Fizica electricității: definiție, experimente, unitate de măsură. Cutie cu probleme de calitate în fizicăelectricitate Magneți permanenți artificiali

Formule de electricitate și magnetism. Studiul fundamentelor electrodinamicii începe în mod tradițional cu un câmp electric în vid. Pentru a calcula forța de interacțiune între două sarcini punctuale și pentru a calcula intensitatea câmpului electric creat de o sarcină punctiformă, trebuie să fiți capabil să aplicați legea lui Coulomb. Pentru a calcula intensitatea câmpului creat de sarcini extinse (filet încărcat, plan etc.), se folosește teorema lui Gauss. Pentru un sistem de sarcini electrice este necesar să se aplice principiul

La studierea temei „Curentul continuu” este necesar să se țină cont de legile lui Ohm și Joule-Lenz sub toate formele. La studierea „Magnetismului” este necesar să se țină cont de faptul că câmpul magnetic este generat de sarcini în mișcare și acționează asupra sarcinilor în mișcare. Aici ar trebui să acordați atenție legii Biot-Savart-Laplace. Ar trebui să se acorde o atenție deosebită forței Lorentz și să se ia în considerare mișcarea unei particule încărcate într-un câmp magnetic.

Fenomenele electrice și magnetice sunt legate printr-o formă specială de existență a materiei - câmpul electromagnetic. Baza teoriei câmpului electromagnetic este teoria lui Maxwell.

Tabel cu formulele de bază ale electricității și magnetismului

Legi fizice, formule, variabile	Formulează electricitatea și magnetismul
Legea lui Coulomb: Unde q 1 și q 2 - valorile sarcinilor punctiforme,ԑ 1 - constantă electrică; ε - constanta dielectrică a unui mediu izotrop (pentru vid ε = 1), r este distanța dintre sarcini.
Intensitatea câmpului electric: unde Ḟ - forța care acționează asupra sarcinii q 0 , situată într-un punct dat din câmp.
Intensitatea câmpului la o distanță r de sursa câmpului: 1) taxă punctuală 2) un fir încărcat infinit lung cu densitatea de sarcină liniară τ: 3) un plan infinit încărcat uniform cu densitatea de sarcină la suprafață σ: 4) între două plane încărcate opus
Potențialul câmpului electric: unde W este energia potențială a sarcinii q 0 .
Potențialul de câmp al unei sarcini punctiforme la o distanță r de sarcină:
Conform principiului suprapunerii câmpului, tensiunea:
Potenţial: unde Ē i şi ϕ i- tensiunea și potențialul la un punct dat din câmpul creat de sarcina i-a.
Lucrul efectuat de câmpul electric forțează să deplaseze sarcina q dintr-un punct cu potențialϕ 1 până la un punct cu potențialϕ 2:
Relația dintre tensiune și potențial 1) pentru un câmp neuniform: 2) pentru un câmp uniform:
Capacitatea electrică a unui conductor solitar:
Capacitatea condensatorului:
Capacitatea electrică a unui condensator plat: unde S este aria plăcii (una) a condensatorului, d este distanța dintre plăci.
Energia unui condensator încărcat:
Puterea curentă:
Densitatea curentă: unde S este aria secțiunii transversale a conductorului.
Rezistenta conductorului: l este lungimea conductorului; S este aria secțiunii transversale.
Legea lui Ohm 1) pentru o secțiune omogenă a lanțului: 2) în formă diferenţială: 3) pentru o secțiune a circuitului care conține EMF: Unde ε este fem-ul sursei curente, R și r - rezistența externă și internă a circuitului; 4) pentru un circuit închis:
Legea Joule-Lenz 1) pentru o secțiune omogenă a unui circuit DC: unde Q este cantitatea de căldură eliberată în conductorul purtător de curent, t - timpul de trecere curent; 2) pentru o secțiune a unui circuit cu un curent care variază în timp:
Putere curentă:
Relația dintre inducția magnetică și intensitatea câmpului magnetic: unde B este vectorul de inducție magnetică, μ √ permeabilitatea magnetică a unui mediu izotrop, (pentru vid μ = 1), µ 0 - constantă magnetică, H - intensitatea câmpului magnetic.
Inductie magnetica(inducția câmpului magnetic): 1) în centrul curentului circular unde R este raza curentului circular, 2) câmpuri de curent direct infinit lung unde r este cea mai scurtă distanță până la axa conductorului; 3) câmpul creat de o bucată de conductor care transportă curent unde ɑ 1 și ɑ 2 - unghiuri dintre segmentul conductor și linia care leagă capetele segmentului și punctul câmpului; 4) câmpurile unui solenoid infinit lung unde n este numărul de spire pe unitatea de lungime a solenoidului.

Investițiile în cunoștințe oferă întotdeauna cel mai mare profit.
Benjamin Franklin

CUTIE DE PROBLEME DE CALITATE ÎN FIZICĂ
ELECTRICITATE

Aduc în atenția cititorilor 50 de probleme de fizică de înaltă calitate pe tema: „Electricitate”, precum și câteva fapte interesante...
Electricitate atmosferică:
Fulger peste un vulcan în erupție.
Electricitate biologică:
Pește electric.
Fizica si tehnologie militara:
Mina de impact galvanic.
Si dupa traditie... putina pictura :-)
Sarcinile sunt împărțite în trei grupe:
1) Electrificarea corpurilor;
2) Conductoare și dielectrice. Electricitate;
3) .

Benjamin Franklin(17.01.1706–17.04.1790) - om politic, diplomat, om de știință, inventator, jurnalist, editor. Primul american care a devenit membru străin al Academiei Ruse de Științe.
Benjamin Franklin numit un tip de taxă pozitiv„+” și celălalt negativ„–”; a explicat principiul de funcționare Borcan de Leyden, stabilind că rolul principal în aceasta îl joacă dielectricul care separă plăcile conductoare; a stabilit identitatea energiei electrice atmosferice și generate de frecare și a făcut dovada natura electrică a fulgerului; a stabilit că punctele metalice conectate la pământ îndepărtează sarcinile electrice din corpurile încărcate chiar și fără contact cu acestea și a propus în 1752 proiect paratrăsnet.
A propus o idee motor electricși a demonstrat o „roată electrică” care se rotește sub influența forțelor electrostatice; folosit pentru prima dată scânteie electrică pentru explozia de praf de pușcă...
David Martin(David Martin; 01/04/1737–30/12/1797) - pictor și gravor britanic.

Electrificarea corpurilor

Sarcina nr. 1
De ce sare ocazional o scânteie între cureaua și scripetele pe care este purtată în timpul funcționării?

Sarcina nr. 2
În ce scop în producția de explozivi curelele de transmisie ar trebui tratate cu pastă antistatică (conductivă) și scripetele împământate?

Sarcina nr. 3
Într-o transmisie prin curea, numai cureaua poate fi electrificată și scripetele să rămână neîncărcate? De ce? Să presupunem că scripetele nu este împământat.

Sarcina nr. 4
În fabricile textile, firele se lipesc adesea de pieptenii mașinilor de cardare, se încurcă și se rup. Pentru a combate acest fenomen, în ateliere se creează artificial umiditate ridicată. Explicați esența fizică a acestei măsuri.

Problema #5
De ce două bile încărcate opus suspendate pe fire se atrag reciproc, dar se resping imediat după contact?

ELECTRICITATE ATMOSFERICĂ
Fulger peste un vulcan în erupție

Apariția fulgerelor peste un vulcan în erupție este cauzată de: procese seismologice, precum și procesele care au loc în nori în timpul furtunilor obișnuite. Sarcinile electrice pot apărea din cauza fenomenelor piezoelectrice, triboelectrice și similare în timpul faliilor și mișcărilor straturilor de rocă care însoțesc o erupție vulcanică.
Sarcinile apar și în timpul frecării dintre particulele de cenușă care zboară din craterul unui vulcan.. În furtunile obișnuite, diferența de potențial, care este apoi descărcată în fulgere, apare deoarece picăturile sau bucățile de gheață mai grele, datorită greutății lor, se acumulează în straturile inferioare ale norului de tunete, iar cele mici și ușoare sunt ridicate de curenții de aer în creștere la partea superioară. Ele acumulează sarcini opuse, care, după o anumită tensiune, pătrund în stratul de aer. Suma acestor fenomene încă nestudiate pe deplin „pământene” și „ceresc” și invocă fulgere peste un vulcan în erupție.

Vezuviul a deschis gura - fum se revărsa într-un nor - flăcări Dezvoltat pe scară largă ca steag de luptă. Pământul este agitat - din coloanele tremurate Idolii cad! Un popor mânat de frică Sub ploaia de piatră, sub cenușa inflamată, Mulțimile, bătrâni și tineri, fug din oraș. august-septembrie 1834, Alexandru Sergheevici Pușkin Ultima zi a Pompeii Bryullov Karl Pavlovici, 1830–1833

Se știe de aproape 2000 de ani că erupțiile vulcanice sunt uneori însoțite de fulgere. În anul 79 d.Hr Pliniu cel Tânăr, privind erupția Vezuviului, a înregistrat că nori întunecați s-au adunat peste crater și au fulgerat.

Bryullov Karl Pavlovici(23/12/1799–23/06/1852) - pictor rus, monumentalist, reprezentant marcant al academicismului.
Pompeii- un oras roman antic langa Napoli, ingropat ca urmare sub un strat de cenusa vulcanica erupția Vezuviului 24 august 79 d.Hr.

Problema #6
De ce electricienii, când lucrează la repararea rețelelor și instalațiilor electrice, poartă mănuși de cauciuc, pantofi de cauciuc, stau pe covorașe de cauciuc și folosesc unelte cu mânere de plastic?

Problema nr. 7
Muncitorii tipografiei care rulează role de hârtie poartă mănuși de cauciuc și cizme de cauciuc. Explică de ce.

Problema nr. 8
Nu putem vedea, auzi, atinge, etc. câmpul electric, deoarece nu afectează direct simțurile. Cum se poate detecta existența unui câmp electric?

Pentru curioși: Termen electricitate(„chihlimbar”: greaca veche ηλεκτρον – electron, „chihlimbar”, Engleză electron) a fost introdus în 1600 de un naturalist englez William Gilbertîn eseul său „Despre Magnet, Corpuri Magnetice și Marele Magnet – Pământul”, care explică acțiunea unui compas magnetic și descrie câteva experimente cu corpuri electrificate.

