Püsimagnetite ja voolu juhtivate juhtide läheduses tekkivate magnetväljajoonte (MFL) põhjuste ja olemuse kohta. Eelmises artiklis püstitasin hüpoteesi, et püsimagneti või voolu juhtiva juhtme läheduses olev magnetväli kujutab endast erineva intensiivsusega MSL-ide häiremustrit. Ma omistan terminile MSL teatud füüsilise tähenduse. Need ei ole lihtsalt geomeetrilised jooned, vaid osa magnetvälja keerulisest struktuurist, mis omakorda koosneb mikroskoopilistest lainetest, millel on magnetilised omadused. Kui rauatükk või raudviil puutub kokku püsimagneti magnetväljaga, on see väli (EMF) rauatüki või rauaviilide suhtes. VMF indutseerib esmalt oma magnetvälja (SMF) rauatükis või rauast ja seejärel suhtleb selle SMF-iga oma MFL-i kaudu.
See kehtib ka voolu kandvate juhtmete kohta. Kuni suletud ahela juhtides on voolu (mis tähendab, et juhtide ümber on SMP), suhtleb VMF juhtide SMP-ga nende MSL-i kaudu. Kui juhis ei ole voolu ja seega ka MSL-i juhtme ümber, ei mõjuta EMF juhile endale, kuigi selle MSL tungib läbi juhi mikrostruktuuri.
Selles artiklis räägime magnetite ja juhtide koostoimest MSL-i läbiva vooluga.
Tuletagem meelde, mis selle kohta on teada teadusväljaannetest. Nagu varem mainitud, demonstreeris G. Oersted 1820. aastal eksperimentaalselt magneti ja juhi koostoimet vooluga. Magnetnõela käitumine alalisvooluga juhi lähedal näitas, et selle juhi ümber oli magnetväli. Seejärel loodi tihe seos magnetvälja ja voolu vahel. Oma katseid kokku võttes näitas Oersted, et voolu olemasolu suletud ahela juhtides, olenemata nende olemusest, toob alati kaasa MSL-i magnetvälja moodustumise selle ahela juhtide ümber. Just juhi MSL-i ja magnetnõela MSL-i vastasmõju põhjustab selle ühe pooluse pööramise vooluga juhi poole.
1821. aastal tegi prantsuse teadlane A. Ampere kindlaks elektri ja magnetismi vahelise seose vooluringi läbiva elektrivoolu ja sellise seose puudumise korral staatilises elektris.
Kontrollimaks, kas näidatud MSL-i interaktsioon on vastastikune, s.t. kas magnet mõjutab voolu juhtivat juhti, viidi läbi järgmine katse (joonis 1). Statsionaarse püsimagneti kohale riputati alalisvooluga juht. Selgus, et voolu juhtiv juht käitub sarnaselt magnetnõelaga.
Huvitav katse on painduva juhiga, mis asub paralleelse ribamagneti vahetus läheduses. Kui juhis tekkis vool, mähkus see magnetiriba ümber (joonis 2). See näitas, et MSL-id ilmusid voolu juhtiva juhtme iga sektsiooni ümber, mis suhtles ribamagneti MSL-iga.
Sama järelduse tegi ka D. Arago, kes juhtis oma katses tähelepanu tõsiasjale, et kui kasta voolu juhtiv isoleeritud traat metallviiludesse, kleepuvad viilud selle külge kogu pikkuses nagu magnet. Kui vool on välja lülitatud, kaob saepuru.
Sarnased vastasmõjud loodi kahe üksteise lähedal asuva alalisvooluga juhtme vahel. Katses (joonis 3) paigaldatakse kaks paralleelset juhti üksteisest lühikese vahemaa kaugusel. Need juhid tõmbasid või tõrjusid sõltuvalt selle suunast. Nendes ja teistes katsetes näidati, et elektrivoolu magnetiline toime on sarnane kahe magneti vastasmõjule.
