Site Loader

Содержание

ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ: МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УРОК ПРИРОДОВЕДЕНИЯ В 5 КЛАССЕ | План-конспект урока по биологии (5 класс) по теме:

                                                                                                                ВИНОГРАДОВА Л. А.
                                                                                                 учитель высшей категории
                                                                                                           ГОУ СОШ № 455


ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ: МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

УРОК ПРИРОДОВЕДЕНИЯ В   КЛАССЕ

Цель:

-сформировать у учащихся знания о магнитных электрических явлений
Задачи:
1.Образовательные:

—  актуализация знаний учащихся по повторению и закреплению материала о физических и химических явлениях;
2. Развивающие:

— содействовать развитию у учащихся умений выделять главное, структурировать информацию;

— способствовать развитию у детей умений общаться, монологической и диалогической речи;

3. Воспиталеные:

— содействовать развитию у учащихся коммуникативной культуры;

Оборудование:

Тип урока: комбинированный

 

ПЛАН РАБОТЫ:

  1. Организационный момент
  2. Контроль знаний

                             
1.Фронтальный вопрос:

— Какие явления природы существуют?

— Какие явления называются физическими?

— Приведите примеры физических явлений.
— Какая наука изучает природу физических явлений?

— Чем физические явления отличаются от химических?

 Работа в тетради по заданиям на доске:

  1. Какие признаки относятся к физическим, а какие химические?
  1.  Изменения состояния или формы веществ;
  2. Образование из одного вещества новых веществ;
  3. Образование новых веществ не происходит;
  4. Образуются новые веществ;

( Ответы:  Физические – 1;3; Химические  — 2;4; )

2. Выписать в два столбика примеры физических и химических явлений:

  1. Таяние снега;
  2. Горение спички;
  3. Кипение воды;
  4. Туман;
  5. Превращение алюминиевой проволоки из круглой в плоскую при ударе молотком;
  6. Плавание кита;
  7. Переваривание пищи в желудке;
  8. Свет лампы накаливания;

(Ответы: Физические – 1;3;4;5;6;8;  Химические – 2;7;)

Учащиеся обмениваются тетрадями и проводят взаимопроверку

3. Изучение нового материала
Учитель: На прошлом уроке мы начали с вами разговор о физических явлениях, их многообразии, угадайте их:

  1. Никто его не видывал,

А слышать всякий слыхивал,

Без тела, а живет оно,

Без языка – кричит. ( Эхо – звуковые явления)

  1. В белом бархате деревня – и заборы, и деревья.

А как ветер нападает, этот бархат опадает. (Туман – тепловые явления)

  1. Как называется прибор у меня в руках? (Компас и магнит)

Работа в тетради:

Физические явления, связанные с действием магнита на другие тела называют – магнитными.

Вопрос: Сформулируйте тему нашего урока.
ТЕМА УРОКА:  ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ: МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ.

Учитель: С устройством компаса мы познакомились на прошлом уроке, а сегодня нам необходимо на практике познакомиться с  магнитными и электрическими явлениями.
Учитель:

 Дневник исследования

Исследование темы

Что притянулось к магниту

Гвозди

+

Карандаш

Скрепки

+

Лист бумаги

Лист растения

Кнопка

+

Вывод: Магнит обладает свойством притягивает только железные тела. Особое магнитное поле.

  1. Сначала – блеск,

За блеском – треск,

За треском – плеск.

Что это? (Молния, дождь, гром)

Речь идет о грозе – физическом явлении природы, сопровождающимся вспышками молнии и раскатами грома.

Молния – это электрический искровой разряд между облаками и землей.

Гром – характерный звук, сопровождающий молнию.

Сообщение. Историческая справка.

Правила  поведения при приближении грозы:

  • Держись подальше от больших металлических предметов, проводов, телеграфных столбов;
  • Не купайся, не плавай на лодке, не езди на велосипеде;
  • Не становись в лесу под высокое дерево, а на открытой местности – под одинокое дерево;
  • Не прислоняйся в мокрой одежде к дереву, даже если оно ниже других деревьев;
  • Не мойся под душем, выключи радиоприемник, телевизор, компьютер;

Сообщение.  Что такое янтарь?

 Янтарь – электрон

Электрические явления – это явления, в которых участвуют наэлектризованные тела, обладающие (силой) способностью воздействовать на другие тела.

В дальнейшем установили, что стекло, пластмассы, смолы и многие другие вещества при трении электризуются. Натертые шелком или сукном, они притягивают пушинки, мелкие кусочки бумаги.

Докажем этот факт.

Заменим янтарь – пластмассовой расческой, а мех – своими волосами.

ОПЫТ № 1: Ученик расческой проводит по волосам.

Вывод: При трении некоторые тела электризуются, т.е. в них возникают электрические заряды «+» или «-».

ОПЫТ № 2: На местах взять полиэтиленовый пакет, сильно пригладить рукой, затем развести. Что получилось? Объяснить?

 

Д/З.   $15  стр. 58 объяснить результаты опытов № 2, № 3.

Закрепление

  1. Какие явления природы мы сегодня изучили?
  2. Могут ли в живых организмах происходить электрические явления?

(электрический скат, проведение нервных импульсов, зимой синтетический свитер, снимая дает искры).

Электромагнитные явление природы примеры

Магнитные явления в природе происходящие на нашей земле и вокруг нас

Приветствую вас дорогие читатели. Много тайн в себе скрывает природа. Одним тайнам человеку удалось найти объяснения, а другим нет. Магнитные явления в природе происходят на нашей земле и вокруг нас, а мы их порой попросту не замечаем.

Одно из таких явлений можно увидеть, взяв в руки магнит и направив его на металлический гвоздь или булавку. Увидеть, как они притянутся друг к другу.

Многие из нас еще помнят со школьного курса физики опыты с этим предметом, обладающим магнитным полем.

Надеюсь, вы вспомнили, что такое магнитные явления? Конечно — это способность притягивать к себе другие металлические предметы, имея магнитное поле.

Рассмотрим магнитную железную руду, из которой и делают магнит. Такие магниты наверняка есть у каждого из вас, в виде украшения на дверце холодильника.

Вам наверно будет интересно узнать, а какие бывают еще магнитные природные явления? Из школьных уроков по физике мы знаем, что поля бывают магнитные и электромагнитные.

История магнита и примеры его использования

Да будет вам известно, что магнитный железняк в живой природе был известен еще до нашей эры. В это время и был создан компас, который китайский император использовал во время своих многочисленных походов и просто морских прогулок.

Переводится с китайского языка слово магнит как любящий камень. Удивительный перевод, не правда ли?

Христофор Колумб, использующий магнитный компас в своих путешествиях, заметил, что географические координаты влияют на отклонение стрелки в компасе. Впоследствии, этот результат наблюдения привел ученых к выводу, что и на земле имеются магнитные поля.

Влияние магнитного поля в живой и неживой природе

  • Черепахи
  • Морские моллюски
  • Лососевые рыбы
  • Саламандры
  • и многие другие животные.

Ученые выяснили, что в теле живых организмом есть специальные рецепторы, а так же частицы магнетита, которые помогают чувствовать магнитные и электромагнитные поля.

Но как именно любое живое существо, живущее в дикой природе, находит нужный ориентир, однозначно не могут ответить ученые.

Магнитные бури и их влияние на человека

Мы уже знаем о магнитных полях нашей земли. Они защищают нас от воздействия заряженных микрочастиц, которые долетают до нас с Солнца. Магнитная буря это не что иное – это внезапное изменение защищающего нас электромагнитного поля земли.

Не замечали, как у вас иногда внезапная резкая боль стреляет в головной висок и тут же появляется сильнейшая головная боль? Все эти болезненные симптомы, происходящие в организме человека, указывают на наличие этого природного явления.

Это магнитное явление может продолжаться от часа до 12 часов, а может быть и кратковременным. И как подмечено врачами, в большей степени этим страдают уже немолодые люди с сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Подмечено, что в продолжительную магнитную бурю увеличивается количество инфарктов. Есть ряд ученых, которые отслеживают появление магнитных бурь.

Так что дорогие мои читатели иногда стоит узнавать об их появлении и стараться предотвратить по возможности их ужасные последствия.

Магнитные аномалии в России

Ученые и в наши с вами дни не могут дать объяснения огромным скоплениям железной руды в Курской магнитной аномалии.

Из учебников по географии мы с вами знаем, что добыча всей железной руды ведется в горных областях. А как образовались залежи железной руды на равнине — неизвестно.

Бразильская магнитная аномалия

У океанского побережья Бразилии на высоте более 1000 километров основная часть приборов у пролетающих над этим местом летательных аппаратов – самолетов и даже спутников приостанавливает свою работу.

Представьте себе оранжевый апельсин. Его кожура защищает мякоть, так и магнитное поле земли с защитным слоем атмосферы защищает нашу планету от вредного воздействия из космоса. А Бразильская аномалия похожа на вмятину в этой кожуре.

Надеюсь, вам понравился мой краткий обзор магнитных явлений в природе. А может быть, и вы их уже наблюдали или же ощущали их действие на себе. Напишите об этом в ваших комментариях, мне будет интересно об этом прочесть. А на сегодня это все. Разрешите с вами попрощаться и до новых встреч.

Предлагаю Вам подписаться на обновления блога. А также вы можете поставить свою оценку статье по 10 системе, отметив ее определенным количеством звездочек. Приходите ко мне в гости и приводите друзей, ведь этот сайт создан специально для вас. Я уверена, что вы обязательно найдете здесь много полезной и интересной информации.

Источник



Магнитные явления. Магнитные явления в природе

Магнитное взаимодействие объектов – одно из фундаментальных процессов, которые руководят всем во Вселенной. Видимые его проявления – это магнитные явления. Среди них можно назвать северное сияние, притяжение магнитов, магнитные бури и т. д. Как они возникают? Чем характеризуются?

Магнетизм

Магнитные явления и свойства в совокупности называют магнетизмом. Об их существовании было известно очень давно. Предполагается, что уже четыре тысячи лет назад китайцы использовали эти знания для создания компаса и навигации в морских походах. Проводить опыты и серьезно изучать физическое магнитное явление начали только в XIX веке. Одним из первых исследователей в этой области считается Ханс Эрстед.

Магнитные явления могут происходить как в Космосе, так и на Земле, и проявляются только в пределах магнитных полей. Такие поля возникают от электрических зарядов. Когда заряды неподвижны, вокруг них образуется электрическое поле. Когда они движутся — магнитное поле.

То есть явление магнитного поля возникает с появлением электрического тока или переменного электрического поля. Это область пространства, внутри которой действует сила, влияющая на магниты и магнитные проводники. Она имеет свое направление и уменьшается по мере отдаления от своего источника – проводника.

Магниты

Тело, вокруг которого образуется магнитное поле, называется магнитом. Самым маленьким из них является электрон. Притяжение магнитов – самое известное физическое магнитное явление: если приложить два магнита друг к другу, то они либо притянуться, либо оттолкнуться. Все дело в их положении относительно друг друга. Каждый магнит имеет два полюса: северный и южный.

Одноименные полюса отталкиваются, а разноименные, наоборот, притягиваются. Если разрезать его надвое, то северный и южный полюса не разделятся. В результате, мы получим два магнита, на каждом из которых также будет по два полюса.

Существует ряд материалов, которые обладают магнитными свойствами. К ним относятся железо, кобальт, никель, сталь и т.д. Среди них есть и жидкости, сплавы, химические соединения. Если магнетики подержать возле магнита, то они и сами им станут.

Такие вещества, как чистое железо, легко приобретают подобное свойство, но и быстро с ним прощаются. Другие (например, сталь) намагничиваются дольше, но удерживают эффект длительное время.

Намагничивание

Выше мы установили, что магнитное поле возникает при движении заряженных частиц. Но о каком движении может идти речь, например, в куске железа, висящем на холодильнике? Все вещества состоят из атомов, в которых и находятся движущиеся частицы.

Каждый атом обладает своим магнитным полем. Но, в одних материалах эти поля направлены хаотично в различные стороны. Из-за этого, вокруг них не создается одного большого поля. Такие вещества не способны намагничиваться.

В других материалах (железе, кобальте, никеле, стали) атомы способны выстраиваться так, что все они будут направлены одинаково. В результате, вокруг них формируется общее магнитное поле и тело намагнитится.

Получается, намагничивание тела — это упорядочивание полей его атомов. Чтобы нарушить этот порядок достаточно сильно ударить по нему, например, молотком. Поля атомов начнут хаотичное движение и утратят магнитные свойства. Тоже произойдет, если материал нагреть.

Магнитная индукция

Магнитные явления связаны с движущимися зарядами. Так, вокруг проводника с электрическим током непременно возникает магнитное поле. Но может ли быть наоборот? Этим вопросом однажды задался английский физик Майкл Фарадей и открыл явление магнитной индукции.

Он заключил, что постоянное поле не может вызвать электрический ток, а переменное – может. Ток возникает в замкнутом контуре магнитного поля и называется индукционным. Электродвижущая сила при этом будет изменяться пропорционально изменению скорости поля, которое пронизывает контур.

Открытие Фарадея было настоящим прорывом и принесло немалую пользу производителям электротехники. Благодаря ему, стало возможным получать ток из механической энергии. Закон, выведенный ученым, применялся и применяется в устройстве электродвигателей, различных генераторов, трансформаторов и т.д.

Магнитное поле Земли

У Юпитера, Нептуна, Сатурна и Урана есть магнитное поле. Наша планета – не исключение. В обычной жизни мы практически не замечаем его. Оно не осязаемо, не имеет вкуса или запаха. Зато именно с ним связаны магнитные явления в природе. Такие, как полярное сияние, магнитные бури или магниторецепция у животных.

По сути, Земля является огромным, но не очень сильным магнитом, который имеет два полюса, не совпадающие с географическими. Магнитные линии выходят из Южного полюса планеты и входят в Северный. Это означает, что на самом деле Южный полюс Земли является северным полюсом магнита (поэтому на Западе синим цветом обозначается южный полюс – S, а красным обозначают северный полюс – N).

Магнитное поле распространяется на сотни километров от поверхности планеты. Оно служит невидимым куполом, который отражает мощное галактическое и солнечное излучение. Во время столкновения частиц радиации с оболочкой Земли и образуются многие магнитные явления. Давайте рассмотрим самые известные из них.

Магнитные бури

На нашу планету сильное влияние оказывает Солнце. Оно не только дает нам тепло и свет, но и провоцирует такие неприятные магнитные явления, как бури. Их появление связано с повышением солнечной активностью и процессами, которые происходят внутри этой звезды.

Земля постоянно испытывает влияние потока ионизированных частиц с Солнца. Они движутся со скоростью 300-1200 км/с и характеризуются как солнечный ветер. Но время от времени на звезде происходят внезапные выбросы огромного количества этих частиц. Они действуют на земную оболочку как толчки и заставляют магнитное поле колебаться.

Источник

Электромагнитные явление природы примеры

Электромагнитные явления начал изучать ученый Фарадей. Невзирая на длительный период их изучения, взаимодействие электролитов с электромагнитным полем начали изучать лишь недавно. Такой интерес к данным понятиям был вызван учеными астрофизиками. На протяжении достаточно долгого времени ученые предполагают, что вся масса материи космоса представлена высокоионизированным газом, то есть плазмой. Благодаря исследованиям астрофизиков были получены многие сведения в сфере электромагнитной динамики.

Электромагнетизм в физике

Электромагнетизм играет очень важную роль в физике космоса, так как в нем есть масса магнитных полей, влияющих на перемещение зарядов. В определённых условиях электромагнетизм намного сильнее гравитации.
Первым примером использования электромагнетизма для перемещения информации на расстояние был телеграф, созданный в XIX веке. Суть телеграфии состоит в том, что любая информация, будь то цифры или буквы, передаётся посредством закодированных знаков.

За годы изучения электромагнитных явлений ученые выявили ряд определенных закономерностей, что их характеризуют. Данные закономерности отличаются от тех, которые характеризует механику. В электронике электромагнетизм описывается сложными взаимодействиями величин, которые описываются временем и координатами в пространстве. Исследуя сложные электронные приспособления, ученые сталкиваются с обширными описаниями.

Электромагнетизм рассматривался не автономно. В процессе исследований учёные пришли к тому, что он связан с механикой. Их комплексное изучение вылилось в теорию относительности, где четырехмерное пространство со временем было представлено как единое многообразие, а разделение времени и пространства было условным.

Основной особенностью электромагнитных явлений является изменение параметров образцов, начиная от полностью ферромагнитных и заканчивая вовсе немагнитными.

Электромагнитные явления изучались достаточно длительный период. Для формирования верного материалистического понимания данных процессов, стоит опираться на отечественную литературу по физике. При изучении электромагнетизма стало понятным, что пространство, окружающее проводник с электрическим током, представлено магнитным полем. То есть, там, где имеет место электрический ток, непременно будет существовать магнитное поле.

Электромагнитная теория начала развиваться благодаря таким ученым, как Фарадей и Максвелл. Они вывели основополагающие понятия данной теории. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, на основании которой Максвелл сформулировал теорию электромагнитного поля.

Он проводил опыты с магнитной стрелкой, помещённой возле заряженного проводника, в результате которых сделал вывод, что на магнитную стрелку действует особое состояние окружающей среды, но не конкретно перемещаемые по проводнику заряды. После чего было введено понятие магнитного поля, представленного совокупностью магнитных линий, пронизывающих окружающее пространство и способных индуцировать электрический ток.

Теория электромагнитного поля Максвелла о том, что изменяющееся магнитное поле способствует формированию вихревого электрического поля как в проводниках, так и в вакууме. Данная теория открыла новый этап в развитии физики. Согласно ей весь мир представляет собой электродинамическую систему, состоящую из зарядов, взаимодействующих между собой посредством электромагнитного поля.

При относительном движении электрических зарядов генерируется магнитная сила. Соединение магнитной и электрической сил представляет собой электромагнитную силу. Электрические силы имеют место как при движущихся, так и при покоящихся зарядах, в то время, как магнитные силы имеют место только при перемещении зарядов.

Поведение зарядов и электромагнитных сил Максвелл описал в своих четырех уравнениях, которые впоследствии стали основными уравнениями классической электродинамики.

Данные уравнения также стали основой закона Кулона, аналогичного закону всемирного тяготения Ньютона, и выглядит следующим образом:

Для сравнения, закон всемирного тяготения Ньютона имеет следующий вид:

Согласно закону Кулона справедливы такие положения:

  • у магнитных силовых линий нет ни начала, ни конца, они являются непрерывными;
  • магнитные заряды – это понятие условное, на самом деле их нет;
  • электрическое поле создается электрическими зарядами и переменным магнитным полем;
  • магнитное поле может быть сформировано как переменным электрическим полем, так электрическим током.

С открытием электромагнетизма было полностью изменено представление о материи.

Главные понятия и формулы электромагнитных явлений

Определение 1 Электрическим зарядом есть величина, характеризующая свойство частичек взаимодействовать электромагнитным путём.

Различают положительные и отрицательные электрические заряды. Положительными есть протоны, а отрицательными – электроны.

Как известно, ядро атома состоит из нейтронов и протонов, а вокруг него вращаются электроны. Атом может превращаться в ион, если он отдает либо принимает один или несколько электронов.

Определение 2 Электризацией называется процесс приобретения заряда посредством взаимодействия с микроскопическим телом.

Различают два варианта электризации: посредством трения или воздействия.

Определение 3 Электрическим полем является форма материи, что существует в зоне действия заряженных частичек или тел, а также действующая на иные заряженные частички.

К основным законам электростатики относятся:

  • Закон Кулона для недвижимых зарядов:
  • Закон сохранения заряда в замкнутой системе:

Определение 4 Электрическим током является упорядоченное движение заряженных частичек.

Электрический ток может существовать при наличии некоторых условий:

  • свободных заряженных частиц;
  • электрического поля.

Электрическое поле может проявлять тепловое, магнитное, химическое и световое действие.

Электрическое поле формируют источники тока, работа которых основана на разделении зарядов. Это происходит посредством трансформации других видов энергии в энергию электрического поля.

Электроцепь характеризуется следующими параметрами:

Запишем закон Ома для участка электроцепи:

Различают два типа подключения элементов электрических цепей: параллельное и последовательное. При последовательном соединении справедливы такие выражения:
\( I=I_1=I_2=⋯=I_n; \\ U=U_1+U_2+⋯+U_n;\\ R=R_1+R_2+⋯+R_n.\)

При параллельном соединении элементов справедливы такие выражения:
\( I=I_1+I_2+⋯+I_n;\\ U=U_1=U_2=⋯=U_n;\\ =++⋯+.\)

Работа электрического тока рассчитывается по такой формуле:
\(A=Ult\).

Мощность электротока определяется таким образом:
\(P=IU. 2 Rt.\)

Электрический ток можно наблюдать в разных средах:

  • в металлических телах происходит упорядоченное перемещение свободных электронов;
  • в жидких средах осуществляется упорядоченное перемещение свободных ионов, образующихся при электролитической диссоциации согласно закону электролиза:
  • в газовых средах осуществляется упорядоченное перемещение ионов и электронов, образующихся при ионизации.
  • в полупроводниковых элементах происходит упорядоченное перемещение свободных электронов и дыр.

Определение 5 Магнитным полем является особая форма материи, которая образуется вокруг перемещающихся зарядов, и воздействует на заряды, перемещающиеся в данном поле.

Линиями магнитного поля являются условные линии, по которым становятся оси магнитных стрелок, помещаемые в магнитное поле.

Необычные факты, подтверждающие использование электромагнитного поля

Записи древних времен подтверждают, что император Нерон, страдающий ревматизмом, лечился электрованнами. Суть лечения состояла в том, что в деревянную кадку, заполненную водой, помещались электрические скаты. При погружении в эту ванну, на человека действовал электрический ток.

Интересным фактом есть создание электроняни в Швейцарии. Суть данного изобретения состояла в том, что под детскую пелёнку подкладывалась металлическая сетка с низковольтным источником тока и электрическим звоночком. Когда ребёнок мочил пелёнку, срабатывал звоночек, который оповещал мать о том, что нужно сменить пелёнку.

В морозных регионах есть проблема сливания нефтяных продуктов, так как их вязкость увеличивается при понижении температуры. Учеными была разработана технология электроиндукционного нагрева емкостей, позволяющая уменьшить энергетические затраты.Использование электромагнитного поля позволяет определять отпечатки пальцев того, кто брал в руки патрон. Это происходит таким образом: патрон в качестве электрода помещается в электрическое поле вакуума и на него напыляется металлическая пленка, на которой проявляются отпечатки пальцев, легко поддающиеся идентификации.

Источник

Электромагнитные явления — Физика

Электромагнитные явления начал изучать ученый Фарадей. Невзирая на длительный период их изучения, взаимодействие электролитов с электромагнитным полем начали изучать лишь недавно. Такой интерес к данным понятиям был вызван учеными астрофизиками. На протяжении достаточно долгого времени ученые предполагают, что вся масса материи космоса представлена высокоионизированным газом, то есть плазмой. Благодаря исследованиям астрофизиков были получены многие сведения в сфере электромагнитной динамики.

Электромагнетизм в физике

Электромагнетизм играет очень важную роль в физике космоса, так как в нем есть масса магнитных полей, влияющих на перемещение зарядов. В определённых условиях электромагнетизм намного сильнее гравитации.
Первым примером использования электромагнетизма для перемещения информации на расстояние был телеграф, созданный в XIX веке. Суть телеграфии состоит в том, что любая информация, будь то цифры или буквы, передаётся посредством закодированных знаков.

За годы изучения электромагнитных явлений ученые выявили ряд определенных закономерностей, что их характеризуют. Данные закономерности отличаются от тех, которые характеризует механику. В электронике электромагнетизм описывается сложными взаимодействиями величин, которые описываются временем и координатами в пространстве. Исследуя сложные электронные приспособления, ученые сталкиваются с обширными описаниями.

Электромагнетизм рассматривался не автономно. В процессе исследований учёные пришли к тому, что он связан с механикой. Их комплексное изучение вылилось в теорию относительности, где четырехмерное пространство со временем было представлено как единое многообразие, а разделение времени и пространства было условным.

Основной особенностью электромагнитных явлений является изменение параметров образцов, начиная от полностью ферромагнитных и заканчивая вовсе немагнитными.

Электромагнитные явления изучались достаточно длительный период. Для формирования верного материалистического понимания данных процессов, стоит опираться на отечественную литературу по физике. При изучении электромагнетизма стало понятным, что пространство, окружающее проводник с электрическим током, представлено магнитным полем. То есть, там, где имеет место электрический ток, непременно будет существовать магнитное поле.

Электромагнитная теория начала развиваться благодаря таким ученым, как Фарадей и Максвелл. Они вывели основополагающие понятия данной теории. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, на основании которой Максвелл сформулировал теорию электромагнитного поля.

Он проводил опыты с магнитной стрелкой, помещённой возле заряженного проводника, в результате которых сделал вывод, что на магнитную стрелку действует особое состояние окружающей среды, но не конкретно перемещаемые по проводнику заряды. После чего было введено понятие магнитного поля, представленного совокупностью магнитных линий, пронизывающих окружающее пространство и способных индуцировать электрический ток.

Теория электромагнитного поля Максвелла о том, что изменяющееся магнитное поле способствует формированию вихревого электрического поля как в проводниках, так и в вакууме. Данная теория открыла новый этап в развитии физики. Согласно ей весь мир представляет собой электродинамическую систему, состоящую из зарядов, взаимодействующих между собой посредством электромагнитного поля.

При относительном движении электрических зарядов генерируется магнитная сила. Соединение магнитной и электрической сил представляет собой электромагнитную силу. Электрические силы имеют место как при движущихся, так и при покоящихся зарядах, в то время, как магнитные силы имеют место только при перемещении зарядов.

Поведение зарядов и электромагнитных сил Максвелл описал в своих четырех уравнениях, которые впоследствии стали основными уравнениями классической электродинамики.

Данные уравнения также стали основой закона Кулона, аналогичного закону всемирного тяготения Ньютона, и выглядит следующим образом:

Для сравнения, закон всемирного тяготения Ньютона имеет следующий вид:

Согласно закону Кулона справедливы такие положения:

  • у магнитных силовых линий нет ни начала, ни конца, они являются непрерывными;
  • магнитные заряды – это понятие условное, на самом деле их нет;
  • электрическое поле создается электрическими зарядами и переменным магнитным полем;
  • магнитное поле может быть сформировано как переменным электрическим полем, так электрическим током.

