1. Какъв е магнитният ефект на електрическия ток? Обяснете отговора си.
Способността на електрически ток, преминаващ през проводници от втори вид, да генерира магнитно поле около тези проводници
2. Как може компас да определи полюсите на магнит? Обяснете отговора си.
Северният полюс на стрелата е привлечен от южния полюс на магнита, южният полюс към северния.
3. Как можете да откриете наличието на магнитно поле в космоса? Обяснете отговора си.
Например с помощта на железни стърготини. Под въздействието на магнитното поле на тока, железните стърготини се разполагат около проводника не произволно, а по концентричен кръг.
4. Как да използваме компас, за да определим дали ток тече в проводник? Обяснете отговора си.
Ако стрелката на компаса е перпендикулярна на проводника, тогава в проводника тече постоянен ток.
5. Възможно ли е да се изреже магнит така, че единият от получените магнити да има само северен полюс, а другият да има само южен? Обяснете отговора си.
Невъзможно е да се отделят стълбовете един от друг чрез рязане. Магнитните полюси съществуват само по двойки.
6. Как можете да разберете дали има ток в проводника, без да използвате амперметър?
- Използване на магнитна игла, която реагира на тока в жицата.
- С помощта на чувствителен волтметър, като го свържете към краищата на проводника.
Електрическият ток във веригата винаги се проявява чрез някакво негово действие. Това може да бъде както работа при определено натоварване, така и съпътстващо действие на тока. Така по действието на тока може да се прецени неговото присъствие или отсъствие в дадена верига: ако товарът работи, има ток. Ако се наблюдава типично явление, свързано с тока, във веригата има ток и т.н.
По принцип електрическият ток е способен да предизвиква различни действия: термични, химични, магнитни (електромагнитни), светлинни или механични и различни видове токови действия често се появяват едновременно. Тези явления и действия на тока ще бъдат разгледани в тази статия.
Топлинен ефект на електрически ток
Когато постоянен или променлив електрически ток преминава през проводник, проводникът се нагрява. Такива нагревателни проводници при различни условия и приложения могат да бъдат: метали, електролити, плазма, метални стопилки, полупроводници, полуметали.
В най-простия случай, ако, да речем, електрически ток премине през нихромен проводник, тогава той ще се нагрее. Това явление се използва в отоплителни уреди: в електрически чайници, бойлери, нагреватели, електрически печки и др. При електродъгово заваряване температурата на електрическата дъга обикновено достига 7000 ° C, а металът се топи лесно - това е и топлинният ефект на тока.
Количеството топлина, отделена в секцията на веригата, зависи от напрежението, приложено към тази секция, стойността на протичащия ток и от времето на неговия поток ().
Чрез трансформиране на закона на Ом за участък от веригата е възможно да се използва напрежение или ток за изчисляване на количеството топлина, но тогава е задължително да се знае съпротивлението на веригата, защото именно тя ограничава тока и причинява , всъщност отопление. Или, знаейки тока и напрежението във веригата, можете също толкова лесно да намерите количеството отделена топлина.
Химическо действие на електрически ток
Електролити, съдържащи йони, под действието на постоянен електрически ток - това е химическият ефект на тока. Отрицателните йони (аниони) се привличат към положителния електрод (анод) по време на електролизата, а положителните йони (катиони) се привличат към отрицателния електрод (катод). Тоест веществата, съдържащи се в електролита, в процеса на електролиза, се отделят върху електродите на източника на ток.
Например двойка електроди се потапят в разтвор на определена киселина, алкали или сол и когато електрически ток преминава през веригата, на единия електрод се създава положителен заряд, а на другия - отрицателен. Йоните, съдържащи се в разтвора, започват да се отлагат върху електрода с противоположен заряд.
Например, по време на електролизата на меден сулфат (CuSO4), медните катиони Cu2+ с положителен заряд се придвижват към отрицателно зареден катод, където получават липсващия заряд и стават неутрални медни атоми, утаявайки се на повърхността на електрода. Хидроксилната група -OH ще предаде електрони на анода и в резултат на това ще се освободи кислород. Положително заредените Н+ водородни катиони и отрицателно заредените SO42- аниони ще останат в разтвора.
Химичното действие на електрическия ток се използва в промишлеността, например за разлагане на водата на съставните й части (водород и кислород). Също така, електролизата ви позволява да получите някои метали в чистата им форма. С помощта на електролиза върху повърхността се нанася тънък слой от определен метал (никел, хром) - това и т.н.
