GAUSS Yang pertama, dan selama beberapa dekade satu-satunya artefak "membuktikan" keberadaan " protokol rahasia"- fotokopi berawan yang tidak berhasil dilampirkan oleh pengacara Hess, Alfred Seidl ke file kasus Percobaan Nuremberg pada bulan Maret 1946 yang pertama, dan seterusnya

Informasi Umum

Secara mengejutkan, gagasan satu orang dapat mempengaruhi perkembangan selanjutnya. masyarakat manusia umumnya. Orang seperti itu adalah Michael Faraday, tidak terlalu berpengalaman dalam seluk-beluk matematika kontemporer, tetapi sangat memahami arti fisik diketahui saat itu informasi tentang sifat listrik dan magnet akibat konsep interaksi medan yang dikemukakan olehnya.

adanya masyarakat modern berdasarkan penggunaan listrik, magnet, dan elektrodinamika, kita berutang kepada seluruh galaksi ilmuwan yang luar biasa. Di antara mereka, Ampère, Oersted, Henry, Gauss, Weber, Lorentz dan, tentu saja, Maxwell harus dicatat. Pada akhirnya, mereka membawa ilmu listrik dan magnet menjadi satu gambaran, yang menjadi dasar bagi seluruh kelompok penemu yang menciptakan prasyarat bagi munculnya masyarakat informasi modern dengan ciptaan mereka.

Kami hidup dikelilingi oleh motor listrik dan generator: mereka adalah asisten pertama kami dalam produksi, transportasi, dan di rumah. Setiap orang yang menghargai diri sendiri tidak dapat membayangkan hidup tanpa kulkas, penyedot debu, dan mesin cuci. Prioritas juga adalah oven microwave, pengering rambut, penggiling kopi, mixer, blender dan - impian utama - penggiling daging listrik dan mesin roti. Tentu saja, AC juga merupakan hal yang sangat berguna, tetapi jika tidak ada dana untuk membelinya, maka kipas angin sederhana bisa digunakan.

Bagi beberapa pria, permintaannya agak lebih sederhana: impian utama pria yang paling tidak kompeten adalah bor listrik. Beberapa dari kita, yang gagal mencoba menyalakan mobil dalam empat puluh derajat es dan dengan putus asa menyiksa starter (juga motor listrik), diam-diam bermimpi membeli mobil Tesla Motors dengan motor listrik dan baterai untuk melupakan selamanya masalah bensin dan mesin diesel.

Motor listrik ada di mana-mana: mereka mengangkat kita di lift, mengangkut kita di kereta bawah tanah, kereta komuter, trem, bus listrik, dan kereta berkecepatan tinggi. Mereka membawa kita air ke lantai gedung pencakar langit, mengoperasikan air mancur, memompa air dari tambang dan sumur, menggulung baja, mengangkat beban, bekerja di berbagai derek. Dan mereka melakukan banyak hal berguna lainnya, mengatur mesin perkakas, perkakas dan mekanisme.

Bahkan kerangka luar untuk orang dengan cacat dan untuk militer dibuat menggunakan motor listrik, belum lagi seluruh pasukan robot industri dan penelitian.

Hari ini, motor listrik bekerja di luar angkasa - ingat saja penjelajah Curiosity. Mereka bekerja di darat, bawah tanah, di atas air, di bawah air dan bahkan di udara - jika tidak hari ini, maka besok (artikel ditulis pada November 2015) pesawat Solar Impulse 2 akhirnya akan menyelesaikan tugasnya. perjalanan keliling dunia, dan tak berawak pesawat terbang pada motor listrik, tidak ada angka. Tidak heran perusahaan yang cukup serius sekarang mengerjakan layanan pengiriman barang pos menggunakan kendaraan udara tak berawak.

Referensi sejarah

Dibangun pada tahun 1800 oleh fisikawan Italia Alessandro Volta, baterai kimia, yang kemudian dinamai menurut nama penemunya "kolom volta", ternyata benar-benar menjadi "tanduk banyak" bagi para ilmuwan. Itu memungkinkan untuk menggerakkan muatan listrik dalam konduktor, yaitu, untuk menciptakan listrik. Penemuan-penemuan baru menggunakan kolom volta terus-menerus diikuti satu demi satu di berbagai bidang fisika dan kimia.

