Электромагнитные явления. Лекция 3 презентация, доклад
Электромагнитные явления
Лекция 3
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.
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.
Сравнительная характеристика электрических полей
Электрическое поле, напряженность которого одинакова по модулю и направлению во всех точках пространства, называется однородным.
В противном случае – неоднородным.
Электростатическое поле, его характеристики и свойства
Закон 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:
Принцип суперпозиции
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.
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
Для напряженности электрического поля получаем:
Движение электрического заряда q0 под воздействием электрического поля с напряжённостью Е :
Действие электрического поля на вещества
По действию электрического поля на вещества все вещества делятся на 3 вида:
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.
Вектор электрического смещения (электрической индукции):
Теорема Гаусса:
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:
Электрическое поле в проводнике
Основным свойством проводников является их высокая электропроводность.
Два вида электрических токов:
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):
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:
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.
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.
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:
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).
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
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
Закон Био – Савара – Лапласа
Магнитная индукция результирующего поля (принцип суперпозиции магнитных полей) :
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:
В зависимости от характера влияния на внешнее магнитное поле магнетики делятся:
1. Диамагнетики, у которых магнитная проницаемость 2. Парамагнетики , у которых магнитная проницаемость > 1, векторы В0и В1 направлены в одну и ту же сторону.
3. Ферромагнетики , у которых магнитная проницаемость >>1.
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.
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.
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:
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
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.
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).
Плотность тока проводимости
Плотность тока смещения
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 Остроградского-Гаусса 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.
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.
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:
Свойства электромагнитный волн
Плоская монохроматическая (гармоническая) ЭМВ описывается:
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.
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:
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
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:
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:
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.
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
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.
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.
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:
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:
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.
Контрольные вопросы
Презентация по физике на тему Электромагнитные явления доклад, проект
Электромагнитные явления
Известно:
Магнитное действие наблюдается всегда,
когда существует электрический ток
магнитное действие тока с помощью
магнитной стрелки
Исследуем:
Опыт Эрстеда
Вывод:
Вокруг любого проводника с током, т.е. движущихся электрических зарядов, существует магнитное поле . Ток следует рассматривать как источник магнитного поля!
Вокруг неподвижных электрических зарядов существует
только электрическое поле, а вокруг движущихся зарядов –
и электрическое, и магнитное.
Опыт Эрстеда
2.
1.
Что доказывает опыт
Эрстеда?
2. Имеет ли значение, где
помещена стрелка: под
или над проводником?
3. Влияет ли на результат
опыта величина силы
тока в проводнике?
4. Что изменится, если
поменять полярность
полюсов источника
тока?
5. Как лучше ориентиро-
вать проводник для
наибольшего откло-
нения стрелки?
Почему стрелка повернулась?
Опыт Эрстеда
2.
1.
— +
Что доказывает опыт
Эрстеда?
2. Имеет ли значение, где
помещена стрелка: под
или над проводником?
3. Влияет ли на результат
опыта величина силы
тока в проводнике?
4. Что изменится, если
поменять полярность
полюсов источника
тока?
5. Как лучше ориентиро-
вать проводник для
наибольшего откло-
нения стрелки?
Почему стрелка повернулась?
Свойства магнитного поля
1.
Магнитное поле возникает только около движущихся электрических зарядов.
2. Оно ослабевает по мере удаления от проводника с током (или движущегося
заряда) и точных границ поля указать нельзя.
3. Действует на магнитные стрелки определённым образом
4. Обладает энергией и имеет свою внутреннюю структуру, которая отображается
с помощью магнитных силовых линий.
Магнитные линии
магнитного поля тока
представляют собою
замкнутые линии,
охватывающие
проводник
Направление магнитных линий связано с направлением тока в проводнике
Обобщаем:
Правило буравчика
Прямой проводник: если поступательное движение
буравчика совпадает с направлением тока, то враща-
тельное движение его ручки совпадает с направлением
магнитных линий магнитного поля тока.
Круговой проводник (виток): если вращательное движение ручки буравчика совпадает с направлением
тока, то поступательное движение — с направлением
магнитных линий магнитного поля тока.
Указать направление тока или магнитных силовых линий
Проверь себя!
Составьте текст из фрагментов А, Б, В, Г,
А. 1. Магнитная стрелка (как и постоянный магнит) имеет…
2. Магнитные линии магнитного поля …
3. Электрическое поле существует …
4. Магнитное поле существует …
Б. 1. только вокруг неподвижных зарядов.
2. как вокруг неподвижных, так и движущихся электрических зарядов.
3. только вокруг движущихся зарядов.
4. два полюса: северный (N) и южный (S).
5. выходят из северного полюса и входят в южный.
В. 1. Силы электрического поля действуют…
2. Силы магнитного поля действуют…
3. Электрические силовые линии…
4. Магнитные силовые линии…
Г. 1. разомкнуты.
2. только на движущиеся заряды, т.е. на электрические токи.
3. замкнуты.
4. как на неподвижные, так и движущиеся заряды.
Ответы: А1Б4; А2Б5; А3Б2; А4Б3; В1Г4; В2Г2; В3Г1; В4Г3.
Магнитное поле катушки с током
Как убедиться в усилении
магнитного поля катушки железным сердечником?
Почему катушки с током отталкиваются?
Перед электромагнитом А
подвешен постоянный магнит В.
Как будет вести себя
постоянный магнит, если
замкнуть ключ К?
На постоянный магнит надета
катушка магнитное поле которой
не может перемагнитить постоянный
магнит. Над магнитом расположена
стальная пластинка, лежащая
на опорах А и В. Что произойдёт с
пластинкой при замыкании ключа К?
ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
Что называют электромагнитом?
Из какого материала должен быть изготовлен сердечник?
3. Как можно регулировать подъём-
ную силу электромагниты, не из-
меняя его конструкции?
4.
Объясните работу электрического
звонка и магнитного сепаратора.
5. Можно ли регулировать высоту
тона звонка?
6. Назовите способы получения
мощных электромагнитов .
Проверь себя!
А. Вокруг постоянного магнита…
Б. Вокруг неподвижных электрических зарядов…
В. Вокруг движущихся электрических зарядов…
1. существуют электрическое и магнитное поля.
2. существует магнитное поле.
3. существует только электрическое поле.
Г. Около проводника с током расположена магнитная стрелка. Что
наблюдается, если изменить направление тока в проводнике?
1. стрелка повернётся на 900. 2. развернётся на 1800.
3. развернётся на 3600.
Д. Как поменять полюсы у катушки с током на противоположные?
1. Изменить силу тока в ней.
2. Поменять направление тока в катушке.
Е. Какой физический эффект демонстрирует опыт Эрстеда?
1. Величину силы тока в проводнике.
2. Взаимодействие магнитной стрелки и проводника с током.
ОТВЕТЫ: А2; Б3; В1; Г2; Д2; Е2.
Подумайте!
Что произойдёт в изображённой цепи при замыкании ключа К ?
Какая цепь здесь управляющая, а какая – управляемая?
Могут ли сила тока и напряжение в управляемой цепи быть
значительно больше, чем в управляющей?
4. Роль какого элемента электрической цепи выполняет здесь реле?
5. Что произойдёт, если провода 1 и 2 поменять местами?
Подумай и ответь!
Указать полюсы магнитов
Начертить магнитные линии поля двух магнитов
Как расположится магнитная стрелка в т. А, В, С?
ПОЧЕМУ
1…два гвоздя, притя-
нувшиеся к магниту,
расходятся противо-
положными концами?
2… корпус компаса де-
лают из меди, алюми-
ния, пластмассы, а не
из железа?
3… намагничиваются
стальные рельсы,
долго лежащие на
складе?
Бывают ли магниты с одним полюсом? Где полюсы у кольцевого магнита?
Действие магнитного поля на проводник с током
S
N
—
+
Правило левой руки:
если магнитные силовые линии входят в ладонь, а
4 сомкнутых пальца пока-
зывают направление силы
тока, то отогнутый боль- шой палец даёт направле-
ние силы, действующей на
проводник с током.
Какой эффект наблюдается, если между
полюсами магнита поместить
рамку с током?
Назовите техническое применение этому
эффекту.
Почему при замыкании цепи алюминиевый стержень М
придёт в движение (покатится)? Укажите направление движения.
Рамка с током, помещённая в магнитное
поле, поворачивается в направлении, указанном стрелками. Назовите 2 способа
изменения направления поворота рамки на
противоположное. Зачем это нужно?
Подумай и ответь!
Между полюсами магнита на-
ходится П-образный провод-
ник. К концам проводника
прижаты контакты – щётки А
и В. Опишите, что будет про-
исходить с проводником.
Проводник А соединён с полукольцами, ук-
реплёнными на изоляционных дисках. К ним
прижаты контактные щётки, соединённые с
источником тока. Опишите состояние прово-
дника А при замыкании ключа.
Трение в осях
не учитывать.
Проверь себя!
Найдите неверные ответы.
А. Магнитное поле катушки можно усилить,…
1. увеличивая силу тока, проходящего через катушку.
2. наматывая большое число витков в несколько слоёв.
3. вводя в катушку стальной (железный) сердечник.
4. вводя сердечник из любого металла, хорошо проводящего ток
(меди, алюминия и др.).
Б. Какое устройство применяется для регулирования тока в катушке
электромагнита?
1. Ключ. 2. Реостат. 3. Предохранитель.
В. При включении электромагнита его полюсы «схватывают», а при выклю-
чении «отпускают»…
1. любые изделия. 2. только стальные (железные) предметы.
3. металлические изделия.
Г. Более сильный электромагнит можно получить, намотав на железный
сердечник провод, предварительно сложенный вдвое.
1. Увеличение числа витков ведёт к усилению магнитного действия.
2. Сложенный вдвое проводник не создаёт вокруг себя магнитного
поля. Догадайтесь: почему?
ОТВЕТЫ: А4; Б13; В13; Г1.
Подумай и ответь !
Совпадают ли
магнитные полюсы
Земли с
географическими
полюсами?
Менялось ли
местоположение
магнитных полюсов
в истории
планеты?
Что
является
надёжным
защитником
жизни на
Земле от
космических
лучей?
В чём заключена
причина появления магнитных бурь
на нашей планете?
С
чем
связаны
магнитные
аномалии
?
Почему магнитная стрелка
имеет вполне определён-
ное направление в каж-
дом месте Земли? Куда
она указывает?
Почему ?
Придумайте сами!
Электромагнитные явления презентация, доклад, проект
Электромагнитные
явления
Автор: доцент Оренбургского педагогического
университета, кандидат педагогических наук
ИЛЬЯСОВА Т.
В. 2004 г.
Известно:
Магнитное действие наблюдается всегда,
когда существует электрический ток
магнитное действие тока с помощью
магнитной стрелки
Исследуем:
Опыт Эрстеда
Вывод:
Вокруг любого проводника с током, т.е. движущихся электрических зарядов, существует магнитное поле . Ток следует рассматривать как источник магнитного поля!
Вокруг неподвижных электрических зарядов существует
только электрическое поле, а вокруг движущихся зарядов –
и электрическое, и магнитное.
Опыт Эрстеда
2.
1.
Что доказывает опыт
Эрстеда?
2. Имеет ли значение, где
помещена стрелка: под
или над проводником?
