрического поля E ; «div» — оператор векторного исчисления дивергенции, а ε 0 — диэлектрическая проницаемость вакуума $$ \text{div } \mathbf{E} = \frac {\rho_{charge}}{\epsilon_0}$$
    Закон Гаусса для магнетизма гласит, что магнитных монополей не существует (линии магнитного поля B представляют собой замкнутые контуры, без начала и конца) $$ \text{div } \mathbf{B} = 0$$
    Закон электромагнитной индукции Фарадея утверждает, что вектор электрического поля E создается изменяющимся вектором магнитного поля B ; «curl» — оператор векторного исчисления ротора, а — оператор частной производной }$$
    Контур Ампера гласит, что магнитное поле B создается электрическим током I (выражается плотностью тока Дж ) и ток смещения (выраженный изменением электрического поля E ), μ 0 — проницаемость вакуума $$ \text{curl{} \mathbf mu_0 · \mathbf{J} + \mu_0 · \epsilon_0 · \frac {\partial \mathbf{E}}{\partial t}$$

    Уравнения могут быть математически записаны несколькими способами (например, в дифференциальной или интегральной форме) или в разных единицах (например, в СГС или МКС, а также в других).

    Сами уравнения обманчиво просты, но их решения для конкретной задачи могут принимать чрезвычайно сложные математические формулы, особенно когда учитываются релятивистские эффекты.

    Аналитические решения часто можно найти только для простых случаев (например, связанных с симметрией), тогда как для общего случая на практике часто используются численные методы, такие как моделирование методом конечных элементов для проектирования электромагнитных устройств.

    Система отсчета

    Несколько дополнительных уравнений также используются при описании или расчете электромагнитных явлений. Релятивистские эффекты (преобразование Лоренца) необходимы для частиц, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, где имеют место эффекты замедления времени.

    С другой точки зрения можно качественно объяснить существование магнитного поля как артефакта релятивистских эффектов, действующих на движущиеся заряды (даже для медленно движущихся частиц).

    Выбрав подходящую систему отсчета, чтобы она двигалась с той же скоростью, что и заряды, можно показать, что магнитное поле исчезает, а электростатические эффекты создают те же силы. Таким образом, существование магнитного поля зависит от системы отсчета.

    Кроме того, тщательный математический анализ показывает, что магнитные поля не совершают никакой работы, а вместо этого перенаправляют силы таким образом, что работа выполняется электрическими полями.

    Теория квантовой механики утверждает, что поведение субатомных частиц является вероятностным, а не детерминированным, так что нельзя предсказать точные моменты квантовых взаимодействий, а только их вероятности. Недавно предложенные теории постулируют, что отсутствие детерминизма можно объяснить, если в математическом анализе допускается существование частиц со скоростью, превышающей скорость света. Однако это не может быть подтверждено экспериментально.

    Электростатическая и магнитная силы

    См. также основную статью: Сила Лоренца

    Наличие электромагнитного, электрического или магнитного поля определяют, помещая электрический пробный заряд q и наблюдая за действующими на него силами.

    Противоположные электрические заряды притягиваются, а заряды отталкиваются, как схематично показано на рисунке. Такие интуитивные взаимодействия описываются, например, законом Кулона, но в более общем смысле уравнением силы Лоренца.

    Разноименные заряды притягиваются, как заряды отталкиваются, между нейтральными телами нет силы

    Электростатическая сила на пробный заряд (неподвижный или движущийся) действует по направлению электрического поля (на положительные заряды в том же смысле, что и поле, на отрицательные — в противоположном).

    Магнитная сила на движущийся пробный заряд действует перпендикулярно направлению магнитного поля (для положительных зарядов путь действует в одном направлении, для отрицательных — в противоположном). Магнитная сила не действует ни на неподвижный заряд, ни на заряд, движущийся в направлении магнитного поля. Такая сила составляет определение магнитного поля Б .

    Эти две составляющие складываются векторно, производя полную силу (называемую силой Лоренца), выраженную как: Н) где: $q$ — электрический заряд (Кл), $\vec E$ — вектор электрического поля (В/м), $\vec v$ — вектор скорости движущегося заряда (м/с), $\vec B $ — вектор магнитного поля (Тл)

    Сила Лоренца, действующая на положительно заряженную частицу q : а) сила F e в электрическом поле E , б) сила F m в магнитном поле B , c) общая сила B 900 F = F e + F m в обоих полях; зеленая стрелка показывает скорость и направление движения

    Электромагнитные волны

    Электрон в атоме может поглотить фотон или высвободить его при переходе на более низкий энергетический уровень

    Ускоренные электрические заряды производят электромагнитное излучение или электромагнитное поле. Поле скоростей, окружающее заряд, искажается на время ускорения, и искажение распространяется от заряда.

    Частота такой излучаемой волны зависит от частоты движения зарядов, например, от частоты электрического тока, который заставляет заряды двигаться или колебаться.

    Видимый свет также является формой электромагнитного излучения, где фотоны представляют собой кванты энергии. Энергия квантуется в единицах постоянной Планка, но может возрастать пропорционально частоте фотона: $E = h·f$ (Дж).

    Только достаточно энергичные фотоны могут вызвать фотоэлектрический эффект, поэтому инфракрасные фотоны не вносят значительного вклада в производство энергии в фотоэлектрических панелях.

    В вакууме при отсутствии зарядов и токов уравнения упрощаются, и в силу линейности вакуума их можно записать относительно плотности магнитного потока B (как показано в таблице ниже) или напряженность магнитного поля H .

    Уравнения Максвелла в вакууме (в дифференциальной форме)
    $$ \text{div} \mathbf{E} = 0$$ $$ \text{div} \mathbf{B} = 0$$
    $$ \text{curl} \mathbf{E} = — \frac {\partial \mathbf{B}}{\partial t}$$ $$ \text{curl} \mathbf{B} = \mu_0 · \epsilon_0 · \frac {\partial \mathbf{E}}{\partial t} $$

    В вакууме два обозначения: B или H в точности эквивалентны, причем последнее весьма популярно для анализа излучения антенн. Например, используя вектор Пойнтинга, который представляет мощность как произведение электрического поля E в В/м и магнитного поля H в А/м, результатом будет В·А/м 2 или Вт/м м 2 (удельная мощность).

    Электромагнитная волна с длиной волны λ , распространяющееся в направлении x , включающее компонент электрического поля E в фазе с магнитным полем B ; все три направления ( E , B и x ортогональны друг другу

    В вакууме вдали от излучающего диполя (плоская волна) компонента электрического поля E находится в фазе с магнитным полем B , тогда как для стоячих волн (например, в волноводах или вблизи отражений) они могут быть сдвинуты на 90° в пространстве и времени.

    В зависимости от выбранного математического подхода электромагнитное излучение можно трактовать как волну или частицу (дуализм волна-частица). Оба подхода являются упрощениями, и для более полного описания электромагнитных явлений требуется квантовая механика.

    Магнетизм в материалах

    См. также основную статью: Виды магнетизма.

    Петля гистерезиса (петля B-H) из ферромагнитного материала

    Движущиеся электрические заряды (электрический ток) всегда являются источником магнитного поля.

    Магнитное поле пронизывает пространство, будь то вакуум или какая-то материя. Магнитное поле можно определить как плотность потока B или напряженность магнитного поля H , а в вакууме они связаны магнитной постоянной (проницаемостью) так, что: $B = \mu_0 · H$.

    Однако фундаментальные свойства субатомных частиц (такие как спиновый магнитный момент или орбитальный магнитный момент) также являются источниками магнитного поля. Магнитные свойства вещества диктуются в основном собственными свойствами электронов или взаимодействиями между собой или с внешним полем.

    Все материалы так или иначе реагируют на приложенное магнитное поле. Это также верно для тех материалов, которые обычно называют «немагнитными», чей отклик может быть гораздо меньше по величине по сравнению с «магнитными» материалами. На магнитный отклик также обычно влияют другие параметры, такие как температура, давление и механическое напряжение, химический состав, кристаллография и многие другие.

    Конкретный класс реакции можно отнести к типу магнетизма с тремя основными:

    • парамагнетизм

    • диамагнетизм

    • ферромагнетизм (и другие упорядоченные структуры)

    И с точки зрения теоретической физики их можно подразделить на более чем двадцать других типов, в зависимости от задействованной атомной структуры, спинового порядка и т. д.

    В повседневной жизни материалы часто называют «магнитными» и «немагнитными». Простым тестом является прикосновение к заданному материалу постоянным магнитом (например, магнитом на холодильник) — если можно почувствовать механическую силу (например, магнит «прилипает»), значит, материал «магнитен». В противном случае он «немагнитный». Эта классификация непрофессионала не следует тем же классам, что и теоретическая — например, магнит не притягивает антиферромагнитный материал, но представляет собой магнитоупорядоченную структуру.

    Геомагнетизм — это изучение магнитного поля Земли

    Другие виды магнетизма Кроме того, существует множество других терминов, которые обычно используются по отношению к другим отраслям науки. Они не относятся к явлениям, отличным от перечисленных выше, но тесно связаны с конкретной научной или технологической областью, и с темой, достаточно значимой, чтобы она получила собственное название:

    • электромагнетизм — раздел физики, изучающий магнитное и электрическое поля как единое электромагнитное явление

    • биомагнетизм – магнитные явления в живых организмах

    • геомагнетизм – изучение магнитного поля Земли

    • палеомагнетизм – магнитные свойства геологических структур

    • криомагнетизм – магнитные явления при очень низких температурах

    • микромагнетизм – магнитные явления в малых физических структурах (например, на атомном уровне)

    • квантовый магнетизм — магнитные явления в квантовой физике

    • и многие другие.

