حول أسباب وطبيعة خطوط المجال المغناطيسي (MFLs) التي تنشأ بالقرب من المغناطيس الدائم والموصلات الحاملة للتيار. في مقال سابق، افترضت أن المجال المغناطيسي بالقرب من مغناطيس دائم أو موصل يحمل تيارًا يمثل نمط تداخل من MSLs متفاوت الشدة. أرفق معنى ماديًا معينًا لمصطلح MSL. وهذه ليست مجرد خطوط هندسية، ولكنها جزء من البنية المعقدة للمجال المغناطيسي، والذي يتكون بدوره من موجات مجهرية لها خصائص مغناطيسية. عندما يتم تطبيق المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم على قطعة من الحديد أو برادة الحديد، فإن هذا المجال يكون خارجي (EMF) بالنسبة إلى قطعة الحديد أو برادة الحديد. يقوم VMF أولاً بتحفيز المجال المغناطيسي الخاص به (SMF) في قطعة من الحديد أو في برادة الحديد، ثم يتفاعل مع هذا SMF من خلال MFL الخاص به.
وهذا ينطبق أيضًا على الموصلات التي تحمل التيار. طالما يوجد تيار في موصلات الدائرة المغلقة (مما يعني وجود SMP حول الموصلات)، فإن VMF يتفاعل مع SMP للموصلات من خلال MSL الخاصة بها. عندما لا يكون هناك تيار في الموصل، وبالتالي لا يوجد MSL حول الموصل، فإن EMF لا يعمل على الموصل نفسه، على الرغم من أن MSL الخاص به يخترق البنية الدقيقة للموصل.
سنتحدث في هذا المقال عن تفاعل المغناطيس والموصلات مع التيار عبر MSL.
ولنتذكر ما هو معروف عن هذا من المنشورات العلمية. كما ذكرنا سابقًا، أظهر G. Oersted في عام 1820 بشكل تجريبي تفاعل المغناطيس والموصل مع التيار. يشير سلوك الإبرة المغناطيسية بالقرب من موصل ذي تيار مباشر إلى وجود مجال مغناطيسي حول هذا الموصل. وفي وقت لاحق، تم إنشاء اتصال وثيق بين المجال المغناطيسي والتيار. في تلخيص تجاربه، أظهر أورستد أن وجود التيار في موصلات الدائرة المغلقة، مهما كانت طبيعتها، يستلزم دائمًا تكوين مجال مغناطيسي MSL حول موصلات هذه الدائرة. إن تفاعل MSL للموصل مع MSL للإبرة المغناطيسية هو الذي يتسبب في تحويل أحد أقطابها نحو الموصل مع التيار.
وفي عام 1821، أثبت العالم الفرنسي أ. أمبير العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية في حالة مرور التيار الكهربائي عبر الدائرة الكهربائية وعدم وجود مثل هذه العلاقة في الكهرباء الساكنة.
للتحقق مما إذا كان تفاعل MSL المشار إليه متبادلاً، أي. إذا كان المغناطيس يؤثر على موصل يحمل تيارًا، فسيتم إجراء التجربة التالية (الشكل 1). تم تعليق موصل ذو تيار مستمر فوق مغناطيس دائم ثابت. اتضح أن الموصل الحامل للتيار يتصرف بشكل مشابه للإبرة المغناطيسية.
إحدى التجارب المثيرة للاهتمام هي استخدام موصل مرن، يقع على مقربة من شريط مغناطيسي متوازي. عندما يظهر تيار في الموصل، فإنه يلتف حول شريط مغناطيسي (الشكل 2). يشير هذا إلى ظهور MSLs حول كل قسم من الموصل الحامل للتيار، والذي تفاعل مع MSL الخاص بمغناطيس الشريط.
تم التوصل إلى نفس الاستنتاج من قبل D. Arago، الذي لفت الانتباه في تجربته إلى حقيقة أنه إذا غمرت سلكًا معزولًا يحمل تيارًا في برادة معدنية، فإن برادة المعدن تلتصق به على طوله بالكامل، مثل المغناطيس. عند إيقاف تشغيل التيار، تختفي نشارة الخشب.
تم إنشاء تفاعلات مماثلة بين موصلين لهما تيار مباشر يقعان بالقرب من بعضهما البعض. في التجربة (الشكل 3)، تم تركيب موصلين متوازيين على مسافة قصيرة من بعضهما البعض. يتم جذب هذه الموصلات أو صدها حسب اتجاهها. في هذه التجارب وغيرها تبين أن التأثير المغناطيسي للتيار الكهربائي يشبه تفاعل مغناطيسين.
