Wat is elektromagnetisme:
Elektromagnetisme is de studie van ladingen en de interactie tussen elektriciteit en magnetisme. Elektriciteit en magnetisme zijn aspecten van een enkel fysiek fenomeen dat nauw verbonden is door de beweging en aantrekking van ladingen in materie.
De tak van de natuurkunde die de interactie tussen elektrische en magnetische verschijnselen bestudeert, wordt ook wel elektromagnetisme genoemd.
Het woord "elektriciteit" werd voorgesteld door de Engelsman William Gilbert (1544-1603) uit het Grieks elektron (soort barnsteen dat voorwerpen aantrekt wanneer het wordt ingewreven met verschillende stoffen). Aan de andere kant is "magnetisme" waarschijnlijk ontstaan uit een Turkse regio met afzettingen van gemagnetiseerd magnetiet (Magnesia), waar een oude Griekse stam leefde die bekend staat als de Magnetes.
Het was echter tot 1820 dat Hans Christian Oersted (1777-1851) erin slaagde het effect van een elektrische stroom op het gedrag van een kompas aan te tonen, en zo was de studie van elektromagnetisme geboren.
Basisprincipes van elektromagnetisme
Magneten en elektriciteit zijn altijd het onderwerp geweest van fascinatie voor de mensheid. Zijn aanvankelijke aanpak volgde verschillende koersen die op het einde van de 19e eeuw een ontmoetingspunt bereikten. Laten we enkele basisconcepten bekijken om te begrijpen waar elektromagnetisme over gaat.
Elektrische lading
Elektrische lading is een fundamentele eigenschap van de deeltjes waaruit materie bestaat. De basis van alle elektrische ladingen ligt in de atomaire structuur. Het atoom concentreert positieve protonen in de kern en negatieve elektronen bewegen rond de kern. Als het aantal elektronen en protonen gelijk is, hebben we een atoom met een neutrale lading. Wanneer het atoom een elektron krijgt, blijft het achter met een negatieve lading (anion), en wanneer het een elektron verliest, blijft het met een positieve lading (kation).
Dan wordt overwogen de lading van het elektron als de basiseenheid of quanta van de elektrische lading. Dit komt overeen met 1,60 x 10 -19 coulomb (C), de maateenheid voor ladingen, ter ere van de Franse natuurkundige Charles Augustin de Coulomb.
Elektrisch veld en magnetisch veld
EEN elektrisch veld Het is een krachtveld dat een lading of geladen deeltje omringt. Dat wil zeggen, een geladen deeltje beïnvloedt of oefent een kracht uit op een ander geladen deeltje dat zich in de buurt bevindt. Het elektrische veld is een vectorgrootheid die wordt weergegeven door de letter EN waarvan de eenheden volt per meter (V / m) of newton per coulomb (N / C) zijn.
Aan de andere kant, de magnetisch veld Het treedt op wanneer er een stroom of beweging van ladingen is (een elektrische stroom). We kunnen dan zeggen dat het het gebied is waar de magnetische krachten werken. Een elektrisch veld omringt dus elk geladen deeltje en de beweging van het geladen deeltje creëert een magnetisch veld.
Elk bewegend elektron produceert een klein magnetisch veld in het atoom. Voor de meeste materialen bewegen elektronen in verschillende richtingen, zodat de magnetische velden opheffen. In sommige elementen, zoals ijzer, nikkel en kobalt, bewegen de elektronen in een voorkeursrichting, waardoor een netto magnetisch veld ontstaat. Materialen van dit type worden genoemd ferromagnetisch.
Magneten en elektromagneten
EEN magneet Het is het resultaat van de permanente uitlijning van de magnetische velden van de atomen in een stuk ijzer. In een gewoon stuk ijzer (of ander ferromagnetisch materiaal) zijn de magnetische velden willekeurig georiënteerd, dus het werkt niet als een magneet. Het belangrijkste kenmerk van magneten is dat ze twee polen hebben: noord en zuid.
EEN elektromagneet Het bestaat uit een stuk ijzer in een draadspoel waardoor een stroom kan worden geleid. Wanneer de stroom is ingeschakeld, worden de magnetische velden van elk atoom waaruit het stuk ijzer bestaat uitgelijnd met het magnetische veld dat wordt geproduceerd door de stroom in de draadspoel, waardoor de magnetische kracht toeneemt.
Elektromagnetische inductie
Elektromagnetische inductie, ontdekt door Joseph Henry (1797-1878) en Michael Faraday (1791-1867), is de productie van elektriciteit door middel van een bewegend magnetisch veld. Door een magnetisch veld door een spoel van draad of ander geleidend materiaal te leiden, wordt een stroom van lading of stroom veroorzaakt wanneer het circuit wordt gesloten.
Elektromagnetische inductie is de basis van generatoren en praktisch van alle elektrische energie die in de wereld wordt geproduceerd.
Toepassingen van elektromagnetisme
Elektromagnetisme is de basis van de werking van elektrische en elektronische apparaten die we dagelijks gebruiken.
Microfoons
Microfoons hebben een dun membraan dat trilt als reactie op geluid. Aan het membraan is een draadspoel bevestigd die deel uitmaakt van een magneet en langs het membraan beweegt. De beweging van de spoel door het magnetische veld zet geluidsgolven om in elektrische stroom die wordt overgebracht naar een luidspreker en versterkt.
Generatoren
Generatoren gebruiken mechanische energie om elektrische energie te produceren. Mechanische energie kan afkomstig zijn van waterdamp, gecreëerd door verbranding van fossiele brandstoffen, of van vallend water in waterkrachtcentrales.
Elektrische motor
Een motor gebruikt elektrische energie om mechanische energie te produceren. Inductiemotoren gebruiken wisselstroom om elektrische energie om te zetten in mechanische energie. Dit zijn de motoren die doorgaans worden gebruikt in huishoudelijke apparaten, zoals ventilatoren, drogers, wasmachines en blenders.
Een inductiemotor bestaat uit een draaiend deel (rotor) en een stationair deel (stator). De rotor Het is een ijzeren cilinder met groeven waarlangs enkele vinnen of koperen staven zijn bevestigd. De rotor is ingesloten in een container met spoelen of windingen van geleidende draad waardoor wisselstroom wordt geleid, die elektromagneten worden.
De doorgang van wisselstroom door de spoelen produceert een magnetisch veld dat op zijn beurt een stroom en een magnetisch veld in de rotor induceert. De interactie van magnetische velden in de stator en rotor veroorzaakt een torsie in de rotor waardoor arbeid kan worden verricht.
Maglev: treinen die zweven
Magnetisch zwevende treinen gebruiken elektromagnetisme om zichzelf op te tillen, te geleiden en voort te stuwen op een speciaal spoor. Japan en Duitsland zijn pioniers in het gebruik van deze treinen als vervoermiddel. Er zijn twee technologieën: elektromagnetische ophanging en elektrodynamische ophanging.
De elektromagnetische ophanging het is gebaseerd op de aantrekkende krachten tussen krachtige elektromagneten aan de voet van de trein en het spoor. De magnetische kracht wordt zo afgesteld dat de trein boven het spoor blijft hangen, terwijl hij wordt aangedreven door een magnetisch veld dat zich voortbeweegt door interactie van zijmagneten in de trein.
De elektrodynamische vering het is gebaseerd op de afstotende kracht tussen magneten op de trein en een geïnduceerd magnetisch veld op het spoor. Dit type trein heeft wielen nodig om een kritische snelheid te kunnen bereiken, vergelijkbaar met vliegtuigen wanneer ze op het punt staan op te stijgen.
Medische diagnostiek
Magnetische resonantie beeldvorming is een van de technologieën met de grootste impact in de moderne geneeskunde. Het is gebaseerd op het effect van sterke magnetische velden op de waterstofkernen van het lichaamswater.
Elektromagnetische verschijnselen
Veel van de elektromagnetische verschijnselen die we kennen, zijn een gevolg van het aardmagnetisch veld. Dit veld wordt gegenereerd door elektrische stromen in de planeet. De aarde lijkt dan op een grote magnetische balk erin, waar de magnetische noordpool zich op de geografische zuidpool bevindt en de magnetische zuidpool overeenkomt met de geografische noordpool.
Ruimtelijke oriëntatie
Het kompas is een instrument dat dateert van ongeveer 200 jaar voor Christus. Het is gebaseerd op de oriëntatie van een gemagnetiseerde metalen naald naar het geografische noorden.
Sommige dieren en andere levende wezens kunnen het magnetisch veld van de aarde detecteren en zich zo oriënteren in de ruimte. Een van de targetingstrategieën is via gespecialiseerde cellen of organen die: magnetietkristallen, een ijzeroxidemineraal dat een permanent magnetisch veld in stand houdt.
De noordelijke en zuidelijke aurora's
De Magnetisch veld van de aarde Het werkt als een beschermende barrière tegen het bombardement van hoogenergetische geïoniseerde deeltjes afkomstig van de zon (beter bekend als de zonnewind). Deze worden omgeleid naar de poolgebieden, spannende atomen en moleculen in de atmosfeer. De karakteristieke lichten van de aurora's (boreaal op het noordelijk halfrond en Australisch op het zuidelijk halfrond) zijn het product van de emanatie van energie wanneer de aangeslagen elektronen terugkeren naar hun basale toestand.
Maxwell en de theorie van elektromagnetisme
James Clerk Maxwell leidde tussen 1864 en 1873 de wiskundige vergelijkingen af die de aard van magnetische en elektrische velden verklaren. Op deze manier gaven de vergelijkingen van Maxwell een verklaring voor de eigenschappen van elektriciteit en magnetisme. In het bijzonder laten deze vergelijkingen zien:
- hoe een elektrische lading een elektrisch veld produceert,
- hoe stromen magnetische velden produceren, en
- hoe het veranderen van een magnetisch veld een elektrisch veld produceert.
De golfvergelijkingen van Maxwell dienden ook om aan te tonen dat het veranderen van een elektrisch veld een zichzelf voortplantende elektromagnetische golf creëert met elektrische en magnetische componenten. Maxwells werk bracht de schijnbaar gescheiden gebieden van de fysica van elektriciteit, magnetisme en licht samen.
- Elektriciteit.
- Magnetisme.
- Fysiek.
- Takken van de natuurkunde.