3. Влияет ли на результат
опыта величина силы
тока в проводнике?
4.
Что изменится, если
поменять полярность
полюсов источника
тока?
5. Как лучше ориентиро-
вать проводник для
наибольшего откло-
нения стрелки?
Почему стрелка повернулась?
Опыт Эрстеда
2.
1.
— +
Что доказывает опыт
Эрстеда?
2. Имеет ли значение, где
помещена стрелка: под
или над проводником?
3. Влияет ли на результат
опыта величина силы
тока в проводнике?
4. Что изменится, если
поменять полярность
полюсов источника
тока?
5. Как лучше ориентиро-
вать проводник для
наибольшего откло-
нения стрелки?
Почему стрелка повернулась?
Свойства магнитного поля
1. Магнитное поле возникает только около движущихся электрических зарядов.
2. Оно ослабевает по мере удаления от проводника с током (или движущегося
заряда) и точных границ поля указать нельзя.
3. Действует на магнитные стрелки определённым образом
4. Обладает энергией и имеет свою внутреннюю структуру, которая отображается
с помощью магнитных силовых линий.
Магнитные линии
магнитного поля тока
представляют собою
замкнутые линии,
охватывающие
проводник
Направление магнитных линий связано с направлением тока в проводнике
Обобщаем:
Правило буравчика
Прямой проводник: если поступательное движение
буравчика совпадает с направлением тока, то враща-
тельное движение его ручки совпадает с направлением
магнитных линий магнитного поля тока.
Круговой проводник (виток): если вращательное движение ручки буравчика совпадает с направлением
тока, то поступательное движение — с направлением
магнитных линий магнитного поля тока.
Указать направление тока или магнитных силовых линий
Проверь себя!
Составьте текст из фрагментов А, Б, В, Г,
А.
1. Магнитная стрелка (как и постоянный магнит) имеет…
2. Магнитные линии магнитного поля …
3. Электрическое поле существует …
4. Магнитное поле существует …
Б. 1. только вокруг неподвижных зарядов.
2. как вокруг неподвижных, так и движущихся электрических зарядов.
3. только вокруг движущихся зарядов.
4. два полюса: северный (N) и южный (S).
5. выходят из северного полюса и входят в южный.
В. 1. Силы электрического поля действуют…
2. Силы магнитного поля действуют…
3. Электрические силовые линии…
4. Магнитные силовые линии…
Г. 1. разомкнуты.
2. только на движущиеся заряды, т.е. на электрические токи.
3. замкнуты.
4. как на неподвижные, так и движущиеся заряды.
Ответы: А1Б4; А2Б5; А3Б2; А4Б3; В1Г4; В2Г2; В3Г1; В4Г3.
Магнитное поле катушки с током
Как убедиться в усилении
магнитного поля катушки железным сердечником?
Почему катушки с током отталкиваются?
Перед электромагнитом А
подвешен постоянный магнит В.
Как будет вести себя
постоянный магнит, если
замкнуть ключ К?
На постоянный магнит надета
катушка магнитное поле которой
не может перемагнитить постоянный
магнит. Над магнитом расположена
стальная пластинка, лежащая
на опорах А и В. Что произойдёт с
пластинкой при замыкании ключа К?
ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ
И ИХ
ПРИМЕНЕНИЕ
Что называют электромагнитом?
Из какого материала должен быть изготовлен сердечник?
3. Как можно регулировать подъём-
ную силу электромагниты, не из-
меняя его конструкции?
4. Объясните работу электрического
звонка и магнитного сепаратора.
5. Можно ли регулировать высоту
тона звонка?
6. Назовите способы получения
мощных электромагнитов .
Проверь себя!
А. Вокруг постоянного магнита…
Б. Вокруг неподвижных электрических зарядов…
В.
Вокруг движущихся электрических зарядов…
1. существуют электрическое и магнитное поля.
2. существует магнитное поле.
3. существует только электрическое поле.
Г. Около проводника с током расположена магнитная стрелка. Что
наблюдается, если изменить направление тока в проводнике?
1. стрелка повернётся на 900. 2. развернётся на 1800.
3. развернётся на 3600.
Д. Как поменять полюсы у катушки с током на противоположные?
1. Изменить силу тока в ней.
2. Поменять направление тока в катушке.
Е. Какой физический эффект демонстрирует опыт Эрстеда?
1. Величину силы тока в проводнике.
2. Взаимодействие магнитной стрелки и проводника с током.
ОТВЕТЫ: А2; Б3; В1; Г2; Д2; Е2.
Подумайте!
Что произойдёт в изображённой цепи при замыкании ключа К ?
Какая цепь здесь управляющая, а какая – управляемая?
Могут ли сила тока и напряжение в управляемой цепи быть
значительно больше, чем в управляющей?
4.
Роль какого элемента электрической цепи выполняет здесь реле?
5. Что произойдёт, если провода 1 и 2 поменять местами?
Подумай и ответь!
Указать полюсы магнитов
Начертить магнитные линии поля двух магнитов
Как расположится магнитная стрелка в т. А, В, С?
ПОЧЕМУ
1…два гвоздя, притя-
нувшиеся к магниту,
расходятся противо-
положными концами?
2… корпус компаса де-
лают из меди, алюми-
ния, пластмассы, а не
из железа?
3… намагничиваются
стальные рельсы,
долго лежащие на
складе?
Бывают ли магниты с одним полюсом?
Где полюсы у кольцевого магнита?
Действие магнитного поля на
проводник с током
S
N
—
+
Правило левой руки:
если магнитные силовые линии входят в ладонь, а
4 сомкнутых пальца пока-
зывают направление силы
тока, то отогнутый боль- шой палец даёт направле-
ние силы, действующей на
проводник с током.
Какой эффект наблюдается, если между
полюсами магнита поместить
рамку с током?
Назовите техническое применение этому
эффекту.
Почему при замыкании цепи алюминиевый стержень М
придёт в движение (покатится)? Укажите направление движения.
Рамка с током, помещённая в магнитное
поле, поворачивается в направлении, указанном стрелками. Назовите 2 способа
изменения направления поворота рамки на
противоположное. Зачем это нужно?
Подумай и ответь!
Между полюсами магнита на-
ходится П-образный провод-
ник. К концам проводника
прижаты контакты – щётки А
и В. Опишите, что будет про-
исходить с проводником.
Проводник А соединён с полукольцами, ук-
реплёнными на изоляционных дисках. К ним
прижаты контактные щётки, соединённые с
источником тока. Опишите состояние прово-
дника А при замыкании ключа.
Трение в осях
не учитывать.
Проверь себя!
Найдите неверные ответы.
А. Магнитное поле катушки можно усилить,…
1. увеличивая силу тока, проходящего через катушку.
2. наматывая большое число витков в несколько слоёв.
3. вводя в катушку стальной (железный) сердечник.
4. вводя сердечник из любого металла, хорошо проводящего ток
(меди, алюминия и др.).
Б. Какое устройство применяется для регулирования тока в катушке
электромагнита?
1. Ключ. 2. Реостат. 3. Предохранитель.
В. При включении электромагнита его полюсы «схватывают», а при выклю-
чении «отпускают»…
1. любые изделия. 2. только стальные (железные) предметы.
3. металлические изделия.
Г. Более сильный электромагнит можно получить, намотав на железный
сердечник провод, предварительно сложенный вдвое.
1. Увеличение числа витков ведёт к усилению магнитного действия.
2. Сложенный вдвое проводник не создаёт вокруг себя магнитного
поля. Догадайтесь: почему?
ОТВЕТЫ: А4; Б13; В13; Г1.
Подумай и ответь !
Совпадают ли
магнитные полюсы
Земли с
географическими
полюсами?
Менялось ли
местоположение
магнитных полюсов
в истории
планеты?
Что
является
надёжным
защитником
жизни на
Земле от
космических
лучей?
В чём заключена
причина появления магнитных бурь
на нашей планете?
С
чем
связаны
магнитные
аномалии
?
Почему магнитная стрелка
имеет вполне определён-
ное направление в каж-
дом месте Земли? Куда
она указывает?
Почему ?
Придумайте сами!
Электромагнитные явления. Магнитное поле и его графическое изображение.
Неоднородное и однородное магнитное полеКатегория: Физика.
Тема: Электромагнитные явления. Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитное поле
Но, прежде чем объявить вам тему нашего урока, послушайте легенду.
Много веков назад это было. В поисках овцы пастух зашёл в незнакомые места, в горы. Кругом лежали чёрные камни. Он с изумлением заметил, что его палку с железным наконечником камни притягивают к себе, словно её хватает и держит какая-то невидимая рука. Поражённый чудесной силой камней пастух принёс их в ближайший город – Магнесу. Здесь каждый мог убедиться в том, что рассказ пастуха не выдумка – удивительные камни притягивали к себе железные вещи! Более того, стоило потереть таким камнем лезвие ножа, и тот сам начинал притягивать железные предметы: гвозди, наконечники стрел. Будто из камня, принесённого с гор, в них перетекала какая-то сила, разумеется, таинственная.
О каком камне идёт речь в предании? (^ О магните.
) Как объяснить описанное явление? Какие ещё необычные свойства есть у камня?
Тела, длительное время сохраняющие намагниченность, называются постоянными магнитами или просто магнитами.
Французский ученый Ампер объяснял намагниченность железа и стали существованием электрических токов, которые циркулируют внутри каждой молекулы этих веществ. Во времена Ампера о строении атома еще ничего не знали, поэтому природа молекулярных токов оставалась неизвестной. Теперь мы знаем, что в каждом атоме имеются отрицательно заряженные частицы – электроны. При движении электронов возникает магнитное поле, которое и вызывает намагниченность железа и стали. В 1897г. гипотезу подтвердил английский учёный Томсон, а в 1910г. измерил токи американский учёный Милликен.
Вывод: движение электронов представляет собой круговой ток, а вокруг проводника с электрическим током существует магнитное поле.
Магниты бывают разной формы: полосовые, дугообразные, кольцевые.
Учащиеся делают выводы. )
В первом случае иголка не прилипла к скрепкам. Стоило иголке «пообщаться» с магнитом, как она сама стала магнитом.
Вывод. Железо, сталь, никель, кобальт и некоторые другие сплавы в присутствии магнитного железняка приобретают магнитные свойства.
Если магнитную стрелку приблизить к другой такой же стрелке, то они повернутся и установятся друг против друга противоположными полюсами (показать на опыте).
Задание 4.
Оборудование: магнит и магнитная стрелка.
Поднесите к белому, а затем к красному концу магнитной стрелки магнит. Что можно сказать о взаимодействии магнитной стрелки и магнита?
В каком случае магнитная стрелка притягивается, а в каком – отталкивается.
Вывод. Одноименные полюсы магнита и магнитной стрелки отталкиваются, разноименные – притягиваются.
Ребята, как же магниты взаимодействуют друг с другом на расстоянии?
Взаимодействие магнитов объясняется тем, что вокруг любого магнита имеется магнитное поле.