Eksperimendid, mida oleme vaadelnud magnetväljade vastastikmõju kohta, näitavad, et kõik vastastikmõjud nii püsimagnetite puhul kui ka püsimagnetite ja voolu juhtivate juhtide vahel, samuti kahe voolu kandva juhi vahel, taandatakse vastastikmõjule. magnetväljade MSL kaudu. Võttes arvesse asjaolu, et praktikas luuakse suur hulk tehnilisi seadmeid magnetvälja interaktsiooni alusel, eelkõige magnetväljade ja juhtmete vastasmõju vooluga, peaksime esitama mõned katsed, mida me pean hiljem selgitama mõningaid selle valdkonna nähtusi.
Vaatleme järgmist eksperimenti magnetvälja ja juhi koosmõju kohta vooluga. Hobuserauamagneti magnetväljas on voolu kandva juhi sirge osa. (joonis 4). Muutes juhi voolu suunda ja muutes selle asukohta magnetvälja suuna suhtes, saate määrata juhile mõjuva jõu suuna. Kui vool on sisse lülitatud (olenevalt selle suunast), saab juhi tõmmata magneti sisse või lükata magnetist välja. Sel juhul mõjub magnetväli voolu juhtivale juhile ainult siis, kui see asub risti MSL-välja suunaga. Kui juht ja MSL asuvad paralleelselt, interaktsioonivälja ei teki.
Magnetväljas voolu juhtivale juhile mõjuv jõud määratakse seosest:
F= k*H*I*L*sina,
kus H on magnetvälja tugevus, I on voolutugevus, L on juhi sirge lõigu pikkus ja a on nurk H ja I vahel.
Seda suhet nimetatakse Ampere'i seaduseks. Praktikas tuleb enamasti tegeleda erineva kujuga juhtidega, mille kaudu vool läbib, ja magnetvälja mõju sellistele vooluga juhtmetele on üsna keeruline. Vaatame, kuidas magnetväli mõjub lihtsatele voolu juhtivate juhtide vormidele, mis on pooli või solenoidi kujul.
Vooluga mähis, nagu katsed on näidanud, sarnaneb tasapinnalise magnetiga, mille poolused (põhja- ja lõunaosa) asuvad pooli vastastasanditel. Poolused on risti voolu juhtiva pooli tasanditega. Kinnitusreegli abil saate määrata, milline neist poolustest on põhja pool ja milline lõuna pool. Vooluga mähise põhjapooluse määrab selle pöörlemiskäepide suund - analoogia MSL-i suunaga. Kui kruvid hoova voolu suunas, siis pooli tasapinnast väljuvad MSL-id osutavad põhjapoolusele. Solenoidi magnetpoolused määratakse samal viisil.
Väline magnetväli, mis toimib vooluga mähisele, kipub seda pöörama nii, et pooli MSL on paralleelne välise magnetvälja MSL-ga. Voolu juhtivale mähisele mõjuvate jõudude analüüsimiseks on mugav teha see ristkülikukujuliseks. Sel juhul oletame, et pooli kaks külge on paralleelsed magnetvälja suunaga ja ülejäänud kaks on risti (joonis 5). Mähise kahte esimest külge magnetväli ei mõjuta, kuid mähise kaks teist külge on allutatud võrdsetele ja vastupidistele magnetjõududele, mis tekivad voolu vastassuunas. Need jõud moodustavad pöördemomendi, mis keerab pooli voolutasandiga risti magnetvälja suunaga. Mähise kahel teisel küljel mõjub magnetväli kahele võrdsele, kuid vastandsuunalisele jõule, mis kipuvad olenevalt voolu suunast pooli deformeerima (kokku suruma või venitama).
Ülaltoodud ja teiste katsete tulemuste põhjal saab teha järgmised järeldused.
