Как связаны магниты и электричество?

Магнетизм и электричество - два наиболее загадочных явления повседневного мира. Электричество - это движение субмикроскопических заряженных частиц через материал. Этот поток зарядов или «ток», движущийся по проводам дома, обеспечивает электрическую энергию, необходимую для современных инструментов и устройств. Магнетизм - это невидимая сила, которая позволяет магнитам перемещать другие магниты и определенные металлы на расстояние. Хотя магнетизм и электричество кажутся очень разными вещами, на самом деле они очень тесно связаны.

В 1820 году датский физик Ганс Кристиан Орстед заметил нечто необычное, проводя эксперименты с электричеством. Он обнаружил, что когда электрический ток течет по проводу, стрелка компаса, расположенного поблизости, двигается. Единственное, что могло это сделать, - это магнитное поле. Орстед обнаружил, что электрический ток создает магнитное поле.

Майкл Фарадей, узнав об открытии Орстеда, полагал, что если электрические токи могут создавать магнитные поля, то магнитные поля должны иметь возможность генерировать электрические токи. В 1831 году, проводя серию экспериментов, направленных на проверку своей идеи, Фарадей обнаружил, что магнит, движущийся рядом с проводом, может вызвать электрический ток, протекающий по этому проводу.

Магниту даже не нужно было двигаться для выработки энергии. Важным фактором было изменение магнитного поля вокруг провода. Это изменение может быть вызвано движущимся магнитом, или удерживанием магнита в неподвижном состоянии и перемещением катушки, или увеличением или уменьшением мощности в электромагните. Этот принцип, согласно которому изменяющееся магнитное поле вызывает электрический ток в проводнике, стал известен как закон электромагнитной индукции.

Открытие Орстеда показывает, почему у магнитов есть магнитные поля, которые могут перемещать другие объекты. Вся материя состоит из атомов. Заряженные электроны вращаются вокруг плотного атомного ядра. Все, что есть ток, - это движущийся электрический заряд. Это означает, что каждый атом в природе окружен крошечным электрическим током, что означает, что все атомы имеют крошечное магнитное поле, поскольку, как показал Орстед, электрические токи генерируют магнитные поля. В большинстве материалов эти крошечные атомные магниты направлены во все стороны и нейтрализуют эффекты друг друга. Вот почему большинство материалов не являются магнитными. Но в некоторых материалах эти крошечные магниты выстраиваются в линию, создавая мощное магнитное поле. Эти материалы представляют собой магниты и почти всегда представляют собой какой-либо металл.

Как показали Орстед и Фарадей, магнетизм и электричество очень тесно взаимосвязаны. Кажется, что каждый может создавать другое. Даже природные магниты являются магнитными, потому что через них проходят крошечные электрические токи. Было бы неправильно сказать, что магнетизм и электричество - это два разных аспекта одного и того же явления.