Misalnya, ilmuwan Inggris Sir Humphrey Davy pada tahun 1807, mempelajari elektrolisis lelehan natrium dan kalium hidroksida, memperoleh natrium dan kalium logam. Sebelumnya, pada tahun 1801, ia juga menemukan busur listrik, meskipun Rusia menganggapnya sebagai penemu Vasily Vladimirovich Petrov. Petrov pada tahun 1802 menggambarkan tidak hanya busur itu sendiri, tetapi juga kemungkinannya aplikasi praktis untuk keperluan peleburan, pengelasan logam dan pemulihannya dari bijih, serta penerangan.

Tetapi penemuan paling penting dibuat oleh fisikawan Denmark Hans Christian Oersted: pada 21 April 1820, selama demonstrasi eksperimen di sebuah kuliah, ia memperhatikan penyimpangan panah Kompas magnet saat menghidupkan dan mematikan arus listrik mengalir melalui penghantar berupa kawat. Jadi, untuk pertama kalinya, hubungan antara listrik dan magnet dikonfirmasi.

Langkah selanjutnya diambil Fisikawan Prancis André Marie Ampre beberapa bulan setelah mengalami pengalaman Oersted. Penasaran adalah jalannya penalaran ilmuwan ini, yang tertuang dalam pesan yang dikirim kepadanya satu demi satu di Akademi Prancis Ilmu. Pada mulanya, mengamati putaran jarum kompas pada penghantar berarus, Ampère mengemukakan bahwa kemagnetan bumi juga disebabkan oleh arus yang mengalir mengelilingi bumi dengan arah dari barat ke timur. Dari sini mereka menyimpulkan bahwa sifat magnetik tubuh dapat dijelaskan oleh sirkulasi arus di dalamnya. Lebih lanjut, Ampère dengan berani menyimpulkan bahwa sifat magnetik benda apapun ditentukan oleh arus listrik tertutup di dalamnya, dan interaksi magnetik bukan karena spesial muatan magnet, tapi hanya sebuah gerakan muatan listrik, yaitu arus.

Amper segera mengambil alih studi percontohan interaksi ini dan menemukan bahwa konduktor dengan arus yang mengalir dalam satu arah tertarik, dan dalam arah yang berlawanan mereka ditolak. Konduktor yang saling tegak lurus tidak berinteraksi satu sama lain.

Sulit untuk menolak untuk tidak memimpin buka dengan ampere hukum dalam rumusannya sendiri:

Gaya interaksi muatan-muatan yang bergerak sebanding dengan hasil kali muatan-muatan ini, berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara mereka, seperti dalam hukum Coulomb, tetapi, selain itu, juga tergantung pada kecepatan muatan-muatan ini dan arah gerakan mereka."

Jadi dalam fisika ditemukan kekuatan fundamental tergantung pada kecepatan.

Tetapi terobosan nyata dalam ilmu listrik dan magnet adalah penemuan fenomena oleh Michael Faraday induksi elektromagnetik- terjadinya arus listrik dalam rangkaian tertutup saat berubah fluks magnet melewatinya. Terlepas dari Faraday, fenomena induksi elektromagnetik juga ditemukan oleh Joseph Henry pada tahun 1832, yang kebetulan menemukan fenomena induksi diri.

Demonstrasi publik oleh Faraday pada tanggal 29 Agustus 1831 dilakukan pada perangkat yang ditemukannya, yang terdiri dari tiang volt, sakelar, cincin besi, di mana dua kumparan identik dari kawat tembaga dililitkan pada sisi yang berlawanan. Salah satu kumparan dihubungkan ke baterai melalui sakelar, dan galvanometer dihubungkan ke ujung yang lain. Ketika arus dihidupkan dan dimatikan, galvanometer mencatat munculnya arus arah yang berbeda pada kumparan kedua.