Problema nr. 9
Când mângâi blana pisicii cu palma, poți observa în întuneric mici scântei care apar între mână și blană. Care este cauza scânteilor?

Problema nr. 10
Aplicați un pieptene electrificat prin frecare pe un curent subțire de apă. Înregistrați ceea ce observați sub forma unui desen și însoțiți-l cu un comentariu.

Problema nr. 11
O întrebare pentru gospodinele îngrijite și atente;-) Unde se acumulează cel mai repede praful în casa ta? De ce?

Problema nr. 12
De ce, atunci când îți pieptănești părul cu un pieptene de plastic, părul tău pare să se „lipească” de el (uneori poți auzi un ușor trosnet; în întuneric apar mici scântei)?

Problema nr. 14
De ce se electrifică cele mai mici picături care alcătuiesc fluxul parfumat de colonie, parfum sau fixativ pentru păr, obținute folosind o sticlă de pulverizare?

Problema nr. 15
Picăturile de ploaie și fulgii de zăpadă sunt aproape întotdeauna încărcați electric. De ce?

Conductoare și dielectrice. Electricitate

Problema nr. 16
De ce este posibil să electrizați o tijă de sticlă prin frecare în timp ce o țineți în mână, dar nu și o tijă de metal?

Problema nr. 17
Ce ar trebui să faci pentru a electriza un obiect metalic, cum ar fi o lingură?

Problema nr. 18
De ce conectarea la un robinet de apă poate servi ca metodă de împământare?

Problema nr. 19
De ce părul ud nu este electrizat când este pieptănat?

Problema nr. 20
De ce experimentele electrice eșuează cel mai adesea pe vreme umedă sau când umiditatea interioară este ridicată?

O singură experiență Apreciez mai mult de o mie de opinii,
nascut doar din imaginatie...
Mihail Vasilievici Lomonosov

Fedorov Ivan Kuzmich(1853–1915?) – pictor istoric rus, pictor de gen.

În iunie 1764, Ecaterina a II-a a vizitat casa Mihail Lomonosovși timp de două ore sa uitat la „opere de artă mozaic, instrumente fizice nou inventate de Lomonosov și unii experimente fizice și chimice».
În imaginea Ivan Kuzmici Fedorov stând în fața împărătesei Ecaterina a II-a mașină electrostatică cu un cilindru de sticlă rotit de un mecanism de pedală și frecat cu tampoane de piele apăsate pe sticlă folosind arcuri. Tampoanele au fost tăiate cu păr de cal și conectate la pământ cu sârmă. Aparatul producea scântei atât de puternice încât puteau aprinde eterul.

Problema nr. 21
Experimentele au arătat că firul de bumbac negru conduce curentul mai bine decât albul! Cum poți comenta acest fapt?

...Tunetul a lovit. Paharul cerului este despicat.
Norii densi au fost sfâșiați.
Pe pandantive din aur deschis
Lămpile cerești au început să se legăne...
— Fluier eroic. Serghei Alexandrovici Yesenin

Problema nr. 22
Fulgerul care are loc între un nor și Pământ este un curent electric? printre nori? De ce fulgerul poate provoca un incendiu?

Problema nr. 23
Fulgerul lovește cel mai adesea copacii care au rădăcini mari care pătrund adânc în sol. De ce?

George Morland(George Morland; 26/06/1763–29/10/1804) - artist englez.

Problema nr. 24
Explicați de ce atunci când fulgerul lovește solul nisipos, se formează așa-numitele fulgurite - bucăți de cuarț topit (nisip) de formă neregulată.

Pentru curioși: Curentul într-o descărcare de fulger ajunge la 10-500 de mii de amperi, tensiunea variază de la zeci de milioane la miliarde de volți. Temperatura canalului în timpul descărcării principale poate depăși 20000–30000°C. Fulgerele au fost înregistrate și pe Venus, Jupiter, Saturn și Uranus...

...Recent ai îmbrățișat cerul,
Iar fulgerul te-a învăluit amenințător;
Și ai făcut un tunet misterios
Și a udat pământul lacom cu ploaie...
"Nor". Alexandru Sergheevici Pușkin

Pentru curioși: Tunet apare ca urmare expansiunea bruscă a aerului cu o creștere rapidă a temperaturii în canalul de descărcare a fulgerului. Fulger vedem aproape ca un fulger instantaneu și în același moment în care are loc descărcarea; la urma urmelor lumina se deplasează cu viteză 3 10 8 m/s. Cât despre sunet, acesta se deplasează mult mai lent. In aer viteza sunetului este 330 m/s. De aceea auzim tunete după ce fulgerul a fulgerat. Cu cât fulgerul este mai departe de noi, cu atât este mai lungă pauza dintre fulgerul de lumină și tunet și, în plus, cu atât tunetul este mai slab. Măsurând durata acestor pauze, putem estima aproximativ cât de departe este furtuna de noi în acest moment? cât de repede se apropie de noi, sau, dimpotrivă, se îndepărtează de noi. Tunetele de la fulgerele foarte îndepărtate nu ajung deloc - energia sonoră este disipată și absorbită pe parcurs. Un astfel de fulger se numește fulger. De asemenea, rețineți că reflectarea sunetului din nori explică volumul sunetului uneori crescut la sfârșitul tunetelor. Cu toate acestea, nu se explică doar reflectarea sunetului din nori tunete ;-)

Coloana Alexandru(Pilonul Alexandru) este unul dintre cele mai cunoscute monumente din Sankt Petersburg. Ridicat în stil Imperiu în 1834 în centrul Pieței Palatului de către arhitectul Auguste Montferrand, din ordinul împăratului Nicolae I, în memoria victoriei fratelui său mai mare Alexandru I asupra lui Napoleon.
Raev Vasily Egorovici(1808–1871) – pictor rus, profesor.

Problema nr. 26
Apariția furtunilor în atmosferă face dificilă utilizarea unei busole magnetice. Explicați asta.

Problema nr. 27
În timpul unei furtuni, antenele radiourilor și televizoarelor ar trebui să fie împământate, în special cele care sunt instalate la înălțime deasupra solului (de exemplu, acoperișurile clădirilor înalte). Cum și în ce scop se face acest lucru?

Pentru curioși:În 1785, fizicianul olandez Van Marum Martin prin mirosul caracteristic de prospețime, precum și prin proprietățile oxidative pe care le dobândește aerul după trecerea prin el scântei electrice, descoperit ozon– O 3 (din greaca veche οζω - miros) Totuși, nu a fost descrisă ca o substanță nouă; Van Marum credea că s-a format „materie electrică” specială. Termen ozon, pentru mirosul lui :-) a fost propus de chimistul german Christian Friedrich Schönbeinîn 1840.

Problema nr. 28
„Răzbunare îngrozitoare, 1832,
Nikolai Vasilevici Gogol
„...Când norii albaștri se rostogolesc pe cer ca munții, pădurea neagră se clătina până la rădăcini, stejarii trosnesc și fulgerul, spargând între nori, luminează întreaga lume deodată - atunci Niprul este groaznic!”
Observațiile arată că fulgerele lovesc cel mai adesea pământul umed de lângă țărmurile lacurilor, râurilor și mlaștinilor. Cum să explic asta?

Vasnețov Apollinari Mihailovici(06.08.1856–23.01.1933) – artist rus, maestru al picturii istorice, critic de artă.

Problema nr. 29
De ce fulgerul lovește rar instalațiile deschise de depozitare a petrolului („lacuri de petrol”)?

Problema #30
De ce capătul inferior al paratrăsnetului trebuie îngropat mai adânc, unde straturile pământului sunt întotdeauna umede?

Perun(Perun rus vechi) – zeul tunetuluiîn mitologia slavă, sfântul patron al prințului și al trupei din vechiul panteon păgân rus. După răspândirea creștinismului în Rusia, multe elemente ale imaginii lui Perun au fost transferate la imaginea lui Ilie Profetul ( Ilya Gromovnik). Numele lui Perun se află în fruntea listei zeilor din panteonul prințului Vladimir din Povestea anilor trecuti.

Şişkin Ivan Ivanovici(25/01/1832–20/03/1898) - pictor peisagist rus, unul dintre membrii fondatori ai Asociației Itineranților.
Savrasov Alexey Kondratievici(12/05/1830–26/09/1897) - pictor peisagist rus, unul dintre membrii fondatori ai Parteneriatului Rătăcitorilor.

Pentru curioși:
Este adevărat că fulgerul preferă să lovească stejarii?
Dacă copacul este ud, curentul fulgerului trece prin apă și copacul rămâne nevătămat. Într-un copac uscat, curentul poate trece în trunchi și poate curge prin seva copacului în pământ. În acest caz, seva se poate încălzi, se evapora și, extinzându-se, „exploda” copacul. Stejarul suferă de fulgere mai des decât alți copaci, deoarece coaja lui este foarte neuniformă. Dacă fulgerul lovește un stejar la începutul unei furtuni, este posibil ca doar vârful copacului să se ude, în timp ce un copac cu scoarță netedă se udă rapid de sus în jos. Prin urmare, atunci când este lovit de fulger, un stejar poate „exploda”, dar un copac cu scoarță netedă poate rămâne intact. Un incendiu de pădure are loc în cazurile în care în canalul trăsnetului apar mai multe descărcări, dar în intervalele dintre descărcările principale, curentul continuă să circule în canal.

Înaintea furtunii Vasiliev Fedor Alexandrovici 1870		După furtună Vasiliev Fedor Alexandrovici 1868

Vasiliev Fedor Alexandrovici(22/02/1850–10/06/1873) - peisagist rus.

Copii care fug de o furtună Makovski Constantin Egorovici 1767

Pentru curioși: Furtuna - un fenomen atmosferic, în care în interiorul norilor sau între nor și suprafața pământului se află descărcări electrice – fulgere însoțite de tunete. De obicei, o furtună se formează în nori cumulonimbi puternici și este asociată cu ploi abundente, grindină și vânturi puternice. În același timp, pe Pământ sunt active aproximativ o mie și jumătate de furtuni, intensitatea medie a descărcărilor este estimată ca 46 de fulgere pe secundă.
Furtunile sunt distribuite inegal pe suprafața planetei. Există aproximativ de zece ori mai puține furtuni peste ocean decât peste continente.
Intensitatea furtunilor urmează soarelui: Furtuni maxime (la latitudini medii) apar în timpul verii și după-amiaza. Minimul de furtuni înregistrate are loc înainte de răsăritul soarelui. Furtunile sunt, de asemenea, influențate de caracteristicile geografice ale zonei: centre puternice de furtună sunt situate în regiunile muntoase din Himalaya și Cordilleras.