Магнитное поле одного магнита действует на другой магнит, и, наоборот, магнитное поле второго магнита действует на первый. Взаимодействие магнитных полей хорошо наблюдать с помощью кольцевых магнитов. Положите на стол кольцевой магнит, в отверстие вставьте стержень гелиевой ручки. На этот стержень наденьте второй кольцевой магнит так, чтобы магниты были обращены друг к другу одноимёнными полюсами. Вы видите, что верхний магнит висит. Прижмите его к нижнему и отпустите, он снова вернётся в висячее положение.
С помощью железных опилок можно получить представление о виде магнитного поля постоянных магнитов.
Магнитное поле – силовое поле, которое образуется вокруг проводника, по которому протекает электрический ток. Оно связано с движущимися зарядами.
Теперь необходимо отметить свойства магнитного поля. Вы знаете, что с зарядом связано несколько полей. В частности, электрическое поле. Но мы будем обсуждать именно магнитное поле, создаваемое движущимися зарядами.
У магнитного поля несколько свойств. Первое: магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами. Иными словами, магнитное поле образуется вокруг проводника, по которому протекает электрический ток. Следующее свойство, которое говорит, как магнитное поле определяется. Определяется оно по действию на другой движущийся электрический заряд. Или, говорят, на другой электрический ток. Наличие магнитного поля мы можем определить по действию на стрелку компаса, на т. н. магнитную стрелку.
Еще одно свойство: магнитное поле оказывает силовое действие. Поэтому говорят, что магнитное поле материально.
Эти три свойства являются отличительными чертами магнитного поля. После того, как мы определились с тем, что такое магнитное поле, и определили свойства такого поля, необходимо сказать, как магнитное поле исследуют. В первую очередь магнитное поле исследуется при помощи рамки с током. Если мы возьмем проводник, сделаем из этого проводника круглую или квадратную рамку и по этой рамке будем пропускать электрический ток, то в магнитном поле эта рамка будет определенным образом поворачиваться.
Рис. 1. Рамка с током поворачивается во внешнем магнитном поле
По тому, как поворачивается эта рамка, мы можем судить о магнитном поле. Только здесь есть одно важное условие: рамка должна быть очень маленькая или она должна быть очень малых размеров по сравнению с расстояниями, на которых мы изучаем магнитное поле. Такую рамку называют контур с током.
Исследовать магнитное поле мы можем и при помощи магнитных стрелок, размещая их в магнитном поле и наблюдая за их поведением
Рис. 2. Действие магнитного поля на магнитные стрелки
Следующее, о чем мы будем говорить, о том, как можно изобразить магнитное поле. В результате исследований, которые были проведены в течение долгого времени, стало понятно, что магнитное поле удобно изображать при помощи магнитных линий. Чтобы пронаблюдать магнитные линии, проделаем один эксперимент. Для нашего эксперимента потребуется постоянный магнит, металлические железные опилки, стекло и лист белой бумаги.
Рис. 3. Железные опилки выстраиваются вдоль линий магнитного поля
Магнит накрываем стеклянной пластиной, а сверху кладем лист бумаги, белый лист бумаги. Сверху на лист бумаги сыплем железные опилки. В результате будет видно, как проявляются линии магнитного поля. То, что мы увидим, – это линии магнитного поля постоянного магнита. Их еще называют иногда спектром магнитных линий. Заметьте, что линии существуют по всем трем направлениям, не только в плоскости.
Магнитная линия – воображаемая линия, вдоль которой выстраивались бы оси магнитных стрелок.
Рис. 4. Схематическое изображение магнитной линии
Посмотрите, на рисунке представлено следующее: линия изогнутая, направление магнитной линии определяется направлением магнитной стрелки. Направление указывает северный полюс магнитной стрелки. Очень удобно изображать линии именно при помощи стрелок.
Рис. 5. Как обозначается направление силовых линий
Теперь поговорим о свойствах магнитных линий.
Во-первых, у магнитных линий нет ни начала, ни конца. Это линии замкнутые. Раз магнитные линии замкнуты, то не существует магнитных зарядов.
Второе: это линии, которые не пересекаются, не прерываются, не свиваются каким-либо образом. При помощи магнитных линий мы можем характеризовать магнитное поле, представить себе не только его форму, но и говорить о силовом воздействии. Если изображать большую густоту таких линий, то в этом месте, в этой точке пространства, у нас силовое действие будет больше.
Если линии располагаются параллельно друг другу, их густота одинакова, то в этом случае говорят, что магнитное поле однородно. Если, наоборот, этого не выполняется, т. е. густота разная, линии искривлены, то такое поле будет называться неоднородным. В заключение урока хотелось бы обратить ваше внимание на следующие рисунки.
Рис. 6. Неоднородное магнитное поле
Во-первых, теперь мы уже знаем, что магнитные линии можно изображать стрелками.
И рисунок представляет именно неоднородное магнитное поле. Густота в разных местах разная, значит, силовое воздействие этого поля на магнитную стрелку будет разным.
На следующем рисунке представлено уже однородное поле. Линии направлены в одну сторону, и их густота одинакова.
Рис. 7. Однородное магнитное поле
Однородное магнитное поле – это поле, которое встречается внутри катушки с большим числом витков или внутри прямолинейного, полосового магнита. Магнитное поле вне полосового магнита или то, что мы сегодня наблюдали на уроке, это поле неоднородное. Чтобы все это до конца усвоить, давайте посмотрим на таблицу.
Неоднородное магнитное поле | Однородное Магнитное поле | |
| Сила, действующая в разных точках | Различна | Одинакова (как по модулю, так и по направлению) |
| Линии магнитного поля | Искривлены, их густота различна | Параллельны, их густота одинакова |
| Примеры | Поле магнита вне его Поле прямолинейного проводника с током | Поле внутри длинной катушки с большим числом витков. Поле внутри магнита |
В. Н. Сверкунова, МОУ «СОШ №1 с углубленным изучением отдельных предметов», г. Великий Устюг, Вологодская область
Метки: Физика
урок-игра «Электромагнитные явления» 9 класс
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Гончаровская средняя общеобразовательная школа» Вологодского района Вологодской области
Конспект урока по физике
в 9 классе
«Электромагнитные явления»
подготовила
учитель физики
Шишебарова Надежда Васильевна
г. Вологда
2014
Заключительный урок физики
по теме «Электромагнитные явления»
В данном материале рассматриваются темы «Электромагнитное поле» 9-й класс и «Электромагнитные явления» 8 – й класс. При повторении данных тем предлагается провести урок в виде игры «Что? Где? Когда?».
Данный урок рассчитан на учащихся обычных школ, где предмет физика не является специальным курсом. Предлагаемый урок предназначен для учителей, работающих по учебникам «Физика. 9 класс.» и «Физика. 8 класс.» Авторы А.В. Перышкин, Гутник. Цель данного урока — обобщать и систематизировать знания по темам «Электромагнитное поле» и «Электромагнитные явления», расширить кругозор учащихся.
Цель урока: обобщение и углубление изученного материала; развитие познавательных и творческих способностей, умений самостоятельно пополнять знания.
Задачи:
Образовательная:
Повторить, систематизировать знания учащихся;
Расширять кругозор учащихся по предмету;
Способствовать развитию познавательного интереса к урокам физики.
Воспитательная:
Воспитать умение и навыки работы в команде;
Формирование чувства коллективизма и здорового соперничества;
Воспитывать чувство уважения друг к другу, доброжелательность, толерантность, чувство товарищества и сопереживания;
Воспитывать упорство и настойчивость в достижении цели.
Развивающая:
Развить способности логического мышления учащихся;
Развить интеллектуальные и творческие способности учащихся;
Развивать память, внимание;
Развивать у учащихся коммуникативно-игровые способности.
Оборудование: компьютер, песочные часы или часы на компьютере, черный ящик, карточки для ответов.
Форма: урок-игра
Ход игры
Класс разбивается на команды по 6-8 человек (по желанию учащихся). Каждая команда располагается за своим столом. Игроки выбирают капитана и название команды. Каждой команде выдается «пятерка», ее капитан команды может отдать в конце урока любому участнику игры. Игра состоит из трех раундов по 10 вопросов. В каждом раунде один из вопросов — черный ящик.
Игра начинается одновременно для всех команд. Ведущий (учитель) читает вопрос.
На обсуждение даётся 30 секунд. Время фиксируется с помощью часов (на компьютере). После того как время обсуждения завершилось, капитаны команд пишут ответ на листочках и сдают их помощнику ведущего, который следит за соблюдением правил игры и подсчитывает результаты. После того как сбор ответов команд закончен, ведущий читает авторский ответ. За каждый правильный ответ знатокам дается 1 балл. Если ответ неверный или у команды нет ответа, то балл не присуждается. В ходе игры помощник ведущего (любой ученик из класса) заполняет таблицу, где ставит баллы за верные ответы. В конце каждого раунда ведущий или помощник ведущего оглашает итоги таблицы результатов. Побеждает команда, набравшая наибольшее количество баллов.
Раунд I.
Вопрос 1. Изготовив из магнитного железняка шар, Уильям Гильберт заметил, что этот шар по магнитным свойствам сильно напоминает Землю. Как Гильберт называл свою модель?
Варианты ответов:
магнетик,
террелла,
электрон,
гильбертон
Правильный ответ: Террелла. От латинского «terra» – Земля. Террелла позволила Гильберту предположить, что Земля является большим магнитом.
Вопрос 2. Средневековые ученые считали, что все в мире делится на «магниты» и «феамиды». К «феамидам» они относили то, что внушает антипатию друг к другу и при приближении отталкивается. Какая из перечисленных пар, согласно средневековой терминологии, будет принадлежать к «феамидам»?
Варианты ответов:
Янтарь и пылинки,
Пчела и цветок,
Река и море,
Магнит и пламя свечи
Правильный ответ: Магнит и пламя свечи. Пламя свечи между концами сильного магнита изменяет свою обычную форму. На ионизированные частицы пламени действуют магнитные силы, изменяя направление их движения.
Вопрос 3. В древнем ассирийском календаре времен Александра Македонского север назывался черной страной; юг – красной; восток – зеленой и запад – белой. Считается, что именно этот факт повлиял на окраску полюсов магнита. Почему сами полюса магнита нецелесообразно покрывать краской?
Варианты ответов:
Краска ослабляет магнитные свойства,
Краска мешает увидеть состав магнита,
Северный и южный полюса магнита ничем не отличаются,
Краска усиливает магнитные свойства
Правильный ответ: Краска ослабляет магнитные свойства. Подковообразный магнит, удерживающий при непосредственном соприкосновении груз в сотню граммов, уменьшает свою подъемную силу вдвое, когда между ним и грузом вводится листок бумаги.
Вопрос 4. 15 февраля 1820 года профессор Г.Х. Эрстед на лекции в копенгагенском университете демонстрировал студентам свойство электрического тока нагревать провода. Какой предмет, случайно оказавшийся на демонстрационном столе, позволил Эрстеду совершить открытие?
Варианты ответов:
Лейденская банка,
Электрофорная машина,
Магнитная стрелка,
Железные опилки.
Начало формы
Правильный ответ: магнитная стрелка. При пропускании через проводник электрического тока магнитная стрелка поворачивалась почти перпендикулярно проводнику. Этот опыт явился первым экспериментальным доказательством воздействия электрического тока на магниты.Конец формы
Вопрос 5. В опытах Фарадея по «получению электричества из обычного магнетизма» при вдвигании железного сердечника в катушку, в какой-то момент в цепи катушки возникает электрический ток. Абсолютно такие же опыты до Фарадея проводил Ампер, однако возникновения тока он не наблюдал. Что могло послужить причиной этому?