Magnetväli mõjub voolu juhtiva juhi sirgele lõigule jõuga, mille suund on risti voolu suuna ja magnetvälja MSL suunaga;
Magnetväli tekitab pöördemomendi, mis kipub pooli või solenoidi pöörama nii, et suund pooli või solenoidi lõunapoolusest põhjapooluseni ühtib välja suunaga;
Magnetväli ei mõjuta voolu juhtivaid juhte, mis asuvad piki MSL-i suunda;
MSL-id ei ole lihtsalt geomeetrilised jooned, vaid osa magnetvälja keerulisest struktuurist, mis omakorda koosneb mikroskoopilistest lainetest, millel on magnetilised omadused.
Nende ja teiste jõudude olemusest ja omadustest räägime järgmises artiklis.
Elektrivool ahelas avaldub alati mingil moel. See võib olla kas töö teatud koormuse all või sellega kaasnev voolu mõju. Seega saab voolu mõju järgi hinnata selle olemasolu või puudumist antud vooluringis: kui koormus töötab, on vool olemas. Kui täheldatakse tüüpilist vooluga kaasnevat nähtust, on vooluringis vool jne.
Üldjuhul on elektrivool võimeline tekitama erinevaid mõjusid: termilisi, keemilisi, magnetilisi (elektromagnetilisi), valguse või mehaanilisi mõjusid ning sageli esinevad samaaegselt erinevat tüüpi vooluefektid. Neid voolu nähtusi ja mõjusid käsitletakse selles artiklis.
Elektrivoolu termiline mõju
Kui alalis- või vahelduvvool läbib juhti, siis juht kuumeneb. Sellised küttejuhid erinevates tingimustes ja rakendustes võivad olla: metallid, elektrolüüdid, plasma, sulametallid, pooljuhid, poolmetallid.
Lihtsamal juhul, kui näiteks elektrivool läbi nikroomtraadi lastakse, siis see soojeneb. Seda nähtust kasutatakse kütteseadmetes: elektrilistes veekeetjates, boilerites, küttekehades, elektripliitides jne. Elektrikaare keevitamisel ulatub elektrikaare temperatuur üldiselt 7000 °C-ni ja metall sulab kergesti - see on ka soojusefekt voolust.
Kontuuri ühes osas vabanev soojushulk sõltub sellele sektsioonile rakendatavast pingest, voolava voolu väärtusest ja selle voolamise ajast ().
Olles teisendanud Ohmi seaduse ahela lõigu jaoks, saate soojushulga arvutamiseks kasutada kas pinget või voolu, kuid siis peate teadma ka vooluahela takistust, sest see piirab voolu ja tegelikult põhjustab küte. Või teades vooluahelas olevat voolu ja pinget, saate sama lihtsalt leida tekkiva soojushulga.
Elektrivoolu keemiline toime
Alalisvoolu mõjul ioone sisaldavad elektrolüüdid – see on voolu keemiline toime. Elektrolüüsi käigus tõmbuvad negatiivsed ioonid (anioonid) positiivse elektroodi (anoodi) ja positiivsed ioonid (katioonid) negatiivse elektroodi (katoodi) poole. See tähendab, et elektrolüüdis sisalduvad ained vabanevad elektrolüüsiprotsessi käigus vooluallika elektroodidel.
Näiteks kastetakse elektroodide paar teatud happe, leelise või soola lahusesse ning elektrivoolu läbimisel tekib ühele elektroodile positiivne ja teisele negatiivne laeng. Lahuses sisalduvad ioonid hakkavad elektroodile ladestuma vastupidise laenguga.
Näiteks vasksulfaadi (CuSO4) elektrolüüsi käigus liiguvad positiivse laenguga vaskatioonid Cu2+ negatiivse laenguga katoodile, kus nad saavad puuduva laengu ja muutuvad neutraalseteks vase aatomiteks, settides elektroodi pinnale. Hüdroksüülrühm -OH loovutab anoodil elektronid, mille tulemuseks on hapniku vabanemine. Positiivselt laetud vesiniku katioonid H+ ja negatiivselt laetud anioonid SO42- jäävad lahusesse.
Elektrivoolu keemilist toimet kasutatakse tööstuses näiteks vee lagundamisel selle koostisosadeks (vesinik ja hapnik). Elektrolüüs võimaldab saada ka mõningaid metalle nende puhtal kujul. Elektrolüüsi abil kaetakse pinnale õhuke kiht teatud metallist (nikkel, kroom) - see jne.