Makovski Konstantin Egorovici(20/06/1839–30/09/1915) - pictor rus, unul dintre primii participanți la Asociația Itineranților.

Problema nr. 31
Vom obține o celulă galvanică dacă punem două plăci din același metal (de exemplu, zinc) într-o soluție apoasă de acid sau sare?

Problema nr. 32
De ce un galvanometru indică prezența curentului dacă firele de oțel și aluminiu sunt conectate la bornele sale, ale căror capete sunt înfipte într-o lămâie sau într-un măr proaspăt?

Pentru curioși: Fizician, chimist și fiziolog italian - Alexandro Volta, în timpul studiului „electricitate animală”, repetarea și dezvoltarea experimentelor Luigi Galvani, a descoperit că curentul electric poate fi „gustat” - atunci când curentul electric trece printr-un fir de cupru, limba simte un gust acru și, cu cât curentul este mai mare, cu atât senzația de acid este mai puternică; se dovedește că limba noastră poate acționa ca un ampermetru foarte unic;-) În 1800, Volta a construit primul generator de curent electric - „pol voltaic”. Această invenție i-a adus faima în întreaga lume.

Problema nr. 33
Ei spun că în Arctica iarna, când temperatura aerului este de -50°C, lumea de acolo devine „teribil de electrică”. Explicați sau respingeți acest lucru.

Problema nr. 34
De ce este posibil ca o persoană să primească un șoc electric în încăperi foarte umede chiar și atunci când atinge recipientul de sticlă al unui bec?

Problema nr. 35
Folosind acțiunea chimică a curentului, este posibil să acoperiți cu un strat metalic un produs nu numai din materiale conductoare, ci și din dielectrici - ceară, plastic, ipsos, lemn, plastilină etc. Cum se face acest lucru?

ELECTRICITATE BIOLOGICĂ
Pește electric

Mai mult la grecii antici se ştia că raze au o capacitate uimitoare de a lovi peștii mici, crabii și caracatițele care înoată în apropiere la distanță. După ce s-au găsit accidental aproape de o raie, au început brusc să se zvâcnească convulsiv și au înghețat imediat. Au fost uciși descărcări electrice, care a generat organe speciale de razele. U raze comune aceste organe sunt situate în coadă și la cele care trăiesc în mările calde raze electrice- în zona capului și branhiilor. Raze comune crea Voltaj aproape 5 V, electric inainte de 50 V. Grecii antici folosit proprietățile electrogenice ale razelor electrice pentru ameliorarea durerii în timpul operațiilor și nașterii.

ÎN 1775 fizician și chimist britanic Henry Cavendish a invitat șapte oameni de știință eminenti să demonstreze rază electrică artificialăși lăsați toată lumea să simtă descărcare electrică, absolut identic cu ce adevărată stingrayîși paralizează victimele. Model electric stingray, a fost „alimentat” de la baterie Borcane de Leyden si scufundat in apa cu sare. La finalul spectacolului Henry Cavendish, înaintea contemporanilor săi GalvaniȘi Volta, a anunțat solemn invitații că acesta este, demonstrat de el noua putereîntr-o zi revolutioneaza intreaga lume!

Rampe electrice(lat. Torpediniformes) - un detașament de pești cartilaginoși cu formă de rinichi organe electrice. Cu toate acestea, nu au organele electrice slabe prezente de ambele părți ale cozii în familia romboidă. vulpea de mare, sau rază spinoasă (lat. Raja clavata) este cea mai comună specie europeană de raze (familia: Diamondback; gen: Diamondback).

Pierre Moulin du Coudray La Blanchere(1821–1880) – naturalist francez, ilustrator.
Wilhelm Richard Paul Flanderky(1872–1937) – ilustrator german.

Somn electric(lat. Malapterurus electricus) este o specie de pește de apă dulce care trăiește în apele tropicale și subtropicale ale Africii. Somnul electric organe electrice situat pe toată suprafața corpului, direct sub piele. Ele reprezintă 1/4 din greutatea corporală a somnului. In functie de marime, somn electric capabil să producă Voltaj, ajungând 350-450 V, la puterea actuală 0,1–0,5 A.
La mulți pești electrici (anghilă electrică; gymnarchus; gnatonemus - pește elefant; apteronotus - pește cuțit), coada este încărcată negativ, capul este încărcat pozitiv, dar în somn electric, dimpotrivă, coada este încărcată pozitiv, cap negativ.

Somn electric(Malapterurus electricus),
Nil multi-pene, sau bishir(Polypterus bichir),
Stiuca electrica(Mormyrus oxyrhynchus).

Friedrich Wilhelm Kunert(Friedrich Wilhelm Kuhnert; 1865–1926) – pictor, scriitor și ilustrator german.

Pește cu proprietăți electrice Ei folosesc aceste proprietăți nu numai pentru atac, ci și pentru a găsi o pradă potențială, a identifica adversarii periculoși și pentru a naviga în apă neluminată sau tulbure. Câmp electricîn jurul peștelui electric duce și la electroliza apei, ceea ce are ca rezultat îmbogățirea apei cu oxigen, care atrage pești și broaște, făcând astfel mai ușor pentru peștii electrici să găsească prada.

Nu toți peștii au proprietăți electrice. Numărul de ființe vii care au organe speciale pentru generarea și percepția câmpurilor electrice, nu chiar atât de mare. Cu toate acestea, în orice organism viu și chiar în celulele vii individuale, tensiuni electrice; ei sunt numiti, cunoscuti biopotentiale. „electricitate biologică” este o proprietate integrală a întregii materie vii. Apare în timpul funcționării sistemului nervos, în timpul lucrului glandelor și mușchilor. Asa de, mușchiul inimii lucrează creează pe suprafața corpului potenţialele electrice schimbătoare ritmic. Modificarea acestor potențiale în timp poate fi înregistrată în formular electrocardiograme, permițând specialistului să judece munca inimii.

Continuăm să rezolvăm problemele ;-)

Puterea curentului. Voltaj. Rezistenţă

Problema nr. 36
Două plăci metalice diferite, scufundate într-o soluție apoasă de sare, alcali sau acid formează întotdeauna o celulă galvanică. Este posibil să se obțină o celulă galvanică din două plăci metalice identice, dar scufundate în soluții diferite?

Problema nr. 37
O lampă și un ampermetru au fost conectate în serie cu bateria și acest circuit a fost închis cu capetele conductoarelor scufundate într-o soluție de sulfat de cupru. Se va schimba citirea ampermetrului dacă soluția este încălzită?

Problema nr. 38
Când zincul este dizolvat într-o soluție apoasă de acid sulfuric, soluția devine foarte fierbinte. De ce dizolvarea zincului într-o celulă galvanică Volta închisă într-un circuit extern nu este însoțită de încălzirea puternică a electrolitului?

Problema nr. 39
Este posibil să se facă o sursă de curent electric folosind mercur, o soluție apoasă de acid sulfuric, un cuțit și o bucată de sârmă de aluminiu izolat?

Problema nr. 40
La dispoziția dumneavoastră sunt: ​​sare de masă, un săpun, apă, bucăți de sârmă de cupru izolat, un cuțit, un băț de lemn, o tigaie de aluminiu și un vas mare de sticlă. Lungimea bastonului este puțin mai mare decât diametrul vasului. Arată cum folosind aceste materiale poți face o sursă de curent electric (celula galvanică). Evitați contactul direct între cupru și aluminiu.

FIZICA SI ECHIPAMENTE MILITARE
Mină de impact galvanic model 1908

„Sub apă”, 1915, Alexey Nikolaevici Tolstoi
„...Andrei Nikolaevici bătea cu degetele pe sticlă. Era imposibil să rămâi sub apă; a apari la suprafață însemna să te dai departe și să fii supus focului. Totuși, aceasta a fost singura modalitate de a determina locația exactă. Porunci o ridicare lentă și se întoarse la hublo. Umbrele au coborât. Apa a devenit vizibil mai strălucitoare. Și deodată o minge întunecată a început să coboare de sus, spre mine. „Mina... Acum să atingem...” se gândi Andrei Nikolaevici și, depășind amorțeala care îi apăsa pe creier, strigă: „În stânga, cât mai departe în stânga!” Mingea s-a îndepărtat, iar un al doilea se apropia din stânga. Fără să ne ridicăm, am mers înainte. Dar și acolo, în amurgul verzui, au apărut bile de fontă, așteptând ca placa de oțel a bărcii să le atingă. „Kat” s-a pierdut în câmpurile minate...”
Cum funcționează o mină de impact galvanic naval?

În mintea marii majorități a oamenilor, o mină de mare este o minge neagră mare și înfricoșătoare, cu coarne, care plutește liber pe valuri sau atașată la un cablu de ancorare sub apă. Dacă o navă care trece atinge unul dintre „coarnele” unei astfel de mine, va avea loc o explozie și nava, împreună cu întregul său echipaj, vor merge pe fundul mării. Bilele negre cu coarne sunt cele mai comune mine sunt minele de impact galvanic ancorate.

1 – dispozitiv de încălzire; 2 – capac de soc galvanic; 3 – cartus de aprindere; 4 – sticlă de aprindere; 5 – picior de ancorare; 6 – role; 7 – vedere cu minrep; taxa de 8 BB; 9 – greutate cu știft; 10 – dispozitiv de siguranță.

Cum funcționează o mină de impact galvanic naval?

Această mină a fost o dezvoltare ulterioară a minelor de impact galvanic ale modelelor 1898 și 1906. Într-o mină cu impact galvanic, siguranța a fost amplasată în capacul singurului gât de montare din partea de sus a minei, un tampon cu arc a înmuiat smuciturile minei, cinci capace de plumb galvanic - „coarnele” minei - au fost plasate în jur. perimetrul corpului său. Fiecare capac de corn conținea o baterie uscată de carbon-zinc cu un electrolit într-o fiolă de sticlă - un „balon”.
Când nava a lovit o mină, capacul de plumb a fost zdrobit, „balonul” s-a rupt și electrolitul a activat bateria. Curentul de la baterie a fost furnizat dispozitivului de aprindere și a aprins detonatorul.
TNT a fost folosit ca exploziv în loc de piroxilină, ancora a fost instalată pe 4 role și au fost prevăzute mânere de șină pentru a ține mina în timpul rulării. Mina a fost echipată cu cartușe antimină - protectori de mină proiectate de P.P. Kitkina.
Pentru a amplasa mina într-o adâncitură dată, a fost folosită o metodă automată de încărcare a tijei. Procedura de pregătire a minei pentru amplasare a constat în două etape. Etapa preliminară: instalarea capacelor de șoc galvanic, „baloane” cu electrolit, un dispozitiv de siguranță, prelungirea conductorilor și verificarea tuturor circuitelor electrice. Etapa finală a implicat doar instalarea accesoriului de aprindere.

