Listrik dan magnet (elektrodinamika) mempelajari interaksi elektromagnetik. Pembawa interaksi ini adalah medan elektromagnetik, itu adalah kombinasi dari dua medan yang saling terkait: magnet dan listrik.

Ajaran tentang listrik, hari ini didasarkan pada persamaan Maxwell, mereka menentukan medan melalui pusaran dan sumbernya.

Fakta Listrik dalam Sejarah

Fenomena kelistrikan telah dikenal pada zaman dahulu, di antaranya dapat dibedakan fakta-fakta sebagai berikut:

1. Sekitar 500 SM. e. Thales dari Miletus menemukan bahwa amber yang dikenakan dengan wol dengan mudah menarik bulu halus. Bahkan putrinya, ketika dia menyikat gelendong kuning dengan wol, melihat efek ini. Kata "elektron" diterjemahkan dari bahasa Yunani sebagai "kuning", maka istilah "listrik". Konsep ini diperkenalkan pada Dokter Inggris abad XVI Gilbert. Setelah serangkaian percobaan, ia menemukan bahwa sejumlah zat dialiri arus listrik.
2. Di Babel (4000 tahun yang lalu) ditemukan bejana tanah liat, yang berisi batang tembaga dan besi. Di bagian bawah ada bitumen, yang mengisolasi material. Batang dipisahkan oleh asam asetat atau sitrat, yaitu, temuan ini mengingatkan pada sel galvanik. Emas pada perhiasan Babilonia diaplikasikan dengan elektroplating.

medan elektromagnetik

Definisi 1

Medan elektromagnetik adalah jenis materi melalui mana interaksi elektromagnetik dihasilkan antara partikel yang memiliki muatan listrik. Ini adalah jenis materi yang mentransmisikan aksi gaya elektromagnetik.

Dalam listrik adalah konsep medan elektromagnetik. Patut diingat bahwa istilah "bidang" dalam fisika digunakan untuk merujuk pada sejumlah konsep yang berbeda isinya, antara lain sebagai berikut:

1. Kata "bidang" sepenuhnya mencirikan distribusi kuantitas fisik, skalar atau vektor apa pun. Ketika mempelajari, misalnya, keadaan termal di berbagai titik dalam medium, mereka melaporkan medan suhu skalar. Ketika mempertimbangkan proses osilasi mekanis dalam media elastis, kita berbicara tentang medan gelombang mekanik. Dalam contoh-contoh ini, konsep "bidang" menggambarkan keadaan fisik dari lingkungan material yang dipelajari.
2. Jenis materi khusus juga disebut medan. Istilah medan (sebagai sejenis materi) muncul karena masalah interaksi yang umum. Teori di mana aksi gaya ditransmisikan melalui kekosongan bersama secara instan disebut teori aksi jarak jauh. Teori yang menyatakan bahwa aksi gaya ditransmisikan dengan kecepatan terbatas melalui media bahan perantara disebut teori aksi jarak pendek.

Medan listrik dan medan magnet biasanya dianggap terpisah, meskipun pada kenyataannya tidak ada fenomena magnetis yang "murni" atau fenomena listrik "murni". Hanya ada satu proses elektromagnetik tunggal. Pembagian interaksi elektromagnetik menjadi magnet dan listrik, serta pembagian gaya elektromagnetik terpadu menjadi magnet dan listrik, bersyarat, dan konvensi seperti itu dapat dengan mudah dibuktikan. Terminologi gaya "magnetik", "listrik" juga bersyarat.

Muatan listrik

Definisi 2

Muatan listrik adalah sifat inheren yang melekat pada beberapa partikel materi "paling sederhana" - partikel "dasar". Muatan listrik dengan energi, massa, dll. menciptakan "kompleks" sifat dasar partikel.

Dari partikel dasar yang diketahui, hanya positron, elektron, antiproton, proton, beberapa hiperon dan meson serta antipartikelnya yang memiliki muatan listrik. Pada saat yang sama, neutrino, neutron, hiperon netral dan meson dan antipartikelnya, serta foton tidak memiliki muatan listrik.

Hanya dua jenis muatan listrik yang diketahui, yang disebut secara konvensional negatif dan positif (konsep listrik "negatif" dan "positif" pertama kali diperkenalkan oleh W. Franklin (AS) pada abad ke-18).

Penentuan langsung nilai muatan dasar dilakukan pada tahun 1909 - 1904. A.F. Ioffe (Rusia), serta R.E. Milliken (AS). Setelah percobaan Ioffe dan Millikan, hipotesis tentang keberadaan subelektron ditolak, yaitu. muatan yang lebih kecil dari muatan elektron.

Muatan seperti itu tidak dapat dipisahkan dari partikel tempatnya. Sifat umum materi yang tidak dapat dihancurkan berarti muatan listrik yang tidak dapat dihancurkan. Pada hukum momentum, kekekalan massa, energi, momentum sudut yang populer dalam mekanika teoretis, kita harus menambahkan hukum kekekalan muatan listrik: dalam sistem partikel atau benda tertutup, jumlah aljabar dari muatan besarnya adalah konstan, tidak peduli proses apa yang terjadi dalam sistem ini. Hukum kekekalan muatan umum ditetapkan secara eksperimental oleh M. Faraday (Inggris) dan F. Aepinus (Rusia).

Kehadiran medan mikro elektromagnetik saling berhubungan dengan pergerakan setiap muatan dasar. Perlu dicatat bahwa medan listrik dan magnet yang dipelajari oleh elektrodinamika makroskopik dan elektrostatik telah menjadi rata-rata: semuanya mewakili superposisi atau superposisi medan mikro, yang menciptakan sekumpulan besar muatan dasar yang bergerak. Seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, medan listrik rata-rata juga bisa sangat berbeda dari nol hanya ketika "sumbernya" - muatan makro benar-benar tidak bergerak, dan juga ketika sedang bergerak.

Rumus listrik dan magnet. Studi tentang dasar-dasar elektrodinamika secara tradisional dimulai dengan medan listrik dalam ruang hampa. Untuk menghitung gaya interaksi antara dua muatan eksak dan untuk menghitung kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan titik, seseorang harus dapat menerapkan hukum Coulomb. Untuk menghitung kekuatan medan yang diciptakan oleh muatan yang diperpanjang (ulir bermuatan, bidang, dll.), teorema Gauss diterapkan. Untuk sistem muatan listrik, perlu diterapkan prinsip

Saat mempelajari topik "Arus searah" perlu mempertimbangkan dalam segala bentuk hukum Ohm dan Joule-Lenz Saat mempelajari "Magnetisme" perlu diingat bahwa medan magnet dihasilkan oleh muatan yang bergerak dan bekerja pada muatan yang bergerak . Di sini kita harus memperhatikan hukum Biot-Savart-Laplace. Perhatian khusus harus diberikan pada gaya Lorentz dan mempertimbangkan gerakan partikel bermuatan dalam medan magnet.

Fenomena listrik dan magnet dihubungkan oleh bentuk khusus keberadaan materi - medan elektromagnetik. Dasar dari teori medan elektromagnetik adalah teori Maxwell.

