Informacion i pergjithshem

Në mënyrë të habitshme, idetë e një personi mund të ndikojnë në zhvillimin e mëvonshëm. shoqëria njerëzore përgjithësisht. Një person i tillë ishte Michael Faraday, jo shumë i aftë në ndërlikimet e matematikës bashkëkohore, por me kuptim të përsosur kuptimi fizik informacion i njohur deri në atë kohë për natyrën e elektricitetit dhe magnetizmit për shkak të konceptit të ndërveprimeve në terren të paraqitur prej tij.

Ekzistencën e shoqërisë moderne të bazuar në përdorimin e energjisë elektrike, magnetizmit dhe elektrodinamikës ia detyrojmë një galaktike të tërë shkencëtarësh të shquar. Midis tyre duhet të theksohen Ampere, Oersted, Henry, Gauss, Weber, Lorentz dhe, natyrisht, Maxwell. Në fund të fundit, ata sollën shkencën e elektricitetit dhe magnetizmit në një tablo të vetme, e cila shërbeu si bazë për një grup të tërë shpikësish që krijuan parakushtet për shfaqjen e shoqërisë moderne të informacionit me krijimet e tyre.

Ne jetojmë të rrethuar nga motorë elektrikë dhe gjeneratorë: ata janë asistentët tanë të parë në prodhim, transport dhe në shtëpi. Çdo person që respekton veten nuk mund ta imagjinojë ekzistencën pa një frigorifer, fshesë me korrent dhe lavatriçe. Prioritet është gjithashtu një furrë me mikrovalë, një tharëse flokësh, një mulli kafeje, një mikser, një blender dhe - ëndrra e fundit - një mulli mishi elektrik dhe një makinë buke. Sigurisht, ajri i kondicionuar është gjithashtu një gjë jashtëzakonisht e dobishme, por nëse nuk ka fonde për ta blerë atë, atëherë një tifoz i thjeshtë do ta bëjë.

Për disa burra, kërkesat janë disi më modeste: ëndrra përfundimtare e njeriut më të paaftë është një stërvitje elektrike. Disa prej nesh, duke u përpjekur pa sukses të ndezin makinën në dyzet gradë acar dhe duke torturuar pa shpresë motorin (gjithashtu një motor elektrik), ëndërrojnë fshehurazi të blejnë një makinë Tesla Motors me motorë elektrikë dhe bateri, në mënyrë që të harrojnë përgjithmonë problemet e benzinës. dhe motorët me naftë.

Motorët elektrikë janë kudo: na marrin me ashensorë, na transportojnë në metro, trena, tramvaje, trolejbusë dhe trena me shpejtësi të lartë. Ata na sjellin ujë në dyshemetë e rrokaqiejve, përdorin shatërvanë, pompojnë ujë nga minierat dhe puset, rrotullojnë çelikun, ngrenë pesha, punojnë në vinça të ndryshëm. Dhe ata bëjnë shumë gjëra të tjera të dobishme, duke vënë në lëvizje veglat, veglat dhe mekanizmat e makinerive.

Edhe ekzoskelete për personat me aftësi të kufizuara dhe për ushtarakët bëhen duke përdorur motorë elektrikë, për të mos përmendur një ushtri të tërë robotësh industrialë dhe kërkimorë.

Sot, motorët elektrikë punojnë në hapësirë ​​- vetëm mendoni për roverin Curiosity. Ata punojnë në tokë, nën tokë, në ujë, nën ujë dhe madje edhe në ajër - nëse jo sot, atëherë nesër (artikulli i shkruar në nëntor 2015) avioni Solar Impulse 2 më në fund do të përfundojë udhëtimin e tij rreth botës dhe pa pilot avion në motorët elektrikë, thjesht nuk ka numra. Jo pa arsye, korporata mjaft serioze tani po punojnë në shërbimet e dërgesës së postës duke përdorur mjete ajrore pa pilot.

Referenca e historisë

E ndërtuar në vitin 1800 nga fizikani italian Alessandro Volta, bateria kimike, e quajtur më vonë sipas shpikësit "Kollona Voltaike", doli me të vërtetë të ishte një "bri i bollëkut" për shkencëtarët. Ai bëri të mundur vënien në lëvizje të ngarkesave elektrike në përçues, domethënë krijimin elektricitet. Zbulimet e reja duke përdorur kolonën voltaike ndoqën vazhdimisht njëra pas tjetrës fusha të ndryshme fizikës dhe kimisë.

Për shembull, shkencëtari anglez Sir Humphrey Davy në 1807, duke studiuar elektrolizën e shkrirjeve të hidroksideve të natriumit dhe kaliumit, përftoi natrium dhe kalium metalik. Më parë, në 1801, ai zbuloi edhe harkun elektrik, megjithëse rusët e konsiderojnë atë si zbuluesin e Vasily Vladimirovich Petrov. Petrov në 1802 përshkroi jo vetëm vetë harkun, por edhe mundësitë e zbatimit të tij praktik për qëllime të shkrirjes, saldimit të metaleve dhe rikuperimit të tyre nga xehet, si dhe ndriçimin.

Por më së shumti zbulim i rëndësishëm Fizikani danez Hans Christian Oersted e bëri atë: më 21 prill 1820, gjatë një demonstrimi eksperimentesh në një leksion, ai vuri re devijimin e gjilpërës magnetike të busullës kur ndezi dhe fik rrymën elektrike që rrjedh nëpër një përcjellës në formën e një teli. . Kështu, për herë të parë u konfirmua marrëdhënia midis elektricitetit dhe magnetizmit.

Hapi tjetër u hodh nga fizikani francez André Marie Ampère disa muaj pasi u njoh me eksperimentin e Oersted. Ecuria e arsyetimit të këtij shkencëtari, e përcaktuar në mesazhet e dërguara prej tij njëra pas tjetrës në Akademinë Franceze të Shkencave, është kurioze. Në fillim, duke vëzhguar kthesën e gjilpërës së busullës në një përcjellës me rrymë, Amperi sugjeroi se magnetizmi i Tokës shkaktohet gjithashtu nga rrymat që rrjedhin rreth Tokës në drejtim nga perëndimi në lindje. Nga kjo ai arriti në përfundimin se vetitë magnetike të një trupi mund të shpjegohen nga qarkullimi i rrymës brenda tij. Më tej, Amperi me mjaft guxim arriti në përfundimin se vetitë magnetike të çdo trupi përcaktohen nga rrymat elektrike të mbyllura brenda tij, dhe ndërveprimi magnetik nuk është për shkak të ngarkesave të veçanta magnetike, por thjesht të lëvizjes. ngarkesat elektrike, pra aktuale.

Amper mori menjëherë përsipër studim pilot të këtij bashkëveprimi dhe zbuloi se përçuesit me rrymë që rrjedh në një drejtim tërhiqen, dhe në drejtim të kundërt zmbrapsen. Përçuesit reciprokisht pingul nuk ndërveprojnë me njëri-tjetrin.

Është e vështirë të rezistosh duke cituar ligjin e zbuluar nga Amperi në formulimin e tij:

“Forca e bashkëveprimit të ngarkesave lëvizëse është proporcionale me produktin e këtyre ngarkesave, në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës ndërmjet tyre, si në ligjin e Kulombit, por, për më tepër, varet edhe nga shpejtësia e këtyre ngarkesave dhe drejtimi i lëvizjen e tyre”.

Pra, në fizikë u zbuluan forcat themelore në varësi të shpejtësisë.