Proiectarea minei de șoc galvanic s-a dovedit a avea atât de succes încât, după o modernizare minoră în 1939, sub codul „model 1908/39”. a rămas în serviciu cu flota rusă până la mijlocul anilor '60.

Bordaciov Ivan Vasilievici(13.08.1920...) Membru al Uniunii Artiștilor din URSS din 1957. Participant la Marele Război Patriotic. Distins cu Ordinul Steaua Roșie, Ordinul Războiului Patriotic, gradul II și medalia „Pentru victoria asupra Germaniei în Marele Război Patriotic din 1941–1945”. și alte medalii ale URSS.

Încă din primele zile ale existenței sale, flota rusă a devenit o adevărată forjă de tot felul de produse noi și inovații avansate. Acest lucru s-a manifestat cel mai clar în domeniul armelor mine. Marinarii ruși au prioritate în crearea unei mine maritime, a unui traul anti-mine, a straturilor de mine de suprafață și subacvatice și a unui tren de mine. Primele experimente în această zonă din Rusia au început la începutul secolului al XIX-lea și deja la 20 iunie 1855, patru nave ale escadronului anglo-francez au fost aruncate în aer de minele maritime amplasate lângă Kronstadt. În amintirea acestui eveniment, 20 iunie a fost sărbătorită din 1997 ca Ziua specialiștilor serviciului de mine și torpile al Marinei Ruse.

Continuăm să rezolvăm problemele ;-)

Puterea curentului. Voltaj. Rezistenţă

Problema nr. 41
Un student a pornit din greșeală un voltmetru în loc de un ampermetru când a măsurat curentul într-o lampă. Ce se va întâmpla cu strălucirea filamentului lămpii?

Problema nr. 42
Este necesar să se reducă la jumătate curentul în acest conductor. Ce trebuie sa fac?

Problema nr. 43
O bucată de sârmă a fost ruptă în jumătate și jumătățile au fost răsucite împreună, cum s-a schimbat rezistența conductorului?

Problema nr. 44
Sârma a fost trecută printr-o mașină de desenat, în urma căreia secțiunea sa transversală a fost redusă la jumătate (volumul nu s-a schimbat). Cum s-a schimbat rezistența firului?

Problema nr. 45
De ce nu sunt folosite fire de cupru pentru a face reostate?

Problema nr. 46
De ce se folosește de obicei firul de cupru sau aluminiu pentru a face fire electrice?

Problema nr. 47
În ce scop sunt acoperite firele cu un strat de cauciuc, plastic, lac etc.? sau împachetat cu fire de hârtie înmuiate în parafină?

Problema nr. 48
Cum puteți determina lungimea unui fir de cupru în izolație din plastic, rulat într-o bobină mare, fără a-l desfășura?

Problema nr. 49
De ce nu electrocutează o pasăre care aterizează pe unul dintre firele de înaltă tensiune?

Problema #50
De ce pictarea obiectelor mici prin pulverizarea vopselei este profitabilă din punct de vedere economic și, de asemenea, inofensivă pentru sănătatea lucrătorului dacă se creează tensiune înaltă între pistolul de pulverizare și obiect?

Un pas important și complet logic pe drumul spre studiu fenomene electrice a existat o tranziţie de la observatii calitative spre stabilire conexiuni cantitativeși modele, la dezvoltare teoria de bază a electricității. Cea mai semnificativă contribuție la soluționarea acestor probleme a fost adusă de academicienii din Sankt Petersburg Mihail Vasilievici Lomonosov, Georg Wilhelm Richmanși omul de știință american Benjamin Franklin.
§ Laborator fizic virtual „Principii de Electronică”: Ediția nr. 1
Rezolvarea problemelor de calcul din fizică.
+ Fișier de instalare a programului „Laboratorul virtual al ÎNCEPUTULUI ELECTRONICII”(cu verificarea fișierului Antivirus Dr.WEB)
+ Experimente interesante pe masa de editare virtuală;-)
…
§ Laborator fizic virtual „Principii de electronică”: Grupa C

Vă doresc succes în a lua propria decizie
probleme de calitate in fizica!

Literatură:
§ Lukashik V.I. Olimpiada de Fizică
Moscova: Editura Prosveshchenie, 1987
§ Tarasov L.V. Fizica în natură
Moscova: Editura Prosveshchenie, 1988
§ Perelman Ya.I. Stii fizica?
Domodedovo: editura „VAP”, 1994
§ Zolotov V.A. Întrebări și sarcini la fizică clasele 6-7
Moscova: Editura Prosveshchenie, 1971
§ Tulchinsky M.E. Probleme calitative în fizică
Moscova: Editura Prosveshchenie, 1972
§ Kirillova I.G. Carte de lectură despre fizică clasele 6-7
Moscova: Editura Prosveshchenie, 1978
§ Erdavletov S.R., Rutkovsky O.O. Interesantă geografia Kazahstanului
Alma-Ata: Editura Mektep, 1989.

Electricitatea și magnetismul (electrodinamica) studiază interacțiunile electromagnetice. Purtătorul acestor interacțiuni este câmpul electromagnetic; este o combinație de două câmpuri interconectate: magnetic și electric.

Învățăturile despre electricitate de astăzi se bazează pe ecuațiile lui Maxwell, ele determină câmpuri prin vârtejurile și sursa lor.

Fapte electrice din istorie

Fenomenele electrice sunt cunoscute din cele mai vechi timpuri, printre ele se pot distinge următoarele fapte:

1. În jurul anului 500 î.Hr e. Thales din Milet a descoperit că chihlimbarul frecat cu lână atrage cu ușurință pufurile ușoare. Chiar și fiica lui, când curăța un fus de chihlimbar cu lână, a văzut acest efect. Cuvântul „electron” este tradus din greacă ca „chihlimbar”, de unde și termenul „electricitate”. Acest concept a fost introdus de V. Gilbert, medic englez din secolul al XVI-lea. După o serie de experimente, a descoperit că o serie de substanțe se electrifică.
2. Vase de lut au fost descoperite în Babilon (cu 4000 de ani în urmă) care conțineau tije de cupru și fier. În partea de jos era bitum, care izolează materialul. Tijele au fost separate de acid acetic sau citric, adică această descoperire amintește de o celulă galvanică. Aurul pe bijuteriile babiloniene a fost aplicat prin galvanizare.

Câmp electromagnetic

Definiția 1

Un câmp electromagnetic este un tip de materie prin care se produce interacțiune electromagnetică între particulele cu sarcină electrică. Acesta este un tip de materie care transmite acțiunile forțelor electromagnetice.

Electricitatea este conceptul de câmp electromagnetic. Merită să ne amintim că termenul „câmp” în fizică este folosit pentru a desemna o serie de concepte care sunt diferite în conținut, care includ următoarele:

1. Cuvântul „câmp” caracterizează pe deplin distribuția oricărei mărimi fizice, scalare sau vectoriale. Când se studiază, de exemplu, starea termică în diferite puncte ale mediului, este raportat un câmp scalar de temperatură. Când luăm în considerare procesul de vibrații mecanice într-un mediu elastic, vorbim despre un câmp de undă mecanică. În aceste exemple, conceptul de „câmp” descrie starea fizică a mediului material studiat.
2. Un tip special de materie se mai numește și câmp. Termenul câmp (ca tip de materie) a apărut datorită problemei generale a interacțiunii. Teoria în care acțiunea forțelor este transmisă instantaneu printr-un vid comun se numește teoria acțiunii la distanță lungă. Teoria care afirmă că acțiunea forțelor este transmisă cu o viteză finită printr-un mediu material intermediar se numește teoria acțiunii cu rază scurtă de acțiune.

Câmpurile electrice și magnetice sunt de obicei considerate separat, deși în realitate nu există fenomene „pur” magnetice sau „pur” electrice. Există un singur proces electromagnetic. Împărțirea interacțiunii electromagnetice în magnetice și electrice, precum și împărțirea forțelor electromagnetice unificate în magnetice și electrice, este condiționată, iar o astfel de condiționalitate poate fi dovedită cu ușurință. Terminologia – forțe „magnetice”, „electrice” – este la fel de convențională.

Incarcare electrica

Definiția 2

Sarcina electrică este o proprietate inerentă care este inerentă unora dintre cele mai „simple” particule de materie – particulele „elementare”. Sarcina electrica cu energie, masa etc. creează un „complex” de proprietăți fundamentale ale particulelor.

Dintre particulele elementare cunoscute, numai pozitronii, electronii, antiprotonii, protonii, unii hiperoni și mezoni și antiparticulele lor au sarcină electrică. În același timp, neutrinii, neutronii, hiperonii neutri și mezonii și antiparticulele lor, precum și fotonii nu au o sarcină electrică.

Sunt cunoscute doar două tipuri de sarcini electrice, numite convențional negative și pozitive (conceptele de electricitate „negativă” și „pozitivă” au fost introduse pentru prima dată de W. Franklin (SUA) în secolul al XVIII-lea).

Determinarea directă a valorii taxei elementare a fost efectuată în anii 1909 - 1904. A.F. Ioffe (Rusia), precum și R.E. Milliken (SUA). După experimentele lui Ioffe și Millikan, ipoteza despre existența subelectronilor, i.e. sarcini care sunt mai mici decât sarcina electronului.

O astfel de sarcină nu poate fi separată de particulele cărora le aparține. Indestructibilitatea generală a materiei implică indestructibilitatea sarcinii electrice. La legile momentului, conservării masei, energiei și momentului unghiular care sunt populare în mecanica teoretică, trebuie să adăugăm legea conservării sarcinii electrice: într-un sistem închis de particule sau corpuri, suma algebrică a sarcinilor are o constantă. valoare, indiferent de procesele care au loc în acest sistem. Legea generală a conservării sarcinii a fost stabilită experimental de M. Faraday (Anglia) și F. Epinus (Rusia).