    Масштабы, природа и практическое значение

    Путь движущихся электронов может быть искривлен в окружность приложенным магнитным полем М. Бялек, Wikimedia Commons, CC-BY-SA-3.0

    Изучение магнитных явлений простирается от субатомных частиц до космических масштабов. Электроны (отвечающие за ферромагнетизм) имеют расчетный радиус на уровне 10 -22 м (оценки различаются на несколько порядков, в зависимости от теоретического или экспериментального подхода) и магнитоподобные эффекты наблюдаются также для структуры размером с галактику с размерами 10 +21 м. Поэтому магнитные явления распространяются на чрезвычайно широкий диапазон измерений и воздействуют на природу множеством способов.

    Существует множество типов магнитного поведения, многие из которых сильно нелинейны. Например, ферромагнетизм по-прежнему оказывает большое влияние на развитие различных технологий, в основном благодаря его участию в производстве и преобразовании энергии. Большая часть вырабатываемой во всем мире электроэнергии преобразуется, передается и потребляется с использованием ферромагнитных и электромагнитных явлений.

    Из-за множества взаимосвязанных типов магнитного поведения магнетизм является сложной отраслью науки, что было признано авторами Британской энциклопедии, которые написали в 1983 году: .

    Считается, что нитевидные длинные структуры в галактике NGC 1275 вызваны магнитным полем НАСА, ЕКА и А. Фабиана, общественное достояние

    Цитата также была использована профессором Д. Джайлсом в его популярной книге Введение в магнетизм и магнитные материалы .

    На макроскопическом уровне магнитное поле можно рассматривать как создаваемое электрическим током. Однако было показано, что в некоторых материалах магнитное поле также может быть связано со свойством, известным как «спин» субатомных частиц, явление, которое пока не может быть полностью объяснено современным уровнем знаний. Кроме того, электромагнитные волны распространяются в отсутствие какой-либо материи (например, в вакууме). Отсюда вопрос, заданный студентом:

    Если это пространство перед моими глазами содержит магнитное поле, что там поддерживает его?

    остается без удовлетворительного ответа. Многие теории были предложены физиками-теоретиками, но некоторые из них (например, теория суперструн) по-прежнему невозможно проверить с помощью современного состояния науки, знаний и технологий.

    Молния – это внезапный разряд электрического тока, генерирующий импульс магнитного поля от Nico36, общественное достояние

    С практической точки зрения магнетизм широко используется в производстве, преобразовании и потреблении электроэнергии. Магнитные явления используются в различных датчиках, косвенно влияющих на большинство отраслей науки и техники, но также имеется множество примеров прямого использования в: физика , электротехника , телекоммуникации медицина , биология , финансы , исследование космоса , хранение компьютерных данных , безопасность , производство продуктов питания и многое другое.

    Множество практических применений можно классифицировать по нескольким основным магнитным и электромагнитным эффектам, как упоминалось в этой статье.

    В природе примером генерации магнитного поля является молния, представляющая собой внезапный разряд электрических зарядов, посредством импульсного электрического тока, создающего вокруг себя импульс магнитного поля, а также электромагнитные волны широкого спектра, включая видимый свет. Молнии способны намагничивать встречающиеся в природе минералы, такие как магнитный камень, которые сохраняют намагниченное состояние 9.0246 чтобы люди могли открыть явление магнетизма.

    Есть много других механизмов, в которых магнитное поле может быть создано, например, ядром планеты, на глобальном уровне (см.: Магнитное поле Земли).

    Химическая промышленность

    Все химические реакции опосредуются электромагнитным взаимодействием атомов. Атомы имеют способность завершать внешнюю оболочку, которая вызывает химическую связь, широко классифицируемую как ионная или ковалентная. Атомы с полностью заполненной внешней оболочкой химически инертны (благородные газы).

    Атомы могут образовывать стабильные изотопы, но также и нестабильные, которые могут распадаться в результате радиоактивности на другие изотопы или другие типы химических элементов. Процесс может производить значительное количество тепла, которое используется, например, в производстве ядерной энергии.

    Биологический

    Зеленые листья осуществляют фотосинтез у растений Джон Салливан, CC-0

    Большинство форм жизни на Земле поддерживаются энергией, поступающей от Солнца в виде света или электромагнитного излучения. Растения преобразуют свет в химическую энергию (такую ​​как сахара) в процессе фотосинтеза.

    Растения потребляются животными, как травоядные, которые, в свою очередь, потребляются плотоядными. Большинство пищевых цепей используют электромагнитную энергию, первоначально преобразованную зелеными растениями.

    Более того, даже нынешнее состояние человеческих технологий изначально было достигнуто и до сих пор поддерживается в основном тем же источником, который в прошлом хранился в виде ископаемого топлива (например, угля, сырой нефти и природного газа).

    Жизнь на Земле была бы невозможна в такой же степени без электромагнитной энергии. Однако есть некоторые примитивные организмы, которые могут использовать другие источники энергии (например, тепло на дне океана).

    Магнитное поле также можно использовать для таких целей, как навигация птиц или других животных.

    Механические силы

    См. также основную статью: Магнитная сила

    Магнитные эффекты могут создавать механическую силу, часто называемую магнитной силой. Такие устройства, как электродвигатели, используют электромагнитные эффекты для преобразования электрической энергии в механическую силу. С другой стороны, электрические генераторы преобразуют механическую энергию в электричество.

    Электродвигатель преобразует электричество в механическую энергию

    Постоянные магниты (обычное название: «магниты») широко используются для создания или преобразования механических сил. Это также относится к электромагнитам, исполнительным механизмам и датчикам. Затем механическая сила используется для работы с другими силами или против них.

    Магниты могут использоваться для приложений очень высокой мощности, например. генератор в силовой установке или электродвигатель в приводе электромобилей, а также атомные и субатомные частицы, на траектории которых влияют механические силы ускорителей частиц.

    Можно привести несколько примеров:

    • магнит на холодильник — работающий за счет трения против силы тяжести

    • Громкоговоритель — уравновешивающая сила пружины, действующая на мембрану

    • генератор — выработка электроэнергии за счет механической силы

    • электродвигатель – вырабатывает механическую силу из электричества

    • компас — выравнивание стрелки против трения

    • ускоритель частиц – траектория заряженных частиц отклоняется в магнитном поле (включая такие приложения, как ЭЛТ или северное сияние, в которых заряженные частицы направляются геомагнитным полем)

    • феррожидкость – механические силы воздействуют на взвешенные в жидкости частицы и изменяют их поведение (например, против силы тяжести)

    • магнитная левитация

    • магнитный подшипник

    • микроволновый нагрев – механическое движение частиц воды приводит к выделению тепла за счет механического трения

    Реле электромагнитные исполнительные

    Постоянные магниты используются в двигателях, генераторах, приводах, громкоговорителях, игрушках и т. д.

    Отклоняющие катушки в ЭЛТ влияют на траекторию заряженных частиц

    Электромагнитное преобразование энергии

    Марвин Л. Дэниелс, Армия США, общественное достояние

    Электромагнетизм используется для электромагнитной связи энергии между источником и нагрузкой. Хотя во время работы может возникать некоторый механический эффект (например, магнитострикция), энергия преобразуется в основном через неподвижные части по законам электромагнитной индукции. Таким образом, это приложение отличается от двигателей и генераторов. Примеры:

    • трансформатор — преобразование одного уровня переменного тока в другой уровень

    • беспроводное зарядное устройство — подача энергии бесконтактным способом

    Существуют также другие физические явления, которые могут преобразовывать электромагнитную энергию в другой тип энергии (например, тепло), но электромагнитно-электромагнитное преобразование является особым случаем, и в настоящее время оно используется в качестве основного компонента глобальной сети, поставляющей электроэнергию. Это возможно, потому что трансформаторы могут повышать напряжение до очень высокого уровня для более эффективной передачи электроэнергии. Мощные трансформаторы очень эффективны, с показателями даже до 99%.

    Высоковольтные трансформаторы большой мощности могут быть очень большими устройствами, мощностью 500 МВА, 400 кВ, массой 380 тонн. Используются для сетей передачи электроэнергии на большие расстояния.

    Другая неотъемлемая черта электромагнитного преобразования заключается в том, что оно допускает гальваническую развязку между цепями, что является очень важным фактором с точки зрения безопасности электрических цепей. Например, зарядные устройства с питанием от сети для портативных устройств (таких как мобильные телефоны, планшеты, ноутбуки) не обязаны иметь заземление, только если они имеют полную гальваническую развязку между сетевым входом и низковольтным выходом.

    Электромагнитные волны

    См. также основную статью: Электромагнитные волны.

    Мобильные телефоны используют электромагнитные волны для передачи и приема сигналов Андерса К. Ларсена, общественное достояние

    Каждое изменение магнитного поля или электрического поля во времени порождает электромагнитные волны. Такое электромагнитное излучение называется электромагнетизмом и, например, может быть проанализировано как так называемое явление ближнего или дальнего поля. В электрических и электронных цепях могут быть эффекты линии передачи, которые вызваны связью между длиной волны и физическими размерами цепи.

    Целый важный подкласс магнитных явлений — передача сигналов посредством электромагнитных волн. Для эффективной передачи используются настроенные схемы, которые повсеместно используются в наземной и космической связи.