تظهر التجارب التي تناولناها حول تفاعل المجالات المغناطيسية أن جميع التفاعلات، سواء في حالة المغناطيس الدائم أو بين المغناطيس الدائم والموصلات الحاملة للتيار، وكذلك الموصلين الحاملين للتيار مع بعضهما البعض، يتم اختزالها في التفاعل المجالات المغناطيسية من خلال MSL الخاصة بهم. مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أنه في الممارسة العملية يتم إنشاء عدد كبير من الأجهزة التقنية على أساس تفاعل المجالات المغناطيسية، على وجه الخصوص، على أساس تفاعل المجالات المغناطيسية والموصلات مع التيار، يجب أن نقدم بعض التجارب التي نحن وسوف نحتاج لاحقاً إلى شرح بعض الظواهر في هذا المجال.
خذ بعين الاعتبار التجربة التالية حول تفاعل المجال المغناطيسي والموصل مع التيار. يوجد في المجال المغناطيسي لمغناطيس حدوة الحصان مقطع مستقيم من موصل يحمل تيارًا كهربيًا. (الشكل 4). من خلال تغيير اتجاه التيار في الموصل وتغيير موقعه بالنسبة لاتجاه المجال المغناطيسي، يمكنك تحديد اتجاه القوة المؤثرة على الموصل. عندما يتم تشغيل التيار (اعتمادًا على اتجاهه)، يمكن سحب الموصل إلى داخل المغناطيس أو دفعه خارج المغناطيس. في هذه الحالة، يعمل المجال المغناطيسي على موصل يحمل تيارًا فقط عندما يكون متعامدًا مع اتجاه مجال MSL. عندما يكون الموصل وMSL متوازيين، لا يحدث مجال التفاعل.
يتم تحديد القوة المؤثرة على موصل يحمل تيارًا في مجال مغناطيسي من العلاقة:
F= ك*ح*أنا*L*سينا،
حيث H هي شدة المجال المغناطيسي، I هي القوة الحالية، L هي طول المقطع المستقيم للموصل، وa هي الزاوية بين H وI.
وتسمى هذه العلاقة قانون أمبير. من الناحية العملية، في معظم الحالات، يتعين على المرء أن يتعامل مع الموصلات ذات الأشكال المختلفة التي يتدفق من خلالها التيار، ويكون تأثير المجال المغناطيسي على هذه الموصلات مع التيار معقدًا للغاية. دعونا نرى كيف يعمل المجال المغناطيسي على أشكال بسيطة من الموصلات الحاملة للتيار على شكل ملف أو ملف لولبي.
الملف ذو التيار، كما أظهرت التجارب، يشبه المغناطيس المسطح، الذي تقع أقطابه (الشمال والجنوب) على طائرات متقابلة من الملف. تكون الأقطاب متعامدة مع مستويات الملف الذي يحمل التيار. يمكنك تحديد أي من هذه القطبين يقع في الشمال وأيهما يقع في الجنوب باستخدام قاعدة الثقب. يتم تحديد القطب الشمالي للملف مع التيار من خلال اتجاه مقبض الدوران الخاص به - وهو تشبيه لاتجاه MSL. إذا قمت بربط المثقاب في اتجاه التيار، فإن خطوط MSL الخارجة من مستوى الملف ستشير إلى القطب الشمالي. يتم تحديد الأقطاب المغناطيسية للملف اللولبي بنفس الطريقة.
يميل المجال المغناطيسي الخارجي، الذي يعمل على ملف به تيار، إلى تدويره بحيث تكون MSL للملف موازية لـ MSL للمجال المغناطيسي الخارجي. لتحليل القوى المؤثرة على ملف يمر به تيار، من المناسب جعله مستطيل الشكل. في هذه الحالة، افترض أن جانبين من الملف موازيان لاتجاه المجال المغناطيسي، والجانبان الآخران متعامدان (الشكل 5). لا يتأثر الجانبان الأولان من الملف بالمجال المغناطيسي، لكن الجانبين الآخرين من الملف يخضعان لقوى مغناطيسية متساوية ومعاكسة تنشأ عن الاتجاه المعاكس للتيار. تشكل هذه القوى عزم الدوران الذي يدير الملف مع المستوى الحالي بشكل عمودي على اتجاه المجال المغناطيسي. على الجانبين الآخرين من الملف، يعمل المجال المغناطيسي على قوتين متساويتين ولكنهما متعاكستان في الاتجاه، مما يؤدي إلى تشويه (ضغط أو تمديد) الملف اعتمادًا على اتجاه التيار.
استنادا إلى نتائج التجارب المذكورة أعلاه وغيرها، يمكن استخلاص الاستنتاجات التالية.
يعمل المجال المغناطيسي على مقطع مستقيم من موصل يحمل التيار بقوة، يكون اتجاهها عموديًا على اتجاه التيار واتجاه MSL للمجال المغناطيسي؛
يخلق المجال المغناطيسي عزمًا يميل إلى تدوير الملف أو الملف اللولبي بحيث يتزامن الاتجاه من القطب الجنوبي للملف أو الملف اللولبي إلى القطب الشمالي مع اتجاه المجال؛
لا يؤثر المجال المغناطيسي على الموصلات الحاملة للتيار الموجودة على طول اتجاه MSL؛
ليست الموجات MSL مجرد خطوط هندسية، ولكنها جزء من البنية المعقدة للمجال المغناطيسي، والذي يتكون بدوره من موجات مجهرية لها خصائص مغناطيسية.