Dalam percobaan Faraday, arus listrik, yang disebut arus induksi, juga muncul ketika magnet dimasukkan ke dalam kumparan atau ditarik keluar dari kumparan yang dimuat pada rangkaian pengukur. Demikian pula, arus juga muncul ketika kumparan yang lebih kecil dengan arus dimasukkan/ditarik masuk/keluar. kumparan besar dari pengalaman sebelumnya. Dan arah arus induksi berubah menjadi sebaliknya ketika magnet atau kumparan kecil dengan arus dimasukkan / diperpanjang sesuai dengan aturan yang dirumuskan oleh ilmuwan Rusia Emil Khristianovich Lenz. pada tahun 1833.

Berdasarkan percobaan yang dilakukan, Faraday menurunkan hukum untuk gaya gerak listrik kemudian dinamai menurut namanya.

Gagasan dan hasil eksperimen Faraday dipikirkan kembali dan digeneralisasikan oleh rekan senegaranya yang hebat - yang brilian fisikawan Inggris dan matematikawan James Clerk Maxwell dalam empat nya persamaan diferensial elektrodinamika, yang kemudian disebut persamaan Maxwell.

Perlu dicatat bahwa dalam tiga dari empat persamaan Maxwell, induksi magnetik muncul dalam bentuk vektor medan magnet.

Induksi magnetik. Definisi

Induksi magnet adalah vektor kuantitas fisik, yang merupakan karakteristik gaya medan magnet (aksinya pada partikel bermuatan) pada titik tertentu dalam ruang. Ini menentukan seberapa kuat F medan magnet bekerja pada muatan q, bergerak dengan kecepatan v. Dilambangkan huruf latin PADA(diucapkan vektor B) dan gaya dihitung menggunakan rumus:

F = q [v∙B]

di mana F adalah gaya Lorentz yang bekerja dari sisi medan magnet pada muatan q; v- mengisi kecepatan gerakan; B- induksi medan magnet; [ v × B] - produk vektor vektor v dan B.

Secara aljabar, ekspresi dapat ditulis sebagai:

F = q∙v∙B dosa

di mana α - sudut antara kecepatan dan vektor induksi magnetik. arah vektor F tegak lurus pada keduanya dan diarahkan menurut aturan tangan kiri.

Induksi magnetik adalah karakteristik fundamental utama dari medan magnet, mirip dengan vektor kekuatan medan listrik.

PADA sistem internasional Satuan SI, induksi medan magnet diukur dalam teslas (T), dalam sistem CGS - dalam gauss (Gs)

1 T = 10⁴ Gs

Besaran lain dari pengukuran induksi magnetik yang digunakan dalam berbagai aplikasi, dan konversinya dari satu besaran ke besaran lainnya, dapat ditemukan dalam pengubah besaran fisis.

Alat ukur untuk mengukur besar induksi magnet disebut teslameter atau gaussmeter.

Induksi medan magnet. Fisika fenomena

Tergantung pada reaksi terhadap medan magnet luar, semua zat dibagi menjadi tiga kelompok:

• diamagnet
• Paramagnet
• feromagnet

Istilah diamagnetisme dan paramagnetisme diperkenalkan oleh Faraday pada tahun 1845. Untuk hitungan reaksi ini memperkenalkan konsep permeabilitas magnetik. Dalam sistem SI diperkenalkan mutlak permeabilitas magnetik, diukur dalam H/m, dan relatif permeabilitas magnetik tak berdimensi, sama dengan rasio permeabilitas medium tertentu terhadap permeabilitas vakum. Untuk diamagnet, permeabilitas magnetik relatif agak kurang dari satu, untuk paramagnet - sedikit lebih dari satu kesatuan. Dalam feromagnet, permeabilitas magnetik jauh lebih besar dari satu dan tidak linier.

Fenomena diamagnetisme Ini terdiri dari kemampuan suatu zat untuk melawan pengaruh medan magnet luar karena magnetisasi terhadap arahnya. Artinya, diamagnet ditolak oleh medan magnet. Dalam hal ini, atom, molekul atau ion diamagnet memperoleh momen magnet, diarahkan melawan medan luar.