Por zbulimi i vërtetë në shkencën e elektricitetit dhe magnetizmit ishte zbulimi nga Michael Faraday i fenomenit induksioni elektromagnetik- shfaqja e një rryme elektrike në një qark të mbyllur gjatë ndryshimit fluksi magnetik duke kaluar nëpër të. Pavarësisht nga Faraday, fenomeni i induksionit elektromagnetik u zbulua gjithashtu nga Joseph Henry në 1832, i cili zbuloi fenomenin e vetë-induksionit gjatë rrugës.

Një demonstrim publik nga Faraday më 29 gusht 1831 u krye në një instalim që ai shpiku, i përbërë nga një shtyllë voltaike, një çelës, një unazë hekuri, në të cilën dy mbështjellje identike me tela bakri u mbështjellën në anët e kundërta. Njëra nga mbështjelljet ishte e lidhur me një bateri përmes një ndërprerës dhe një galvanometër ishte i lidhur në skajet e tjetrit. Kur rryma u ndez dhe fiket, galvanometri regjistroi shfaqjen e një rryme me drejtime të ndryshme në spiralen e dytë.

Në eksperimentet e Faradeit, një rrymë elektrike, e quajtur rryma e induksionit, u shfaq gjithashtu kur një magnet u fut në spirale ose u tërhoq nga spiralja e ngarkuar në qarkun matës. Në mënyrë të ngjashme, rryma u shfaq gjithashtu kur spiralja më e vogël që mbart rrymë u fut / u tërhoq brenda / jashtë nga spiralja më e madhe nga eksperimenti i mëparshëm. Dhe drejtimi rryma e induksionit përmbyset kur futet/nxjerrë magnetin ose spirale e vogël me rrymë në përputhje me rregullin e formuluar nga shkencëtari rus Emil Khristianovich Lenz. në 1833.

Bazuar në eksperimentet e kryera, Faraday nxori një ligj për forca elektromotore më vonë u emërua pas tij.

Idetë dhe rezultatet e eksperimenteve të Faradeit u rimenduan dhe u përgjithësuan nga një tjetër bashkatdhetar i madh - fizikani dhe matematikani i shkëlqyer anglez James Clerk Maxwell - në të katërtën e tij. ekuacionet diferenciale elektrodinamika, e quajtur më vonë ekuacionet e Maksuellit.

Duhet të theksohet se në tre nga katër ekuacionet e Maxwell, induksioni magnetik shfaqet në formën e një vektori të fushës magnetike.

Induksioni magnetik. Përkufizimi

Induksioni magnetik është një vektor sasi fizike, që është karakteristikë e fuqisë fusha magnetike (veprimi i saj mbi grimcat e ngarkuara) në një pikë të caktuar në hapësirë. Ajo përcakton se sa e fortë F fusha magnetike vepron mbi një ngarkesë q, duke lëvizur me një shpejtësi v. Shënohet me shkronjë latine AT(vektori B i theksuar) dhe forca llogaritet duke përdorur formulën:

F = q [v∙B]

ku Fështë forca e Lorencit që vepron nga ana e fushës magnetike në ngarkesë q; v- shpejtësia e lëvizjes së karikimit; B- induksioni i fushës magnetike; [ v × B] - produkt vektorial vektorët v dhe B.

Nga ana algjebrike, shprehja mund të shkruhet si:

F = q∙v∙B siνα

ku α - këndi ndërmjet vektorëve të shpejtësisë dhe induksionit magnetik. drejtimi i vektorit F pingul me të dyja dhe i drejtuar sipas rregullit të dorës së majtë.

Induksioni magnetik është karakteristika kryesore themelore e një fushe magnetike, e ngjashme me vektorin e forcës së fushës elektrike.

AT sistemit ndërkombëtar Njësitë SI, induksioni magnetik i fushës matet në teslas (T), në sistemin CGS - në gaus (Gs)

1 T = 104 Gs

Sasi të tjera të matjes së induksionit magnetik të përdorura në aplikime të ndryshme, dhe shndërrimi i tyre nga një sasi në tjetrën, mund të gjenden në konvertuesin e sasive fizike.

Instrumentet matëse për matjen e madhësisë së induksionit magnetik quhen teslametra ose gaussmetra.

Induksioni i fushës magnetike. Fizika e dukurive

Në varësi të reagimit ndaj një fushe magnetike të jashtme, të gjitha substancat ndahen në tre grupe:

• Diamagnetet
• Paramagnetët
• feromagnetet

Termat diamagnetizëm dhe paramagnetizëm u prezantuan nga Faraday në 1845. Për kuantifikimi këto reaksione prezantuan konceptin e përshkueshmërisë magnetike. Në sistemin SI të futur absolute përshkueshmëria magnetike, e matur në H/m, dhe i afërm përshkueshmëria magnetike pa dimensione, e barabartë me raportin e përshkueshmërisë së një mjedisi të caktuar me përshkueshmërinë e vakumit. Për diamagnetët, përshkueshmëria magnetike relative është disi më e vogël se uniteti, për paramagnetët është disi më e madhe se uniteti. Në feromagnet, përshkueshmëria magnetike është shumë më e madhe se uniteti dhe është jolineare.

Fenomeni diamagnetizëm Ai konsiston në aftësinë e një substance për të kundërshtuar ndikimin e një fushe magnetike të jashtme për shkak të magnetizimit kundër drejtimit të saj. Kjo do të thotë, diamagnetët sprapsin fushë magnetike. Në këtë rast, atomet, molekulat ose jonet e diamagnetit fitojnë një moment magnetik të drejtuar kundër fushës së jashtme.

Fenomeni paramagnetizmiështë aftësia e një substance për t'u magnetizuar kur ekspozohet ndaj një fushe magnetike të jashtme. Ndryshe nga diamagnetët, paramagnetët tërhiqen nga një fushë magnetike. Në këtë rast, atomet, molekulat ose jonet e paramagnetit fitojnë një moment magnetik në drejtimin që përkon me drejtimin e fushës magnetike të jashtme. Kur fusha hiqet, paramagnetët nuk e ruajnë magnetizimin.

Fenomeni ferromagnetizmiështë aftësia e një substance për të magnetizuar spontanisht në mungesë të një fushe magnetike të jashtme ose për t'u magnetizuar nën ndikimin e një fushe magnetike të jashtme dhe për të mbajtur magnetizimin kur fusha hiqet. Në këtë rast, shumica e momenteve magnetike të atomeve, molekulave ose joneve janë paralele me njëri-tjetrin. Ky rend mbahet deri në temperatura nën një temperaturë të caktuar kritike, e quajtur pika Curie. Në temperaturat mbi pikën Curie për një substancë të caktuar, ferromagnetët kthehen në paramagnet.

Përshkueshmëria magnetike e superpërçuesve është zero.

Përshkueshmëria magnetike absolute e ajrit është afërsisht e barabartë me përshkueshmërinë magnetike të vakumit dhe në llogaritjet teknike merret e barabartë me 4π 10 ⁻7 H/m

Veçoritë e sjelljes së fushës magnetike në diamagnet

Siç u përmend më lart, materialet diamagnetike krijojnë një fushë magnetike të induktuar të drejtuar kundër një fushe magnetike të jashtme. Diamagnetizmi është një efekt mekanik kuantik i natyrshëm në të gjitha substancat. Në paramagnet dhe feromagnet, ai nivelohet për shkak të efekteve të tjera më të forta.

Diamagnetët përfshijnë, për shembull, substanca të tilla si gazet inerte, azoti, hidrogjeni, silikoni, fosfori dhe karboni pirolitik; disa metale - bismut, zink, bakër, ari, argjend. Shumë komponime të tjera inorganike dhe organike janë gjithashtu diamagnetike, duke përfshirë ujin.