С открытием электромагнетизма было полностью изменено представление о материи.

Главные понятия и формулы электромагнитных явлений

Определение 1 Электрическим зарядом есть величина, характеризующая свойство частичек взаимодействовать электромагнитным путём.

Различают положительные и отрицательные электрические заряды. Положительными есть протоны, а отрицательными – электроны.

Как известно, ядро атома состоит из нейтронов и протонов, а вокруг него вращаются электроны. Атом может превращаться в ион, если он отдает либо принимает один или несколько электронов.

Определение 2 Электризацией называется процесс приобретения заряда посредством взаимодействия с микроскопическим телом.

Различают два варианта электризации: посредством трения или воздействия.

Определение 3 Электрическим полем является форма материи, что существует в зоне действия заряженных частичек или тел, а также действующая на иные заряженные частички.

К основным законам электростатики относятся:

  • Закон Кулона для недвижимых зарядов:
  • Закон сохранения заряда в замкнутой системе:

Определение 4 Электрическим током является упорядоченное движение заряженных частичек.

Электрический ток может существовать при наличии некоторых условий:

  • свободных заряженных частиц;
  • электрического поля.

Электрическое поле может проявлять тепловое, магнитное, химическое и световое действие.

Электрическое поле формируют источники тока, работа которых основана на разделении зарядов. Это происходит посредством трансформации других видов энергии в энергию электрического поля.

Электроцепь характеризуется следующими параметрами:

Запишем закон Ома для участка электроцепи:

Различают два типа подключения элементов электрических цепей: параллельное и последовательное. При последовательном соединении справедливы такие выражения:
\( I=I_1=I_2=⋯=I_n; \\ U=U_1+U_2+⋯+U_n;\\ R=R_1+R_2+⋯+R_n.\)

При параллельном соединении элементов справедливы такие выражения:
\( I=I_1+I_2+⋯+I_n;\\ U=U_1=U_2=⋯=U_n;\\ =++⋯+.\)

Работа электрического тока рассчитывается по такой формуле:
\(A=Ult\).

Мощность электротока определяется таким образом:
\(P=IU. 2 Rt.\)

Электрический ток можно наблюдать в разных средах:

  • в металлических телах происходит упорядоченное перемещение свободных электронов;
  • в жидких средах осуществляется упорядоченное перемещение свободных ионов, образующихся при электролитической диссоциации согласно закону электролиза:
  • в газовых средах осуществляется упорядоченное перемещение ионов и электронов, образующихся при ионизации.
  • в полупроводниковых элементах происходит упорядоченное перемещение свободных электронов и дыр.

Определение 5 Магнитным полем является особая форма материи, которая образуется вокруг перемещающихся зарядов, и воздействует на заряды, перемещающиеся в данном поле.

Линиями магнитного поля являются условные линии, по которым становятся оси магнитных стрелок, помещаемые в магнитное поле.

Необычные факты, подтверждающие использование электромагнитного поля

Записи древних времен подтверждают, что император Нерон, страдающий ревматизмом, лечился электрованнами. Суть лечения состояла в том, что в деревянную кадку, заполненную водой, помещались электрические скаты. При погружении в эту ванну, на человека действовал электрический ток.

Интересным фактом есть создание электроняни в Швейцарии. Суть данного изобретения состояла в том, что под детскую пелёнку подкладывалась металлическая сетка с низковольтным источником тока и электрическим звоночком. Когда ребёнок мочил пелёнку, срабатывал звоночек, который оповещал мать о том, что нужно сменить пелёнку.

В морозных регионах есть проблема сливания нефтяных продуктов, так как их вязкость увеличивается при понижении температуры. Учеными была разработана технология электроиндукционного нагрева емкостей, позволяющая уменьшить энергетические затраты.Использование электромагнитного поля позволяет определять отпечатки пальцев того, кто брал в руки патрон. Это происходит таким образом: патрон в качестве электрода помещается в электрическое поле вакуума и на него напыляется металлическая пленка, на которой проявляются отпечатки пальцев, легко поддающиеся идентификации.

Источник

Презентация к уроку на тему: «Многообразие явлений природы»

Физика — наука, изучающая физические явления, которые происходят с физическими телами

   Звуковые явления — это явления, связанные с издаванием звуков

    Электрические явления — это явления, возникающие при появлении, существовании, движении и взаимодействии электрических зарядов (электрический ток, молния).
    Магнитные явления — это явления, связанные с возникновением у физических тел магнитных свойств (притяжение магнитом железных предметов, поворот стрелки компаса на север).

      Тепловые явления — это явления, связанные с нагреванием и охлаждением физических тел (кипение чайника, образование тумана, превращение воды в лед).

Механические явления – это явления, связанные с движением и перемещением различных тел, как живых, так и неживых. К ним относится и рост травы, и движение луны по небосводу.

      Световые явления — это явления, возникающие при распространении, преломлении и отражении света (отражение света от зеркала, миражи, появление тени).


Свет – это поток электромагнитных волн. Источниками света являются тела, испускающие световые волны

Источниками света могут быть как природные, так и созданные человеком тела.

Природные источники теплого света – это звезды, в том числе Солнце. Люминесцентный свет может выделяться особыми светящимися органами животных, например глубоководных рыб, медуз, осьминогов и кальмаров. Есть светящиеся животные и среди обитателей суши: это почти сплошь жуки.

Радуга; тень, отбрасываемая предметом; голубое небо; многоцветье окружающего нас мира — вот лишь несколько примеров световых явлений. Эти явления изучаются в разделе физики, который называется «оптика» (от греч. optike — наука о зрительных восприятиях).

Источники света вам хорошо знакомы. Их можно разделить на естественные (Солнце, звезды) и искусственные (электрические лампы).

Источники света могут быть холодными и тёплыми.

Важное свойство света — прямолинейность его распространения. Только при этом условии возможно образование тени и возникновение затмений Солнца и Луны.

Лучи света отражаются от преград. Если лучи падают на зеркало, они отражаются так, что мы видим в зеркале предмет в натуральную величину. Если лучи света падают на неровную поверхность, они отражаются во все стороны и делают эту поверхность освещенной. Именно поэтому мы можем видеть предметы, которые сами не светятся (в том числе и такие небесные тела, как планеты и их спутники).

Когда лучи света попадают из воздуха в какую-то другую прозрачную среду (воду, стекло), они преломляются (посмотрите сбоку на ложку в стакане с водой и увидите, что на границе раздела воздух — вода происходит «перелом» ложки).

Если белый свет падает на трехгранную стеклянную призму, он преломляется и одновременно раскладывается на семь цветов. В этом заключается явление дисперсии. Цвета всегда расположены в определенном порядке: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Такая цветная полоса называется спектром. Последовательность цветов в спектре можно запомнить с помощью простой фразы: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан».

Дисперсия наблюдается и в природе. Вспомните радугу. Она получается из-за того, что солнечный свет преломляется в каплях дождя, как в призмах.

Невозможно переоценить значение света для познания окружающего нас мира. Ведь наибольшую часть информации о нем мы получаем благодаря именно свету. с разными оптическими приборами — от очков до телескопов. Их, конечно, не смогли бы создать без исследования световых явлений.

Приложение 1. Инструктивная карточка к опытам по световым явлениям

Опыт №1. Возьмите экран и через стекло(линзу) попробуйте поймать на экране изображение окна.  Что появилось на белом листе? Запишите свои наблюдения в таблицу

Опыт №2. Возьмите зеркало и попробуйте пустить “солнечного зайчика”, как вы думаете, почему это возможно? Запишите свои наблюдения в таблицу

Опыт №3. Посмотрите через призму на свет.  Что вы наблюдаете?

Опыт №4. Посмотрите на свет через стёкла разного цвета. Запишите свои наблюдения в таблицу

 

Таблица. Свойства света.

 

№ опыта

Что делаю.

Что наблюдаю.

1

Располагаю линзу  между окном  и белым экраном

2

С помощью зеркала вызываю появление солнечных зайчиков

3

Смотрю на свет через призму

 

 

4.

  Смотрю на свет через стёкла разного цвета

 

 

 

Свойства света

Прямолинейное распространение света.

Свет отражается от поверхности предметов.

Разложение белого света на основные цвета.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Физика — наука, изучающая физические явления, которые происходят с физическими телами

   Звуковые явления — это явления, связанные с издаванием звуков

    Магнитные явления — это явления, связанные с возникновением у физических тел магнитных свойств (притяжение магнитом железных предметов, поворот стрелки компаса на север).

      Тепловые явления — это явления, связанные с нагреванием и охлаждением физических тел (кипение чайника, образование тумана, превращение воды в лед).

Механические явления – это явления, связанные с движением и перемещением различных тел, как живых, так и неживых. К ним относится и рост травы, и движение луны по небосводу.

      Световые явления — это явления, возникающие при распространении, преломлении и отражении света (отражение света от зеркала, миражи, появление тени).

    Электрические явления — это явления, возникающие при появлении, существовании, движении и взаимодействии электрических зарядов (электрический ток, молния).

Вы наверняка встречались в своей жизни с такими явлениями:
— вы расчесываете чистые сухие волосы пластмассовой расческой, а они притягиваются к ней, или даже искрят; 
— после этого расческа может притягивать и другие мелкие предметы, например, мелкие бумажки; 
— когда вы снимаете свитер или синтетическую рубашку, вы слышите треск и чувствуете покалывания, а в темноте даже видны вспышки света;
— если поднести руку к экрану работающего телевизора, то можно услышать легкое потрескивание и даже увидеть маленькие искорки.

Электризация наблюдается только при контакте  разнородных тел.

Физическая величина, характеризующая свойство тел вступать в электрическое взаимодействие, называется электрическим зарядом.

Заряженные тела могут как притягиваться, так и отталкиваться. И это зависит от того, одного или разного сорта заряды находятся на телах, а сортов зарядов оказывается всего два: положительный и отрицательный

Тела после их натирания приобретают электрический заряд     (электризуются).

Электрический заряд может передаваться от одного тела к другому при их соприкосновении.

Электризация тел происходит: трением, соприкосновением, ударом.

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1. Инструктивная карточка к опытам по электрическим явлениям

Опыт №1. Возьмите расчёску, потрите об голову или расчешитесь. Нарвите кусочки бумаги и дотроньтесь до них расчёской.  Запишите свои наблюдения в таблицу

 

 

 

 

 

 

Опыт №2. Возьмите стеклянную палочку и потрите её об бумагу, затем дотроньтесь ей до стойки с красными нитями. Запишите свои наблюдения в таблицу

Опыт №3. Возьмите эбонитовую палочку палочку и потрите её о шерстяную ткань, затем дотроньтесь ей до стойки с жёлтыми нитями. Запишите свои наблюдения в таблицу

Опыт №4. Дотроньтесь одновременно заряженными палочками (стеклянной и эбонитовой)  до стоек с красными и жёлтыми нитями, приблизив их друг к другу. Запишите свои наблюдения в таблицу

 

№ опыта

Что делаю.

Что наблюдаю.

1

Расчёсываю волосы пластмассовой расчёской и приближаю к кусочкам бумаги

2

Беру стеклянную палочку, тру о бумагу, дотрагиваюсь до стойки с красными нитями

3

Беру эбонитовую палочку, тру о ткань, дотрагиваюсь до стойки с жёлтыминитями

4

Берём палочки, заряжаем их трением и дотрагиваемся до стоек одновременно приблизив их друг к другу

 

 

Физика — наука, изучающая физические явления, которые происходят с физическими телами

   Звуковые явления — это явления, связанные с издаванием звуков

    Электрические явления — это явления, возникающие при появлении, существовании, движении и взаимодействии электрических зарядов (электрический ток, молния).

      Тепловые явления — это явления, связанные с нагреванием и охлаждением физических тел (кипение чайника, образование тумана, превращение воды в лед).

Механические явления – это явления, связанные с движением и перемещением различных тел, как живых, так и неживых. К ним относится и рост травы, и движение луны по небосводу.

      Световые явления — это явления, возникающие при распространении, преломлении и отражении света (отражение света от зеркала, миражи, появление тени).
    Магнитные явления — это явления, связанные с возникновением у физических тел магнитных свойств (притяжение магнитом железных предметов, поворот стрелки компаса на север).

Ну кто из вас не играл с магнитом, наблюдая притяжение к нему металлических предметов? Это одно из магнитных явлений.

Вы могли заметить, что лучше всего предмет притягивается к магниту на его концах. Они называются полюсами магнита и обычно выкрашены в синий и красный цвета. Синим цветом обозначают северный магнитный полюс, а красным — южный.

Магниты взаимодействуют между собой. Одинаковые полюса двух магнитов отталкиваются, а разные — притягиваются.

Обычно мы имеем дело с искусственными магнитами, то есть изготовленными людьми на заводе. Но есть и естественные — это встречающиеся в природе магнитные руды. У нас на Урале есть гора Магнитная и город Магнитогорск. Но впервые такие руды были найдены, вероятно, в древнем городе Магнесия на полуострове Малая Азия. От названия этого города, возможно, и произошло слово «магнит», так как в переводе с греческого оно означает «камень из Магнесии».

Мы не ощущаем, что живем на огромном магните, каким является наша Земля. Простая магнитная стрелка чутко реагирует на магнитное поле Земли. Поэтому она — главная часть хорошо известного вам компаса, который используется для ориентирования на местности. Стрелка компаса своим северным полюсом указывает на Южный магнитный полюс Земли, который находится недалеко от Северного географического. Именно поэтому мы можем использовать магнитные явления для нахождения географических полюсов Земли.

Исследования магнитных явлений помогают астрофизикам понять процессы, происходящие в околоземном космическом пространстве, на Солнце и звездах, в межпланетном, межзвездном пространстве.  Наша планета Земля обладает невидимым магнитным полем.

Как образуется полярное или северное сияние? Заряженные частицы магнитосферы, которые она захватывает из солнечного ветра, направляются магнитным полем Земли в атмосферу. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1. Инструктивная карточка к опытам по магнитным явлениям

Опыт №1. Возьмите стрелку  компаса. Понаблюдайте за стрелкой.  Что будет если стрелку слегка повернуть?. Запишите свои наблюдения в таблицу

Опыт №2. Возьмите магниты и поробуйте поднести друг к другу разными сторонами Запишите свои наблюдения в таблицу

Опыт №3. Возьмите магнит и подносите к разным предметам. Какие предметы притягиваются, а какие нет? Запишите свои наблюдения в таблицу

 

 

№ опыта

Что делаю.

Что наблюдаю.

1

Беру компас и наблюдаю за стрелкой. Поворачиваю стрелку

2

Подношу магниты разными сторонами друг к другу

3

Беру магнит, подношу к разным предметам

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Физика — наука, изучающая физические явления, которые происходят с физическими телами

    Электрические явления — это явления, возникающие при появлении, существовании, движении и взаимодействии электрических зарядов (электрический ток, молния).

      Тепловые явления — это явления, связанные с нагреванием и охлаждением физических тел (кипение чайника, образование тумана, превращение воды в лед).

Механические явления – это явления, связанные с движением и перемещением различных тел, как живых, так и неживых. К ним относится и рост травы, и движение луны по небосводу.

      Световые явления — это явления, возникающие при распространении, преломлении и отражении света (отражение света от зеркала, миражи, появление тени).
    Магнитные явления — это явления, связанные с возникновением у физических тел магнитных свойств (притяжение магнитом железных предметов, поворот стрелки компаса на север).

   Звуковые явления — это явления, связанные с издаванием звуков

ЗВУКОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Звук — это, что слышит ухо.   Мы слышим: голоса людей, пение птиц,  звуки музыкальных инструментов,  шум леса и т.д.

ТОН : Звук , создаваемый барабаном –            это   звук, низкого тона; свист  — звук высокого тона.

Звук низких тонов – это колебания малой частоты в звуковой волне;  высокого тона – большой частоты.

Камертон – устройство представляющее собой источник звука, испускающий  единственную частоту, называемый чистый тон. Чем больше размеры камертона тем ниже звук    Ультразвук    — волны с частотой колебаний больше, чем 20000 Гц.

Шум – звук, в котором присутствуют колебания всевозможной частоты. В быту — звуки, мешающие восприятию речи, му­зыки, отдыху, работе.

Интересные факты:

Группа специалистов обследовала молодежь, увлекающуюся рок-музыкой и часто слушающую громкую современную музыку, плеер. У 20% обследованных юношей и девушек слух оказался притуплённым, как у 85-летних стариков. Одинаково ли воздействует шум на людей разного возраста? От шума быстрее устают люди старшего, особенно пожилого возраста, что связано с изменением слухового восприятия. Грохот музыки, громкие звуки включенной звуковоспроизводящей аппаратуры (радио, магнитофон, видеомагнитофон и пр. ), которые так нравятся подросткам, вызывают раздражение и нарекания людей «в возрасте». Какой вывод? Вы хотите, чтобы в ваших семьях был мир и покой? Тогда следует с уважением и пониманием относиться к тому, что родители, бабушки и дедушки устают от длительных шумовых эффектов (громкие звуки музыки, транспорт и т.п.) как от тяжелой физической работы, хотя молодым людям кажется, что этого не может быть. Человек постоянно находится под шумовым воздействием. Поэтому важно 6-8 часов из 24 (т.е. время сна) находиться в тишине для восстановления сил.

Приложение 1. Инструктивная карточка к опытам по звуковым явлениям

Опыт №1. Возьмите барабан. Постучите в его. Звук какого тона вы наблюдаете Запишите свои наблюдения в таблицу

Опыт №2. Возьмите свисток. Посвистите в него. Звук какого тона вы наблюдаете Запишите свои наблюдения в таблицу

Опыт №3. Возьмите камертон. Стукните его. Звук какого тона вы наблюдаете Запишите свои наблюдения в таблицу

№ опыта

Что делаю.

Что наблюдаю.

1

Беру барабан. Стучу по нему

2

Беру свисток. Свищу в него

3

Беру камертон. Стучу по нему

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Физика — наука, изучающая физические явления, которые происходят с физическими телами

    Электрические явления — это явления, возникающие при появлении, существовании, движении и взаимодействии электрических зарядов (электрический ток, молния).

Механические явления – это явления, связанные с движением и перемещением различных тел, как живых, так и неживых. К ним относится и рост травы, и движение луны по небосводу.

      Световые явления — это явления, возникающие при распространении, преломлении и отражении света (отражение света от зеркала, миражи, появление тени).
    Магнитные явления — это явления, связанные с возникновением у физических тел магнитных свойств (притяжение магнитом железных предметов, поворот стрелки компаса на север).

   Звуковые явления — это явления, связанные с издаванием звуков

      Тепловые явления — это явления, связанные с нагреванием и охлаждением физических тел (кипение чайника, образование тумана, превращение воды в лед).

Основной источник тепла на Земле — Солнце. Но, кроме того, люди используют много искусственных источников тепла: костер, печку, водяное отопление, газовые и электрические нагреватели и т.д.

Ответить на вопрос, что такое теплота, удалось не сразу. Лишь в XVIII веке стало ясно, что все тела состоят из молекул, что молекулы движутся и взаимодействуют друг с другом. Тогда ученые поняли, что теплота связана со скоростью движения молекул. При нагревании тел скорость молекул увеличивается, а при охлаждении — уменьшается.

Вы знаете, что если в горячий чай опустить холодную ложку, через некоторое время она нагреется. При этом чай отдаст часть своего тепла не только ложке, но и окружающему воздуху. Из примера ясно, что тепло может передаваться от тела более нагретого к телу менее нагретому. Существует три способа передачи теплоты — теплопроводность, конвекция, излучение.

Нагревание ложки в горячем чае — пример теплопроводности. Все металлы обладают хорошей теплопроводностью.

Конвекцией передается тепло в жидкостях и газах. Когда мы нагреваем воду в кастрюле или чайнике, сначала прогреваются нижние слои воды, они становятся легче и устремляются вверх, уступая место холодной воде. Конвекция происходит в комнате, когда включено отопление. Горячий воздух от батареи поднимается, а холодный опускается. Но ни теплопроводностью, ни конвекцией невозможно объяснить, как, например, далекое от нас Солнце нагревает Землю. В этом случае тепло передается через безвоздушное пространство излучением (тепловыми лучами).

Для измерения температуры используется термометр. Вы обычно пользуетесь комнатными или медицинскими термометрами.

Когда говорят о температуре по Цельсию, то имеют в виду шкалу температур, в которой 0°С соответствует температуре замерзания воды, а 100°С — точка ее кипения.

При нагреве обычной жидкости часть её всегда – испаряется – это испарение

Если пар превращается обратно в воду – это называют конденсацией

Жидкость может замёрзнуть и превратиться в лёд при температуре ниже 0 градусов

 

 

 

 

 

 

Приложение 1. Инструктивная карточка к опытам по тепловым явлениям

Опыт №1. Возьмите стакан, налейте в него кипяток. Запишите свои наблюдения в таблицу

Опыт №2. Возьмите стакан с горячей водой и положите в него ложку. Что наблюдаете?  Запишите свои наблюдения в таблицу

Опыт №3. Возьмите установку с металическим шариком, затем просуньте шарик в кольцо на установке. С помощью учителя нагрейте шарик при помощи сухого горючего и опять попробуйте просунуть его в кольцо.  Запишите свои наблюдения в таблицу

№ опыта

Что делаю.

Что наблюдаю.

1

Беру стакан. Наливаю в него кипяток

2

Беру стакан с горячей водой и ложу  него ложку 

3

Беру установку с металическим шариком и просовываю его в кольцо. Затем грею шарик при помощи сухого горючего и опять просовываю в кольцо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Физика — наука, изучающая физические явления, которые происходят с физическими телами

    Электрические явления — это явления, возникающие при появлении, существовании, движении и взаимодействии электрических зарядов (электрический ток, молния).

      Световые явления — это явления, возникающие при распространении, преломлении и отражении света (отражение света от зеркала, миражи, появление тени).
    Магнитные явления — это явления, связанные с возникновением у физических тел магнитных свойств (притяжение магнитом железных предметов, поворот стрелки компаса на север).

   Звуковые явления — это явления, связанные с издаванием звуков

      Тепловые явления — это явления, связанные с нагреванием и охлаждением физических тел (кипение чайника, образование тумана, превращение воды в лед).

Механические явления – это явления, связанные с движением и перемещением различных тел, как живых, так и неживых. К ним относится и рост травы, и движение луны по небосводу.

Безусловно, механические явления относятся к числу наиболее исследованных. Изучающая их наука – механика – основной своей задачей ставит определение местонахождения тела в окружающем пространстве в любой произвольно взятый момент времени. Движение тела в механике рассматривается не само по себе, а по отношению к другим телам, одно из них может приниматься за начальное при отсчете. Движение рассматривается в системе координат по трем взаимно перпендикулярным осям, имеющим общую точку отсчета.

Учитывается также относительность движения — тело может двигаться относительно одних тел и не двигаться относительно других. Существуют понятия перемещения и пути, проходимого телами. Таким образом, механика, изучающая движение тел, основной своей задачей считает нахождение положения тела в любой момент.

Большое значение в изучении механических явлений играют понятия скорости и времени, необходимые для определения пройденного пути. Наука о движении тел рассматривает также разные виды движения — поступательное, вращательное, смешанное.

Примерами механического движения могут служить: движение транспорта, деталей машин и механизмов, маятника и стрелок часов, небесных тел и молекул, перемещение животных и рост растений и т. д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1. Инструктивная карточка к опытам по механическим явлениям

Опыт №1. Возьмите установку вогнутая горка и пустите по ней шары.  Запишите свои наблюдения в таблицу

Опыт №2. Возьмите маятник, запустите его. Что наблюдаете?  Запишите свои наблюдения в таблицу

Опыт №3. Возьмите брусок и попробуйте пустить по деревянной доске. Найдите такой угол наклона, чтобы брусок скатился по доске.   Запишите свои наблюдения в таблицу

№ опыта

Что делаю.

Что наблюдаю.

1

Беру установку вогнутая горка, пускаю по ней металлические шары.

2

Беру маятник и запускаю его 

3

Беру бросок и пускаю по доске, затем меняю угол наклона

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ФИ_________________________________________________

В предлагаемую ниже таблицу вписать цифры, относящиеся к магнитным, звуковым, тепловым  явлениям:

 1. Северное сияние 2.шар катится 3.  Свинец плавится, 4. Холодает, 5. Слышны раскаты грома, 6. Снег тает, 7. Звёзды мерцают, 8. Вода кипит, 9. Наступает рассвет, 10. Эхо, 11. Стрелка компаса 12. Магниты отталкиваются 13.плывёт бревно 14. Матник часов колеблется  15 Гроза, 16. притягиваются гвозди магнитом, 17. Сверкает молния, 18. Шелестит листва, 19. Горит электрическая лампа

Магнитные

Тепловые

Звуковые

Электрические

Световые

Механические

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ФИ____________________________________________________

В предлагаемую ниже таблицу вписать цифры, относящиеся к электрическим, световым и меаническим явлениям:

 1. Северное сияние 2.шар катится 3.  Свинец плавится, 4. Холодает, 5. Слышны раскаты грома, 6. Снег тает, 7. Звёзды мерцают, 8. Вода кипит, 9. Наступает рассвет, 10. Эхо, 11. Стрелка компаса 12. Магниты отталкиваются 13.плывёт бревно 14. Матник часов колеблется  15 Гроза, 16. притягиваются гвозди магнитом, 17. Сверкает молния, 18. Шелестит листва, 19. Горит электрическая лампа

 

Магнитные

Тепловые

Звуковые

Электрические

Световые

Механические

 

 

 

 

 

 

 

 

 

механические, тепловые, химические, звуковые, световые, магнитные, электрические » Народна Освіта

Как разобраться в многообразии мира, окружающего нас? Оказалось, среди явлений природы есть «родственники», подчиняющиеся одним и тем же законам.

Так, явлениями-«родственниками» являются движение Земли вокруг Солнца и полет футбольного мяча, падение яблока, движение велосипеда и наше собственное движение. Такие явления называются механическими (рис. 11.1). Изучение законов, которым они подчиняются, дает возможность понять, почему автомобиль продолжает двигаться, когда его двигатель выключен, почему яблоко падает на землю, а воздушный шар взмывает в небо.