Fenomena paramagnetisme adalah kemampuan suatu zat untuk menjadi magnet ketika terkena medan magnet luar. Tidak seperti diamagnet, paramagnet ditarik oleh medan magnet. Dalam hal ini, atom, molekul atau ion paramagnet memperoleh momen magnet dalam arah yang bertepatan dengan arah medan magnet luar. Ketika medan dihilangkan, paramagnet tidak mempertahankan magnetisasi.

Fenomena feromagnetisme adalah kemampuan suatu zat untuk memagnetisasi secara spontan tanpa adanya medan magnet eksternal atau menjadi magnet di bawah pengaruh medan magnet eksternal dan mempertahankan magnetisasi ketika medan dihilangkan. Dalam hal ini, sebagian besar momen magnetik atom, molekul atau ion sejajar satu sama lain. Urutan ini dipertahankan hingga suhu di bawah suhu kritis tertentu, yang disebut titik Curie. Pada suhu di atas titik Curie untuk zat yang diberikan, feromagnet menjadi paramagnet.

Permeabilitas magnetik superkonduktor adalah nol.

Permeabilitas magnetik absolut udara kira-kira sama dengan permeabilitas magnetik vakum dan dalam perhitungan teknis diambil sama dengan 4π 10 H/m

Keunikan Perilaku Medan Magnet pada Diamagnet

Seperti disebutkan di atas, bahan diamagnetik menciptakan medan magnet induksi yang diarahkan melawan medan magnet luar. Diamagnetisme adalah efek mekanika kuantum yang melekat pada semua zat. Dalam paramagnet dan feromagnet, itu diratakan karena efek lain yang lebih kuat.

Diamagnet termasuk, misalnya, zat seperti gas inert, nitrogen, hidrogen, silikon, fosfor dan karbon pirolitik; beberapa logam - bismut, seng, tembaga, emas, perak. Banyak senyawa anorganik dan organik lainnya juga diamagnetik, termasuk air.

Dalam medan magnet yang tidak homogen, diamagnet digeser ke daerah yang lebih medan lemah. Magnetik garis kekuatan seolah-olah didorong keluar dari tubuh oleh bahan diamagnetik. Fenomena levitasi diamagnetik didasarkan pada sifat ini. Dalam medan magnet yang cukup kuat yang diciptakan oleh magnet modern, dimungkinkan untuk melayang tidak hanya berbagai diamagnet, tetapi juga makhluk hidup kecil, yang sebagian besar terdiri dari air.

Ilmuwan dari Universitas Niemingen, Belanda, berhasil menggantung seekor katak di udara dalam sebuah medan dengan induksi magnet sekitar 16 T, dan peneliti dari laboratorium NASA menggunakan magnet superkonduktor - levitasi tikus, yang sebagai objek biologis, jauh lebih dekat dengan seseorang daripada katak.

Semua konduktor menunjukkan diamagnetisme ketika terkena medan magnet bolak-balik.

Inti dari fenomena ini adalah bahwa di bawah pengaruh medan magnet bolak-balik, arus eddy - arus Foucault - yang diarahkan melawan aksi medan magnet eksternal diinduksi dalam konduktor.

Fitur perilaku medan magnet dalam paramagnet

Interaksi medan magnet dengan paramagnet sangat berbeda. Karena atom, molekul, atau ion paramagnet memiliki momen magnetnya sendiri, mereka sejajar dengan arah medan magnet luar. Ini menciptakan medan magnet yang dihasilkan lebih besar dari medan aslinya.

Paramagnet termasuk aluminium, platinum, alkalin dan logam alkali tanah lithium, cesium, natrium, magnesium, tungsten, serta paduan logam-logam ini. Paramagnet juga oksigen, oksida nitrat, oksida mangan, besi klorida dan banyak senyawa kimia lainnya.

Paramagnet adalah zat magnetis yang lemah, permeabilitas magnetiknya sedikit lebih dari satu. Dalam medan magnet yang tidak homogen, paramagnet ditarik ke daerah yang lebih medan yang kuat. Dengan tidak adanya medan magnet, paramagnet tidak mempertahankan magnetisasi, karena gerakan termal momen magnetik atom, molekul, atau ionnya diarahkan secara acak.