Prezența unui microcâmp electromagnetic este asociată cu mișcarea fiecărei sarcini elementare. Este de remarcat faptul că câmpurile electrice și magnetice studiate de macroscopică și electrostatică, electrodinamică, au devenit mediate: toate reprezintă o suprapunere sau suprapunere de microcâmpuri, care creează o mare colecție de sarcini elementare în mișcare. După cum arată experiența, câmpul electric mediu poate fi complet diferit de zero numai atunci când „sursa” sa - macroîncărcarea - este complet staționară și, de asemenea, atunci când este în mișcare.

Intensitatea câmpului electric

Intensitatea câmpului electric este un vector caracteristic câmpului, o forță care acționează asupra unei unități de sarcină electrică în repaus într-un cadru de referință dat.

Tensiunea este determinată de formula:

$E↖(→)=(F↖(→))/(q)$

unde $E↖(→)$ este intensitatea câmpului; $F↖(→)$ este forța care acționează asupra sarcinii $q$ plasată într-un punct dat din câmp. Direcția vectorului $E↖(→)$ coincide cu direcția forței care acționează asupra sarcinii pozitive și este opusă direcției forței care acționează asupra sarcinii negative.

Unitatea SI a tensiunii este volt pe metru (V/m).

Intensitatea câmpului unei sarcini punctiforme. Conform legii lui Coulomb, o sarcină punctiformă $q_0$ acţionează asupra unei alte sarcini $q$ cu o forţă egală cu

$F=k(|q_0||q|)/(r^2)$

Modulul intensității câmpului unei sarcini punctuale $q_0$ la o distanță $r$ de aceasta este egal cu

$E=(F)/(q)=k(|q_0|)/(r^2)$

Vectorul intensitate în orice punct al câmpului electric este îndreptat de-a lungul liniei drepte care leagă acest punct și sarcina.

Linii de câmp electric

Câmpul electric din spațiu este reprezentat de obicei prin linii de forță. Conceptul de linii de forță a fost introdus de M. Faraday în timp ce studia magnetismul. Acest concept a fost dezvoltat apoi de J. Maxwell în cercetările sale asupra electromagnetismului.

O linie de forță, sau linia intensității câmpului electric, este o linie a cărei tangentă în fiecare punct coincide cu direcția forței care acționează asupra unei sarcini punctiforme pozitive situată în acel punct din câmp.

Liniile de tensiune ale unei mingi încărcate pozitiv;

Linii de tensiune a două bile încărcate opus;

Linii de tensiune a două bile încărcate similar

Linii de tensiune a două plăci încărcate cu sarcini de semne diferite, dar egale în valoare absolută.

Liniile de tensiune din ultima figură sunt aproape paralele în spațiul dintre plăci, iar densitatea lor este aceeași. Acest lucru sugerează că câmpul din această regiune a spațiului este uniform. Un câmp electric se numește omogen dacă puterea lui este aceeași în toate punctele spațiului.

Într-un câmp electrostatic, liniile de forță nu sunt închise; ele încep întotdeauna cu sarcini pozitive și se termină cu sarcini negative. Ele nu se intersectează nicăieri; intersecția liniilor de câmp ar indica incertitudinea direcției intensității câmpului la punctul de intersecție. Densitatea liniilor de câmp este mai mare în apropierea corpurilor încărcate, unde intensitatea câmpului este mai mare.

Câmpul unei mingi încărcate. Intensitatea câmpului unei mingi conducătoare încărcate la o distanță de centrul mingii care depășește raza sa $r≥R$ este determinată de aceeași formulă ca și câmpurile unei sarcini punctiforme. Acest lucru este evidențiat de distribuția liniilor de câmp, similară cu distribuția liniilor de intensitate ale unei sarcini punctiforme.

Sarcina mingii este distribuită uniform pe suprafața sa. În interiorul mingii conducătoare, puterea câmpului este zero.

Un câmp magnetic. Interacțiunea magnetică

Fenomenul de interacțiune între magneți permanenți (stabilirea unui ac magnetic de-a lungul meridianului magnetic al Pământului, atracția polilor diferiți, respingerea polilor asemănători) este cunoscut încă din cele mai vechi timpuri și a fost studiat sistematic de W. Gilbert (rezultatele au fost publicat în 1600 în tratatul său „Despre magnet, corpuri magnetice și marele magnet - Pământ”).

Magneți naturali (naturali).

Proprietățile magnetice ale unor minerale naturale erau cunoscute deja din cele mai vechi timpuri. Astfel, există dovezi scrise de acum peste 2000 de ani despre utilizarea magneților permanenți naturali ca busole în China. Atracția și respingerea magneților și magnetizarea piliturii de fier de către aceștia este menționată în lucrările oamenilor de știință antici greci și romani (de exemplu, în poemul „Despre natura lucrurilor” de Lucretius Cara).

Magneții naturali sunt bucăți de minereu de fier magnetic (magnetită), constând din $FeO$ (31%) și $Fe_2O$ (69%). Dacă o astfel de bucată de mineral este adusă aproape de obiecte mici de fier - cuie, rumeguș, o lamă subțire etc., acestea vor fi atrase de ea.

Magneți permanenți artificiali

Magnet permanent- acesta este un produs realizat dintr-un material care este o sursă autonomă (independentă, izolată) a unui câmp magnetic constant.

Magneții permanenți artificiali sunt fabricați din aliaje speciale, care includ fier, nichel, cobalt etc. Aceste metale dobândesc proprietăți magnetice (magnetizează) dacă sunt aduși aproape de magneții permanenți. Prin urmare, pentru a face magneți permanenți din ei, aceștia sunt ținuți special în câmpuri magnetice puternice, după care ei înșiși devin surse de câmp magnetic constant și sunt capabili să-și păstreze proprietățile magnetice pentru o lungă perioadă de timp.

Figura prezintă un arc și magneți de bandă.

În fig. sunt date imagini ale câmpurilor magnetice ale acestor magneți, obținute prin metoda pe care M. Faraday a folosit-o pentru prima dată în cercetările sale: cu ajutorul piliturii de fier împrăștiate pe o coală de hârtie pe care se află magnetul. Fiecare magnet are doi poli - acestea sunt locurile cu cea mai mare concentrație de linii de câmp magnetic (se mai numesc și linii de câmp magnetic, sau linii de câmp de inducție magnetică). Acestea sunt locurile de care pilitura de fier sunt cele mai atrase. Unul dintre poli este de obicei numit de Nord(($N$), altele - sudic($S$). Dacă apropii doi magneți unul de celălalt cu poli asemănători, poți vedea că se resping, iar dacă au poli opuși, se atrag.

În fig. se vede clar că liniile magnetice ale magnetului sunt linii închise. Sunt prezentate liniile câmpului magnetic a doi magneți în fața unul cu celălalt cu poli asemănători și diferiți. Partea centrală a acestor picturi seamănă cu modele de câmpuri electrice de două sarcini (opuse și asemănătoare). Cu toate acestea, o diferență semnificativă între câmpurile electrice și magnetice este că liniile de câmp electric încep și se termină la sarcini. Sarcinile magnetice nu există în natură. Liniile câmpului magnetic părăsesc polul nord al magnetului și intră în sud; ele continuă în corpul magnetului, adică, așa cum am menționat mai sus, sunt linii închise. Câmpurile ale căror linii de câmp sunt închise sunt numite vârtej. Un câmp magnetic este un câmp vortex (aceasta este diferența sa față de unul electric).

Aplicarea magneților

Cel mai vechi dispozitiv magnetic este binecunoscuta busolă. În tehnologia modernă, magneții sunt folosiți pe scară largă: în motoare electrice, în inginerie radio, în echipamente electrice de măsură etc.

Câmpul magnetic al Pământului

Globul este un magnet. Ca orice magnet, are propriul său câmp magnetic și propriii poli magnetici. De aceea acul busolei este orientat într-o anumită direcție. Este clar unde ar trebui să îndrepte exact polul nord al acului magnetic, pentru că polii opuși se atrag. Prin urmare, polul nord al acului magnetic indică către polul magnetic sud al Pământului. Acest pol este situat în nordul globului, oarecum departe de polul geografic nord (pe Insula Prințului Wales - aproximativ 75°$ latitudine nordică și 99°$ longitudine vestică, la o distanță de aproximativ 2100$ km de nordul geografic). pol).

Când se apropie de polul geografic nord, liniile de forță ale câmpului magnetic al Pământului se înclină din ce în ce mai mult spre orizont la un unghi mai mare, iar în regiunea polului sud magnetic devin verticale.

Polul nord magnetic al Pământului este situat în apropierea polului geografic sudic, și anume la 66,5°$ latitudine sudică și 140°$ longitudine estică. Aici liniile câmpului magnetic ies de pe Pământ.

Cu alte cuvinte, polii magnetici ai Pământului nu coincid cu polii săi geografici. Prin urmare, direcția acului magnetic nu coincide cu direcția meridianului geografic, iar acul magnetic al busolei arată doar aproximativ direcția spre nord.

Acul busolei poate fi influențat și de unele fenomene naturale, de exemplu, furtuni magnetice, care sunt modificări temporare ale câmpului magnetic al Pământului asociate cu activitatea solară. Activitatea solară este însoțită de emisia de fluxuri de particule încărcate, în special electroni și protoni, de la suprafața Soarelui. Aceste fluxuri, care se deplasează cu viteză mare, își creează propriul câmp magnetic care interacționează cu câmpul magnetic al Pământului.

Pe glob (cu excepția modificărilor pe termen scurt ale câmpului magnetic) există zone în care există o abatere constantă în direcția acului magnetic de la direcția liniei magnetice a Pământului. Acestea sunt zonele anomalie magnetică(din grecescul anomalie - abatere, anormalitate). Una dintre cele mai mari astfel de zone este anomalia magnetică Kursk. Anomaliile sunt cauzate de zăcăminte uriașe de minereu de fier la o adâncime relativ mică.

Câmpul magnetic al Pământului protejează în mod fiabil suprafața Pământului de radiațiile cosmice, al căror efect asupra organismelor vii este distructiv.

Zborurile stațiilor și navelor spațiale interplanetare au făcut posibilă stabilirea faptului că Luna și planeta Venus nu au câmp magnetic, în timp ce planeta Marte are unul foarte slab.

Experimentele lui Oerstedai ​​​​Ampere. Inducerea câmpului magnetic

În 1820, omul de știință danez G. H. Oersted a descoperit că un ac magnetic plasat lângă un conductor prin care curge curentul se rotește, tinzând să fie perpendicular pe conductor.