1832. aastal tegi Michael Faraday kindlaks, et elektroodil eralduva aine mass m on otseselt võrdeline elektrolüüti läbiva elektrilaenguga q. Kui alalisvool I lastakse läbi elektrolüüdi aja t, siis kehtib Faraday esimene elektrolüüsi seadus:
Siin nimetatakse proportsionaalsuse koefitsienti k aine elektrokeemiliseks ekvivalendiks. See on arvuliselt võrdne ühe elektrilaengu elektrolüüdi läbimisel vabaneva aine massiga ja sõltub aine keemilisest olemusest.
Elektrivoolu olemasolul mis tahes juhis (tahkes, vedelas või gaasilises) täheldatakse juhi ümber magnetvälja, see tähendab, et voolu kandev juht omandab magnetilised omadused.
Niisiis, kui tood magneti juhi juurde, mille kaudu vool voolab, näiteks magnetilise kompassi nõela kujul, siis nõel pöördub juhiga risti ja kui keerad juhi ümber raudsüdamiku ja läbid alalisvool läbi juhi, muutub südamik elektromagnetiks.
1820. aastal avastas Oersted voolu magnetilise mõju magnetnõelale ja Ampere kehtestas juhtide ja voolu magnetilise vastasmõju kvantitatiivsed seadused.
Magnetväli tekib alati vooluga, see tähendab liikuvate elektrilaengute, eelkõige laetud osakeste (elektronide, ioonide) poolt. Vastandsuunalised voolud tõrjuvad üksteist, ühesuunalised voolud tõmbavad üksteist.
Selline mehaaniline interaktsioon toimub voolude magnetvälja vastastikmõju tõttu, see tähendab, et see on ennekõike magnetiline interaktsioon ja alles seejärel mehaaniline. Seega on voolude magnetiline vastastikmõju esmane.
1831. aastal tegi Faraday kindlaks, et muutuv magnetväli ühest vooluringist tekitab voolu teises vooluringis: tekkiv emf on võrdeline magnetvoo muutumise kiirusega. On loogiline, et voolude magnetilist toimet kasutatakse tänapäevani kõigis trafodes, mitte ainult elektromagnetides (näiteks tööstuslikes).
Lihtsamal kujul saab elektrivoolu valgusefekti jälgida hõõglambis, mille spiraal kuumeneb seda läbiva voolu toimel valgesoojaks ja kiirgab valgust.
Hõõglambi puhul moodustab valgusenergia umbes 5% tarnitavast elektrienergiast, millest ülejäänud 95% muundatakse soojuseks.
Luminofoorlambid muudavad vooluenergia tõhusamalt valguseks – kuni 20% elektrist muudetakse nähtavaks valguseks tänu luminofoorile, mis saab elavhõbedaauru või inertgaasi, näiteks neooni elektrilahendusest.
Elektrivoolu valgusefekt realiseerub LED-ides tõhusamalt. Kui elektrivool suunatakse läbi pn-siirde edasisuunas, ühinevad laengukandjad - elektronid ja augud - footonite emissiooniga (elektronide ülemineku tõttu ühelt energiatasemelt teisele).
Parimad valguskiirgurid on otsese vahega pooljuhid (st need, mis võimaldavad otsest optilist ribariba üleminekut), nagu GaAs, InP, ZnSe või CdTe. Pooljuhtide koostist muutes on võimalik luua erineva lainepikkusega LED-e ultraviolettkiirgusest (GaN) kuni keskmise infrapunani (PbS). LED-i efektiivsus valgusallikana ulatub keskmiselt 50%-ni.
Nagu eespool märgitud, moodustab iga juht, mille kaudu elektrivool voolab, enda ümber ringi. Magnetilised toimingud muudetakse liikumiseks näiteks elektrimootorites, magnetilistes tõsteseadmetes, magnetventiilides, releedes jne.