Tabel rumus dasar kelistrikan dan kemagnetan

Hukum fisika, rumus, variabel	Rumus untuk listrik dan magnet
hukum Coulomb: di mana q 1 dan q 2 - besarnya muatan titik,1 - konstanta listrik; adalah permitivitas media isotropik (untuk vakum = 1), r adalah jarak antara muatan.
Kekuatan medan listrik: dimana adalah gaya yang bekerja pada muatan q0 terletak di titik ini di lapangan.
Kuat medan pada jarak r dari sumber medan: 1) muatan poin 2) filamen bermuatan panjang tak terhingga dengan kerapatan muatan linier : 3) bidang tak terbatas bermuatan seragam dengan kerapatan muatan permukaan : 4) antara dua pesawat bermuatan berlawanan
Potensi medan listrik: di mana W adalah energi potensial muatan q 0 .
Potensi medan muatan titik pada jarak r dari muatan:
Menurut prinsip superposisi medan, intensitas:
Potensi: dimana i dan saya- tegangan dan potensial pada titik tertentu dari medan, yang diciptakan oleh muatan ke-i.
Kerja gaya-gaya medan listrik untuk memindahkan muatan q dari suatu titik yang potensial 1 ke titik potensial 2 :
Hubungan antara tegangan dan potensial 1) untuk medan tak homogen: 2) untuk bidang homogen:
Kapasitas listrik konduktor soliter:
Kapasitor kapasitansi:
Kapasitansi listrik kapasitor datar: di mana S adalah luas pelat (satu) kapasitor, d adalah jarak antara pelat.
Energi kapasitor bermuatan:
Kekuatan saat ini:
kepadatan arus: di mana S adalah luas penampang konduktor.
Resistansi konduktor: l adalah panjang konduktor; S adalah luas penampang.
Hukum Ohm 1) untuk bagian rantai yang homogen: 2) dalam bentuk diferensial: 3) untuk bagian sirkuit yang mengandung EMF: Dimana adalah EMF dari sumber arus, R dan r - resistansi eksternal dan internal sirkuit; 4) untuk sirkuit tertutup:
Hukum Joule-Lenz 1) untuk bagian homogen dari rangkaian DC: di mana Q adalah jumlah panas yang dilepaskan dalam konduktor dengan arus, t - waktu perjalanan saat ini; 2) untuk bagian sirkuit dengan arus yang berubah dari waktu ke waktu:
Daya saat ini:
Hubungan antara induksi magnet dan kuat medan magnet: di mana B adalah vektor induksi magnetik, permeabilitas magnetik dari media isotropik, (untuk vakum = 1), 0 - konstanta magnetik, H adalah kekuatan medan magnet.
Induksi magnetik(induksi medan magnet): 1) di tengah arus melingkar di mana R adalah jari-jari arus melingkar, 2) medan arus maju yang panjangnya tak terhingga di mana r adalah jarak terpendek ke sumbu konduktor; 3) medan yang diciptakan oleh sepotong konduktor dengan arus dimana 1 dan 2 - sudut antara segmen konduktor dan garis yang menghubungkan ujung segmen dan titik medan; 4) bidang solenoida yang panjangnya tak terhingga di mana n adalah jumlah lilitan per satuan panjang solenoida.

Kuat medan listrik

Kekuatan medan listrik adalah karakteristik vektor medan, gaya yang bekerja pada satu unit muatan listrik yang diam dalam kerangka acuan tertentu.

Tegangan ditentukan oleh rumus:

$E↖(→)=(F↖(→))/(q)$

di mana $E↖(→)$ adalah kekuatan medan; $F↖(→)$ adalah gaya yang bekerja pada muatan $q$ yang ditempatkan pada titik tertentu dari medan. Arah vektor $E↖(→)$ bertepatan dengan arah gaya yang bekerja pada muatan positif dan berlawanan dengan arah gaya yang bekerja pada muatan negatif.

Satuan SI untuk tegangan adalah volt per meter (V/m).

Kekuatan medan muatan titik. Menurut hukum Coulomb, sebuah muatan titik $q_0$ bekerja pada muatan lain $q$ dengan gaya yang sama dengan

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

Modulus kuat medan sebuah muatan titik $q_0$ pada jarak $r$ darinya sama dengan

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

Vektor intensitas pada setiap titik medan listrik diarahkan sepanjang garis lurus yang menghubungkan titik ini dan muatan.

Garis medan listrik

Medan listrik di ruang angkasa biasanya diwakili oleh garis-garis gaya. Konsep garis gaya diperkenalkan oleh M. Faraday dalam studi magnetisme. Kemudian konsep ini dikembangkan oleh J. Maxwell dalam penelitian tentang elektromagnetisme.

Garis gaya, atau garis kuat medan listrik, adalah garis yang garis singgungnya pada setiap titik berimpit dengan arah gaya yang bekerja pada muatan titik positif yang terletak di titik medan tersebut.

Garis tegangan bola bermuatan positif;

Garis tegangan dua bola yang bermuatan berlawanan;

Garis tegangan dua bola bermuatan serupa

Garis tegangan dua pelat yang bermuatan berbeda tanda tetapi sama nilai mutlaknya.

Garis tegangan pada gambar terakhir hampir sejajar di ruang antara pelat, dan kerapatannya sama. Ini menunjukkan bahwa medan di wilayah ruang ini seragam. Medan listrik disebut homogen, yang intensitasnya sama di semua titik dalam ruang.

Dalam medan elektrostatik, garis-garis gaya tidak tertutup, mereka selalu mulai dengan muatan positif dan berakhir dengan muatan negatif. Mereka tidak berpotongan di mana pun, perpotongan garis medan akan menunjukkan ketidakpastian arah kekuatan medan di titik persimpangan. Kepadatan garis medan lebih besar di dekat benda bermuatan, di mana kekuatan medan lebih besar.

Bidang bola bermuatan. Kuat medan bola konduktor bermuatan pada jarak dari pusat bola yang melebihi radius $r≥R$ ditentukan dengan rumus yang sama dengan medan muatan titik. Hal ini dibuktikan dengan distribusi garis-garis gaya, mirip dengan distribusi garis-garis tegangan muatan titik.

Muatan bola didistribusikan secara merata di atas permukaannya. Di dalam bola konduktor, kekuatan medan adalah nol.

Sebuah medan magnet. Interaksi magnet

Fenomena interaksi magnet permanen (terbentuknya jarum magnet di sepanjang meridian magnetik Bumi, tarik-menarik kutub yang berlawanan, tolakan kutub dengan nama yang sama) telah dikenal sejak zaman kuno dan dipelajari secara sistematis oleh W. Hilbert (hasilnya diterbitkan pada tahun 1600 dalam risalahnya “Pada magnet, benda magnetik dan magnet besar - Bumi).

Magnet alami (alami)

Sifat magnetik dari beberapa mineral alami sudah dikenal di zaman kuno. Jadi, ada bukti tertulis lebih dari 2000 tahun yang lalu tentang penggunaan magnet permanen alami di Cina sebagai kompas. Daya tarik dan tolakan magnet dan magnetisasi serbuk besi oleh mereka disebutkan dalam tulisan-tulisan para ilmuwan Yunani dan Romawi kuno (misalnya, dalam puisi "On the Nature of Things" oleh Lucretius Cara).