Варианты ответов:
Ампер производил опыт с маленькими катушками, Экспериментальная установка Ампера располагалась в нескольких комнатах,
Ампер использовал сердечник из неподходящего материала,
Провода, составляющие цепь катушки в опытах Ампера , были повреждены.
Правильный ответ: Экспериментальная установка Ампера располагалась в нескольких комнатах.
Ампер не мог позволить себе ассистента и проводил свои опыты сам. Пока он переходил из одной комнаты в другую – ток прекращался. Индукционный ток возникает только при изменении потока через катушку (в момент вдвигания и выдвигании сердечника).
Вопрос 6. Существует легенда о том, что пастух по имени Магнус обнаружил, что железный наконечник его посоха и гвозди сапог притягиваются к черному камню. Этот камень назвали камнем Магнуса или просто магнитом. Что такое постоянный магнит?
Варианты ответов:
Сильно намагниченное тело,
Намагниченная сталь,
Тело, которое притягивает железные предметы
Тело, которое сохраняет намагниченность длительное время.
Правильный ответ: Тело, сохраняющее намагниченность длительное время. Магниты бывают естественные (природные) из железной руды магнитного железняка и искусственные, полученные намагничиванием железа при внесении его в магнитное поле.
Вопрос 7. Электрический заряд – это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 году. Единица измерения заряда в СИ – кулон – электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за время 1с. Когда электрические заряды находятся в покое, то вокруг них обнаруживается …
Варианты ответов:
Магнитное поле,
Электрическое поле,
Магнитное и электрическое поле,
Электромагнитное поле
Правильный ответ: электрическое поле. Электрическое поле существует вокруг неподвижных электрических зарядов. Электрическое поле – особая форма материи, существующая вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом. Электрическое поле непосредственно невидимо, но может наблюдаться по его действию и с помощью приборов.
Вопрос 8. Существуют магниты двух разных видов. Одни – так называемые постоянные магниты, изготовляемые из «магнитно-твердых» материалов. Их магнитные свойства не связаны с использованием внешних источников или токов. К другому виду относятся так называемые электромагниты с сердечником из «магнитно-мягкого» железа. Создаваемые ими магнитные поля обусловлены в основном тем, что по проводу обмотки, охватывающей сердечник, проходит электрический ток. Какие из перечисленных веществ не притягиваются магнитом?
Варианты ответов: Сталь, Золото, Медь, Железо
Правильный ответ: Золото. Магнит не притягивает неметаллические предметы и такие металлы, как золото, серебро, латунь.
Вопрос 9. На рисунке изображён полосовой магнит АВ и его магнитное поле. Определите полюса магнита.
Варианты ответов: Северный – А, южный — А,
Северный – В, южный — В,
Северный – А, южный — В,
Северный – В, южный — А.
Правильный ответ: Северный – В, южный – А. Магнитные линии выходят из северного полюса и заходят в южный.
Вопрос 10. Черный ящик
В черном ящике находится прибор для определения горизонтальных направлений на местности. Применяется для определения направления, в котором движется морское, воздушное судно, наземное транспортное средство; направления, в котором идет пешеход; направления на некоторый объект или ориентир.
Ответ: Компас
Раунд II.
Вопрос 11 . Кто впервые из учёных доказал, что вокруг проводника с током существует магнитное поле?
Варианты ответов: Эрстед, Ньютон, Ампер, Фарадей.
Правильный ответ: Эрстед. Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка, расположенная над (или под) проводником с электрическим током, при замыкании цепи поворачивается и располагается перпендикулярно проводнику. Этот опыт свидетельствует о том, что электрический ток каким-то образом действует на магнитную стрелку. Из опыта Г. Эрстеда следует, что вокруг этого проводника существует магнитное поле.
Вопрос 12. На рисунке изображена демонстрация опыта, в котором проводник с током, находящийся в магнитном поле постоянного магнита, начинает двигаться, когда по нему пропускают постоянный ток. Проводник, притягивается к магниту, потому что:
Варианты ответов: Проводник медный,
На проводник действует сила Ампера,
Проводник наэлектризован,
Проводник слабо натянут.
Правильный ответ: на проводник действует сила Ампера. На проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера.
Вопрос 13. Вокруг проводника с током образуется магнитное поле, так что свободно вращающаяся магнитная стрелка, помещенная вблизи проводника, будет стремиться занять положение, перпендикулярное плоскости, проходящей вдоль него. С помощью правила буравчика можно определить.
Варианты ответов:
Направление сил магнитного поля, Направление положительно заряженной частицы, Направление линий магнитного поля,
Направление отрицательно заряженной частицы.
Правильный ответ: Направление линий магнитного поля. Направление линий магнитной индукции можно определить по правилу буравчика: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.
Вопрос 14. «Превратить магнетизм в электричество», – записал М. Фарадей в 1822 г. в своём дневнике. Многие годы настойчиво ставил он различные опыты, но безуспешно, и только 29 августа 1831 г. наступил триумф. Какое явление открыл М. Фарадей?
Варианты ответов:
Электрической индукции, Самоиндукции,
Электромагнитной индукции,
Магнитной индукции.
Правильный ответ: Электромагнитной индукции. Это явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.
Вопрос 15. Магнитные линии магнитного поля Земли направлены…
Варианты ответов:
От Южного географического к Северному географическому полюсу
От Северного географического к Южному географическому полюсу
От Южного географического к Южному географическому полюсу
От Северного географического к Северному географическому полюсу
Правильный ответ: От Южного географического к Северному географическому полюсу. Магнитные и географические полюса Земли не совпадают друг с другом. Северный магнитный полюс N лежит в южном полушарии, вблизи берегов Антарктиды, а южный магнитный полюс S находится в Северном полушарии, вблизи северного берега острова Виктория (Канада). Оба полюса непрерывно перемещаются (дрейфуют) на земной поверхности со скоростью около 5 за год из-за переменности порождающих магнитное поле процессов. Кроме того, ось магнитного поля не проходит через центр Земли, а отстаёт от него на 430 км. Магнитное поле Земли не симметрично.
Вопрос 16. Курская магнитная аномалия – самый мощный в мире железорудный бассейн. Крупнейший по запасам железа район в мире, по разведанным запасам богатых руд (около 30 млрд т.) История открытия КМА связана с необычным поведением магнитной стрелки под Курском. Впервые на это явление обратил внимание известный учёный-астроном академик П. Б. Иноходцев в 1773 г. Магнитной аномалией называют…
Варианты ответов:
Незначительное отклонение направления магнитного поля Земли в данной области
Временное отклонение направления магнитного поля Земли в данной области
Постоянное и значительное отклонение направления магнитного поля Земли в данной области
Размагничивание стрелки компаса вследствие сильного нагрева
Правильный ответ: Постоянное и значительное отклонение направления магнитного поля Земли в данной области. Магнитные аномалии происходят от залежей под поверхностью Земли, пород, способных намагничиваться. К числу таких пород относятся в первую очередь минералы, имеющие в своём составе железо. Эти породы намагничиваются в магнитном поле Земли и создают добавочное магнитное поле, т.е. магнитную аномалию.
Вопрос 17. В 1820 году датский ученый Г.Х.Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка, помещенная вблизи проводника с током, поворачивается. Что вызывает отклонение стрелки от первоначального положения?
Варианты ответов:
Действие электрического поля,
Действие магнитного поля,
Действие силы притяжения,
Действие магнитного и электрического поля.
Правильный ответ: Действие магнитного поля. Вокруг проводника с током существует магнитное поле, оно действует на магнитную стрелку.
Вопрос 18. В 1600 г. Уильям Гильберт выпустил книгу под названием «Новая физиология о магнитах, магнитных силах и великом магните – Земле», в которой привел факты, доказывающие, что наша планета – магнит. Вокруг Земли существует магнитное поле. Какова роль магнитного поля Земли для жизни на планете?
Варианты ответов:
Благотворно влияет на растения Земли,
Защищает людей от космических частиц,
Защищает фауну Земли,
Защищает живые организмы от действия космического излучения.
Правильный ответ: защищает живые организмы от действия космического излучения. Магнитное поле является своеобразным щитом, защищающим все живое от губительного действия космического излучения.
Вопрос 19. Для наглядного изображения магнитного поля используют магнитные линии – это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы оси маленьких магнитных стрелок, помещенных в магнитное поле. Какова форма магнитных линий магнитного поля прямого проводника с током?
Варианты ответов:
Замкнутые кривые вокруг проводника, Концентрические окружности, охватывающие проводник,
Прямые линии, параллельные проводнику
Радиальные линии, отходящие от проводника.
Правильный ответ: Концентрические окружности, охватывающие проводник. Магнитные линии прямого проводника с током представляют собой концентрические окружности, охватывающие проводник. Картину магнитных линий можно наблюдать, используя железные опилки.
Вопрос 20. Черный ящик.
В черном ящике находится сложное высокотехнологичное электронное устройство, которое пользуется услугами магнитного поля. Вернее, электромагнитного. Без его помощи он не смог бы работать. Многие из нас не представляют жизнь без этого устройства.
Это переносное средство связи, с помощью которого можно разговаривать и которое есть почти у каждого.
Ответ: Мобильный телефон. 6 марта 1983 года был выпущен первый коммерческий сотовый телефон. Результатом 15-летней разработки компании Motorola стал мобильный аппарат под названием DynaTAC 8000X. На реализацию данного телефона было потрачено около $100 млн. Вес телефона составлял 794 грамма, габариты — 33 * 4,4 * 8,9 см. Заряда батареи хватало на час разговоров, а в режиме ожидания на 8 часов.
Раунд III.
Вопрос 21. Вильям Стержен, английский инженер- электрик, создал первый подковообразный электромагнит, способный удерживать груз больше собственного веса. Что называют электромагнитом?
Варианты ответов:
Катушку с большим количеством витков,
Катушку с железным сердечником внутри,
Сильный постоянный магнит,
Проводник с током.
Правильный ответ: Катушку с железным сердечником внутри. Полезные свойства электромагнитов: быстро размагничиваются при выключении тока, можно изготовить любых размеров, при работе можно регулировать магнитное действие, меняя силу тока в цепи.
Вопрос 22. В осветительной сети наших домов и во многих отраслях промышленности используется переменный ток. Его получают при помощи электромеханических индукционных генераторов. На каком явлении основан принцип действия этих генераторов?
Варианты ответов:
Электростатической индукции,
Электромагнитной индукции,
Токи Фуко,
Термоэлектронной эмиссии.
Правильный ответ: Электромагнитной индукции. Действие генераторов основано на явлении электромагнитной индукции. На этом явлении основано действие трансформаторов, телефонов.
Вопрос 23. Электромагнитное поле – это особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами. Кто создал теорию электромагнитного поля?
Варианты ответов: М.Фарадей, Дж. Максвелл, А.Ампер, Г.Х.Эрстед.
Правильный ответ: Дж. Максвелл. В 1864 г. Дж.Максвелл создаёт теорию электромагнитного поля, согласно которой электрическое и магнитное поля существуют как взаимосвязанные составляющие единого целого – электромагнитного поля.
