Электромагнитное поле
Все вещества и материалы в нашем мире так или иначе взаимодействуют между собою: на любой предмет действует сила притяжения, магниты (или электрические заряды) могут притягиваться или отталкиваться друг от друга в зависимости от полярности, магнитная стрелка компаса всегда показывает одно и то-же направление и так далее…
Все это для нас вполне естественно, обыденно и мы никогда не задумываемся почему так происходит- это просто аксиома, задуманная природой.
Если сказать проще- то помимо привычных нам всем параметров, которыми можно описать вещества (вес, объем ,температура и так далее), существует еще некая невидимая сила, которой эти самые вещества также подчиняются. Люди в древности, конечно-же, тоже об этом знали, но не умею объяснить данное явление, они придумали слово «поле«.
То есть само по себе слово «поле»- это какая-то невидимая сила, определяющее взаимодействие различных предметов: на стрелку компаса действует магнитное поле Земли, на все предметы действует гравитационное поле, а если копнуть поглубже- то вокруг электрического заряда имеется электромагнитное поле.
Почему электромагнитное? Да потому что оно обладает свойствами магнита и возникает на основе электричества.
Вот именно об электромагнитных полях мы и поговорим в этой статье.
Точнее даже не просто о электромагнитных полях, а о том, какую пользу принесло человечеству открытие этого явления.
История исследования электромагнитных полей
До начала XIX века электричество и магнетизм считались различными и никак не связанными друг с другом явлениями, но в В 1819 г. датский физик Г. Х. Эрстед обнаружил, что проводник, по которому течёт электрический ток, вызывает отклонение стрелки магнитного компаса, расположенного вблизи этого проводника, из чего следовало, что электрические и магнитные явления все-таки взаимосвязаны.
Ампер, Андре-Мари, начиная с 1822 года, опубликовал свою теорию электромагнетизма, по которой первичным явлением является «дальнодействующее взаимодействие проводников с током». Формула Ампера для взаимодействия двух элементов тока вошла в учебники.
С практической точки зрения, наибольший вклад в эксперименты с электромагнитными полями, внес английский физик Майкл Фарадей — это именно он придумал как преобразовывать электромагнитную энергию, и на основе его опытов, мы получили различные полезные устройства, благодаря которым мы получаем и используем электричество, и наш дальнейший рассказ пойдет именно о них:
Электромагнит
В 1981 году, М.Фарадей обнаружил свойство электромагнитной индукции. Выглядит это так: вокруг проводника с током появляется магнитное поле. Если свернуть проводник в катушку, то это магнитное поле можно сконцентрировать внутри катушки. Если-же внутрь катушки поместить металлический стержень (сердечник), то он станет обладать магнитными свойствами (см. картинку)
Для увеличения этой и всех последующих картинок- просто кликните по ним
Конечно-же все это выглядит примитивно, однако современные электромагниты имеют практически такую-же конструкцию:
Электродвигатель
Опять-же очередная заслуга М. Фарадея: в ходе практических экспериментов он обнаружил что электромагнитное поле может взаимодействовать и с обычными магнитами- то есть катушка с пропущенным через нее электрическим током, начинает или притягиваться или отталкиваться к постоянному магниту.
Если разместить электрическую катушку внутри постоянного магнита, она повернется на определенный угол. Если-же после поворота катушки, сменить полярность ее подключения- сменится и полярность электромагнитного поля внутри ее и она повернется дальше.
Таким образом можно заставить катушку вращаться внутри магнита постоянно. Вот так это выглядит в упрощенном виде:
Электрогенератор
Самое важное открытие М.Фарадея, благодаря которому мы с Вами получили возможность получать и использовать в быту электричество- это электрогенератор.
После создания первого электродвигателя, Фарадей вполне логично предположил, что вполне возможна и обратная конструкция- вращая катушку внутри постоянного магнита, можно на ее выходе получить электрический ток: внутри катушки, благодаря электромагнитной индукции, должно появиться электромагнитное поле. И это оказалось правдой!!
После того как теория получила практическое подтверждение, дело стало за малым- придумать способы вращать внутреннюю катушку, а вариантов тут множество… (читаем ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА )
Трансформатор
Трансформатор— это устройство, основанное на свойстве электромагнитной индукции. Давайте вернемся чуть назад к устройству электромагнита: электромагнитное поле можно сконцентрировать внутри катушки.
Внутри катушки можно разместить сердечник, и тогда он станет обладать магнитными свойствами.
Пока все ясно и ничего нового… Однако ученые пошли дальше- оказалось что при помощи этого сердечника электромагнитное поле можно передавать и другим катушкам- в них так-же начнет индуцироваться электрическая энергия. Причем наилучшего результата можно добиться если сердечник так-же будет кольце-образным (см. упрощенную картинку)
Обмотка, на которую подается электрический ток, назвали «первичной«, обмотки трансформатора, с которых снимается индуцированное (наведенной) напряжение- «вторичными«.
Количество витков в различных обмотках трансформатора может быть разным: оно если во вторичной обмотке количество витков меньше, чем в первичной, то и напряжение на ней будет меньше, однако может быть и наоборот- на вторичной обмотке количество витков может быть и намного больше, и тогда и напряжение на ней будет выше чем в первичной обмотке.
Таким образом- трансформаторы могут быть как понижающими, так и повышающими.
Однако, что касается работы трансформатора, то тут необходимо отметить один очень важный нюанс: для того чтобы вся эта конструкция работала, необходимо чтобы магнитное поле внутри сердечника постоянно изменялось, то есть трансформаторы могут работать только от переменного тока, впрочем это уже другая история… (читаем статью Постоянный и переменный ток )