Что происходит, когда вы расчесываетесь пластмассовой расческой? Несколько движений — и волосы потянулись за расческой. Вы удивитесь: «родственниками» этого явления является молния, работа лампочки и электрического утюга. Эти явления называются электрическими (рис. 11.2). Человек научился использовать электричество, создав электрические машины и приборы. Но электричество не только заставляет крутиться лопасти вентилятора или работать пылесос. Электричество управляет сокращением наших мышц, а некоторые животные (например, рыба электрический скат) с его помощью способны охотиться.

Почему синяя часть стрелки компаса всегда указывает на север? Потому что она сделана из вещества, обладающего свойствами магнита. Такие же свойства имеет и Земля. Маленький магнит (стрелка) взаимодейст-

Рис. 11.1

Движение автомобиля и полет воздушного шара подчиняются одним и тем же законам природы

вует с огромным магнитом — Землей (рис. 11.3). Это заставляет стрелку поворачиваться всегда в одном и том же направлении. На использовании магнитных явлений основано действие электрических машин: трансформатора, двигателей пылесоса и холодильника. В этих привычных нам бытовых приборах есть искусственные, то есть созданные человеком, магниты.

Относятся ли к одной группе явлений кипение масла на сковороде и появление утренней росы? Конечно, ведь речь идет о нагревании и охлаждении, об изменении агрегатного состояния веществ. К тепловым явлениям также относятся дождь, снег, град, иней и туман (рис. 11.4). В эту группу входят все явления, обусловленные изменением скорости движения молекул в веществе под влиянием источника тепла.

Вы легко приведете примеры звуковых явлений: пение птиц, звонок на урок, бой ба

рабана. Ученые относят к звуковым явлениям и «разговоры» китов в океане. А их голоса ни один человек никогда не слышал! Почему же и эти явления относят к звуковым? Потому что они обусловлены колебаниями среды (воздуха, воды), возникающими вследствие колебаний тел (рис. 11.5).

Что общего между тенью от дерева и солнечным зайчиком? Тень образовалась потому, что дерево стоит на пути распространения света, а солнечный зайчик — оттого, что свет упал на поверхность зеркала и отразился от него. Размышляя над тем, что общего у солнечного зайчика и тени, почему появляется радуга (рис. 11.6), мы анализируем явления одной группы. Это световые явления. Они связаны с «поведением» света — его возникновением и распространением.

С химическими явлениями мы сталкиваемся, наблюдая великолепный праздничный фейерверк (рис. 11.7) или осветление чая под действием ломтика лимона. Химические явления «отвечают» за питание и дыхание растений и животных. В организмах одни вещества постоянно превращаются в другие. Все искусственно созданные вещества, медикаменты, строительные материалы — это результат превращений веществ, то есть химических явлений.

Рассмотрите рисунок 11.8. Здесь можно выделить несколько явлений. Вращение колес поезда — это механическое явление. Работа его двигателя, приводящего колеса в движение, — это электрические и магнитные явления (рис. 11.8, о). Кондитер, выпекающий булочки в печи, сталкивается с электрическими, тепловыми, химическими и световыми явлениями (рис. 11.8, б). Каждый из приведенных примеров может иллюстрировать несколько явлений природы.

Рис. 11.8. На каждом из рисунков вы найдете проявление нескольких явлений природы

•    Человек, изучая природу, раскрыл причины многих явлений. Он исследовал законы, которым они подчиняются.

•    Исследование природы позволило сгруппировать явлен’ия природы, выделив среди них механические, электрические, магнитные, световые, звуковые и тепловые.

Наша лаборатория

Конструируем вместе.

1.    Можно ли самому изготовить магнит из обычного металлического винта? Для этого нам, кроме винта, потребуется электрическая батарейка и провод (рис. 11.9).

Намотаем на винт провод и подсоединим его к батарейке — пропустим через него электрический ток. Поднесем к винту булавку или компас и убедимся, что винт стал магнитом.

2.    Можно ли с помощью магнита заставить электрическую лампочку светиться?

Чтобы это сделать, кроме лампы для фонаря и магнита, нам понадобятся провод и скотч.

Зачистим концы провода так, чтобы была видна металлическая проволока. Присоединим ее к контактам электрической лампочки. Расположим провод так, чтобы он оказался между полюсами магнита. Перемещая магнит, как показано на рисунке 11. 10, мы увидим, что лампочка загорелась.

Электрические и магнитные явления связаны между собой. Используя взаимосвязь

Рис. 11.11

Схема электрической лампочки:

1 — спираль; 2 — колба;

3 — цоколь; 4 — контакты; 5 — проводник, по которому течет электрический ток

этих явлений, человек создает разнообразные приборы и машины.

3- Знакомимся с конструкцией устройства.

Как устроена электрическая лампочка? Рассмотрите внимательно схему на рисунке 11.11.

Какой элемент конструкции лампочки выполняет «главную» работу — излучает свет?

Вы, конечно, ответили «спираль» и были правы. По спирали проходит электрический ток, раскаляет ее до очень высокой температуры, и спираль ярко светится.

В конструкции лампочки использована связь электрических, тепловых и световых явлений.

Проьерьтё

1.    Можно ли работу вентилятора отнести только к механическим явлениям?

2.    Приведите примеры электрических явлений, которые можно наблюдать в вашей квартире.

3.    С каким магнитом взаимодействует стрелка каждого компаса на Земле?

4.    Какие явления вы наблюдаете, нагревая воду в электрическом чайнике? Какой вывод о связи явлений можно сделать?

5.    Приведите примеры электрических и световых явлений?

6.    Какие явления происходят в автомобиле при движении по улице вечером?

7.    Пример магнитного явления — притяжение стальной булавки к магниту. Катя решила проверить, будет ли наблюдаться это явление, если между булавкой и магнитом поместить лист бумаги. Она придумала игру «Булавочные гонки». Рассмотрите схему игры (рис. 11.12). Придумайте похожую игру.

 

Это материал из учебника Природоведение 5 клас Т.И. Базанова

 

Магнитные явления в природе происходящие на нашей земле и вокруг нас

Приветствую вас дорогие читатели, много тайн в себе скрывает живая природа — одним тайнам человеку удалось найти объяснения, а другим нет, где магнитные явления в природе, происходящие на нашей земле и вокруг нас, мы попросту не замечаем.

Одно из таких явлений можно увидеть, взяв в руки магнит и направив его на металлический гвоздь или булавку. Увидеть, как они притянутся друг к другу.

Многие из нас еще помнят со школьного курса физики опыты с этим предметом, обладающим магнитным полем.

Надеюсь, вы вспомнили, что такое магнитные явления? Конечно — это способность притягивать к себе другие металлические предметы, имея магнитное поле.

Рассмотрим магнитную железную руду, из которой и делают магнит. Такие магниты наверняка есть у каждого из вас, в виде украшения на дверце холодильника. Вам наверно будет интересно узнать, а какие бывают еще магнитные природные явления? Из школьных уроков по физике мы знаем, что поля бывают магнитные и электромагнитные.

Содержание

  • 1 История магнита и примеры его использования
  • 2 Влияние магнитного поля в живой и неживой природе
  • 3 Магнитные бури и их влияние на человека
  • 4 Магнитные аномалии в России
  • 5 Бразильская магнитная аномалия

История магнита и примеры его использования

Да будет вам известно, что магнитный железняк в живой природе был известен еще до нашей эры. В это время и был создан компас, который китайский император использовал во время своих многочисленных походов и просто морских прогулок.

Переводится с китайского языка слово магнит как любящий камень. Удивительный перевод, не правда ли?

Христофор Колумб, использующий магнитный компас в своих путешествиях, заметил, что географические координаты влияют на отклонение стрелки в компасе. Впоследствии, этот результат наблюдения привел ученых к выводу, что и на земле имеются магнитные поля.

Влияние магнитного поля в живой и неживой природе

Уникальная способность перелетных птиц с точностью находить места их обитания всегда была интересна ученым. Магнитное поле земли помогает им безошибочно прокладывать маршрут перелета. Да и миграции многого ряда животных зависят от этого поля земли.

Так свои «магнитные карты» имеют не только пернатые, но и такие животные как:

  • Черепахи
  • Морские моллюски
  • Лососевые рыбы
  • Саламандры
  • и многие другие животные.

Ученые выяснили, что в теле живых организмом есть специальные рецепторы, а так же частицы магнетита, которые помогают чувствовать магнитные и электромагнитные поля.

Но как именно любое живое существо, живущее в дикой природе, находит нужный ориентир, однозначно не могут ответить ученые.

Магнитные бури и их влияние на человека

Мы уже знаем о магнитных полях нашей земли. Они защищают нас от воздействия заряженных микрочастиц, которые долетают до нас с Солнца. Магнитная буря это не что иное – это внезапное изменение защищающего нас электромагнитного поля земли.

Не замечали, как у вас иногда внезапная резкая боль стреляет в головной висок и тут же появляется сильнейшая головная боль? Все эти болезненные симптомы, происходящие в организме человека, указывают на наличие этого природного явления.

Это магнитное явление может продолжаться от часа до 12 часов, а может быть и кратковременным. И как подмечено врачами, в большей степени этим страдают уже немолодые люди с сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Подмечено, что в продолжительную магнитную бурю увеличивается количество инфарктов. Есть ряд ученых, которые отслеживают появление магнитных бурь. Так что дорогие мои читатели иногда стоит узнавать об их появлении и стараться предотвратить по возможности их ужасные последствия.

Магнитные аномалии в России

По всей огромной территории нашей земли существуют различного рода магнитные аномалии. Давайте немного узнаем о них.

Известный ученый и астроном П. Б. Иноходцев еще в далеком 1773 году изучал географическое положение всех городов центральной части России. Именно тогда он обнаружил сильную аномалию в районе Курска и Белгорода, где стрелка компаса лихорадочно вращалась. И только в 1923 году была пробурена первая скважина, которая выявила огромные залежи металлической руды.

Ученые и в наши с вами дни не могут дать объяснения огромным скоплениям железной руды в Курской магнитной аномалии.

Из учебников по географии мы с вами знаем, что добыча всей железной руды ведется в горных областях. А как образовались залежи железной руды на равнине — неизвестно.

Бразильская магнитная аномалия

У океанского побережья Бразилии на высоте более 1000 километров основная часть приборов у пролетающих над этим местом летательных аппаратов – самолетов и даже спутников приостанавливает свою работу.

Представьте себе оранжевый апельсин. Его кожура защищает мякоть, так и магнитное поле земли с защитным слоем атмосферы защищает нашу планету от вредного воздействия из космоса. А Бразильская аномалия похожа на вмятину в этой кожуре.

К тому же таинственные явления природы наблюдались не однократно в этом необычном месте.

Еще немало загадок и тайн земли нашей предстоит раскрыть ученым, друзья мои. Хочу вам пожелать здоровья и чтобы обошли вас стороной неблагоприятные магнитные явления!

Надеюсь, вам понравился мой краткий обзор магнитных явлений в природе. А может быть, и вы их уже наблюдали или же ощущали их действие на себе. Напишите об этом в ваших комментариях, мне будет интересно об этом прочесть. А на сегодня это все. Разрешите с вами попрощаться и до новых встреч.

Предлагаю Вам подписаться на обновления блога. А также вы можете поставить свою оценку статье по 10 системе, отметив ее определенным количеством звездочек. Приходите ко мне в гости и приводите друзей, ведь этот сайт создан специально для вас. Я уверена, что вы обязательно найдете здесь много полезной и интересной информации.

Презентация к уроку «физические явления»

Физич еские явления

7 класс

Автор — учитель физики ГОУ РК «РЦО»

Кузнецова Елена Леонидовна

СОДЕРЖАНИЕ:

  • Механические явления
  • Тепловые явления
  • Световые явление
  • Электрические явления
  • Магнитные явления
  • Звуковые явления
  • Атомные явления

Механические явления — это явления, происходящие с физическими телами при их движении относительно друг друга .

Луна обращается вокруг Земли

Автомобиль едет

Капля падает

Тепловые явления — это явления, связанные с нагреванием или охлаждением физических тел.

Дрова горят

Снег тает

Вода кипит

Световые явления — это явления, связанные с отражением, преломлением и распространением света.

Радуга

Северное сияние

Фонарь освещает

Электрические явления – это явления, которые возникают при появлении, существовании, движении и взаимодействии электрических зарядов.

Молния

Электризация волос

Работа компьютера

Магнитные явления – это явления, связанные с появлением у физических тел магнитных свойств.

Притяжение магнитов к холодильнику

Ориентирование по компасу

Действие домофона

Звуковые явления – это явления, связанные с колебанием воздуха от колеблющихся тел.

Музыка

Эхо

Шум города

Атомные явления – это явления изменения атомных ядер при их взаимодействии.

Эксплуатация атомной подводной лодки

Взрыв атомной бомбы

Работа реактора на АЭС

ЗАПОЛНИТЕ ТАБЛИЦУ,

расположив явления в

нужной строке

ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

ПРИМЕРЫ

механические

ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ

световые

звуковые

тепловые

магнитные

электрические

протекание

электрического тока

в спирали плитки

прыгает кролик

переключение сигналов

звучит барабанная

сияние пламени

дробь

светофора

костра

остывание кофе

звенит будильник

летит птица

притяжение магнитов

Тест

1. Что из перечисленного относится к механическим явлениям?

а) полет шмеля; б) горение свечи; в) шум моря; г) мираж.

2. Что из перечисленного относится к тепловым явлениям?

а) бросок камня; б) нагрев воды; в) работа радио; г) свечение светлячка.

3. Что из перечисленного относится к электрическим явлениям?

а) падение метеорита; б) водопад; в) свечение лампочки; г) работа СВЧ-печи.

4.Что из перечисленного относится к звуковым явлениям?

а) работа электроплиты; б) гроза; в) шорох листьев; г) снегопад.

5. Перечислите пять световых явлений, о которых не упоминалось на уроке.

Использованные интернет — ресурсы:

http://900igr.net/datas/fizika/Voprosy-po-fizike/0038-038-Voprosy-po-fizike.jpg

http://sportstill.ru/post/imgs/5623b4bb0acd9.jpg

https :// im0-tub-ru.yandex.net/i?id=3889a3c51f2fa1112a6dc92de6fc6909&n=33&h=215&w=292

http:// www. nextohm.com/blog-ru/blog/wp-content/uploads/2014/02/ca2d1391884559_ezotera-751.jpg

http:// static4.depositphotos.com/1001686/338/i/950/depositphotos_3383856-Green-leaf-with-water-drops-and-splash.jpg

http:// img-0.photosight.ru/fe8/3348637_large.jpg

https:// vodabriz.ru/upload/medialibrary/4d1/4d15aa5b58dcf9c81c0bf44d674360b6.jpg

http:// www.chaikovskie.ru/files/o/12834/1_7f2a717ba5b345ee095af50408980016.jpg

http:// volshebnoeslovo.ru/uploads/old/1369674949_488858.jpg

http:// mywishlist.ru/pic/i/wish/orig/008/528/434.jpeg

https:// im0-tub-ru.yandex.net/i?id=3c29eaa84865fc07832e571cdb58604f&n=33&h=215&w=287

http:// imagestun.com/wp-content/uploads/2014/01/Volcano_Eruption_03.jpg

http:// www.prguitarman.com/photos/2009/PR/Random/roflcl/ohlord/1246003136064.jpg

http:// st03. kakprosto.ru/tumb/680/images/article/2011/2/15/1_5255032b0d9c65255032b0da21.jpg

http:// fb.ru/misc/i/gallery/12502/296492.jpg

http:// i.vsekommentarii.com/pic/2013/09/18/polemika.com.ua/big-98-590-727786_3.jpg

http:// www.graycell.ru/picture/big/domofon2.jpg

http:// mediacratia.ru/img120x90/MED1221697864.GIF

http:// stuffpoint.com/club-music/image/424707-club-music-wallpapers-music-party-dj-minimal.jpg

https:// www.miloserdie.ru/pic/13-08-2013-3-1.jpg?x41640

http:// www.topnews.ru/upload/news/2015/08/6ac9037f/6ac9037f_s.jpg

http://neftegaz.ru/images/% D0%B0%D1%8D%D1%81.jpg

http:// magspace.ru/uploads/usr_obj/2011/13415966.jpg

Магнетизм [Encyclopedia Magnetica]

Содержание

  • Магнетизм

    • Электромагнетизм

      • Магнитостатика

    • Магнитная сила

    • Генерация магнитного поля

    • Магнитные материалы

      • Типы магнетизма

        • Прочие виды «магнетизма»

      • Ферромагнетики (и ферримагнетики)

    • Сила двигателя

      • Электромагнитные приводы

    • Электромагнитная индукция

    • Производство электроэнергии

    • Преобразование электромагнитной энергии

    • Трансформаторы

      • Импульсные источники питания

      • Беспроводная зарядка

      • Тепловое воздействие

    • Датчики и преобразователи

    • История магнетизма

    • См. также

    • Каталожные номера

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

Магнетизм — физическое явление, связанное с магнитным полем, которое может создаваться электрическим током, движением электрических зарядов (включая атомное орбитальное движение электронов), собственными свойствами элементарных частиц (например, спиновым моментом электрона) или комбинацией всех этих факторов. факторы. Название «магнетизм» часто используется как синоним «электромагнетизм».

Подковообразный магнит притягивает железные опилки за счет магнитной силы

Однако электромагнетизм имеет гораздо более широкое значение и относится к взаимосвязи между магнитным полем и электрическим полем, которая может быть математически описана уравнениями Максвелла при любых условиях: статических или динамических.

В зависимости от контекста термин магнетизм иногда используется для дифференциации магнитостатических (неизменных) полей от электромагнитных (переменных), тогда как в более широком контексте магнетизм включает все магнитные явления (магнитостатические или электромагнитные).

В своем более узком значении термин магнетизм используется по отношению ко всем микроскопическим и макроскопическим явлениям, полезным для технических целей, таким как генерация магнитного поля, магнитные свойства материалов (от легко намагничиваемой электротехнической стали до постоянных магнитов) и их свойства. применимость для создания эффективных магнитопроводов для электродвигателей, генераторов и трансформаторов.

Кроме того, магнетизм может означать определенное поведение данного материала в ответ на некоторое приложенное магнитное поле. Тогда говорят, что материал проявляет определенный тип магнетизма: ферромагнетизм, парамагнетизм, диамагнетизм и т. д.

С инженерной точки зрения материалы с сильным магнитным откликом часто называют «магнитными», а материалы с пренебрежимо слабыми взаимодействиями — «немагнитными». Однако все атомы проявляют диамагнитное поведение, и магнитное поле также проникает в вакуум. Следовательно, вся материя проявляет некоторую магнитную реакцию, и с более фундаментальной точки зрения все материалы являются «магнитными» (даже сверхпроводники).

Магнитная сила лежит в основе работы электродвигателей, генераторов, реле, приводов, громкоговорителей и подобных электромагнитных устройств.

Магнитная сила, создаваемая полюсами магнита, слева направо: одинаковые полюса отталкиваются (соответственно отклоняется положение висящего магнита), противоположные полюса притягиваются, гвоздь (мягкий ферромагнитный материал) намагничивается и притягивает любой полюс магнита сила на немагнитных материалах (таких как пластик и медь без электрического тока) обычно незначительна, электромагнитная катушка с током может отталкивать или притягивать магнит (в зависимости от полярности тока), а сила на не- магнитная нержавеющая сталь (например, тип 316) пренебрежимо мала

Электромагнетизм

См. также основную статью: Электромагнетизм

Слово магнетизм часто используется как сокращение для электромагнетизм , и в любом смысле этого слова существует неразрывная связь между магнитным полем и электрическим полем, по крайней мере, из-за электрических зарядов, участвующих в токе, или собственных свойство электронов, называемое электронным спиновым магнитным моментом.

С точки зрения теоретической физики, и особенно при введении темы для студентов, проводится различие, поэтому эти темы рассматриваются в последовательности возрастающей сложности, особенно с точки зрения связанных математических уравнений (уравнения Максвелла):

  • электростатический — статические электрические заряды, только электрическое поле, без электрического тока и без магнитного поля; собственный магнитный момент электронов не учитывается

  • магнитостатический — постоянный электрический ток, постоянное магнитное поле, с пренебрежимо малым влиянием электрического поля

  • электромагнитный — переменное электрическое и магнитное поле создает электромагнитные явления, такие как электромагнитные волны

С инженерной точки зрения, магнетизм полезен, поскольку его можно использовать для создания больших механических сил и преобразования электричества с большой мощностью на большие расстояния. Эффективности преобразования (магнитомеханического или электромагнитного) способствует использование подходящих магнитных материалов, и поэтому значение охватывает все такие явления, от существования и генерации магнитного поля через его воздействие на материалы до проектирования магнитных цепей. Все эти эффекты являются электромагнитными как таковыми, но большинство низкочастотных технических приложений не связаны с электромагнитным излучением, и поэтому сама магнитная составляющая является наиболее важной для использования в практических приложениях.

Магнитные свойства материалов являются основополагающими для создания энергоэффективных и экономичных устройств.

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

Магнитостатика

Магнитостатика — это подобласть электромагнетизма, которая имеет дело с магнитным полем, которое не меняется (имеет постоянное значение с течением времени). В таких условиях электрическое поле также постоянно, и поэтому электромагнитное излучение не генерируется. Электрическое поле рассматривается только с точки зрения источника энергии для возбуждения электрического тока.

Однако строго магнитостатические условия иногда трудно исследовать, так как в силу закона индукции Фарадея (одно из уравнений Максвелла) электрическое напряжение индуцируется только при некотором изменении магнитного потока, вводимого в данную обмотку.

Следовательно, могут быть введены некоторые медленные изменения, и если их влияние незначительно с точки зрения динамических явлений (таких как вихревые токи), то поведение все равно можно рассматривать как статическое , даже если есть некоторые изменения — такие условия или иногда называется магнитоквазистатическим или просто квазистатическим .

Магнитная сила

См. также основную статью: Магнитная сила

Магнитная сила на движущийся электрический заряд действует перпендикулярно направлению магнитного поля (для положительных зарядов путь действует в одном направлении, для отрицательных — в противоположном, согласно правилу правой руки). Магнитная сила не действует ни на неподвижный заряд, ни на заряд, движущийся в направлении магнитного поля. Такая сила составляет определение магнитного поля B .

Кроме того, электрический заряд ускоряется в направлении электрического поля.

Эти два компонента векторно складываются, создавая общую силу (называемую силой Лоренца), выраженную как:

$$ \vec F = q · \vec E + q · \vec v × \vec B $$

(Н)
где: $q$ — электрический заряд (Кл), $\vec E$ — электрическое поле (В/м), $\vec v$ — скорость движущегося электрического заряда (м/с), $\vec B$ — магнитное поле (Тл)

Пример силы Лоренца, действующей на положительно заряженную частицу q : a) сила F e в электрическом поле E действует вдоль E , b) сила F m в магнитном поле B действует10 перпендикулярно сила F = F e + F м в обоих полях; зеленые стрелки показывают составляющую скорости (сплошная) и общее направление движения (штриховая)

В большинстве электромагнитных устройств силой электрического поля часто можно пренебречь. Сила из-за электрического поля также может использоваться в таких устройствах, как электростатические двигатели, но из-за требуемых очень высоких напряжений и меньших создаваемых сил электростатическая составляющая имеет меньшее практическое значение для некоторых нишевых приложений, таких как МЭМС-реле или ускорители частиц.

Генерация магнитного поля

Магнитное поле создается электрическим током в обмотке электромагнита и концентрируется в воздушном зазоре магнитным материалом магнитопровода

11842 9022

Есть три основных источника магнитного поля, все они неразрывно связаны с электрическими зарядами:

  • движущиеся электрические заряды представляют собой электрический ток, который генерирует магнитное поле

  • собственные магнитные моменты субатомных частиц, такие как магнитный спиновой момент электронов

  • магнитная составляющая электромагнитного излучения (генерация которой также обусловлена ​​взаимодействием электрических зарядов)

Если электромагнитное излучение отсутствует (например, на низких частотах), важны только два источника.

Передача и использование электричества основаны на макроскопических электрических токах, протекающих по металлическим проводникам. Всякий раз, когда есть ток, вокруг него всегда создается некоторое магнитное поле. Величину магнитного поля, вызванного током, можно рассчитать по закону Ампера или закону Био-Савара.

Закон Ампера в интегральной форме описывает связь между электрическим током и циркулирующим вокруг него магнитным полем в масштабе длины магнитного пути:

$$ \int_C \vec{H} · d \vec{l} = I $$ (A)
где: C — замкнутый путь, по которому вычисляется интеграл, $dl$ — бесконечно малый фрагмент длины магнитного пути (м), $I$ — ток (А)

Электрический ток I создает магнитное поле, которое можно количественно определить с помощью напряженности магнитного поля H

При определенных условиях для простых магнитных цепей (с четко определенным путем и без рассеяния потока) уравнение можно изменить и упростить до:

$$ H = \frac{N·I}{l} $$ (А/м)
где: $N$ — число витков катушки или проводника (безразмерное), $l$ — длина магнитного пути (м), $I$ — ток (А)

что поддается непосредственному применению в конструкциях магнитопроводов двигателей, электромагнитов, а также датчиков.

Магнитные материалы

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

В повседневной жизни материалы часто называют «магнитными» и «немагнитными». Простой тест состоит в том, чтобы прикоснуться к данному материалу постоянным магнитом (например, магнитом на холодильник) — если можно почувствовать механическую силу (например, магнит «прилипает»), тогда материал «магнитный», 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.

Процесс намагничивания происходит на атомном или даже субатомном уровне, и в зависимости от микроскопического поведения его можно отнести к одному из нескольких типов «магнетизмов».

Типы магнетизма

См. также основную статью: Типы магнетизма.

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.

Геомагнетизм — изучение магнитного поля Земли

0489

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.