Magnet alam adalah kepingan bijih besi magnetik (magnetit) yang terdiri dari $FeO$ (31%) dan $Fe_2O$ (69%). Jika sepotong mineral seperti itu dibawa ke benda-benda besi kecil - paku, serbuk gergaji, bilah tipis, dll., mereka akan tertarik padanya.

Magnet permanen buatan

Magnet permanen- ini adalah produk yang terbuat dari bahan yang merupakan sumber medan magnet konstan yang otonom (independen, terisolasi).

Magnet permanen buatan terbuat dari paduan khusus, yang meliputi besi, nikel, kobalt, dll. Logam-logam ini memperoleh sifat magnetik (bermagnet) jika dibawa ke magnet permanen. Oleh karena itu, untuk membuat magnet permanen dari mereka, mereka secara khusus disimpan di medan magnet yang kuat, setelah itu mereka sendiri menjadi sumber medan magnet konstan dan mampu mempertahankan sifat magnetik untuk waktu yang lama.

Gambar menunjukkan magnet arkuata dan magnet strip.

pada gambar. gambar medan magnet magnet ini diberikan, diperoleh dengan metode yang pertama kali digunakan dalam penelitiannya oleh M. Faraday: dengan bantuan serbuk besi yang tersebar di selembar kertas di mana magnet terletak. Setiap magnet memiliki dua kutub - ini adalah tempat konsentrasi terbesar garis gaya magnet (mereka juga disebut garis medan magnet, atau garis medan induksi magnet). Ini adalah tempat yang paling menarik serbuk besi. Salah satu kutub disebut sebelah utara(($N$), lainnya - selatan($S$). Jika Anda membawa dua magnet satu sama lain dengan kutub yang sama, Anda dapat melihat bahwa mereka menolak, dan jika mereka berlawanan, mereka menarik.

pada gambar. terlihat jelas bahwa garis-garis magnet dari magnet - garis tertutup. Garis-garis gaya medan magnet dari dua magnet yang saling berhadapan dengan kutub yang sama dan berlawanan ditunjukkan. Bagian tengah gambar ini menyerupai gambar medan listrik dua muatan (berlawanan dan sama). Namun, perbedaan mendasar antara medan listrik dan medan magnet adalah bahwa garis-garis medan listrik dimulai dengan muatan dan berakhir pada muatan tersebut. Muatan magnet tidak ada di alam. Garis-garis medan magnet keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke selatan, mereka berlanjut di tubuh magnet, yaitu, seperti disebutkan di atas, mereka adalah garis tertutup. Medan yang garis gayanya tertutup disebut pusaran air. Medan magnet adalah medan pusaran (ini perbedaannya dari medan listrik).

Aplikasi magnet

Perangkat magnet paling kuno adalah kompas yang terkenal. Dalam teknologi modern, magnet digunakan sangat luas: dalam motor listrik, dalam teknik radio, dalam peralatan pengukuran listrik, dll.

medan magnet bumi

Bumi adalah magnet. Seperti magnet lainnya, ia memiliki medan magnetnya sendiri dan kutub magnetnya sendiri. Itulah sebabnya jarum kompas diorientasikan ke arah tertentu. Jelas di mana tepatnya kutub utara jarum magnet harus menunjuk, karena kutub yang berlawanan tarik menarik. Oleh karena itu, kutub utara jarum magnet menunjuk ke kutub selatan magnet bumi. Kutub ini terletak di utara globe, agak jauh dari kutub utara geografis (di Pulau Prince of Wales - sekitar $75°$ lintang utara dan $99°$ bujur barat, pada jarak sekitar $2100$ km dari utara geografis tiang).

Ketika mendekati kutub geografis utara, garis-garis gaya medan magnet bumi condong ke arah cakrawala pada sudut yang besar, dan di wilayah kutub magnet selatan mereka menjadi vertikal.

Kutub utara magnet bumi terletak di dekat kutub selatan geografis, yaitu pada $66,5°$ lintang selatan dan $140°$ bujur timur. Di sinilah garis-garis medan magnet muncul dari Bumi.

Dengan kata lain, kutub magnet bumi tidak sejajar dengan kutub geografisnya. Oleh karena itu, arah jarum magnet tidak sesuai dengan arah meridian geografis, dan jarum magnet kompas hanya kurang lebih menunjukkan arah ke utara.

Jarum kompas juga dapat dipengaruhi oleh beberapa fenomena alam, misalnya, badai magnet, yang merupakan perubahan sementara dalam medan magnet bumi yang terkait dengan aktivitas matahari. Aktivitas matahari disertai dengan pengusiran aliran partikel bermuatan dari permukaan Matahari, khususnya elektron dan proton. Aliran ini, bergerak dengan kecepatan tinggi, menciptakan medan magnetnya sendiri, yang berinteraksi dengan medan magnet bumi.

Di dunia (kecuali untuk perubahan jangka pendek dalam medan magnet) ada area di mana ada penyimpangan konstan arah jarum magnet dari arah garis magnet bumi. Ini adalah area-areanya anomali magnetik(dari bahasa Yunani. anomalia - penyimpangan, kelainan). Salah satu area terbesar adalah anomali magnetik Kursk. Alasan anomali adalah deposit bijih besi yang sangat besar pada kedalaman yang relatif dangkal.

Medan magnet bumi secara andal melindungi permukaan bumi dari radiasi kosmik, yang efeknya merusak organisme hidup.

Penerbangan stasiun ruang angkasa antarplanet dan kapal memungkinkan untuk menetapkan bahwa Bulan dan planet Venus tidak memiliki medan magnet, sedangkan planet Mars memiliki medan magnet yang sangat lemah.

Eksperimen Erstedai ​​Ampre. Induksi medan magnet

Pada tahun 1820, ilmuwan Denmark G. X. Oersted menemukan bahwa jarum magnet, ditempatkan di dekat konduktor yang melaluinya arus mengalir, berputar, berusaha tegak lurus terhadap konduktor.

Skema pengalaman G. X. Oersted ditunjukkan pada gambar. Konduktor yang termasuk dalam rangkaian sumber arus terletak di atas jarum magnet yang sejajar dengan sumbunya. Ketika rangkaian ditutup, jarum magnet menyimpang dari posisi semula. Ketika sirkuit dibuka, jarum magnet kembali ke posisi semula. Oleh karena itu, konduktor pembawa arus dan jarum magnet berinteraksi satu sama lain. Berdasarkan pengalaman ini, dapat disimpulkan bahwa ada medan magnet yang terkait dengan aliran arus di konduktor dan sifat pusaran medan ini. Eksperimen yang dijelaskan dan hasilnya adalah manfaat ilmiah paling penting dari Oersted.

Pada tahun yang sama, fisikawan Prancis Ampère, yang tertarik dengan eksperimen Oersted, menemukan interaksi dua konduktor bujursangkar dengan arus. Ternyata jika arus dalam konduktor mengalir dalam satu arah, yaitu paralel, maka konduktor menarik, jika dalam arah yang berlawanan (yaitu, antiparalel), maka mereka menolak.

Interaksi antara konduktor pembawa arus, yaitu interaksi antara muatan listrik yang bergerak, disebut magnet, dan gaya yang digunakan oleh konduktor pembawa arus bekerja satu sama lain disebut gaya magnet.

