O przyczynach i naturze linii pola magnetycznego (MFL), które powstają w pobliżu magnesów trwałych i przewodników przewodzących prąd. W poprzednim artykule postawiłem hipotezę, że pole magnetyczne w pobliżu magnesu trwałego lub przewodnika przewodzącego prąd reprezentuje wzór interferencji z MSL o różnym natężeniu. Pojęciu MSL przywiązuję pewne znaczenie fizyczne. To nie tylko linie geometryczne, ale część złożonej struktury pola magnetycznego, na które z kolei składają się mikroskopijne fale posiadające właściwości magnetyczne. Kiedy pole magnetyczne magnesu trwałego przykłada się do kawałka żelaza lub opiłek żelaza, pole to jest zewnętrzne (EMF) w stosunku do kawałka żelaza lub opiłek żelaza. VMF najpierw indukuje własne pole magnetyczne (SMF) w kawałku żelaza lub opiłkach żelaza, a następnie oddziałuje z tym SMF poprzez swoje MFL.
Dotyczy to również przewodów przewodzących prąd. Dopóki w przewodnikach obwodu zamkniętego płynie prąd (co oznacza, że wokół przewodników występuje SMP), VMF oddziałuje z SMP przewodników poprzez ich MSL. Kiedy w przewodniku nie ma prądu, a zatem nie ma MSL wokół przewodnika, pole elektromagnetyczne nie działa na sam przewodnik, chociaż jego MSL wnika w mikrostrukturę przewodnika.
W tym artykule porozmawiamy o oddziaływaniu magnesów i przewodników z prądem przez MSL.
Przypomnijmy, co na ten temat wiadomo z publikacji naukowych. Jak wspomniano wcześniej, G. Oersted w 1820 r. eksperymentalnie zademonstrował oddziaływanie magnesu i przewodnika z prądem. Zachowanie igły magnetycznej w pobliżu przewodnika z prądem stałym wskazywało, że wokół tego przewodnika istnieje pole magnetyczne. Następnie ustalono ścisłe powiązanie między polem magnetycznym a prądem. Podsumowując swoje eksperymenty, Oersted wykazał, że obecność prądu w przewodnikach obwodu zamkniętego, niezależnie od ich charakteru, zawsze powoduje powstawanie pola magnetycznego MSL wokół przewodników tego obwodu. To właśnie oddziaływanie MSL przewodnika z MSL igły magnetycznej powoduje, że obraca on jeden ze swoich biegunów w stronę przewodnika z prądem.
W 1821 roku francuski naukowiec A. Ampere ustalił związek między elektrycznością a magnetyzmem w przypadku przepływu prądu elektrycznego przez obwód i braku takiej zależności w elektryczności statycznej.
Aby sprawdzić, czy wskazana interakcja MSL jest wzajemna, tj. czy magnes działa na przewodnik z prądem, przeprowadzono następujące doświadczenie (rys. 1). Nad nieruchomym magnesem trwałym zawieszono przewodnik z prądem stałym. Okazało się, że przewodnik z prądem zachowuje się podobnie jak igła magnetyczna.
Ciekawym eksperymentem jest użycie giętkiego przewodnika, który znajduje się w pobliżu równoległego magnesu paskowego. Kiedy w przewodniku pojawił się prąd, owinął się on wokół magnesu taśmowego (ryc. 2). Wskazywało to, że wokół każdej sekcji przewodnika przewodzącego prąd pojawiły się MSL, które wchodziły w interakcję z MSL magnesu taśmowego.
Do tego samego wniosku doszedł D. Arago, który w swoim doświadczeniu zwrócił uwagę na fakt, że jeśli zanurzymy izolowany drut przewodzący prąd w metalowych opiłkach, to opiłki przyczepią się do niego na całej długości jak magnes. Po wyłączeniu prądu trociny znikają.