وسنتحدث عن طبيعة وخصائص هذه القوى وغيرها في المقال القادم.
يتجلى التيار الكهربائي في الدائرة دائمًا بطريقة ما. يمكن أن يكون هذا إما العمل تحت حمل معين أو التأثير المصاحب للتيار. وبالتالي، من خلال تأثير التيار يمكن الحكم على وجوده أو غيابه في دائرة معينة: إذا كان الحمل يعمل، فهناك تيار. إذا تمت ملاحظة ظاهرة نموذجية مصاحبة للتيار، فهذا يعني وجود تيار في الدائرة، وما إلى ذلك.
بشكل عام، التيار الكهربائي قادر على إحداث تأثيرات مختلفة: حرارية، كيميائية، مغناطيسية (كهرومغناطيسية)، ضوئية أو ميكانيكية، وغالبًا ما تحدث أنواع مختلفة من تأثيرات التيار في وقت واحد. سيتم مناقشة هذه الظواهر وتأثيرات التيار في هذه المقالة.
التأثير الحراري للتيار الكهربائي
عندما يمر تيار كهربائي مباشر أو متناوب عبر موصل، يسخن الموصل. يمكن أن تكون موصلات التسخين هذه في ظروف وتطبيقات مختلفة: معادن، إلكتروليتات، بلازما، معادن منصهرة، أشباه الموصلات، أشباه المعادن.
في أبسط الحالات، على سبيل المثال، إذا تم تمرير تيار كهربائي عبر سلك نيتشروم، فسوف يسخن. تستخدم هذه الظاهرة في أجهزة التدفئة: في الغلايات الكهربائية والغلايات والسخانات والمواقد الكهربائية وما إلى ذلك. في اللحام بالقوس الكهربائي، تصل درجة حرارة القوس الكهربائي بشكل عام إلى 7000 درجة مئوية، ويذوب المعدن بسهولة - وهذا أيضًا هو التأثير الحراري من التيار.
تعتمد كمية الحرارة المنبعثة في قسم من الدائرة على الجهد المطبق على هذا القسم وقيمة التيار المتدفق والوقت الذي يتدفق فيه ().
بعد تحويل قانون أوم لقسم من الدائرة، يمكنك استخدام الجهد أو التيار لحساب كمية الحرارة، ولكن بعد ذلك يجب عليك أيضًا معرفة مقاومة الدائرة، لأنها هي التي تحدد التيار، وفي الواقع، تسبب التدفئة. أو، بمعرفة التيار والجهد في الدائرة، يمكنك بسهولة العثور على كمية الحرارة المتولدة.
العمل الكيميائي للتيار الكهربائي
الشوارد التي تحتوي على أيونات تحت تأثير التيار الكهربائي المباشر هي التأثير الكيميائي للتيار. أثناء التحليل الكهربائي، تنجذب الأيونات السالبة (الأنيونات) إلى القطب الموجب (الأنود)، وتنجذب الأيونات الموجبة (الكاتيونات) إلى القطب السالب (الكاثود). أي أن المواد الموجودة في المنحل بالكهرباء يتم إطلاقها عند أقطاب المصدر الحالي أثناء عملية التحليل الكهربائي.
على سبيل المثال، يتم غمر زوج من الأقطاب الكهربائية في محلول حمض أو قلوي أو ملح معين، وعندما يتم تمرير تيار كهربائي عبر الدائرة، يتم إنشاء شحنة موجبة على أحد القطبين وشحنة سالبة على الآخر. تبدأ الأيونات الموجودة في المحلول بالترسب على القطب بالشحنة المعاكسة.
على سبيل المثال، أثناء التحليل الكهربائي لكبريتات النحاس (CuSO4)، تنتقل كاتيونات النحاس Cu2+ ذات الشحنة الموجبة إلى الكاثود سالب الشحنة، حيث تتلقى الشحنة المفقودة وتصبح ذرات نحاس محايدة، وتستقر على سطح القطب. ستتخلى مجموعة الهيدروكسيل -OH عن الإلكترونات عند الأنود، مما يؤدي إلى إطلاق الأكسجين. ستبقى كاتيونات الهيدروجين H+ المشحونة بشكل إيجابي والأنيونات سالبة الشحنة SO42- في المحلول.
يُستخدم التأثير الكيميائي للتيار الكهربائي في الصناعة، على سبيل المثال، لتحليل الماء إلى الأجزاء المكونة له (الهيدروجين والأكسجين). يتيح التحليل الكهربائي أيضًا الحصول على بعض المعادن في شكلها النقي. باستخدام التحليل الكهربائي، يتم طلاء طبقة رقيقة من معدن معين (النيكل والكروم) على السطح - هذا، وما إلى ذلك.