Në një fushë magnetike johomogjene, diamagnetët zhvendosen në një zonë të një fushe më të dobët. Magnetike linjat e forcës sikur të shtyrë nga trupi nga materialet diamagnetike. Në këtë veti bazohet dukuria e levitacionit diamagnetik. Në një fushë magnetike mjaft të fortë të krijuar nga magnet modernë, është e mundur të ngrihen jo vetëm diamagnetë të ndryshëm, por edhe qenie të vogla të gjalla, të përbëra kryesisht nga uji.

Shkencëtarët nga Universiteti i Niemingen, Holandë, arritën të varnin një bretkocë në ajër në një fushë me një induksion magnetik prej rreth 16 T, dhe studiuesit nga një laborator i NASA-s duke përdorur një magnet superpërçues - levitimi i një miu, i cili, si një objekt biologjik, është shumë më afër një personi sesa një bretkosë.

Të gjithë përçuesit shfaqin diamagnetizëm kur ekspozohen ndaj një fushe magnetike alternative.

Thelbi i fenomenit është se nën veprimin e një fushe magnetike alternative, në përçues induktohen rrymat vorbull - rrymat Foucault - të drejtuara kundër veprimit të një fushe magnetike të jashtme.

Karakteristikat e sjelljes së një fushe magnetike në paramagnet

Ndërveprimi i një fushe magnetike me paramagnetët është krejtësisht i ndryshëm. Për shkak se atomet, molekulat ose jonet e materialeve paramagnetike kanë momentin e tyre magnetik, ato rreshtohen në drejtim të fushës magnetike të jashtme. Kjo krijon një fushë magnetike që rezulton më e madhe se fusha origjinale.

Paramagnetët përfshijnë alumin, platin, alkali dhe metale alkaline të tokës litium, cezium, natrium, magnez, tungsten, si dhe lidhjet e këtyre metaleve. Oksigjeni, oksidi nitrik, oksidi i manganit, kloruri i hekurit dhe shumë komponime të tjera kimike janë gjithashtu paramagnetike.

Paramagnetët janë substanca magnetike të dobëta, përshkueshmëria e tyre magnetike është pak më shumë se uniteti. Në një fushë magnetike johomogjene, paramagnetët tërhiqen në rajonin e një fushe më të fortë. Në mungesë të një fushe magnetike, paramagnetët nuk ruajnë magnetizimin, pasi për shkak të lëvizjes termike, momentet magnetike të brendshme të atomeve, molekulave ose joneve të tyre drejtohen rastësisht.

Karakteristikat e sjelljes së një fushe magnetike në feromagnet

Për shkak të vetive të tyre të qenësishme për t'u magnetizuar spontanisht, ferromagnetët formojnë magnet natyrorë, të cilët janë të njohur për njerëzimin që nga kohërat e lashta. Vetitë magjike i atribuoheshin magneteve, ato përdoreshin në rituale të ndryshme fetare dhe madje edhe në ndërtimin e ndërtesave. Prototipi i parë i busullës, i shpikur nga kinezët në shekujt e dytë ose të parë para Krishtit, u përdor nga paraardhësit kureshtarë për të ndërtuar shtëpi sipas rregullave të Feng Shui. Përdorimi i busullës si mjet lundrimi filloi që në shekullin e 11-të për të udhëtuar nëpër shkretëtirë përgjatë Rrugës së Madhe të Mëndafshit. Më vonë, përdorimi i busullës në çështjet detare luajti një rol të rëndësishëm në zhvillimin e lundrimit, zbulimin e tokave të reja dhe zhvillimin e rrugëve të reja tregtare detare.

Ferromagnetizmi është një manifestim i vetive mekanike kuantike të elektroneve që kanë spin, d.m.th. momenti magnetik i vet dipol. E thënë thjesht, elektronet sillen si magnet të vegjël. Për çdo të përfunduar shtresë elektronike një atom mund të ketë vetëm një çift elektronesh me rrotullime të kundërta, d.m.th. fusha magnetike e elektroneve të tilla drejtohet në drejtime të kundërta. Për shkak të kësaj, atomet me një numër të çiftuar elektronesh kanë një moment magnetik total të barabartë me zero, prandaj, vetëm atomet me një shtresë të jashtme të pambushur dhe që kanë një numër të paçiftuar elektronesh janë ferromagnet.

Ferromagnetët përfshijnë metale të grupeve të tranzicionit (hekur, bakër, nikel) dhe metale të rralla të tokës (gadolinium, terbium, dysprosium, holmium dhe erbium), si dhe lidhjet e këtyre metaleve. Lidhjet e elementeve të mësipërm me materiale joferromagnetike janë gjithashtu feromagnet; lidhjet dhe përbërjet e kromit dhe manganit me elementë joferromagnetikë, si dhe disa prej metaleve të grupit të aktinideve.

Ferromagnetët kanë një vlerë të përshkueshmërisë magnetike shumë më të madhe se uniteti; varësia e magnetizimit të tyre nën veprimin e një fushe magnetike të jashtme është jolineare dhe ato karakterizohen nga shfaqja e histerezës - nëse veprimi i fushës magnetike hiqet, ferromagnetët mbeten të magnetizuar. Për të hequr këtë magnetizim të mbetur, është e nevojshme të aplikoni një fushë të kundërt.

Një grafik i varësisë së përshkueshmërisë magnetike μ nga forca e fushës magnetike H në një ferromagnet, i quajtur kurba e Stoletovit, tregon se në fuqinë zero të fushës magnetike H = 0, përshkueshmëria magnetike ka një vlerë të vogël μ₀; më pas, me rritjen e intensitetit, përshkueshmëria magnetike rritet me shpejtësi në një maksimum μ max , pastaj ngadalë bie në zero.

Pionieri në studimin e vetive të ferromagneteve ishte fizikani dhe kimisti rus Alexander Stoletov. Tani kurba e varësisë së përshkueshmërisë magnetike nga forca e fushës magnetike mban emrin e tij.

Materialet moderne ferromagnetike përdoren gjerësisht në shkencë dhe teknologji: shumë teknologji dhe pajisje bazohen në përdorimin e tyre dhe në përdorimin e fenomenit të induksionit magnetik. Për shembull, në teknologjinë kompjuterike: gjeneratat e para të kompjuterëve kishin memorie në bërthamat e ferritit, informacioni ruhej në shirita magnetikë, disqe dhe disqe të ngurtë. Megjithatë, këto të fundit përdoren ende në kompjuter dhe prodhohen në qindra miliona copë në vit.

Përdorimi i induksionit magnetik në inxhinierinë elektrike dhe elektronike

AT bota moderne Ka shumë shembuj të përdorimit të induksionit të fushës magnetike, kryesisht në inxhinierinë elektrike: në gjeneratorët e energjisë elektrike, transformatorët e tensionit, në disqet e ndryshme elektromagnetike të pajisjeve, mjeteve dhe mekanizmave të ndryshëm, në teknologjinë matëse dhe në shkencë, në instalime të ndryshme fizike për përcjelljen. eksperimente, si dhe në mjetet e mbrojtjes elektrike dhe mbylljes emergjente.

Motorë elektrikë, gjeneratorë dhe transformatorë

Në 1824, fizikani dhe matematikani anglez Peter Barlow përshkroi motorin unipolar që shpiku, i cili u bë prototipi i motorëve elektrikë modernë. rrymë e vazhdueshme. Shpikja është gjithashtu e vlefshme sepse është bërë shumë kohë përpara zbulimit të fenomenit të induksionit elektromagnetik.

Në ditët e sotme, pothuajse të gjithë motorët elektrikë përdorin forcën e Amperit, e cila vepron në një qark që mbart rrymë në një fushë magnetike, duke e bërë atë të lëvizë.