Diagrama experimentului lui G. H. Oersted este prezentată în figură. Conductorul inclus în circuitul sursei de curent este situat deasupra acului magnetic paralel cu axa acestuia. Când circuitul este închis, acul magnetic se abate de la poziția inițială. Când circuitul este deschis, acul magnetic revine la poziția inițială. Rezultă că conductorul purtător de curent și acul magnetic interacționează unul cu celălalt. Pe baza acestui experiment, putem concluziona că există un câmp magnetic asociat cu fluxul de curent într-un conductor și natura vortex a acestui câmp. Experimentul descris și rezultatele sale au fost cea mai importantă realizare științifică a lui Oersted.

În același an, fizicianul francez Ampere, care era interesat de experimentele lui Oersted, a descoperit interacțiunea a doi conductori drepti cu curentul. S-a dovedit că, dacă curenții din conductori curg într-o singură direcție, adică sunt paraleli, atunci conductoarele se atrag, dacă în direcții opuse (adică sunt antiparalele), atunci se resping.

Interacțiunile dintre conductorii purtători de curent, adică interacțiunile dintre sarcinile electrice în mișcare, se numesc magnetice, iar forțele cu care conductorii purtători de curent acționează unul asupra celuilalt se numesc forțe magnetice.

Conform teoriei acțiunii cu rază scurtă de acțiune, la care a aderat M. Faraday, curentul dintr-unul dintre conductori nu poate afecta direct curentul din celălalt conductor. Similar cu cazul sarcinilor electrice staționare în jurul cărora există un câmp electric, s-a ajuns la concluzia că în spațiul din jurul curenților, există un câmp magnetic, care acţionează cu o oarecare forţă asupra altui conductor purtător de curent plasat în acest câmp, sau asupra unui magnet permanent. La rândul său, câmpul magnetic creat de al doilea conductor purtător de curent acționează asupra curentului din primul conductor.

Așa cum un câmp electric este detectat prin efectul său asupra unei sarcini de testare introdusă în acest câmp, un câmp magnetic poate fi detectat prin efectul de orientare al unui câmp magnetic asupra unui cadru cu un curent mic (comparativ cu distanțele la care câmpul se modifică considerabil) dimensiuni.

Firele care furnizează curent cadrului ar trebui să fie împletite (sau plasate unul lângă celălalt), apoi forța rezultată exercitată de câmpul magnetic asupra acestor fire va fi zero. Forțele care acționează asupra unui astfel de cadru purtător de curent îl vor roti astfel încât planul său devine perpendicular pe liniile de inducție a câmpului magnetic. În exemplu, cadrul se va roti astfel încât conductorul purtător de curent să fie în planul cadrului. Când direcția curentului în conductor se schimbă, cadrul se va roti $180°$. În câmpul dintre polii unui magnet permanent, cadrul se va întoarce cu un plan perpendicular pe liniile magnetice de forță ale magnetului.

Inductie magnetica

Inducția magnetică ($B↖(→)$) este o mărime fizică vectorială care caracterizează câmpul magnetic.

Direcția vectorului de inducție magnetică $B↖(→)$ este considerată:

1) direcția de la polul sud $S$ la polul nord $N$ a unui ac magnetic poziționat liber într-un câmp magnetic sau

2) direcția normalei pozitive la un circuit închis cu curent pe o suspensie flexibilă, instalată liber într-un câmp magnetic. Se consideră pozitivă normala îndreptată spre mișcarea vârfului brațului (cu filet din dreapta), al cărui mâner este rotit în direcția curentului din cadru.

Este clar că direcțiile 1) și 2) coincid, ceea ce a fost stabilit prin experimentele lui Ampere.

În ceea ce privește mărimea inducției magnetice (adică, modulul său) $B$, care ar putea caracteriza puterea câmpului, experimentele au stabilit că forța maximă $F$ cu care câmpul acționează asupra unui conductor purtător de curent (plasat perpendicular). de câmpul magnetic al liniilor de inducție), depinde de curentul $I$ din conductor și de lungimea lui $∆l$ (proporțional cu acestea). Cu toate acestea, forța care acționează asupra unui element de curent (de lungime unitară și puterea curentului) depinde numai de câmpul în sine, adică raportul $(F)/(I∆l)$ pentru un câmp dat este o valoare constantă (similar cu raportul dintre forță și sarcină pentru câmpul electric). Această valoare este determinată ca inducție magnetică.

Inducția câmpului magnetic într-un punct dat este egală cu raportul dintre forța maximă care acționează asupra unui conductor purtător de curent și lungimea conductorului și puterea curentului în conductorul plasat în acest punct.

Cu cât este mai mare inducția magnetică într-un anumit punct al câmpului, cu atât este mai mare forța câmpului în acel punct va acționa asupra unui ac magnetic sau a unei sarcini electrice în mișcare.

Unitatea SI a inducției magnetice este tesla(Tl), numit după inginerul electric sârb Nikola Tesla. După cum se poate vedea din formula, $1$ T $=l(H)/(A m)$

Dacă există mai multe surse diferite de câmp magnetic, ai căror vectori de inducție într-un punct dat din spațiu sunt egali cu $(В_1)↖(→), (В_2)↖(→), (В_3)↖(→),. ..$, atunci, conform principiul suprapunerii câmpului, inducția câmpului magnetic în acest punct este egală cu suma vectorilor de inducție a câmpului magnetic creați fiecare sursă.

$В↖(→)=(В_1)↖(→)+(В_2)↖(→)+(В_3)↖(→)+...$

Linii de inducție magnetică

Pentru a vizualiza câmpul magnetic, M. Faraday a introdus conceptul linii magnetice de forță, pe care a demonstrat-o în mod repetat în experimentele sale. O imagine a liniilor câmpului poate fi obținută cu ușurință folosind pilitura de fier presărată pe carton. Figura prezintă: linii de inducție magnetică a curentului continuu, solenoid, curent circular, magnet direct.

Linii de inducție magnetică, sau linii magnetice de forță, sau pur și simplu linii magnetice se numesc drepte ale căror tangente în orice punct coincid cu direcția vectorului de inducție magnetică $B↖(→)$ în acest punct al câmpului.

Dacă, în loc de pilitură de fier, mici ace magnetice sunt plasate în jurul unui conductor lung drept care transportă curent, atunci puteți vedea nu numai configurația liniilor de câmp (cercuri concentrice), ci și direcția liniilor de câmp (polul nord al acul magnetic indică direcția vectorului de inducție într-un punct dat).

Direcția câmpului magnetic curent direct poate fi determinată de regula girletului drept.

Dacă rotiți mânerul mânerului astfel încât mișcarea de translație a vârfului gimletului să indice direcția curentului, atunci direcția de rotație a mânerului mânerului va indica direcția liniilor de câmp magnetic ale curentului.

Direcția câmpului magnetic curent direct poate fi, de asemenea, determinată folosind prima regulă a mâinii drepte.

Dacă prindeți conductorul cu mâna dreaptă, îndreptând degetul mare îndoit în direcția curentului, atunci vârfurile degetelor rămase în fiecare punct vor arăta direcția vectorului de inducție în acel punct.

Câmp vortex

Liniile de inducție magnetică sunt închise, ceea ce indică faptul că nu există sarcini magnetice în natură. Câmpurile ale căror linii de câmp sunt închise se numesc câmpuri vortex. Adică, câmpul magnetic este un câmp vortex. Acesta diferă de câmpul electric creat de sarcini.

Solenoid

Un solenoid este o bobină de sârmă care transportă curent.

Solenoidul se caracterizează prin numărul de spire pe unitate de lungime $n$, lungime $l$ și diametru $d$. Grosimea firului din solenoid și pasul helixului (linia elicoidală) sunt mici în comparație cu diametrul $d$ și lungimea $l$. Termenul „solenoid” este folosit și într-un sens mai larg - acesta este numele dat bobinelor cu o secțiune transversală arbitrară (solenoid pătrat, solenoid dreptunghiular) și nu neapărat de formă cilindrică (solenoid toroidal). Există un solenoid lung ($l>>d$) și unul scurt ($l

Solenoidul a fost inventat în 1820 de A. Ampere pentru a spori acțiunea magnetică a curentului descoperit de X. Oersted și folosit de D. Arago în experimente privind magnetizarea tijelor de oțel. Proprietățile magnetice ale unui solenoid au fost studiate experimental de Ampere în 1822 (în același timp, el a introdus termenul de „solenoid”). S-a stabilit echivalența solenoidului cu magneții naturali permanenți, ceea ce a fost o confirmare a teoriei electrodinamice a lui Ampere, care explica magnetismul prin interacțiunea curenților moleculari inel ascunși în corpuri.

Liniile de câmp magnetic ale solenoidului sunt prezentate în figură. Direcția acestor linii este determinată folosind a doua regulă a mâinii drepte.

Dacă prindeți solenoidul cu palma mâinii drepte, direcționând patru degete de-a lungul curentului în viraje, atunci degetul mare întins va indica direcția liniilor magnetice din interiorul solenoidului.

Comparând câmpul magnetic al unui solenoid cu câmpul unui magnet permanent, puteți vedea că acestea sunt foarte asemănătoare. Ca un magnet, un solenoid are doi poli - nord ($N$) și sud ($S$). Polul Nord este cel din care ies linii magnetice; polul sud este cel în care intră. Polul nord al solenoidului este întotdeauna situat pe partea către care degetul mare al palmei indică atunci când este poziționat în conformitate cu a doua regulă a mâinii drepte.

Ca magnet se folosește un solenoid sub formă de bobină cu un număr mare de spire.

Studiile câmpului magnetic al unui solenoid arată că efectul magnetic al solenoidului crește odată cu creșterea curentului și a numărului de spire în solenoid. În plus, acțiunea magnetică a unui solenoid sau a unei bobine purtătoare de curent este îmbunătățită prin introducerea unei tije de fier în el, care se numește miez

Electromagneți

Se numește un solenoid cu un miez de fier în interior electromagnet.

Electromagneții pot conține nu una, ci mai multe bobine (înfășurări) și au miezuri de diferite forme.

Un astfel de electromagnet a fost construit pentru prima dată de inventatorul englez W. Sturgeon în 1825. Cu o masă de $0,2$ kg, electromagnetul lui W. Sturgeon a susținut o sarcină cântărind $36$ N. În același an, J. Joule a crescut forța de ridicare a electromagnet la $200$ N, iar șase ani mai târziu, omul de știință american J. Henry a construit un electromagnet cu o greutate de $300$ kg, capabil să susțină o sarcină de $1$ t!