Podobne oddziaływania zaobserwowano pomiędzy dwoma przewodnikami z prądem stałym, położonymi blisko siebie. W eksperymencie (ryc. 3) zainstalowano dwa równoległe przewodniki w niewielkiej odległości od siebie. Przewodniki te były przyciągane lub odpychane w zależności od kierunku. W tych i innych eksperymentach wykazano, że działanie magnetyczne prądu elektrycznego jest podobne do oddziaływania dwóch magnesów.
Rozważane przez nas doświadczenia dotyczące oddziaływania pól magnetycznych pokazują, że wszelkie oddziaływania, zarówno w przypadku magnesów trwałych, jak i pomiędzy magnesami trwałymi a przewodnikami z prądem, a także dwoma przewodnikami z prądem, sprowadzają się do oddziaływania pól magnetycznych przez ich MSL. Biorąc pod uwagę fakt, że w praktyce duża liczba urządzeń technicznych powstaje w oparciu o oddziaływanie pól magnetycznych, w szczególności w oparciu o oddziaływanie pól magnetycznych i przewodników z prądem, powinniśmy przedstawić kilka eksperymentów, które przeprowadzimy będzie trzeba później wyjaśnić pewne zjawiska w tym obszarze.
Rozważmy następujący eksperyment dotyczący oddziaływania pola magnetycznego i przewodnika z prądem. W polu magnetycznym magnesu w kształcie podkowy znajduje się prosty odcinek przewodnika, w którym płynie prąd. (ryc. 4). Zmieniając kierunek prądu w przewodniku i zmieniając jego położenie względem kierunku pola magnetycznego, można określić kierunek siły działającej na przewodnik. Po włączeniu prądu (w zależności od jego kierunku) przewodnik można wciągnąć do magnesu lub wypchnąć z magnesu. W tym przypadku pole magnetyczne działa na przewodnik przewodzący prąd tylko wtedy, gdy jest on położony prostopadle do kierunku pola MSL. Gdy przewodnik i MSL są umieszczone równolegle, pole interakcji nie występuje.
Siłę działającą na przewodnik z prądem w polu magnetycznym wyznacza się z zależności:
F= k*H*I*L*sina,
gdzie H to natężenie pola magnetycznego, I to natężenie prądu, L to długość prostego odcinka przewodnika, a a to kąt między H i I.
Zależność ta nazywa się prawem Ampera. W praktyce w większości przypadków mamy do czynienia z przewodnikami o różnych kształtach, przez które przepływa prąd, a wpływ pola magnetycznego na takie przewodniki z prądem jest dość złożony. Zobaczmy, jak pole magnetyczne działa na proste formy przewodników przewodzących prąd w postaci cewki lub solenoidu.
Cewka z prądem, jak wykazały eksperymenty, przypomina płaski magnes, którego bieguny (północny i południowy) znajdują się w przeciwnych płaszczyznach cewki. Bieguny są prostopadłe do płaszczyzn cewki przewodzącej prąd. Możesz określić, który z tych biegunów jest północny, a który południowy, korzystając z reguły świdra. Biegun północny cewki z prądem wyznacza kierunek jej obrotu - analogia do kierunku MSL. Jeśli przekręcisz świder w kierunku prądu, wówczas MSL wychodzące z płaszczyzny cewki będą wskazywały biegun północny. W ten sam sposób wyznacza się bieguny magnetyczne solenoidu.
Zewnętrzne pole magnetyczne, działające na cewkę z prądem, ma tendencję do obracania jej tak, że MSL cewki jest równoległy do MSL zewnętrznego pola magnetycznego. Aby przeanalizować siły działające na cewkę przewodzącą prąd, wygodnie jest nadać jej kształt prostokątny. Załóżmy w tym przypadku, że dwie strony cewki są równoległe do kierunku pola magnetycznego, a dwie pozostałe są prostopadłe (rys. 5). Pole magnetyczne nie ma wpływu na pierwsze dwie strony cewki, natomiast na dwie pozostałe strony cewki działają równe i przeciwne siły magnetyczne, wytwarzane przez przeciwny kierunek prądu. Siły te tworzą moment obrotowy, który obraca cewkę z płaszczyzną prądu prostopadłą do kierunku pola magnetycznego. Po pozostałych dwóch stronach cewki pole magnetyczne działa na dwie równe, ale przeciwnie skierowane siły, które mają tendencję do odkształcania (ściskania lub rozciągania) cewki w zależności od kierunku prądu.