Për të demonstruar fenomenin e induksionit magnetik, Faraday krijoi një strukturë eksperimentale në 1831, një pjesë e rëndësishme e së cilës ishte një pajisje e njohur tani si një transformator toroidal. Parimi i funksionimit të transformatorit Faraday përdoret ende në të gjithë transformatorët modernë të tensionit dhe rrymës, pavarësisht nga fuqia, dizajni dhe shtrirja.

Përveç kësaj, Faraday vërtetoi shkencërisht dhe provoi eksperimentalisht mundësinë e shndërrimit të lëvizjes mekanike në energji elektrike duke përdorur gjeneratorin unipolar DC që ai shpiku, i cili u bë prototipi i të gjithë gjeneratorëve DC.

Gjeneratori i parë rrymë alternative u krijua nga shpikësi francez Hippolyte Pixie në 1832. Më vonë, me sugjerimin e Ampere, ajo u plotësua nga një pajisje komutuese, e cila bëri të mundur marrjen e një rryme direkte pulsuese.

Pothuajse të gjithë gjeneratorët e energjisë elektrike që përdorin parimin e induksionit magnetik bazohen në shfaqjen e një force elektromotore në një qark të mbyllur, i cili është në një fushë magnetike në ndryshim. Në këtë rast, ose rotori magnetik rrotullohet në lidhje me mbështjelljet fikse të statorit në gjeneratorët e rrymës alternative, ose mbështjelljet e rotorit rrotullohen në lidhje me magnetët e statorit fiks (zgjedhën) në gjeneratorët DC.

Gjeneratori më i fuqishëm në botë, i ndërtuar në vitin 2013 për termocentralin bërthamor Taishan nga kompania kineze DongFang Electric, mund të gjenerojë një fuqi prej 1750 MW.

Përveç gjeneratorëve të tipit konvencional dhe motorëve elektrikë të lidhur me konvertimin energji mekanike në energji elektrike dhe anasjelltas, ekzistojnë të ashtuquajturit gjeneratorë dhe motorë magnetohidrodinamikë që funksionojnë në një parim tjetër.

Reletë dhe elektromagnetët

Elektromagneti, i shpikur nga shkencëtari amerikan J. Henry, u bë aktivizuesi i parë elektrik dhe pararendësi i kambanës elektrike të njohur. Më vonë, mbi bazën e tij, Henry krijoi një stafetë elektromagnetike, e cila u bë pajisja e parë komutuese automatike me një gjendje binare.

Mikrofoni dinamik Shure i përdorur në një sajt video studioje

Gjatë transmetimit të një sinjali telegrafik në distanca të gjata, reletë u përdorën si amplifikues DC, duke ndërruar lidhjen e baterive të jashtme të stacioneve të ndërmjetme për transmetim të mëtejshëm të sinjalit.

Koka dhe mikrofona dinamike

Në teknologjinë moderne të audios, përdoren gjerësisht altoparlantët elektromagnetikë, tingulli në të cilin shfaqet për shkak të bashkëveprimit të një spirale lëvizëse të ngjitur në një kon, përmes së cilës rrjedh një rrymë e frekuencës audio, me një fushë magnetike në hendekun e një fikse. magnet i përhershëm. Si rezultat, spiralja së bashku me difuzorin lëvizin dhe krijojnë valë zanore.

Mikrofonët dinamikë përdorin të njëjtin dizajn si koka dinamike, por në një mikrofon, përkundrazi, një spirale lëvizëse me një mini-difuzor në hendekun e një magneti të përhershëm fiks lëkundet nën ndikimin e një sinjali akustik dhe gjeneron një frekuencë elektrike të zërit. sinjal.

Instrumentet matëse dhe sensorët

Pavarësisht nga bollëku i dixhitalit modern instrumente matëse, pajisje të llojeve magnetoelektrike, elektromagnetike, elektrodinamike, ferrodinamike dhe induksioni përdoren ende në teknologjinë e matjes.

Të gjitha sistemet e llojeve të mësipërme përdorin parimin e ndërveprimit të fushave magnetike ose një magnet të përhershëm me fushën e një mbështjelljeje me rrymë, ose një bërthamë feromagnetike me fusha mbështjelljesh me rrymë, ose fusha magnetike të bobinave me rrymë.

Për shkak të inercisë relative të sistemeve të tilla matëse, ato janë të aplikueshme për matjen e vlerave mesatare të variablave.

Njësia e induksionit magnetik ($\overline(B)$) në sistemin ndërkombëtar të njësive (SI) quhet tesla (T), e quajtur sipas shkencëtarit serb N. Tesla, i cili punoi me sukses në fushën e radio inxhinierisë dhe elektronikës. .

Ne do të përcaktojmë njësinë matëse të induksionit magnetik bazuar në ligjin e Amperi. Konsideroni një përcjellës të drejtë me gjatësi $l$ që mban një rrymë $I$. Le të jetë ky përcjellës në një fushë magnetike uniforme $\overline(B)$, dhe vektori i induksionit të fushës është pingul me përcjellësin. Në këtë rast, moduli i forcës Amper ($(\overline(F))_A$) që vepron në përcjellës është:

Ne shprehim induksionin magnetik nga formula (1), marrim:

Nga shprehja (2) shohim se një tesla (një njësi e induksionit magnetik) është një vlerë që korrespondon me induksionin magnetik të një fushe magnetike uniforme që vepron në çdo metër të një përcjellësi të drejtë të vendosur në një fushë magnetike pingul me $\overline( B) $ drejtim, me një forcë në një njuton, me një forcë rryme në përcjellësin prej një amperi:

\[\majtas=Tl=\frac(H)(A\cdot m).\]

Njësia matëse për induksionin magnetik (tesla) është një derivat i sistemit të Njësive Ndërkombëtare (SI). Nëpërmjet njësive bazë SI shprehet Tl, si njësi matëse e induksionit magnetik, duke qenë se:

\[H=\frac(kg\cdot m)(s^2),\]

atëherë marrim:

\[\majtas=Tl=\frac(kg\cdot m)(c^2)\cdot \frac(1)(A\cdot m)=\frac(kg)(A\cdot c^2).\]

Prefikset standarde SI mund të përdoren me T për shumëfisha dhjetorë dhe nënshuma. Për shembull, $kTl$ (kilo tesla), $1kTl=1000Tl$; nT (nano tesla), $1nT=(10)^(-9)T.$

1 T është një vlerë mjaft e madhe e induksionit magnetik, veçanërisht nëse po flasim rreth një fushe magnetike konstante. Njeriu sot ishte në gjendje të krijonte një fushë magnetike të përhershme prej 100,75 Tesla. Fusha magnetike e pulsuar e krijuar artificialisht nga njerëzit ka arritur një vlerë induksioni prej $2,8\cdot (10)^3T$. Fusha magnetike e Tokës mund të ndryshojë ndjeshëm në varësi të vendndodhjes në planet, është rreth $\afërsisht $10 µT.

Gauss - një njësi matëse e induksionit magnetik në sistemin cgs të njësive

Në sistemin e njësive CGS (centimetër, gram, sekondë), njësia për matjen e induksionit magnetik është gausi (Gs). Marrëdhënia midis Gausit dhe Teslës:

Kjo njësi matëse ka marrë emrin e shkencëtarit gjerman K.F. Gausi.

Duke përdorur njësitë bazë të sistemit CGS, njësia matëse e induksionit magnetik shprehet si:

\[\majtas=\frac(\sqrt(gr))(c\cdot \sqrt(cm)).\]

Shembuj të problemeve me një zgjidhje

Shembulli 1

Ushtrimi. Merrni njësinë e Sistemit Ndërkombëtar të Njësive për induksionin magnetik duke përdorur formulën që e lidh atë me fluksin magnetik ($Ф$).