Fitur perilaku medan magnet di feromagnet

Karena sifat inherennya untuk memagnetisasi secara spontan, feromagnet membentuk magnet alami, yang diketahui manusia dengan zaman kuno. Magnet dikaitkan sifat magis, mereka digunakan dalam berbagai ritual keagamaan dan bahkan dalam konstruksi bangunan. Prototipe pertama kompas, ditemukan oleh orang Cina pada abad kedua atau pertama SM, digunakan oleh nenek moyang yang ingin tahu untuk membangun rumah sesuai dengan aturan Feng Shui. Penggunaan kompas sebagai alat navigasi dimulai sejak abad ke-11 untuk melakukan perjalanan melintasi gurun di sepanjang Great Jalan Sutra. Belakangan, penggunaan kompas dalam urusan maritim memainkan peran penting dalam pengembangan navigasi, penemuan daratan baru, dan pengembangan rute perdagangan laut baru.

Ferromagnetisme merupakan manifestasi dari sifat mekanika kuantum elektron yang memiliki spin, yaitu momen magnet dipol sendiri. Sederhananya, elektron berperilaku seperti magnet kecil. Untuk setiap selesai kulit elektron atom hanya dapat memiliki sepasang elektron dengan spin yang berlawanan, yaitu medan magnet elektron tersebut diarahkan ke sisi yang berlawanan. Karena itu, atom yang memiliki jumlah pasangan elektron memiliki momen magnet total nol Oleh karena itu, hanya atom dengan kulit terluar yang tidak terisi dan jumlah elektron yang tidak berpasangan yang merupakan feromagnet.

Bahan feromagnetik termasuk logam golongan transisi (besi, tembaga, nikel) dan logam tanah jarang (gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, dan erbium), serta paduan logam-logam ini. Paduan unsur-unsur di atas dengan bahan non-ferromagnetik juga bersifat feromagnetik; paduan dan senyawa kromium dan mangan dengan elemen non-ferromagnetik, serta beberapa logam dari kelompok aktinida.

Ferromagnet memiliki nilai permeabilitas magnetik jauh lebih besar dari satu; ketergantungan magnetisasi mereka di bawah aksi medan magnet eksternal adalah non-linier dan mereka dicirikan oleh manifestasi histeresis - jika aksi medan magnet dihilangkan, feromagnet tetap termagnetisasi. Untuk menghilangkan sisa magnetisasi ini, perlu diterapkan medan terbalik.

Plot ketergantungan permeabilitas magnetik pada kekuatan medan magnet H dalam feromagnet, yang disebut kurva Stoletov, menunjukkan bahwa pada kekuatan medan magnet nol H = 0, permeabilitas magnetik memiliki masalah kecil; kemudian, saat intensitas meningkat, permeabilitas magnetik meningkat dengan cepat ke maksimum max , kemudian perlahan turun ke nol.

Pelopor dalam studi tentang sifat-sifat feromagnet adalah fisikawan dan kimiawan Rusia Alexander Stoletov. Sekarang kurva ketergantungan permeabilitas magnet pada kekuatan medan magnet menyandang namanya.

Bahan feromagnetik modern ditemukan aplikasi luas dalam sains dan teknologi: banyak teknologi dan perangkat didasarkan pada penggunaannya dan pada penggunaan fenomena induksi magnetik. Misalnya, di ilmu Komputer: komputer generasi pertama memiliki memori pada inti ferit, informasi disimpan pada pita magnetik, disket, dan hard disk. Namun, yang terakhir masih digunakan di komputer dan diproduksi dalam ratusan juta keping setahun.

Penggunaan induksi magnetik dalam teknik listrik dan elektronika

PADA dunia modern Ada banyak contoh penggunaan induksi medan magnet, terutama dalam teknik kelistrikan tenaga: pada generator listrik, transformator tegangan, dalam berbagai penggerak elektromagnetik dari berbagai perangkat, alat dan mekanisme, dalam teknologi pengukuran dan dalam sains, dalam berbagai instalasi fisik untuk eksperimen, serta dalam cara perlindungan listrik dan penutupan darurat.

Motor listrik, generator dan transformator

Pada tahun 1824, fisikawan dan matematikawan Inggris Peter Barlow menggambarkan motor unipolar yang ia temukan, yang menjadi prototipe motor listrik modern. arus searah. Penemuan ini juga berharga karena dibuat jauh sebelum penemuan fenomena induksi elektromagnetik.