Menurut teori aksi jarak pendek yang dianut oleh M. Faraday, arus pada salah satu penghantar tidak dapat secara langsung mempengaruhi arus pada penghantar yang lain. Demikian pula halnya dengan muatan listrik tetap yang disekitarnya terdapat medan listrik, disimpulkan bahwa di ruang sekitar arus, ada medan magnet, yang bekerja dengan gaya tertentu pada konduktor pembawa arus lain yang ditempatkan di medan ini, atau pada magnet permanen. Pada gilirannya, medan magnet yang diciptakan oleh konduktor pembawa arus kedua bekerja pada arus di konduktor pertama.

Sama seperti medan listrik yang dideteksi oleh efeknya pada muatan uji yang dimasukkan ke dalam medan ini, medan magnet dapat dideteksi dengan efek orientasi medan magnet pada loop dengan arus kecil (dibandingkan dengan jarak di mana medan magnet berubah secara nyata) dimensi.

Kabel yang memasok arus ke bingkai harus dijalin (atau ditempatkan berdekatan satu sama lain), maka gaya yang dihasilkan yang bekerja dari medan magnet pada kabel ini akan sama dengan nol. Gaya-gaya yang bekerja pada rangka dengan arus akan memutarnya, sehingga bidangnya akan tegak lurus terhadap garis-garis induksi medan magnet. Dalam contoh, bingkai akan berputar sehingga konduktor dengan arus berada di bidang bingkai. Ketika arah arus dalam konduktor berubah, bingkai akan berputar $180°$. Pada medan antara kutub magnet permanen, bingkai akan berputar pada bidang yang tegak lurus terhadap garis gaya magnet magnet.

Induksi magnetik

Induksi magnet ($В↖(→)$) adalah besaran vektor fisika yang mencirikan medan magnet.

Arah vektor induksi magnetik $В↖(→)$ diambil:

1) arah dari kutub selatan $S$ ke kutub utara $N$ dari jarum magnet yang diatur bebas dalam medan magnet, atau

2) arah normal positif ke loop tertutup dengan arus pada suspensi fleksibel, dipasang secara bebas di medan magnet. Positif adalah arah normal ke arah gerakan ujung gimlet (dengan ulir kanan), yang pegangannya diputar ke arah arus dalam bingkai.

Jelas bahwa arah 1) dan 2) bertepatan, yang telah ditetapkan oleh eksperimen Ampere.

Adapun besarnya induksi magnet (yaitu, modulusnya) $В$, yang dapat mencirikan kekuatan medan, ditemukan melalui eksperimen bahwa gaya maksimum $F$ yang digunakan medan pada konduktor dengan arus ( ditempatkan tegak lurus terhadap garis medan magnet induksi), tergantung pada arus $I$ dalam konduktor dan pada panjangnya $∆l$ (sebanding dengan mereka). Namun, gaya yang bekerja pada elemen arus (dengan satuan panjang dan kuat arus) hanya bergantung pada medan itu sendiri, yaitu, rasio $(F)/(I∆l)$ untuk medan tertentu adalah nilai konstan (mirip dengan rasio gaya terhadap muatan untuk medan listrik). Nilai ini didefinisikan sebagai induksi magnetik.

Induksi medan magnet pada suatu titik tertentu sama dengan rasio gaya maksimum yang bekerja pada konduktor pembawa arus dengan panjang konduktor dan kekuatan arus dalam konduktor yang ditempatkan pada titik ini.

Semakin besar induksi magnet pada suatu titik tertentu medan, semakin besar gaya medan pada titik ini akan bekerja pada jarum magnet atau muatan listrik yang bergerak.

Satuan SI untuk induksi magnet adalah tesla(Tl), dinamai insinyur listrik Serbia Nikola Tesla. Seperti yang dapat dilihat dari rumus, $1$ l $=l(H)/(A m)$

Jika ada beberapa sumber medan magnet yang berbeda, vektor induksi yang pada suatu titik tertentu dalam ruang sama dengan $(В_1)↖(→), (В_2)↖(→), (В_3)↖(→), ...$, maka, menurut prinsip superposisi medan, induksi medan magnet pada titik ini sama dengan jumlah vektor induksi medan magnet yang dihasilkan oleh setiap sumber.

$B↖(→)=(B_1)↖(→)+(B_2)↖(→)+(B_3)↖(→)+...$

Garis induksi magnet

Untuk representasi visual dari medan magnet, M. Faraday memperkenalkan konsep garis medan magnet, yang berulang kali ia tunjukkan dalam eksperimennya. Gambar garis gaya dapat dengan mudah diperoleh dengan bantuan serutan besi yang ditaburkan di atas karton. Gambar menunjukkan: garis induksi magnet arus searah, solenoida, arus melingkar, magnet searah.

Garis induksi magnet, atau garis medan magnet, atau sederhananya garis magnet disebut garis yang garis singgungnya pada sembarang titik berimpit dengan arah vektor induksi magnet $В↖(→)$ pada titik medan ini.

Jika, alih-alih serbuk besi, panah magnet kecil ditempatkan di sekitar konduktor lurus panjang dengan arus, maka Anda tidak hanya dapat melihat konfigurasi garis gaya (lingkaran konsentris), tetapi juga arah garis gaya (utara kutub panah magnet menunjukkan arah vektor induksi pada titik tertentu).

Arah medan magnet arus searah dapat ditentukan dari aturan gimlet yang tepat.

Jika Anda memutar pegangan gimlet sehingga gerakan translasi ujung gimlet menunjukkan arah arus, maka arah putaran pegangan gimlet akan menunjukkan arah garis medan magnet saat ini.

Arah medan magnet arus searah juga dapat ditentukan dengan menggunakan aturan pertama tangan kanan.

Jika Anda menutupi konduktor dengan tangan kanan Anda, mengarahkan ibu jari yang ditekuk ke arah arus, maka ujung jari yang tersisa di setiap titik akan menunjukkan arah vektor induksi pada titik ini.

bidang pusaran

Garis induksi magnet tertutup, yang menunjukkan bahwa tidak ada muatan magnet di alam. Medan yang garis gayanya tertutup disebut medan pusaran.. Artinya, medan magnet adalah medan pusaran. Dalam hal ini berbeda dari medan listrik yang diciptakan oleh muatan.

solenoida

Solenoida adalah kumparan kawat yang dialiri arus.

Solenoid dicirikan oleh jumlah lilitan per satuan panjang $n$, panjang $l$ dan diameter $d$. Ketebalan kawat pada solenoida dan pitch heliks (heliks) kecil dibandingkan dengan diameternya $d$ dan panjangnya $l$. Istilah "solenoid" juga digunakan dalam arti yang lebih luas - ini adalah nama kumparan dengan penampang sewenang-wenang (solenoid persegi, solenoid persegi panjang), dan tidak harus silinder (solenoid toroidal). Perbedaan dibuat antara solenoida panjang ($l>>d$) dan solenoida pendek ($l

Solenoida ditemukan pada tahun 1820 oleh A. Ampère untuk memperkuat aksi magnetik dari arus yang ditemukan oleh X. Oersted dan digunakan oleh D. Arago dalam eksperimen magnetisasi batang baja. Sifat magnetik dari solenoida dipelajari secara eksperimental oleh Ampère pada tahun 1822 (pada saat yang sama ia memperkenalkan istilah "solenoid"). Kesetaraan solenoida dengan magnet alami permanen telah ditetapkan, yang merupakan konfirmasi teori elektrodinamika Ampere, yang menjelaskan magnetisme melalui interaksi arus molekul cincin yang tersembunyi di dalam benda.