През 1832 г. Майкъл Фарадей открива, че масата m на веществото, освободено върху електрода, е право пропорционална на електрическия заряд q, който е преминал през електролита. Ако постоянен ток I премине през електролита за време t, тогава е валиден първият закон за електролизата на Фарадей:
Тук коефициентът на пропорционалност k се нарича електрохимичен еквивалент на веществото. Тя е числено равна на масата на веществото, освободено при преминаването на единичен електрически заряд през електролита, и зависи от химическата природа на веществото.
При наличие на електрически ток във всеки проводник (твърд, течен или газообразен), около проводника се наблюдава магнитно поле, тоест проводник с ток придобива магнитни свойства.
Така че, ако към проводника, през който протича токът, се донесе магнит, например под формата на магнитна стрелка на компас, тогава стрелката ще се завърти перпендикулярно на проводника и ако проводникът е навит върху желязна сърцевина и постоянен ток преминава през проводника, сърцевината ще се превърне в електромагнит.
През 1820 г. Ерстед открива магнитния ефект на тока върху магнитна игла, а Ампер установява количествените закони на магнитното взаимодействие на проводниците с тока.
Магнитното поле винаги се генерира от ток, тоест от движещи се електрически заряди, по-специално от заредени частици (електрони, йони). Противоположно насочените токове се отблъскват, еднопосочните се привличат.
Такова механично взаимодействие възниква поради взаимодействието на магнитни полета на токове, тоест на първо място е магнитно взаимодействие и едва след това механично. По този начин магнитното взаимодействие на токовете е първично.
През 1831 г. Фарадей установява, че променящото се магнитно поле от една верига генерира ток в друга верига: генерираната ЕДС е пропорционална на скоростта на изменение на магнитния поток. Логично е, че именно магнитното действие на токове се използва и до днес във всички трансформатори, а не само в електромагнитите (например в индустриалните).
В най-простата си форма светлинният ефект на електрическия ток може да се наблюдава в лампа с нажежаема жичка, чиято спирала се нагрява от преминаващия през нея ток до бяла топлина и излъчва светлина.
За лампа с нажежаема жичка светлинната енергия представлява около 5% от доставяната електроенергия, останалите 95% от която се превръщат в топлина.
Флуоресцентните лампи по-ефективно преобразуват текущата енергия в светлина - до 20% от електричеството се превръща във видима светлина благодарение на фосфора, който получава от електрически разряд в живачни пари или в инертен газ като неон.
Светлинният ефект на електрическия ток се реализира по-ефективно в диодите, излъчващи светлина. Когато електрически ток преминава през p-n прехода в посока напред, носителите на заряд - електрони и дупки - се рекомбинират с излъчването на фотони (поради прехода на електрони от едно енергийно ниво към друго).
Най-добрите излъчватели на светлина са полупроводниците с директна междина (т.е. тези, които позволяват директни оптични преходи от лента към лента), като GaAs, InP, ZnSe или CdTe. Чрез промяна на състава на полупроводниците е възможно да се създават светодиоди за всички възможни дължини на вълната от ултравиолетова (GaN) до средна инфрачервена (PbS). Ефективността на LED като източник на светлина достига средно 50%.
Както бе отбелязано по-горе, всеки проводник, през който протича електрически ток, се образува около себе си. Магнитните действия се преобразуват в движение, например в електрически двигатели, в магнитни повдигащи устройства, в магнитни клапани, в релета и др.
Механичното действие на един ток върху друг описва закона на Ампер. Този закон е създаден за първи път от Андре Мари Ампер през 1820 г. за постоянен ток. От това следва, че успоредните проводници с електрически токове, протичащи в една посока, се привличат, а в противоположни посоки се отблъскват.
Законът на Ампер се нарича още закон, който определя силата, с която магнитното поле действа върху малък сегмент от проводник с ток. Силата, с която магнитното поле действа върху проводящ елемент с ток в магнитно поле, е право пропорционална на тока в проводника и векторното произведение на елемента на дължината на проводника и магнитната индукция.
Той се основава на този принцип, при който роторът играе ролята на рамка с ток, ориентиран във външното магнитно поле на статора с въртящ момент M.
В раздела по въпроса за физиката. 8 клас. магнитно поле. помощник... дадено от автора молителнай-добрият отговор е 1-a Магнитно действие на електрически ток - способността на електрически ток, преминаващ през проводници от втори вид, да генерира магнитно поле около тези проводници.
1-b Положителното привлича отрицателно 🙂
2-a Ръката започва да се отклонява от нормалното си положение
2-b Едноименните отблъскват, за разлика от имената привличат
3-a В магнитно поле стрелката на компаса се върти по строго определен начин, винаги успоредно на силовите линии. (правило на джилета или лявата ръка)
3-b И в двата случая в краищата
4-a Можете да използвате отвертка или късо съединение (не е най-добрият начин)
4-b Северно магнитно е на южното географско, и обратно. Няма точно определение - те подлежат на изместване
5-a Нагряване на проводника
5-b Определено не
6 Кехлибар с магнит - братя?