    Примеры:

    • Настроенная схема — основа для передачи всех сигналов на основе электромагнитных волн различной длины (от радиоволн, через GPS и сотовую связь, до радаров и т. д.)

    • радар — обнаружение сигналов, отраженных от объектов

    • Рентген — внутренняя структура материалов или тел может быть обнаружена благодаря различиям в поглощении электромагнитных волн

    Рентгеновский снимок грудной клетки человека, сделанный для медицинских целей FDA, общественное достояние

    Передача сигналов — это фактически тоже передача энергии, но с меньшей мощностью. Те же принципы можно использовать для передачи энергии, например, в некоторых видах беспроводной зарядки.

    На гораздо более высоких частотах электромагнитные волны составляют видимый спектр, поэтому все оптические устройства фактически используют электромагнитные волны в форме невидимого (инфракрасного, ультрафиолетового) и видимого света (см. следующий раздел).

    То же самое относится и к лазерам.

    Оптический

    Пламя огня представляет собой отображение электромагнитных волн Дж. Салливана, общественное достояние

    Другие оптические эффекты связаны с электромагнитными волнами, но с определенным диапазоном длин волн.

    Видимый свет может генерироваться несколькими способами: от термического нагрева (горящее пламя, лампа накаливания), через электролюминесценцию (светодиод), ионизированные газы (компактная люминесцентная лампа), химические реакции, биолюминесценция и т. д.

    Радуга является примером спектра видимого света А. Макмиллан, общественное достояние

    Видимый и почти видимый спектр подходит для целого ряда приложений: передача энергии (фотогальванические элементы), выработка тепла (инфракрасные галогенные обогреватели), передача сигналов и информации (светофоры, волоконно-оптические компьютерные сети), восприятие (все оптические датчики). , лазеры и многое другое.

    Оптика сама по себе является очень широкой научной и технологической областью и является отдельной отраслью физики, но из-за своего разнообразия сама по себе она пересекается почти со всеми аспектами науки и техники.

    Интересно, что существуют также прямые явления, происходящие между светом (электромагнитными волнами) и магнитными или электромагнитными полями. Например, в эффекте Фарадея магнитное поле может искривлять поляризованный луч света, и есть научные свидетельства того, что на зрение голубей влияет магнитное поле Земли.

    Датчики и преобразователи

    Компас определяет направление магнитного поля Земли

    Множество других физических величин можно измерить, используя явления, связанные с магнетизмом. В датчиках и преобразователях количество обрабатываемой энергии обычно невелико, и основное внимание уделяется таким аспектам, как точность и линейность преобразования сигнала, а не эффективность преобразования энергии.

    Феррозондовый магнитометр — датчик магнитного поля

    Примеры:

    • Эффект Холла – выходное напряжение пропорционально входному магнитному полю (или электрическому току, который его создает)

    • Эффект Фарадея — угол закручивания света пропорционален входному магнитному полю (или электрическому току)

    • феррозондовый магнитометр – асимметрия магнитного насыщения может использоваться для измерения магнитного поля

    • Эффект Керра – движения стенок магнитных доменов можно использовать в качестве детектора магнитного поля (или электрического тока)

    • компас — определение направления магнитного поля Земли

    • магнитно-резонансная томография – электромагнитное поле, генерируемое протонами, может быть использовано для построения трехмерных изображений внутренних органов живых организмов неинвазивным способом

    Хранение информации

    Жесткий диск использует магнитную технологию для хранения цифровой информации

    Магнетизм по-прежнему широко используется в качестве основной технологии хранения информации. Слой ферромагнитного вещества может намагничиваться, а направление локальной намагниченности может хранить информацию в аналоговом или цифровом виде.

    Магнетизм и электромагнетизм широко используются для таких приложений, потому что они предлагают недорогой способ изготовления таких продуктов. Важно отметить, что возможно полностью бесконтактное взаимодействие, например, в системах защиты от краж.

    Примеры:

    • магнитная лента (музыкальная кассета и видеокассета)

    • жесткий диск

    • защита от кражи

    Термические эффекты

    Индукционный нагрев металлического стержня от Vector1 nz, CC-BY-SA-3.0

    Есть несколько приложений, в которых магнетизм используется для создания тепловых эффектов. Лишь немногие из них демонстрируют прямую связь между магнитным полем и тепловыми явлениями, а не имеют промежуточную электромагнитно-электромагнитную связь.

    Охлаждение может быть достигнуто за счет адиабатического размагничивания за счет магнитокалорического эффекта. Теоретически должно быть возможно построить эффективные магнитные холодильники без каких-либо движущихся частей. Проводятся исследования, чтобы найти подходящие материалы и конфигурации, которые могли бы способствовать созданию коммерчески жизнеспособных устройств.

    Примеры:

    • магнитокалорический эффект — охлаждение за счет размагничивания

    • Эффект Нернста — создание температурного градиента за счет магнитного поля

    Другие магнитотермические эффекты основаны на некоторых промежуточных физических явлениях для выделения тепла. Например, электрический ток индуцируется в любой проводящей среде, на которую воздействует переменное магнитное поле. Эти так называемые вихревые токи способны нагревать среду, в которой они протекают, и на этом основаны все устройства индукционного нагрева. Однако именно вихревые токи в конечном итоге являются источником тепла, поэтому электромагнетизм используется только для передачи энергии и индукции токов.

    Примеры:

    • индукционный нагрев — нагрев с помощью вихревых токов

    • микроволновый нагрев – нагрев трением за счет механического движения частиц воды

    Список литературы


    1) Магнетизм, Энциклопедия Британия, {Доступ 3 ноября 2012 г.}

    2) Joe Rosen, Encyclopedia of Iscliia. 197

    3) , 3) , 3) , 3) , 3) , 3) , 3) , 3) , 3) , 3) , 3) , 3) , 3) , 3) E.M. Purcell, D.J. Морин, Электричество и магнетизм, 3-е издание, Cambridge University Press, 2013, ISBN 9781107014022

    4) , 4) С. Зурек, Характеристика магнитомягких материалов при вращательном намагничивании, CRC Press, 2019, ISBN 97803678

    5) , 5) Дж. М. Д. Коуи, Магнетизм и магнитные материалы, Cambridge University Press, 2010, с. 7

    6) , 6) , 6) , 6) , 6) , 6) , 6) Дэвид Дж. Гриффитс, Введение в электродинамику, 4-е изд., Пирсон, Бостон, 2013, ISBN 0321856562

    7) , 7) Дэвид Тонг, Электромагнетизм, Кембриджский университет, часть IB и часть II Mathematical Tripos, Великий пост, 2015 г., {по состоянию на 16 октября 2020 г.}

    8) , 8) , 8) Славомир Туманьски, Справочник по магнитным измерениям, CRC Press / Taylor & Francis, Boca Raton, FL, 2011, ISBN 9780367864958

    10) , 10) , 10) Charles H. Holbrow, James N. Lloyd, Joseph C. Amato, Enrique Galvez, M. Elizabeth Parks, Modern Introductory Physics, 2nd ed., Springer, New York, ISBN 97803877

    11) А. Гизе, Модель частиц, объясняющая массу и относительность физическим способом, Единая механика поля II: формулировки и эмпирические тесты, 2018, с. 309-321

    12) Дав Дж., Кернс Б., Макклеллан Р.Э. и др., Асимметрия антивещества в протоне, Nature 590, 561–565 (2021)

    13) , 13) Анджей Драган, Артур Экерт, Квантовый принцип относительности, Новый журнал физики, том 22, март 2020 г. СМИ, Американский журнал физики 60, 899 (1992)

    15) J. M. D. Coey, Hard Magnetic Materials: A Perspective, IEEE Transactions on Magnetics, 47 (12), 2011, стр. 4671-4681

    5 и др., Электротехника: все знать , Newnes, 2011, ISBN 9780080949666, с. 1004

    17) Уравнения Максвелла, Британская энциклопедия, {по состоянию на 18 декабря 2013 г.}

    18) , 18) , 18) Махеш К. Джайн, Учебник инженерной физики, часть 2, PHI Learning Pvt. ООО, с. 4.42-4.70, ISBN 9788120340602

    19) Дипак Л. Сенгупта, Валдис В. Лиепа, Прикладная электромагнетика и электромагнитная совместимость, John Wiley & Sons, 2005, ISBN 978024517462 28

    20) Кэндес Суриано и др. , Основы антенны, Технология интерференции, 3 мая 2007 г., {доступ осуществлен 22 апреля 2021 г.}

    21) Дональд Р. Аскеланд, Прадип П. Фулай, Венделин Дж. Райт, Наука и инженерия материалов, Cengage Learning, 2011, ISBN 9780495296027, с. 773

    22) Роман Бока, Теоретические основы молекулярного магнетизма, Современные методы неорганической химии, Elsevier, 1999, ISBN 9780080542713, с. 369

    23) И. С. Грант, У. Р. Филлипс, Электромагнетизм, Manchester Physics Series, Wiley, 2013, 9781118723357, (Предисловие)

    24) Кристоф Баумгартнер (ред.), Биомагнетизм: фундаментальные исследования и клинические применения: материалы 9-й Международной конференции по биомагнетизму, том 7 исследований в области прикладной электромагнетики и механики, IOS Press, 1995, ISBN 9789051

    34

    25) , 25) Дэвид Габбинс, Эмилио Эрреро-Бервера, (редактор), Энциклопедия геомагнетизма и палеомагнетизма, Springer, 2007, ISBN 9781402044236

    26) Дионисиос Элиас Спелиотис, Криомагнитное исследование оксидов железа, Миннесотский университет, 1961, стр.