Electromagneții moderni pot ridica sarcini care cântăresc câteva zeci de tone. Sunt utilizate în fabrici atunci când se deplasează produse grele din fier și oțel. Electromagneții sunt folosiți și în agricultură pentru a curăța boabele unui număr de plante de buruieni și în alte industrii.

Putere amperi

O secțiune dreaptă a conductorului $∆l$, prin care curge curentul $I$, este acționată de o forță $F$ într-un câmp magnetic cu inducție $B$.

Pentru a calcula această forță, folosiți expresia:

$F=B|I|∆lsinα$

unde $α$ este unghiul dintre vectorul $B↖(→)$ și direcția segmentului conductor cu curent (elementul curent); Direcția elementului de curent este considerată a fi direcția în care curge curentul prin conductor. Se numește forța $F$ Forța amperuluiîn onoarea fizicianului francez A. M. Ampere, care a descoperit primul efectul unui câmp magnetic asupra unui conductor de curent. (De fapt, Ampere a stabilit o lege pentru forța de interacțiune între două elemente ale conductoarelor purtătoare de curent. A fost un susținător al teoriei acțiunii cu rază lungă de acțiune și nu a folosit conceptul de câmp.

Cu toate acestea, conform tradiției și în amintirea meritelor omului de știință, expresia forței care acționează asupra unui conductor purtător de curent dintr-un câmp magnetic este numită și legea lui Ampere.)

Direcția forței lui Ampere este determinată folosind regula mâinii stângi.

Dacă poziționați palma mâinii stângi astfel încât liniile câmpului magnetic să intre în ea perpendicular, iar cele patru degete extinse indică direcția curentului în conductor, atunci degetul mare întins va indica direcția forței care acționează asupra curentului - conductor purtător. Astfel, forța Amperi este întotdeauna perpendiculară atât pe vectorul de inducție a câmpului magnetic, cât și pe direcția curentului în conductor, adică perpendiculară pe planul în care se află acești doi vectori.

Consecința forței Ampere este rotația cadrului purtător de curent într-un câmp magnetic constant. Acest lucru își găsește aplicație practică în multe dispozitive, de ex. instrumente electrice de măsură- galvanometre, ampermetre, la care un cadru mobil cu curent se rotește în câmpul unui magnet permanent și după unghiul de deviere al unui indicator conectat fix la cadru, se poate aprecia cantitatea de curent care curge în circuit.

Datorită efectului de rotație al câmpului magnetic asupra cadrului purtător de curent, a devenit posibilă crearea și utilizarea motoare electrice- mașini în care energia electrică este transformată în energie mecanică.

forța Lorentz

Forța Lorentz este o forță care acționează asupra unei sarcini electrice punctuale în mișcare într-un câmp magnetic extern.

Fizicianul olandez H. A. Lorenz la sfârșitul secolului al XIX-lea. a stabilit că forța exercitată de un câmp magnetic asupra unei particule încărcate în mișcare este întotdeauna perpendiculară pe direcția de mișcare a particulei și pe liniile de forță ale câmpului magnetic în care se mișcă această particulă.

Direcția forței Lorentz poate fi determinată folosind regula mâinii stângi.

Dacă poziționați palma mâinii stângi astfel încât cele patru degete întinse să indice direcția de mișcare a sarcinii, iar vectorul câmpului de inducție magnetică pătrunde în palmă, atunci degetul mare întins va indica direcția forței Lorentz care acționează asupra sarcina pozitivă.

Dacă sarcina particulei este negativă, atunci forța Lorentz va fi direcționată în direcția opusă.

Modulul forței Lorentz este ușor de determinat din legea lui Ampere și este:

unde $q$ este sarcina particulei, $υ$ este viteza mișcării acesteia, $α$ este unghiul dintre vectorii viteză și de inducție a câmpului magnetic.

Dacă, pe lângă câmpul magnetic, există și un câmp electric care acționează asupra sarcinii cu o forță $(F_(el))↖(→)=qE↖(→)$, atunci forța totală care acționează asupra sarcinii este egal cu:

$F↖(→)=(F_(el))↖(→)+(F_l)↖(→)$

Adesea, această forță totală se numește forța Lorentz, iar forța exprimată prin formula $F=|q|υBsinα$ se numește parte magnetică a forței Lorentz.

Deoarece forța Lorentz este perpendiculară pe direcția de mișcare a particulei, nu își poate schimba viteza (nu lucrează), ci poate schimba doar direcția mișcării sale, adică poate îndoi traiectoria.

Această curbură a traiectoriei electronilor într-un tub de imagine TV este ușor de observat dacă aduceți un magnet permanent pe ecranul său: imaginea va fi distorsionată.

Mișcarea unei particule încărcate într-un câmp magnetic uniform. Lasă o particulă încărcată să zboare cu o viteză $υ$ într-un câmp magnetic uniform perpendicular pe liniile de tensiune. Forța exercitată de câmpul magnetic asupra particulei o va face să se rotească uniform într-un cerc cu raza r, ceea ce este ușor de găsit folosind a doua lege a lui Newton, expresia pentru accelerația centripetă și formula $F=|q|υBsinα$:

$(mυ^2)/(r)=|q|υB$

De aici ajungem

$r=(mυ)/(|q|B)$

unde $m$ este masa particulelor.

Aplicarea forței Lorentz. Acțiunea unui câmp magnetic asupra sarcinilor în mișcare este utilizată, de exemplu, în spectrografe de masă, care fac posibilă separarea particulelor încărcate după sarcinile lor specifice, adică prin raportul dintre sarcina unei particule și masa ei și din rezultatele obținute pentru a determina cu precizie masele particulelor.

Camera cu vid a dispozitivului este plasată într-un câmp (vectorul de inducție $B↖(→)$ este perpendicular pe figură). Particulele încărcate (electroni sau ioni) accelerate de câmpul electric, având descris un arc, cad pe placa fotografică, unde lasă o urmă care permite măsurarea cu mare precizie a razei traiectoriei $r$. Această rază determină sarcina specifică a ionului. Cunoscând sarcina unui ion, este ușor să-i calculezi masa.

Proprietățile magnetice ale substanțelor

Pentru a explica existența câmpului magnetic al magneților permanenți, Ampere a sugerat că există curenți circulari microscopici într-o substanță cu proprietăți magnetice (au fost numiți molecular). Această idee a fost ulterior, după descoperirea electronului și a structurii atomului, confirmată cu brio: acești curenți sunt creați prin mișcarea electronilor în jurul nucleului și, fiind orientați în același mod, creează în total un câmp în jurul și în interior. magnetul.

În fig. planurile în care se află curenții electrici elementari sunt orientate aleatoriu datorită mișcării termice haotice a atomilor, iar substanța nu prezintă proprietăți magnetice. În stare magnetizată (sub influența, de exemplu, a unui câmp magnetic extern), aceste planuri sunt orientate identic, iar acțiunile lor se însumează.

Permeabilitatea magnetică. Reacția mediului la influența unui câmp magnetic extern cu inducție $B_0$ (câmp în vid) este determinată de susceptibilitatea magnetică $μ$:

unde $B$ este inducția câmpului magnetic în substanță. Permeabilitatea magnetică este similară cu constanta dielectrică $ε$.

Pe baza proprietăților lor magnetice, substanțele sunt împărțite în Diamagneți, paramagneți și feromagneți. Pentru materialele diamagnetice, coeficientul $μ$, care caracterizează proprietățile magnetice ale mediului, este mai mic de $1$ (de exemplu, pentru bismut $μ = 0,999824$); pentru paramagneți $μ > 1$ (pentru platină $μ = 1,00036$); pentru feromagneţi $μ >> 1$ (fier, nichel, cobalt).

Diamagneții sunt respinși de un magnet, materialele paramagnetice sunt atrase. Prin aceste caracteristici se pot distinge unul de celălalt. Pentru majoritatea substanțelor, permeabilitatea magnetică practic nu diferă de unitate, doar pentru feromagneți o depășește cu mult, ajungând la câteva zeci de mii de unități.

Ferromagneți. Feromagneții prezintă cele mai puternice proprietăți magnetice. Câmpurile magnetice create de feromagneți sunt mult mai puternice decât câmpul de magnetizare extern. Adevărat, câmpurile magnetice ale feromagneților nu sunt create ca urmare a rotației electronilor în jurul nucleelor ​​- moment magnetic orbitalși datorită propriei rotații a electronului - propriul său moment magnetic, numit a învârti.

Temperatura Curie ($T_c$) este temperatura peste care materialele feromagnetice își pierd proprietățile magnetice. Este diferit pentru fiecare feromagnet. De exemplu, pentru fier $Т_с = 753°$С, pentru nichel $Т_с = 365°$С, pentru cobalt $Т_с = 1000°$ С. Există aliaje feromagnetice cu $Т_с

Primele studii detaliate ale proprietăților magnetice ale feromagneților au fost efectuate de remarcabilul fizician rus A. G. Stoletov (1839-1896).

Feromagneții sunt folosiți pe scară largă: ca magneți permanenți (în instrumente electrice de măsură, difuzoare, telefoane etc.), miezuri de oțel în transformatoare, generatoare, motoare electrice (pentru a spori câmpul magnetic și pentru a economisi energie electrică). Benzile magnetice realizate din materiale feromagnetice inregistreaza sunetul si imaginile pentru casetofone si video recordere. Informațiile sunt înregistrate pe folii magnetice subțiri pentru dispozitivele de stocare din calculatoarele electronice.

regula lui Lenz

Regula lui Lenz (legea lui Lenz) a fost stabilită de E. H. Lenz în 1834. Ea rafinează legea inducției electromagnetice, descoperită în 1831 de M. Faraday. Regula lui Lenz determină direcția curentului indus într-o buclă închisă pe măsură ce se mișcă într-un câmp magnetic extern.

Direcția curentului de inducție este întotdeauna astfel încât forțele pe care le experimentează din câmpul magnetic contracarează mișcarea circuitului, iar fluxul magnetic $Ф_1$ creat de acest curent tinde să compenseze modificările fluxului magnetic extern $Ф_e$.