Оказа се, че това е близо до истината, а светкавиците им „брат“. Наистина, когато кехлибарът се наелектризира, възникват искри, а искрите са малки светкавици.
Но мълнията е мълния и какво общо има магнитът с нея? Именно мълнията се оказа това, което обединява кехлибара и магнита, преди това „разделени“ от Гилбърт. Ето три откъса от описание на удар от мълния, които показват тясна връзка между електричеството на кехлибара и привличането на магнит.
„... През юли 1681 г. корабът Quick е ударен от мълния. Когато настъпи нощта, се оказа, според положението на звездите, че от трите компаса ... два, вместо да сочат север, както преди, сочат на юг, бившият северен край на третия компас е насочен към запад.
„... През юни 1731 г. търговец от Уексфийлд постави в ъгъла на стаята си голяма кутия, пълна с ножове, вилици и други предмети, изработени от желязо и стомана... Мълния влязла в къщата именно през този ъгъл, в който кутията застана, счупи го и разпръсна всички неща, които бяха в него. Всички тези вилици и ножове... се оказаха силно магнетизирани..."
“... Силна гръмотевична буря премина в с. Медведково; селяните видяха как мълния удари нож, след гръмотевична буря ножът започна да привлича железни гвоздеи ... "
Удари на мълнии, намагнетизиращи брадви, вили, ножове, други стоманени предмети, демагнетизиращи или ремагнетизиращи стрелки на компаса се наблюдаваха толкова често, че учените започнаха да търсят връзка между електрическите искри и магнетизма. Но нито преминаването на ток през железните пръти, нито въздействието върху тях на искри от лейденските буркани дадоха осезаеми резултати - желязото не беше магнетизирано, въпреки че точните съвременни инструменти вероятно биха усетили това.
Стрелката на компаса леко се отклони в експериментите на физика Романьози от град Трент, когато той доближи компаса до волтовия стълб - електрическа батерия. И тогава само когато през волтовата колона течеше ток. Но тогава Романьози не разбра причините за това поведение на стрелката на компаса.
Честта да открие връзката между електричеството и магнетизма се падна на датския физик Ханс Кристиан Ерстед (1777-1851) и дори тогава случайно. Това се случи на 15 февруари 1820 г., ето как. Този ден Ерстед изнасяше лекция по физика пред студенти в университета в Копенхаген. Лекцията беше посветена на топлинния ефект на тока, с други думи, нагряването на проводници, през които протича електрически ток. Сега това явление се използва постоянно - в електрически печки, ютии, бойлери, дори в електрически лампи, чиято спирала е нажежена до бяло от ток. А по времето на Ерстед подобно нагряване на проводник от ток се смяташе за ново и интересно явление.
6-b Поставете сърцевината
Наличието на ток в електрическата верига винаги се проявява с някакво действие. Например, работа при определено натоварване или някакво съпътстващо явление. Следователно, действието на електрическия ток показва присъствието му като такова в определена електрическа верига. Тоест, ако товарът работи, тогава протича токът.
Известно е, че електрическият ток предизвиква различни видове действия. Например, те включват термични, химически, магнитни, механични или светлинни. В същото време различни действия на електрически ток могат да се проявят едновременно. Ще ви разкажем по-подробно за всички прояви в този материал.
топлинно явление
Известно е, че температурата на проводника се повишава, когато ток преминава през него. Като такива проводници действат различни метали или техните стопилки, полуметали или полупроводници, както и електролити и плазма. Например, когато електрически ток преминава през нихромен проводник, той се нагрява силно. Това явление се използва в отоплителните устройства, а именно: в електрически чайници, бойлери, нагреватели и др. Електродъговото заваряване се характеризира с най-висока температура, а именно нагряването на електрическата дъга може да достигне до 7000 градуса по Целзий. При тази температура се постига леко топене на метала.
Количеството отделена топлина зависи пряко от това какво напрежение е приложено към тази секция, както и от електрическия ток и времето, необходимо за преминаване през веригата.
За да се изчисли количеството отделена топлина, се използва напрежение или ток. В този случай е необходимо да се знае индикаторът за съпротивление в електрическата верига, тъй като именно той провокира нагряване поради ограничаване на тока. Също така, количеството топлина може да се определи с помощта на ток и напрежение.
химично явление
Химичното действие на електрическия ток е електролизата на йони в електролита. По време на електролизата анодът прикрепя аниони към себе си, катодът - катиони.