    27) Гельмут Кронмюллер, Манфред Фэнле, Микромагнитные исследования в Кембридже, Микромагнетизм и микромагнетизм , Cambridge University Press, 2003, ISBN 9780521331357

    28) Сачдев, С. Квантовый магнетизм и критичность. Nature Phys 4, 173–185 (2008), https://doi.org/10.1038/nphys894

    29) Троуэр, В., Магнитное обнаружение магнитных монополей, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 19 (5), 1983, с. 2061

    30) Друкьер А.; Фриз, К .; Спергель, Д., Обнаружение кандидатов на «недостающую массу» с помощью перегретого сверхпроводящего детектора, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 23 (2), 1987, с. 717

    31) Ганс Демельт, Единственная атомная частица, вечно плавающая в покое в свободном пространстве: новое значение радиуса электрона, Physica Scripta, T22, s. 102–110, 1988

    32) http://www.spacetelescope.org/NGC 1275, {по состоянию на 9 мая 2013 г. }

    33) , NewleyE.E.E.E.E.E. Press, Bozorth R.M., Ferromagnets York, 2003, ISBN 0-7803-1032-2

    34) Новая Британская энциклопедия: Macropaedia, Магнетизм в твердых телах, Vol. 19, с. 1040, 15-е издание, Encyclopaedia Britannica, Чикаго, 1983, ISBN 9780852294000

    35) Дэвид С. Джайлс, Введение в магнетизм и магнитные материалы, второе издание, Chapman & Hall, CRC, 1998, ISBN 9780412798603

    36) , 36) Бекли П., Электротехническая сталь, Справочник для производителей и пользователей, Европейская электротехническая сталь, Ньюпорт, 2000, Великобритания, ISBN 095400390X

    Oxford University Press, Оксфорд, Великобритания, ISBN 0-19-851776-9

    38) Тумански С., Принципы электрических измерений, Тейлор и Фрэнсис, CRC Press, 2006, ISBN 9780750310383

    39) Гордон А. Гоу, Ричард К. Смит, Мобильная и беспроводная связь, введение , Open University Press, Нью-Йорк, 2006, ISBN 0335225551

    40) Гроб, Д. ; Штейн, П., Магнетизм в медицине, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 8 (3), 1972, с. 413

    41) D. T. Edmonds, Electricity and Magnetism in Biological Systems, Oxford University Press, 2001, ISBN 0198506805

    42) David Schneider, Financial Trading at the Speed ​​of Light, IEEE Spectrum, Oct 2011

    43) Мейсон Пек, Исследование космоса с помощью спутников размером с чип, IEEE Spectrum, август 2011 г.

    44) Салах М. Бедер, Джон М. Завада, Надя Эль-Масри, Spintronic Memories to Revolutionize Data Storage, IEEE Spectrum, ноябрь 2010

    45) John F. Federici, Dale Gary, Robert Barat, Zoi-Heleni Michalopoulou, T-Rays vs. Terrorists, IEEE Spectrum, июль 2007 г. использование магнитных методов в разработке процесса гидрирования, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 18 (3), 1982, с. 836

    47) Дж. Ф. У. Боулз, Р. А. Хоуи, Д. Дж. Воан, Дж. Зуссман, Породообразующие минералы, Лондонское геологическое общество, 2011, ISBN 9781862393158, с. 403

    48) Фотосинтез, Encyclopædia Britannica Ultimate Reference Suite, Chicago: Encyclopædia Britannica, 2013

    49) , 49) С. Мигальски и др., Разработка поведенческого анализа чувствительности к магнитному полю у почтовых голубей: это вопрос зрения?, Ориентация и навигация: Конференция по птицам, людям и другим животным, Королевский институт навигации, 2008, {по состоянию на 2 июля 2013 г.}

    50) Павлос С. Георгилакис, В центре внимания современная конструкция трансформатора, Power Systems, Springer, 2009, ISBN 9781848826670, с. 4

    51) Самый большой из когда-либо произведенных трансформаторов WEG будет использоваться в Африке, Transformers Magazine, 13 апреля 2021 г., {дата обращения: 20.04.2021}

    52) J. e Замок Кай-Санг, Основания для заземления: Справочник по цепи к системе, John Wiley & Sons, 2011, ISBN 9781118211519

    53) EC 61140:2016, Защита от поражения электрическим током. Общие аспекты установки и оборудования, {дата обращения: 17 июля 2020 г.}

    54) С. Дж. DC Jiles, Массив постоянных магнитов для магнитного холодильника, Journal of Applied Physics, Vol. 91 (10), 2002, с. 8894

    Магнетизм, Счетчик

    Электромагнетизм | Лостпедия | Fandom

    Фанатская диаграмма, сравнивающая напряженность магнитного поля на Острове.

    Электромагнетизм в широком смысле относится к свойствам электрических и магнитных полей. Многие события, показанные в сериале, являются результатом электромагнитных явлений, присущих Острову. Электромагнетизм является одной из областей исследования Инициативы ДХАРМА (как указано в ознакомительном фильме «Лебедь»). Источником электромагнетизма на Острове является Сердце Острова. Энергия излучается в разные районы вокруг острова, которые используются различными группами людей, такими как Инициатива ДХАРМА и люди Клаудии.

    Содержание

    • 1 Влияние электромагнетизма на остров
      • 1. 1 Навигационные трудности
      • 1.2 Крушение рейса Oceanic 815
      • 1.3 Трудности в широковещательном общении
      • 1.4 Невидимость острова
      • 1.5 Приливные аномалии
      • 1.6 Лечебные эффекты
      • 1.7 Подключение к другим энергетическим карманам
    • 2 Электромагнетизм и инициатива ДХАРМА
      • 2.1 Электромагнетизм у лебедя
        • 2.1.1 Инцидент
        • 2.1.2 Назначение лебедя
        • 2.1.3 Возможные механизмы
        • 2.1.4 Характеристики поля до разряда
        • 2.1.5 Назначение геодезического купола
        • 2.1.6 Обозначения карты противовзрывной двери
        • 2.1.7 Сбой системы Десмонда
        • 2.1.8 Выпуск
          • 2.1.8.1 Последствия разряда
          • 2.1.8.2 Возможные механизмы
      • 2.2 Электромагнетизм в орхидее
        • 2.2.1 Поворот замерзшего колеса
    • 3 Источник
    • 4 мелочи

    Влияние электромагнетизма на остров

    На острове наблюдается ряд уникальных аномалий, наводящих на мысль о магнитных явлениях. Причина и точная природа этих аномалий в настоящее время неизвестны. На острове есть по крайней мере два известных места, поблизости от которых есть электромагнитные аномалии: Лебедь и Орхидея. Люди Клаудии знали как минимум об одном из этих карманов. Конструкция замороженного колеса и заявления Человека в черном предполагают, что они также знали, как к нему подключиться.

    Саид объясняет Джеку отклонение своего компаса от истинного магнитного севера. («Hearts and Minds»)

    Навигационные трудности

    Основная статья: Навигационные трудности

    Было много случаев навигационных проблем, которые предполагают нарушение пеленга компаса на острове и вокруг него. Рядом со станцией «Лебедь» Саид сообщил Джеку, что его компас не показывает истинный магнитный север. («Сердца и разумы») Десмонд Хьюм также испытывал трудности с навигацией в море, утверждая, что он отплыл прямо с острова, но каким-то образом вернулся к нему. Чтобы покинуть остров, Бен сказал Майклу следовать по азимуту 325 градусов. («Жить вместе, умереть в одиночестве»)

    Инициатива ДХАРМА, а позже и Другие, использовали гидроакустический маяк, чтобы обеспечить подводную навигацию к Острову, предполагая, что другие средства навигации могут быть ненадежными. («Введите 77») Позже, когда вертолет направился к острову, Фрэнк Лапидус следовал курсу 305 градусов, как проинструктировал Дэниел Фарадей, который убедился, что он летел обратно по тому же курсу. («Экономист»)

    После того, как Бен повернул колесо под станцией «Орхидея» и начались сдвиги во времени, Даниэль сказал Джульетте, что если они захотят уйти, ему придется рассчитать новый пеленг, а для этого ему нужно знать, который сейчас час. в («Ложь»).

    Крушение рейса 815 Oceanic («Повесть о двух городах»)

    Крушение рейса Oceanic 815

    См. также: Разрыв в воздухе

    По словам продюсеров, сильное магнитное поле, произошедшее во время отказа системы Десмонда на станции Лебедь, привело к крушению рейса 815 Oceanic. Они также дошли до того, что заявили, что этот всплеск также вызвал нарушение или разрушение электронных систем на самом самолете. (Потеряны: ответы)

    Большое количество магнетизма может разрушить оборудование авионики, хотя неизвестно, может ли чрезвычайно высокое количество электромагнитного поля вызвать катастрофический взрыв в воздухе.

    Тем не менее, сила магнетизма, необходимая для отказа авионики, зависит от высоты полета самолета во время магнитного события, что в случае крушения рейса 815 Оушен неоднозначно. В «Пилот, часть 1» Джек предполагает, что самолет находился на высоте 40 000 футов над уровнем моря, когда начался сбой. Горизонт, видимый изнутри планера после потери хвостового оперения в этом же эпизоде, явно находится над потолком облаков; горизонт, вероятно, находится выше 10 000 футов над уровнем моря, но не около 40 000 футов. Тем не менее, «Повесть о двух городах» показывает разрушение самолета на значительно меньшей высоте, значительно ниже потолка облаков, вероятно, ниже 5 000 футов над уровнем моря.