Zgjidhje. Sipas gjendjes së problemit, ne përdorim shprehjen si bazë për zgjidhjen e tij:

\[Ф=BS(\cos \alfa \ )\ \majtas(1.1\djathtas),\]

ku $\ F$ është fluksi i vektorit të induksionit magnetik përmes zonës S; $\ S$ është madhësia e zonës së zonës; $\alfa $ - këndi ndërmjet drejtimit të normales në zonën S dhe drejtimit të vektorit të induksionit magnetik. Modulin e vektorit të induksionit magnetik e shprehim nga formula (1.1), kemi:

Duke marrë parasysh që në sistemin SI $(\cos \alpha \ )$ është një sasi pa dimension, fluksi i vektorit të induksionit magnetik matet në webers (Wb):

\[\majtas[F\djathtas]=Wb=\frac(kg\cdot m^2)(A\cdot c^2),\]

dhe njësitë e zonës:

\[\majtas=m^2,\]

\[\left=\frac(Wb)(m^2)=\frac(kg\cdot m^2)(A\cdot c^2)\cdot \frac(1)(m^2)=\frac( kg) (A \ cdot c ^ 2) \u003d Tl. \]

Përgjigju. Kuptuam se tesla është një njësi matëse e induksionit magnetik dhe mund të shprehet si: $Тl=\frac(Wb)(m^2)$

Shembulli 2

Ushtrimi. Përcaktoni dimensionin e induksionit të fushës magnetike duke përdorur formulën për modulin $\overline(B)$ të një spirale rrethore me rrymë.

Zgjidhje. Le të gjejmë vlerën e vektorit të induksionit magnetik në qendër të bobinës rrethore me rrymë (Fig. 1).

Marrim një formulë për llogaritjen e modulit të vektorit të induksionit magnetik në qendër të bobinës me rrymë $I$, supozojmë se rrezja e bobinës është R, spiralja është në vakum. Le të zgjedhim një segment elementar të rrymës rrethore ($dl$) (shih Fig.1). Vlera e induksionit në pikën O nga elementi i zgjedhur $dl$ është (nga ligji Biot-Savart-Laplace):

Për rastin tonë, të gjithë elementët e $dl$ janë pingul me vektorët përkatës të rrezes që i lidh me pikën ku po kërkojmë fushën, që do të thotë $(\sin \alpha \ )=1.$ Përveç kësaj, për të gjitha segmentet e spirales $r=R.$ Shprehja (2.1) transformohet në formën:

Të gjithë elementët e rrymës rrethore do të formojnë një vektor të drejtuar përgjatë boshtit X (Fig. 1). Për të gjetur fushën totale, kalojmë në integralin:

Konsideroni njësitë matëse të anës së djathtë të shprehjes (2.3), kemi:

\[\majtas=\majtas[\frac((\mu)_0I)(2R)\djathtas]=\frac(\majtas[(\mu)_0\djathtas]\majtas)(\majtas)=\frac(\ majtas[\frac(H)(A^2)\djathtas]\majtas[A\djathtas])(\majtas[m\djathtas])=\frac(H)(A\cdot m)=\frac(kg\ cdot m)(c^2\cdot A\cdot m)=\frac(kg)(c^2\cdot A)=Tl.\]

Përgjigju. Kuptuam se tesla mund të shprehet si: $Tl=\frac(H)(A\cdot m)$

Informacion i pergjithshem

Çuditërisht, idetë e një personi mund të ndikojnë në zhvillimin e mëvonshëm të shoqërisë njerëzore në tërësi. Një person i tillë ishte Michael Faraday, i cili nuk ishte shumë i aftë në ndërlikimet e matematikës bashkëkohore, por që kuptoi në mënyrë të përsosur kuptimin fizik të informacionit për natyrën e elektricitetit dhe magnetizmit të njohur deri në atë kohë falë konceptit të ndërveprimeve në terren që ai parashtroi. .

Ekzistencën e shoqërisë moderne të bazuar në përdorimin e energjisë elektrike, magnetizmit dhe elektrodinamikës ia detyrojmë një galaktike të tërë shkencëtarësh të shquar. Midis tyre duhet të theksohen Ampere, Oersted, Henry, Gauss, Weber, Lorentz dhe, natyrisht, Maxwell. Në fund të fundit, ata sollën shkencën e elektricitetit dhe magnetizmit në një tablo të vetme, e cila shërbeu si bazë për një grup të tërë shpikësish që krijuan parakushtet për shfaqjen e shoqërisë moderne të informacionit me krijimet e tyre.

Ne jetojmë të rrethuar nga motorë elektrikë dhe gjeneratorë: ata janë asistentët tanë të parë në prodhim, transport dhe në shtëpi. Çdo person që respekton veten nuk mund ta imagjinojë ekzistencën pa një frigorifer, fshesë me korrent dhe lavatriçe. Prioritet është gjithashtu një furrë me mikrovalë, një tharëse flokësh, një mulli kafeje, një mikser, një blender dhe - ëndrra e fundit - një mulli mishi elektrik dhe një makinë buke. Sigurisht, ajri i kondicionuar është gjithashtu një gjë jashtëzakonisht e dobishme, por nëse nuk ka fonde për ta blerë atë, atëherë një tifoz i thjeshtë do ta bëjë.

Për disa burra, kërkesat janë disi më modeste: ëndrra përfundimtare e njeriut më të paaftë është një stërvitje elektrike. Disa prej nesh, duke u përpjekur pa sukses të ndezin makinën në dyzet gradë acar dhe duke torturuar pa shpresë motorin (gjithashtu një motor elektrik), ëndërrojnë fshehurazi të blejnë një makinë Tesla Motors me motorë elektrikë dhe bateri, në mënyrë që të harrojnë përgjithmonë problemet e benzinës. dhe motorët me naftë.

Motorët elektrikë janë kudo: na marrin me ashensorë, na transportojnë në metro, trena, tramvaje, trolejbusë dhe trena me shpejtësi të lartë. Ata na sjellin ujë në dyshemetë e rrokaqiejve, përdorin shatërvanë, pompojnë ujë nga minierat dhe puset, rrotullojnë çelikun, ngrenë pesha, punojnë në vinça të ndryshëm. Dhe ata bëjnë shumë gjëra të tjera të dobishme, duke vënë në lëvizje veglat, veglat dhe mekanizmat e makinerive.

Edhe ekzoskelete për personat me aftësi të kufizuara dhe për ushtarakët bëhen duke përdorur motorë elektrikë, për të mos përmendur një ushtri të tërë robotësh industrialë dhe kërkimorë.

Sot, motorët elektrikë punojnë në hapësirë ​​- vetëm mendoni për roverin Curiosity. Ata punojnë në tokë, nën tokë, në ujë, nën ujë dhe madje edhe në ajër - nëse jo sot, atëherë nesër (artikulli i shkruar në nëntor 2015) avioni Solar Impulse 2 më në fund do të përfundojë udhëtimin e tij rreth botës dhe ajror pa pilot automjetet me motorë elektrikë thjesht nuk ka numra. Jo pa arsye, korporata mjaft serioze tani po punojnë në shërbimet e dërgesës së postës duke përdorur mjete ajrore pa pilot.

Referenca e historisë

E ndërtuar në vitin 1800 nga fizikani italian Alessandro Volta, bateria kimike, e quajtur më vonë sipas shpikësit "Kollona Voltaike", doli me të vërtetë të ishte një "bri i bollëkut" për shkencëtarët. Ai lejoi të vinte në lëvizje ngarkesat elektrike në përçues, domethënë të krijonte një rrymë elektrike. Zbulimet e reja duke përdorur kolonën voltaike ndoqën njëra pas tjetrës në fusha të ndryshme të fizikës dhe kimisë.