С други думи, по време на електролизата се отделят определени вещества върху електродите на източника на ток.
Нека да дадем пример: два електрода се спускат в кисел, алкален или физиологичен разтвор. След това през електрическата верига преминава ток, който провокира създаването на положителен заряд на един от електродите, а на другия - отрицателен. Йоните, които са в разтвор, се отлагат върху електрод с различен заряд.
Химичното действие на електрическия ток се използва в промишлеността. И така, използвайки това явление, водата се разлага на кислород и водород. Освен това с помощта на електролиза се получават метали в чист вид, а повърхността също е галванизирана.
магнитен феномен
Електрически ток в проводник с всяко агрегатно състояние създава магнитно поле. С други думи, проводник с електрически ток е надарен с магнитни свойства.
По този начин, ако магнитна стрелка на компас се доближи до проводника, в който протича електрически ток, тогава тя ще започне да се върти и да заеме перпендикулярно положение на проводника. Ако този проводник е навит върху желязна сърцевина и през него преминава постоянен ток, тогава това ядро ще придобие свойствата на електромагнит.
Природата на магнитното поле винаги е наличието на електрически ток. Нека обясним: движещите се заряди (заредени частици) образуват магнитно поле. В този случай токове с противоположна посока се отблъскват, а токовете от същата посока се привличат. Това взаимодействие е оправдано от магнитното и механичното взаимодействие на магнитните полета на електрически токове. Оказва се, че магнитното взаимодействие на токовете е от първостепенно значение.
Магнитното действие се използва в трансформатори и електромагнити.
светлинен феномен
Най-простият пример за светлинно действие е лампа с нажежаема жичка. В този източник на светлина спиралата достига желаната стойност на температурата посредством ток, преминаващ през нея до състояние на бяла топлина. Ето как се излъчва светлината. В традиционната крушка с нажежаема жичка само пет процента от цялата електроенергия се изразходва за светлина, докато останалата част от лъвския дял се преобразува в топлина.
По-модерните колеги, като флуоресцентни лампи, най-ефективно преобразуват електричеството в светлина. Тоест около двадесет процента от цялата енергия е в основата на светлината. Фосфорът получава UV лъчение, идващо от разряда, което се среща в живачни пари или инертни газове.
Най-ефективното изпълнение на светлинното действие на тока се осъществява в. Електрически ток, преминаващ през pn преход, провокира рекомбинация на носители на заряд с излъчване на фотони. Най-добрите светодиодни излъчватели на светлина са полупроводниците с директна междина. Чрез промяна на състава на тези полупроводници е възможно да се създават светодиоди за различни светлинни вълни (с различни дължини и обхвати). Ефективността на светодиода достига 50 процента.
механично явление
Припомнете си, че около проводник с електрически ток възниква магнитно поле. Всички магнитни действия се превръщат в движение. Примери са електрически двигатели, магнитни подемни инсталации, релета и др.
През 1820 г. Андре Мари Ампер извежда добре познатия "закон на Ампер", който просто описва механичното действие на един електрически ток върху друг.
Този закон гласи, че успоредните проводници с електрически ток от една и съща посока изпитват привличане един към друг, а обратната посока, напротив, отблъскване.
Също така, законът на ампера определя големината на силата, с която магнитното поле действа върху малък сегмент от проводника с електрически ток. Именно тази сила е в основата на функционирането на електрическия двигател.
Най-простите електрически и магнитни явления са известни на хората от много древни времена.
Очевидно още през 600 години пр.н.е. д. гърците са знаели, че магнитът привлича желязо, а натритият кехлибар привлича леки предмети, като сламки и т.н. Въпреки това разликата между електрическото и магнитното привличане все още не е ясна; и двете се смятаха за явления от едно и също естество.
Ясно разграничение между тези явления е заслугата на английския лекар и натуралист Уилям Гилбърт (1544-1603), който през 1600 г. публикува книга, озаглавена „За магнита, магнитните тела и големия магнит – Земята“. С тази книга всъщност започва едно наистина научно изследване на електрическите и магнитните явления. Гилбърт описва в своята книга всички свойства на магнитите, които са били известни в неговата епоха, а също така очертава резултатите от своите собствени много важни експерименти. Той посочи редица съществени разлики между електрическото и магнитното привличане и въведе думата „електричество“.