Ферромагнетики (и ферримагнетики)

Магнитные спиновые моменты электронов генерируют собственное магнитное поле, которое в ферромагнетиках (и других «упорядоченных» магнитных структурах, например, ферримагнетиках) создает спонтанное выравнивание таких моментов за счет сильного межсоседнего взаимодействия, приводящее к созданию магнитных доменов, каждый из которых внутренне намагничены до намагниченности насыщения даже на макроскопических расстояниях (даже до десятков миллиметров).

Однако по всему объему материала домены могут быть ориентированы в противоположных направлениях, так что магнитная энергия минимизируется, и материал создает очень мало внешнего магнитного поля.

Когда приложено некоторое внешнее поле, домены реагируют, изменяют размер и перестраиваются из-за вращения отдельных моментов, так что возникает некоторая результирующая макроскопическая намагниченность M , которая в сумме составляет общий отклик плотности магнитного потока Б . Чем сильнее отклик, тем больше B из-за нанесенного H , и пропорциональность между этими двумя величинами представляет собой магнитную проницаемость, которая является показателем качества для магнитных материалов.

При достаточно сильном магнитном поле, приложенном к ферромагнетику (или ферримагнетику), все моменты выравниваются с полем, и материал насыщается в магнитном отношении, потому что намагниченность не может увеличиваться дальше.

H , B , M , and J in a ferromagnet

Magnetic domains in a single grain (outlined with a black линия) из нетекстурированной электротехнической стали. На фото показан участок шириной 0,1 мм, стрелками показана ориентация доменов. Домены разделены доменными стенками

Структура магнитных доменов (переключение стрельчатых гребней при намагничивании) в высокопроницаемой текстурированной электротехнической стали. Баровые домены видны в верхней части. Copyright © Oles Hostanar

Hysesteres Loop IS A-A-LINELERENE .0124

Мягкие, жесткие и полутвердые магнитные материалы (а также немагнитные) используются в магнитных жестких дисках

9024 Ферромагнетики и ферримагнетики широко используются для нескольких целей:

  • магнитомягкие материалы (легко намагничиваемые, с низкой коэрцитивной силой) — для построения магнитных цепей с целью концентрации и направления магнитного потока

  • магнитотвердые материалы (трудно намагничиваться и размагничиваться, очень высокая коэрцитивность) — для накопления магнитной энергии и, таким образом, для изготовления постоянных магнитов, которые ведут себя как «пассивные» источники магнитного поля

  • полутвердые магнитные материалы (средняя коэрцитивность) — для хранения информации (магнитные жесткие диски) и управления силами (например, электропостоянный магнит)

Все немагнитные материалы имеют очень слабое взаимодействие между соседями для электронов, поэтому магнитные домены не образуются, а имеет место только индивидуальный вклад каждого атома, который из-за теплового возбуждения сильно хаотичен и, таким образом, в значительной степени компенсируется на макроскопическом расстоянии. . Только при очень точных измерениях можно различить парамагнетики (слабый положительный отклик) и диамагнетики (слабый отрицательный отклик). Каждый отдельный атом проявляет диамагнитный отклик, но его затмевает более сильное парамагнитное или гораздо более сильное ферромагнитное поведение.

Однако все магнитные материалы (ферромагнетики и ферримагнетики, мягкие, полутвердые и твердые) становятся парамагнитными (обратимо) при достаточно высоких температурах.

Сила двигателя

Магнитная сила может быть направлена ​​на создание полезного крутящего момента. Если рамку из проволоки с током поместить в магнитное поле (как показано на рисунке), то сила действует на две стороны рамки в противоположных направлениях, создавая крутящий момент. Сила действует в соответствии с правилом правой руки, и для диаграммы, показанной на рисунке, рамка будет вращаться по часовой стрелке.

Сила в простом коммутируемом двигателе подчиняется правилу правой руки: если указательный палец показывает направление тока $I$ (который перемещает заряд $q$), а средний палец показывает направление магнитное поле $B$, тогда большой палец показывает направление магнитной силы $F$, действующей на движущийся заряд; сила пропорциональна длине провода $l$, находящегося в магнитном поле

Для стороны рамы рядом с полюсом S сила будет направлена ​​вверх, масштабируется по длине активного провода, что в сумме дает общее значение:

$$ \vec{F_{\uparrow}} = I ⋅ \vec{l} × \vec{B} $$ (N)
где: $I$ — ток (А), $\vec{l}$ — активная длина провода (м) перпендикулярно магнитному полю, $\vec{B}$ — плотность потока (Тл)

Для другой стороны рамы сила имеет то же значение, но направлена ​​вниз, поэтому рама вращается, создавая полезный крутящий момент, который может быть передан какой-либо внешней машине через вал, прикрепленный к раме.

Сила возникает из-за взаимодействия магнитного поля между магнитными полюсами N-S и магнитного поля, создаваемого током, протекающим в рамке.

Однако в самом верхнем положении направление тока в кадре должно быть изменено, чтобы движение продолжалось. Этого можно добиться с помощью коммутатора (полукольца на изображении), который физически закреплен на вращающейся раме. Ток подключается через щетки, которые скользят по поверхности коллектора.

Типовой асинхронный двигатель с питанием от трехфазного переменного тока

Коммутируемый двигатель — это лишь одно из многих возможных решений для создания полезного крутящего момента. Магнитное поле может создаваться постоянными магнитами или электромагнитными обмотками, создавая магнитные полюса. Они могут располагаться как на неподвижной (статор), так и на вращающейся части (ротор), ротором внутри, снаружи или сбоку (в осевом направлении) по отношению к статору.

Взаимодействие можно улучшить, используя магнитный материал внутри вращающейся рамы, чтобы магнитное поле, создаваемое рамой с током, было «концентрировано», используя высокую магнитную проницаемость магнитных материалов.

В зависимости от конкретной конструкции коммутируемые двигатели могут использоваться с постоянным или переменным током. Однако щетки создают потери энергии из-за трения и искрения, а для маломощных приложений также были разработаны бесщеточные двигатели. В реактивных двигателях используются соответствующим образом переключаемые электромагниты (магнитные полюса) и некоторый магнитный материал, который намагничивается и притягивается полем, после чего включается другая катушка, и процесс продолжается. Большинство недорогих двигателей для промышленного применения являются асинхронными двигателями.

Электромагнитные приводы

Электромагнитные приводы работают по тем же основным принципам, что и двигатели, просто конструкция обычно ориентирована на создание силы, действующей по прямой линии или по какому-либо другому пути, а не по кругу. Двигатели можно рассматривать как частный случай приводов.

Механическая сила затем используется для работы с другими силами или против них, как, например, механические пружины, которые используются для создания возвращающей силы, когда обмотка или электромагнит выключены.

Вот несколько примеров магнитных сил, действующих в устройствах:

  • Магнит на холодильник — работает с трением против силы тяжести

  • громкоговоритель — уравновешивающая сила пружины, действующая на мембрану

  • реле — действующее на внутреннюю пружину для подключения или отключения электрического контакта

  • компас — выравнивание стрелки против трения

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

  • магнитная левитация и магнитный подшипник — подвешивание массы бесконтактным способом

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

реле Типовое

Отклоняющие катушки в ЭЛТ влияют на траекторию заряженных частиц

Электромагнитная индукция

. напряжение В ) в петле проводника; стрелка вольтметра отклоняется в противоположные стороны, если магнитное поле увеличивается или уменьшается

Закон индукции Фарадея гласит, что величина электродвижущей силы (ЭДС), индуцируемой в замкнутом контуре или обмотке, пропорциональна количеству витков и скорости изменения магнитного потока, пронизывающего такой контур. Плотность потока связана с потоком через площадь, поэтому уравнение можно записать в любом из форматов, как показано ниже, а также в дифференциальной или интегральной формах, используемых в обозначениях векторного исчисления.

$$ ЭДС = — N ⋅ \frac{dΦ}{dt} $$ (V)
$$ ЭДС = — N ⋅ A ⋅ \frac{dB_{avg}}{dt} $$ (В)
где: $ЭДС$ — электродвижущая сила (В), $N$ — число витков в катушке (безразмерное), $Ф$ — магнитный поток (Вб), $t$ — время (с), $А $ — площадь витка (м 2 ), $B_{avg}$ — среднее пространственное значение плотности потока в витке (Тл)

Применение этого закона является основополагающим для работы всех электрических генераторов, трансформаторов, а также многих преобразователей и датчиков.

Генерация электроэнергии

Простой генератор с коммутируемым ротором, проиллюстрированный правилом правой руки: если указательный палец показывает направление скорости $v$ заряда $q$ смещения (из-за движению проводника) и средний палец показывает направление магнитного поля $B$, тогда большой палец показывает направление магнитной силы $F$, действующей на заряд и индуцирующей электродвижущую силу ЭДС

Если на проволочный каркас ротора не подается ток, но он вращается (например, с помощью внешнего источника энергии, такого как ручка или ветряная турбина), то будет индуцироваться электродвижущая сила (ЭДС), которая будет проявляться как напряжение на соединениях коммутатора, и, следовательно, он будет доступен для внешней цепи. Амплитуда напряжения будет пропорциональна величине магнитного поля, длине активного провода и скорости вращения в соответствии с законом индукции Фарадея (описан ниже).

Этот принцип используется во всех мощных электромагнитных генераторах, преобразующих механическую энергию в электрическую. Большинство двигателей могут работать как генераторы, поэтому также может быть много типов генераторов меньшей мощности, также называемых динамо-машинами и генераторами переменного тока.

Коммутируемые роторы могут использоваться для генерации постоянного пульсирующего тока, но возможны и другие конструкции. Генераторы большой мощности (на электростанциях) работают как синхронные генераторы, вырабатывающие переменное напряжение, при этом их роторы возбуждаются регулируемым постоянным током, так что можно точно контролировать амплитуду генерируемого напряжения.

Преобразование электромагнитной энергии

Законы электромагнетизма используются для проектирования электромагнитной связи энергии между источником и нагрузкой. Хотя во время работы могут возникать некоторые механические эффекты (например, магнитострикция), энергия преобразуется в основном за счет неподвижных частей благодаря 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 процессы, 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 национальных и международных сетей, поставляющих электроэнергию. Это возможно, потому что трансформаторы могут повышать напряжение до очень высокого уровня для более эффективной передачи электроэнергии. В то же время трансформаторы являются очень эффективными устройствами, с показателями до 99% для мощных устройств.

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 должны иметь заземление только в том случае, если они имеют полную гальваническую развязку между сетевым входом и низковольтным выходом. Некоторые портативные электроинструменты, которые должны питаться от сети, используют гальваническую развязку через трансформаторы, работающие на сверхнизком напряжении.

Трансформаторы

См. также: Трансформатор.

Трансформаторы широко используются при распределении электроэнергии на национальном и даже континентальном уровне. Например, большинство европейских стран объединены в одну сеть, работающую на синхронизированной частоте 50 Гц (60 Гц в США и некоторых странах).

Силовой трансформатор является важнейшей частью электрической сети Марвин Л. Дэниелс, Армия США, общественное достояние

Трансформаторы являются чрезвычайно полезными устройствами, поскольку они не имеют движущихся частей, непосредственно участвующих в процессе преобразования энергии, и могут изменять один уровень напряжения или тока на другой уровень.

Работа силовых трансформаторов основана на нескольких взаимосвязанных принципах, большинство из которых в той или иной степени связаны с электромагнетизмом. Можно представить себе следующую последовательность, когда трансформатор подает питание на нагрузку, подключенную к его выходу:

  1. Переменное напряжение подается на первичную обмотку

  2. первичное напряжение, приложенное к полному сопротивлению первичной обмотки, создает первичный ток (закон Ома)

  3. первичный ток создает напряженность магнитного поля H в магнитном сердечнике (закон Ампера)

  4. материалы в магнитопроводе отвечают H с плотностью магнитного потока B (магнитные свойства материалов, ламинированные сердечники для уменьшения вихревых токов)

  5. B в сердечнике проникает во вторичную обмотку (преимущество магнитного сердечника, направляющего магнитный поток)

  6. ЭДС индуцируется во вторичной обмотке вследствие изменения B (закон Фарадея)

  7. ЭДС проявляется как напряжение на выходных зажимах вторичной обмотки (закон напряжения Кирхгофа)

  8. напряжение, подаваемое на нагрузку, на выходе создает ток (закон Ома)

Switch-mode power supplies

Switch-mode power supply, with several inductive components: common-mode choke, PFC inductor, resonant transformer, and filter inductor

Многие топологии импульсных источников питания основаны на магнитных компонентах, таких как высокочастотные трансформаторы (работающие аналогично обычным трансформаторам), а также катушки индуктивности или связанные катушки индуктивности. Последние используют энергию, запасенную в магнитном поле, для одного цикла переключения, чтобы облегчить преобразование уровня напряжения или тока.

Импульсные блоки питания различных размеров и конфигураций повсеместно распространены во всей бытовой электронике: компьютерах, мониторах, мобильных телефонах, телевизорах и т.д.

Импульсные преобразователи также используются для гораздо большей мощности (десятки или даже сотни кВт), преобразуя постоянное напряжение (например, от фотоэлектрических панелей) в переменное напряжение, которое можно подавать в электрическую сеть.

Беспроводная зарядка

Плоские катушки для беспроводной зарядки (сверху и снизу) для приложений с низким энергопотреблением, таких как мобильный телефон

Беспроводные зарядные устройства работают по тому же принципу, что и трансформаторы, но с гораздо более слабой магнитной связью между первичной и вторичной обмотками из-за относительно большого воздушного зазора между ними.

В обмотках присутствует большое количество реактивной мощности, которая не принимает непосредственного участия в процессе преобразования энергии. Следовательно, для повышения эффективности обе обмотки обычно резонируют с локальным конденсатором, так что источнику напряжения не нужно все время отдавать полную реактивную мощность.

Тепловое воздействие

Есть несколько приложений, в которых магнетизм используется для создания тепловых эффектов. Лишь немногие из них обнаруживают прямую связь между магнитным полем и тепловыми явлениями, а не участвуют в каких-то дополнительных промежуточных процессах.

Электромагнитный нагрев основан на некоторых промежуточных физических явлениях для выработки тепла. Например, электрический ток индуцируется в любой проводящей среде, на которую воздействует переменное магнитное поле.

Индукционный нагрев металлического стержня, достаточно горячего, чтобы светиться (также возможно плавление) от Vector1 nz, CC-BY-SA-3. 0

Эти так называемые вихревые токи способны нагревать среду, в которой они протекают, и на этом основаны все устройства индукционного нагрева. Однако непосредственным источником тепла являются вихревые токи, поэтому электромагнетизм используется только для передачи энергии и индукции токов.

Примеры:

  • индукционный нагрев – нагрев путем наведения вихревых токов

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

Электромагнитное охлаждение гораздо сложнее, но его можно осуществить за счет адиабатического размагничивания и 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

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 одного элемента может быть использована в качестве основы для измерения магнитного поля от другого источника (например, электрического тока)

  • 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 (однако это приложение связано с высокочастотным магнитным полем и больше относится к области электромагнетизма) .

История магнетизма

См. отдельную статью по : История электромагнетизма

См. также

  • Электромагнетизм

  • Магнитное поле

  • Напряженность магнитного поля H

  • Плотность магнитного потока B

  • Путаница между B и H

Каталожные номера


1) Magnetism, Encyclopaedia Britannica, {accessed 3 Nov 2012}

2) Joe Rosen, Encyclopedia of Physics, Infobase Publishing, 2009, ISBN 9781438110134, p. 197

3) , 3) , 3) , 3) Дэвид С. Джайлс, Введение в магнетизм и магнитные материалы, второе издание, Chapman & Hall, CRC, 1998, ISBN 9780412798603

4) , 4) , 4) , 4) , 4) , 4) , 4) , 4) Э. М. Перселл, Д.Дж. Морин, Электричество и магнетизм, 3-е издание, Cambridge University Press, 2013, ISBN 9781107014022

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

6) , 6) , 6) Б.Д. Каллити, К.Д. Грэм, Введение в магнитные материалы, 2-е издание, Wiley, IEEE Press, 2009 г., ISBN 9780471477419

7) Ричард Фейнман, Роберт Лейтон, Мэтью Сэндс, Ферромагнетизм, Фейнмановские лекции по физике, Vol. II, Basic Books, ISBN: 9780465079988

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

9) Герман А. Хаус, Электромагнитный Филд, Джеймс Р. Энергия. (Массачусетский технологический институт: MIT OpenCourseWare). http://ocw.mit.edu, Лицензия: Creative Commons Attribution-NonCommercial-Share Alike, {дата обращения: 30 мая 2021 г. }

10) , 10) , 10) , 10) , 10) С. Зурек, Характеристика магнитомягких материалов при намагничивании вращением, CRC Press, 2019, ISBN 97803678

& Engineering of Materials, Cengage Learning, 2011, ISBN 9780495296027, с. 773

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

13) I. S. Grant, W. R. Phillips, Electromagnetism, Manchester Physics Series, Wiley, 2013, 9781118723357, (PROPACE)

14)

14). Клинические применения: материалы 9-й Международной конференции по биомагнетизму, том 7 исследований в области прикладной электромагнетики и механики, IOS Press, 1995, ISBN 978

  • 15) , 15) Дэвид Губбинс, Эмилио Эрреро-Бервера, (ред.), Энциклопедия геомагнетизма и палеомагнетизма, Springer, 2007, ISBN 9781402044236

    16) 7

    16) 7

    16) 7

    16) 07

    16) 07

    16) Миннесоты, 1961, стр.

    17) Гельмут Кронмюллер, Манфред Фенле, Микромагнетизм и микроструктура ферромагнитных твердых тел, Кембриджские исследования в области магнетизма, Cambridge University Press, 2003, ISBN 9780521331357

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

    19) , 19) Austin Hughes, Electric Motors and Drives: Fundamentals, Types and Applications, 3rd Edition, Newnes, 2006, ISBN 9780750647182

    20) Pavlos S. Спрингер, 2009 г., ISBN 9781848826670, с. 4

    21) Эля Б. Джоффе, Кай-Санг Блокировка, Основа для заземления: Схема Схема к системе, Джон Уайли и сыновья, 2011, ISBN 9781118211519

    22) 9067

    6406406406406406406406406406403. 2016406406406406406406406406403. 2016406406406406403

    3

    364033339064. 22). , Защита от поражения электрическим током. Общие аспекты установки и оборудования, {дата обращения: 17.07.2020}

    23) Защита от поражения электрическим током, Руководство 5, Правила электропроводки IEE BS 7671:2001 Требования к электроустановкам, включая Amd No 1:2002, IEEE, 2003, ISBN 0-85296-993-7

    24) W.G. Hurley, W.H. Wölfle, Transformers and Inductors for Power Electronics: Theory, Design and Applications, Wiley, 2013, ISBN 9781119950578

    25) SJ Lee, JM Kenkel, VK Pecharsky, and DC Jiles, Постоянный магнит для магнитного холодильника. Журнал прикладной физики, Vol. 91 (10), 2002, с. 8894

    Магнетизм, Счетчик

    3-PS2-3 — The Wonder of Science

    Пояснение:  Примеры электрической силы могут включать воздействие на волосы от электрически заряженного воздушного шара и электрические силы между заряженным стержнем и кусочками бумаги; примеры магнитной силы могут включать силу между двумя постоянными магнитами, силу между электромагнитом и стальными скрепками, а также силу, действующую на один магнит, по сравнению с силой, действующей на два магнита. Примеры причинно-следственных связей могут включать в себя то, как расстояние между объектами влияет на силу силы и как ориентация магнитов влияет на направление магнитной силы.

    Границы оценки:  Оценка ограничивается силами, создаваемыми объектами, которыми учащиеся могут манипулировать, а электрические взаимодействия ограничиваются статическим электричеством

    Заявление о доказательствах

    Научная практика
    Постановка вопросов и определение проблем

    Ключевые дисциплинарные идеи
    PS2.B: Типы взаимодействий

    Сквозные концепции

    Причина и следствие Оценки

    Учебные ресурсы

    Явления

    Видео

    Планы обучения

    Общее ядро

    Оценки

    Чудо науки Оценки

    Пузырьковый левитатор

    Общие оценки

    Учителя, внедряющие NGSS, поделились следующими оценками. Многие из них являются черновиками и должны использоваться соответствующим образом. Не стесняйтесь улучшать эти оценки или вносить свои собственные. Узнайте больше здесь.

    Разливы нефти

    Учебные ресурсы

    Мини-уроки

    Чудо науки Ресурсы

    Уровень причинности 3 — Причинно-следственные связи Слайды для размышлений

    Графический органайзер магнитных и электрических сил (издание для учителей)

    Графический органайзер магнитных и электрических сил (студенческая версия)

    Словарь — электрические и магнитные силы

    Общие ресурсы

    Ресурсы NSTA 3-PS2-3

    Якорные диаграммы

    Силы и взаимодействия

    Силы и взаимодействия

    Силы и взаимодействия

    Силы и движение

    Силы и взаимодействия

    Силы и взаимодействия

    Явления

    Программируемые капли от MIT

    Программируемые магниты

    Магнитная слизь

    Магнитная пушка

    Видео

    Причинно-следственное мышление — Уровень 1 Причина и следствие

    PS2.B: Типы взаимодействий

    CCC2: причина и следствие

    SEP1: Задавать вопросы и определять проблемы

    Планы обучения

    Сюжетные линии

    Общие основные связи

    ELA/Грамотность

    • RI. 3.1  — Задавайте вопросы и отвечайте на них, чтобы продемонстрировать понимание текста, явно ссылаясь на текст в качестве основы для ответов.

    • RI.3.3  — Опишите связь между рядом исторических событий, научных идей или концепций или этапов технических процедур в тексте, используя язык, относящийся к времени, последовательности и причине/следствию.

    • RI.3.8  — Опишите логическую связь между отдельными предложениями и абзацами в тексте (например, сравнение, причина/следствие, первый/второй/третий в последовательности).

    • SL.3.3  — Задавайте и отвечайте на вопросы об информации от говорящего, предлагая соответствующую разработку и детализацию.

    *Next Generation Science Standards является зарегистрированным товарным знаком Achieve. Ни Achieve, ни ведущие государства и партнеры, разработавшие научные стандарты следующего поколения, не участвовали в производстве этого продукта и не одобряют его. Зайдите на официальный сайт НГСС.

    Электричество и магнетизм. Словарь

    Изучение слов с помощью карточек и другие упражнения

    Другие учебные занятия

    Практика Ответьте на несколько вопросов по каждому слову. Используйте это, чтобы подготовиться к следующему тесту! Vocabulary JamСоревнуйтесь с другими командами в режиме реального времени, чтобы увидеть, кто правильно ответит на большинство вопросов! Проверка орфографии Проверьте свою орфографическую хватку. Прочитайте определение, послушайте слово и попробуйте написать его!

    Инструменты для обучения

    Викторина Создавайте и назначайте тесты своим ученикам, чтобы проверить их словарный запас. Назначайте занятия Назначайте учебные задания, включая практику, Vocabulary Jams и Spelling Bees, своим ученикам, и следите за их прогрессом в режиме реального времени.

    1. электромагнетизм

      магнетизм, создаваемый электрическим током

      Электромагнетизм — раздел физической науки, описывающий взаимодействие электричества и магнетизма, как отдельных явлений, так и единой электромагнитной силы.

    2. электромагнитная волна

      излучение, состоящее из волн энергии, связанных с электрическими и магнитными полями в результате ускорения электрического заряда

      Электромагнитные волны отличаются друг от друга только амплитудой, частотой и ориентацией (поляризацией).

    3. отрицательный заряд

      состояние избытка электронов

      В настоящее время известно, что электрические заряды существуют в двух различных формах: положительные заряды и отрицательных заряда .

    4. положительный заряд

      состояние дефицита электронов

      В настоящее время известно, что электрические заряды существуют в двух различных формах: положительные заряды и отрицательные заряды.

    5. электрический заряд

      Количество неуравновешенного электричества в теле (как положительного, так и отрицательного), истолковываемого как избыток или недостаток электронов

      Некоторые правила электростатики, изучение электрических заряда в состоянии покоя были впервые отмечены древними римлянами, которые наблюдали, как расчесанный гребень притягивал частицы.

    6. радиоволна

      электромагнитная волна с длиной волны от 0,5 см до 30 000 м

      Разным частотам даются разные имена, от радиоволн (на очень низких частотах), до самого видимого света и до высокочастотных рентгеновских и гамма-лучей.

    7. фотон

      крошечный сгусток материи, пропускающий свет

      Исаак Ньютон раньше думал, что свет состоит из частиц ( фотонов ), но корпускулярная теория света не могла объяснить волновую природу света, проявляющуюся в дифракции и подобных явлениях.

    8. электрон

      элементарная частица с отрицательным зарядом

      Атом электрона обычно несут отрицательный заряд в веществе, в то время как положительный заряд находится в протонах внутри атомного ядра.

    9. электрический ток

      поток электричества по проводнику

      Переезд электрический ток создает магнитное поле, а магнитное поле может индуцировать движение зарядов (электрический ток).

    10. магнитный полюс

      любая из двух точек, где силовые линии магнитного поля Земли вертикальны

      На самом деле известно, что Земля 90 123 магнитных полюса 90 128 меняли положение в прошлом.

    11. магнитное поле

      силовые линии, окружающие постоянный магнит или движущуюся заряженную частицу

      Движущийся электрический ток создает магнитное поле , а магнитное поле может индуцировать движение зарядов (электрический ток).

    12. магнетизм

      аттракцион для железа

      Электричество и магнетизм являются проявлениями одной лежащей в основе электромагнитной силы.

    13. протон

      стабильная частица с положительным зарядом

      Электроны атома обычно несут отрицательный заряд в веществе, в то время как положительный заряд находится на протонов внутри атомного ядра.

    14. ядро

      часть клетки, отвечающая за рост и размножение

      Электроны атома обычно несут отрицательный заряд в веществе, в то время как положительный заряд находится с протонами внутри атома. ядро ​​ .

    15. магнитный

      влечения к железу или связанного с ним или вызванного им

      Движущийся электрический ток создает магнитное поле, а магнитное поле может индуцировать движение зарядов (электрический ток).

    16. магнит

      устройство, притягивающее железо и создающее силовые линии

      Маленький Магнит , который может удерживать или подвешивать объект, демонстрирует этот факт.

    17. электрический

      использующий или обеспечивающий протекание заряда через проводник

      Переезд электрический ток создает магнитное поле, а магнитное поле может индуцировать движение зарядов (электрический ток).