في عام 1832، أثبت مايكل فاراداي أن كتلة المادة المنطلقة عند القطب تتناسب طرديًا مع الشحنة الكهربائية q التي تمر عبر المنحل بالكهرباء. إذا مر تيار مباشر I عبر المحلول الكهربائي لفترة زمنية t، فإن قانون فاراداي الأول للتحليل الكهربائي يكون صالحًا:
هنا يسمى معامل التناسب k بالمعادل الكهروكيميائي للمادة. وهي تساوي عدديًا كتلة المادة المنطلقة عند مرور شحنة كهربائية واحدة عبر المنحل بالكهرباء، وتعتمد على الطبيعة الكيميائية للمادة.
في حالة وجود تيار كهربائي في أي موصل (صلب أو سائل أو غازي)، يلاحظ مجال مغناطيسي حول الموصل، أي أن الموصل الذي يحمل التيار يكتسب خصائص مغناطيسية.
لذلك، إذا قمت بإحضار مغناطيس إلى موصل يتدفق من خلاله التيار، على سبيل المثال، على شكل إبرة بوصلة مغناطيسية، فإن الإبرة ستتحول بشكل عمودي على الموصل، وإذا قمت بلف الموصل حول قلب حديدي ومرر التيار المباشر من خلال الموصل، سوف يصبح القلب مغناطيسًا كهربائيًا.
في عام 1820، اكتشف أورستد التأثير المغناطيسي للتيار على الإبرة المغناطيسية، ووضع أمبير القوانين الكمية للتفاعل المغناطيسي للموصلات مع التيار.
يتولد المجال المغناطيسي دائمًا عن طريق التيار، أي عن طريق تحريك الشحنات الكهربائية، وخاصة عن طريق الجسيمات المشحونة (الإلكترونات والأيونات). التيارات ذات الاتجاه المعاكس تتنافر، والتيارات أحادية الاتجاه تتجاذب.
يحدث هذا التفاعل الميكانيكي بسبب تفاعل المجالات المغناطيسية للتيارات، أي أنه في المقام الأول تفاعل مغناطيسي، ثم ميكانيكي فقط. وبالتالي، فإن التفاعل المغناطيسي للتيارات هو أولي.
في عام 1831، أثبت فاراداي أن المجال المغناطيسي المتغير من إحدى الدوائر يولد تيارًا في دائرة أخرى: إن القوة الدافعة الكهربية المتولدة تتناسب مع معدل تغير التدفق المغناطيسي. من المنطقي أن العمل المغناطيسي للتيارات يستخدم حتى يومنا هذا في جميع المحولات، وليس فقط في المغناطيسات الكهربائية (على سبيل المثال، في الصناعية).
في أبسط صوره، يمكن ملاحظة التأثير المضيء للتيار الكهربائي في المصباح المتوهج، الذي يتم تسخين دوامته بواسطة التيار المار عبره إلى حرارة بيضاء وينبعث الضوء.
بالنسبة للمصباح المتوهج، تمثل الطاقة الضوئية حوالي 5% من الكهرباء الموردة، ويتم تحويل 95% المتبقية منها إلى حرارة.
تعمل مصابيح الفلورسنت على تحويل الطاقة الحالية إلى ضوء بشكل أكثر كفاءة - حيث يتم تحويل ما يصل إلى 20٪ من الكهرباء إلى ضوء مرئي بفضل الفوسفور، الذي يستقبل من التفريغ الكهربائي في بخار الزئبق أو في غاز خامل مثل النيون.
يتم تحقيق التأثير المضيء للتيار الكهربائي بشكل أكثر كفاءة في مصابيح LED. عندما يتم تمرير تيار كهربائي عبر تقاطع pn في الاتجاه الأمامي، تتحد ناقلات الشحنة - الإلكترونات والثقوب - مع انبعاث الفوتونات (بسبب انتقال الإلكترونات من مستوى طاقة إلى آخر).
أفضل بواعث الضوء هي أشباه الموصلات ذات الفجوة المباشرة (أي تلك التي تسمح بالانتقالات المباشرة لنطاق النطاق البصري)، مثل GaAs، أو InP، أو ZnSe، أو CdTe. من خلال تغيير تركيبة أشباه الموصلات، من الممكن إنشاء مصابيح LED لأطوال موجية مختلفة من الأشعة فوق البنفسجية (GaN) إلى الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (PbS). تصل كفاءة LED كمصدر للضوء إلى 50٪ في المتوسط.
كما ذكرنا أعلاه، فإن كل موصل يتدفق من خلاله التيار الكهربائي يشكل دائرة حول نفسه. يتم تحويل الإجراءات المغناطيسية إلى حركة، على سبيل المثال، في المحركات الكهربائية وأجهزة الرفع المغناطيسية والصمامات المغناطيسية والمرحلات وما إلى ذلك.