Garis-garis gaya medan magnet solenoida ditunjukkan pada gambar. Arah garis-garis ini ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kanan kedua.

Jika Anda menggenggam solenoida dengan telapak tangan kanan Anda, menunjuk empat jari di sepanjang arus dalam belokan, maka ibu jari yang ditarik akan menunjukkan arah garis magnet di dalam solenoida.

Membandingkan medan magnet solenoida dengan medan magnet permanen, Anda dapat melihat bahwa keduanya sangat mirip. Seperti magnet, solenoida memiliki dua kutub - utara ($N$) dan selatan ($S$). Kutub Utara adalah tempat keluarnya garis-garis magnet; kutub selatan adalah tempat mereka masuk. Kutub utara solenoida selalu terletak di sisi yang ditunjukkan oleh ibu jari telapak tangan ketika terletak sesuai dengan aturan kedua tangan kanan.

Sebuah solenoida berbentuk kumparan dengan jumlah lilitan yang banyak digunakan sebagai magnet.

Studi medan magnet solenoida menunjukkan bahwa efek magnetik solenoida meningkat dengan meningkatnya kekuatan arus dan jumlah lilitan pada solenoida. Selain itu, efek magnetik dari solenoida atau koil dengan arus ditingkatkan dengan memasukkan batang besi ke dalamnya, yang disebut inti.

Elektromagnet

Solenoida dengan inti besi di dalamnya disebut elektromagnet.

Elektromagnet dapat berisi tidak hanya satu, tetapi beberapa gulungan (belitan) dan pada saat yang sama memiliki inti dengan bentuk yang berbeda.

Elektromagnet semacam itu pertama kali dibuat oleh penemu Inggris W. Sturgeon pada tahun 1825. Dengan massa $0,2$ kg, elektromagnet W. Sturgeon menahan beban seberat $36$ N. Pada tahun yang sama, J. Joule meningkatkan gaya angkatnya elektromagnet menjadi $200$ N, dan enam tahun kemudian ilmuwan Amerika J. Henry membangun elektromagnet dengan massa $300$ kg, mampu menahan beban $1$ t!

Elektromagnet modern dapat mengangkat beban dengan berat beberapa puluh ton. Mereka digunakan di pabrik saat memindahkan produk berat yang terbuat dari besi dan baja. Elektromagnet juga digunakan dalam pertanian untuk membersihkan biji-bijian sejumlah tanaman dari gulma dan industri lainnya.

Kekuatan ampli

Bagian lurus dari konduktor $∆l$, yang melaluinya arus $I$ mengalir, dalam medan magnet dengan induksi $B$ dipengaruhi oleh gaya $F$.

Untuk menghitung gaya ini, gunakan ekspresi:

$F=B|Saya|∆lsinα$

di mana $α$ adalah sudut antara vektor $B↖(→)$ dan arah segmen konduktor dengan arus (elemen arus); arah elemen arus diambil sebagai arah arus mengalir melalui konduktor. Gaya $F$ disebut dengan kekuatan Ampere untuk menghormati fisikawan Prancis A. M. Ampère, yang pertama kali menemukan efek medan magnet pada konduktor pembawa arus. (Faktanya, Ampère menetapkan hukum untuk gaya interaksi antara dua elemen konduktor dengan arus. Dia adalah pendukung teori aksi jarak jauh dan tidak menggunakan konsep medan.

Namun, menurut tradisi dan untuk mengenang jasa ilmuwan, ekspresi gaya yang bekerja pada konduktor dengan arus dari medan magnet juga disebut hukum Ampere.)

Arah gaya Ampere ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kiri.

Jika Anda meletakkan telapak tangan kiri Anda sehingga garis-garis medan magnet masuk secara tegak lurus, dan empat jari yang terentang menunjukkan arah arus dalam penghantar, maka ibu jari yang disisihkan akan menunjukkan arah gaya yang bekerja pada penghantar dengan saat ini. Dengan demikian, gaya Ampere selalu tegak lurus terhadap vektor induksi medan magnet dan arah arus dalam konduktor, yaitu tegak lurus terhadap bidang di mana kedua vektor ini berada.

Konsekuensi dari aksi gaya Ampere adalah rotasi kerangka pembawa arus dalam medan magnet konstan. Ini menemukan aplikasi praktis di banyak perangkat, misalnya, di alat ukur listrik- galvanometer, amperemeter, di mana bingkai bergerak dengan arus berputar di bidang magnet permanen, dan dengan sudut defleksi panah yang terhubung secara tetap ke bingkai, orang dapat menilai besarnya arus yang mengalir di sirkuit.

Berkat aksi rotasi medan magnet pada loop pembawa arus, ini juga memungkinkan untuk dibuat dan digunakan motor listrik mesin yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.

gaya Lorentz

Gaya Lorentz adalah gaya yang bekerja pada muatan listrik titik yang bergerak dalam medan magnet luar.

Fisikawan Belanda X. A. Lorentz pada akhir abad ke-19. menemukan bahwa gaya yang bekerja dari medan magnet pada partikel bermuatan yang bergerak selalu tegak lurus terhadap arah gerak partikel dan garis-garis gaya medan magnet di mana partikel ini bergerak.

Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kiri.

Jika Anda meletakkan telapak tangan kiri Anda sehingga empat jari yang terentang menunjukkan arah pergerakan muatan, dan vektor medan magnet induksi memasuki telapak tangan, maka ibu jari yang disisihkan akan menunjukkan arah gaya Lorentz yang bekerja pada kutub positif. mengenakan biaya.

Jika muatan partikel negatif, maka gaya Lorentz akan diarahkan ke arah yang berlawanan.

Modulus gaya Lorentz mudah ditentukan dari hukum Ampere dan adalah:

di mana $q$ adalah muatan partikel, $υ$ adalah kecepatan geraknya, $α$ adalah sudut antara vektor kecepatan dan induksi medan magnet.

Jika selain medan magnet terdapat juga medan listrik yang bekerja pada sebuah muatan dengan gaya $(F_(el))↖(→)=qE↖(→)$, maka gaya total yang bekerja pada muatan tersebut adalah sama dengan:

$F↖(→)=(F_(el))↖(→)+(F_l)↖(→)$

Seringkali gaya total ini disebut gaya Lorentz, dan gaya yang dinyatakan dengan rumus $F=|q|υBsinα$ disebut bagian magnet dari gaya Lorentz.

Karena gaya Lorentz tegak lurus terhadap arah gerak partikel, ia tidak dapat mengubah kecepatannya (tidak melakukan usaha), tetapi hanya dapat mengubah arah geraknya, yaitu membelokkan lintasannya.

Lengkungan lintasan elektron seperti itu dalam kineskop TV mudah diamati jika Anda membawa magnet permanen ke layarnya: gambar akan terdistorsi.