Ühe voolu mehaanilist toimet teisele kirjeldab Ampere'i seadus. André Marie Ampère kehtestas selle seaduse esmakordselt 1820. aastal alalisvoolu jaoks. Sellest järeldub, et ühes suunas voolavate elektrivooludega paralleelsed juhid tõmbavad ligi, vastassuundades aga tõrjuvad.
Ampere'i seadus on ka seadus, mis määrab jõu, millega magnetväli voolu kandvale juhi väikesele segmendile mõjub. Jõud, millega magnetväli mõjub magnetväljas asuvale voolu juhtiva juhi elemendile, on otseselt võrdeline juhi vooluga ning juhi pikkuse ja magnetinduktsiooni elemendi vektorkorrutisega.
See põhineb sellel põhimõttel, kus rootor mängib vooluga raami rolli, mis on orienteeritud staatori välisele magnetväljale pöördemomendiga M.
Seda, kas vooluringis on elektrivool, saab määrata selle erinevate ilmingutega, mida nimetatakse elektrivoolu mõjudeks. Elektrivool võib põhjustada soojus-, valgus- ja keemilisi nähtusi. Samuti põhjustab elektrivool alati magnetnähtuse.
Elektrivoolu termiline efekt seisneb juhi soojendamises, kui selles on vool. Kui aga juht on kuumutatud piisavalt kõrge temperatuurini, võib see hakata hõõguma. See tähendab, et voolu valgusefekt ilmneb soojusefekti tagajärjel.
Näiteks kui elektrivool lastakse läbi raudtraadi, siis see kuumeneb. Elektriliste veekeetjate ja mõnede muude kodumasinate puhul kasutatakse sarnast voolu termilist efekti metallides.
Hõõglampide volframniit hakkab tugeval kuumutamisel hõõguma. Sel juhul kasutatakse elektrivoolu valgusefekti. Säästulampides gaas hõõgub, kui seda läbib elektrivool.
Elektrivoolu keemiline toime avaldub järgnevas. Võtke teatud soola, leelise või happe lahus. Sellesse on sukeldatud kaks elektroodi, elektrivoolu läbimisel tekib ühele elektroodile positiivne ja teisele negatiivne laeng. Lahuses sisalduvad ioonid (tavaliselt positiivse laenguga metalliioonid) hakkavad elektroodile ladestuma vastupidise laenguga. Seda nähtust nimetatakse elektrolüüsiks.
Näiteks vasksulfaadi (CuSO 4) lahuses liiguvad positiivse laenguga (Cu 2+) vase ioonid negatiivselt laetud elektroodi poole. Olles saanud elektroodilt puuduvad ioonid, muutuvad need neutraalseteks vaseaatomiteks ja settivad elektroodile. Sel juhul loovutavad vee hüdroksüülrühmad (-OH) oma elektronid positiivselt laetud elektroodile. Selle tulemusena vabaneb lahusest hapnik. Lahusesse jäävad positiivselt laetud vesinikuioonid (H+) ja negatiivselt laetud sulfaatrühmad (SO 4 2-).
Seega toimub elektrolüüsi tulemusena keemiline reaktsioon.
Elektrivoolu keemilist toimet kasutatakse tööstuses. Elektrolüüs võimaldab teil saada mõningaid metalle nende puhtal kujul. Seda kasutatakse ka pinna katmiseks õhukese kihiga teatud metallist (nikkel, kroom).
Elektrivoolu magnetiline toime seisneb selles, et juht, mille kaudu vool liigub, mõjub magnetile ehk magnetiseerib rauda. Näiteks kui asetate juhi paralleelselt kompassi magnetnõelaga, siis nõel pöörleb 90°. Kui mässida väikese raudeseme juhiga, muutub ese elektrivoolu läbimisel magnetiks.
Voolu magnetilist efekti kasutatakse elektrimõõteriistades.