Na podstawie wyników powyższych i innych eksperymentów można wyciągnąć następujące wnioski.
Pole magnetyczne działa na prosty odcinek przewodnika z prądem z siłą, której kierunek jest prostopadły do kierunku prądu i kierunku MSL pola magnetycznego;
Pole magnetyczne wytwarza moment obrotowy, który ma tendencję do obracania cewki lub elektromagnesu w taki sposób, że kierunek od bieguna południowego cewki lub elektromagnesu do bieguna północnego pokrywa się z kierunkiem pola;
Pole magnetyczne nie działa na przewodniki przewodzące prąd umieszczone wzdłuż kierunku MSL;
MSL to nie tylko linie geometryczne, ale część złożonej struktury pola magnetycznego, które z kolei składa się z mikroskopijnych fal o właściwościach magnetycznych.
O naturze i charakterystyce tych i innych sił porozmawiamy w następnym artykule.
Prąd elektryczny w obwodzie zawsze objawia się w jakiś sposób. Może to być albo praca pod pewnym obciążeniem, albo towarzyszący temu wpływ prądu. Zatem na podstawie wpływu prądu można ocenić jego obecność lub brak w danym obwodzie: jeśli obciążenie działa, prąd jest. Jeśli zaobserwujemy typowe zjawisko towarzyszące prądowi, oznacza to, że w obwodzie występuje prąd itp.
Ogólnie rzecz biorąc, prąd elektryczny może powodować różne skutki: termiczne, chemiczne, magnetyczne (elektromagnetyczne), świetlne lub mechaniczne, a różne rodzaje efektów prądowych często występują jednocześnie. Te zjawiska i skutki prądu zostaną omówione w tym artykule.
Efekt cieplny prądu elektrycznego
Kiedy przez przewodnik przepływa prąd stały lub przemienny, przewodnik nagrzewa się. Takimi przewodnikami grzejnymi w różnych warunkach i zastosowaniach mogą być: metale, elektrolity, plazma, metale stopione, półprzewodniki, półmetale.
W najprostszym przypadku, jeśli, powiedzmy, prąd elektryczny przepłynie przez drut nichromowy, nagrzeje się. Zjawisko to wykorzystywane jest w urządzeniach grzewczych: w czajnikach elektrycznych, bojlerach, grzejnikach, kuchenkach elektrycznych itp. Podczas spawania łukiem elektrycznym temperatura łuku elektrycznego na ogół osiąga 7000°C, a metal łatwo się topi – jest to również efekt cieplny prądu.
Ilość ciepła wydzielanego w odcinku obwodu zależy od napięcia przyłożonego do tego odcinka, wartości płynącego prądu i czasu jego przepływu ().
Po przekształceniu prawa Ohma dla odcinka obwodu możesz użyć napięcia lub prądu do obliczenia ilości ciepła, ale musisz także znać rezystancję obwodu, ponieważ to ona ogranicza prąd i w rzeczywistości powoduje ogrzewanie. Lub znając prąd i napięcie w obwodzie, równie łatwo możesz znaleźć ilość wytworzonego ciepła.
Chemiczne działanie prądu elektrycznego
Elektrolity zawierające jony pod wpływem prądu stałego - jest to chemiczne działanie prądu. Podczas elektrolizy jony ujemne (aniony) są przyciągane do elektrody dodatniej (anody), a jony dodatnie (kationy) do elektrody ujemnej (katody). Oznacza to, że substancje zawarte w elektrolicie są uwalniane na elektrodach źródła prądu podczas procesu elektrolizy.