    На высоте около 40 000 футов над уровнем моря магнитная сила, достаточная для того, чтобы вызвать отказ авионики, может быть возможна с помощью высокотехнологичных искусственных средств, но это невозможно с геологической точки зрения. Нарушение работы авионики на высоте около 5000 футов над уровнем моря находится в пределах напряженности поля, достижимой в специальных лабораториях, но все же оно в десятки тысяч раз сильнее, чем геологические причины. Однако электромагнетизм на острове обладает уникальными свойствами и, поскольку подразумевается, что большой разряд может иметь катастрофические последствия, он явно имеет огромную величину. Используя эту информацию, мы можем сказать, что Остров обладает чрезвычайно мощными магнитными силами, поскольку никакой известный науке магнетизм не мог бы разорвать на части самолет, даже если бы он летел ниже уровня облаков.

    Проблемы с широковещательной связью

    В «Лучших хитах» Джульетта заявила, что станция «Зеркало» отвечает за блокировку исходящих сигналов электрической связи. Саид также заявляет, что трансляция с радиовышки создает помехи спутниковому телефону.

    Трудно представить, почему это могло произойти. Радиовышка предположительно транслирует длинноволновые радиосигналы, которые находятся далеко за пределами спектральной полосы частот микроволнового телефона гигагерцового диапазона. Точно так же подводная станция является чрезвычайно плохим местом для вещания любого типа, за исключением ULF и аналогичных низких частот, и, тем не менее, не может вызывать вывод в используемом частотном диапазоне.

    Таким образом, точная природа того, как блокируются сигналы с Острова, неадекватно объяснена. Учитывая, что сигнал радиомачты неоднократно ловился на Острове без блокировки, Остров должен находиться вне радиуса блокировки сигнала. Но для создания такого блока требуются объекты, окружающие остров на разумном расстоянии от острова. Также неясно, как можно эффективно заблокировать такую ​​большую полосу пропускания вещания.

    Невидимость острова

    Было высказано предположение, что невидимость острова вызвана его невероятно сильным магнитным полем. Традиционная физика предполагает, что это теоретически возможно, но для этого потребуется такое сильное электромагнитное и гравитационное поле, что оно уничтожит всю жизнь на планете. Кроме того, любой полный «плащ» заблокировал бы контакт в любом направлении, что сделало бы радиомачту бесполезной. Таким образом, остров может быть скрыт из-за препятствий для навигации, таких как местное магнитное поле.

    Альтернативное объяснение раскрывается, когда Дэниел Фарадей замечает, что «свет рассеивается здесь по-другому». Это рассеяние связано с «эффектом Фарадея», при котором магнитное поле будет вращать поляризованный источник света. Сильное магнитное поле острова оказывает такое влияние на свет. Это могло бы объяснить, почему остров «невидим» для посторонних: свет, рассеиваемый земной атмосферой, (частично) поляризован. Если свет, отраженный островом, вращается магнитным полем, то, возможно, остров будет трудно увидеть, пока вы не окажетесь в пределах досягаемости магнитного поля. Это также объясняет, почему небо стало «фиолетовым» во время разряда (например, из-за эффектов рассеяния света). Точно так же сильное магнитное поле может вращать радиоволны. Этот эффект может объяснить, как станция «Зеркало» «заглушала» радиосигналы с острова.

    Возможное научное объяснение невидимости Острова, однако, не объясняет, насколько трудно его найти; то есть, почему, по-видимому, невозможно уйти или вернуться на Остров, кроме как по определенному пеленгу, и это не объясняет, как Остров «движется».

    Приливные аномалии

    Приливные аномалии, наблюдаемые в «Что бы ни случилось», которые необычны для почти экваториальной суши, иногда связывают с магнитными эффектами. Магнито-гидродинамические [1] эффекты могут объяснить это; тем не менее, при нормальных обстоятельствах вода не реагирует на магнетизм.

    Лечебные эффекты

    Мать передает Джейкобу защиту Сердца Острова. («Через море»)

    Доказано, что электромагнетизм обладает целебными свойствами. Как видно, когда Мать напоила Иакова водой возле электромагнитного источника, он смог жить вечно. Человек в черном объяснил, что замерзшее колесо смешало электромагнетизм с водой, что позволило бы ему сбежать с острова, а также вызвать путешествие во времени. Целебный источник в Храме, скорее всего, содержал воду непосредственно из Источника, о чем свидетельствуют водоводы, расположенные глубоко в Сердце Острова.

    Предполагаемые целебные свойства острова также объясняются магнитными эффектами. Магнитная терапия, магнитная терапия или магнитотерапия, как ее чаще называют, представляет собой альтернативную медицину «нового века», утверждающую, что она эффективно лечит определенные медицинские расстройства посредством воздействия магнитных полей. В настоящее время в научной литературе проводятся исследования чудесных исцелений, вызванных магнетизмом, но нет прецедентов. [2]. Однако неизвестно, почему некоторые жители острова будут затронуты (например, Локк, Роуз), а не другие (например, Бен). Возможно, это могло быть связано с тем, что некоторые медицинские расстройства возникли за пределами острова, в то время как опухоль Бена возникла на острове. Кажется, что Остров способен вылечить расстройства только в том случае, если они были приобретены до вашего прибытия.

    Связь с другими энергетическими очагами

    Описывая, как Инициатива ДХАРМА первоначально открыла Остров, Элоиза Хокинг объяснила, что под Островом находится «уникальный очаг электромагнитной энергии. Эта энергия соединяется с подобными очагами по всему миру». Инициатива ДХАРМА построила станцию, известную как Фонарный столб, на одном из этих участков: в кармане, расположенном под церковью в Лос-Анджелесе, Калифорния. Цель станции состояла в том, чтобы определить местонахождение Острова, который всегда находится в движении. Исаак из Улуру также упомянул определенные места в мире с большой энергией, места на Земле, такие как Улуру в Австралии. Он предположил, что эта энергия может быть геологической или магнитной. («SOS»)  («316»)

    Электромагнетизм и инициатива ДХАРМА

    Электромагнитный эксперимент ДХАРМЫ, показанный в фильме «Лебедь».

    Как упоминалось в ознакомительном фильме «Лебедь» и неоднократно появлялось в 1970-х годах, электромагнетизм был предметом изучения Инициативы ДХАРМА. Станция «Лебедь» предназначалась для этой цели еще до Инцидента.

    Электромагнетизм в «Лебеде»

    Как утверждает Стюарт Радзински, целью «Лебедя» было «манипулировать электромагнетизмом так, как мы и не мечтали». («Инцидент, часть 1»). Участок Лебедь был одним из самых доступных секторов острова, где был обнаружен магнетизм. Он был центром как минимум трех катастрофических событий, связанных с электромагнетизмом: Инцидент, отказ системы Десмонда и Разряд (см. ниже). Точно так же станция содержала много тонких намеков на источник и природу магнетизма на острове.

    Инцидент

    Основная статья: Инцидент (событие)

    Инцидент произошел в июле 1977 года, во время строительства Лебедя. Ученые ДХАРМЫ под руководством Стюарта Радзински установили бур, чтобы просверлить прямо массивный очаг электромагнитной энергии. На четвертый день после прибытия Джека, Кейт, Херли и Саида в 1977 году сверло достигло кармана, высвободив энергию. Результатом стало катастрофическое событие, подобное массовому сбою системы, когда весь металл был притянут к магнитной аномалии. Пушки, ящики для инструментов, арматура, железные балки, строительные леса, бочки с маслом, бульдозеры, краны и промышленные буры — все это было втянуто в шахту. Джульетта, затянутая в шахту цепью, обернутой вокруг нее, взорвала водородную бомбу. Не совсем известно, что произошло после водородного взрыва. («Инцидент, часть 1»)

    Предназначение «Лебедя»

    Согласно видеоролику «Лебедь», «Лебедь» изначально был построен как лаборатория, где ученые могли работать над изучением уникальных электромагнитных колебаний, исходящих из этого сектора острова. Однако неустановленный инцидент потребовал реализации определенного протокола. Этот протокол должен был выполняться каждые 108 минут путем ввода ряда чисел в компьютер Лебедя (см. нажатие кнопки).

    Кельвин Инман заметил в «Жить вместе, умереть в одиночестве», что «заряд» постепенно «нарастает» внутри или рядом с Лебедем с сопутствующим магнитным полем. Процедура «нажимания на кнопку» эффективно разряжает накопленные энергии. Благодаря этому механизму сдерживания Лебедь, по-видимому, осуществляет некоторый контроль над электромагнитным полем. На случай сбоя протокола был установлен отказоустойчивый механизм.

    Вероятные механизмы

    С естественной точки зрения магнитные поля не являются «кумулятивными», хотя сила поля может варьироваться путем соответствующего физического изменения или изменения связанного электрического поля. Поля такой силы, которые обычно наблюдаются в Лебеде, геологически невозможны, но могут быть созданы искусственно (за исключением сильных полей, наблюдаемых при сбоях системы).

    Ненаблюдаемая теоретическая частица, предсказанная многими теориями суперструн, известная как магнитный монополь, может иметь «магнитный заряд» больше нуля. Эти частицы могли образоваться в результате близлежащих столкновений субатомов с высокой энергией, которые можно было бы использовать для объяснения периодичности магнитного поля.

