Које су 3 сличности између магнета и електричне енергије?

Електричне и магнетне силе су две силе које се налазе у природи. Иако на први поглед могу изгледати другачије, обе потичу из поља повезаних са наелектрисаним честицама. Две силе имају три главне сличности и требали бисте сазнати више о томе како настају ове појаве.

Накнаде долазе у позитивним (+) и негативним (-) сортама. Основни носач позитивног наелектрисања је протон, а негативни носач наелектрисања је електрон. Оба имају наелектрисање величине е = 1.602 × 10^-19 Кулони.

Супротности се привлаче, а лајкови одбијају; два позитивна набоја постављена близу један другогодбити, или искусите силу која их раздваја. Исто важи и за два негативна набоја. Позитивни и негативни набој, међутим, хоћепривућиједан другог.

Привлачност између позитивних и негативних набоја је оно што већину предмета чини електрично неутралним. Будући да у универзуму постоји исти број позитивних као негативних наелектрисања, а привлачне и одбојне силе делују онако како делују, наелектрисања имају тенденцију данеутралисатиили се међусобно поништавају.

Магнети, слично томе, имају северни и јужни пол. Два магнетна северна пола ће се одбијати као и два магнетна јужна пола, али северни пол и јужни пол ће привући једни друге.

Имајте на уму да још један феномен који вам је вероватно познат, гравитација, није овакав. Гравитација је привлачна сила између две масе. Постоји само једна „врста“ масе. Не долази у позитивним и негативним варијантама попут електричне енергије и магнетизма. А ова једна врста масе је увек атрактивна и није одбојна.

Између магнета и наелектрисања постоји изразита разлика у томе што се магнети увек појављују као дипол. Односно, сваки дати магнет увек ће имати северни и јужни пол. Два пола се не могу раздвојити.

Електрични дипол такође може да се створи постављањем позитивног и негативног наелектрисања на неко мало растојање, али увек је могуће те наелектрисања поново раздвојити. Ако замишљате шипкасти магнет са северним и јужним полом и морали сте да га преполовите да бисте направили а одвојите север и југ, уместо тога, резултат би била два мања магнета, оба са својим севером и југом стубови.

Ако упоредимо електрицитет и магнетизам са другим силама, видећемо неке изразите разлике. Четири основне силе универзума су јаке, електромагнетне, слабе и гравитационе силе. (Имајте на уму да су електричне и магнетне силе описане истом речју - о томе мало више.)

Ако узмемо у обзир да јака сила - сила која држи нуклеоне заједно у атому - има величину 1, тада електрична енергија и магнетизам имају релативну величину 1/137. Слаба сила - која је одговорна за бета распад - има релативну величину 10^-6, а гравитациона сила има релативну величину 6 × 10^-39.

Добро сте прочитали. То није била грешка у куцању. Гравитациона сила је изузетно слаба у поређењу са свим осталим. Ово би могло изгледати контраинтуитивно - на крају крајева, гравитација је сила која одржава планете у покрету и држи нам ноге на земљи! Али размислите шта се дешава када спајалицу спајате магнетом или марамицу са статичким електрицитетом.

Сила која повлачи један мали магнет или статички наелектрисан предмет може да се супротстави гравитационој сили целе Земље која вуче спајалицу или ткиво! О гравитацији мислимо да је толико моћнија не зато што јесте, већ зато што имамо гравитациону силу читаве земаљске кугле делујући на нас у свако доба док се, због своје бинарне природе, наелектрисања и магнети често распоређују тако да јесу неутрализован.

Ако пажљивије погледамо и заиста упоредимо електрицитет и магнетизам, видећемо да су то на основном нивоу два аспекта истог феномена тзв.електромагнетизам. Пре него што у потпуности опишемо овај феномен, дозволимо дубље разумевање појмова који су у то укључени.

Шта је поље? Понекад је корисно размислити о нечему што вам се чини познатијим. Гравитација, попут електрицитета и магнетизма, такође је сила која ствара поље. Замислите регион свемира око Земље.

Свака дата маса у свемиру осетиће силу која зависи од величине њене масе и удаљености од Земље. Дакле, замишљамо да простор око Земље садржи апоље, то јест вредност додељена свакој тачки у простору која даје одређену назнаку колико би одговарајућа сила била релативно велика и у ком смеру. Величина гравитационог поља на растојањурод масеМ., на пример, даје се формулом:

ГдеГ.је универзална гравитациона константа 6,67408 × 10^-11 м³/(kgs²). Правац повезан са овим пољем у било којој датој тачки био би јединични вектор који показује ка центру Земље.

Електрична поља раде на исти начин. Величина електричног поља на даљинурод тачкасте наелектрисаностикје дато формулом:

Гдекје Кулонова константа 8,99 × 10⁹ Нм²/ Ц². Правац овог поља у било којој датој тачки је ка набојукакокје негативан и удаљен од набојакакокје позитиван.