يوصف العمل الميكانيكي لتيار على آخر بقانون أمبير. تم إنشاء هذا القانون لأول مرة من قبل أندريه ماري أمبير في عام 1820 للتيار المباشر. ويترتب على ذلك أن الموصلات المتوازية ذات التيارات الكهربائية التي تتدفق في اتجاه واحد تتجاذب، وتتنافر في اتجاهين متعاكسين.
قانون أمبير هو أيضًا القانون الذي يحدد القوة التي يؤثر بها المجال المغناطيسي على جزء صغير من الموصل الذي يحمل تيارًا. إن القوة التي يعمل بها المجال المغناطيسي على عنصر موصل يحمل التيار الموجود في مجال مغناطيسي تتناسب طرديًا مع التيار في الموصل والمنتج المتجه لعنصر طول الموصل والحث المغناطيسي.
يعتمد على هذا المبدأ، حيث يلعب الدوار دور الإطار مع التيار الموجه في المجال المغناطيسي الخارجي للجزء الثابت مع عزم الدوران M.
يمكن تحديد ما إذا كان هناك تيار كهربائي في الدائرة من خلال مظاهره المختلفة، والتي تسمى تأثيرات التيار الكهربائي. يمكن أن يسبب التيار الكهربائي ظواهر حرارية وخفيفة وكيميائية. كما أن التيار الكهربائي يسبب دائمًا ظاهرة مغناطيسية.
التأثير الحراري للتيار الكهربائي هو تسخين الموصل عند وجود تيار فيه. ومع ذلك، إذا تم تسخين الموصل إلى درجة حرارة عالية بما فيه الكفاية، فإنه يمكن أن يبدأ في التوهج. أي أن التأثير المضيء للتيار سوف يظهر نتيجة للتأثير الحراري.
على سبيل المثال، إذا مرر تيار كهربائي عبر سلك حديدي، فسوف يسخن. ويستخدم تأثير حراري مماثل للتيار في المعادن في الغلايات الكهربائية وبعض الأجهزة المنزلية الأخرى.
يبدأ خيوط التنغستن في المصابيح المتوهجة في التوهج عند تسخينها بقوة. في هذه الحالة، يتم استخدام تأثير الضوء للتيار الكهربائي. وفي المصابيح الموفرة للطاقة، يتوهج الغاز عندما يمر تيار كهربائي من خلاله.
يتجلى التأثير الكيميائي للتيار الكهربائي في ما يلي. خذ محلولًا من ملح أو قلوي أو حمض معين. يتم غمر قطبين فيها، فعندما يمر تيار كهربائي عبر الدائرة، تتولد شحنة موجبة على أحد القطبين وشحنة سالبة على الآخر. تبدأ الأيونات الموجودة في المحلول (عادة أيونات معدنية موجبة الشحنة) بالترسب على القطب بالشحنة المعاكسة. وتسمى هذه الظاهرة التحليل الكهربائي.
على سبيل المثال، في محلول كبريتات النحاس (CuSO 4)، تتحرك أيونات النحاس ذات الشحنة الموجبة (Cu 2+) نحو القطب السالب الشحنة. بعد تلقي الأيونات المفقودة من القطب، فإنها تتحول إلى ذرات النحاس المحايدة وتستقر على القطب. في هذه الحالة، تتبرع مجموعات الهيدروكسيل من الماء (-OH) بإلكتروناتها إلى القطب الموجب الشحنة. ونتيجة لذلك، يتم إطلاق الأكسجين من المحلول. تبقى أيونات الهيدروجين ذات الشحنة الموجبة (H+) ومجموعات الكبريتات ذات الشحنة السالبة (SO 4 2-) في المحلول.
وهكذا، نتيجة للتحليل الكهربائي، يحدث تفاعل كيميائي.
يستخدم العمل الكيميائي للتيار الكهربائي في الصناعة. يتيح لك التحليل الكهربائي الحصول على بعض المعادن في شكلها النقي. كما يستخدم لتغطية السطح بطبقة رقيقة من معدن معين (النيكل، الكروم).
التأثير المغناطيسي للتيار الكهربائي هو أن الموصل الذي يتدفق من خلاله التيار يعمل على مغناطيس أو يمغناطيس الحديد. على سبيل المثال، إذا قمت بوضع موصل موازٍ للإبرة المغناطيسية للبوصلة، فسوف تدور الإبرة بمقدار 90 درجة. إذا قمت بلف جسم حديدي صغير بموصل، فإن الجسم يصبح مغناطيسًا عندما يمر تيار كهربائي عبر الموصل.
يستخدم التأثير المغناطيسي للتيار في أجهزة قياس الكهرباء.