    Ключ Джека притягивается магнитным полем Лебедя. («Человек науки, человек веры»)

    Характеристики поля до разряда

    Обычно магнитное поле описывалось как относительно безвредное и, по-видимому, не влияло на повседневную деятельность в большинстве частей «Лебедя». Единственная область, где это было заметно, была в главном коридоре, возле бетонного барьера. Однако не было четких указаний на то, насколько сильным было поле во время некатастрофической операции. Комментарий Десмонда в «Ориентации» о «болях в его пломбах» — якобы амальгаме золота, серебра, олова, меди или цинка, номинально парамагнитных или диамагнитных — предполагает, что поле все еще фантастически сильное. Точно так же степень привлекательности, показанная трижды (см. фотографии и подписи), довольно высока. Эти наблюдения, вероятно, наводят на мысль о диапазоне> 1 тесла.

    Крест Эко притягивается магнитным полем Лебедя. («Три минуты»)

    Однако, пытаясь раскопать бетонный барьер в «Все ненавидят Хьюго», Саид отмечает, что титан, который он использовал, имел «очень слабое магнитное притяжение» к стенам. Он предполагает, что толщина бетонного затвора составляет от шести до восьми футов.

    Электромагнитные силы под Лебедем чрезвычайно сильны. Они были достаточно сильны, чтобы разорвать пассажирский самолет 777 во время сбоя системы и стащить тяжелое промышленное оборудование в узкую шахту во время инцидента. Известно, что ни одна электромагнитная сила на Земле не обладает такой огромной силой.

    Пояс Чарли притягивается магнитным полем Лебедя. («Жить вместе, умереть в одиночку»)

    Нормальный уровень на станции выше, чем у МРТ. Это заставило бы любого, у кого была татуировка (Джек), вырвать металл из кожи. Это очень болезненный процесс и, очевидно, никак не повлиял на него. Он вытащил ключ из его шеи, но не затронул его татуировку.

    Назначение геодезического купола

    Некоторые предполагают, что металлический геодезический купол компьютерного зала Лебедя был клеткой Фарадея, защищавшей электронику внутри. Концептуально клетка Фарадея подавляла бы прохождение электрических полей через заданную область пространства; однако это не распространяется на магнитные поля. Чтобы клетка Фарадея функционировала должным образом, металлические противовзрывные двери должны быть закрыты (например, герметизировано помещение), чтобы создать эффект экранирования.

    Альтернативная теория: Такая форма купола позволяет ему удерживаться под действием гравитации. Это устраняет необходимость в колонне в середине комнаты. Плоская крыша требует опоры посередине. Это смещает весь вес в стороны, освобождая место для оборудования. Кроме того, она на самом деле более устойчива и обеспечивает большую защиту, чем плоская крыша.

    Уравнения на скрытой карте. («Блокировка»)

    Обозначения на карте противовзрывной двери

    Основная статья: Уравнения карты противовзрывной двери

    Несколько уравнений, вероятно, связанных с электромагнетизмом, были написаны на карте противовзрывной двери. Два обозначения потенциально намекают на поля с напряженностью «10 4 Тл» и «10 6 Тл» (Т — аббревиатура СИ для тесла), хотя точная интерпретация этих двух записей несколько неясна. Если бы они относились к напряженности магнитного поля, то они были бы невообразимо сильными. Интересно, что напряженность поля 10 6 тесла вполне достаточна, чтобы разбить самолет из-за поперечной силы, но воздействие такого поля на Остров будет включать в себя невидимые действия, такие как левитация и разрушение неметаллических объектов (вероятно, смерть всех жизнь на острове).

    Распечатка станции «Жемчужина». («Жить вместе, умереть в одиночку»)

    Сбой системы Десмонда

    Основная статья: Сбой системы

    В «Жить вместе, умереть в одиночестве» после смерти Кельвина в «Лебеде» произошел «системный сбой», так как кнопка не была вовремя нажата. Распечатка станции «Перл» также указывала на тот же «сбой системы» и подтверждала правильную дату и время, что соответствовало крушению рейса 815 Oceanic. В это время произошел огромный скачок напряженности магнитного поля, связанный со значительным земным толчком на острове. . Десмонд успешно ввел числа и нажал 9. 2060 Выполнить , что завершило системный сбой. Операции в The Swan, похоже, вернулись в нормальное русло без видимых изменений.

    События разрядки. («Жить вместе, умереть в одиночестве»)

    Разряд

    Основная статья: Разряд

    Уничтожение Локком компьютера в «Жить вместе, умереть в одиночестве» фактически положило конец возможности протокола ДХАРМЫ, что привело к сбою системы после того, как таймер обратного отсчета достиг нуля. Когда произошел сбой системы, напряженность магнитного поля впоследствии выросла до огромных уровней (легко> 100 тесла), что привело к постепенному разрушению «Лебедя», поскольку ферромагнитные предметы выровнялись в поле.

    Активация Десмондом отказоустойчивого механизма станции «Лебедь» во время этого системного сбоя вызвала явление, известное как «разряд». Внутри «Лебедя» это выглядело как белая вспышка, похожая на двойную ядерную вспышку. Снаружи это характеризовалось: громкой низкочастотной звуковой волной, землетрясением и ярко-розово-лиловым спектральным разрядом в атмосфере над островом на несколько секунд. Впоследствии дверца люка была выброшена вместе с рядом других предметов. Выброс также был обнаружен на станции слежения в неизвестном арктическом месте. («Жить вместе, умереть в одиночестве, часть 1»)

    Останки лебедя. («Дальнейшие инструкции»)

    Последствия выброса

    Локк, Эко и Десмонд, находившиеся внутри «Лебедя» во время выброса, впоследствии были замечены в «Дальнейших инструкциях», почти невредимыми и разбросанными по джунглям. При этом одежда Десмонда и палка Эко были выброшены. Позже в эпизоде ​​останки Лебедя видны как глубокий кратер с металлическими обломками (или, возможно, камнем), уплотненными на дне. Локк (а позже Десмонд) отмечает, что станция явно «взорвалась». Далее Десмонд отмечает, что «отказоустойчивый ключ, должно быть, взорвал электромагнитную аномалию», хотя это краткое объяснение не имеет научного смысла. Позже, в «Долго и счастливо» Чарльз Уидмор утверждает, что Десмонд — единственный человек в мире, о котором он знает, который пережил электромагнитное событие.

    В «Каждый сам за себя» Том заметил Бену, что Другие «были слепы» и что их «коммуникаторы не работают», и он не может «вернуть их обратно», так как «небо стало пурпурным». Точно так же в «Не в Портленде» Том объясняет, что «с тех пор, как небо стало пурпурным», какое-то нарушение помешало вывезти Бена с острова для лечения его опухоли. Саид аналогичным образом называет разряд в «Enter 77», а Михаил в «Par Avion» называет его «электромагнитным импульсом» и подтверждает, что он вызвал сбои в коммуникационном оборудовании и возможностях Других. Однако в «Зазеркалье, часть 1» подразумевается, что нарушение связи могло быть не связано с Разрядом, а было вызвано глушением всех сообщений со станции «Зазеркалье».

    Судя по комментариям Кельвина, активация отказоустойчивости предположительно устранила необходимость в продолжающихся процедурах «сдерживания». Кроме того, это могло привести к фундаментальным изменениям в магнитных явлениях острова, хотя на сегодняшний день не было отмечено никаких устойчивых эффектов за пределами Лебедя.

    Согласно «Доступ предоставлен» на DVD «Остаться в живых: Полный третий сезон» (DVD), Инициатива ДХАРМА обнаружила электромагнитную аномалию во время бурения. Разрыв позволил магнитному полю просочиться наружу, и над этим местом был построен «Лебедь», который служил своего рода пробкой в ​​плотине. Затем ДХАРМА сформулировала протокол Лебедя как средство временного закрытия утечки, но с тем недостатком, что поле будет продолжать накапливаться и в конечном итоге разрушит ее. Отказоустойчивая система навсегда «запечатала» утечку.

    Вероятные механизмы

    Наука о разряде в настоящее время неизвестна, и ее очень трудно объяснить. Если разряд рассматривать как случай, когда магнитное поле нарастает до огромной силы, а затем сжимается до нуля (или «нормальной») силы, «имплозию» можно понимать как выравнивание ферромагнитных и парамагнитных предметов с полем в этот период времени. . Огромная магнитная сила, необходимая для «взрыва» Лебедя, также уплотнит неметаллические вещества (например, влажную грязь), возможно, до очень высокой плотности. Последующее расширение этого материала при освобождении поля может объяснить наблюдаемые выбросы и раскопки верхнего слоя почвы вокруг останков станции Лебедь. Кроме того, диамагнитные эффекты могут быть причиной кажущегося выброса неметаллического материала. Как выжили Локк, Эко и Десмонд, неизвестно.

    Точно так же такое сильное магнитное поле может индуцировать значительные электрические вихревые токи в проводящих материалах, если сила потока изменяется достаточно быстро. Это часто называют «электромагнитным импульсом» или «ЭМИ». Твердотельная электроника особенно чувствительна к этим эффектам и может выйти из строя или повредиться, если импульс достаточно мощный. Судя по наблюдаемой величине сброса, можно предположить, что это могло произойти во многих частях острова. Таким образом можно понять комментарии о нарушении работы коммуникационного оборудования Других.