Për shembull, shkencëtari anglez Sir Humphrey Davy në 1807, duke studiuar elektrolizën e shkrirjeve të hidroksideve të natriumit dhe kaliumit, përftoi natrium dhe kalium metalik. Më parë, në 1801, ai zbuloi edhe harkun elektrik, megjithëse rusët e konsiderojnë atë si zbuluesin e Vasily Vladimirovich Petrov. Petrov në 1802 përshkroi jo vetëm vetë harkun, por edhe mundësitë e zbatimit të tij praktik për qëllime të shkrirjes, saldimit të metaleve dhe rikuperimit të tyre nga xehet, si dhe ndriçimin.

Por zbulimi më i rëndësishëm u bë nga fizikani danez Hans Christian Oersted: më 21 prill 1820, gjatë një demonstrimi eksperimentesh në një leksion, ai vuri re devijimin e gjilpërës magnetike të busullës kur ndezi dhe fikte rrymën elektrike që rrjedh nëpër përcjellës në formën e një teli. Kështu, për herë të parë u konfirmua marrëdhënia midis elektricitetit dhe magnetizmit.

Hapi tjetër u hodh nga fizikani francez André Marie Ampère disa muaj pasi u njoh me eksperimentin e Oersted. Ecuria e arsyetimit të këtij shkencëtari, e përcaktuar në mesazhet e dërguara prej tij njëra pas tjetrës në Akademinë Franceze të Shkencave, është kurioze. Në fillim, duke vëzhguar kthesën e gjilpërës së busullës në një përcjellës me rrymë, Amperi sugjeroi se magnetizmi i Tokës shkaktohet gjithashtu nga rrymat që rrjedhin rreth Tokës në drejtim nga perëndimi në lindje. Nga kjo ai arriti në përfundimin se vetitë magnetike të një trupi mund të shpjegohen nga qarkullimi i rrymës brenda tij. Më tej, Amperi me mjaft guxim arriti në përfundimin se vetitë magnetike të çdo trupi përcaktohen nga rrymat elektrike të mbyllura brenda tij, dhe ndërveprimi magnetik nuk është për shkak të ngarkesave të veçanta magnetike, por thjesht të lëvizjes së ngarkesave elektrike, d.m.th. rrymës.

Amperi filloi menjëherë një studim eksperimental të këtij ndërveprimi dhe zbuloi se përçuesit me rrymë që rrjedh në një drejtim tërhiqen dhe zmbrapsen në drejtim të kundërt. Përçuesit reciprokisht pingul nuk ndërveprojnë me njëri-tjetrin.

Është e vështirë të rezistosh duke cituar ligjin e zbuluar nga Amperi në formulimin e tij:

“Forca e bashkëveprimit të ngarkesave lëvizëse është proporcionale me produktin e këtyre ngarkesave, në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës ndërmjet tyre, si në ligjin e Kulombit, por, për më tepër, varet edhe nga shpejtësia e këtyre ngarkesave dhe drejtimi i lëvizjen e tyre”.

Pra, në fizikë u zbuluan forcat themelore në varësi të shpejtësisë.

Por një zbulim i vërtetë në shkencën e elektricitetit dhe magnetizmit ishte zbulimi nga Michael Faraday i fenomenit të induksionit elektromagnetik - shfaqja e një rryme elektrike në një qark të mbyllur kur ndryshon fluksi magnetik që kalon nëpër të. Pavarësisht nga Faraday, fenomeni i induksionit elektromagnetik u zbulua gjithashtu nga Joseph Henry në 1832, i cili zbuloi fenomenin e vetë-induksionit gjatë rrugës.

Një demonstrim publik nga Faraday më 29 gusht 1831 u krye në një instalim që ai shpiku, i përbërë nga një shtyllë voltaike, një çelës, një unazë hekuri, në të cilën dy mbështjellje identike me tela bakri u mbështjellën në anët e kundërta. Njëra nga mbështjelljet ishte e lidhur me një bateri përmes një ndërprerës dhe një galvanometër ishte i lidhur në skajet e tjetrit. Kur rryma u ndez dhe fiket, galvanometri regjistroi shfaqjen e një rryme me drejtime të ndryshme në spiralen e dytë.

Në eksperimentet e Faradeit, një rrymë elektrike, e quajtur rryma e induksionit, u shfaq gjithashtu kur një magnet u fut në spirale ose u tërhoq nga spiralja e ngarkuar në qarkun matës. Në mënyrë të ngjashme, rryma u shfaq gjithashtu kur spiralja më e vogël që mbart rrymë u fut / u tërhoq brenda / jashtë nga spiralja më e madhe nga eksperimenti i mëparshëm. Për më tepër, drejtimi i rrymës së induksionit ndryshoi në të kundërtën kur një magnet ose një spirale e vogël me një rrymë u fut / nxirret në përputhje me rregullin e formuluar nga shkencëtari rus Emil Khristianovich Lenz. në 1833.

Bazuar në eksperimentet e kryera, Faraday nxori ligjin për forcën elektromotore, i quajtur më vonë pas tij.

Idetë dhe rezultatet e eksperimenteve të Faradeit u rimenduan dhe u përgjithësuan nga një tjetër bashkatdhetar i madh - fizikani dhe matematikani brilant anglez James Clerk Maxwell - në katër ekuacionet e tij diferenciale të elektrodinamikës, të quajtura më vonë ekuacionet e Maxwell-it.

Duhet të theksohet se në tre nga katër ekuacionet e Maxwell, induksioni magnetik shfaqet në formën e një vektori të fushës magnetike.

Induksioni magnetik. Përkufizimi

Induksioni magnetik është një sasi fizike vektoriale, e cila është një forcë karakteristike e një fushe magnetike (veprimi i saj në grimcat e ngarkuara) në një pikë të caktuar të hapësirës. Ajo përcakton se sa e fortë F fusha magnetike vepron mbi një ngarkesë q, duke lëvizur me një shpejtësi v. Shënohet me shkronjë latine AT(vektori B i theksuar) dhe forca llogaritet duke përdorur formulën:

F = q [v∙B]

ku Fështë forca e Lorencit që vepron nga ana e fushës magnetike në ngarkesë q; v- shpejtësia e lëvizjes së karikimit; B- induksioni i fushës magnetike; [ v × B] - prodhim i kryqëzuar i vektorëve v dhe B.

Nga ana algjebrike, shprehja mund të shkruhet si:

F = q∙v∙B siνα

ku α - këndi ndërmjet vektorëve të shpejtësisë dhe induksionit magnetik. drejtimi i vektorit F pingul me të dyja dhe i drejtuar sipas rregullit të dorës së majtë.

Induksioni magnetik është karakteristika kryesore themelore e një fushe magnetike, e ngjashme me vektorin e forcës së fushës elektrike.

Në Sistemin Ndërkombëtar të Njësive SI, induksioni magnetik i fushës matet në teslas (T), në sistemin CGS - në gaus (Gs)

1 T = 104 Gs

Sasi të tjera të matjes së induksionit magnetik të përdorura në aplikime të ndryshme, dhe shndërrimi i tyre nga një sasi në tjetrën, mund të gjenden në konvertuesin e sasive fizike.

Instrumentet matëse për matjen e madhësisë së induksionit magnetik quhen teslametra ose gaussmetra.