التأثير المغناطيسي للتيار
ماريو لوزي
تجربة أورستيد
اقترح الباحثون الأوائل احتمال وجود علاقة وثيقة بين الكهرباء والمغناطيسية، بعد أن أذهلهم تشبيه ظواهر الجذب والتنافر الكهروستاتيكية والمغناطيسية. كانت هذه الفكرة منتشرة على نطاق واسع لدرجة أن كاردان أولاً، ثم هيلبرت، اعتبروها تحيزًا وحاولوا بكل طريقة ممكنة إثبات الفرق بين هاتين الظاهرتين. لكن هذا الافتراض ظهر مرة أخرى في القرن الثامن عشر، وكان له مبرر أكبر، عندما تم إثبات التأثير الممغنط للبرق، وتمكن فرانكلين وبيكاريا من تحقيق المغنطة باستخدام تفريغ جرة ليدن. أثارت قوانين كولومب، وهي نفس قوانين الظواهر الكهروستاتيكية والمغناطيسية، هذه المشكلة مرة أخرى.
وبعد أن مكنت بطارية فولتا من إنتاج تيار كهربائي لفترة طويلة، أصبحت محاولات اكتشاف العلاقة بين الظواهر الكهربائية والمغناطيسية أكثر تكرارا وأكثر كثافة. ومع ذلك، وعلى الرغم من عمليات البحث المكثفة، كان على الاكتشاف أن ينتظر عشرين عامًا. وينبغي البحث عن أسباب هذا التأخير في الأفكار العلمية التي كانت سائدة في ذلك الوقت. لم يتم فهم جميع القوى إلا بالمعنى النيوتوني، أي كقوى تؤثر بين جزيئات المادة على طول خط مستقيم يربط بينها. ولذلك سعى الباحثون إلى اكتشاف قوى من هذا النوع على وجه التحديد من خلال بناء الأجهزة التي كانوا يأملون من خلالها اكتشاف التجاذب أو التنافر المفترض بين القطب المغناطيسي والتيار الكهربائي (أو، بشكل أكثر عمومية، بين "السائل الجلفاني" والسائل المغناطيسي). أو عن طريق محاولة مغنطة إبرة فولاذية، وتوجيه التيار من خلالها.
حاول جيان دومينيكو روماجنوسي (1761-1835) أيضًا اكتشاف التفاعل بين السائل الجلفاني والمغناطيسي في التجارب التي وصفها في مقال عام 1802، والتي شارك فيها غولييلمو ليبري (1803-1869)، وبيترو كونفيجلياتشي (1777-1844) وغيرهم الكثير. تمت الإشارة إليه لاحقًا، ونسب إلى روماجنوسي أولوية هذا الاكتشاف. ومع ذلك، يكفي قراءة هذا المقال للاقتناع بأنه في تجارب روماجنوسي مع بطارية الدائرة المفتوحة والإبرة المغناطيسية، لم يكن هناك تيار كهربائي على الإطلاق، وبالتالي فإن أقصى ما يمكن أن يلاحظه هو العمل الكهروستاتيكي العادي.
عندما وصف الفيزيائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد (1777-1851) في 21 يوليو 1820، في مقالة مقتضبة للغاية من أربع صفحات (باللاتينية)، بعنوان "تجربة حول تأثير الصراع الكهربائي في acum Magnetam"، تجربة أساسية في الكهرومغناطيسية، إثبات أن التيار في موصل مستقيم يمتد على طول خط الطول ينحرف الإبرة المغناطيسية عن اتجاه خط الطول، وكان اهتمام العلماء ودهشتهم كبيرًا ليس فقط لأنه تم الحصول على مثل هذا الحل الذي طال انتظاره للمشكلة، ولكن أيضًا لأنه فالتجربة الجديدة، كما أصبح واضحًا على الفور، أشارت إلى قوة غير نيوتونية. في الواقع، من تجربة أورستد كان من الواضح أن القوة المؤثرة بين القطب المغناطيسي والعنصر الحالي لا يتم توجيهها على طول الخط المستقيم الذي يربط بينهما، ولكن على طول العمودي إلى هذا الخط المستقيم، أي أنه كما قالوا حينها ""قوة تحول"." لقد تم الشعور بأهمية هذه الحقيقة حتى في ذلك الوقت، على الرغم من أنها لم تتحقق بالكامل إلا بعد سنوات عديدة. أحدثت تجربة أورستد الصدع الأول في نموذج نيوتن للعالم.
يمكن الحكم على الصعوبة التي وجد العلم نفسه فيها، على سبيل المثال، من خلال الارتباك الذي وقع فيه المترجمون الإيطاليون والفرنسيون والإنجليز والألمان عندما ترجموا مقال أورستد اللاتيني إلى لغتهم الأم. وفي كثير من الأحيان، بعد أن بدوا ترجمة حرفية غير واضحة بالنسبة لهم، كانوا يستشهدون بالأصل اللاتيني في ملاحظة.