Na przykład parę elektrod zanurza się w roztworze określonego kwasu, zasady lub soli, a gdy przez obwód przepływa prąd elektryczny, na jednej elektrodzie powstaje ładunek dodatni, a na drugiej ładunek ujemny. Jony zawarte w roztworze zaczynają osadzać się na elektrodzie o przeciwnym ładunku.
Przykładowo podczas elektrolizy siarczanu miedzi (CuSO4) kationy miedzi Cu2+ o ładunku dodatnim przemieszczają się do ujemnie naładowanej katody, gdzie otrzymują brakujący ładunek i stają się obojętnymi atomami miedzi, osadzając się na powierzchni elektrody. Grupa hydroksylowa -OH oddaje elektrony na anodzie, powodując uwolnienie tlenu. Dodatnio naładowane kationy wodoru H+ i ujemnie naładowane aniony SO42- pozostaną w roztworze.
Chemiczne działanie prądu elektrycznego wykorzystuje się w przemyśle na przykład do rozkładu wody na jej części składowe (wodór i tlen). Elektroliza umożliwia także otrzymanie niektórych metali w czystej postaci. Za pomocą elektrolizy na powierzchnię nakłada się cienką warstwę określonego metalu (niklu, chromu) - to itp.
W 1832 roku Michael Faraday ustalił, że masa m substancji uwolnionej na elektrodzie jest wprost proporcjonalna do ładunku elektrycznego q przepływającego przez elektrolit. Jeżeli przez elektrolit przepływa prąd stały I przez czas t, wówczas obowiązuje pierwsze prawo elektrolizy Faradaya:
Tutaj współczynnik proporcjonalności k nazywany jest elektrochemicznym odpowiednikiem substancji. Jest liczbowo równa masie substancji uwolnionej podczas przejścia pojedynczego ładunku elektrycznego przez elektrolit i zależy od chemicznego charakteru substancji.
W obecności prądu elektrycznego w dowolnym przewodniku (stałym, ciekłym lub gazowym) wokół przewodnika obserwuje się pole magnetyczne, to znaczy przewodnik przewodzący prąd nabiera właściwości magnetycznych.
Tak więc, jeśli przyłożysz magnes do przewodnika, przez który przepływa prąd, na przykład w postaci igły kompasu magnetycznego, wówczas igła obróci się prostopadle do przewodnika, a jeśli owiniesz przewodnik wokół żelaznego rdzenia i przejdziesz przez prąd stały przez przewodnik, rdzeń stanie się elektromagnesem.
W 1820 roku Oersted odkrył magnetyczne działanie prądu na igłę magnetyczną, a Ampere ustalił ilościowe prawa magnetycznego oddziaływania przewodników z prądem.
Pole magnetyczne jest zawsze generowane przez prąd, czyli poruszające się ładunki elektryczne, w szczególności naładowane cząstki (elektrony, jony). Przeciwnie skierowane prądy odpychają się, jednokierunkowe przyciągają się.
Taka interakcja mechaniczna zachodzi w wyniku oddziaływania pól magnetycznych prądów, to znaczy jest to przede wszystkim oddziaływanie magnetyczne, a dopiero potem mechaniczne. Zatem oddziaływanie magnetyczne prądów jest pierwotne.
W 1831 roku Faraday ustalił, że zmieniające się pole magnetyczne w jednym obwodzie generuje prąd w innym obwodzie: wygenerowany emf jest proporcjonalny do szybkości zmian strumienia magnetycznego. Logiczne jest, że to magnetyczne działanie prądów jest stosowane do dziś we wszystkich transformatorach, a nie tylko w elektromagnesach (na przykład w przemysłowych).
W najprostszej postaci efekt świetlny prądu elektrycznego można zaobserwować w żarówce, której spirala nagrzewa się pod wpływem przepływającego przez nią prądu do białego ciepła i emituje światło.
W przypadku żarówki energia świetlna stanowi około 5% dostarczanej energii elektrycznej, z czego pozostałe 95% zamieniane jest na ciepło.