    Электромагнетизм в орхидее

    См. также: Орхидея и ориентационный фильм об орхидеях.

    Инициатива ДХАРМА обнаружила множество энергетических очагов на острове. Другая станция, «Орхидея», была построена на одной из них. Однако ученые ДХАРМЫ использовали этот карман для проведения экспериментов по путешествиям во времени. Пьер Чанг отметил, что его привезли на Остров, чтобы исследовать метрические уравнения Керра, которые, по мнению некоторых физиков, могут позволить путешествовать во времени — свойство, которым, как известно, обладает Остров. Кроме того, в видеоролике Orchid Orientation Video доктор Чанг отмечает, что энергетический карман представляет собой «отрицательно заряженную экзотическую материю», которая производит эффект Казимира, позволяющий проводить «уникальные эксперименты как в пространстве, так и во времени». Он также предупреждает, что электромагнитные свойства Острова «крайне изменчивы и непредсказуемы», что может быть отсылкой к Инциденту. В первой «демонстрации» фильма ученые пытаются переместить белого кролика на 100 миллисекунд в четырехмерном пространстве. («Нет места лучше дома, часть 2»)

    Для справки: энергия на Лебединой станции считалась примерно в 30 000 раз более мощной, чем на Орхидее. («Переменная»)

    Вращение замерзшего колеса

    При вращении замерзшего колеса под станцией «Орхидея» в «Нет места лучше дома, часть 2» слышен звук, похожий на звук Разряда. Также виден яркий белый свет, напоминающий пурпурное небо в конце второго сезона. Точно неизвестно, как эти события могут быть связаны, но теперь мы понимаем, что оба события были вызваны энергией источника.

    Источник

    Мать показывает Джейкобу и Мальчику в черном Сердце Острова. («Через море»)

    Источник электромагнетизма находится в Сердце Острова. Остров расположен на массивном очаге электромагнитной энергии, исходящей из центра, известного как Источник. Он существует здесь в своей самой сильной форме и распространяется по спирали в другие места, такие как станции «Лебедь» и замерзшее колесо, хотя и намного слабее по количеству. Электромагнитные свойства, расположенные рядом с Лебедем, вызвали бы глобальную катастрофу, если бы не была нажата кнопка или не взорвался предохранитель. Было доказано, что Сердце острова еще более опасно, так как, когда Пробковый камень был удален, весь остров начал обрушиваться в море. Ситуация могла бы обостриться еще больше, возможно, достигнув глобальных масштабов, если бы Джек не поставил камень на его надлежащее место. Как объяснила Мать, если свет гаснет в Источнике, он гаснет везде.

    Общая информация

    • Известным человеком в области электромагнетизма является Джеймс Клерк Максвелл, который упоминается в Находке 815 (см.: Группа Максвелла).
    • Величайшим вкладом Майкла Фарадея в науку было объединение электрических и магнитных сил.

    Электромагнитное излучение и квантовые явления: свойства

    Электромагнитное излучение несет энергию, которую оно передает частицам, таким как электроны, тем самым устанавливая связь между излучением как носителем энергии и частицами. Мы можем думать об этом как о силе, движущей автомобиль: фотоны — это сила, а автомобиль — частица. Связь между ними легче наблюдать, когда фотоны возбуждают электроны и заставляют их прыгать со своих орбит или даже выбрасывать их из атома.

    Открытие фотоэлектрического эффекта

    Связь между излучением как носителем энергии и частицами была обнаружена экспериментально Генрихом Герцем и другими последователями, включая Дж. Дж. Томсона, Филиппа Ленарда и Роберта Милликена.

    Серия экспериментов с использованием металлических пластин и света для возбуждения электронов была проведена для наблюдения связи между ними и фотонами.

    Теория, лежащая в основе этого явления, была позже объяснена Альбертом Эйнштейном и Максом Планком, которые завершили концепцию того, что сейчас известно как «фотоэлектрический эффект».

    Опыты Генриха Герца

    Немецкий физик Генрих Герц провел ряд экспериментов с использованием электрически заряженных поверхностей с зазором между ними. В этих экспериментах две металлические поверхности имели разные электрические заряды, что вызывало разность потенциалов. Когда разница зарядов велика, возникает электрическая искра, и электрические заряды протекают через промежуток.

    При попадании УФ-излучения на заряженные поверхности легко возникают электрические искры. Причина этого была неизвестна в то время, но концепция более легкого скачка электричества, когда ультрафиолетовый свет падает на металлы, заинтересовала ученых.

    Рис. 1. Во время экспериментов Герца УФ-свет падал на заряженный металлический объект, заставляя электроны выходить из пластины. Источник: Мануэль Р. Камачо, StudySmarter.

    Открытие Дж. Дж. Томсона

    Британский физик Дж. Дж. Томсон обнаружил, что эффект, который наблюдал Генрих Герц, был связан со светом, падающим на пластины, т. е. с тем, что УФ-свет перебрасывал электрические заряды с одной металлической поверхности на другую. Он отметил, что электрические заряды, ответственные за появление электрических искр, имели такое же отношение массы к заряду, как и электроны, и что частицы с большим электрическим зарядом перескакивали с поверхности на поверхность с меньшим зарядом.

    Эксперименты Филиппа Ленарда

    Немецко-венгерский физик Филипп Ленард провел эксперименты с двумя пластинами, разделенными зазором. На первую пластину падал источник света, а над ней располагалась вторая пластина.

    Электрон перепрыгнул с первой пластины на вторую из-за увеличения разности потенциалов. Затем Ленард изменил интенсивность света, чтобы увидеть, повлияет ли это на скачки электронов. Ожидалось, что свет поможет электронам легче прыгать и, таким образом, передавать энергию.

    Однако результаты экспериментов были отрицательными. Не было никакой связи между энергией зарядов, прыгающих между пластинами, и интенсивностью света.

    Рис. 2. Опытами установлено, что увеличение интенсивности света не меняет энергии вылетевших электронов. Источник: Мануэль Р. Камачо, StudySmarter.

    Эксперименты Роберта Милликена

    Позднее американский физик-экспериментатор Роберт Милликен попытался опровергнуть теорию о том, что свет является частицей. Милликен предположил, что если бы эксперимент проводился в вакууме и с осторожностью, электроны не производились бы.

    Однако Милликен обнаружил, что его идеи не соответствуют действительности, и что электроны действительно выбрасываются после воздействия на металл радиации. Его эксперименты установили, что для высвобождения заряженной частицы свет должен иметь минимальную длину волны. Его эксперименты также продемонстрировали связь между длиной волны и частотой. Поскольку длина волны и частота связаны, Милликен обнаружил, что свет должен иметь минимальную частоту, чтобы снимать электрические заряды с поверхности металлической пластины. Это значение было названо «частотой среза».

    Наклон нанесенных данных впоследствии использовался для получения значения постоянной Планка.

    Рисунок 3. Было обнаружено, что частота света влияет на энергию выброшенных электронов, причем более высокие частоты, такие как УФ-спектр, приводят к большему количеству энергии. Источник: Мануэль Р. Камачо, StudySmarter.

    Взаимосвязь между электромагнитной энергией и высвобождаемыми зарядами

    Эксперименты Милликена и других показали, что изменения яркости света не влияют на количество высвобождаемых частиц.

    Только когда они изменили тип света, падающего на пластины, это повлияло на частицы. Свет с короткими волнами (синий свет) с более высокими частотами испускал больше и более быстрых частиц, что доказывало, что энергия света была ответственна за эмиссию электронов, поскольку энергия связана с частотой света.

    Именно Альберт Эйнштейн и Макс Планк на основе этих экспериментов внесли существенный вклад в наши знания.

    Вклад Альберта Эйнштейна

    Известный физик-теоретик немецкого происхождения Альберт Эйнштейн, наблюдая за некоторыми экспериментами по испусканию частиц, смог дополнить теорию некоторыми новыми идеями. Главный из них заключался в том, что именно свет, сталкиваясь с электронами, давал им энергию. Однако свет, сталкивающийся с электронами, сам нуждается в определенном количестве энергии, чтобы высвободить заряженную частицу.

    Согласно Эйнштейну, свет состоит из маленьких частиц, которые он назвал частицами света, но которые теперь известны как фотоны. Эти фотоны и дают энергию высвобожденным частицам. Было обнаружено, что энергия фотонов равна частоте света, умноженной на константу.

    Эйнштейн называл мелкие частицы, из которых состоит свет, «квантами». В физике термин «квантованный» означает деление значения на небольшие части фиксированных значений.

    Вклад Макса Планка

    В то время как Эйнштейн выдвинул идею о том, что свет состоит из мелких частиц, немецкий физик Макс Планк предположил, что электромагнитное излучение состоит из небольших порций энергии. Эти порции были названы «квантованной энергией» от латинского Quantus , что означает «количество».

    Электромагнитное излучение и квантовые явления — основные выводы

    • Эксперименты, проведенные физиками Генрихом Герцем, Дж. Дж. Томсоном, Филиппом Ленардом и Робертом Милликэном, показали, что испускание заряженных частиц происходит легче, когда высокочастотный свет падает на заряженные металлические пластины под напряжением. разница между ними.
    • Эксперименты показали, что яркость света не влияет на излучение частиц, в отличие от типа/частоты света.
    • Более поздние теории, сформулированные Эйнштейном и Планком, внесли свой вклад в наши знания, объяснив, что энергия, выделяемая электромагнитным излучением, квантуется, то есть состоит из фиксированных небольших пакетов энергии.
    • Количество энергии, необходимое излучению для высвобождения электронов из материала, фиксировано и зависит от частоты фотона, поэтому оно известно как частота отсечки.