    18. электричество

      физическое явление, которое может производить свет, тепло и энергию

      Электричество и магнетизм являются проявлениями одной лежащей в основе электромагнитной силы.

    Создано 19 июля 2012 г.

    Узнайте об электричестве и магнетизме

    Электричество и магнетизм Определение

    Электричество — это физическое явление, связанное с наличием и движением электрического заряда. Магнетизм — это явление, опосредованное магнитными полями.

    Обзор электричества и магнетизма

    Электричество и магнетизм — два классических явления в физике, которые также связаны с комбинированным явлением «Электромагнетизм». Электричество, с одной стороны, помогает нам понять электрический ток и электродвижущую силу, тогда как магнетизм помогает нам понять взаимодействие объектов (отталкивание или притяжение). Однако эти явления взаимосвязаны.

    Вокруг магнита существует магнитное поле. Точно так же электрический заряд имеет электрическое поле вокруг него. Когда этот заряд движется в цепи, он создает электричество, и электрическое поле вокруг заряда изменяется. Это изменение электрического поля заряда создает магнитное поле. Кроме того, изменение магнитного поля создает электрическое поле. Эта взаимосвязь между электрическим и магнитным полем имеет важное значение в области электроники и имеет различные приложения.

    Есть вопрос по этой теме?

    Что вы узнаете:

    • Определение электричества и магнетизма
    • Обзор электричества и магнетизма
    • Электрическое поле, создающее магнитные поля
    • Магнитное поле, создающее электрические поля
    • Правило руки Флеминга 70, создающее магнитное поле
    • 9020

      В 1820 году датский физик Ганс Кристиан Эрстед заметил, что стрелка магнитного компаса, помещенная вблизи цепи с током, отклоняется. Ученый провел дальнейшие исследования и пришел к выводу, что магнетизм связан с электричеством. Электрическое поле движущегося заряда может создать магнитное поле. Это явление можно наблюдать в устройстве, известном как электромагнит .

      Электромагниты

      Как мы знаем, магнитное поле зависит от электрического поля — это явление помогает в создании электромагнита. Электромагнит изготавливается путем наматывания катушки проволоки на сердечник из мягкого железа. Когда ток проходит через катушку, катушка ведет себя как магнит. Ток течет из-за движения зарядов (электронов), а электрическое поле вокруг него меняется и создает магнитное поле из-за движения зарядов. Электромагнит ведет себя как обычный стержневой магнит. На изображении показана цепь электромагнита и магнитное поле вокруг него.

      Направление магнитного поля можно изменить, изменив направление электрического тока в катушке. Также напряженность магнитного поля можно увеличить двумя факторами:

      1. за счет увеличения электрического тока в катушке

      2. за счет увеличения числа витков в катушке

      зависит от электричества. Теперь мы увидим пример того, как электричество зависит от магнетизма.

      Магнитное поле, создающее электрические поля

      Существует связь между электрическим полем и магнитным полем. В 1831 году Майкл Фарадей написал принцип электромагнитной индукции , в котором говорится, что «на проводнике возникает напряжение, когда оно находится в изменяющемся магнитном поле». Ученый также обнаружил первый электрический генератор, известный как диск Фарадея. Давайте посмотрим, как работает генератор, используя этот принцип.

      Электрогенератор

      Генератор — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. На изображении показан генератор постоянного тока, в котором прямоугольная катушка помещена между двумя полюсами магнита, а катушка подключена к гальванометру.

      Когда катушка перемещается внутри магнитного поля, это создает изменение поля, и это создает электричество. Коммутатор, подключенный к катушке, позволит току течь в одном направлении.

      Генератор переменного тока (AC) также работает по тому же принципу, но вместо разрезных колец у них контактное кольцо. Направление тока в катушке меняется в генераторе переменного тока. Это направление тока зависит от направления магнитного поля и направления движения катушки в нем.

      Правило руки Флеминга

      Английский ученый Джон Амброуз Флеминг предлагает способ определения направления электрического тока и движения катушки.

      Правило правой руки Флеминга

      Согласно закону индукции Фарадея, когда провод, подключенный к цепи, перемещается внутри магнитного поля, в цепи индуцируется электрический ток. Ток в цепи имеет два возможных направления. Это правило говорит о том, как определить направление электрического тока. Вытяните большой, указательный и средний пальцы правой руки так, чтобы они стали взаимно перпендикулярны друг другу, как показано на рисунке.

      Большой палец показывает движение катушки внутри поля, указательный палец показывает направление магнитного поля, а средний палец показывает направление тока. С помощью этого метода можно выяснить направление тока в генераторе.

      Правило левой руки Флеминга

      Это еще одно правило для определения направления движения катушки в электродвигателе. Это правило аналогично предыдущему правилу. В этом правиле большой, указательный и средний пальцы левой руки вытягиваются таким образом, чтобы они стали взаимно перпендикулярными, как показано на изображении.

      Это правило применимо только к электродвигателям.

      Продолжайте учиться

      Что предстоит узнать дальше на основе учебной программы колледжа

      Электрический токТерапия электрическим полемРазность электрических потенциаловЭлектрические потенциальные проблемы с энергиейЭлектробезопасностьЭлектрометрЭлектростатический воздухоочистительИндукционная катушка

      Проблемы, связанные с соединением атмосферного электричества с биологическими системами Список журналов

    • Открытый выбор Спрингера
    • PMC7782408

    Международный журнал биометеорологии

    Int J Biometeorol. 2021; 65(1): 45–58.

    Опубликовано в сети 14 июля 2020 г. doi: 10.1007/s00484-020-01960-7

    , 1 , 2 , 3 , 1 , 4, 5 , 1 , 6, 7 , 7 , 1 , 8 , 9 , 10 , 11 и 1

    Информация об авторе Примечания к статье Информация об авторских правах и лицензиях Заявление об ограничении ответственности

    Атмосфера содержит сложную электрическую среду, варьирующуюся от глобальной электрической цепи, генерирующей флуктуирующие атмосферные электрические поля, до локальных ударов молнии и ионов. Хотя исследования взаимодействия организмов с их электрическим окружением глубоко уходят корнями в водную среду, до сих пор они ограничивались взаимодействием с локальными электрическими явлениями и восприятием организмами электрических полей. Однако появляются свидетельства связи между крупномасштабными и мелкомасштабными атмосферными электрическими явлениями и различными биологическими процессами в земной среде, которые, по-видимому, связаны даже с континентальными водами. Здесь мы обобщаем наше текущее понимание этой связи, обсуждая, как атмосферное электричество может влиять на различные уровни биологической организации в нескольких экосистемах. Мы определяем возможности для исследований, подчеркивая их сложность и междисциплинарный характер, и обращаем внимание как на концептуальные, так и на технические проблемы, стоящие перед нашим будущим пониманием взаимосвязи между атмосферным электричеством и организацией и функционированием биологических систем.

    Ключевые слова: Аэрозоли, Биометеорология, Связность экосистем, Электромагнетизм, Электрорецепция, Электростатика, Ионы, Молния, Градиент потенциала, Радионуклиды, Гроза

    Атмосфера Земли представляет собой сложную физическую среду, которая составляет неотъемлемый компонент нашей жизненной среды. На протяжении десятилетий взаимодействие между организмами (животными, растениями, бактериями, грибами, археями и людьми) и их геофизической и геохимической средой было центральным направлением эмпирических исследований (Halberg 19).63). Несмотря на эти усилия, биофизические механизмы, лежащие в основе взаимодействий между многими атмосферными переменными и биологическими системами, остаются плохо изученными. До сих пор сложность и разнообразие физических процессов, протекающих одновременно в широких пространственно-временных масштабах, мешали нашему пониманию того, могут ли и каким образом атмосферные физические процессы — и их динамика — быть связаны с несколькими уровнями биологической организации, от молекулярной динамики до функционирования. экосистем.

    Атмосфера содержит различные источники электрических вариаций, охватывающих пространственные измерения, и электрических токов, которые варьируются от производства отдельных электронов и ионов до глобальной электрической цепи планетарного масштаба ~ 1000 А (Rycroft et al. 2008). В то время как взаимодействия между организмами и их электрической средой в основном изучались в водной, электропроводящей среде (Буллок и др., 2006; Крэмптон, 2019), относительно мало известно о том, как атмосферные электрические явления связаны с биологией. Однако новые данные указывают на то, что атмосферное электричество взаимодействует с различными организмами на разных уровнях биологической организации (например, ионами, молекулами, клетками и организмами; например, Morley and Robert 2018; Hunting et al. 2019).). Поскольку данные начинают подчеркивать реакции биологических систем на известные факторы изменений атмосферного электричества, здесь мы стремимся предложить несколько точек зрения, синтезируя современное понимание атмосферных электрических явлений и их взаимодействия с различными уровнями биологической организации. Кратко упомянув некоторые выдающиеся исторические и современные примеры, мы надеемся вдохновить других исследователей на дальнейшие набеги в этой увлекательной области междисциплинарных исследований. С этой целью определяются концептуальные и технические проблемы, обеспечивающие платформу для дальнейших дискуссий, сотрудничества и возможностей для прогресса и инноваций на стыке метеорологии, физики атмосферы и химии, а также биологических и медицинских наук.

    В атмосфере присутствуют различные источники электричества, от глобальных электромагнитных полей и электростатических полей до более локальных явлений, таких как молнии и ионы. Каждое из этих электрических явлений имеет разную степень распространенности и изменчивости, а также потенциальное взаимодействие с биологией.

    Электромагнитные поля — это вездесущий физический аспект атмосферы Земли, который исторически привлекал внимание ученых, особенно в связи с его значением для биологии (например, Палмер и др., 2006). Электромагнитные поля состоят из электрических и магнитных силовых полей, создаваемых природными явлениями или людьми с использованием электроприборов (например, мобильных телефонов, линий электропередач и компьютеров). Электромагнитные поля, существующие в природе и искусственно созданные, имеют широкий спектр частот, от статического и квазистатического диапазона (< 3 Гц) до чрезвычайно высоких частот (300 ГГц) в микроволновом диапазоне длин волн (Миколайчик 19).90; Салиев и др. 2019). Наиболее известным природным явлением является статическое магнитное поле Земли, предположительно создаваемое электрическими токами в расплавленном железном ядре ядра Земли (Куанг и Блоксхэм, 1997). Форма магнитного поля Земли может быть аппроксимирована магнитным диполем, но могут быть заметные локальные отклонения, при которых сила и фактическая форма колеблются во временных масштабах от миллисекунд и часов (Хаякава и др., 2004) до миллионов лет ( Макэлхинни и Макфадден 1998). Эти естественные атмосферные (и космические) электромагнитные поля также являются важной движущей силой земных токов (или теллурических токов) и их динамики как в почве, так и в воде (см. обзор: Lanzerotti and Gregori 1986; Helman 2013).

    Статические электрические поля также распространены во всей атмосфере Земли как часть глобальной электрической цепи, которая простирается от нижних слоев ионосферы до поверхности Земли (см. рис. для обзора глобальной электрической цепи). В нижних слоях атмосферы существует вертикальная разность потенциалов, градиент потенциала (PG), который подпитывается положительно заряженной атмосферой и мобильными электрическими зарядами в системе Земли. Это разделение зарядов создает электрическое поле между атмосферой и Землей при хороших погодных условиях в диапазоне от 100 до 300 В/м, генерируя постоянный ток (DC) с плотностью около 2 пА/м 9 .0601 2 (Израиль, 1971, 1973). Эти поля существуют из-за глобальных горячих точек грозовой активности, которые направляют положительные заряды в регионы с хорошей погодой и делают это в глобальном масштабе (Haldoupis et al. 2017). Однако вблизи местных гроз или в присутствии низких облаков, несущих или генерирующих локальные заряды (Harrison et al. 2017), это электрическое поле становится неустойчивым с чередующимися положительными и отрицательными градиентами потенциала, которые могут превышать 10 кВ/м (Williams and Mareev 2014) . На PG также влияют местные и региональные факторы, в том числе вертикально простирающиеся проводящие объекты (например, здания и растительность), естественное ионизирующее излучение (например, распад радона), солнечная и авроральная активность, синоптическая погодная ситуация, пыльные бури в пустыне или вулканический пепел. и антропогенное загрязнение воздуха (например, Leblanc et al. 2008; Matthews et al. 2019; Куртидис и др. 2020). PG может демонстрировать отчетливые ежедневные вариации, зависящие от регулярных колебаний глобальной электрической цепи, вариацию, широко известную как кривая Карнеги (см. Harrison et al. 2013). Известно также, что PG изменяется в результате вариаций, вызванных локальными воздействиями, например, загрязнением аэрозольными частицами и радиоактивностью воздуха (Reiter, 1985). Сообщалось также о сезонных колебаниях (Адлерман и Уильямс, 1996 г.), при которых PG обычно снижается в летние месяцы.

    Открыть в отдельном окне

    Космические и атмосферные явления, которые вместе управляют глобальной электрической цепью. Предоставлено: National Science Foundation

    Как электромагнитные, так и электростатические поля в основном, но не исключительно, ограничены вертикальными атмосферными границами, образованными поверхностью Земли и ионосферой (Volland 1995a, b). Материал поверхности Земли считается достаточно хорошим проводником, как и нижняя ионосфера (60–130 км). Считается, что эти границы, возможно, произвольные, играют важную роль в наличии и динамике глобальной цепи, обеспечивая волновод для электромагнитного (ЭМ) излучения (Райкрофт и др., 2008). Хотя это выходит за рамки данного обзора, важно отметить, что разные частоты ЭМ по всему спектру будут демонстрировать и испытывать различное поведение в атмосферной среде и ее сложном и неоднородном химическом составе в столь же разнообразных и изменяющихся границах (Volland, 19).95а). С практической и измеримой точки зрения эта конфигурация отвечает за создание резонансного резонатора, особенно подходящего для волноводной передачи радиоволн в диапазоне крайне низких частот (ELF, 3 Гц–3 кГц) и очень низких частот (VLF, 3–30 кГц). , а также все формы электромагнитного излучения (Volland 1995b). Примечательно, что некоторые отдельные полосы радиочастот естественным образом образуются в результате грозовых разрядов по всему миру (Volland 1995b; Price 2016). Естественные волны сверхнизкой частоты (УНЧ, 300 Гц – 3 кГц) могут попадать в атмосферу Земли также из магнитосферы и ионосферы, откуда они распространяются вдоль силовых линий геомагнитного поля в виде так называемых геомагнитных пульсаций или ионосферных альфвеновских резонансов (Гульельми и Похотелов). 1996). Во всей атмосфере можно измерить электромагнитные волны ELF, называемые резонансами Шумана (SR) (например, Price 2016), которые возникают в результате глобальных грозовых разрядов в волноводе, ограниченном землей и ионосферой. Эти слабые волны имеют пики на частотах около 7,8, 14,3 и 20 Гц и могут демонстрировать некоторые вариации частоты (± 0,2 Гц) и амплитуды в зависимости от времени суток, сезона и, например, модуляции высоты слоев ионосферы из-за солнечной активности.

    Атмосфера Земли также имеет ряд локальных источников электрических вариаций, которые, помимо того, что способствуют локальным изменениям глобальных моделей атмосферного электричества, непосредственно управляют локальным электрическим ландшафтом и, возможно, живущими в нем организмами. К ним относятся сильное воздействие местной грозовой активности и, в частности, ударов молнии (например, Schaller et al. 2013), образование ионов в результате коронного разряда (например, Matthews et al. 2010), радионуклидов (например, Криволуцкий и Покаржевский 1992), а также более широкое использование электрических технологий и устройств (например, радиоприемников, портативных устройств связи), которые способствуют формированию местного электрического ландшафта.

    Электромагнитные поля

    Степень влияния геомагнитных и электромагнитных полей и волн на биологический организм за последнее столетие стала все более важной областью изучения. Естественная электрическая, магнитная и электромагнитная среда, созданная наличием проводящей среды, источников тока, разделения зарядов и каналов для распространения волн, по общему признанию, сложна. Начиная с промышленной революции, люди все чаще генерировали искусственные электрические поля в результате развития промышленности и особенно телекоммуникационных технологий, линий электропередач из электрической сети, транспорта и множества бытовой электроники. Это существенно увеличило масштаб и сложность электромагнитной среды. В действительности переменные электрические токи, создаваемые естественным или техническим путем, являются существенным источником электромагнитного излучения в атмосфере. Например, все способы радиосвязи, начиная от более старых радиолокационных, радионавигационных и портативных телефонов и заканчивая грядущей сетью беспроводной связи 5G, работают в более высоком диапазоне частот и широко используются в бытовых, медицинских и промышленных приборах (Агивал и др. , 2016).

    В биологических системах переменные токи (AC) находятся в диапазоне от долей герца до примерно 1000 Гц. Ранние исследования были сосредоточены на биологических эффектах электромагнитных полей в диапазоне КНЧ в связи с возможными эффектами, поскольку КНЧ измеримы, хотя и слабы по сравнению с активностью центральной нервной системы человека (например, König et al. 1981). Возрастающий интерес к более высоким радиочастотам и микроволнам впоследствии развился из-за растущего применения в радиосвязи и промышленности (Repacholi 19).98). Этот интерес сохраняется, поскольку ELF в настоящее время почти повсеместно используется как в промышленных, так и в домашних условиях (например, Bortkiewicz et al. 2006). Также считалось, что ELF может иметь потенциальное медицинское или терапевтическое применение (König et al., 1981). В то время как биологические организмы естественным образом подвергались воздействию геомагнитных и электромагнитных полей в ходе эволюции жизни на Земле, научные знания о возможном благотворном или вредном воздействии таких полей остаются скудными. Тем не менее, данные указывают на реакции биологических систем, хотя и непоследовательные, на действие электромагнитных полей и волн, включая текущее распространение беспроводной связи 5G с потенциальными неблагоприятными последствиями для целостности ДНК и мембран, функции и жизнеспособности сперматозоидов, а также иммунной и функционирование нейронов (Marron et al. 1975; Кениг и др. 1981 год; Либофф и др. 1984 год; Миколайчик 1990; Борткевич и др. 2006 г.; Вальберг и др. 2006 г.; Хусс и др. 2007 г.; Энгельс и др. 2014; Панагопулос и др. 2015 г.; Кокаман и др. 2018; Рассел 2018; Салиев и др. 2019).

    Хотя можно ожидать, что механизмы, лежащие в основе воздействия естественных и искусственных электромагнитных (ЭМ) полей на биологические системы, будут одинаковыми, их не обязательно легко обнаружить или описать на различных уровнях биологической организации. Например, эффекты на молекулярном уровне уже могут быть описаны с атомарными подробностями, но на уровне клеток или тканей требуются довольно глубокие физические приближения и упрощения (Cifra et al. 2020). На сегодняшний день клеточная мембрана считается основной мишенью электрического компонента электромагнитного поля (например, Azan et al. 2017), и гораздо меньше внимания уделяется прямому воздействию электрических полей на белки. Однако было показано, что интенсивные электрические поля в наносекундном масштабе изменяют структуру и структуру белков (Marracino et al. 2019).; Чафаи и др. 2019). Это может оказаться актуальным, учитывая, что белки являются биологическими наномашинами, которые выполняют подавляющее большинство жизненных процессов, поэтому любое прямое воздействие электромагнитных полей на белки может иметь существенные последующие эффекты.

    Тот факт, что вариации атмосферных электрических полей оказались биологически значимыми для организмов и процессов в природной среде, также стимулировал исследования, направленные на распутывание связей между большими естественными и антропогенными флуктуациями атмосферного электричества и благополучием человека. Взаимодействие атмосферного электричества со здоровьем человека можно определить, охарактеризовав аномальную электрическую среду, в которой становятся видны необычные биофизические реакции человека (Cannon 19). 29), хотя трудно определить личные пределы воздействия естественных электрических колебаний. Было предложено, чтобы различные физические свойства атмосферы были потенциально значимыми. Хотя естественные электромагнитные поля, как правило, слабые, крупномасштабные вариации различных атмосферных явлений (например, излучения, электромагнитных полей, лунно-солнечных гравитационных сил) влияют на сердечно-сосудистую систему и биологические ритмы (Sollberget 1963; Halberg 1963; Palmer et al. ., 2006), предполагая, что локальные и планетарные электрические явления потенциально могут влиять — по крайней мере, на часть — человеческого населения.

    Электромагнитные резонансы

    Грозовые разряды генерируют электромагнитные резонансы, возбуждаемые в волноводе Земля-ионосфера по всему миру, так называемые резонансы Шумана (SR; Schumann 1952; Price 2016). Грозовые явления производят очень слабые сигналы (~ 300 мкВ·м −1 и ниже 100 Гц) и, как правило, имеют низкий уровень пространственного затухания (0,5 дБ/Мм), что позволяет электромагнитным волнам от отдельного разряда несколько раз распространяться вокруг земного шара, прежде чем он в конце концов распадется (Блиох и др. 1980). В этом физическом контексте волновод Земля-ионосфера ведет себя как резонатор на крайне низких частотах. Такое поведение волновода приводит к усилению спектральных сигналов от молнии на резонансных частотах из-за интерференции электромагнитных волн, распространяющихся в противоположных направлениях по земному шару. Считается, что СИ существовало на протяжении всей истории Земли после образования атмосферы (Кастинг и Зиферт, 2002), предполагая, что СИ может быть физической величиной, которая, подобно свету, звуку и гравитации, могла составлять составную часть адаптивный ландшафт на ранней стадии эволюции жизни (например, Price et al. 2020). СИ происходят в диапазоне КНЧ с резонансными частотами около 8 Гц, 14 Гц, 20 Гц, 26 Гц и т. д. Многие живые организмы в природе также проявляют электрическую активность в диапазоне КНЧ. От зоопланктона до океанских акул и человеческого мозга — все они проявляют спектральную активность в диапазоне от 4 до 40 Гц (Буллок, 2002 г.; Фройнд и др., 2002 г. ). Например, нормальная активность мозга у людей в состоянии покоя составляет около 10 Гц (Nunez et al. 19).78), между двумя первыми резонансными частотами СИ. Остается открытым вопрос, существует ли связь между природным СИ и организмами и развилась ли у организмов способность ощущать и обрабатывать информацию, скрытую в его слабых электрических полях (Черри, 2003). Исследования показали, что на целые организмы могут влиять слабые поля СИ с частотой около 10 Гц (Wever, 1973). Еще в 1960-х годах исследования циркадных ритмов показали, что слабые поля СИ частотой 10 Гц могут влиять на суточный цикл активности людей, птиц и дрозофил (Wever 19).73; Энгельманн и др. 1996). Недавно было замечено, что на клетки сердечной мышцы влияют слабые магнитные поля в диапазоне частот СИ (Elhalel et al. 2019), которые, по-видимому, зависят от частоты (наиболее выраженной при 7,8 Гц), а не от амплитуды индуцированного поля. Эти исследования в совокупности предполагают, что очень слабые переменные магнитные поля действительно потенциально могут влиять на биологические процессы и здоровье человека, однако физическое понимание этих результатов до сих пор отсутствует (Прайс и др. , 2020; Фдез-Арроябе и др., 2020).

    Статические атмосферные электрические поля

    В регионах с хорошей погодой по всему земному шару статическое атмосферное электрическое поле порядка амплитуд ок. От + 100 до + 300 В/м возникает как следствие глобальной атмосферной электрической цепи. Направленный вниз, если рассматривать его как векторное электрическое поле, этот градиент атмосферного потенциала (PG) претерпевает различные изменения, которые могут быть регулярными (например, суточные и сезонные) или нерегулярными (локальными) (Rycroft et al. 2008). Актуальность статических атмосферных электрических полей для биологии стала рассматриваться лишь недавно, при этом особое внимание уделялось взаимоотношениям между насекомыми-опылителями и растениями (например, Clarke et al. 2013). Установлено, что цветы окружены электрическим полем, возникающим в результате сочетания нахождения растений в атмосферном ПЗ и электрохимических потоков через их сосудистую систему и почву (Maw 19). 62; Волков, Штессель, 2018). Следовательно, можно наблюдать относительный отрицательный потенциал между цветами и атмосферой. Несколько направлений исследований оценили эту электростатическую связь и эмпирически продемонстрировали, что электростатические силы играют роль в переносе пыльцы от цветка к опылителю (Armbruster 2001; Corbet and Huang 2014; Clarke et al. 2017). Кроме того, появились доказательства того, что пчелы могут обнаруживать и использовать электрические поля цветов, чтобы ассоциировать вознаграждение (нектар или пыльцу) с цветами (Clarke et al. 2013), предоставив первое документальное подтверждение электрорецепции в воздухе как резистивной среде (Clarke et al. 2013; Греггерс и др., 2013). Атмосферный ПГ имеет непосредственное значение и для других членистоногих. Недавно было показано, что пауки могут использовать электрическое поле в ясную погоду, чтобы раздуваться вверх, пытаясь рассеяться на большие расстояния, при этом электрическая сила действует на брошенные тонкие нити шелка, позволяя им летать (Морли и Роберт, 2018). Было также замечено, что атмосферный PG простирается ниже поверхностных слоев Земли, в которых разделение зарядов между относительно отрицательными почвами и отложениями и относительно положительной вышележащей атмосферой приводит к движению дыхательных ионов и изменению бактериального метаболизма в подповерхностных средах (Hunting et al. 2019). Возникающие в результате изменения в микробных сообществах и их метаболической активности, вероятно, имеют более широкие последствия, поскольку они служат источником пищи для более высоких трофических уровней (Zhai et al. 2018) и необходимы для экосистемных процессов, таких как разложение (Hunting et al. 2017). В целом эти исследования показывают, что статические атмосферные электрические поля и их изменчивость связаны с различными биологическими процессами, что требует дальнейших исследований для оценки их значения в постоянно меняющемся и часто неуловимом электростатическом ландшафте. Это побуждает к усилиям по лучшему пониманию структуры и динамики статических электрических полей в пространственном и временном масштабах, которые имеют отношение к потенциально широкому кругу организмов, которые могут использовать динамический электрический ландшафт над, вблизи и непосредственно под поверхностью Земли.