Вопрос 24. Электромагнитные волны были предсказаны теоретически великим английским физиком Джеймсом Максвеллом в 1867г. Какой ученый впервые электромагнитные волны получил экспериментально?
Варианты ответов: Э.Х.Ленц, Б.С. Якоби, Г. Герц, Н.Тесла.
Правильный ответ: Г. Герц. В 1888г. немецкий ученый Генрих Герц впервые получил и зарегистрировал электромагнитные волны.
Вопрос 25. В 1745 г. В Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и нидерландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор. Для чего служат конденсаторы?
Варианты ответов:
Увеличения напряжения,
Изменения силы тока,
Накопления заряда,
Изменения сопротивления.
Правильный ответ: Накопления заряда. Конденсаторы – это электротехническое устройство, накапливающее заряд. Конденсаторы широко используются в радиотехнике, в лампах – вспышках, лазерах и других устройствах.
Вопрос 26. Свойство магнетита (или магнитного железняка) притягивать железные предметы было известно уже в глубокой древности. Слово «магнит» (от греч. magnes) означает название руды, добывавшейся в местности Магнезия еще 2500 лет назад. Магнетит — минерал, состоящий из FeO (31%) и Fe203 (69%). Согласно китайской легенде император Хванг Ти (около 2600 лет до н. э.) вел войско в сплошном тумане с помощью поворачивающейся вокруг оси магнитной фигурки, всегда смотрящей на юг. Начиная со II в. н. э. в Китае изготавливались постоянные магниты, надолго сохраняющие магнитные свойства. В XI в. магнитный компас стал использоваться в Европе. А кто ввёл понятие магнитного полюса?
Варианты ответов:
французский физик А.Ампер,
английский физик М.Фарадей,
английский физик Т.Юнг,
французский исследователь Л. Марикур
Правильный ответ: французский исследователь Л. Марикур. В 1269 г. французский исследователь Л. Марикур(псевдоним П. Перегрин) ввел понятие магнитного полюса. Помещая стальные иголки вблизи шара из магнетита, Перегрин заметил, что они испытывают наибольшее притяжение вблизи двух диаметрально противоположных точек. Только вблизи полюсов иголка ориентируется радиально. Магнит, изготовленный Перегрином в виде стержня, ориентировался в направлении юг—север подобно стрелке компаса. Полюс, указывающий направление на север, назвали северным (N), а на юг — южным (S). Опыты Перегрина показали, что одноименные магнитные полюса отталкивают друг друга, а разноименные притягивают.
Вопрос 27. Одно из замечательных открытий, и его дальнейшее изучение привело к важным практическим следствиям: электрические машины (двигатели и генераторы), электромагниты, телеграфные и телефонные аппараты. Что это за открытие?
Варианты ответов:
Тепловое действие тока,
Магнитное действие тока,
Химическое действие тока,
Изобретение лампы накаливания
Правильный ответ: Магнитное действие тока. Электрический ток производит магнитное действие. Другими словами, вокруг проводника с током образуется магнитное поле. Это открытие, и привело к важным практическим следствиям: электрические машины (двигатели и генераторы), электромагниты, телеграфные и телефонные аппараты основаны именно на взаимодействии электрического тока и магнитного поля.
Вопрос 28. Постоянные магниты, как и электромагниты, взаимодействуют с проводником с током или другими магнитами с определенной силой, эту силу называют силой ампера, в честь Андре Мари Ампера, который в 1820 году установил этот закон. Наиболее сильное магнитное действие проявляется у магнита…
Варианты ответов:
возле южного полюса,
возле северного полюса,
возле обоих полюсов,
магнитное действие одинаково во всех точках.
Правильный ответ: возле обоих полюсов. Наиболее сильное магнитное действие проявляется у магнита вблизи его полюсов. Силовые линии служат для графического отображения магнитного поля. Там, где их плотность наиболее велика, сила магнитного поля максимальна, и на оборот, что мы и видим из рисунка.
Вопрос 29. Полярное сияние – свечение в небе, наблюдаемое за полярным кругом как на северном, так и на южном географических полюсах. Полярным сиянием мы обязаны магнитному полю Земли. С чем взаимодействует магнитное поле Земли, образуя северное сияние?
Варианты ответов: Кристаллики льда в атмосфере,
Мелкие метеориты, бомбардирующие Землю,
Солнечный ветер
Это оптический обман.
Правильный ответ: Солнечный ветер. Причиной северного (полярного) сияния является солнечный ветер, а именно поток электронов, альфа частиц и протонов, постоянно бомбардирующих землю. Вследствие взаимодействия этих частиц с магнитным полем земли они устремляются к полюсам вдоль силовых линий, где входят в плотинные слои атмосферы и начинают светиться вследствие торможения.
Вопрос 30. Черный ящик.
В черном ящике находится распространённый во второй половине XX века носитель информации на магнитной ленте, который применялся в первую очередь для звукозаписи, а также для хранения цифровой информации.
Ответ: Компакт-кассета, аудиокассета или просто кассета.
Компакт-кассета была представлена в 1963 году корпорацией Philips. Относительно дешевая и удобная в обращении компакт-кассета долгое время (с начала 1970-х до конца 1990-х годов) была самым популярным записываемым аудионосителем, однако в начале XXI в. была вытеснена компакт-дисками.
Подведение итогов.
Список использованной литературы
Артемова О.В., Балдина Н.А., Вологдина Е.В. и др. Большая энциклопедия открытий и изобретений. М.: ЗАО «РОСМЭН — ПРЕСС», 2007.
Использованные материалы и Интернет-ресурсы
1.Сайт Мое образование. http://www.moeobrazovanie.ru/online_test/fizika
2. http://ru.wikipedia.org — Википедия
3.http://mobileleader.ru/interesnye-fakty/23-istoriya-sozdaniya-mobilnogo-telefona.html
Электрическая цепь и ее составные части 8 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей
Тема 12: Электромагнитные явления. Повторение
- Видео
- Тренажер
- Теория
Заметили ошибку?
Условия существования электрического тока.
Электрическая цепь
Вспомним, что на прошлом уроке мы оговаривали три условия наличия электрического тока:
- наличие зарядов;
- наличие источника тока (гальванического элемента и др.). Источник тока создает электрическое поле внутри проводника, что является причиной движения зарядов;
- наличие электрической цепи. О последнем понятии мы будет говорить сегодня.
Электрическая цепь должна содержать источник тока (рис. 1–3), т. е. элемент, который создает в цепи электрическое поле и обеспечивает движение заряженных частиц, и потребитель тока, т. е. например, любой бытовой прибор (рис. 4): лампочку, фонарик, компьютер, телевизор, стиральную машину, холодильник и т. п. Источник тока и потребители всегда соединяются проводами (проводниками), т. е. такими элементами, которые способны проводить электрический ток и обладают большим количеством свободных заряженных частиц.
| Рис. 1. Гальванический элемент (Источник) |
Рис. 2. Аккумулятор (Источник) | Рис. 3. Электростанция (Источник) |
Рис. 4. Потребители тока (Источник) (Источник) (Источник) (Источник) (Источник) (Источник)
Таким образом, электрическая цепь имеет следующие основные составные элементы: источник тока, потребители тока, соединительные провода.
Конечно же, потребители тока сами по себе состоят из более мелких элементов, каждый из которых имеет свое название, функцию и особенности. Электрические цепи бывают сложными и простыми, мы начнем их изучение с простейших вариантов, например, с устройства карманного фонарика. В его составные части входят: источник питания, лампочка, соединительные провода и выключатель. В конце урока мы соберем электрическую цепь, аналогичную цепи внутри фонарика и обсудим ее принцип работы.
Для удобства электрические цепи принято изображать в виде схем, в которых приняты определенные обозначения различных элементов. Условные обозначения элементов электрических цепей известны и классифицированы определенным образом, их достаточно много, но мы познакомимся с основными из них.
Определение. Электрическая цепь, изображенная на рисунке, называется электрической схемой.
Условные обозначения элементов электрических цепей
|
Гальванический элемент (источник тока) Как видно из рисунка, длинной полоской обозначают положительный полюс источника, а короткой – отрицательный |
Гальваническая батарея (аккумулятор) Таким образом обозначается соединение нескольких гальванических элементов |
Соединяющиеся провода Место соединения проводов обозначается жирной точкой, которую еще зачастую именуют узлом |
Несоединяющиеся провода Провода, которые не соединяются, в точке пересечения никак особо не выделяются |
|
Лампа накаливания (лампочка) |
Зажимы для подключения электроприборов К подобному элементу на схеме можно подключать какой-либо электроприбор |
Ключ (выключатель) Элемент цепи для ее замыкания и размыкания |
Электрический звонок Для запоминания этого обозначения можно заметить, что оно похоже на грибочек |
|
Резистор Этот элемент цепи имеет большое сопротивление |
Нагревательный элемент |
Плавкий предохранитель Прибор, который обеспечивает безопасность работы электрической цепи |
|
Указанные в таблице элементы являются составными частями простейших электрических цепей.
Устройство электрической цепи карманного фонарика
Рассмотрим простейшую электрическую цепь на примере устройства карманного фонарика. В нее входят источник питания, лампочка накаливания, соединительные провода и выключатель (ключ).
Собирать цепь удобно в следующей последовательности: сначала подключим лампочку к одному из полюсов источника тока (батарейки), затем второй контакт на лампочке подключаем к разомкнутому предварительно ключу (выключателю) и, чтобы замкнуть цепь, второй контакт ключа соединяем со свободным полюсом источника тока.
После сбора цепи видно, что лампочка не горит, т. к. она все еще разомкнута с помощью ключа, и электрический ток не идет (не выполнено условие замкнутости электрической цепи). Теперь замыкаем ключ, и лампочка загорается (рис. 5), т. к. цепь становится замкнутой и все условия существования электрического тока выполнены.
Рис. 5.
Изобразим схему собранной нами электрической цепи с использованием приведенных в таблице условных обозначений (рис. 6).
Рис. 6.
Конечно же, бессмысленно рассматривать с практической точки зрения те электрические цепи, в которых не выполняется работа электрического тока. О действии электрического тока и о выполнении им работы мы поговорим позже.
На следующем уроке нашей темой будет «Электрический ток в металлах».
Список литературы
- Генденштейн Л. Э, Кайдалов А. Б., Кожевников В. Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В. А., Ройзена И. И. – М.: Мнемозина.
- Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
- Фадеева А. А., Засов А. В., Киселев Д. Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
- Академик (Источник)
- Интернет-портал Mukhin.ru (Источник)
- YouTube (Источник)
Домашнее задание
- Стр. 78: вопросы № 1–4, стр. 79: упражнение № 13. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
- В вашем распоряжении есть гальванический элемент, лампочка, два ключа и соединительные провода. Нарисуйте принципиальную схему электрической цепи, в которой лампочка загорается только тогда, когда включены оба ключа.
- Железный гвоздь и отрезок медного провода воткнули в лимон. Потечет ли ток через провод, которым соединяют гвоздь и медный провод?