Legea lui Lenz este o expresie a legii conservării energiei pentru fenomenele electromagnetice. Într-adevăr, atunci când o buclă închisă se mișcă într-un câmp magnetic din cauza forțelor externe, este necesar să se efectueze o anumită muncă împotriva forțelor care apar ca urmare a interacțiunii curentului indus cu câmpul magnetic și îndreptate în direcția opusă mișcării. .

Regula lui Lenz este ilustrată în figură. Dacă un magnet permanent este mutat într-o bobină închisă la un galvanometru, curentul indus în bobină va avea o direcție care va crea un câmp magnetic cu vectorul $B"$ direcționat opus vectorului de inducție al câmpului magnetului $B$, adică va împinge magnetul din bobină sau va interfera cu mișcarea acestuia. Când un magnet este scos din bobină, dimpotrivă, câmpul creat de curentul de inducție va atrage bobina, adică va împiedica din nou mișcarea acesteia.

Pentru a aplica regula lui Lenz pentru a determina direcția curentului indus $I_e$ în circuit, trebuie să urmați aceste recomandări.

1. Setați direcția liniilor de inducție magnetică $B↖(→)$ ale câmpului magnetic extern.
2. Aflați dacă fluxul de inducție magnetică a acestui câmp prin suprafața delimitată de contur ($∆Ф > 0$) crește sau scade ($∆Ф
3. Stabiliți direcția liniilor de inducție magnetică $В"↖(→)$ ale câmpului magnetic al curentului indus $I_i$. Aceste linii ar trebui direcționate, conform regulii lui Lenz, opus dreptelor $В↖(→)$ , dacă $∆Ф > 0$ și au aceeași direcție ca ei dacă $∆Ф
4. Cunoscând direcția liniilor de inducție magnetică $B"↖(→)$, determinați direcția curentului de inducție $I_i$ folosind regula gimlet.

Viața modernă nu poate fi imaginată fără electricitate; acest tip de energie este folosit cel mai pe deplin de către omenire. Cu toate acestea, nu toți adulții își pot aminti definiția curentului electric dintr-un curs de fizică școlar (acesta este un flux direcționat de particule elementare cu o sarcină), foarte puțini oameni înțeleg ce este.

Ce este electricitatea

Prezența electricității ca fenomen se explică prin una dintre principalele proprietăți ale materiei fizice - capacitatea de a avea o sarcină electrică. Ele pot fi pozitive și negative, în timp ce obiectele cu semne polare opuse sunt atrase unele de altele, iar cele „echivalente”, dimpotrivă, se resping. Particulele în mișcare sunt, de asemenea, sursa unui câmp magnetic, care demonstrează încă o dată legătura dintre electricitate și magnetism.

La nivel atomic, existența electricității poate fi explicată astfel. Moleculele care alcătuiesc toate corpurile conțin atomi formați din nuclee și electroni care circulă în jurul lor. Acești electroni se pot rupe, în anumite condiții, de nucleele „mamă” și se pot muta pe alte orbite. Ca urmare, unii atomi devin „subîncărcați” cu electroni, iar unii au un exces.

Deoarece natura electronilor este de așa natură încât aceștia curg acolo unde există o lipsă de ei, mișcarea constantă a electronilor de la o substanță la alta constituie curent electric (din cuvântul „a curge”). Se știe că electricitatea curge de la polul minus la polul plus. Prin urmare, o substanță cu o lipsă de electroni este considerată a fi încărcată pozitiv și cu un exces - negativ și se numește „ioni”. Dacă vorbim despre contactele firelor electrice, atunci cel încărcat pozitiv se numește „zero”, iar cel încărcat negativ se numește „fază”.

În diferite substanțe, distanța dintre atomi este diferită. Dacă sunt foarte mici, învelișurile de electroni se ating literalmente una pe cealaltă, astfel încât electronii se deplasează ușor și rapid de la un nucleu la altul și înapoi, creând astfel mișcarea unui curent electric. Substanțele precum metalele sunt numite conductoare.

În alte substanțe, distanțele interatomice sunt relativ mari, deci sunt dielectrice, adică. nu conduc electricitatea. În primul rând, este cauciuc.

Informații suplimentare. Când nucleii unei substanțe emit electroni și se mișcă, se generează energie care încălzește conductorul. Această proprietate a electricității se numește „putere” și se măsoară în wați. Această energie poate fi, de asemenea, transformată în lumină sau în altă formă.

Pentru fluxul continuu de energie electrică prin rețea, potențialele la punctele terminale ale conductorilor (de la liniile electrice până la cablarea casei) trebuie să fie diferite.

Istoria descoperirii energiei electrice

Ce este electricitatea, de unde provine și celelalte caracteristici ale sale sunt studiate fundamental de știința termodinamicii cu științe înrudite: termodinamica cuantică și electronica.

A spune că orice om de știință a inventat curentul electric ar fi greșit, deoarece din cele mai vechi timpuri mulți cercetători și oameni de știință l-au studiat. Termenul „electricitate” în sine a fost introdus în uz de către matematicianul grec Thales; acest cuvânt înseamnă „chihlimbar”, deoarece Thales a reușit să genereze electricitate statică și să descrie acest fenomen în experimente cu un băț de chihlimbar și lână.

Romanul Pliniu a studiat și proprietățile electrice ale rășinii, iar Aristotel a studiat anghilele electrice.

Mai târziu, prima persoană care a studiat în detaliu proprietățile curentului electric a fost V. Gilbert, medicul reginei Angliei. Burgmastrul german din Magdeburg O.f. Gericke este considerat creatorul primului bec realizat dintr-o minge de sulf ras. Și marele Newton a dovedit existența electricității statice.

Chiar la începutul secolului al XVIII-lea, fizicianul englez S. Gray a împărțit substanțele în conductori și neconductori, iar omul de știință olandez Pieter van Musschenbroek a inventat un borcan Leyden capabil să acumuleze o sarcină electrică, adică a fost primul condensator. Omul de știință și politician american B. Franklin a fost primul care a dezvoltat teoria electricității în termeni științifici.

Întregul secol al XVIII-lea a fost bogat în descoperiri în domeniul electricității: s-a stabilit natura electrică a fulgerului, s-a construit un câmp magnetic artificial, existența a două tipuri de sarcini („plus” și „minus”) și, în consecință , doi poli au fost dezvăluiți (naturalistul american R. Simmer), Coulomb a descoperit legea interacțiunii dintre sarcinile electrice punctuale.

În secolul următor, au fost inventate bateriile (de către omul de știință italian Volta), o lampă cu arc (de către englezul Davey) și, de asemenea, un prototip al primului dinam. 1820 este considerat anul nașterii științei electrodinamice, francezul Ampere a făcut acest lucru, pentru care numele său a fost atribuit unității pentru indicarea puterii curentului electric, iar scoțianul Maxwell a dedus teoria luminii a electromagnetismului. Rusul Lodygin a inventat o lampă incandescentă cu miez de cărbune - precursorul becurilor moderne. Cu puțin peste o sută de ani în urmă, a fost inventată lampa cu neon (de omul de știință francez Georges Claude).

Până în prezent, cercetările și descoperirile în domeniul electricității continuă, de exemplu, teoria electrodinamicii cuantice și interacțiunea undelor electrice slabe. Printre toți oamenii de știință care au cercetat electricitatea, Nikola Tesla ocupă un loc special - multe dintre invențiile și teoriile sale despre cum funcționează electricitatea nu sunt încă pe deplin apreciate.

Electricitate naturală

Multă vreme s-a crezut că electricitatea „în sine” nu există în natură. Această concepție greșită a fost înlăturată de B. Franklin, care a dovedit natura electrică a fulgerului. Ei au fost, conform unei versiuni a oamenilor de știință, cei care au contribuit la sinteza primilor aminoacizi de pe Pământ.

Electricitatea este, de asemenea, generată în interiorul organismelor vii, care generează impulsuri nervoase care asigură funcții motorii, respiratorii și alte funcții vitale.

Interesant. Mulți oameni de știință consideră că corpul uman este un sistem electric autonom care este înzestrat cu funcții de autoreglare.

Reprezentanții lumii animale au și propria lor electricitate. De exemplu, unele rase de pești (anghile, lamprede, razele, peștișor și altele) îl folosesc pentru protecție, vânătoare, obținerea hranei și orientarea în spațiul subacvatic. Un organ special din corpul acestor pești generează electricitate și o stochează, ca într-un condensator, frecvența sa este de sute de herți, iar tensiunea este de 4-5 volți.

Obținerea și utilizarea energiei electrice

Electricitatea în timpul nostru este baza unei vieți confortabile, așa că omenirea are nevoie de producția sa constantă. În aceste scopuri se construiesc diverse tipuri de centrale electrice (centrale hidroelectrice, termice, nucleare, eoliene, mareomotrice și solare), capabile să genereze megawați de energie electrică cu ajutorul generatoarelor. Acest proces se bazează pe conversia energiei mecanice (energia căderii apei la centralele hidroelectrice), termică (arderea combustibilului carbon - cărbune tare și brun, turbă la centralele termice) sau interatomică (desintegrarea atomică a uraniului și plutoniului radioactiv la centrale nucleare) în energie electrică.

Multe cercetări științifice sunt dedicate forțelor electrice ale Pământului, toate acestea cautând să valorifice electricitatea atmosferică în beneficiul umanității - generând electricitate.

Oamenii de știință au propus multe dispozitive interesante generatoare de curent care fac posibilă producerea de electricitate dintr-un magnet. Ei folosesc capacitatea magneților permanenți de a efectua lucrări utile sub formă de cuplu. Apare ca urmare a respingerii dintre câmpurile magnetice încărcate similar de pe dispozitivele statorului și rotorului.

Electricitatea este mai populară decât toate celelalte surse de energie, deoarece are multe avantaje:

• deplasare ușoară către consumator;
• conversie rapidă la energie termică sau mecanică;
• sunt posibile noi domenii de aplicare a acestuia (vehicule electrice);
• descoperirea de noi proprietăți (superconductivitate).

Electricitatea este mișcarea ionilor cu încărcare diferită în interiorul unui conductor. Acesta este un mare dar de la natură, pe care oamenii l-au cunoscut din cele mai vechi timpuri, iar acest proces nu este încă finalizat, deși omenirea a învățat deja să-l extragă în cantități uriașe. Electricitatea joacă un rol important în dezvoltarea societății moderne. Putem spune că fără ea, viața celor mai mulți dintre contemporanii noștri se va opri pur și simplu, pentru că nu degeaba atunci când se stinge electricitatea, oamenii spun că au „stins luminile”.

Video