    Молния

    Молния — повсеместное явление на Земле, совершающее около 50 ударов молнии в секунду (Christian et al. 2003). Когда молния попадает на поверхность Земли, электрический ток течет по путям с более высокой проводимостью или более высокой влажностью (например, растения и почва). Энергия, содержащаяся в ударах молнии, вызывает быстрый нагрев поверхности Земли, в результате чего температура может превышать 2500 К (Пасек и Блок, 2009 г.). Таким образом, помимо прямого воздействия на биологию, можно предположить, что эти электрические токи и связанные с ними затраты энергии могут иметь отношение к биологии.

    Давно известно, что удары молнии воздействуют на биологические системы, непосредственно вызывая травмы или смерть, особенно у крупного рогатого скота, людей и деревьев (Bernstein 1973; Kautz et al. 2011). Хотя прямое воздействие молнии на биологию в целом очевидно, наблюдаются и менее очевидные косвенные эффекты (рис.  ). Молния может генерировать электрические помехи, влияющие на электрическую связь пресноводных электрических рыб (Hopkins 1973, 1980). Действительно, рыба Gabon mormyrid , по-видимому, использует частоты электрических разрядов органов около 1000 Гц; окно полосы пропускания с низким уровнем шума, где нет передачи, позволяет улучшить распространение электромагнитной энергии (Хопкинс 1980, Арнасон и др. 2002). Кроме того, молнии и возникающие в результате почвенные токи были определены как движущая сила переноса генетического материала между различными видами бактерий (Demanèche et al. 2001). Совсем недавно молнии также связывали с химическими изменениями на поверхности Земли. Это актуально для организмов, живущих в этой среде; известно, что подповерхностная электрохимия и, в частности, микроорганизмы сильно взаимозависимы (Newman and Banfield 2002; Naudet and Revil 2005; Hunting et al. 2012, 2015; Hunting and Kampfraath 2013). В частности, было замечено, что молния снижает содержание фосфора, важного питательного вещества для микроорганизмов и фототрофных организмов (водорослей, растений) в наземной и водной среде (Пасек и Блок, 2009 г. ).). Также было замечено, что молнии усиливают мобилизацию металлов как в почве, так и в водных отложениях, потенциально повышая доступность основных металлов или их токсичность для организмов (Schaller et al. 2013). Эти исследования дают важные сведения о значительном и сохраняющемся влиянии молнии на абиотическую и биотическую среду, опровергая твердое мнение о том, что молния является локальным и преходящим явлением.

    Открыть в отдельном окне

    Обзор геохимических и биологических явлений, на которые прямо или косвенно влияет молния. Вверху: удары молнии генерируют 500 000 кДж энергии и нагревают землю до 2500 К. Слева: молния уменьшает количество элементов почвы, включая марганец и железо, увеличивая их подвижность (Schaller et al. 2013). Внизу: мормировые рыбы общаются, используя частоты (вертикальная полоса на графике), где шум от молнии самый низкий (Hopkins 19).80). Справа: ток молнии способствует переносу генов в почве (Demanèche et al. 2001)

    Ионы и аэрозоли

    Атмосфера содержит множество ионов, которые могут значительно различаться по размеру и заряду. Эти электроактивные ионы имеют тенденцию присоединяться к аэрозолям и возникают как из естественных (космические лучи, радиоактивность, брызги воды, пыльные бури), так и из антропогенных источников (высоковольтная инфраструктура и выхлопные газы от транспорта). Например, значительное количество ионов короны вырабатывается высоковольтными линиями электропередач, когда напряжение достаточно велико, чтобы вызвать пробой коронного разряда вокруг кабеля (Мэттьюз и др., 2012; Джаяратне и др., 2015). Если преобладает одна полярность иона, например вблизи линий электропередач постоянного тока и некоторых линий электропередач переменного тока, это может привести к усилению аэрозольного заряда. Было показано, что для линий электропередач переменного тока количество коронного разряда зависит от местной метеорологии и времени суток (Мэттьюз и др., 2012 г.).

    Антропогенные объекты инфраструктуры (например, высоковольтные линии электропередачи) обычно считаются основным источником ионов этого типа (например, Matthews et al. 2010). До сих пор подавляющее большинство исследований было сосредоточено на том, как ионы влияют на микроорганизмы и здоровье человека с использованием модельных организмов (например, на мышах; например, Krueger et al., 1963; Berger et al., 1976; Brun et al., 2018), и на эффектах повышенных концентраций ионов воздуха. на биологических системах (Harrison and Carslaw 2003). Например, давно известно, что естественная ионизация воздуха обладает бактерицидным действием и нарушает уровень нейрогормона серотонина (Крюгер и Смит 19).58) и сократить продолжительность жизни мышей (Krueger and Reed 1976; Kellogg III and Yost 1983). Предполагается также, что зарядка аэрозоля приводит к усилению осаждения из-за электростатических эффектов, потенциально увеличивая осаждение вредных веществ на коже (Fews et al. 1999a) или легочной ткани при вдыхании (Fews et al. 1999b). В некоторых исследованиях это было предложено в качестве объяснения повышенной заболеваемости детской лейкемией вблизи высоковольтных линий электропередач (Tynes and Haldorsen, 1997; Draper et al. , 2005). Повышенное отложение в легком было продемонстрировано на механических моделях легкого (Cohen et al. 19).96) и с несколькими заряженными частицами размером более 300 нм у взрослых добровольцев (Меландри и др., 1983). Тем не менее, переносимые по воздуху частицы, измеренные вблизи высоковольтных линий электропередач, представляют собой относительно низкое увеличение заряда по сравнению с теми, которые до сих пор демонстрировали эффект (Бакли и др., 2008 г.; Мэтьюз и др., 2015 г.; Усмани и др., 2020 г.). Однако важно отметить, что воздействие ионов на биологические системы может быть вызвано электродинамическими, электростатическими или электрохимическими (например, производство озона) механизмами (Fletcher et al. 2007), что указывает на необходимость контроля смешанных переменных.

    Радионуклиды

    Нестабильные атомы в атмосфере, радионуклиды, также вносят свой вклад в сложность изменений местного атмосферного электричества из-за ионизирующего излучения. Большинство атмосферных радионуклидов образуются в результате переноса радиоактивного материала с поверхности Земли (например, радона) или внепланетного ионизирующего излучения (например, космогенного бериллия). Среди естественных радионуклидов радон и продукты его распада считаются основными факторами риска для здоровья живых организмов, при этом радон является второй основной причиной рака легких после табачного дыма (Sethi et al. 2012). Во многих исследованиях было продемонстрировано, что радионуклиды, полученные в результате испытаний ядерного оружия и ядерных аварий, могут влиять на электрические свойства атмосферы (Израэльссон и Кнудсен 19).86; Туоми 1988; Ямаути и др. 2012). При этом радионуклиды могут оказывать дополнительное прямое и косвенное воздействие на организмы: воздействие может вызывать прямые эффекты, такие как рост заболеваемости или смерти, и приводить к генотоксическим эффектам, таким как одно- и двухцепочечные разрывы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) или изменения ДНК (Ward 1995). , хромосомные аберрации (Geraskin et al. 2003) или морфологические аномалии (Hiyama et al. 2012). Косвенные эффекты воздействия могут включать подавление радиочувствительных видов, нарушение трофических отношений, потерю иммунитета и возникновение новых заболеваний (Гераскин, 2016). Например, изменение состава сообществ растений (Суворова и др. 1993) и почвенной фауны (Криволуцкий и Покаржевский, 1992) наблюдались в районах, пострадавших от аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году.

    Методологические проблемы

    Прогрессу в нашем понимании электрического ландшафта и его биотических составляющих мешают технические проблемы и ограничения. Электрическая среда описывается взаимозависимыми физическими параметрами (например, ток, проводимость, электрическое поле, расположение заряда, количество и подвижность). Для этих электрических параметров существуют методы измерения (Harrison and Ingram 2005; Harrison 19).97; Аплин и Харрисон, 2000 г.; Chubb 2014), но они различаются в больших пространственных и временных масштабах и варьируются в диапазоне многих порядков (например, от 10 −15 до 10 3  А токов), для которых могут потребоваться логарифмические датчики с большим динамическим диапазоном (Marlton et al., 2014). др. 2013). Поэтому датчики используются в массивах, что накладывает практические ограничения, такие как размер и простота развертывания. Точно так же датчики спроектированы так, чтобы иметь соответствующую полосу пропускания и диапазон для решения конкретных рассматриваемых научных вопросов. Часто невозможно выполнить все эти требования, и в результате часто требуется множество различных датчиков. Другая задача состоит в том, чтобы разделить значимость всех атмосферных (электрических) явлений, действующих одновременно, прямо и косвенно воздействующих на среду обитания. Поэтому часто необходимы одновременные измерения нескольких параметров, чтобы иметь возможность выделить и разделить несколько смешанных факторов. Миниатюризация и интеграция нескольких различных датчиков в надежный и легко развертываемый измерительный пакет даст возможность одновременно собирать более полные и непрерывные данные об этих факторах и определять ключевые параметры взаимодействия между атмосферным электричеством и биологическими системами.

    На практике методологические проблемы могут быть решены, когда экспериментальные протоколы в идеале требуют строгого контроля и манипулирования задействованными электрическими полями. Признано, что существенные трудности возникают, когда широкий диапазон частот должен быть экранирован от испытуемого в лабораторных условиях. Экспериментальные манипуляции, в том числе важные фиктивные элементы управления, симметрия установки, изоляция стимула и другие общепринятые количественные оценки доза-реакция, нетривиальны и часто обременительны. Исследование всего пространства параметров, от частот постоянного тока до гигагерца, желательно, но сложно с точки зрения логистики и финансов. Еще одна проблема связана с необходимостью документировать формы волн и величины случайных воздействий и воспроизводить их в контролируемых лабораторных условиях при наличии других физических и биогенных переменных. Следовательно, на сегодняшний день остаются трудности в разработке содержательных и интерпретируемых эмпирических исследований с участием биологических систем и их реакции на электромагнитные поля, которые, в свою очередь, могут быть выражены на нескольких уровнях биологической сложности, например, поведенческом, физиологическом, молекулярном и атомном. Следует признать, что воспроизводимость методологий и, следовательно, повторяемость экспериментов были проблемой в подавляющем большинстве исследований, опубликованных на сегодняшний день, что ставит под сомнение нашу способность сформулировать надежную феноменологию воздействия атмосферного электричества на биологические организмы. включая людей.

    В исследованиях, посвященных здоровью человека, роль атмосферного электричества остается неопределенной из-за множества внешних факторов, которые частично или полностью контролируют экзогенные и эндогенные биологические ритмы. Таким образом, надлежащий контроль циркадных ритмов и манипулирование ими являются ключом к успешным экспериментам (Halberg and Panofsky, 1961). Большое количество смешанных переменных в параметрах атмосферы, географическом распределении и изменчивости образа жизни делает эту область общеизвестно сложной. Ключевой задачей для содействия прогрессу является разработка инфраструктур биометеорологических данных (Fdez-Arroyabe et al. 2018). Эти инфраструктуры могут быть основаны на мониторинге людей и животных с целью сбора данных и определения уязвимости отдельных организмов, а также популяций для акклиматизации и адаптации к нормальной изменчивости и экстремальным изменениям конкретных параметров атмосферы. Развитие инфраструктур биометеорологических данных, основанных на эмпирических измерениях, станет первым шагом в продвижении нашего понимания благополучия человека в связи с его атмосферной электрической средой и, в конечном итоге, позволит разработать специализированные системы раннего предупреждения, которые могут снизить риски для отдельных лиц и групп населения.

    От электронов к экосистемам

    Масштабы, на которых действуют атмосферные электрические явления, варьируются от частиц до глобальных цепей. То, как эти явления взаимодействуют с различными уровнями биологической организации, которые сами по себе различаются в пространстве и времени, представляет собой сложную проблему. Электрический ландшафт любого биома будет продуктом динамического взаимодействия между абиотическими источниками (например, градиентом атмосферного потенциала) и возмущениями живых организмов. В конечном счете почти для всех сред на Земле абиотические и биотические компоненты будут одновременно источниками и поглотителями, а также модификаторами электрических полей и ионов, которые взаимодействуют внутренне связанным и взаимообусловленным образом. Однако обширные диапазоны пространственного масштаба и величины, в которых происходят эти взаимодействия, делают точные измерения и всестороннее моделирование динамики этой системы и ее составных компонентов сложной и стоящей задачей.

    Несмотря на различные взаимозависимые электрические и электромагнитные явления, ожидается, что не все они будут достаточно сильными, чтобы оказывать наблюдаемое влияние на биологию, и можно ожидать, что эффекты будут различаться на разных уровнях биологической организации (например, молекулы, клетки и организмы). : обзор см. Cifra et al., 2020). Молекулярно-динамическое моделирование (Průša and Cifra 2019; Valle et al. 2019) и дальнейшее моделирование в настоящее время используются для определения того, при каких условиях атмосферные электрические и электромагнитные поля могут изменять функции молекул, и этот подход также позволяет прогнозировать воздействие на другие молекулы. и органеллы (например, Tuszyński et al. 2005). Хотя мы, таким образом, начинаем понимать влияние атмосферного электричества на процессы на молекулярном уровне, остается серьезной проблемой масштабирование этого анализа до уровня клеток и тканей или выше. Распутывание молекулярной динамики с атомарной точностью может обеспечить ценный восходящий подход, который может дать информацию о более высоких масштабах применения и сложности моделирования (Аполлонио и др., 2013).

    Несмотря на сложность, рассмотрение широкого диапазона пространственных масштабов атмосферного электричества необходимо для выявления связей на всех уровнях биологической организации (см. рис. для обзора электрических явлений, связанных с различными уровнями биологической организации). Например, обмен относительно небольшим количеством электронов на поверхности механосенсорных волосков насекомого потенциально может привести к резким различиям в его чувствительности к электрическому полю в поведенческих стимулах (Sutton et al. 2016). И наоборот, в более широком масштабе экранирующие и искажающие эффекты, вносимые деревьями в градиент атмосферного потенциала, могут эффективно сводить на нет или преобразовывать локальную напряженность электрического поля, испытываемую организмами в непосредственной близости от них (Арнольд и др. 19).65; Уильямс и др. 2005 г.; Кларк и др. 2017). Точно так же отношения между растениями и атмосферным PG, вероятно, зависят от вида из-за видоспецифичной морфологии и электрофизиологических характеристик. Кроме того, в еще большем масштабе сжигание органического вещества, которое естественно происходит при лесных пожарах, было предложено в качестве значительного источника отрицательных ионов, приводящего к аномальным ударам молнии на больших территориях (Vonnegut et al. 1995). Добавляя дополнительную сложность, многие из этих взаимодействий выходят за пределы нескольких уровней масштаба, при этом атмосферные электрические поля самого большого масштаба оказывают заметное влияние на некоторые из самых маленьких уровней биологической организации. Например, было отмечено, что как локальные, так и универсальные периодические вариации атмосферного электричества могут влиять на подповерхностную электрохимию почв и водоемов (Hunting et al. 2019).). Эти изменения электрохимических градиентов изменяют метаболическую активность микроорганизмов (Hunting et al. 2019) и потенциально могут влиять на движение электротактических организмов (Bespalov et al. 1996; Chrisman et al. 2016). Это может также распространяться на крупномасштабные изменения космической погоды, которые, как известно, влияют на поверхностное атмосферное электричество (Harrison et al. 2013).

    Открыть в отдельном окне

    Концептуальная диаграмма, иллюстрирующая различные атмосферные электрические явления, которые продемонстрировали связь с различными уровнями биологической организации. В то время как во множестве исследований изучались эффекты на молекулярном уровне, и мы начинаем углублять наше понимание более высоких уровней молекулярной и клеточной организации, для выявления связей на всех уровнях биологического организации и того, как они распространяются в экосистемах во времени и пространстве, соизмеримых с жизненными циклами наземных организмов

    Хотя основы электростатики (Фарадей, 1839 г. ) и электродинамики (Максвелл, 1865 г.) уже давно описаны, сложность биотической среды сама по себе представляет собой проблему. Из-за своего физического структурного и материального разнообразия, а также, возможно, бесчисленных электрических взаимодействий внутри биологический материал чрезвычайно затрудняет применение указанных фундаментальных принципов в биологически релевантных условиях. По сути, более точное определение набора взаимодействий между абиотическими и биотическими электрическими полями крайне необходимо для обеспечения прогресса в этой области. Это усилие в сочетании с измерениями и моделированием электрических полей, присутствующих в сложных органических средах, должно начать позволять характеризовать живой электрический ландшафт и его динамику. Выявление аспектов природного электрического атмосферного ландшафта в сочетании с антропогенным электрическим ландшафтом в конечном итоге позволит создать полную картину, поддающуюся экспериментированию и сбору эмпирических данных.

    Деятельность человека и атмосферное электричество

    Растущее признание связи между электрическим ландшафтом и биологическими системами также требует изучения того, в какой степени эта связь уязвима для антропогенных воздействий. Выявлены различные источники антропогенного загрязнения, начиная от дыма и заканчивая линиями электропередач, которые различаются по степени воздействия на местный электрический ландшафт. Например, известно, что дым и аэрозоли влияют на атмосферное электричество (Шефтель и Чернышев 19).94; Камра и Дешпанде, 1995 г.; Maricq 2006), и хотя количество частиц от дорожного движения быстро уменьшается (~ 10 м) (Lee et al. 2012), они могут превышать количество частиц вблизи линий электропередач (Maricq 2006; Jayaratne et al. 2015). Более распространено влияние электрических проводов и линий электропередач. «Сетевой гул» частотой 50 или 60 Гц можно обнаружить даже в водной среде (Peters and Bretschneider, 1972), а электрическое загрязнение высоковольтными линиями электропередач является широко распространенным фактором, влияющим на локальные колебания АЭ (Maruvada, 2011), которые можно измерить. сотни метров от линий электропередач (Мэттьюз и др., 2010, 2012).

    Влияют ли источники антропогенного загрязнения на электрический ландшафт в достаточной степени, чтобы влиять на биологию, остается центральным вопросом, и исследования часто неоднозначны. Было замечено, что линии электропередач вызывают поведенческие реакции у насекомых и планарий (Jackson et al. 2011; Petri et al. 2017; Schmiedchen et al. 2018), но до сих пор не обнаружено никакого физиологического механизма, лежащего в основе этих наблюдений. Также было высказано предположение, что возникающие в результате колебания E-полей могут нарушать циркадные ритмы (Henshaw et al. 2008), а поля промышленной частоты приводили к нарушению выработки мелатонина у крыс (например, Wilson et al. 19).81; Уилсон и др. 1986 год; Райтер и др. 1988 год; Грота и др. 1994). В дополнение к полям переменного и постоянного тока линии электропередач могут выделять ионы, тем самым обеспечивая вторичный и косвенный источник электрического загрязнения, которое потенциально изменяет местный перенос постоянного тока и ионов, добавляя дополнительные сложности. Таким образом, бесчисленные потенциальные возмущения, вызванные деятельностью человека, могут — совместно — мешать взаимосвязям между атмосферным электричеством и биологическими системами способами, которые остаются в значительной степени неизученными.

    В совокупности исследования, рассмотренные в этой статье, служат для документирования и выделения связей между атмосферным электричеством и биологическими системами. Представленные доказательства иллюстрируют многочисленные аспекты текущих исследований, проливая свет на пробелы, требующие изучения. Одной из новых ключевых точек зрения является ожидание того, что изменения атмосферного электричества влияют на различные биологические системы в разных границах экосистем. Становится также очевидным, что помимо непосредственного влияния на биологию, атмосферное электричество может иметь различные косвенные связи с организмами и биологическими процессами. Технические и методологические проблемы создают ряд ловушек, которые препятствуют сбору убедительных доказательств и требуют развития междисциплинарных исследований, направленных на интеграцию и гармонизацию исследовательских дисциплин, таких как физика атмосферы, биометеорология, поведенческая и сенсорная биология, экология и экофизиология, а также медицина. и наук об окружающей среде. Хотя многие примеры показывают взаимодействие атмосферных электрических явлений в различных организационных масштабах (например, воздействие на молекулы, клетки и организмы), все более важным становится рассмотрение более широких пространственных и временных масштабов. На карту поставлено более глубокое понимание того, как и почему разнообразные взаимодействия могут распространяться в экосистемах во времени и пространстве, соизмеримых с жизненными циклами наземных организмов.

    Этот документ основан на работе COST Action «Атмосферная электрическая сеть: связь с Земной системой, климатическими и биологическими системами (ELECTRONET)», поддержанной COST (Европейское сотрудничество в области науки и технологий).

    EH получил финансовую поддержку от Швейцарского национального научного фонда, SNF (CRSK-2 1

    ). SD получил финансовую поддержку от Министерства образования, науки и технологического развития Республики Сербия (проект III43009). АО получило финансирование от Министерства науки и высшего образования Польши на обязательные исследования Института геофизики Польской академии наук (грант № 3841/E-41/S/2019). ). DR получил финансовую поддержку от Европейской исследовательской комиссии (ERC-ADG 743093), поддерживающей EH, SJE и KuK. KM поддерживается Советом по исследованиям окружающей среды, DFT FRESH. MC получил финансовую поддержку от Чешского научного фонда, GAČR (GA20-06873X).

    Эллард Р. Хантинг, электронная почта: [email protected]

    Даниэль Роберт, электронная почта: [email protected]