Induksioni i fushës magnetike. Fizika e dukurive

Në varësi të reagimit ndaj një fushe magnetike të jashtme, të gjitha substancat ndahen në tre grupe:

• Diamagnetet
• Paramagnetët
• feromagnetet

Termat diamagnetizëm dhe paramagnetizëm u prezantuan nga Faraday në 1845. Për të përcaktuar sasinë e këtyre reaksioneve, është prezantuar koncepti i përshkueshmërisë magnetike. Në sistemin SI të futur absolute përshkueshmëria magnetike, e matur në H/m, dhe i afërm përshkueshmëria magnetike pa dimensione, e barabartë me raportin e përshkueshmërisë së një mjedisi të caktuar me përshkueshmërinë e vakumit. Për diamagnetët, përshkueshmëria magnetike relative është disi më e vogël se uniteti, për paramagnetët është disi më e madhe se uniteti. Në feromagnet, përshkueshmëria magnetike është shumë më e madhe se uniteti dhe është jolineare.

Fenomeni diamagnetizëm Ai konsiston në aftësinë e një substance për të kundërshtuar ndikimin e një fushe magnetike të jashtme për shkak të magnetizimit kundër drejtimit të saj. Kjo do të thotë, diamagnetët zmbrapsen nga një fushë magnetike. Në këtë rast, atomet, molekulat ose jonet e diamagnetit fitojnë një moment magnetik të drejtuar kundër fushës së jashtme.

Fenomeni paramagnetizmiështë aftësia e një substance për t'u magnetizuar kur ekspozohet ndaj një fushe magnetike të jashtme. Ndryshe nga diamagnetët, paramagnetët tërhiqen nga një fushë magnetike. Në këtë rast, atomet, molekulat ose jonet e paramagnetit fitojnë një moment magnetik në drejtimin që përkon me drejtimin e fushës magnetike të jashtme. Kur fusha hiqet, paramagnetët nuk e ruajnë magnetizimin.

Fenomeni ferromagnetizmiështë aftësia e një substance për të magnetizuar spontanisht në mungesë të një fushe magnetike të jashtme ose për t'u magnetizuar nën ndikimin e një fushe magnetike të jashtme dhe për të mbajtur magnetizimin kur fusha hiqet. Në këtë rast, shumica e momenteve magnetike të atomeve, molekulave ose joneve janë paralele me njëri-tjetrin. Ky rend mbahet deri në temperatura nën një temperaturë të caktuar kritike, e quajtur pika Curie. Në temperaturat mbi pikën Curie për një substancë të caktuar, ferromagnetët kthehen në paramagnet.

Përshkueshmëria magnetike e superpërçuesve është zero.

Përshkueshmëria magnetike absolute e ajrit është afërsisht e barabartë me përshkueshmërinë magnetike të vakumit dhe në llogaritjet teknike merret e barabartë me 4π 10 ⁻7 H/m

Veçoritë e sjelljes së fushës magnetike në diamagnet

Siç u përmend më lart, materialet diamagnetike krijojnë një fushë magnetike të induktuar të drejtuar kundër një fushe magnetike të jashtme. Diamagnetizmi është një efekt mekanik kuantik i natyrshëm në të gjitha substancat. Në paramagnet dhe feromagnet, ai nivelohet për shkak të efekteve të tjera më të forta.

Diamagnetët përfshijnë, për shembull, substanca të tilla si gazet inerte, azoti, hidrogjeni, silikoni, fosfori dhe karboni pirolitik; disa metale - bismut, zink, bakër, ari, argjend. Shumë komponime të tjera inorganike dhe organike janë gjithashtu diamagnetike, duke përfshirë ujin.

Në një fushë magnetike johomogjene, diamagnetët zhvendosen në një zonë të një fushe më të dobët. Linjat magnetike të forcës, si të thuash, shtyhen nga trupi nga materialet diamagnetike. Në këtë veti bazohet dukuria e levitacionit diamagnetik. Në një fushë magnetike mjaft të fortë të krijuar nga magnet modernë, është e mundur të ngrihen jo vetëm diamagnetë të ndryshëm, por edhe qenie të vogla të gjalla, të përbëra kryesisht nga uji.

Shkencëtarët nga Universiteti i Niemingen, Holandë, arritën të varnin një bretkocë në ajër në një fushë me një induksion magnetik prej rreth 16 T, dhe studiuesit nga një laborator i NASA-s duke përdorur një magnet superpërçues - levitimi i një miu, i cili, si një objekt biologjik, është shumë më afër një personi sesa një bretkosë.

Të gjithë përçuesit shfaqin diamagnetizëm kur ekspozohen ndaj një fushe magnetike alternative.

Thelbi i fenomenit është se nën veprimin e një fushe magnetike alternative, në përçues induktohen rrymat vorbull - rrymat Foucault - të drejtuara kundër veprimit të një fushe magnetike të jashtme.

Karakteristikat e sjelljes së një fushe magnetike në paramagnet

Ndërveprimi i një fushe magnetike me paramagnetët është krejtësisht i ndryshëm. Për shkak se atomet, molekulat ose jonet e materialeve paramagnetike kanë momentin e tyre magnetik, ato rreshtohen në drejtim të fushës magnetike të jashtme. Kjo krijon një fushë magnetike që rezulton më e madhe se fusha origjinale.

Paramagnetët përfshijnë alumin, platin, alkali dhe metale alkaline të tokës litium, cezium, natrium, magnez, tungsten, si dhe lidhjet e këtyre metaleve. Oksigjeni, oksidi nitrik, oksidi i manganit, kloruri i hekurit dhe shumë komponime të tjera kimike janë gjithashtu paramagnetike.

Paramagnetët janë substanca magnetike të dobëta, përshkueshmëria e tyre magnetike është pak më shumë se uniteti. Në një fushë magnetike johomogjene, paramagnetët tërhiqen në rajonin e një fushe më të fortë. Në mungesë të një fushe magnetike, paramagnetët nuk ruajnë magnetizimin, pasi për shkak të lëvizjes termike, momentet magnetike të brendshme të atomeve, molekulave ose joneve të tyre drejtohen rastësisht.

Karakteristikat e sjelljes së një fushe magnetike në feromagnet

Për shkak të vetive të tyre të qenësishme për t'u magnetizuar spontanisht, ferromagnetët formojnë magnet natyrorë, të cilët janë të njohur për njerëzimin që nga kohërat e lashta. Vetitë magjike i atribuoheshin magneteve, ato përdoreshin në rituale të ndryshme fetare dhe madje edhe në ndërtimin e ndërtesave. Prototipi i parë i busullës, i shpikur nga kinezët në shekujt e dytë ose të parë para Krishtit, u përdor nga paraardhësit kureshtarë për të ndërtuar shtëpi sipas rregullave të Feng Shui. Përdorimi i busullës si mjet lundrimi filloi që në shekullin e 11-të për të udhëtuar nëpër shkretëtirë përgjatë Rrugës së Madhe të Mëndafshit. Më vonë, përdorimi i busullës në çështjet detare luajti një rol të rëndësishëm në zhvillimin e lundrimit, zbulimin e tokave të reja dhe zhvillimin e rrugëve të reja tregtare detare.

Ferromagnetizmi është një manifestim i vetive mekanike kuantike të elektroneve që kanë spin, d.m.th. momenti magnetik i vet dipol. E thënë thjesht, elektronet sillen si magnet të vegjël. Çdo shtresë elektronike e mbushur e një atomi mund të përmbajë vetëm një palë elektrone me rrotullime të kundërta, d.m.th. fusha magnetike e elektroneve të tilla drejtohet në drejtime të kundërta. Për shkak të kësaj, atomet me një numër të çiftuar elektronesh kanë një moment magnetik total të barabartë me zero, prandaj, vetëm atomet me një shtresë të jashtme të pambushur dhe që kanë një numër të paçiftuar elektronesh janë ferromagnet.

