головна сторінка головна сторінка головна сторінка головна сторінка

Електрика й магнетизм

Наука и техника
 
ru - ua - en - fr - by - de - es

За старих часів електричні явища у вигляді блискавки й грому викликали людей моторошний страх. Пізніше ми навчилися використовувати електрику для своїх потреб. А магнетизм, колись не більш ніж дивовижне явище, сьогодні відіграє одну з найважливіших ролей у гігантських генераторах нас, що забезпечують енергією

Електрика й магнетизмДеякі тканини сильно електризуються, коли пошиту з них одяг знімають через голову. Іноді заряд буває настільки потужний, що можна почути тріск електричних іскор, а в темнім приміщенні - навіть побачити їх. Ці іскри являють собою блискавку в мініатюрі й, подібно останньої, виникають у результаті різкого електричного розряду. Під час грози наелектризована хмара розряджається, при цьому виділяється величезна кількість енергії у вигляді світла й тепла. Світло сприймається нами як спалаху блискавки, а тепловий потік викликає раптове, вибухоподібне розширення навколишнього повітря - і ми чуємо гуркоти грому. Усі навколишні нас об'єкти містять мільйони електричних зарядів, що полягають із часток, що перебувають усередині атомів - основи всієї матерії. Центральна частина, або ядро, більшості атомів включає два види часток: нейтрони й протони. Нейтрони не мають електричного заряду, у той час як протони несуть у собі позитивний заряд. Навколо ядра обертаються ще одні частки - електрони, що мають негативний заряд. Як правило, кожний атом має однакова кількість протонів і електронів, чиї рівні по величині, але протилежні заряди врівноважують один одного. У результаті ми не відчуваємо ніякого заряду, а речовина вважається незарядженим. Однак, якщо ми яким-небудь образом порушимо цю рівновагу, те даний об'єкт буде мати загальний позитивний або негативним зарядом залежно від того, яких часток у ньому залишиться більше - протонів або электронов.


Електрика й тертя

Різні матеріали іноді електризуються при терті друг про друга, оскільки при цьому відбувається перехід електронів з одного матеріалу в іншій. Наприклад, якщо ви користуєтеся пластмасовим гребінцем, електрони волось переходять на неї. У результаті гребінець виявляється негативно зарядженої, а волосся мають позитивний заряд, тому що тепер у них більше протонів, чому електронів. Заряджені об'єкти притягають незаряджені, і тому до гребінця пристають невеликі шматочки паперу


Притягання й відштовхування

Заряджені об'єкти або притягають, або відштовхують один одного. Якщо вони мають протилежні заряди, то між ними діє сила притягання. Але якщо в них однойменні заряди, то тоді має місце сила відштовхування

Уважається, що об'єкт, наелектризований за рахунок тертя, має статичну електрику, оскільки заряд може залишатися всередині нього майже нескінченно. Такий об'єкт залишиться зарядженим доти, поки в ньому не буде відновлений баланс позитивних і негативних часток. Це досягається шляхом надання можливості "перетекания" заряджених часток з даного об'єкта або в нього. Наприклад, об'єкт, що одержав негативний заряд через передачу йому додаткової кількості електронів можна розрядити, якщо дозволити зайвим електронам знову покинути його. А позитивно заряджений об'єкт у результаті втрати деякої кількості електронів можна розрядити, давши можливість відсутнім електронам повернутися назад. Будь-який подібний рух заряджених часток називається електричним струмом


Провідники

Речовини, що дозволяють току проходити через них, називаються провідниками. Метали й графить, а також звичайний різновид вуглецю є гарними провідниками електрики. До матеріалів, які звичайно не проводять електрика, ставляться бурштин, нафта, віск, скло, папір і пластмаса. Такі матеріали називаються діелектриками

В XVIII столітті багато вчених проводили досвіди з електрикою, використовуючи машини, що забезпечують тертя одного матеріалу про іншу для одержання потужного електричного заряду. Однак такий заряд швидко зникав у результаті раптового викиду струму при приєднанні провідника до встаткування. Набагато більш придатним для багатьох досвідів був би джерело, здатний робити досить стабільний струм протягом більш тривалого періоду часу. В 17907е роки італійський учений Алессандро Вольта знайшов потрібне рішення - він винайшов гальванічний елемент і батарею


Елементи й ланцюга

Гальванічний елемент перетворить хімічну енергію в електрику. Ці елементи часто з'єднують один з одним або групують для одержання могутнішого джерела електроенергії в точках підключення, або полюсах. Такі з'єднання називаються батареї. Однак одиничні елементи також часто йменують батареями. Ланцюг складається із джерела електрики (такого як батарея) і шляху струму, по якім струм може протікати від одного полюса джерела до іншого. Електрострум являє собою потік електронів; його можна зрівняти з потоком води, що рухаються по трубі. Щоб змусити воду текти по трубі, необхідно створити тиск, те ж саме потрібно зробити з електронами, щоб змусити їх протікати, але проведенню. Такий електричний тиск, або напруга, створювана, наприклад, батареєю, виміряється у вольтах, а утворений при цьому струм - в амперах. Потік води, одержуваний при певному тиску, залежить від виду використовуваної труби. Наприклад, довга й вузька труба буде чинити опір потоку води усередині неї. А довге й тонке проведення буде чинити більший опір електроструму, чому коротке й товсте проведення з того ж матеріалу