Въпреки че след Хилберт разликата между електрически и магнитни явления вече беше безспорно ясна за всички, въпреки това редица факти показват, че при всичките си различия тези явления са някак тясно и неразривно свързани едно с друго. Най-забележими бяха фактите за намагнитване на железни предмети и премагнетизиране на магнитни стрели под въздействието на мълния. В своя труд „Гръм и мълния“ френският физик Доминик Франсоа Араго (1786-1853) описва например такъв случай. „През юли 1681 г. корабът Queen, който се намираше на сто мили от брега, в открито море, беше ударен от мълния, която причини значителни щети на мачтите, платната и т.н. Когато настъпи нощта, се оказа от позицията от звездите, които от три компаса, които бяха на кораба, два, вместо да сочат на север, започнаха да сочат на юг, а третият започна да сочи на запад. Араго също така описва случай, когато мълния удари къща и силно намагнетизирани стоманени ножове, вилици и други предмети в нея.
В началото на 18 век вече е установено, че мълнията всъщност е силен електрически ток, преминаващ през въздуха; следователно факти като описаните по-горе може да предполагат, че всеки електрически ток има някакво магнитно свойство. Тези свойства на течението обаче са открити експериментално и е възможно да се изследват едва през 1820 г. от датския физик Ханс Кристиан Ерстед (1777-1851).
Основният експеримент на Oersted е показан на фиг. 199. Над неподвижната тел 1, разположена по меридиана, т. е. в посока север-юг, върху тънка нишка е окачена магнитна игла 2 (фиг. 199, а). Стрелката, както знаете, също е инсталирана приблизително по линията север-юг и следователно е разположена приблизително успоредно на жицата. Но щом затворим ключа и оставим тока да тече през проводник 1, ще видим, че магнитната стрелка се върти, опитвайки се да бъде поставена под прав ъгъл спрямо нея, тоест в равнина, перпендикулярна на проводника (фиг. 199, б). Този фундаментален опит показва, че в пространството около проводник с ток действат сили, които предизвикват движението на магнитна игла, т.е. сили, подобни на тези, които действат близо до естествени и изкуствени магнити. Такива сили ще наречем магнитни сили, както наричаме силите, действащи върху електрически заряди, електрически.
Ориз. 199. Експеримент на Ерстед с магнитна игла, разкриващ съществуването на магнитно токово поле: 1 - проводник, 2 - магнитна игла, окачена успоредно на проводника, 3 - батерия от галванични клетки, 4 - реостат, 5 - ключ
В гл. II, ние въведохме понятието електрическо поле, за да обозначим онова специално състояние на пространството, което се проявява в действията на електрически сили. По същия начин ще наречем магнитното поле състоянието на пространството, което се усеща от действието на магнитните сили. Така експериментът на Ерстед доказва, че в пространството около електрическия ток възникват магнитни сили, т.е. създава се магнитно поле.
Първият въпрос, който Ерстед си зададе, след като направи забележителното си откритие, беше следният: дали веществото на жицата влияе на магнитното поле, създадено от тока? „Свързващият проводник“, пише Ерстед, „може да се състои от няколко проводника или метални ленти. Природата на метала не променя резултата, освен, може би, по отношение на величината.
Със същия резултат използвахме проводници от платина, злато, сребро, месинг и желязо, както и калай и оловни полици и живак.
Ерстед провежда всичките си експерименти с метали, тоест с проводници, в които проводимостта, както сега знаем, е от електронен характер. Не е трудно обаче да се проведе експериментът на Ерстед, като се замени металната жица с тръба, съдържаща електролит, или тръба, в която се появява разряд в газ. Ние вече описахме подобни експерименти в § 40 (фиг. 73) и видяхме, че въпреки че в тези случаи електрическият ток се дължи на движението на положителни и отрицателни йони, ефектът му върху магнитната стрелка е същият като при ток в метален проводник. Каквото и да е естеството на проводника, през който протича токът, около проводника винаги се създава магнитно поле, под въздействието на което стрелката се върти, опитвайки се да стане перпендикулярна на посоката на тока.
По този начин можем да твърдим: около всеки ток има магнитно поле. Това най-важно свойство на електрическия ток вече споменахме (§ 40), когато говорихме по-подробно за другите му действия – термични и химични.
От трите свойства или проявления на електрическия ток, най-характерното е създаването на магнитно поле. Химичните ефекти на тока в някои проводници - електролити - се осъществяват, в други - метали - липсват. Топлината, генерирана от тока, може да бъде по-голяма или по-малка за същия ток, в зависимост от съпротивлението на проводника. В свръхпроводниците е възможно дори да преминава ток без генериране на топлина (§ 49). Но магнитното поле е неразделен спътник на всеки електрически ток. Тя не зависи от никакви специални свойства на конкретен проводник и се определя само от силата и посоката на тока. Повечето от техническите приложения на електричеството също са свързани с наличието на магнитно токово поле.