Ferromagnetët përfshijnë metale të grupeve të tranzicionit (hekur, bakër, nikel) dhe metale të rralla të tokës (gadolinium, terbium, dysprosium, holmium dhe erbium), si dhe lidhjet e këtyre metaleve. Lidhjet e elementeve të mësipërm me materiale joferromagnetike janë gjithashtu feromagnet; lidhjet dhe përbërjet e kromit dhe manganit me elementë joferromagnetikë, si dhe disa prej metaleve të grupit të aktinideve.

Ferromagnetët kanë një vlerë të përshkueshmërisë magnetike shumë më të madhe se uniteti; varësia e magnetizimit të tyre nën veprimin e një fushe magnetike të jashtme është jolineare dhe ato karakterizohen nga shfaqja e histerezës - nëse veprimi i fushës magnetike hiqet, ferromagnetët mbeten të magnetizuar. Për të hequr këtë magnetizim të mbetur, është e nevojshme të aplikoni një fushë të kundërt.

Një grafik i varësisë së përshkueshmërisë magnetike μ nga forca e fushës magnetike H në një ferromagnet, i quajtur kurba e Stoletovit, tregon se në fuqinë zero të fushës magnetike H = 0, përshkueshmëria magnetike ka një vlerë të vogël μ₀; më pas, me rritjen e intensitetit, përshkueshmëria magnetike rritet me shpejtësi në një maksimum μ max , pastaj ngadalë bie në zero.

Pionieri në studimin e vetive të ferromagneteve ishte fizikani dhe kimisti rus Alexander Stoletov. Tani kurba e varësisë së përshkueshmërisë magnetike nga forca e fushës magnetike mban emrin e tij.

Materialet moderne ferromagnetike përdoren gjerësisht në shkencë dhe teknologji: shumë teknologji dhe pajisje bazohen në përdorimin e tyre dhe në përdorimin e fenomenit të induksionit magnetik. Për shembull, në teknologjinë kompjuterike: gjeneratat e para të kompjuterëve kishin memorie në bërthamat e ferritit, informacioni ruhej në shirita magnetikë, disqe dhe disqe të ngurtë. Megjithatë, këto të fundit përdoren ende në kompjuter dhe prodhohen në qindra miliona copë në vit.

Përdorimi i induksionit magnetik në inxhinierinë elektrike dhe elektronike

Në botën moderne, ka shumë shembuj të përdorimit të induksionit të fushës magnetike, kryesisht në inxhinierinë elektrike: në gjeneratorët e energjisë elektrike, transformatorët e tensionit, në disqet e ndryshme elektromagnetike të pajisjeve, mjeteve dhe mekanizmave të ndryshëm, në teknologjinë matëse dhe në shkencë, në instalime të ndryshme fizike për eksperimente, si dhe në mjetet e mbrojtjes elektrike dhe fikjes emergjente.

Motorë elektrikë, gjeneratorë dhe transformatorë

Në 1824, fizikani dhe matematikani anglez Peter Barlow përshkroi motorin unipolar që shpiku, i cili u bë prototipi i motorëve elektrikë modernë DC. Shpikja është gjithashtu e vlefshme sepse është bërë shumë kohë përpara zbulimit të fenomenit të induksionit elektromagnetik.

Në ditët e sotme, pothuajse të gjithë motorët elektrikë përdorin forcën e Amperit, e cila vepron në një qark që mbart rrymë në një fushë magnetike, duke e bërë atë të lëvizë.

Për të demonstruar fenomenin e induksionit magnetik, Faraday krijoi një strukturë eksperimentale në 1831, një pjesë e rëndësishme e së cilës ishte një pajisje e njohur tani si një transformator toroidal. Parimi i funksionimit të transformatorit Faraday përdoret ende në të gjithë transformatorët modernë të tensionit dhe rrymës, pavarësisht nga fuqia, dizajni dhe shtrirja.

Përveç kësaj, Faraday vërtetoi shkencërisht dhe provoi eksperimentalisht mundësinë e shndërrimit të lëvizjes mekanike në energji elektrike duke përdorur gjeneratorin unipolar DC që ai shpiku, i cili u bë prototipi i të gjithë gjeneratorëve DC.

Gjeneratori i parë i rrymës alternative u krijua nga shpikësi francez Hippolyte Pixie në 1832. Më vonë, me sugjerimin e Ampere, ajo u plotësua nga një pajisje komutuese, e cila bëri të mundur marrjen e një rryme direkte pulsuese.

Pothuajse të gjithë gjeneratorët e energjisë elektrike që përdorin parimin e induksionit magnetik bazohen në shfaqjen e një force elektromotore në një qark të mbyllur, i cili është në një fushë magnetike në ndryshim. Në këtë rast, ose rotori magnetik rrotullohet në lidhje me mbështjelljet fikse të statorit në gjeneratorët e rrymës alternative, ose mbështjelljet e rotorit rrotullohen në lidhje me magnetët e statorit fiks (zgjedhën) në gjeneratorët DC.

Gjeneratori më i fuqishëm në botë, i ndërtuar në vitin 2013 për termocentralin bërthamor Taishan nga kompania kineze DongFang Electric, mund të gjenerojë një fuqi prej 1750 MW.

Përveç gjeneratorëve dhe motorëve elektrikë të tipit tradicional, të lidhur me shndërrimin e energjisë mekanike në energji elektrike dhe anasjelltas, ekzistojnë të ashtuquajturat gjeneratorë dhe motorë magnetohidrodinamikë që funksionojnë në një parim tjetër.

Reletë dhe elektromagnetët

Elektromagneti, i shpikur nga shkencëtari amerikan J. Henry, u bë aktivizuesi i parë elektrik dhe pararendësi i kambanës elektrike të njohur. Më vonë, mbi bazën e tij, Henry krijoi një stafetë elektromagnetike, e cila u bë pajisja e parë komutuese automatike me një gjendje binare.

Mikrofoni dinamik Shure i përdorur në një sajt video studioje

Gjatë transmetimit të një sinjali telegrafik në distanca të gjata, reletë u përdorën si amplifikues DC, duke ndërruar lidhjen e baterive të jashtme të stacioneve të ndërmjetme për transmetim të mëtejshëm të sinjalit.

Koka dhe mikrofona dinamike

Në teknologjinë moderne të audios, përdoren gjerësisht altoparlantët elektromagnetikë, tingulli në të cilin shfaqet për shkak të ndërveprimit të një spirale lëvizëse të ngjitur në një kon, përmes së cilës rrjedh një rrymë e frekuencës audio, me një fushë magnetike në hendekun e një magneti të përhershëm fiks. Si rezultat, spiralja së bashku me difuzorin lëvizin dhe krijojnë valë zanore.

Mikrofonët dinamikë përdorin të njëjtin dizajn si koka dinamike, por në një mikrofon, përkundrazi, një spirale lëvizëse me një mini-difuzor në hendekun e një magneti të përhershëm fiks lëkundet nën ndikimin e një sinjali akustik dhe gjeneron një frekuencë elektrike të zërit. sinjal.

Instrumentet matëse dhe sensorët

Megjithë bollëkun e instrumenteve matëse dixhitale moderne, pajisjet e llojeve magnetoelektrike, elektromagnetike, elektrodinamike, ferrodinamike dhe induksioni përdoren ende në teknologjinë e matjes.

Të gjitha sistemet e llojeve të mësipërme përdorin parimin e ndërveprimit të fushave magnetike ose një magnet të përhershëm me fushën e një mbështjelljeje me rrymë, ose një bërthamë feromagnetike me fusha mbështjelljesh me rrymë, ose fusha magnetike të bobinave me rrymë.

Për shkak të inercisë relative të sistemeve të tilla matëse, ato janë të aplikueshme për matjen e vlerave mesatare të variablave.