Pergerakan partikel bermuatan dalam medan magnet seragam. Biarkan partikel bermuatan terbang dengan kecepatan $υ$ ke dalam medan magnet seragam yang tegak lurus terhadap garis intensitas. Gaya yang bekerja pada partikel dari sisi medan magnet akan menyebabkan partikel berotasi secara seragam dalam lingkaran berjari-jari r, yang mudah ditemukan dengan menggunakan hukum kedua Newton, ekspresi untuk percepatan sentripetal dan rumus $F=|q| Bsinα$:

$(mυ^2)/(r)=|q|υB$

Dari sini kita mendapatkan

$r=(mυ)/(|q|B)$

di mana $m$ adalah massa partikel.

Penerapan gaya Lorentz. Aksi medan magnet pada muatan yang bergerak digunakan, misalnya, dalam spektrograf massa, yang memungkinkan untuk memisahkan partikel bermuatan menurut muatan spesifiknya, yaitu, menurut rasio muatan partikel terhadap massanya, dan, berdasarkan hasil yang diperoleh, secara akurat menentukan massa partikel.

Ruang vakum perangkat ditempatkan di bidang (vektor induksi $B↖(→)$ tegak lurus terhadap gambar). Partikel bermuatan (elektron atau ion) yang dipercepat oleh medan listrik, setelah menggambarkan busur, jatuh pada pelat fotografi, di mana mereka meninggalkan jejak, yang memungkinkan untuk mengukur jari-jari lintasan $r$ dengan sangat akurat. Muatan spesifik ion ditentukan dari jari-jari ini. Mengetahui muatan ion, mudah untuk menghitung massanya.

Sifat magnetik zat

Untuk menjelaskan keberadaan medan magnet magnet permanen, Ampere menyarankan bahwa dalam zat dengan sifat magnetik, ada arus melingkar mikroskopis (mereka disebut molekuler). Kemudian, setelah penemuan elektron dan struktur atom, gagasan ini dikonfirmasi dengan cemerlang: arus ini diciptakan oleh pergerakan elektron di sekitar nukleus dan, dengan orientasi yang sama, secara total menciptakan medan di sekitar dan di dalam. magnetnya.

pada gambar. bidang di mana arus listrik dasar berada diorientasikan secara acak karena gerakan termal atom yang kacau, dan zat tersebut tidak menunjukkan sifat magnetik. Dalam keadaan termagnetisasi (di bawah pengaruh, misalnya, medan magnet eksternal), bidang-bidang ini diorientasikan dengan cara yang sama, dan tindakannya bertambah.

Permeabilitas magnetik. Reaksi medium terhadap aksi medan magnet luar dengan induksi $B_0$ (medan dalam ruang hampa) ditentukan oleh suseptibilitas magnetik $μ$:

di mana $B$ adalah induksi medan magnet dalam zat. Permeabilitas magnetik mirip dengan permitivitas $ε$.

Berdasarkan sifat kemagnetannya, zat dibagi menjadi: diamagnet, paramagnet, dan feromagnet. Untuk diamagnet, koefisien $μ$, yang mencirikan sifat magnetik medium, kurang dari $1$ (misalnya, untuk bismut $μ = 0,999824$); untuk paramagnet $μ > 1$ (untuk platinum $μ = 1.00036$); untuk ferromagnet $μ >> 1$ (besi, nikel, kobalt).

Diamagnet menolak magnet, paramagnet menarik. Dengan fitur-fitur ini, mereka dapat dibedakan satu sama lain. Untuk sebagian besar zat, permeabilitas magnetik praktis tidak berbeda dari satu kesatuan, hanya untuk feromagnetik, permeabilitas magnetik sangat melebihi itu, mencapai beberapa puluh ribu unit.

Ferromagnet. Ferromagnet menunjukkan sifat magnetik terkuat. Medan magnet yang diciptakan oleh feromagnet jauh lebih kuat daripada medan magnet eksternal. Benar, medan magnet feromagnet tidak tercipta karena sirkulasi elektron di sekitar inti - momen magnet orbit, dan karena rotasi elektron itu sendiri - momen magnetnya sendiri, yang disebut putaran.

Suhu Curie ($T_c$) adalah suhu di mana bahan feromagnetik kehilangan sifat magnetiknya. Untuk setiap feromagnet, ia memilikinya sendiri. Misalnya, untuk besi $T_c = 753°$C, untuk nikel $T_c = 365°$C, untuk kobalt $T_c = 1000°$ C. Ada paduan feromagnetik di mana $T_c

Studi terperinci pertama tentang sifat magnetik feromagnet dilakukan oleh fisikawan Rusia yang luar biasa A. G. Stoletov (1839-1896).

Ferromagnet digunakan secara luas: sebagai magnet permanen (pada alat ukur listrik, pengeras suara, telepon, dll.), inti baja pada transformator, generator, motor listrik (untuk meningkatkan medan magnet dan menghemat listrik). Pada pita magnetik yang terbuat dari ferromagnet, perekaman suara dan gambar dilakukan untuk tape recorder dan video recorder. Informasi direkam pada film magnetik tipis untuk perangkat penyimpanan di komputer elektronik.

aturan Lenz

Aturan Lenz (hukum Lenz) ditetapkan oleh E. X. Lenz pada tahun 1834. Aturan ini menetapkan hukum induksi elektromagnetik yang ditemukan pada tahun 1831 oleh M. Faraday. Aturan Lenz menentukan arah arus induksi dalam rangkaian tertutup ketika bergerak dalam medan magnet luar.

Arah arus induksi selalu sedemikian rupa sehingga gaya yang dialaminya dari medan magnet melawan pergerakan rangkaian, dan fluks magnet $Ф_1$ yang diciptakan oleh arus ini cenderung mengkompensasi perubahan fluks magnet eksternal $Ф_e$.

Hukum Lenz adalah ekspresi dari hukum kekekalan energi untuk fenomena elektromagnetik. Memang, ketika sirkuit tertutup bergerak dalam medan magnet karena gaya eksternal, perlu untuk melakukan beberapa pekerjaan melawan gaya yang timbul dari interaksi arus induksi dengan medan magnet dan diarahkan ke arah yang berlawanan dengan gerakan.

Aturan Lenz diilustrasikan pada gambar. Jika magnet permanen didorong ke dalam kumparan yang tertutup pada galvanometer, arus induksi dalam kumparan akan memiliki arah yang akan menciptakan medan magnet dengan vektor $B"$ yang berlawanan dengan vektor induksi medan magnet $B$, yaitu. itu akan mendorong magnet keluar dari kumparan atau mencegah gerakannya. Ketika menarik magnet keluar dari kumparan, sebaliknya, medan yang diciptakan oleh arus induksi akan menarik kumparan, yaitu lagi mencegah gerakannya.

Untuk menerapkan aturan Lenz untuk menentukan arah arus induktif $I_e$ di sirkuit, perlu untuk mengikuti rekomendasi ini.

1. Tetapkan arah garis induksi magnet $В↖(→)$ dari medan magnet luar.
2. Cari tahu apakah fluks induksi magnet medan ini melalui permukaan yang dibatasi oleh kontur ($∆Ф > 0$) atau berkurang ($∆Ф
3. Tetapkan arah garis induksi magnet $В"↖(→)$ dari medan magnet arus induksi $I_i$. Garis-garis ini harus diarahkan, menurut aturan Lenz, berlawanan dengan garis $В↖(→ )$, jika $∆Ф > 0$, dan memiliki arah yang sama dengan mereka jika $∆Ф
4. Mengetahui arah garis induksi magnet $В"↖(→)$, tentukan arah arus induktif $I_i$ menggunakan aturan gimlet.