Voolu magnetiline mõju
Mario Llozzi
OERSTEDI KOGEMUS
Elektri ja magnetismi vahelise tiheda seose võimalikule olemasolule pakkusid välja juba esimesed uurijad, keda tabas tõmbe- ja tõukejõu elektrostaatilise ja magnetostaatilise nähtuse analoogia. See idee oli nii laialt levinud, et esmalt Cardan ja seejärel Hilbert pidasid seda eelarvamuseks ja püüdsid igal võimalikul viisil tõestada nende kahe nähtuse erinevust. Kuid see oletus kerkis uuesti üles 18. sajandil, suurema õigustusega, kui tuvastati välgu magnetiseeriv toime ning Franklinil ja Beccarial õnnestus saavutada magnetiseerimine Leydeni purgi tühjenemise abil. Coulombi seadused, mis on formaalselt samad elektrostaatiliste ja magnetostaatiliste nähtuste puhul, tõstatasid selle probleemi taas.
Pärast seda, kui Volta aku võimaldas pikka aega elektrivoolu toota, muutusid katsed avastada seost elektriliste ja magnetiliste nähtuste vahel üha sagedamaks ja intensiivsemaks. Ja vaatamata intensiivsetele otsingutele tuli avastust oodata kakskümmend aastat. Sellise viivituse põhjuseid tuleks otsida tol ajal valitsenud teaduslikest ideedest. Kõiki jõude mõisteti ainult Newtoni tähenduses, see tähendab jõududena, mis toimivad materiaalsete osakeste vahel mööda neid ühendavat sirgjoont. Seetõttu püüdsid teadlased avastada just sedalaadi jõude, konstrueerides seadmeid, mille abil nad lootsid tuvastada oletatavat külgetõmbe- või tõukejõudu magnetpooluse ja elektrivoolu vahel (või üldisemalt "galvaanilise vedeliku" ja magnetvedeliku vahel). või püüdes magnetiseerida terasnõela, juhtides voolu läbi selle.
Gian Domenico Romagnosi (1761-1835) püüdis samuti avastada galvaanilise ja magnetilise vedeliku vastastikmõju katsetes, mida ta kirjeldas 1802. aasta artiklis, milleks Guglielmo Libri (1803-1869), Pietro Configliacchi (1777-1844) ja paljud teised. hiljem viidatud, omistades selle avastuse prioriteediks Romagnosi. Piisab aga selle artikli lugemisest veendumaks, et Romagnosi katsetes avatud ahelaga aku ja magnetnõelaga puudus elektrivool üldse ja seetõttu oli kõige rohkem, mida ta jälgida sai, tavaline elektrostaatiline toime.
Kui 21. juulil 1820 kirjeldas Taani füüsik Hans Christian Oersted (1777-1851) ühes väga lakoonilises neljaleheküljelises (ladinakeelses) artiklis pealkirjaga “Experimenta circa Effectum conversionus electrici in acum magneticam” elektromagnetismi fundamentaalset eksperimenti, tõestades, et mööda meridiaani kulgevas sirges juhis kaldub vool magnetnõela meridiaani suunast kõrvale, oli teadlaste huvi ja üllatus suur mitte ainult seetõttu, et probleemile nii kaua otsitud lahendus saadi, vaid ka seetõttu, et uus kogemus, nagu kohe selgeks sai, viitas mitte-Newtoni jõule. Tegelikult oli Oerstedi katsest selgelt näha, et magnetpooluse ja vooluelemendi vahel mõjuv jõud ei ole suunatud mitte mööda neid ühendavat sirget, vaid mööda selle sirge normaaljoont, st nii see on, nagu nad siis ütlesid. , "pöördejõud." Selle tõsiasja olulisust tunti juba siis, kuigi täielikult teadvustati seda alles palju aastaid hiljem. Oerstedi kogemus põhjustas Newtoni maailmamudelis esimese mõra.
Raskust, millesse teadus on sattunud, võib hinnata näiteks segaduse järgi, milles olid itaalia, prantsuse, inglise ja saksa tõlkijad, kui nad tõlkisid Oerstedi ladinakeelset artiklit oma emakeelde. Sageli tsiteerisid nad märkuses ladinakeelset originaali, olles teinud sõnasõnalise tõlke, mis tundus neile ebaselge.