Świetlówki wydajniej przekształcają energię prądu w światło - aż 20% energii elektrycznej zamieniane jest w światło widzialne dzięki luminoforowi, który otrzymuje się w wyniku wyładowania elektrycznego w parach rtęci lub w gazie obojętnym, takim jak neon.
Efekt świetlny prądu elektrycznego jest realizowany efektywniej w diodach LED. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez złącze pn w kierunku do przodu, nośniki ładunku - elektrony i dziury - łączą się ponownie z emisją fotonów (w wyniku przejścia elektronów z jednego poziomu energii na drugi).
Najlepszymi emiterami światła są półprzewodniki z bezpośrednią przerwą (to znaczy takie, które umożliwiają bezpośrednie optyczne przejścia między pasmami), takie jak GaAs, InP, ZnSe lub CdTe. Zmieniając skład półprzewodników, możliwe jest tworzenie diod LED dla różnych długości fal, od ultrafioletu (GaN) do średniej podczerwieni (PbS). Sprawność diody LED jako źródła światła sięga średnio 50%.
Jak wspomniano powyżej, każdy przewodnik, przez który przepływa prąd elektryczny, tworzy wokół siebie okrąg. Oddziaływania magnetyczne przekształcane są w ruch, na przykład w silnikach elektrycznych, magnetycznych urządzeniach podnoszących, zaworach magnetycznych, przekaźnikach itp.
Mechaniczne działanie jednego prądu na drugi opisuje prawo Ampera. Prawo to zostało po raz pierwszy ustanowione przez André Marie Ampère w 1820 roku dla prądu stałego. Wynika z tego, że przewodniki równoległe, w których płynie prąd elektryczny w jednym kierunku, przyciągają się, a w przeciwnych kierunkach odpychają.
Prawo Ampera jest także prawem określającym siłę, z jaką pole magnetyczne działa na mały odcinek przewodnika, w którym płynie prąd. Siła, z jaką pole magnetyczne działa na element przewodnika przewodzącego prąd znajdujący się w polu magnetycznym, jest wprost proporcjonalna do prądu w przewodniku i iloczynu wektorowego elementu długości przewodnika i indukcji magnetycznej.
Opiera się to na tej zasadzie, gdzie wirnik pełni rolę ramy z prądem, zorientowanym w zewnętrznym polu magnetycznym stojana z momentem obrotowym M.
To, czy w obwodzie płynie prąd elektryczny, można określić na podstawie różnych jego przejawów, które nazywane są skutkami prądu elektrycznego. Prąd elektryczny może powodować zjawiska termiczne, świetlne i chemiczne. Ponadto prąd elektryczny zawsze powoduje zjawisko magnetyczne.
Efekt cieplny prądu elektrycznego polega na nagrzaniu przewodnika, gdy przepływa przez niego prąd. Jeśli jednak przewodnik zostanie podgrzany do wystarczająco wysokiej temperatury, może zacząć się świecić. Oznacza to, że efekt świetlny prądu pojawi się w wyniku efektu termicznego.
Na przykład, jeśli prąd elektryczny przepływa przez żelazny drut, nagrzewa się. Podobny efekt cieplny prądu w metalach stosuje się w czajnikach elektrycznych i niektórych innych urządzeniach gospodarstwa domowego.
Włókno wolframowe w lampach żarowych zaczyna świecić po mocnym podgrzaniu. W tym przypadku wykorzystuje się efekt świetlny prądu elektrycznego. W lampach energooszczędnych gaz świeci, gdy przepływa przez niego prąd elektryczny.
Działanie chemiczne prądu elektrycznego objawia się w następujący sposób. Weź roztwór określonej soli, zasady lub kwasu. Zanurza się w nim dwie elektrody; gdy przez obwód przepływa prąd elektryczny, na jednej elektrodzie powstaje ładunek dodatni, a na drugiej ładunek ujemny. Jony zawarte w roztworze (zwykle dodatnio naładowane jony metali) zaczynają osadzać się na elektrodzie o przeciwnym ładunku. Zjawisko to nazywa się elektrolizą.