- С потолка в месте крепления люстры свисают три провода, по которым после подключения люстры идет ток. Если люстру подключить правильно, два выключателя работают таким образом, что один из них включает и выключает одну лампу, а другой – остальные три. Нарисуйте схему соединения ламп в люстре, выключателей и источника тока.
Заметили ошибку?
Расскажите нам об ошибке, и мы ее исправим.Видеоурок: Электрическая цепь и ее составные части по предмету Физика за 8 класс.
Электромагнитные явления в веществе: статистические и квантовые подходы
Выбранный тип: Мягкая обложка
Количество:
145,95 $
Цифровая пробная копия
Запросить цифровую оценочную копиюИгорь Николаевич Топтыгин
ISBN: 978-3-527-41178-8
май 2015 г. 720 страниц
Электронная книга
От 117,00 долларов США
Печать
От 145,95 долл. США
Электронная книга com are delivered on the VitalSource platform. To download and read them, users must install the VitalSource Bookshelf Software.</li><li>E-books have DRM protection on them, which means only the person who purchases and downloads the e-book can access it.</li><li>E-books are non-returnable and non-refundable.</li><li>To learn more about our e-books, please refer to our <a href="https://www.wiley.com/wiley-ebooks" target="_blank">FAQ</a>.</li></ul>» data-original-title=»» title=»»/>
$117,00
Мягкая обложка
145,95 $
Загрузить рекламный проспект
Загрузить рекламный проспект
Загрузить флаер продукта для загрузки PDF в новой вкладке. Это фиктивное описание.
Загрузить флаер продукта — загрузить PDF в новой вкладке. Это фиктивное описание.
Загрузить флаер продукта — загрузить PDF в новой вкладке. Это фиктивное описание.
Загрузить флаер продукта — загрузить PDF в новой вкладке. Это фиктивное описание.
Описание
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 технических 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 решить в первую очередь, они отмечены заштрихованными точками; они носят более общий и важный характер или содержат результаты, используемые в других задачах.
Об авторе
Игорь Н. Топтыгин — профессор кафедры теоретической физики Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, Россия. Он получил ученые степени в области физики и математики в 1964 (доктор философии) и 1974 (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.
Разрешения
Запросить разрешение на повторное использование контента с этого сайта
Оглавление. Векторы электромагнитных полей в средах 2
1.2 Уравнения электростатики и магнитостатики в среде 4
1.3 Поляризация среды в постоянном поле 7
Проблемы 12
1,4 Ответы и решения 17
2 Электростатика проводников и диэлектриков 37
2.1. Специальные методы электростатики 45
Задачи 54
2.3 Энергия, силы и термодинамические соотношения для проводников и диэлектриков 59
Задачи 71
2. 4 Ответы и решения 76
3 Стационарные токи и магнитные поля в среде 115
3.1 Стационарный ток 115
Проблемы 123
3.2 Магнитное поле в магнитном среде 129
Проблемы 131 9000
3.3. Термодинамические соотношения для магнетиков 133
Задачи 145
3.4 Электрические и магнитные свойства сверхпроводников 149
Задачи 153
Задачи 155
Задачи 160
3,5 Ответы и растворы 164
4 Квазистационарное электромагнитное поле 193
4.1 Квазистациональные явления в линейных проводниках 193
Проблемы 197
4.2 Эдди и эффект кожи 201
205 9000
4.2 4.3. Магнитная гидродинамика 207
Задачи 222
4.4 Ответы и решения 228
5 Уравнения Максвелла для переменных и неоднородных полей 275
5.1 Различные формы уравнений Максвелла в средах. Уравнения связи и функции электромагнитного отклика 275
Задачи 287
5.2 Принцип причинности и дисперсионные соотношения 291
Задачи 296
5. 3 Энергетические соотношения для переменного электромагнитного поля в средах. Продольные электрические колебания 297
Проблемы 302
5.4 Магнитные колебания и магнитно -резонанс 304
Проблемы 306
5,5 Электродинамика движущейся среды 308
Проблемы 311
Проблемы 321
5.6.0005
Задачи 327
5.7 Ответы и решения 327
6 Распространение электромагнитных волн 363
6.1 Поперечные волны в изотропных средах. Отражение и преломление волн 363
Задачи 377
6.2 Плоские волны в анизотропных и гиротропных средах 382
Задачи 387
6.3 Рассеяние электромагнитных волн макроскопическими телами. Дифракция 390
Задача 393
Задача 401
6.4 Дифракция рентгеновских лучей 405
Проблемы 408
6.5 Ответы и решения 410
7 Когерентность и нелинейные волны 463
7.1 Когерентность и интерференция 463
Проблем Среда 477
Задачи 489
7. 3 Волны в нелинейных и активных средах 490
Задачи 503
7.4 Ответы и решения 504
8 Электромагнитные колебания в конечных телах 52 1
8.1 Electromagnetic Waves in Waveguides 521
Problems 524
8.2 Electromagnetic Oscillations in Resonators 530
Problems 531
8.3 Answers and Solutions 536
9 Interaction of Charged Particles with Equilibrium and Nonequilibrium Media 565
9.1 Ионизационные и радиационные потери энергии быстрых частиц в средах 565
Проблемы 590
9.2 Макроскопические механизмы излучения быстрых частиц в средах 591
Проблемы 605
9.3 Чаннилирование и излучение, излучаемые быстрыми частицами в кристаллах 609
Проблемы 624
9.4 Ускорение частиц в турбулентных плазменных средах 624
Проблемы 647
9,5 Ответы и Солиции 649
. Его описание с помощью корреляционных тензоров 681
Список литературы 689
Алфавитный указатель 697
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
Ссылки
| Стэн Зурек, Электромагнетизм, Encyclopedia Magnetica, E-Magnetica. pl |
Электромагнетизм — физическое явление и отрасль науки, связанная с электричеством и магнетизмом , и взаимодействием между ними, отсюда и двусоставное название « 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 такое изменение не строго статично, но достаточно мало, 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. Необходимо учитывать все динамические эффекты, 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 .0386 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 называются «внутренними свойствами» (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, 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 — изменяющиеся электрические и магнитные поля являются двумя составляющими электромагнитного поля (волны). Частота может распространяться на очень широкий диапазон, включая радиоволны, микроволны, все оптические эффекты (инфракрасный, видимый свет, ультрафиолет, рентгеновские лучи) и многое другое.
Электростатика — Взаимодействие между статическими электрическими зарядами: положительные и отрицательные заряды в Электрике
. против движения электроновМагнитостатика — 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 начинаются 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 соответствует напряжению, 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 спиновый 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 скоростей — 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.
Более 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 общую силу (называемую силой Лоренца), выраженную как: Н)
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 9037 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 скорости, 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 увеличиваться 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 какое-то вещество. 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 иметь гораздо меньшую величину 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 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
Траектория движущихся электронов может быть изогнута в окружность под действием приложенного магнитного поля 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 по-разному воздействуют на природу.
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. Фабиан, 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 на современном уровне 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 9.0386 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
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 движении 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 достояниеЭлектромагнетизм 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. Применяются 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, сетевые зарядные устройства для портативных устройств (таких как мобильные телефоны, планшеты, ноутбуки) не обязаны иметь заземление/землю только в том случае, 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 производит 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, так что 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 эффективности 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 прутка 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
Ссылки
1) Магнетизм, Энциклопедия Британия, {по состоянию на 3 ноября 2012 г.}
2) Joe Rosen, Encyclopedia of Physics, INFOBASE. 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 Туманский, 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, pp. 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 разработка 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, В. 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 97890513
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 твердого тела 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.E. Press, John IEEE, Bozorth R.M., Ferromagnets York, 2003, ISBN 0-7803-1032-2
34) Новая Британская энциклопедия: Макропедия, 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) Beckley P., Electrical Steels, A Handbook for Producers and Users, European Electrical Steels, Newport, 2000, UK, 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 г. , 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 97818623
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., {по состоянию на 20 апреля 2021 г.}
52) Joffe, Elya B. 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: 17.07.2020}
54) С. DC Jiles, Массив постоянных магнитов для магнитного холодильника, Journal of Applied Physics, Vol. 91 (10), 2002, с. 8894
Магнетизм, Счетчик
Защита от электростатических и электромагнитных явлений — Научно-информационный портал ВТТ
Электростатика (также известная как статическое электричество)
раздел физики, изучающий силы, действующие на
статическое электрическое поле. Электростатика включает в себя
накопление заряда в предметах из-за контакта между
преимущественно непроводящие поверхности.
Электромагнетизм — это физика электромагнитного
поле, действующее на частицы, обладающие
свойство электрического заряда и, в свою очередь, зависит от
наличие и движение этих частиц. Магнитный
Поле создается движением электрических зарядов и
это вызывает магнитную силу, связанную с магнетизмом.
| Original language | English |
|---|---|
| Title of host publication | Multifunctional Barriers for Flexible Structure |
| Subtitle of host publication | Textile, Leather and Paper |
| Editors | Sophie Duquesne , Кэрол Маджинез, Джованни Камино |
| Место публикации | Гейдельберг |
| Издатель | Springer |
| Chapter | 4 |
| Pages | 63-83 |
| ISBN (Electronic) | 978-3-540-71920-5 |
| ISBN (Print) | 978 -3-540-71917-5, 978-3-642-09101-8 |
| Статус публикации | Опубликовано — 2007 |
| Тип публикации МОС | D2 Статьи или профессиональные информационные системы или справочники материал учебника |
| Series | Springer Series in Materials Science |
|---|---|
| Volume | 97 |
| ISSN | 0933-033X |
- АПА
- Автор
- БИБТЕКС
- Гарвард
- Стандарт
- РИС
- Ванкувер
Нурми, С. , и Демулен, Б. (2007). Защита от электростатических и электромагнитных явлений. В S. Duquesne, C. Maginez и G. Camino (Eds.), Многофункциональные барьеры для гибкой конструкции: текстиль, кожа и бумага (стр. 63-83). Спрингер. Серия Springer по материаловедению, том. 97
Нурми, Сальме ; Демулен, Бернар. / Защита от электростатических и электромагнитных явлений . Многофункциональные барьеры для гибкой конструкции: текстиль, кожа и бумага. редактор / Софи Дюкен; Кэрол Магинес; Джованни Камино. Гейдельберг: Springer, 2007. стр. 63-83 (Серия Springer по материаловедению, том 97).
@inbook{6c9ade7d0e86479e84f603ab6317d63c,
title = «Защита от электростатических и электромагнитных явлений»,
abstract = «Электростатика (также известная как статическое электричество) — это раздел физики, изучающий силы, создаваемые статическим электрическим полем. Электростатика связана с накоплением заряда в объектах из-за контакта между в основном непроводящими поверхностями. Электромагнетизм — это физика. электромагнитного поля, которое воздействует на частицы, обладающие свойством электрического заряда, и на которое, в свою очередь, влияет присутствие и движение этих частиц.Магнитное поле создается движением электрических зарядов и вызывает магнитную силу, связанную с магнетизм.»,
автор = «Сальме Нурми и Бернар Демулен»,
примечание = «Код проекта: 677 G5SU1283»,
год = «2007»,
язык = «Английский»,
isbn = «978-3-540 -71917-5»,
серия = «Серия Springer по материаловедению»,
издатель = «Springer»,
страницы = «63—83»,
редактор = «Софи Дюкен и Кэрол Маджинес и Джованни Камино «,
booktitle = «Многофункциональные барьеры для гибкой конструкции»,
адрес = «Германия»,
}
Нурми, С. и Демулен, Б. 2007, Защита от электростатических и электромагнитных явлений. in S Duquesne, C Maginez & G Camino (ред.), Многофункциональные барьеры для гибкой конструкции: текстиль, кожа и бумага. Springer, Heidelberg, Springer Series in Materials Science, vol. 97, стр. 63-83.