Tõepoolest, see, mis Oerstedi artiklis tänaseni ebaselgeks jääb, on seletus, mida ta püüab anda vaadeldud nähtustele, mis tema arvates olid põhjustatud kahest vastandsuunalisest spiraalsest liikumisest ümber „elektrilise aine, positiivse ja negatiivse , vastavalt."
Ørstedi avastatud nähtuse ainulaadsus äratas kohe eksperimentalistide ja teoreetikute suurt tähelepanu. Arago, naastes Genfist, kus ta osales De la Rive'i poolt korratud sarnastel katsetel, rääkis neist Pariisis ja pani sama 1820. aasta septembris kokku oma kuulsa installatsiooni vertikaalse voolujuhiga, mis läbis horisontaalselt asetsevat papitükki. rauasaepuruga üle puistatud. Kuid ta ei leidnud rauaviilude ringe, mida me selle katse läbiviimisel tavaliselt märkame. Eksperimentaatorid on neid ringe selgelt näinud alates sellest ajast, kui Faraday esitas "magnetkõverate" või "jõujoonte" teooria. Tõepoolest, sageli peate millegi nägemiseks seda tõesti ihaldama! Arago nägi vaid, et juht, nagu ta ütles, "on raudviilidega kinni justkui magnet", millest ta järeldas, et "vool põhjustab rauas magnetismi, mida ei ole eelnevalt magnetiseeritud."
Samal 1820. aastal luges Biot ette kaks aruannet (30. oktoober ja 18. detsember), milles ta andis teada tema ja Savarti läbiviidud eksperimentaalse uuringu tulemustest. Püüdes avastada seadust, mis määrab elektromagnetilise jõu suuruse sõltuvuse kaugusest, otsustas Biot kasutada võnkemeetodit, mida Coulomb oli varem kasutanud. Selleks pani ta kokku installatsiooni, mis koosnes magnetnõela kõrval paiknevast paksust vertikaalsest juhist: sisselülitamisel vool
Voolu olemasolu elektriahelas avaldub alati mingi tegevusega. Näiteks teatud koormuse all töötamine või sellega seotud nähtus. Järelikult näitab elektrivoolu mõju selle olemasolule konkreetses elektriahelas. See tähendab, et kui koormus töötab, siis vool toimub.
On teada, et elektrivool põhjustab mitmesuguseid mõjusid. Näiteks on need termilised, keemilised, magnetilised, mehaanilised või valgus. Sel juhul võivad elektrivoolu mitmesugused mõjud avalduda samaaegselt. Me räägime teile üksikasjalikumalt kõigist selle materjali ilmingutest.
Soojusnähtus
On teada, et voolu läbimisel juhi temperatuur tõuseb. Sellisteks juhtideks on erinevad metallid või nende sulamid, poolmetallid või pooljuhid, aga ka elektrolüüdid ja plasma. Näiteks kui elektrivool lastakse läbi nikroomtraadi, muutub see väga kuumaks. Seda nähtust kasutatakse kütteseadmetes, nimelt: elektrilistes veekeetjates, boilerites, kütteseadmetes jne. Elektrikaare keevitamisel on kõrgeim temperatuur, nimelt võib elektrikaare kuumenemine ulatuda kuni 7000 kraadini Celsiuse järgi. Sellel temperatuuril saavutatakse metalli lihtne sulamine.
Tekkiv soojushulk sõltub otseselt sellest, milline pinge antud sektsioonile rakendati, samuti elektrivoolust ja ajast, mil see ahelat läbib.
Tekkiva soojushulga arvutamiseks kasutatakse kas pinget või voolu. Sel juhul on vaja teada elektriahela takistuse indikaatorit, kuna see põhjustab voolupiirangu tõttu kuumenemist. Samuti saab soojushulka määrata voolu ja pinge abil.
keemiline nähtus
Elektrivoolu keemiline toime on elektrolüüdis olevate ioonide elektrolüüs. Elektrolüüsi käigus seob anood enda külge anioone ja katood katioone.