Na przykład w roztworze siarczanu miedzi (CuSO 4) jony miedzi o ładunku dodatnim (Cu 2+) przemieszczają się w kierunku ujemnie naładowanej elektrody. Po otrzymaniu brakujących jonów z elektrody zamieniają się w obojętne atomy miedzi i osadzają się na elektrodzie. W tym przypadku grupy hydroksylowe wody (-OH) przekazują swoje elektrony dodatnio naładowanej elektrodzie. W rezultacie z roztworu uwalnia się tlen. W roztworze pozostają dodatnio naładowane jony wodorowe (H+) i ujemnie naładowane grupy siarczanowe (SO 4 2-).
Zatem w wyniku elektrolizy zachodzi reakcja chemiczna.
Chemiczne działanie prądu elektrycznego wykorzystywane jest w przemyśle. Elektroliza pozwala uzyskać niektóre metale w czystej postaci. Służy również do pokrywania powierzchni cienką warstwą określonego metalu (niklu, chromu).
Efekt magnetyczny prądu elektrycznego polega na tym, że przewodnik, przez który przepływa prąd, działa na magnes lub magnesuje żelazo. Na przykład, jeśli umieścisz przewodnik równolegle do igły magnetycznej kompasu, igła obróci się o 90°. Jeśli owiniesz mały żelazny przedmiot przewodnikiem, obiekt ten stanie się magnesem, gdy przez przewodnik przejdzie prąd elektryczny.
Magnetyczne działanie prądu wykorzystywane jest w przyrządach do pomiaru energii elektrycznej.
Magnetyczne działanie prądu
Mario Llozziego
DOŚWIADCZENIE OERSTEDA
Możliwość istnienia ścisłego związku między elektrycznością i magnetyzmem zasugerowali już pierwsi badacze, uderzeni analogią elektrostatycznego i magnetostatycznego zjawiska przyciągania i odpychania. Idea ta była tak rozpowszechniona, że najpierw Cardan, a potem Hilbert uznali ją za przesąd i wszelkimi możliwymi sposobami starali się udowodnić różnicę między tymi dwoma zjawiskami. Ale to założenie pojawiło się ponownie w XVIII wieku, z większym uzasadnieniem, kiedy ustalono magnetyzujące działanie błyskawicy, a Franklinowi i Beccaria udało się osiągnąć namagnesowanie za pomocą wyładowania słoika Leydena. Prawa Coulomba, formalnie takie same dla zjawisk elektrostatycznych i magnetostatycznych, ponownie podniosły ten problem.
Po tym jak bateria Volty umożliwiła na długi czas wytwarzanie prądu elektrycznego, próby odkrycia związku pomiędzy zjawiskami elektrycznymi i magnetycznymi stały się częstsze i intensywniejsze. A jednak, pomimo intensywnych poszukiwań, na odkrycie trzeba było czekać dwadzieścia lat. Przyczyn takiego opóźnienia należy szukać w panujących wówczas poglądach naukowych. Wszelkie siły rozumiane były wyłącznie w sensie newtonowskim, to znaczy jako siły działające pomiędzy cząstkami materialnymi wzdłuż łączącej je linii prostej. Dlatego badacze starali się odkryć siły dokładnie tego rodzaju, konstruując urządzenia, za pomocą których mieli nadzieję wykryć rzekome przyciąganie lub odpychanie pomiędzy biegunem magnetycznym a prądem elektrycznym (lub, mówiąc bardziej ogólnie, pomiędzy „płynem galwanicznym” a płynem magnetycznym). lub próbując namagnesować stalową igłę, kierując przez nią prąd.
Gian Domenico Romagnosi (1761-1835) również próbował odkryć interakcję pomiędzy płynem galwanicznym i magnetycznym w eksperymentach, które opisał w artykule z 1802 r., do których Guglielmo Libri (1803-1869), Pietro Configliacchi (1777-1844) i wielu innych później, przypisując Romagnosi pierwszeństwo tego odkrycia. Wystarczy jednak przeczytać ten artykuł, aby przekonać się, że w eksperymentach Romagnosiego z baterią o obwodzie otwartym i igłą magnetyczną w ogóle nie było prądu elektrycznego i dlatego jedyne, co mógł zaobserwować, to zwykłe działanie elektrostatyczne.