Fisika listrik adalah sesuatu yang kita masing-masing harus hadapi. Dalam artikel ini kami akan mempertimbangkan konsep dasar yang terkait dengannya.

Apa itu listrik? Untuk orang yang belum tahu, ini terkait dengan kilatan petir atau dengan energi yang memberi makan TV dan mesin cuci. Dia tahu apa yang digunakan kereta listrik. Apa lagi yang bisa dia katakan? Saluran listrik mengingatkannya akan ketergantungan kita pada listrik. Seseorang dapat memberikan beberapa contoh lain.

Namun, banyak lainnya, tidak begitu jelas, tetapi fenomena sehari-hari berhubungan dengan listrik. Fisika memperkenalkan kita kepada mereka semua. Kami mulai belajar kelistrikan (tugas, definisi dan rumus) di sekolah. Dan kami belajar banyak hal menarik. Ternyata jantung yang berdetak, atlet lari, bayi yang sedang tidur, dan ikan yang berenang semuanya menghasilkan energi listrik.

Elektron dan proton

Mari kita definisikan konsep dasarnya. Dari sudut pandang seorang ilmuwan, fisika listrik dikaitkan dengan pergerakan elektron dan partikel bermuatan lainnya dalam berbagai zat. Oleh karena itu, pemahaman ilmiah tentang sifat fenomena yang menarik bagi kita tergantung pada tingkat pengetahuan tentang atom dan partikel subatom penyusunnya. Elektron kecil adalah kunci untuk pemahaman ini. Atom-atom dari zat apapun mengandung satu atau lebih elektron yang bergerak dalam berbagai orbit di sekitar nukleus, seperti halnya planet-planet berputar mengelilingi matahari. Biasanya dalam atom itu sama dengan jumlah proton dalam nukleus. Namun, proton, yang jauh lebih berat daripada elektron, dapat dianggap seolah-olah tetap di pusat atom. Model atom yang sangat disederhanakan ini cukup untuk menjelaskan dasar-dasar fenomena seperti fisika listrik.

Apa lagi yang perlu Anda ketahui? Elektron dan proton memiliki besar yang sama (tetapi berbeda tanda), sehingga saling tarik-menarik. Muatan proton adalah positif dan muatan elektron negatif. Sebuah atom yang memiliki elektron lebih atau kurang dari biasanya disebut ion. Jika jumlahnya tidak cukup dalam atom, maka itu disebut ion positif. Jika mengandung kelebihan dari mereka, maka itu disebut ion negatif.

Ketika sebuah elektron meninggalkan atom, ia memperoleh beberapa muatan positif. Sebuah elektron, kehilangan lawannya - sebuah proton, entah pindah ke atom lain, atau kembali ke atom sebelumnya.

Mengapa elektron meninggalkan atom?

Ini karena beberapa alasan. Yang paling umum adalah bahwa di bawah pengaruh pulsa cahaya atau elektron eksternal, elektron yang bergerak dalam atom dapat terlempar keluar dari orbitnya. Panas membuat atom bergetar lebih cepat. Ini berarti bahwa elektron dapat terbang keluar dari atomnya. Dalam reaksi kimia, mereka juga berpindah dari atom ke atom.

Otot memberikan contoh yang baik tentang hubungan antara aktivitas kimia dan listrik. Serat mereka berkontraksi ketika terkena sinyal listrik dari sistem saraf. Arus listrik merangsang reaksi kimia. Mereka menyebabkan kontraksi otot. Sinyal listrik eksternal sering digunakan untuk merangsang aktivitas otot secara artifisial.

Daya konduksi

Dalam beberapa zat, elektron di bawah aksi medan listrik eksternal bergerak lebih bebas daripada yang lain. Zat tersebut dikatakan memiliki konduktivitas yang baik. Mereka disebut konduktor. Ini termasuk sebagian besar logam, gas yang dipanaskan, dan beberapa cairan. Udara, karet, minyak, polietilen, dan kaca adalah penghantar listrik yang buruk. Mereka disebut dielektrik dan digunakan untuk mengisolasi konduktor yang baik. Isolator ideal (benar-benar non-konduktif) tidak ada. Dalam kondisi tertentu, elektron dapat dikeluarkan dari atom mana pun. Namun, kondisi ini biasanya sangat sulit untuk dipenuhi sehingga, dari sudut pandang praktis, zat tersebut dapat dianggap non-konduktif.

Berkenalan dengan ilmu seperti "Listrik"), kita belajar bahwa ada kelompok zat khusus. Ini adalah semikonduktor. Mereka berperilaku sebagian sebagai dielektrik dan sebagian sebagai konduktor. Ini termasuk, khususnya: germanium, silikon, oksida tembaga. Karena sifatnya, semikonduktor menemukan banyak aplikasi. Misalnya, dapat berfungsi sebagai katup listrik: seperti katup ban sepeda, memungkinkan muatan untuk bergerak hanya dalam satu arah. Perangkat semacam itu disebut penyearah. Mereka digunakan dalam radio mini dan pembangkit listrik besar untuk mengubah AC ke DC.

Panas adalah bentuk pergerakan molekul atau atom yang kacau, dan suhu adalah ukuran intensitas pergerakan ini (untuk sebagian besar logam, saat suhu menurun, pergerakan elektron menjadi lebih bebas). Ini berarti bahwa resistensi terhadap gerakan bebas elektron berkurang dengan penurunan suhu. Dengan kata lain, konduktivitas logam meningkat.

Superkonduktivitas

Dalam beberapa zat pada suhu yang sangat rendah, resistensi terhadap aliran elektron menghilang sepenuhnya, dan elektron, setelah mulai bergerak, melanjutkannya tanpa batas. Fenomena ini disebut superkonduktivitas. Pada suhu beberapa derajat di atas nol mutlak (-273°C), ia diamati pada logam seperti timah, timah, aluminium, dan niobium.

Generator Van de Graaff

Kurikulum sekolah mencakup berbagai eksperimen dengan listrik. Ada banyak jenis generator, salah satunya akan kami bahas lebih detail. Generator Van de Graaff digunakan untuk menghasilkan tegangan ultra-tinggi. Jika sebuah benda yang mengandung ion positif berlebih ditempatkan di dalam wadah, maka elektron akan muncul di permukaan bagian dalam yang terakhir, dan jumlah ion positif yang sama akan muncul di permukaan luar. Jika sekarang kita menyentuh permukaan bagian dalam dengan benda bermuatan, maka semua elektron bebas akan melewatinya. Di luar, muatan positif akan tetap ada.

Ion positif dari sumber diendapkan ke sabuk konveyor yang lewat di dalam bola logam. Pita itu terhubung ke permukaan bagian dalam bola dengan bantuan konduktor dalam bentuk sisir. Elektron mengalir turun dari permukaan bagian dalam bola. Ion positif muncul di sisi luarnya. Efeknya dapat ditingkatkan dengan menggunakan dua generator.

Listrik

Kursus fisika sekolah juga mencakup konsep seperti arus listrik. Apa itu? Arus listrik terjadi karena adanya pergerakan muatan listrik. Ketika lampu listrik yang terhubung ke baterai dinyalakan, arus mengalir melalui kabel dari satu kutub baterai ke lampu, kemudian melalui rambutnya, menyebabkannya bersinar, dan kembali melalui kabel kedua ke kutub baterai yang lain. . Jika sakelar diputar, sirkuit akan terbuka - arus akan berhenti mengalir, dan lampu akan padam.