Teisisõnu, elektrolüüsi käigus eralduvad vooluallika elektroodidele teatud ained.
Toome näite: kaks elektroodi lastakse happelisse, aluselisesse või soolalahusesse. Seejärel juhitakse läbi elektriahela vool, mis kutsub esile positiivse laengu tekkimise ühel elektroodil ja negatiivse laengu tekkimise teisel. Lahuses olevad ioonid ladestuvad elektroodile erineva laenguga.
Elektrivoolu keemilist toimet kasutatakse tööstuses. Seega, seda nähtust kasutades laguneb vesi hapnikuks ja vesinikuks. Lisaks saadakse elektrolüüsi abil metallid puhtal kujul ja pinnad galvaniseeritud.
Magnetiline nähtus
Elektrivool mis tahes agregatsiooniseisundiga juhis loob magnetvälja. Teisisõnu, elektrivooluga juhil on magnetilised omadused.
Seega, kui viia magnetkompassi nõel lähemale juhile, milles voolab elektrivool, hakkab see pöörlema ja võtab juhi suhtes risti. Kui kerida see juht ümber raudsüdamiku ja lasta sellest läbi alalisvool, siis omandab see südamik elektromagneti omadused.
Magnetvälja olemus on alati elektrivoolu olemasolu. Selgitame: liikuvad laengud (laetud osakesed) moodustavad magnetvälja. Sel juhul tõrjuvad vastassuunalised voolud ja samasuunalised tõmbuvad. See vastastikmõju põhineb magnetväljade ja elektrivoolude magnetilisel ja mehaanilisel vastasmõjul. Selgub, et voolude magnetiline vastastikmõju on ülimalt tähtis.
Magnetilist toimet kasutatakse trafodes ja elektromagnetides.
Valgusnähtus
Valgustegevuse lihtsaim näide on hõõglamp. Selles valgusallikas saavutab spiraal soovitud temperatuuriväärtuse seda läbiva voolu kaudu valge kuumuse olekusse. Nii kiirgatakse valgust. Traditsioonilises hõõglambis kulub valgusele vaid viis protsenti kogu elektrienergiast, ülejäänud lõviosa muundatakse soojuseks.
Moodsamad analoogid, näiteks luminofoorlambid, muudavad elektri kõige tõhusamalt valguseks. See tähendab, et umbes kakskümmend protsenti kogu energiast on valguse aluseks. Fosfor võtab vastu elavhõbedaaurudes või inertgaasides tekkivast heiteallikast pärinevat UV-kiirgust.
Voolu valguse toime kõige tõhusam rakendamine toimub aastal. Pn-siirde läbiv elektrivool kutsub esile laengukandjate rekombinatsiooni footonite emissiooniga. Parimad LED valguskiirgurid on otsese vahega pooljuhid. Nende pooljuhtide koostist muutes on võimalik luua erinevatele valguslainetele (erineva pikkusega ja ulatusega) LED-e. LED-i kasutegur ulatub 50 protsendini.
Mehaaniline nähtus
Tuletage meelde, et elektrivoolu kandva juhi ümber tekib magnetväli. Kõik magnetilised toimingud muudetakse liikumiseks. Näiteks elektrimootorid, magnetilised tõsteseadmed, releed jne.
Aastal 1820 tuletas Andre Marie Ampère tuntud "Ampere'i seaduse", mis kirjeldab ühe elektrivoolu mehaanilist mõju teisele.
See seadus ütleb, et paralleelsed juhid, mis kannavad elektrivoolu samas suunas, kogevad üksteise vastu külgetõmmet ja vastupidises suunas olevad juhid, vastupidi, tõrjumist.
Samuti määrab ampriseadus selle jõu suuruse, millega magnetväli mõjutab elektrivoolu kandva juhi väikest segmenti. Just see jõud on elektrimootori töö aluseks.