وفي الواقع، فإن ما يظل غير واضح في مقالة أورستد حتى اليوم هو التفسير الذي يحاول تقديمه للظواهر التي لاحظها، والتي، في رأيه، ناجمة عن حركتين لولبيتين موجهتين بشكل متعاكس حول موصل "المادة الكهربائية، الإيجابية والسلبية". ، على التوالى."
إن تفرد الظاهرة التي اكتشفها أورستد جذب على الفور اهتمامًا كبيرًا من التجريبيين والمنظرين. تحدث أراغو، العائد من جنيف، حيث كان حاضرا في تجارب مماثلة كررها دي لا ريف، عنها في باريس، وفي سبتمبر من نفس عام 1820 قام بتجميع تركيبته الشهيرة مع موصل تيار عمودي يمر عبر قطعة من الورق المقوى موضوعة أفقيا رشها بنشارة الحديد. لكنه لم يجد دوائر برادة الحديد التي نلاحظها عادة عند إجراء هذه التجربة. وقد رأى المجربون هذه الدوائر بوضوح منذ أن طرح فاراداي نظرية "المنحنيات المغناطيسية" أو "خطوط القوة". في الواقع، في كثير من الأحيان، لكي ترى شيئًا ما، عليك أن ترغب فيه حقًا! ولم ير أراغو سوى أن الموصل، على حد تعبيره، «ملتصق برادة الحديد وكأنه مغناطيس»، واستنتج منه أن «التيار يسبب مغناطيسية في الحديد الذي لم يتعرض لمغنطة سابقة».
كل ذلك في نفس عام 1820، قرأ بيوت تقريرين (30 أكتوبر و18 ديسمبر)، حيث أبلغ عن نتائج الدراسة التجريبية التي أجراها هو وسافارت. في محاولة لاكتشاف القانون الذي يحدد اعتماد حجم القوة الكهرومغناطيسية على المسافة، قرر بيوت استخدام طريقة التذبذب التي استخدمها كولومب من قبل. للقيام بذلك، قام بتجميع تركيب يتكون من موصل عمودي سميك يقع بجوار إبرة مغناطيسية: عند تشغيله، التيار
يتجلى وجود التيار في الدائرة الكهربائية دائمًا من خلال بعض الإجراءات. على سبيل المثال، العمل تحت حمل معين أو بعض الظواهر ذات الصلة. وبالتالي، فإن عمل التيار الكهربائي هو الذي يشير إلى وجوده على هذا النحو في دائرة كهربائية معينة. وهذا هو، إذا كان الحمل يعمل، فإن التيار يحدث.
من المعروف أن التيار الكهربائي يسبب أنواعًا مختلفة من التأثيرات. على سبيل المثال، تشمل هذه العناصر الحرارية أو الكيميائية أو المغناطيسية أو الميكانيكية أو الضوئية. في هذه الحالة، يمكن أن تظهر تأثيرات مختلفة للتيار الكهربائي في وقت واحد. سنخبرك بمزيد من التفاصيل حول جميع المظاهر الموجودة في هذه المادة.
ظاهرة حرارية
من المعروف أن درجة حرارة الموصل تزداد عندما يمر التيار فيه. هذه الموصلات هي معادن مختلفة أو ذوبانها، أشباه المعادن أو أشباه الموصلات، وكذلك الشوارد والبلازما. على سبيل المثال، عند تمرير تيار كهربائي عبر سلك نيتشروم، يصبح ساخنًا جدًا. وتستخدم هذه الظاهرة في أجهزة التدفئة، وهي: في الغلايات الكهربائية، والغلايات، والسخانات، وغيرها. يتمتع اللحام بالقوس الكهربائي بأعلى درجة حرارة، أي أن تسخين القوس الكهربائي يمكن أن يصل إلى 7000 درجة مئوية. عند درجة الحرارة هذه، يتم تحقيق ذوبان المعدن بسهولة.
تعتمد كمية الحرارة المتولدة بشكل مباشر على الجهد المطبق على قسم معين، وكذلك على التيار الكهربائي والوقت الذي يمر فيه عبر الدائرة.
لحساب كمية الحرارة المتولدة، يتم استخدام الجهد أو التيار. في هذه الحالة، من الضروري معرفة مؤشر المقاومة في الدائرة الكهربائية، لأنه هو الذي يثير التسخين بسبب محدودية التيار. كما يمكن تحديد كمية الحرارة باستخدام التيار والجهد.
ظاهرة كيميائية
التأثير الكيميائي للتيار الكهربائي هو التحليل الكهربائي للأيونات الموجودة في المنحل بالكهرباء. أثناء التحليل الكهربائي، يربط الأنود الأنيونات بنفسه، والكاثود - الكاتيونات.
بمعنى آخر، أثناء التحليل الكهربائي، يتم إطلاق مواد معينة على أقطاب المصدر الحالي.