Защита от электростатических и электромагнитных явлений. / Нурми, Салме; Демулен, Бернар.
Многофункциональные перегородки для гибкой конструкции: ткань, кожа и бумага. изд. / Софи Дюкен; Кэрол Магинес; Джованни Камино. Гейдельберг: Springer, 2007. с. 63–83 (Серия Springer по материаловедению, том 97).
Результаты исследований: Глава в книге/отчете/материалах конференции › Глава или статья в книге › Professional
TY – CHAP
T1 – Защита от электростатических и электромагнитных явлений
AU – Nurmi, Salme
AU – Demoulin, Bernard
N1 — Код проекта: 677 G5SU1283
PY — 2007
Y1 — 2007
N2 — Электростатика (также известная как статическое электричество)
раздел физики, изучающий силы, действующие на
статическое электрическое поле. Электростатика включает в себя
накопление заряда в предметах из-за контакта между
преимущественно непроводящие поверхности. Электромагнетизм — это физика электромагнитного
поле, действующее на частицы, обладающие
свойство электрического заряда и, в свою очередь, зависит от
наличие и движение этих частиц. Магнитный
Поле создается движением электрических зарядов и
это вызывает магнитную силу, связанную с магнетизмом.
AB Электростатика (также известная как статическое электричество) раздел физики, изучающий силы, действующие на статическое электрическое поле. Электростатика включает в себя накопление заряда в предметах из-за контакта между преимущественно непроводящие поверхности. Электромагнетизм — это физика электромагнитного поле, действующее на частицы, обладающие свойство электрического заряда и, в свою очередь, зависит от наличие и движение этих частиц. Магнитный Поле создается движением электрических зарядов и это вызывает магнитную силу, связанную с магнетизмом.
M3 — глава или статья из книги
SN — 978-3-540-71917-5
SN — 978-3-642-09101-8
T3 — Springer Series по материаловедению
SP — 253
EP — 83
BT — Многофункциональные барьеры для гибкой структуры
A2 — Duquesne, Sophie
A2 — Maginez, Carole
A2 — Camino, Giovanni
PB — Springer
Cy -Heidelberg
9202 —. С., Демулин Б. Защита от электростатических и электромагнитных явлений. В Duquesne S, Maginez C, Camino G, редакторы, Многофункциональные барьеры для гибкой конструкции: текстиль, кожа и бумага. Гейдельберг: Спрингер. 2007. с. 63-83. (Серия Springer по материаловедению, том 9.7).
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 Трудности навигации
- 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
- 1.
- 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 Выгрузка
- 2.1.8.1 Последствия разряда
- 2.1.8.2 Возможные механизмы
- 2.2 Электромагнетизм в орхидее
- 2.2.1 Поворот замерзшего колеса
- 2.1 Электромагнетизм у лебедя
- 3 Источник
- 4 Общая информация
Влияние электромагнетизма на остров
Остров демонстрирует 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 по курсу 305 градусов, как проинструктировал Дэниел Фарадей, который следил за тем, чтобы 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 сбоя 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 земли, 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 затопленная 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.
Остров-невидимка
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 под действием магнитного поля, 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 нашла 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 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 пробурить прямо в 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 были втянуты 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 натуралистической 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 Swan, геологически невозможны, но могут быть созданы искусственно (за исключением сильных полей, наблюдаемых во время сбоев 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 уплотнения 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» (T — 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 срезающих сил, 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 «сбой системы», 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 9.2418 Выполнить , что устранило 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 никаких устойчивых эффектов за пределами Лебедя отмечено не было.
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 очень трудно объяснима. Если разряд рассматривать как случай, когда магнитное поле нарастает до огромной силы, а затем сжимается до нуля (или «нормальной») силы, «имплозия» может пониматься 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 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 ознакомительный 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 для исследования метрических уравнений 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.
Исследования, связывающие явления эластодинамики и электромагнитных волн
Венди Пламп, Принстонский университет
На этой схеме показан гетерогенный материал, одновременно избирательно блокирующий звуковые волны, но пропускающий свет или, в более общем смысле, электромагнитные волны. 1 кредитПредставьте себе успехи в прогнозном моделировании, если бы вы могли делать выводы о том, как свет усиливает цвета в оперении птиц, исходя из того, как сейсмические волны распространяются через горные системы.
Это немного преувеличение, которое, тем не менее, предполагает «прекрасную» полезность новых математических формул, разработанных профессором химии Принстона Сальваторе Торквато и аспирантом шестого курса факультета физики Джеуком Кимом, поскольку они способствуют нашему пониманию того, как различные типы волны ведут себя внутри материалов.
Торквато, профессор естественных наук Льюиса Бернарда и директор группы теории сложных материалов, опубликовал исследование на этой неделе в Труды Национальной академии наук ( PNAS ), связывающие волновые явления, которые ранее никогда не были связаны. Впервые в исследовании используется единый подход, объединяющий поведение эластодинамических (звуковых) волн с поведением электромагнитных (световых) волн при их распространении через гетерогенные или составные материалы.
Торквато и Ким также продемонстрировали, что то, как эти волны проходят через гетерогенный материал, в свою очередь, определяет характеристики самой микроструктуры материала. Микроструктура — пространственное расположение различных материалов, из которых состоит гетерогенный материал, — влияет на способ распространения волн.
Это основная идея ультразвукового сканирования или сонографии, которая создает изображения структур вашего тела.
Однородная система состоит из одного материала. Гетерогенная или составная система представляет собой смесь. Но смесь этих отдельных материалов, называемая фазами, не сочетается равномерно; они обитают в разных областях внутри этой системы. Световые и звуковые волны проходят через данный композит и, встречаясь с разными фазами с разными физическими свойствами, ведут себя по-разному, рассеиваются и интерферируют. Из-за возникающей интерференции скорости волн меняются, и волны могут затухать или терять энергию.
Формулы, разработанные в ходе этого исследования, позволят ученым предсказать, как волны действуют в этих сложных системах, без необходимости решать два набора дифференциальных уравнений, которые управляют световыми и звуковыми волнами соответственно. Они могут оценить эффективную скорость волн и степень затухания, или скорость, с которой волны затухают в материале, для более широкого диапазона длин волн, чем тот, на котором работали предыдущие теории.
«То, что мы предсказываем, — это эффективное поведение этой волны через сложную систему», — сказал Торквато, химик-теоретик. «И оказывается, что эффективные свойства как электромагнитных, так и эластодинамических волн будут зависеть от длин волн, связанных с этими конкретными волнами».0005
«Световые волны, например, описываются дифференциальными уравнениями Максвелла для электромагнитных волн. Звуковые волны описываются другим набором дифференциальных уравнений. Так что обычно, когда вы работаете над волновыми явлениями, у вас есть эти два сообщества, которые обычно не не разговаривайте друг с другом», — добавил Торквато. «То, что мы сделали, и это выходит за рамки стандартного, — это создали формулу, которая позволяет нам решать каждую проблему единым образом.
«Затем мы объединили формулы, чтобы показать, реакция материала на электромагнитную волну, я могу рассказать вам кое-что о реакции того же материала на звуковые волны. Итак, теперь у вас есть эти прогностические формулы, которые можно применять, чтобы вам не приходилось постоянно проверять теорию с помощью полномасштабного компьютерного моделирования каждый раз, когда вы меняете параметры. Вы можете получить доступ и предсказать явления, которые люди даже не могли себе представить раньше» 9.0005
Исследовательские центры сосредоточены на гетерогенных системах, потому что эти системы идеально подходят для достижения нескольких типов желаемых свойств, называемых многофункциональностью, что означает, что лучшие свойства композитов могут быть объединены для демонстрации конкретных реакций на различные типы волн. Затем материалы могут быть разработаны, например, для поглощения волн или обеспечения их передачи без затухания.
«Предыдущие многофункциональные конструкции в основном были сосредоточены на статическом переносе и упругих свойствах, потому что традиционные теории не были точными в предсказании волновых явлений», — сказал Ким. «Таким образом, наша теория поможет рациональному дизайну многофункциональных композитов с желаемыми волновыми характеристиками».
Направляясь к будущему применению, эти формулы могут позволить разработать новые многофункциональные материалы, которые проявляют особую реакцию на волны, прокладывая путь к инженерным сверходнородным материалам с экзотическими эффективными свойствами. В один прекрасный день они могут позволить разработать многофункциональные композиты, которые могут включать структурные компоненты для космических аппаратов, требующие высокой жесткости и поглощения электромагнитных волн, или радиаторы для центральных процессоров (ЦП) и других электрических устройств, которые могут одновременно подавлять механические вибрации.
«Эта работа была успешной благодаря проницательности профессора Торквато в работе с разными дисциплинами. Было интересно объединить знания двух разных сообществ — оптики и акустики — для проведения этого исследования», — сказал Ким.
Узнать больше
Магнитоакустические волны: на пути к новой парадигме встроенной связи
Дополнительная информация: Джэук Ким и др. , Многофункциональные композиты для распространения упругих и электромагнитных волн, Proceedings of the National Academy of Sciences (2020). DOI: 10.1073/pnas.16117
Информация журнала: Труды Национальной академии наук
Предоставлено Университет Принстон
Цитата : Исследования связывают явления эластодинамики и электромагнитных волн (10 апреля 2020 г.) получено 28 сентября 2022 г. с https://phys.org/news/2020-04-links-elastodynamic-electromagnetic-phenomena.html
Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
Электромагнитное излучение и квантовые явления: свойства
Электромагнитное излучение и квантовые явления: свойстваВыберите язык
Предлагаемые языки для вас:
Европа
английский (DE) английский (Великобритания)
StudySmarter — универсальное учебное приложение.
4.8 • Рейтинг +11k
Более 3 миллионов загрузок
Бесплатно
Сохранять
Распечатать
Редактировать
Электромагнитное излучение и квантовые явления
СОДЕРЖАНИЕ :
ОГЛАВЛЕНИЕ
Электромагнитное излучение несет энергию, которую оно отдает частицам, например электронам, таким образом 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 фотоэффекта
Связь между излучением как носителем энергии и частицами была открыта 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 разницу в напряжении. 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 образование 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 излучению 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, высвобождаемая 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.
Часто задаваемые вопросы об электромагнитном излучении и квантовых явлениях
Квантовая теория излучения утверждает, что электромагнитное излучение состоит из небольших фиксированных количеств энергии. Каждое значение излучения содержит кратное этому количеству, где n — целое число.
Квантовая природа электромагнитного излучения демонстрируется фотонами, производящими электромагнитное излучение. Фотоны имеют дискретные значения энергии, то есть они квантуются. Это, в свою очередь, означает, что электромагнитное излучение также квантуется.