Имајте на уму да се ова поља покоравају закону обрнутог квадрата, па ако се удвостручите двоструко даље, поље постаје за четвртину јаче. Да бисмо пронашли електрично поље генерисано од неколико тачкастих наелектрисања или непрекидну расподелу наелектрисања, једноставно бисмо пронашли суперпозицију или извршили интеграцију расподеле.

Магнетна поља су мало замршенија јер магнети увек долазе као диполи. Величина магнетног поља често је представљена словомБ., а тачна формула за то зависи од ситуације.

Однос између електричне енергије и магнетизма научницима је био очигледан тек неколико векова након почетних открића сваког од њих. Неки кључни експерименти који истражују интеракцију између два феномена на крају су довели до разумевања које имамо данас.

Раних 1800-их научници су први пут открили да се игла магнетног компаса може скренути када се држи близу жице која носи струју. Испоставља се да жица која носи струју ствара магнетно поље. Ово магнетно поље је растојањерод бескрајно дуге жице која носи струјуЈаје дато формулом:

Гдеμ​₀ је пропустљивост вакуума 4π​ × 10^-7 Н / А². Смер овог поља дат јеправило десне руке- усмерите палац десне руке у смеру струје, а затим прстима умотајте жицу у круг који означава смер магнетног поља.

Ово откриће је довело до стварања електромагнета. Замислите да узмете струјну жицу и умотате је у калем. Правац насталог магнетног поља ће изгледати попут диполног поља шипкастог магнета!

•••пикабаи

Магнетизам у шипкастом магнету настаје кретањем електрона у атомима који га чине. Покретни набој у сваком атому ствара мало магнетно поље. У већини материјала ова поља су оријентисана на сваки начин, што резултира значајним мрежним магнетизмом. Али у одређеним материјалима, попут гвожђа, састав материјала омогућава да се сва поља поравнају.

Дакле, магнетизам је заиста манифестација електрицитета!

Испоставило се да магнетизам не настаје само због електричне енергије, већ се електрична енергија може генерирати из магнетизма. Ово откриће је направио Мицхаел Фарадаи. Убрзо након открића да су електрицитет и магнетизам повезани, Фарадаи је пронашао начин да генерише струју у калему жице променом магнетног поља које пролази кроз центар калема.

​Фарадејев законнаводи да ће струја индукована у завојници тећи у правцу који се противи промени која ју је изазвала. Под овим се подразумева да ће индукована струја тећи у правцу који генерише магнетно поље које се супротставља променљивом магнетном пољу које га је изазвало. У суштини, индукована струја једноставно покушава да се супротстави било каквим променама поља.

Дакле, ако је спољно магнетно поље усмерено на завојницу, а затим се повећа у величини, струја ће проток у таквом смеру да створи магнетно поље које показује из петље како би се томе супротставило промена. Ако је спољно магнетно поље усмерено на калем и опада, онда ће струја тећи у таквом смеру да створи магнетно поље које такође показује у калем како би се супротставило промени.

Фарадаиево откриће довело је до технологије која стоји иза данашњих генератора електричне енергије. Да би се произвела електрична енергија, мора постојати начин да се варира магнетно поље које пролази кроз калем жице. Можете замислити окретање жичане завојнице у присуству јаког магнетног поља како бисте спровели ову промену. То се често ради механичким средствима, попут турбине коју покреће ветар или вода која тече.

•••пикабаи

Много је сличности између магнетне и електричне силе. Обе силе делују по оптужбама и воде порекло из истог феномена. Обе снаге имају упоредиву снагу, као што је горе описано.

Електрична сила на наелектрисањекзбог пољаЕ.даје:

Магнетна сила на наелектрисањеккрећући се брзиномвзбог пољаБ.дат је Лорентзовим законом о сили:

Друга формулација овог односа је:

ГдеЈаје струја иЛдужина жице или проводне путање у пољу.

Поред многих сличности између магнетне силе и електричне силе, постоје и неке изразите разлике. Имајте на уму да магнетна сила неће утицати на стационарни набој (ако је в = 0, тада је Ф = 0) или набој који се креће паралелно са правцем поља (што резултира унакрсним производом 0), а заправо степен деловања магнетне силе варира у зависности од угла између брзине и поље.

Јамес Цлерк Маквелл извео је скуп од четири једначине које математички сумирају однос између електричне енергије и магнетизма. Ове једначине су следеће:

Све претходно поменуте појаве могу се описати помоћу ове четири једначине. Али још занимљивије је да је након њиховог извођења пронађено решење за ове једначине које није изгледало у складу са оним што је раније било познато. Ово решење је описало самопропагирајући електромагнетни талас. Али када је изведена брзина овог таласа, утврђено је да је:

Ово је брзина светлости!

Какав је значај овога? Па, испоставило се да је светлост, феномен који су научници истраживали већ дуже време, заправо електромагнетни феномен. Због тога га данас називатеелектромагнетно зрачење​.

•••пикабаи