    • Адлерман Э.Дж., Уильямс Э.Р. Сезонное изменение глобальной электрической цепи. J Geophys Res Atmos. 1996;101:29679–29688. doi: 10.1029/[email protected]/(ISSN)2169-8996.ATMELECT1. [CrossRef] [Google Scholar]
    • Агивал М., Рой А., Саксена Н. Беспроводные сети 5G следующего поколения: всесторонний обзор. Общинные опросы IEEE Tuts. 2016;18(3):1617–1655. [Google Scholar]
    • Aplin KL, Harrison RG. Счетчик атмосферных ионов Gerdien с компьютерным управлением. Преподобный Научный Инструм. 2000;71(8):3037–3041. doi: 10.1063/1.1305511. [CrossRef] [Google Scholar]
    • Аполлонио Ф. , Либерти М., Паффи А., Мерла С., Маррачино П., Дензи А., Марино С., д’Инзео Г. (2013) Возможность воздействия энергии микроволн на биологические системы через нетепловые механизмы: а системный подход. IEEE T Microw Theory 61(5):2031–2045
    • Армбрустер WS. Эволюция цветочной формы: электростатические силы, опыление и адаптивный компромисс. Новый Фитол. 2001; 152:181–183. [Google Scholar]
    • Arnason BT, Hart LA, O’Connell-Rodwell CE. Свойства геофизических полей и их влияние на слонов и других животных. J Comp Psychol. 2002;116(2):123–132. [PubMed] [Google Scholar]
    • Arnold HR, Pierce ET, Whitson AL. Влияние живого дерева на градиент потенциала хорошей погоды. J Atmos Terr Phys. 1965;27:429–430. doi: 10.1016/0021-9169(65)
    -0. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Azan A, Gailliègue F, Mir LM, Breton M. Электропульсация клеточных мембран: химический анализ модификаций клеточных мембран и связанных с ними транспортных механизмов. В: Kulbacka J, Satkauskas S, редакторы. Транспорт через естественные и модифицированные биологические мембраны и его значение в физиологии и терапии. Чам: Springer International Publishing; 2017. С. 59–71. [PubMed] [Google Scholar]
  • Бергер Т.Дж., Спадаро Дж.А., Чапин С.Е., Беккер Р.О. Электрически генерируемые ионы серебра: количественное воздействие на клетки бактерий и млекопитающих. Противомикробные агенты Chemother. 1976;9:357–358. doi: 10.1128/aac.9.2.357. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Бернштейн Т. Воздействие электричества и молнии на человека и животных. J судебная медицина. 1973;18:10002J. doi: 10.1520/jfs10002j. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Беспалов В.А., Жулин И.Б., Тейлор Б.Л. Поведенческие реакции кишечной палочки на изменение окислительно-восстановительного потенциала. Proc Natl Acad Sci U S A. 1996; 93:10084–10089. doi: 10.1073/pnas.93.19.10084. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Блиох П.В., Николаенко А. П., Филиппов Ю.В. F (1980) Резонансы Шумана в полости земля-ионосфера, Питер Перегринус, 166 стр.
  • Борткевич А., Гадзицка Э., Змыслони М., Шимчак В. Нейровегетативные нарушения у рабочих, подвергающихся воздействию электромагнитных полей частотой 50 Гц. Int J Occup Med Environ Health. 2006;19(1):53–60. [PubMed] [Google Scholar]
  • Brun NR, Koch BEV, Varela M, Peijnenburg WJGM, Spank HP, Vijver MG. Наночастицы вызывают кожные и кишечные реакции врожденной иммунной системы у эмбрионов рыбок данио. Environ Sci Nano. 2018;5:904–916. doi: 10.1039/c8en00002f. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Buckley AJ, Wright MD, Henshaw DL. Метод экспресс-оценки распределения заряда субмикронных аэрозолей в атмосферных условиях. Технология аэрозолей. 2008;42:1042–1051. doi: 10.1080/02786820802400645. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Bullock TH. Биология мозговых волн: естественная история и эволюция информационного признака активности. В: Арикан К., Мур Н., редакторы. Достижения электрофизиологии в клинической практике и исследованиях. Уитон: Чельберг; 2002. [Google Академия]
  • Bullock TH, компакт-диск Хопкинса, Фэй Р.Р., редакторы. Электрорецепция. Берлин: Springer Science & Business Media; 2006. [Google Scholar]
  • Cannon WB. Организация физиологического гомеостаза. Physiol Rev. 1929; 9 (3): 399–431. [Google Scholar]
  • Чафаи Д.Е., Сулименко В., Хавелка Д., Кубинова Л., Драбер П., Цифра М. Обратимая и необратимая модуляция самосборки тубулина интенсивными наносекундными импульсными электрическими полями. Adv Mater. 2019;31:1
  • 6. [PubMed] [Академия Google]
  • Черри, Нью-Джерси. Интеллект человека: мозг, электромагнитная система, синхронизированная резонансным сигналом Шумана. Мед Гипотезы. 2003;60(6):843–844. [PubMed] [Google Scholar]
  • Крисман С.Д., Уэйт С.Б., Сковилл А.Г., Карнелл Л. (2016) C elegans демонстрирует отчетливое поведение в фиксированном и однородном электрическом поле. PLoS One 11. 10.1371/journal.pone.0151320 [бесплатная статья PMC] [PubMed]
  • Christian HJ, et al. Глобальная частота и распределение молний, ​​наблюдаемые из космоса с помощью оптического детектора переходных процессов. Дж Геофиз Рез. 2003;108:4005. [Академия Google]
  • Чабб Дж. Измерение атмосферных электрических полей с помощью электростатических измерителей поля, установленных на столбе. Дж Электрост. 2014;72(4):295–300. doi: 10.1016/j.elstat.2014.05.002. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Цифра М., Аполлонио Ф., Либерти М., Гарсия-Санчес Т., Мир Л.М. (2020) Возможные молекулярные и клеточные механизмы, лежащие в основе биоэффектов атмосферного электромагнитного поля. Int J Biometeorol, в печати. 10.1007/s00484-020-01885-1 [бесплатная статья PMC] [PubMed]
  • Кларк Д., Уитни Х., Саттон Г., Роберт Д. Обнаружение и изучение цветочных электрических полей шмелями. Наука. 2013; 340:66–69. doi: 10.1126/science.1230883. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Кларк Д., Морли Э., Роберт Д. Пчела, цветок и электрическое поле: электрическая экология и воздушная электрорецепция. J Comp Physiol A Neuroethol Sens Neural Behav Physiol. 2017; 203:737–748. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Cohen BS, Xiong JQ, Li W. Аэрозольное вдыхание: последние рубежи исследований. Дордрехт: Спрингер; 1996. Влияние заряда на характеристики осаждения аэрозольных частиц с акцентом на однократно заряженные частицы нанометрового размера; стр. 153–164. [Академия Google]
  • Корбет С.а., Хуан С.-К. Жужжание у восьми видов Pedicularis, опыляемых шмелями: связано ли оно с трибоэлектрической зарядкой пыльцевых зерен, индуцированной вибрацией? Энн Бот. 2014; 114:1665–1674. doi: 10.1093/aob/mcu195. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Крэмптон В. Электрорецепция, электрогенез и эволюция электрического сигнала. Дж. Фиш Биол. 2019;95(1):92–134. doi: 10.1111/jfb.13922. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Demanèche S, Bertolla F, Buret F, et al. Лабораторные доказательства переноса генов в почву с помощью молнии. Appl Environ Microbiol. 2001;67:3440–3444. doi: 10.1128/AEM.67.8.3440-3444.2001. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Дрейпер Г., Винсент Т., Кролл М.Е., Суонсон Дж. Рак у детей в связи с расстоянием от высоковольтных линий электропередач в Англии и Уэльсе: исследование случай-контроль. БМЖ. 2005;330(7503):1290. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Elhalel G, Price C, Fixler D, Shainberg A. Кардиозащита от стрессовых состояний слабыми магнитными полями в диапазоне шумановского резонанса. Научный доклад 2019; 9:1645. doi: 10.1038/s41598-018-36341-z. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Engelmann W, Hellrung W, Johnsson A (1996) Циркадная двигательная активность мух Musca: метод записи и эффекты электрических полей прямоугольной формы с частотой 10 Гц. Bio Electro Magnetics 17(2):100–110 [PubMed]
  • Engels S, Schneider N-L, Lefeldt N, Hein CM, Zapka M, Michalik A, Elbers D, Kittel A, Hore PJ, Mouritsen H. Антропогенные электромагнитные помехи ориентация по магнитному компасу у перелетной птицы. Природа. 2014; 509: 353–356. [PubMed] [Google Scholar]
  • Фарадей М. Экспериментальные исследования в области электричества. Лондон: Бернард Куорич; 1839 г.. [Google Scholar]
  • Fdez-Arroyabe P, Lecha Estela L, Schimt F. Цифровой разрыв, инфраструктуры биометеорологических данных и определение уязвимости человека. Int J Biometeorol. 2018;62:733–740. doi: 10.1007/s00484-017-1398-x. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Fdez-Arroyabe P, Fornieles-Callejón J, Santurtún A, Szangolies L, Donner RV. Резонанс Шумана и госпитализация в больницу с сердечно-сосудистыми заболеваниями в районе Гранады, Испания: подход к анализу совпадения событий. Научная общая среда. 2020;705:135813. doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.135813. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Fews AP, Henshaw DL, Keitch PA, Close JJ, Wilding RJ. Повышенное воздействие аэрозолей загрязняющих веществ под высоковольтными линиями электропередач. Int J Radiat Biol. 1999; 75: 1505–1521. doi: 10.1080/0955300915. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Fews AP, Henshaw DL, Wilding RJ, Keitch PA. Ионы короны от линий электропередач и повышенное воздействие загрязняющих аэрозолей. Int J Radiat Biol. 1999; 75: 1523–1531. doi: 10.1080/0955300924. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]
  • Флетчер Л.А., Гонт Л.Ф., Беггс К.Б., Шеперд С.Дж., Сани П.А., Ноукс С.Дж., Керр К.Г. Бактерицидное действие положительных и отрицательных ионов воздуха. БМС микробиол. 2007;7(1):32. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Фройнд Дж. А., Шимански-Гейер Л., Бейснер Б., Ниман А., Рассел Д. Ф., Якушева Т., Мосс Ф. Поведенческий стохастический резонанс: как шум от стаи дафний усиливает добычу захват молодью веслоноса. Дж Теор Биол. 2002; 214:71–83. [PubMed] [Google Scholar]
  • Гераськин С.А. Экологические последствия воздействия повышенных уровней ионизирующего излучения. J Environ Radioact. 2016; 162–163:347–357. doi: 10.1016/j.jenvrad.2016.06.012. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]
  • Гераськин С. А., Зимина Л.М., Дикарев В.Г., Дикарева Н.С., Зимин В.Л., Васильев Д.В., Удалова А.А., Блинова Л.Д., Алексахин Р.М. Биоиндикация антропогенного воздействия на микропопуляции Pinus sylvestris , L в районе завода по хранению и переработке радиоактивных отходов и в зоне Чернобыльской АЭС. J Environ Radioact. 2003; 66: 171–180. [PubMed] [Google Scholar]
  • Greggers U, Koch G, Schmidt V, Dürr A, Floriou-Servou A, Piepenbrock D, Göpfert MC, Menzel R. Получение и изучение электрических полей у пчел. Proc R Soc B Biol Sci. 2013;280(1759):20130528. [Статья бесплатно PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Грота Л.Дж., Райтер Р.Дж., Кенг П., Майклсон С. Воздействие электрического поля изменяет синтез мелатонина в сыворотке, но не в эпифизе у самцов крыс. Биоэлектромагнетизм. 1994; 15: 427–437. doi: 10.1002/bem.2250150506. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Гульельми А.В., Похотелов О.А. Геоэлектромагнитные волны. Бристоль: Издательство Института физики; 1996. с. 382. [Google Scholar]
  • Халберг Ф. Анализ периодичности — потенциальный инструмент для биометеорологов. Int J Biometeorol. 1963;7(2):167–191. [Google Scholar]
  • Халберг Ф., Панофски Х. Термодисперсионные спектры; метод и клинические иллюстрации. I. Exp Med Surg. 1961; 19:284. [PubMed] [Google Scholar]
  • Халдупис С., Райкрофт М., Уильямс Э., Прайс С. Является ли «земляно-ионосферный конденсатор» действительным компонентом глобальной электрической цепи атмосферы? J Atmos Sol Terr Phys. 2017; 164:127–131. [Google Scholar]
  • Harrison RG. Антенно-электрометрическая система для атмосферных электрических измерений. Преподобный Научный Инструм. 1997;68(3):1599–1603. doi: 10.1063/1.1147932. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Harrison RG, Carslaw KS. Ионно-аэрозольно-облачные процессы в нижних слоях атмосферы. Преподобный Геофиз. 2003;41:3. [Google Scholar]
  • Harrison RG, Ingram WJ. Измерения течений воздух-земля в Кью, Лондон, 1909–1979 гг. Атмос Рез. 2005; 76: 49–64. doi: 10.1016/j.atmosres.2004.11.022. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Харрисон Р.Г., Николл К.А., Маквильямс К.А. (2013) Изменения в явлениях нижних слоев атмосферы, вызванные космической погодой. J Atmos Sol Terr Phys 98:22–30
  • Харрисон Р.Г., Николл К.А., Аплин К.Л. Дистанционная оценка базовой нагрузки слоистых облаков. Geophys Res Lett. 2017;44:6407–6412. doi: 10.1002/2017GL073128. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Хаякава М., Хаттори К., Андо Ю. Естественные электромагнитные явления и электромагнитная теория: обзор. IEEJ Trans Fundam Mater. 2004; 124:72–79. [Google Scholar]
  • Хелман Д.С. Земное электричество: обзор механизмов, вызывающих теллурические токи в литосфере. Энн Геофиз. 2013;56(5):0564. [Академия Google]
  • Хеншоу Д.Л., Уорд Дж.П., Мэтьюз Дж.К. Могут ли возмущения в электрическом поле атмосферы, создаваемые ионами короны ЛЭП, нарушать выработку мелатонина в шишковидной железе? J Шишковидная рез. 2008; 45: 341–350. [PubMed] [Google Scholar]
  • Хияма А. , Нохара С., Кинджо С., Ватару Т., Гима С., Танахара А., Отаки Дж. М. Биологическое воздействие ядерной аварии на Фукусиме на бледно-травяную голубую бабочку. Научный представитель 2012; 2:570. doi: 10.1038/srep00570. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Компакт-диск Хопкинса. Молния как фоновый шум для общения электрических рыб. Природа. 1973;242(5395):268–270. [Google Scholar]
  • Компакт-диск Хопкинса. Эволюция электрических каналов связи мормирид. Behav Ecol Sociobiol. 1980;7(1):1–3. [Google Scholar]
  • Hunting ER, Kampfraath AA. Вклад бактерий в измерения окислительно-восстановительного потенциала (Eh) в отложениях. Int J Environ Sci Technol. 2013;10:55–62. doi: 10.1007/s13762-012-0080-4. [CrossRef] [Академия Google]
  • Hunting ER, Whatley MH, van der Geest HG, Mulder C, Kraak MH, Breure AM, Admiraal W. Следы беспозвоночных при обработке детрита, структура бактериального сообщества и пространственно-временные окислительно-восстановительные профили. Свежая наука. 2012;3:724–732. [Google Scholar]
  • Hunting ER, Vijver MG, van der Geest HG, Mulder C, Kraak MHS, Breure AM, Admiraal W. Перекрытие ресурсных ниш способствует стабильности метаболизма бактериального сообщества в экспериментальных микрокосмах. Фронт микробиол. 2015;6:105. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Hunting ER, Barmentlo SH, Schrama M, van Bodegom PM, Zhai Y, Vijver MG. Сельскохозяйственные ограничения на использование микробных ресурсов и широта ниши в дренажных канавах. Пир Дж. 2017;5:e4175. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Hunting ER, Harrison RG, Bruder A, van Bodegom PM, van der Geest HG, Kampfraath AA, Vorenhout M, Admiraal W, Cusell C, Gessner MO (2019) Atmospheric электричество, влияющее на биогеохимические процессы в почвах и отложениях. Фронт Физиол 10. 10.3389/fфиз.2019.00378 [Бесплатная статья PMC] [PubMed]
  • Huss A, Egger M, Hug K, Huwiler-Müntener K, Röösli M. Источник финансирования и результаты исследований влияния использования мобильных телефонов на здоровье: систематический обзор экспериментальных исследований. Перспектива охраны окружающей среды. 2007;115(1):1–4. doi: 10.1289/ehp.9149. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Исраэль Х. Основы, проводимость, ионы. Иерусалим: Израильская программа научных переводов; 1971. Атмосферное электричество; п. 318. [Google Академия]
  • Исраэль Х. Поля, заряды, токи. Иерусалим: Израильская программа научных переводов; 1973. Атмосферное электричество; п. 479. [Google Scholar]
  • Исраэльссон С., Кнудсен Э. Влияние радиоактивных осадков в результате аварии на атомной электростанции на электрические параметры. Дж Геофиз Рез. 1986; 91:11909–11910. doi: 10.1029/JD091iD11p11909. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Jackson CW, Hunt E, Sharkh S, Newland PL. Статические электрические поля изменяют двигательное поведение тараканов. J Эксперт Биол. 2011;214(12):2020–2026. [PubMed] [Академия Google]
  • Джаяратне Э.Р., Линг Х., Моравска Л. Сравнение концентраций заряженных наночастиц вблизи дорог с интенсивным движением и воздушных линий электропередач высокого напряжения. Научная общая среда. 2015; 526:14–18. doi: 10.1016/j.scitotenv.2015.04.074. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Камра А.К., Дешпанде К.Г. Возможные вековые изменения и распространение загрязнения воздуха с суши на океан по данным измерений электропроводности атмосферы над Бенгальским заливом. Дж Геофиз Рез. 1995; 100:7105–7110. дои: 10.1029/94JD03246. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
  • Кастинг Дж.Ф., Зиферт Дж.Л. Жизнь и эволюция атмосферы Земли. Наука. 2002; 296:1066–1068. [PubMed] [Google Scholar]
  • Kautz M, Berger U, Stoyan D, Vogt J, Khan NI, Diele K, Saint-Paul U, Triet T, Nam VN. Десинхронизирующие воздействия ударов молнии на циклическую динамику леса в мангровых насаждениях. Аква Бот. 2011;95:173–181. doi: 10.1016/j.aquabot.2011.05.005. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Kellogg EW, III, Yost MG. Влияние длительного воздействия аэроиона и электрического поля постоянного тока на характеристики выживания самок мышей NAMRU. Дж Геронтол. 1983;41(2):147–153. [PubMed] [Google Scholar]
  • Коджаман А., Алтун Г., Каплан А.А., Дениз О.Г., Юрт К.К., Каплан С. Генотоксические и канцерогенные эффекты неионизирующих электромагнитных полей. Окружающая среда Рез. 2018; 163:71–79. doi: 10.1016/j.envres.2018.01.034. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • König HL, Krueger AP, Lang S, Sönning W, редакторы. Биологические эффекты электромагнетизма окружающей среды, вопросы физиологии окружающей среды и медицины. Нью-Йорк: Springer-Verlag; 1981. с. 332. [Google Академия]
  • Куртидис К., Сабоне Андре К., Карагиорас А., Нита И.А., Сатори Г., Бор Дж., Кастелис Н. (2020) Влияние типов циркуляции на воздействие атмосферных электрических полей на биосферу. Int J Biometeorol: 1–3. 10.1007/s00484-020-01923-y [бесплатная статья PMC] [PubMed]
  • Криволуцкий Д.А., Покаржевский А.Д. Влияние радиоактивных осадков на популяции почвенных животных в 30 км зоне Чернобыльской АЭС. Научная общая среда. 1992; 112: 69–77. [PubMed] [Академия Google]
  • Крюгер А. П., Рид Э.Дж. Биологическое воздействие малых аэроионов. Наука. 1976; 193: 1209–1213. doi: 10.1126/science.959834. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Krueger AP, Smith RF. Воздействие аэроионов на живую трахею млекопитающих. J Gen Physiol. 1958; 42: 69–82. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Крюгер А.П., Андрис П.С., Котака С. Биологический механизм действия аэроионов. Влияние СО2+ во вдыхаемом воздухе на уровень 5-гидрокситриптамина в крови мышей. Int J Biometeorol. 1963;7:3–16. [Google Scholar]
  • Куанг В., Блоксхэм Дж. Численная модель динамо, напоминающая Землю. Природа. 1997; 389: 371–374. дои: 10.1038/38712. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Lanzerotti LJ, Gregori GP. Электрическая среда Земли. Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий; 1986. Теллурические течения: природная среда и взаимодействие с искусственными системами; стр. 232–257. [Google Scholar]
  • Леблан Ф., Аплин К.Л., Яир И., Харрисон Р.Г., Блан М. , редакторы. Планетарное атмосферное электричество, Серия космических наук ISSI. Берлин: Спрингер; 2008. с. 532. [Google Академия]
  • Ли Э.С., Сюй Б., Чжу Ю. Измерения ультрадисперсных частиц, несущих разное количество зарядов, в условиях движения по автомагистралям и вблизи них. Атмос Окружающая среда. 2012; 60: 564–572. doi: 10.1016/j.atmosenv.2012.06.085. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Liboff AR, Williams T, Jr, Strong DM, Wistar R., Jr Изменяющиеся во времени магнитные поля: влияние на синтез ДНК. Наука. 1984; 223: 818–820. [PubMed] [Google Scholar]
  • Maricq MM. Об электрическом заряде частиц выхлопных газов автомобилей. J Aerosol Sci. 2006; 37: 858–874. doi: 10.1016/j.jaerosci.2005.08.003. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
  • Марлтон Г.Дж., Харрисон Р.Г., Николл К.А. Измерение тока точечного разряда в атмосфере с использованием логарифмического усилителя тока с температурной компенсацией. Преподобный Научный Инструм. 2013;84:066103. doi: 10.1063/1. 4810849. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Маррачино П., Хавелка Д., Пруша Дж., Либерти М., Тушински Дж., Аюб А.Т., Аполлонио Ф., Цифра М. Реакция тубулина на интенсивное электрическое поле наносекундного масштаба в моделировании молекулярной динамики. Научный доклад 2019; 9: 10477. doi: 10.1038/s41598-019-46636-4. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Marron MT, Goodman EM, Greenebaum B. Митотическая задержка у слизевиков Physarum polycephalum, вызванная электромагнитными полями низкой интенсивности 60 и 75 Гц. Природа. 1975; 254 (5495): 66–67. [PubMed] [Google Scholar]
  • Maruvada PS (2011) Электрическое поле и ионно-токовая среда линий электропередачи постоянного тока высокого напряжения: сравнение расчетов и измерений. IEEE Trans Power Deliv 27(1):401–410
  • Matthews JC, Ward JP, Keitch PA, Henshaw DL. Ионы короны вызывали возмущения градиента атмосферного потенциала вблизи высоковольтных линий электропередач. Атмос Окружающая среда. 2010;44:5093–5100. doi: 10.1016/j.atmosenv.2010.09.007. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Matthews JC, Buckley AJ, Wright MD, Henshaw DL. Сравнение наземных измерений концентрации ионов и градиента потенциала с наветренной и с подветренной стороны высоковольтных линий электропередач в короне. Дж Электрост. 2012;70:407–417. doi: 10.1016/j.elstat.2012.05.005. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Matthews JC, Wright MD, Biddiscombe MF, et al (2015) Воссоздание состояния заряда аэрозоля, обнаруженного вблизи высоковольтных линий электропередач, с использованием высоковольтного коронного зарядного устройства. В: Journal of Physics: Серия конференций. Издательство Института физики
  • Matthews J, Wright M, Clarke D, Morley E, Silva HG, Bennett A, et al. Городские и сельские измерения градиента атмосферного потенциала. Дж Электрост. 2019;97:42–50. [Google Scholar]
  • Maw MG (1962) Некоторые биологические эффекты атмосферного электричества. В Трудах Энтомологического общества Онтарио 92: 33–37
  • Максвелл С. VIII. Динамическая теория электромагнитного поля. Philos Trans R Soc Lond. 1865; 155: 459–512. doi: 10.1098/rstl.1865.0008. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
  • Макэлхинни М., Макфадден П.Л. Магнитное поле Земли: палеомагнетизм, ядро ​​и глубинная мантия. Кембридж: Академическая пресса; 1998. [Google Scholar]
  • Меландри К., Таррони Г., Проди В., де Заиакомо Т., Форминьяни М., Ломбарди К.С. Отложение заряженных частиц в дыхательных путях человека. J Aerosol Sci. 1983; 14: 657–669. doi: 10.1016/0021-8502(83)

    -8. [CrossRef] [Google Scholar]

  • Миколайчик Х. Działanie pól i promieniowania elektromagnetycznego na obiekty biologiczne (Влияние электромагнитного поля и излучения на биологические объекты) В: Twardowski J, editor. Биоспектроскопия. Варшава: PWN; 1990. стр. 153–234. [Google Scholar]
  • Морли Э.Л., Роберт Д. Электрические поля вызывают вздутие живота у пауков. Карр Биол. 2018;28:2324–2330.e2. doi: 10.1016/j.cub.2018.05.057. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Naudet V, Revil A. Эксперимент в песочнице для исследования окислительно-восстановительных процессов, опосредованных бактериями, на сигналах собственного потенциала. Geophys Res Lett. 2005; 32:1–4. doi: 10.1029/2005GL022735. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Newman DK, Banfield JF. Геомикробиология: как взаимодействия на молекулярном уровне лежат в основе биогеохимических систем. Наука. 2002;296: 1071–1077. doi: 10.1126/science.1010716. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Nunez PL, Reid L, Bickford RG. Отношение размера головы к альфа-частоте с последствиями для модели мозговых волн. Электроэнцефалогр Клин Нейрофизиол. 1978; 44: 344–352. [PubMed] [Google Scholar]
  • Palmer SJ, Rycroft MJ, Cermack M. Солнечная и геомагнитная активность, чрезвычайно низкочастотные магнитные и электрические поля и здоровье человека на поверхности Земли. Сурв Геофиз. 2006;27(5):557–595. [Академия Google]
  • Панагопулос Д.Дж., Йоханссон О., Карло Г.Л. Поляризация: ключевое различие между искусственными и естественными электромагнитными полями в отношении биологической активности. Научный доклад 2015; 5:14914. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Пасек М., Блок К. Вызванное молнией снижение степени окисления фосфора. Нат Геоски. 2009; 2: 553–556. doi: 10.1038/ngeo580. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Peters RC, Bretschneider F. Электрические явления в среде обитания сома Ictalurus nebulosus LeS. J Comp Physiol. 1972;81(4):345–362. [Google Scholar]
  • Петри А.К., Шмидхен К., Штундер Д. и др. (2017) Биологические эффекты воздействия статических электрических полей на человека и позвоночных: систематический обзор. Environ Health 16(1):41 ​​[бесплатная статья PMC] [PubMed]
  • Price C (2016) Электромагнитные волны ELF от молнии: резонансы Шумана. Атмосфера (Базель) 7. 10.3390/atmos70