Не напрямую. Электромагнитные поля создаются заряженными частицами. Электрические поля создаются силой заряженных частиц, которая ощущается только другими электрически заряженными частицами. Когда эти частицы движутся, они также создают магнитное поле, которое влияет только на другие магнитные поля или заряженные частицы.
Так как энергия частиц квантуется, значения поля также имеют квантованную природу.
Final Электромагнитное излучение и квантовые явления Викторина
Вопрос
Если у вас есть две заряженные пластины с небольшим зазором и разностью потенциалов между ними, есть ли у вас разность потенциалов?
Показать ответ
Ответ
Да.
Показать вопрос
Вопрос
Если увеличить разность потенциалов между двумя металлическими пластинами, разделенными небольшим зазором, что произойдет, когда разность станет достаточно большой?
Показать ответ
Ответить
Заряды начнут прыгать с одной пластины на другую.
Показать вопрос
Вопрос
Эксперименты, проведенные Генрихом Герцем, показали, что УФ-излучение воздействует на частицы, перескакивающие с одной пластины на другую. Какой эффект открыл Герц?
Показать ответ
Ответ
Герц обнаружил, что частицы легче подпрыгивают, вызывая электрическую искру.
Показать вопрос
Вопрос
Назовите других физиков, помимо Генриха Герца, чьи эксперименты помогли нам понять природу взаимодействия между светом и частицами.
Показать ответ
Ответ
Филипп Ленард, Дж. Дж. Томсон и Роберт Милликен.
Показать вопрос
Вопрос
Что произошло при изменении интенсивности света?
Показать ответ
Ответ
Частицы не так легко прыгали.
Показать вопрос
Вопрос
Что, как было обнаружено, влияет на скорость частиц, прыгающих с одной пластины на другую в опытах, проведенных Герцем, Ленардом и другими?
Показать ответ
Ответ
Тип используемого света.
Показать вопрос
Вопрос
Какой тип света использовался для облегчения прыжка зарядов с одной пластины на другую?
Показать ответ
Ответ
Ультрафиолетовый свет.
Показать вопрос
Вопрос
Согласно наблюдаемым эффектам, на частицы воздействовала не яркость света, а другое свойство света. Что это было за имущество?
Показать ответ
Ответ
Частота.
Показать вопрос
Вопрос
Чьи исследования помогли разработать теорию электромагнитных явлений и излучения?
Показать ответ
Ответ
Исследование, проведенное Альбертом Эйнштейном и Максом Планком.
Показать вопрос
Вопрос
Какая ключевая идея была у Альберта Эйнштейна?
Показать ответ
Ответ
Дело в том, что частицы света, сталкиваясь с ними, вели себя как частицы. Он дает воздействующим на него частицам фиксированное количество энергии, которое зависит от частоты света и постоянной Планка.
Показать вопрос
Вопрос
Как была рассчитана постоянная Планка из экспериментов Милликена?
Показать ответ
Ответ
Он был получен путем расчета наклона данных.
Показать вопрос
Вопрос
Как еще называется частица света?
Показать ответ
Ответ
Фотон.
Показать вопрос
Вопрос
Как называется эффект испускания заряженных частиц фотонами?
Показать ответ
Ответ
Фотоэффект.
Показать вопрос
Вопрос
Что означает термин «кванты»?
Показать ответ
Ответ
Количество.
Показать вопрос
Вопрос
Увеличивают ли более высокие частоты света скорость заряженных частиц после их вылета из атома?
Показать ответ
Ответ
Да.
Показать вопрос
Вопрос
Назовите ученого, проводившего эксперимент с двумя щелями.
Показать ответ
Ответ
Томас Янг.
Показать вопрос
Вопрос
Что говорит концепция корпускулярно-волнового дуализма?
Показать ответ
Ответ
В нем говорится, что свет и атомарные частицы могут вести себя и как частицы, и как волны.
Показать вопрос
Вопрос
Что такое «длина волны де Бройля»?
Показать ответ
Ответ
Это длина волны, связанная с частицами.
Показать вопрос
Вопрос
Как называются эксперименты, которые помогли открыть корпускулярно-волновой дуализм для электронов?
Показать ответ
Ответ
Дифракционные эксперименты.
Показать вопрос
Вопрос
Что такое корпускулярная теория?
Показать ответ
Ответ
Это теория, согласно которой свет состоит из маленьких частиц, путешествующих в пространстве.
Показать вопрос
Вопрос
Согласно корпускулярной теории, через какую среду распространяется свет?
Показать ответ
Ответ
Эфир.
Показать вопрос
Вопрос
Назовите два эффекта, которые не могла объяснить корпускулярная теория?
Показать ответ
Ответ
Почему свет преломляется и почему он движется медленнее в воде.
Показать вопрос
Вопрос
Фотоны ведут себя как частицы или как волны?
Показать ответ
Ответ
Фотоны могут вести себя как частицы и волны.
Показать вопрос
Вопрос
Какой эффект, наблюдаемый Томасом Янгом, заставил его понять, что свет ведет себя как волна?
Показать ответ
Ответ
Интерференционная картина.
Показать вопрос
Вопрос
Назовите трех ученых, проводивших дифракционные эксперименты.
Показать ответ
Ответ
Клинтон Дэвиссон, Пэджет Томсон и Лестер Гермер.
Показать вопрос
Вопрос
Когда во время дифракционного эксперимента электроны ударялись о кристалл, они просто рассеивались или представляли собой волновую дифракционную картину?
Показать ответ
Ответ
Они представили картину дифракции волны.
Показать вопрос
Вопрос
Длина волны де Бройля обратно пропорциональна какому свойству частицы?
Показать ответ
Ответ
Его импульс.
Показать вопрос
Вопрос
Если длина волны де Бройля обратно пропорциональна ее импульсу, она также будет обратно пропорциональна двум другим свойствам частицы. Назовите эти свойства.
Показать ответ
Ответ
Скорость и масса.
Показать вопрос
Вопрос
Назовите три процесса, которые могут происходить при столкновении электрона с атомом.
Показать ответ
Ответ
Ионизация, возбуждение и бета-распад.
Показать вопрос
Вопрос
Что такое ионизация?
Показать ответ
Ответ
Ионизация происходит, когда электрон или фотон, сталкиваясь с атомом, имеют достаточную энергию, чтобы удалить электрон из атома. Этот процесс также происходит, когда атом получает электрон.
Показать вопрос
Вопрос
Что происходит в процессе возбуждения?
Показать ответ
Ответ
Электрон или фотон передает энергию электрону в атоме, заставляя его перейти на новую орбиту с более высокой энергией.
Показать вопрос
Вопрос
Что происходит во время бета плюс распада?
Показать ответ
Ответ
Протон превращается в нейтрон.
Показать вопрос
Вопрос
Что такое основное состояние?
Показать ответ
Ответ
Это энергетическое состояние электрона, которое не возбуждено.
Показать вопрос
Вопрос
Как электрон может перейти на верхний, возбужденный уровень?
Показать ответ
Ответ
Получая энергию.
Показать вопрос
Вопрос
Откуда электрон получает энергию для перехода на новую орбиту?
Показать ответ
Ответ
От электрона или фотона, сталкивающегося с атомом.
Показать вопрос
Вопрос
Остается ли электрон на возбужденном уровне после получения энергии?
Показать ответ
Ответ
Нет, атом будет искать устойчивое состояние, высвобождая лишнюю энергию и возвращая электрон в исходное положение.
Показать вопрос
Вопрос
Что происходит, когда электрон возвращается на свой основной уровень?
Показать ответ
Ответ
Высвобождает избыточную энергию в виде фотона.
Показать вопрос
Вопрос
Без проведения каких-либо расчетов, если электрон передает энергию атому водорода, заставляя электрон прыгать с E0 на E3, сколько энергии получает электрон в атоме?
Показать ответ
Ответ
Он получает энергию, равную разнице между двумя энергетическими уровнями.
Показать вопрос
Вопрос
Если фотон воздействует на водородный электрон в его основном состоянии и переводит его в n=2 или первое возбужденное состояние, сколько энергии было получено? Чтобы ответить на этот вопрос, следует обратиться к таблице в пояснении.
Показать ответ
Ответ
Получает 13,6-3,4эВ или 10,2эВ.
Показать вопрос
Вопрос
Если электрон водорода переходит из возбужденного состояния n=3 в основное состояние n=1, сколько энергии излучается фотоном? Чтобы ответить на этот вопрос, следует обратиться к таблице в пояснении.
Показать ответ
Ответ
12,1 [эВ].
Показать вопрос
Вопрос
Что такое фотоэффект?
Показать ответ
Ответ
Это испускание электронов после того, как высокочастотный свет воздействует на металлическую пластину.
Показать вопрос
Вопрос
Кто впервые наблюдал фотоэффект?
Показать ответ
Ответ
Генрих Герц.
Показать вопрос
Вопрос
Назовите двух ученых, которые способствовали объяснению теории фотоэффекта?
Показать ответ
Ответ
Альберт Эйнштейн и Макс Планк.
Показать вопрос
Вопрос
Что такое работа выхода?
Показать ответ
Ответ
Это минимальная энергия, необходимая для высвобождения электрона высокочастотным фотоном.
Показать вопрос
Вопрос
Какой свет использовал Герц в своих экспериментах?
Показать ответ
Ответ
Ультрафиолетовый свет.
Показать вопрос
Вопрос
Зависит ли энергия света от яркости?
Показать ответ
Ответ
Нет.
Показать вопрос
Вопрос
Какое свойство света легче выбрасывать электроны?
Показать ответ
Ответ
Частота.
Показать вопрос
Вопрос
Зависит ли энергия света от его частоты?
Показать ответ
Ответ
Да.
Показать вопрос
Вопрос
Энергия фотона равна произведению постоянной и переменной. Можете ли вы назвать их?
Показать ответ
Ответ
Постоянная Планка и частота фотонов.
Показать вопрос
Вопрос
Энергия фотона, высвобождающего электрон, делится на две части. Одна часть, работа выхода, удаляет электрон из металла? Что происходит с остальной энергией?
Показать ответ
Ответ
Это становится кинетической энергией испущенного электрона.
Показать вопрос
Подробнее об электромагнитном излучении и квантовых явлениях
Откройте для себя подходящий контент для ваших предметов
Не нужно жульничать, если у вас есть все необходимое для успеха! Упаковано в одно приложение!
Учебный план
Будьте идеально подготовлены вовремя с индивидуальным планом.
Тесты
Проверьте свои знания с помощью игровых тестов.
Карточки
Создавайте и находите карточки в рекордно короткие сроки.
Заметки
Создавайте красивые заметки быстрее, чем когда-либо прежде.
Учебные наборы
Все учебные материалы в одном месте.
Документы
Загружайте неограниченное количество документов и сохраняйте их в Интернете.
Study Analytics
Определите сильные и слабые стороны вашего исследования.
Еженедельные цели
Ставьте индивидуальные учебные цели и зарабатывайте баллы за их достижение.
Умные напоминания
Хватит откладывать на потом наши напоминания об учебе.
Награды
Зарабатывайте очки, открывайте значки и повышайте уровень во время учебы.
Волшебный маркер
Создавайте карточки в заметках полностью автоматически.
Умное форматирование
Создавайте самые красивые учебные материалы, используя наши шаблоны.