Pergerakan elektron

Arus dalam banyak kasus adalah pergerakan elektron yang teratur dalam logam yang berfungsi sebagai konduktor. Dalam semua konduktor dan beberapa zat lain selalu ada beberapa gerakan acak yang terjadi, bahkan jika tidak ada arus yang mengalir. Elektron dalam materi bisa relatif bebas atau terikat kuat. Konduktor yang baik memiliki elektron bebas yang dapat bergerak. Tetapi dalam konduktor, atau isolator yang buruk, sebagian besar partikel ini cukup kuat terhubung dengan atom, yang mencegah pergerakannya.

Kadang-kadang, secara alami atau buatan, gerakan elektron dalam arah tertentu dibuat dalam konduktor. Aliran ini disebut arus listrik. Diukur dalam ampere (A). Ion (dalam gas atau larutan) dan "lubang" (kekurangan elektron dalam beberapa jenis semikonduktor) juga dapat berfungsi sebagai pembawa arus. Yang terakhir berperilaku seperti pembawa arus listrik bermuatan positif. Beberapa gaya diperlukan untuk membuat elektron bergerak dalam satu arah atau lain Di alam sumbernya dapat berupa: paparan sinar matahari, efek magnetik dan reaksi kimia.Beberapa di antaranya digunakan untuk menghasilkan listrik.Biasanya untuk tujuan ini adalah: generator yang menggunakan efek magnet, dan sel (baterai) yang aksinya disebabkan untuk reaksi kimia.Kedua perangkat , menciptakan memaksa elektron untuk bergerak dalam satu arah di sepanjang sirkuit.Nilai EMF diukur dalam volt (V).Ini adalah unit dasar listrik.

Besarnya EMF dan kuat arus saling berhubungan, seperti tekanan dan aliran dalam zat cair. Pipa-pipa air selalu terisi air pada tekanan tertentu, tetapi air baru mulai mengalir ketika keran dihidupkan.

Demikian pula, dapat dihubungkan ke sumber EMF, tetapi arus tidak akan mengalir di dalamnya sampai jalur dibuat di mana elektron dapat bergerak. Ini bisa berupa, katakanlah, lampu listrik atau penyedot debu, sakelar di sini memainkan peran keran yang "melepaskan" arus.

Hubungan antara arus dan tegangan

Ketika tegangan dalam rangkaian meningkat, begitu juga arus. Mempelajari kursus fisika, kita belajar bahwa rangkaian listrik terdiri dari beberapa bagian yang berbeda: biasanya sakelar, konduktor, dan perangkat yang mengkonsumsi listrik. Semuanya, terhubung bersama, menciptakan hambatan terhadap arus listrik, yang (dengan asumsi suhu konstan) untuk komponen ini tidak berubah seiring waktu, tetapi berbeda untuk masing-masing komponen. Oleh karena itu, jika tegangan yang sama diberikan pada bola lampu dan setrika, maka aliran elektron di masing-masing perangkat akan berbeda, karena hambatannya berbeda. Akibatnya, kekuatan arus yang mengalir melalui bagian tertentu dari rangkaian ditentukan tidak hanya oleh tegangan, tetapi juga oleh resistansi konduktor dan perangkat.

Hukum Ohm

Besarnya hambatan listrik diukur dalam ohm (Ohm) dalam ilmu seperti fisika. Listrik (rumus, definisi, eksperimen) adalah topik yang luas. Kami tidak akan menurunkan formula yang rumit. Untuk pengenalan pertama dengan topik, apa yang telah dikatakan di atas sudah cukup. Namun, satu formula masih layak untuk diturunkan. Dia cukup rumit. Untuk setiap konduktor atau sistem konduktor dan perangkat, hubungan antara tegangan, arus dan hambatan diberikan oleh rumus: tegangan = arus x hambatan. Ini adalah ekspresi matematis dari hukum Ohm, dinamai George Ohm (1787-1854), yang merupakan orang pertama yang menetapkan hubungan ketiga parameter ini.

Fisika listrik adalah cabang ilmu yang sangat menarik. Kami hanya mempertimbangkan konsep dasar yang terkait dengannya. Anda belajar apa itu listrik, bagaimana itu terbentuk. Kami harap informasi ini bermanfaat bagi Anda.

Sesi semakin dekat, dan saatnya kita beralih dari teori ke praktik. Selama akhir pekan, kami duduk dan berpikir bahwa banyak siswa sebaiknya memiliki koleksi rumus fisika dasar yang berguna. Formula kering dengan penjelasan: singkat, padat, tidak lebih. Hal yang sangat berguna saat memecahkan masalah, lho. Ya, dan pada ujian, ketika apa yang dihafal dengan kejam sehari sebelumnya dapat "melompat keluar" dari kepalaku, pilihan seperti itu akan membantumu dengan baik.

Sebagian besar tugas biasanya diberikan dalam tiga bagian fisika yang paling populer. Ini Mekanika, termodinamika dan Fisika molekul, listrik. Mari kita bawa mereka!

Rumus dasar dalam fisika dinamika, kinematika, statika

Mari kita mulai dengan yang paling sederhana. Gerakan bujursangkar dan seragam favorit lama yang bagus.

Rumus kinematik:

Tentu saja, jangan lupakan gerakan dalam lingkaran, lalu beralih ke dinamika dan hukum Newton.

Setelah dinamika, saatnya untuk mempertimbangkan kondisi keseimbangan benda dan cairan, yaitu. statika dan hidrostatika

Sekarang kami memberikan rumus dasar pada topik "Usaha dan energi". Dimana kita tanpa mereka!

Rumus dasar fisika molekuler dan termodinamika

Mari selesaikan bagian mekanika dengan rumus getaran dan gelombang dan beralih ke fisika molekuler dan termodinamika.

Efisiensi, hukum Gay-Lussac, persamaan Clapeyron-Mendeleev - semua formula manis ini dikumpulkan di bawah ini.

Omong-omong! Ada diskon untuk semua pembaca kami 10% pada .

Rumus dasar dalam fisika: listrik

Saatnya beralih ke listrik, meskipun termodinamika kurang menyukainya. Mari kita mulai dengan elektrostatika.

Dan, untuk drum roll, kita selesaikan dengan rumus hukum Ohm, induksi elektromagnetik dan osilasi elektromagnetik.

Itu saja. Tentu saja, seluruh gunung formula dapat diberikan, tetapi ini tidak berguna. Ketika ada terlalu banyak formula, Anda dapat dengan mudah menjadi bingung, dan kemudian benar-benar melelehkan otak. Kami berharap lembar contekan rumus dasar fisika kami akan membantu Anda memecahkan masalah favorit Anda dengan lebih cepat dan lebih efisien. Dan jika Anda ingin mengklarifikasi sesuatu atau belum menemukan rumus yang Anda butuhkan: tanyakan pada ahlinya layanan siswa. Penulis kami menyimpan ratusan formula di kepala mereka dan mengklik tugas seperti kacang. Hubungi kami, dan segera tugas apa pun akan "terlalu sulit" untuk Anda.