  • Прайс С., Уильямс Э., Элхаел Г., Сентман Д. Естественные поля КНЧ в атмосфере и в живых организмах. Int J Biometeorol. 2020; 8: 1–8. [PubMed] [Академия Google]
  • Průša J, Cifra M. Молекулярно-динамическое моделирование воздействия наносекундного импульсного электрического поля на кинезиновый наномотор. Научный доклад 2019; 9 (1): 19721. doi: 10.1038/s41598-019-56052-3. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Reiter RJ (1985) Поля, течения и аэрозоли в нижних слоях атмосферы, Steinkopff Verlag, NSF Translation TT 76–52030, 714 стр.
  • Reiter RJ, Anderson Л.Е., Бушбом Р.Л., Уилсон Б.В. Снижение ночного подъема уровня мелатонина в пинеальной железе у крыс, подвергшихся воздействию электрических полей частотой 60 Гц в период внутриутробного развития и в течение 23 дней после рождения. Жизнь наук. 1988;42:2203–2206. doi: 10.1016/0024-3205(88)
  • -2. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Repacholi MH. Низкоуровневое воздействие радиочастотных электромагнитных полей: последствия для здоровья и потребности в исследованиях. Биоэлектромагнетизм. 1998; 19:1–19. [PubMed] [Google Scholar]
  • Рассел CL. Расширение беспроводной связи 5G: последствия для здоровья населения и окружающей среды. Окружающая среда Рез. 2018; 165: 484–495. [PubMed] [Google Scholar]
  • Райкрофт М. Дж., Харрисон Р.Г., Николл К.А., Мареев Э.А. (2008) Обзор глобальной электрической цепи Земли и проводимости атмосферы. В: Планетарное атмосферное электричество. Спрингер, Нью-Йорк, стр. 83–105 9.0016
  • Салиев Т., Бегимбетова Д., Масуд А.-Д., Маткаримов Б. Биологические эффекты неионизирующих электромагнитных полей: две стороны медали. Прог Биофиз Мол Биол. 2019;141(25–36):2019–2036. doi: 10.1016/j.pbiomolbio.2018.07.009. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Schaller J, Weiske A, Berger F (2013)Удар молнии в биогеохимии: гальванические эффекты молнии как еще один источник ремобилизации металлов. Sci Rep 3. 10.1038/srep03122 [бесплатная статья PMC] [PubMed]
  • Schmiedchen K, Petri A, Driessen S, et al (2018) Систематический обзор биологических эффектов воздействия статических электрических полей. Часть II: беспозвоночные и растения. Эльзевир [PubMed]
  • Шуман WO. Über die strahlungslosen Eigenschwingungen einer leitenden Kugel, die von einer Luftschicht und einer Ionosphärenhülle umgeben ist. Z Nat Forsch A J Phys Sci. 1952; 7: 149–154. doi: 10.1515/zna-1952-0202. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Sethi TK, El-Ghamry MN, Kloecker GH. Радон и рак легких. Clin Adv Hematol Oncol. 2012;10:157–164. [PubMed] [Google Scholar]
  • Шефтель В., Чернышев А. Электропроводность воздуха и электрическое поле атмосферы как индикатор антропогенного загрязнения атмосферы. Дж Геофиз Рез. 1994;99(Д5):10793–10795. [Google Scholar]
  • Sollberget A. Значение изучения биологических ритмов для биометеорологии человека. Int J Biometeorol. 1963; 7 (2): 193–220. [Google Scholar]
  • Саттон Г.П., Кларк Д., Морли Э.Л., Роберт Д. Механосенсорные волоски у шмелей (Bombus terrestris) обнаруживают слабые электрические поля. Proc Natl Acad Sci U S A. 2016;113:7261–7265. doi: 10.1073/pnas.1601624113. [ЧВК бесплатная статья] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Суворова Л.И., Спирин Д.А., Мартюшов В.З., Смирнов Е.Г., Тарасов О.В., Шеин Г.П. (1993) Оценка биологических и экологических последствий радиоактивного загрязнения биогеоценозов. В: Израиль Ю. А. (ред.) Радиационные аспекты Чернобыльской аварии, т. 1, с. 2, Св. Ставрулакис П. (редактор) (2003), Биологические эффекты электромагнитных полей, механизмы, моделирование, биологические эффекты, терапевтические эффекты, международные стандарты, критерии воздействия Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 793 стр. 10.1007/978-3-662- 06079-7.
  • Tuomi TJ (1988) Наблюдения за атмосферным электричеством 1986. Geophys Publ 7, 551.506.1, Финский метеорологический институт, Хельсинки, стр. 61
  • Тушинский Дж.А., Браун Дж.А., Кроуфорд Э., Карпентер Э.Дж., Нип М.Л.А., Диксон Дж.М., Сатарич М.В. Молекулярно-динамическое моделирование структуры тубулина и расчеты электростатических свойств микротрубочек. Математическая вычислительная модель. 2005;41(10):1055–1070. [Google Scholar]
  • Tynes T, Haldorsen T. Электромагнитные поля и рак у детей, живущих вблизи норвежских высоковольтных линий электропередач. Am J Эпидемиол. 1997;145(3):219–226. [PubMed] [Google Scholar]
  • Usmani OS, Matthews JC, Wright MD, Meah S, Underwood SR, Barnes PJ, Shallcross DE, Biddiscombe MF. Нет никаких доказательств того, что электрический заряд увеличивает осаждение вдыхаемых сверхмелкодисперсных частиц в легких человека. Am J Respir Crit Care Med. 2020;201:1301–1303. [PubMed] [Google Scholar]
  • Valberg PA, van Deventer TE, Repacholi MH. Отчет рабочей группы: базовые станции и беспроводные сети — воздействие радиочастот (РЧ) и последствия для здоровья. Перспектива охраны окружающей среды. 2006;115(3):416–424. дои: 10.1289/ehp.9633. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Валле Е д, Маррачино П, Пахомова О, Либерти М, Аполлонио Ф. Наносекундные импульсные электрические сигналы могут воздействовать на электростатическое окружение белков ниже порога конформационных эффектов: тематическое исследование SOD1 с исследованием молекулярного моделирования. ПЛОС Один. 2019;14(8):e0221685. doi: 10.1371/journal.pone.0221685. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Волков А.Г., Штессель Ю.Б. Распространение электрического сигнала внутри и между растениями томатов. Биоэлектрохимия. 2018;1:195–205. [PubMed] [Google Scholar]
  • Volland H, редактор. Справочник по электродинамике атмосферы. Бока-Ратон: CRC Press; 1995. с. 432. [Google Scholar]
  • Volland H, редактор. Справочник по электродинамике атмосферы. Бока-Ратон: CRC Press; 1995. с. 526. [Google Scholar]
  • Воннегут Б., Латам Д.Дж., Мур С.Б., Хуньяди С.Дж. Объяснение аномальной молнии от облаков лесных пожаров. Дж Геофиз Рез. 1995; 100:5037–5050. дои: 10.1029/94JD02956. [CrossRef] [Академия Google]
  • Уорд Дж.Ф. Радиационный мутагенез: первоначальные повреждения ДНК, ответственные за это. Радиационное разрешение 1995; 142: 362–368. дои: 10.2307/3579145. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Вевер Р. Суточные ритмы человека под влиянием слабых электрических полей и различные аспекты этих исследований. Int J Biometeorol. 1973; 17: 227–232. [PubMed] [Google Scholar]
  • Уильямс Э., Мареев Э. Последние достижения в области глобальной электрической цепи. Атмос Рез. 2014; 135–136: 208–227. [Академия Google]
  • Уильямс Э., Марксон Р., Хекман С. Экранирующие эффекты деревьев при измерении электрического поля Земли: значение для вековых изменений глобальной электрической цепи. Geophys Res Lett. 2005; 32:1–4. doi: 10.1029/2005GL023717. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Wilson BW, Anderson LE, Ian Hilton D, Phillips RD. Хроническое воздействие электрических полей частотой 60 Гц: влияние на функцию шишковидной железы у крыс. Биоэлектромагнетизм. 1981; 2: 371–380. doi: 10.1002/bem.2250020408. [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]
  • Уилсон Б.В., Чесс Е.К., Андерсон Л.Е. Влияние электрического поля частотой 60 Гц на ритмы мелатонина шишковидной железы: время начала и восстановления. Биоэлектромагнетизм. 1986; 7: 239–242. doi: 10.1002/bem.2250070213. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ямаути М., Такеда М., Макино М., Овада Т., Мияги И. Процесс оседания радиоактивной пыли на землю, установленный измерением атмосферного электрического поля. Энн Геофиз. 2012; 30:49–56. doi: 10.5194/angeo-30-49-2012. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
  • Чжай Ю., Брун Н.Р., Бундшух М., Шрама М., Хин Э., Вийвер М.Г., Хантинг Э.Р. Микробно-опосредованное косвенное воздействие наночастиц серебра на водных беспозвоночных. Аква наук. 2018;80(4):44. [Академия Google]
  • Электромагнитная индукция

    Электромагнитная индукция

    Ключевые термины

    вихревые токи
    Закон Фарадея-Генри
    генератор
    катушки индуктивности
    трансформатор

    А великое открытие…

    Около 1830 года Майкл Фарадей и Джозеф Генри независимо друг от друга открыли явление, известное как электромагнитная индукция. Они обнаружили, что вы может индуцировать токи для движения в проводе при определенных условиях в магнитном поле. поле.

     В этой анимации сила магнитного поля меняется со временем. (анимация).

    Они обнаружили, что ток будет течь в замкнутом контуре провода при условии, что провод был окружен изменение магнитного поля . Это известно как Закон Фарадея-Генри . Электромагнитная индукция принцип работы электрического генератора и силовых трансформаторов … вещи, которые мы рассматриваем в этом разделе.

    На самом деле в проводе может быть наведен электрический ток (в замкнутой цепи) просто перемещая его поперек магнитного поля.

     В этой анимации провод перемещает через постоянное магнитное поле. (анимация).

    В этом примере провод (который должен быть частью замкнутой цепи) перемещается мимо магнита. В процессе движения в провод. Когда провод перестает двигаться, ток прекращается.

    Суть в том, что вы можете вызвать ток в проводе, если:

    1. провод находится в изменяющемся магнитном поле
    2. провод движется через магнитное поле

    Однако, если провод просто находится в постоянном магнитном поле… ничего бывает!

    Нажмите ссылка 3. 4.a, чтобы увидеть апплет Java.
    Нажмите ссылка 3.4.b, чтобы увидеть другой апплет Java.

    Идея звучит примерно так: у каждого магнита есть силовые линии (или магнитные поля). линии), уходящие в пространство. Эти линии соединяют северный (N) полюс магнита к южному (S) полюсу того же магнита. Вы, возможно, видели демонстрация в начальной школе, где металлические опилки рассыпают возле магнита, чтобы показать этот эффект (см. изображение ниже).

     

     

    Предоставлено Викисклад

     

     

     

     

    Предоставлено Викисклад

     

     

    Если провод перемещается так, что он «пересекает» эти линии, свободные электроны в провода получают «толчок», который заставляет их двигаться. Это представляет собой электрический ток. Вы должны увидеть, что вы получите тот же эффект, если провод неподвижен, а магнитное поле становится сильнее или слабее. Либо Таким образом, силовые линии магнитного поля «пересекают» провод.

    Использование индукции

    Пример 1 — Электрогитары работают на принципы индукции. Прямо под каждой гитарной струной находится небольшой магнит. Вибрация гитарной струны изменяет магнитное поле вокруг магнит (заставляя силовые линии раскачиваться в пространстве). Катушка проволоки, обернутая вокруг магнита, чувствует эти изменения. в магнитном поле… и в них индуцируются электрические токи. Этот сигнал поступает на усилитель. Зажигай, чувак!

    Пример 2 — Задумывались ли вы, как эти крошечные одометры и спидометры работают на велосипеде? К колесу прикреплен постоянным магнитом, а вдоль рамы закреплена крошечная катушка проволоки, так что каждый пока колесо вращается, катушка движется мимо магнита. Это вызывает крошечные электрические токи, которые считываются микроконтроллером. .. который преобразует синхронизация импульсов со скоростью велосипеда (сначала одометр должен знать размер велосипедной шины для ее калибровки). Тот же принцип можно использовать в вашем автомобиле, чтобы определить его скорость, если ваш автомобиль оснащен цифровым одометром.

    Например, предположим, что время между импульсами составляет 0,4 секунды на Велосипедная шина диаметром 27 дюймов (колесо вращается каждые 0,4 секунды). Простой преобразование показывает, что этот велосипед движется со скоростью 12 миль в час (не беспокойтесь, если вы не можете математика, микроконтроллер может сделать это легко). Примечание: датчик Холла (описано в последнем разделе) также можно использовать для того же.

    Пример 3 — Рассмотрим две анимации ниже. В первом случае магнит движется по катушкам медленно. скорость, и результирующий индуцированный ток низок. Однако, если магнит движется быстро через катушку, индукционный ток в катушке намного выше.

     

    Медленно движущийся магнит                                                                             Быстро движущийся магнит (анимация)

    Поскольку величина наведенного тока зависит от скорости движущегося магнит, такое расположение является полезным инструментом для определения скорости любого движущегося объект. Все, что нужно сделать инженеру, это убедиться, что движущийся объект имеет магнит, прикрепленный к нему, и магнит находится в состоянии индуцировать токи в моток проводов.

    Электрические генераторы

    Приведенные ниже системы поразительно похожи на двигатели, представленные в последней раздел. Им следует! Электрический генератор – это электродвигатель, вращающийся назад. Это похоже на обсуждение водяного колеса и насос. Как вы помните, в случае с водяным колесом колесо получает энергии падающей воды и поэтому начинает вращаться. Насос тоже есть колесо, но в данном случае прялка доставляет энергии в жидкости… создают перепады давления и заставляют воду течь. Ан электродвигатель (как и водяное колесо) имеет якорь, который вынужден вращаться когда ток подается по проводу, и соответствующее ему магнитное поле взаимодействует с постоянным магнитом. Электрический генератор (например, водяной насос) имеет якорь, который, когда заставит вращаться в магнитном поле, индуцировать токи, протекающие по проводу. Другими словами:

    Электродвигатель преобразует электрическую энергию в кинетическую энергию вращения … а генератор преобразует кинетическую энергию вращения в электрическую энергию!

    Идея проста: вы можете заставить ток течь по проводу, если провод находится в изменяющемся магнитном поле. Вращающаяся арматура «видит» постоянные внешние магниты как изменяющееся поле, поэтому индуцируется ток в проводах якоря. Спасибо, Майкл Фарадей и Джозеф Генри.

    Генераторы переменного тока

    На изображении ниже показан простой генератор переменного тока. Так как арматура (петля проволока) вынуждена вращаться во внешнем магнитном поле, индуцируется ток течь внутри провода. Однако, когда якорь поворачивается на 180 градусов, направление тока меняется на противоположное …. создавая переменный ток (переменный ток).

    Простой генератор переменного тока.

    Щелкните ссылку 3.4.c за отличную демонстрацию

    Генераторы постоянного тока

    Генератор постоянного тока (постоянного тока) работает почти так же, но требует немного настроить. Как предотвратить изменение направления тока при якорь вращается на 180 градусов??? Просто… спроектируйте переключатель в системе. Этот переключатель имеет форму разъемного кольца, которое действует как коммутатор. Щетки (которые остаются неподвижными) сохраняют электрический контакт с вращающимся коммутатор. Когда якорь поворачивается на 180 градусов, этот переключатель автоматически удерживает ток в том же направлении.

     

    Генератор постоянного тока (анимация)

     

    Нажмите ссылка 3.4.d, чтобы увидеть Java-апплет генератора переменного тока и нажмите ссылка 3.4.e, чтобы увидеть Java-апплет генератора постоянного тока. Нажмите ссылка 3.4.f для демонстрации генераторов переменного и постоянного тока

    Претворение этой идеи в жизнь

    В детстве мне подарили небольшой генератор, прикрепленный к моему велосипеду. По щелкнув рычагом, металлический цилиндр вступит в физический контакт с колесом. При езде на велосипеде трение о колесо заставит цилиндр вращаться. и засиял бы свет. Никаких батареек! Я был поражен (и зацепил с тех пор физика). В вашем автомобиле есть генератор, работающий от вентилятора. ремень подключен к вашему двигателю. Пока ваша машина работает, у вас есть все электричество, которое вам нужно, чтобы контролировать все (в том числе достаточно для зарядки аккумулятор для следующего запуска автомобиля). Примечание: Генератор на выходе переменный ток, но, поскольку автомобиль работает от постоянного тока, эту мощность необходимо преобразовать (напротив инвертора). В старых автомобилях использовались генераторы, которые работали на тот же принцип, но имел выход постоянного тока.

    Электричество в вашей газонокосилке вырабатывается магнето (ссылка) 3.4.ж). Вы можете найти магнето в большинстве газовых инструментов для газонов, таких как цепь. пилы и травоядные. Магнето обеспечивает электричество, используемое для Свечи зажигания. К маховику прикреплен очень сильный магнит. двигатель. Каждый раз, когда вам нужно электричество для свечи зажигания, магнит вращается мимо магнето, которое постоянно прикреплено к раме. Это устройство состоит из катушки «первичных» проводов. Как известно, когда магнит движется мимо В этих проводах индуцируется ток (закон Фарадея-Генри). Однако, напряжение в этих проводах слишком низкое, чтобы искрить свечи зажигания, поэтому другой шаг нужен. Вам не придется долго ждать. Обсуждение Трансформеры не за горами.

    Энергетическая компания

    Электричество, вырабатываемое электростанциями в США, имеет переменный ток частотой 60 Гц… ток проходит через 60 «циклов» триггеров каждую секунду. «Среднее» напряжение составляет 110-120 вольт. МЫ энергии снабжает район Милуоки электричеством. У них огромные генераторы которые должны быть раскручены каким-то внешним источником. Электростанция Ок-Крик сжигает уголь для получения пара высокого давления. Это движется через турбину (точно так же, как вода вращает водяное колесо). Электростанция Пойнт-Бич производит пар с теплом, выделяемым ядерным реактором. Тем не менее самый дешевый и чистый способ крутить колесо — это использовать гидроэлектроэнергию… возобновляемый. К сожалению, только северо-западная часть Тихого океана (Вашингтон и Орегон) имеет достаточное количество осадков и рельеф (перекрыть большое количество воды), что означает, что только гидроэлектроэнергия становится возможным в этом регионе.

    Трансформаторы

    Электропитание в вашем доме 110-120 вольт переменного тока. Не все устройства могут сделать использование электроэнергии в этом виде. Многие устройства в доме требуют низкой напряжение (переменного или постоянного тока) ток для правильной работы. В другом примере искра штепсельные вилки в вашем автомобиле требуют напряжения в диапазоне 30 000–40 000 вольт, но у тебя аккумулятор всего 12 вольт. Трансформеры делают все это возможным. В большинстве домов есть такие крошечные черные ящики, которые вы подключаете к стене, чтобы преобразовать энергию … это трансформаторы… так и катушка зажигания в вашем автомобиле.

    Держу пари, у тебя дома много таких трансформеров!

    Как все это работает?

    Трансформаторы используют закон Фарадея-Генри. Трансформатор имеет два наборы проводов, первичная катушка и вторичная катушка . два набора катушек (первичная и вторичная) находятся в непосредственной близости друг от друга (но не подключен физически). Обе катушки обычно намотаны на железный стержень, помогающий концентрировать магнитные поля и снижать потери мощности; Однако, железный стержень не необходимо, чтобы заставить его работать.

    Базовый трансформатор А

    Основной задачей трансформатора является регулировка напряжения (в вторичная катушка) в соответствии с применением. Они работают, потому что источник ток в первичной обмотке переменный (переменный ток). Трансформеры делают использование электромагнитной индукции, но давайте замедлимся и рассмотрим это в большом подробно, потому что это очень важно.

    Почему работает трансформатор:

    • Провод с током создает магнитное поле вокруг провода. Это простой электромагнит. Нам нужен ток, чтобы течь в первичной катушка для создания магнитного поля.
    • Если ток в первичной обмотке стабилен, то же самое происходит и с окружающим магнитным полем. поле вокруг катушки. Это бесполезно! Нам нужна смена магнитное поле, чтобы сделать эту работу.
    • Когда мы используем переменный ток в первичной обмотке, он генерирует изменяющийся магнитное поле, сосредоточенное железным сердечником. Это магнитное поле нарастает и спадает с той же частотой, что и линейный ток в первичная — 60 раз в секунду.
    • Вторичная катушка «чувствует» это изменяющееся магнитное поле.
    • Теперь во вторичной обмотке индуцируются токи. по закону Фарадея-Генри. … переменные токи должны быть точный. Это трансформатор.
    • Напряжение и сила тока во вторичной обмотке задаются количеством обмотки провода у вас есть (сколько раз проволока обернута вокруг магнит) относительно количества витков в первичной обмотке. Если оба первичная и вторичная катушки имеют одинаковое количество обмоток, вы в основном Ничего не сделал. Если вы хотите более высокое напряжение во вторичной обмотке, просто сделайте уверен, что в этой катушке больше обмоток, чем в первичной катушке.

    Точное выходное напряжение (и сила тока) определяется в основном соотношением витков в каждой катушке. Однако, вы никогда не получите что-то бесплатно. Должен быть компромисс. В случае трансформатор, вы в основном обмениваете вольты на амперы (или наоборот). То есть, если вы хотите получить более высокое напряжение во вторичной обмотке, вы обнаружите, что имеют меньшую силу тока (по сравнению с первичной катушкой).

    В каком-то смысле трансформатор можно представить как «электрический» рычаг. Ты вспомните, что рычаг позволяет создавать большую силу (на коротком расстоянии) за счет обеспечивая гораздо меньшую силу на гораздо большем расстоянии. Рычаг не создает никакой энергии, так как работа на входе = работа на выходе. Трансформатор работает так же, но с электроэнергией. Электрическая мощность является произведением напряжение, умноженное на ток:

    Электрическая мощность = вольт * ампер

    или Р = V * I

    Если одно количество увеличивается, другое уменьшается.

    Если во вторичной обмотке больше витков, чем в первичной, трансформатор называется « повышающий трансформатор », что означает напряжение повышено. вторичный может имеют в 10 раз большее напряжение (по сравнению с первичным), но будут выдавать только 1/10 силы тока (без учета потери тепла).

    Выезд ссылка 3.4.h и ссылка 3.4.i, чтобы увидеть несколько отличных апплетов Java.

    Беспроводная передача энергии? Ещё бы! У вас может быть электрическая зубная щетка (см. ниже), которая, кажется, никогда не нуждается в подзарядке. Все вам нужно поместить его в док-станцию, и он будет работать вечно??? Однако, док-станцию ​​еще нужно подключить к стене. Так что же все это о? Это не что иное, как трансформер. Док-станция имеет витки проводов, встроенные в основание, по которым течет ток. Базовые катушки представляют собой первичные обмотки трансформатора. вторичные провода встроены в основание самой зубной щетки. В течение при стыковке изменяющиеся магнитные поля в базовом блоке вызывают протекание токов в вторичные обмотки в щетках. Эти индуцированные токи заряжают маленькая батарея. Эта технология прижилась в устройстве, известном как Splashpower. для подзарядки многих типов устройств, используя одну и ту же идею (включая новейшие айфон).

     

    Электроэнергия для вашего дома

    В электрической компании на первичную обмотку подается 110-120 вольт переменного тока (среднее) от генераторов. Повышающий трансформатор преобразует это в высокий напряжение … которое отправляется в удаленные места. На подстанции а серия понижающих трансформаторов в конечном итоге преобразует это обратно в 110-120 вольт. (иметь в виду).

    Томас Эдисон (1847-1931) пытался провести электричество в домах Нью-Йорка. Город в 1882 году. Он использовал постоянный ток (DC), но обнаружил, что потери мощности, когда он пытался передавать электричество на большие расстояния. Этот в результате такого высокого тока (много ампер) в проводах передачи, что потери на электрическое сопротивление были чрезмерными. решение пришло в виде переменного тока (AC), потому что повышающие трансформаторы были способен преобразовывать более низкое напряжение — большую силу тока в высокое напряжение — низкую мощность ампер. Это позволило передавать электроэнергию на большие расстояния. с гораздо меньшими потерями мощности на тепло. Эти возвышающиеся линии электропередачи на выходе из электростанций может быть до 500 000 вольт (ссылка 3.4.к). Когда-то рядом с домами понижающие трансформаторы снова может быть использован для преобразования высокого напряжения с малой силой тока обратно в годная к употреблению форма. Эта идея принадлежит сербско-американскому изобретателю Николе. Тесла (1856-1919 гг.)43) и Джорджа Вестингауза (1846–1914). я только что прочитал книга под названием The Last Days of Night (ссылка 3.4.k), в котором рассказывалось о битвах Эдисона, Теслы и Вестингауза. должен был установить стандарт на поставку электричества в наши дома. Вы уже знаете результат — AC выиграли эту битву.

    Если интересно, читайте ссылка 3.4.l статья, чтобы увидеть, как электричество распределяется от электростанции к твой дом.

    GFCI — прерыватели замыкания на землю

    Электрические розетки в вашем доме подключены к 2 проводам (давайте пока забудем о зеленом «земляном» проводе). Черный провод «горячий» … это означает, что он несет 120 вольт (в среднем) переменного тока по отношению к белый или «нейтральный» провод. Когда вы используете прибор (называемый «нагрузкой»), переменный ток течет как по черному, так и по белому проводу.

    Электрическое короткое замыкание (анимация)

    При случайном прикосновении к черному «горячему» проводу можно получить потенциально смертельный шок, потому что теперь вы становитесь «грузом», когда ваши ноги находятся в контакта с нейтральной землей. Чтобы предотвратить этот сценарий, большинство торговых точек в ванные комнаты или бассейны защищены прерывателем цепи замыкания на землю или GFCI коротко. Эти устройства умеют следить за током в черном «горячий» провод, а также ток, протекающий по белому «нейтральному» проводу. Под нормальные условия, эти токи должен быть таким же, как . Однако, если вы уроните фен в воду, ток потечет прямо к земля (и обход белого провода). Датчик определяет наличие дисбаланс между токами в черном и белом проводах, и что-то неправильно… поэтому он быстро активирует электромагнит, чтобы остановить поток во всех провода. Но задумывались ли вы когда-нибудь, как сенсор способен это ощущать? Текущий дисбаланс?

    Сначала вы окружаете небольшой участок черного (горячего) провода моток проволоки. Когда по этому «горячему» проводу течет переменный ток, он автоматически создают изменяющееся магнитное поле, которое вызывает протекание токов в этой окружающей катушке. То же самое можно сказать и о текущей в белый «нейтральный» провод. Хитрость здесь заключается в том, чтобы направить ток в оба провода, поэтому поток движется в противоположных направлениях (как автомобили, движущиеся по противоположные направления на двухполосном шоссе). В нормальных условиях работы, магнитные поля обоих проводов компенсируют друг друга, и никакие токи индуцируются в этой соседней катушке. Однако, если ток течет через ваше тело, она течет по «горячему» проводу, а не по белому нулевому проводу. Это мгновенно возбудит ток в соседней катушке … который возбуждает электромагнит… который размыкает все цепи.

    Катушки индуктивности

    Катушка индуктивности — это просто электромагнит (или трансформатор без вторичной обмотки). катушка, но теперь железный сердечник является необходимым компонентом). Когда через катушку пропускают переменный ток, происходит интересное. В железе возникают небольшие «вихревые токи». основной.

    Индуктор (анимация)

    Эти «вихревые токи» индуцируют токи в исходной катушке! Электрики называют это «обратной ЭДС»… это потому, что индукционный ток находится в направлении, противоположном тому, которое первоначально произвело его. Этот эффект присутствует во всех двигателях и трансформаторах… но мы проигнорировали это к этому моменту. Однако некоторые устройства полагаются на «обратную ЭДС», чтобы сделать они работают.

    Для ясности давайте пройдемся по шагам здесь, потому что это немного сложно:

    • Если токи в катушке устойчивы… ничего не происходит, потому что соответствующее магнитное поле не меняется.
    • Если ток в катушке возрастает или падает (как при переменном токе), магнитный поле растет и схлопывается соответственно.
    • Свободные электроны в железном стержне «чувствуют» эти изменяющиеся магнитные поля и индуцируется течением. Только проводов действительно нет… они просто бегают по кругу в кругах внутри железного стержня (вихревые токи).
    • Эти вращающиеся электроны действуют точно так же, как провода, движущиеся по катушке… то есть, они создают собственное магнитное поле.
    • Это магнитное поле нестабильно. По мере того как эти вихревые токи усиливаются и ослабевают, создаваемое ими магнитное поле также увеличивается и уменьшается.
    • Теперь катушка «чувствует» этот эффект, и внутри нее индуцируются новые токи. катушка… только они в обратном направлении от токов, которые начал все это дело. Вот почему они называются «обратной ЭДС». (для электродвижущей силы).

    Еще одна вещь, о которой следует помнить, это тот факт, что все это процесс представляет собой преобразование форм энергии. то есть электрическая энергия преобразуется в магнитную энергию, а затем обратно в электрическую энергию. Помните маятник? Когда мы изучаем, как работает радио (и другие средства беспроводной передачи), мы вернуться к этому примеру.

    Металлоискатели используют принципы индукции, чтобы помочь вам найти клад (они также используются на светофорах, чтобы определить, находится ли машина на перекресток). Это потому, что закопанные монеты (или ваша машина) действуют как железный сердечник … через который «вихревые токи» могут инициировать «обратную ЭДС» к катушка, с которой все началось. Этот обратный ток улавливается и сообщает вам что ты разбогател!

    Готовится индукционная петля на будущей полосе левого поворота

    Индукционные петли, скорее всего, находятся под большинством окон для проезда… подача серверу сигнала о том, что автомобиль ждет.

    Инструмент аналогичный к металлоискателю используется для обнаружения небольших трещин напряжения в каркасе самолеты. Если бы трещина присутствовала, вихревые токи столкнулись бы с более сопротивление … создавая более слабую «обратную ЭДС». Та же идея может быть используется для контроля качества при изготовлении изделий из металла.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.