Saat ini, hampir semua motor listrik menggunakan gaya Ampere, yang bekerja pada rangkaian pembawa arus dalam medan magnet, menyebabkannya bergerak.

Bahkan Faraday, untuk mendemonstrasikan fenomena induksi magnet pada tahun 1831, telah diciptakan pengaturan eksperimen, bagian penting yang merupakan perangkat yang sekarang dikenal sebagai trafo toroidal. Prinsip pengoperasian transformator Faraday masih digunakan di semua transformator tegangan dan arus modern, terlepas dari daya, desain, dan ruang lingkupnya.

Selain itu, Faraday secara ilmiah membuktikan dan secara eksperimental membuktikan kemungkinan mengubah gerakan mekanis menjadi listrik menggunakan generator DC unipolar yang ia temukan, yang menjadi prototipe semua generator DC.

Generator pertama arus bolak-balik diciptakan oleh penemu Prancis Hippolyte Pixie pada tahun 1832. Kemudian, atas saran Ampere, itu dilengkapi dengan perangkat switching, yang memungkinkan untuk mendapatkan arus searah yang berdenyut.

Hampir semua pembangkit tenaga listrik yang menggunakan prinsip induksi magnet didasarkan pada terjadinya gaya gerak listrik pada rangkaian tertutup, yaitu pada medan magnet yang berubah-ubah. Dalam hal ini, baik rotor magnet berputar relatif terhadap kumparan stator tetap pada generator arus bolak-balik, atau gulungan rotor berputar relatif terhadap magnet stator tetap (kuk) pada generator DC.

Generator paling kuat di dunia, dibangun pada tahun 2013 untuk pembangkit listrik tenaga nuklir Taishan oleh perusahaan China DongFang Electric, dapat menghasilkan daya sebesar 1.750 MW.

Selain generator tipe konvensional dan motor listrik yang terkait dengan konversi energi mekanik di energi listrik dan sebaliknya, ada yang disebut generator dan mesin magnetohidrodinamik yang beroperasi dengan prinsip yang berbeda.

Relay dan elektromagnet

Diciptakan oleh ilmuwan Amerika J. Henry, elektromagnet menjadi aktuator listrik pertama dan cikal bakal bel listrik yang sudah dikenal. Kemudian, atas dasar itu, Henry menciptakan relai elektromagnetik, yang menjadi perangkat switching otomatis pertama dengan status biner.

Mikrofon dinamis Shure digunakan di situs studio video

Saat mentransmisikan sinyal telegraf jarak jauh, relai digunakan sebagai penguat DC, mengalihkan koneksi baterai eksternal stasiun perantara untuk transmisi sinyal lebih lanjut.

Kepala dan mikrofon yang dinamis

Dalam teknologi audio modern, speaker elektromagnetik banyak digunakan, suara yang muncul karena interaksi kumparan bergerak yang melekat pada diffuser yang melaluinya arus mengalir. frekuensi audio, dengan medan magnet di celah stasioner magnet permanen. Akibatnya, kumparan bersama dengan diffuser bergerak dan menciptakan gelombang suara.

Mikrofon dinamis menggunakan desain yang sama dengan kepala dinamis, tetapi dalam mikrofon, sebaliknya, kumparan bergerak dengan diffuser mini di celah magnet permanen tetap berosilasi di bawah pengaruh sinyal akustik dan menghasilkan frekuensi suara listrik. sinyal.

Alat ukur dan sensor

Terlepas dari banyaknya digital modern alat pengukur, perangkat jenis magnetoelektrik, elektromagnetik, elektrodinamik, ferodinamik dan induksi masih digunakan dalam teknologi pengukuran.

Semua sistem jenis di atas menggunakan prinsip interaksi medan magnet atau magnet permanen dengan medan kumparan dengan arus, atau inti feromagnetik dengan medan kumparan dengan arus, atau medan magnet kumparan dengan arus.

Karena inersia relatif dari sistem pengukuran seperti itu, mereka berlaku untuk mengukur nilai rata-rata variabel.