Опір

Одиницею виміру електричного опору є Ом. Оскільки мідь має відносно низький опір і, отже, є гарним провідником електрики, вона широко застосовується в кабелях. Ще кращим провідником є срібло, але воно занадто дорогостояще для широкого застосування. У деяких ланцюгах використовуються елементи, які навмисно виготовлені з високим опором. Такі обладнання - резистори - часто використовуються для обмеження протікання струму на окремих ділянках електронних схем


Магнетизм

Уважається, що грецький філософ Фалес Милетский першим вивчав дивне притягання магнітним залізняком звичайного заліза. Це відбувалося близько 600 року до н.е., і пройшли століття, перш ніж магнетизм знайшов практичне застосування у вигляді магнітного компаса. Імовірно, у Китаї приблизно до 200 року н.е. уже був недосконалий зразок магнітного компаса, однак у Європі він з'явився не раніше 1200 г.

Протягом багатьох сторіч ніхто не міг розгадати таємницю, чому шматок природного магнітного залізняку (якщо він міг вільно переміщатися) завжди вказував те саме напрямок. Сьогодні нам відомо, що залізо й інші магнітні матеріали складаються з малюсіньких намагнічених часток, називаних доменами. Звичайно вони розташовуються в різних напрямках, а метал не проявляє в цілому ніяких магнітних властивостей. Якщо ж домены вибудовуються таким чином, що всі вони спрямовані в одну сторону, то метал намагнічується й притягає інші шматки заліза


Два полюси

Усі магніти такого роду мають одну загальну рису: їх намагніченість сконцентрована на двох ділянках, які називаються північний і південний полюсы магніту. Вони одержали таку назву у зв'язку з тим, що, коли магніт може вільно обертатися (у підвішенім або плавучому стані), ці частини магніту повертаються в напрямку Північного й Південного полюсів Землі, яка сама по собі є гігантським магнітом. У цьому полягає принцип дії магнітного компаса. Обоє полюса магніту притягають не намагнічене залізо. Але якщо наблизити два магніти, північний полюс одного з них буде притягати південний полюс іншого. Інакше кажучи, різнойменні полюси притягаються. І навпаки - два північні полюси будуть відштовхувати один одного так само, як і два південні. Тому говорять, що однойменні полюси взаємно відштовхуються. У такому випадку, однак, може здатися дивним, що північний полюс магніту схильний повертатися убік Північного полюса Землі. Це відбувається тому, що магнітна північ (магнітний полюс поблизу області, яку ми називаємо Північним полюсом) фактично є південним магнітним полюсом


Між електрикою й магнетизмом існує тісний зв'язок, але про це стало відомо лише в 1819 році, коли датський професор фізики Ханс Ерстед продемонстрував своїм студентам деякі властивості електрики.


Відкриття Ерстеда

Ерстед приєднав проведення до полюсів батареї, щоб показати, що він нагрівається при проходженні через нього сильного електричного струму. Однак відбулося щось зовсім несподіване. Коли він приєднав проведення до батареї, стрілка компаса, що перебував поруч, відхилилася й більше не вказувала на північ. Ерстед зрозумів, що минаючий через проведення електрострум створював магнетизм, що впливає на компас. Так він відкрив одне з найважливіших явищ у науці - електромагнетизм


Електромагнетизм

Струм, що проходить через проведення, створює відносно слабкий магнетизм. Але незабаром учені знайшли спосіб посилення цього явища. Більш виражені магнітні властивості можна було одержати, зробивши дротову обмотку у формі котушки й намотавши її навколо залізного стрижня. Таке обладнання називається електромагнітом


Двигуни й генератори

Двигуни й генераториЯкщо проведення, що перебуває поблизу постійного магніту, приєднати до батареї, він може переміститися під дією створюваного магнетизму. В 1821 г. англійський учений Майкл Фарадей побудував просту машину, у якій струмонесуче проведення рухалося навколо постійного магніту

Ерстед показав, що електрика може створювати магнетизм, а Фарадей зміркував, що можна використовувати магнетизм для одержання електрики. Він уперше продемонстрував це в 1831 г., коли одержав електрику, переміщаючи стрижневий магніт усередині дротової котушки. Він також показав, що результат залишається незмінним незалежно від того, чи рухався магніт або котушка. Цей принцип застосовується в сучасних генераторах будинки, що постачають електроенергією наші, магазини, офіси й заводи

Rambler's Top100