    Линейные электромагнитные явления в плазме (Журнальная статья)

    Линейные электромагнитные явления в плазме (Журнальная статья) | ОСТИ.GOV

    перейти к основному содержанию

    • Полная запись
    • Другое связанное исследование

    Теория линейных процессов лежит в основе электродинамики плазмы, включающей в себя и нелинейные электромагнитные явления. По этой причине пространственная дисперсия диэлектрической проницаемости представляет большой интерес. Подробно обсуждаются диэлектрическая и магнитная проницаемости плазмы, ее анизотропия в отсутствие сильного поля, электромагнитные волны в плазме, помещенной в сильное магнитное поле, а также вопросы взаимодействия пучков заряженных частиц с магнитоактивной плазмой и проблемы столкновения частиц. При построении теории флуктуаций в неравновесной плазме показано, что знания тензора диэлектрической проницаемости не всегда достаточно для определения системы. С помощью полученных уравнений для флуктуаций электрического поля и уравнения Максвелла получено выражение для флуктуаций магнитной и электрической индукций. Приведена также формула для определения флуктуаций кулоновских сил в плазме, помещенной в сильное однородное магнитное поле. (ТТТ)

    Авторов:
    Рухадзе, Анри А. ; Силин, Виктор Петрович.
    Дата публикации:
    Исследовательская организация:
    Исходная исследовательская организация. не идентифицировано
    Организация-спонсор:
    USDOE
    Идентификатор ОСТИ:
    4782914
    Номер АНБ:
    НСА-16-015745
    Тип ресурса:
    Журнальная статья
    Название журнала:
    Успехи физических наук (Российская Федерация)
    Дополнительная информация журнала:
    Объем журнала: 76; Выпуск журнала: 1; Другая информация: ориг. Дата поступления: 31 декабря 1962 г.; Номер журнала: ISSN 0042-1294
    Страна публикации:
    Страна неизвестна/код недоступен
    Язык:
    Русский
    Тема:
    ФИЗИКА; АНИЗОТРОПИЯ; БАЛКИ; ЗАРЯЖЕННЫЕ ЧАСТИЦЫ; ДИЭЛЕКТРИКИ; ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ; ДИСПЕРСИИ; ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЯ; ЭЛЕКТРОДИНАМИКА; ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ; ЭЛЕКТРОМАГНИТИЗМ; ИНДУКЦИЯ; ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ; МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ; МАГНЕТИЗМ; УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА; ПЛАЗМА; ТЕНЗОРЫ; ВАРИАНТЫ; ВЕКТОРЫ

    Форматы цитирования

    • MLA
    • АПА
    • Чикаго
    • БибТекс

    Рухадзе Анри А., Силин Виктор П. Линейные электромагнитные явления в плазме . Страна неизвестна/Код недоступен: N. p., 1962. Веб. doi:10.3367/UFNr.0076.196201d.0079.

    Копировать в буфер обмена

    Рухадзе Анри А., Силин Виктор П. Линейные электромагнитные явления в плазме . Страна неизвестна/код недоступен. https://doi.org/10.3367/UFNr.0076.196201d.0079

    Копировать в буфер обмена

    Рухадзе Анри А. и Силин Виктор П. 1962. «Линейные электромагнитные явления в плазме». Страна неизвестна/код недоступен. https://doi.org/10.3367/UFNr.0076.196201д.0079.

    Копировать в буфер обмена

    @статья{osti_4782914,
    title = {Линейные электромагнитные явления в плазме},
    автор = {Рухадзе Анри А. и Силин Виктор П.},
    abstractNote = {Теория линейных процессов лежит в основе электродинамики плазмы, включающей в себя и нелинейные электромагнитные явления. По этой причине пространственная дисперсия диэлектрической проницаемости представляет большой интерес. Подробно обсуждаются диэлектрическая и магнитная проницаемости плазмы, ее анизотропия в отсутствие сильного поля, электромагнитные волны в плазме, помещенной в сильное магнитное поле, а также вопросы взаимодействия пучков заряженных частиц с магнитоактивной плазмой и проблемы столкновения частиц. При построении теории флуктуаций в неравновесной плазме показано, что знания тензора диэлектрической проницаемости не всегда достаточно для определения системы. С помощью полученных уравнений для флуктуаций электрического поля и уравнения Максвелла получено выражение для флуктуаций магнитной и электрической индукций. Приведена также формула для определения флуктуаций кулоновских сил в плазме, помещенной в сильное однородное магнитное поле. (ТТТ)},
    doi = {10.3367/UFNr.0076.196201d.0079},
    URL-адрес = {https://www.osti.gov/biblio/4782914}, журнал = {Успехи физических наук (Российская Федерация)},
    ISSN = {0042-1294},
    число = 1,
    объем = 76,
    place = {Страна неизвестна/Код недоступен},
    год = {1962},
    месяц = ​​{1}
    }

    Копировать в буфер обмена


    https://doi. org/10.3367/UFNr.0076.196201d.0079

    Найти в Google Scholar

    Поиск в WorldCat для поиска библиотек, в которых может храниться этот журнал Вы должны войти в систему или создать учетную запись, чтобы сохранять документы в своей библиотеке.

    Аналогичных записей в сборниках OSTI.GOV:

    • Аналогичные записи

    ESA — Электромагнетизм и космическая среда

    Включение и поддержка

    25581 просмотров 55 лайков

    Хотя электричество является источником жизненной силы спутника, иногда хорошего может быть слишком много. Электрические токи, обеспечивая желаемый прием и передачу сигналов, индуцируют электрические и магнитные поля, которые могут вызывать помехи и ухудшать работу космического корабля. И есть экологические угрозы, о которых должны помнить конструкторы космических аппаратов.

    Что такое Электромагнетизм и космическая среда?

    Электромагнетизм и космическая среда включает в себя две технические области: одна связана с вопросами передачи, приема, распространения и взаимодействия электромагнитного излучения, а другая рассматривает неприятные эффекты орбитальной среды.

    Что касается «желаемых эффектов», то основными темами являются проектирование антенн и изучение распространения электромагнитных волн, в частности, через атмосферу и в других сложных средах (например, как сигнал, исходящий от спутника, распространяется в городе с высокими зданиями). и внутри них).

    Для всех космических кораблей требуется электромагнитная совместимость (ЭМС) между их различным оборудованием и подсистемами, что требует специальной кампании испытаний.

    Антенны являются единственным наиболее чувствительным к помехам элементом спутника, поскольку они работают путем преднамеренного преобразования электромагнитных полей в электрические токи и наоборот. Работа включает в себя моделирование и тестирование того, как конструкция космического корабля может повлиять на характеристики антенны, принимая во внимание соседние электрические поля, отражающие поверхности и другие потенциальные радиочастотные взаимодействия.

    Используемые для связи между передатчиком и приемником, для точного позиционирования в навигационных системах или в качестве средства исследования окружающей среды, как в случае дистанционного зондирования, электромагнитные волны также сложным образом взаимодействуют с природной средой.

    Еще одним основным видом деятельности является оценка характеристик спутниковых приемников в сочетании с антеннами наземных станций для приложений телеметрии, слежения и телеуправления (TT&C).

    Естественная космическая среда состоит из излучения частиц высокой энергии, плазмы, газов и твердых частиц, а подобласть «космическая среда и эффекты» включает оценки этих сред и их воздействия на космические системы.

    Почему электромагнетизм и космическая среда важны?

    Условия космической среды представляют собой сложный комплекс явлений, связанных с Солнцем и Землей.

    Радиоволны являются практически единственным простым и безопасным способом связи с космическим кораблем, что делает антенны и распространение двумя основными элементами космической техники.

    Затем радиоволны используются для широкого спектра применений, включая телекоммуникации, наблюдение за Землей (или другими планетами) на расстоянии, а также для радионавигации. Для всех этих целей необходимо разработать специальные антенны и оценить желаемые или нежелательные эффекты распространения волн.

    Электромагнитная совместимость уже давно является критическим вопросом производительности, но электромагнитные помехи, как ожидается, станут еще более важными с появлением широкополосных телекоммуникационных спутников следующего поколения, которые включают несколько точечных лучей, работающих на более высоких частотах.

    Излучение радиационных поясов Земли, взрывоопасных явлений на Солнце и галактических космических лучей может повредить электронные компоненты, датчики и людей. Плазма может вызывать высокие уровни электростатического заряда на поверхностях космического корабля, что приводит к электростатическому разряду. Атмосфера вызывает сопротивление, и, например, на Марсе ее можно использовать для торможения космического корабля. Твердые частицы, такие как микрометеороиды и небольшой космический мусор, могут пробить космический аппарат и системы, вызывая повреждения или серьезную опасность при пилотируемых полетах. При разработке космических аппаратов важно анализировать все эти среды и их влияние. Необходимо разработать необходимые вычислительные инструменты и модели, необходимо проанализировать данные космических экспериментов, которые измеряют окружающую среду и ее воздействие.

    Другие электромагнитные факторы угрожают не только характеристикам, но и живучести спутника.

    Проведение высоковольтной системы через плазменную среду на низкой околоземной орбите может способствовать постепенному накоплению заряженной плазмы на поверхности спутников, угрожая опасным электростатическим разрядом – космическим эквивалентом удара молнии.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *