- מהי אלקטרומגנטיות?
- יישומים של אלקטרומגנטיות
- ניסויים על אלקטרומגנטיות
- בשביל מה אלקטרומגנטיות?
- מגנטיות ואלקטרומגנטיות
- דוגמאות לאלקטרומגנטיות
- היסטוריה של אלקטרומגנטיות
אנו מסבירים מהי אלקטרומגנטיות ומהם חלק מהיישומים שלה. כמו כן, ההיסטוריה והדוגמאות שלו.
מהי אלקטרומגנטיות?
אלקטרומגנטיות היא הענף שלגוּפָנִי החוקר את הקשרים בין תופעות חשמליות למגנטיות, כלומר את יחסי הגומלין ביניהן חלקיקים טעון ו שדות חשמליים י מַגנֶטִי.
בשנת 1821 נודעו יסודות האלקטרומגנטיות בעבודתו המדעית של מייקל פאראדיי הבריטי, שהובילה לכך. משמעת. בשנת 1865 ניסח הסקוטי ג'יימס קלרק מקסוול את ארבע "משוואות מקסוול" שמתארות לחלוטין תופעות אלקטרומגנטיות.
יישומים של אלקטרומגנטיות
לתופעות אלקטרומגנטיות יש יישומים חשובים מאוד בדיסציפלינות כמו הנדסה,מכשירי חשמל, הבְּרִיאוּת, אווירונאוטיקה או בנייה אזרחית, בין היתר. הם מופיעים בחיי היומיום, כמעט בלי לשים לב, במצפנים, רמקולים, פעמוני דלת, כרטיסים מגנטיים, כוננים קשיחים.
היישומים העיקריים של אלקטרומגנטיות משמשים ב:
- חַשְׁמַל.
- המגנטיות.
- מוליכות חשמלית ועל מוליכות.
- קרני גמא וקרני רנטגן.
- הגלים אלקטרומגנטית.
- קרינה אינפרא אדומה, גלויה ואולטרה סגולה.
- גלי רדיו ומיקרוגלים.
ניסויים על אלקטרומגנטיות
באמצעות ניסויים פשוטים ניתן להבין כמה תופעות אלקטרומגנטיות, כגון:
המנוע החשמלי. כדי לבצע ניסוי שמראה מושג בסיסי על איך מנוע חשמלי עובד, אנחנו צריכים:
- צעד ראשון. הנח את קצה הבורג על הקוטב השלילי של הסוללה והנח את המגנט על ראש הבורג. אתה יכול לראות כיצד האלמנטים מושכים זה את זה בשל מַגנֶטִיוּת.
- צעד שני. מחברים את קצוות הכבל עם הקוטב החיובי של הסוללה ועם המגנט (שנמצא יחד עם הבורג, על הקוטב השלילי של הסוללה).
- תוֹצָאָה. מתקבל מעגל הסוללה-בורג-מגנט-כבל שדרכו א זרם חשמלי שעובר דרך השדה המגנטי שנוצר מהמגנט, והוא מסתובב במהירות גבוהה עקב א כּוֹחַ קבוע משיק הנקרא "כוח לורנץ". להיפך, אם מנסים לחבר את החלקים על ידי היפוך של קטבי הסוללה, האלמנטים דוחים זה את זה.
הכלוב של פאראדיי. להלן מפורט לְנַסוֹת המאפשר להבין כיצד זורמים גלים אלקטרומגנטיים במכשירים אלקטרוניים. לשם כך, יש צורך בפריטים הבאים:
-
- רדיו נייד או טלפון סלולרי המופעל באמצעות סוללה
- רשת מתכת עם חורים שלא עולים על 1 ס"מ
- פלייר או מספריים כדי לחתוך את הרשת
- חתיכות תיל קטנות לחיבור רשת התיל
- רדיד אלומיניום (ייתכן שלא יהיה צורך)
- צעד ראשון. חותכים חתיכת רשת מלבנית בגובה 20 ס"מ על 80 ס"מ אורך, כך שניתן יהיה להרכיב גליל.
- צעד שני. חותכים עוד חתיכה עגולה של רשת תיל בקוטר 25 ס"מ (צריך להיות בקוטר מספיק לכיסוי הגליל).
- צעד שלישי. חברו את קצוות המלבן של רשת המתכת כך שנוצר גליל ומהדקים את הקצוות בחתיכות חוט.
- שלב רביעי. הנח את הרדיו המופעל בתוך גליל המתכת וכסה את הגליל בעיגול רשת המתכת.
- תוֹצָאָה. הרדיו יפסיק לנגן מכיוון שגלים אלקטרומגנטיים מבחוץ לא יכולים לעבור דרך הרדיו מַתֶכֶת.
אם במקום רדיו דולק יוכנס טלפון סלולרי ויתקשרו למספר הזה כדי שיצלצל, יקרה שהוא לא יצלצל. במקרה שהוא מצלצל, כדאי להשתמש בגריל מתכת עבה יותר ובחורים קטנים יותר, או לעטוף את הפלאפון בנייר אלומיניום. משהו דומה קורה כשמדברים בטלפון הנייד ונכנסים למעלית, מה שגורם לחיתוך האות הוא השפעת "כלוב פאראדיי".
בשביל מה אלקטרומגנטיות?
אלקטרומגנטיות שימושית מאוד עבור בן אדם שכן יש אינספור יישומים המאפשרים לך לענות על הצרכים שלך. מכשירים רבים המשמשים על בסיס יומיומי פועלים עקב השפעות אלקטרומגנטיות. הזרם החשמלי שמסתובב דרך כל המחברים בבית, למשל, מספק שימושים מרובים (המיקרוגל, המאוורר, הבלנדר, טֵלֶוִיזִיָה, המַחשֵׁב) שפועלים עקב אלקטרומגנטיות.
מגנטיות ואלקטרומגנטיות
מגנטיות היא התופעה שמסבירה את כוח המשיכה או הדחייה בין חומרים מגנטיים למטענים נעים.
אלקטרומגנטיות כרוכהתופעות פיזיקליות נוצר על ידי מטענים חשמליים במנוחה או בתוךתְנוּעָה, אשר מולידים שדות חשמליים, מגנטיים או אלקטרומגנטיים, ואשר משפיעים על חומר שעשוי להיות בגזי, נוזל ימוצק.
דוגמאות לאלקטרומגנטיות
ישנן דוגמאות רבות לאלקטרומגנטיות ובין הנפוצות ביותר הן:
- הצלצול. זהו מכשיר המסוגל להפיק אות קול בעת לחיצה על מתג. זה עובד דרך אלקטרומגנט שמקבל אמטען חשמלי, היוצר שדה מגנטי (אפקט מגנט) המושך פטיש קטן שפוגע במשטח המתכת ופולטנשמע.
- רכבת הריחוף המגנטי. בניגוד לרכבת המונעת על ידי קטר חשמלי שנוסעת על מסילות, מדובר באמצעי תחבורה המתקיים ומניע מכוח המגנטיות ועל ידי האלקטרומגנטים החזקים המצויים בחלקו התחתון.
- השנאי החשמלי. זהו מכשיר חשמלי המאפשר לך להגדיל או להקטין אתמתח (או המתח) של זרם חילופין.
- המנוע החשמלי. זהו מכשיר הממיר את הכוח חשמלי ב אנרגיה מכנית, מייצר תנועה על ידי פעולה של השדות המגנטיים שנוצרים בפנים.
- הדינמו. זהו גנרטור חשמלי שמשתמש באנרגיה המכנית של תנועה מסתובבת והופך אותה לאנרגיה חשמלית.
- המיקרוגל. זהו תנור חשמלי שיוצר קרינה אלקטרומגנטית בתדר של גלי מיקרוגל. קרינות אלו מרטידות את מולקולות ממים שיש להם את מזון, אשר מייצר חום במהירות, בישול מזון.
- הדמיה בתהודה מגנטית. זוהי בדיקה רפואית שבאמצעותה מתקבלות תמונות של מבנה והרכבו של אורגניזם. הוא מורכב מאינטראקציה של שדה מגנטי שנוצר על ידי מכונה, המהוד המגנטי, (שעובד כמו מגנט), והאטומים של מימן הכלול בגופו של האדם. אטומים אלו נמשכים על ידי "אפקט המגנט" של המכשיר ומייצרים שדה אלקטרומגנטי שנלכד ומיוצג בתמונות.
- המיקרופון. זהו מכשיר שמזהה את אנרגיה אקוסטית (צליל) והופך אותו לאנרגיה חשמלית. הוא עושה זאת דרך ממברנה (או דיאפרגמה) הנמשכת על ידי מגנט בתוך שדה מגנטי ושמייצרת זרם חשמלי פרופורציונלי לקול המתקבל.
- כדור הארץ. כוכב הלכת שלנו פועל כמו מגנט ענק בגלל השדה המגנטי שנוצר בליבתו (המורכב ממתכות כמו ברזל, ניקל). תנועה שלסיבוב כדור הארץ יוצר זרם של חלקיקים טעונים (ה אלקטרונים של האטומים של גרעין כדור הארץ). זרם זה מייצר שדה מגנטי המשתרע כמה קילומטרים מעל פני כדור הארץ ודוחה קרינת שמש מזיקה.
היסטוריה של אלקטרומגנטיות
- 600 לפני הספירה היווני תאלס ממילטוס הבחינו כי בעת שפשוף חתיכת ענבר, הוא היה טעון והצליח למשוך חתיכות קש או נוצות.
- 1820. הנס כריסטיאן אורסטד הדני ביצע ניסוי שאיחד לראשונה את תופעות החשמל והמגנטיות. זה כלל קירוב מחט ממוגנטת למוליך שדרכו הסתובב זרם חשמלי. המחט נעה באופן שהעיד על נוכחות של שדה מגנטי במוליך.
- 1826. הצרפתי אנדרה-מארי אמפר פיתח את התיאוריה המסבירה את האינטראקציה בין חשמל למגנטיות, המכונה "אלקטרודינמיקה". בנוסף, הוא היה הראשון ששם את הזרם החשמלי ככזה ומדד את עוצמת זרימתו.
- 1831. הפיזיקאי והכימאי הבריטי, מייקל פאראדיי, גילה את חוקי האלקטרוליזה והאינדוקציה האלקטרומגנטית.
- 1865. הסקוטי ג'יימס קלרק מקסוול הציג את יסודות האלקטרומגנטיות על ידי ניסוח ארבע "משוואות מקסוול" המתארות תופעות אלקטרומגנטיות.