لنأخذ مثالاً: يتم إنزال قطبين كهربائيين في محلول حمضي أو قلوي أو ملحي. ثم يتم تمرير تيار عبر الدائرة الكهربائية، مما يؤدي إلى تكوين شحنة موجبة على أحد الأقطاب الكهربائية، وشحنة سالبة على الآخر. يتم ترسيب الأيونات الموجودة في المحلول على القطب بشحنة مختلفة.
يستخدم العمل الكيميائي للتيار الكهربائي في الصناعة. وهكذا، وباستخدام هذه الظاهرة، يتحلل الماء إلى أكسجين وهيدروجين. بالإضافة إلى ذلك، باستخدام التحليل الكهربائي، يتم الحصول على المعادن في شكلها النقي، كما يتم طلاء الأسطح بالكهرباء.
الظاهرة المغناطيسية
يخلق التيار الكهربائي في موصل في أي حالة من حالات التجميع مجالًا مغناطيسيًا. بمعنى آخر، يتمتع الموصل ذو التيار الكهربائي بخصائص مغناطيسية.
وبالتالي، إذا قمت بتقريب إبرة البوصلة المغناطيسية من موصل يتدفق فيه تيار كهربائي، فسوف تبدأ في الدوران وتتخذ وضعًا عموديًا على الموصل. إذا قمت بلف هذا الموصل حول قلب حديدي وتمرير تيار مباشر من خلاله، فإن هذا القلب سوف يكتسب خصائص المغناطيس الكهربائي.
طبيعة المجال المغناطيسي هي دائما وجود تيار كهربائي. دعونا نشرح: تشكل الشحنات المتحركة (الجسيمات المشحونة) مجالًا مغناطيسيًا. في هذه الحالة، تتنافر التيارات ذات الاتجاهين المعاكسين، وتتجاذب التيارات ذات الاتجاه نفسه. يعتمد هذا التفاعل على التفاعل المغناطيسي والميكانيكي للمجالات المغناطيسية والتيارات الكهربائية. وتبين أن التفاعل المغناطيسي للتيارات أمر بالغ الأهمية.
يستخدم العمل المغناطيسي في المحولات والمغناطيسات الكهربائية.
ظاهرة الضوء
أبسط مثال على عمل الضوء هو المصباح المتوهج. في هذا المصدر الضوئي يصل اللولب إلى قيمة درجة الحرارة المطلوبة من خلال التيار الذي يمر عبره إلى حالة الحرارة البيضاء. هذه هي الطريقة التي ينبعث منها الضوء. في المصباح الكهربائي المتوهج التقليدي، يتم إنفاق خمسة بالمائة فقط من إجمالي الكهرباء على الضوء، بينما يتم تحويل حصة الأسد المتبقية إلى حرارة.
نظائرها الحديثة، على سبيل المثال، مصابيح الفلورسنت، هي الأكثر كفاءة في تحويل الكهرباء إلى ضوء. أي أن حوالي عشرين بالمائة من الطاقة كلها تكمن في أساس الضوء. يتلقى الفوسفور الأشعة فوق البنفسجية القادمة من التفريغ الذي يحدث في بخار الزئبق أو الغازات الخاملة.
التنفيذ الأكثر فعالية للعمل الخفيف للتيار يحدث في. يثير التيار الكهربائي الذي يمر عبر تقاطع pn إعادة تركيب حاملات الشحنة مع انبعاث الفوتونات. أفضل بواعث ضوء LED هي أشباه الموصلات ذات الفجوة المباشرة. ومن خلال تغيير تركيبة أشباه الموصلات هذه، من الممكن إنشاء مصابيح LED لموجات ضوئية مختلفة (أطوال ونطاقات مختلفة). تصل كفاءة LED إلى 50 بالمائة.
ظاهرة ميكانيكية
تذكر أن المجال المغناطيسي ينشأ حول موصل يحمل تيارًا كهربائيًا. يتم تحويل جميع الإجراءات المغناطيسية إلى حركة. تشمل الأمثلة المحركات الكهربائية ووحدات الرفع المغناطيسية والمرحلات وما إلى ذلك.
في عام 1820، ابتكر أندريه ماري أمبير "قانون أمبير" المعروف، والذي يصف التأثير الميكانيكي لتيار كهربائي على آخر.
ينص هذا القانون على أن الموصلات المتوازية التي تحمل تيارًا كهربائيًا في نفس الاتجاه تتجاذب مع بعضها البعض، بينما تتعرض الموصلات الموجودة في الاتجاه المعاكس، على العكس من ذلك، للتنافر.
كما يحدد قانون الأمبير مقدار القوة التي يؤثر بها المجال المغناطيسي على قطعة صغيرة من موصل يحمل تيارًا كهربائيًا. هذه هي القوة التي تكمن وراء عمل المحرك الكهربائي.