Kiedy 21 lipca 1820 roku w jednym bardzo lakonicznym, czterostronicowym artykule (po łacinie) zatytułowanym „Experimenta circa Effectum konfliktus electrici in acum Magneticam” duński fizyk Hans Christian Oersted (1777-1851) opisał fundamentalny eksperyment w elektromagnetyzmie, udowodnienie, że prąd w prostym przewodniku biegnącym wzdłuż południka odchyla igłę magnetyczną od kierunku południka, zainteresowanie i zaskoczenie naukowców było ogromne nie tylko dlatego, że uzyskano tak długo poszukiwane rozwiązanie problemu, ale także dlatego, że nowe doświadczenie, jak natychmiast stało się jasne, wskazało na siłę nienewtonowską. W rzeczywistości z eksperymentu Oersteda jasno wynikało, że siła działająca między biegunem magnetycznym a elementem prądowym jest skierowana nie wzdłuż łączącej je linii prostej, ale wzdłuż normalnej do tej linii prostej, tj. jest tak, jak wtedy powiedzieli , „siła zwrotna”. Znaczenie tego faktu było odczuwalne już wtedy, choć w pełni uświadomiono sobie to dopiero wiele lat później. Doświadczenia Oersteda spowodowały pierwsze pęknięcie w modelu świata Newtona.
Trudność, w jakiej znalazła się nauka, można ocenić na przykład po zamieszaniu, w jakim byli tłumacze z języka włoskiego, francuskiego, angielskiego i niemieckiego, gdy tłumaczyli łaciński artykuł Oersteda na swój język ojczysty. Często po dokonaniu dosłownego tłumaczenia, które wydawało im się niejasne, powoływali się w notatce na łaciński oryginał.
Rzeczywiście, tym, co do dziś pozostaje niejasne w artykule Oersteda, jest wyjaśnienie, jakie próbuje on dać zaobserwowanym przez siebie zjawiskom, które jego zdaniem zostały spowodowane przez dwa przeciwnie skierowane ruchy spiralne wokół przewodnika „materii elektrycznej, dodatniej i ujemnej odpowiednio.”
Wyjątkowość zjawiska odkrytego przez Ørsteda natychmiast przyciągnęła dużą uwagę eksperymentatorów i teoretyków. Arago wracając z Genewy, gdzie był obecny przy podobnych eksperymentach powtarzanych przez De la Rive’a, opowiadał o nich w Paryżu, a we wrześniu tego samego 1820 roku złożył swoją słynną instalację z pionowego przewodnika prądu przechodzącego przez poziomo położony kawałek tektury posypane trocinami żelaznymi. Nie znalazł jednak kręgów opiłków żelaza, które zwykle zauważamy podczas przeprowadzania tego eksperymentu. Eksperymentatorzy widzą te okręgi wyraźnie, odkąd Faradaya wysunął teorię „krzywych magnetycznych” lub „linii siły”. Rzeczywiście często, aby coś zobaczyć, trzeba tego naprawdę pragnąć! Arago widział jedynie, że przewodnik, jak to ujął, „jest utknięty opiłkami żelaza jak magnes”, z czego wywnioskował, że „prąd powoduje magnetyzm w żelazie, które nie zostało poddane wcześniejszemu namagnesowaniu”.
W tym samym roku 1820 Biot odczytał dwa raporty (30 października i 18 grudnia), w których przedstawił wyniki eksperymentalnego badania przeprowadzonego przez niego i Savarta. Próbując odkryć prawo określające zależność wielkości siły elektromagnetycznej od odległości, Biot zdecydował się zastosować metodę oscylacyjną, którą wcześniej stosował Coulomb. Aby to zrobić, zbudował instalację składającą się z grubego pionowego przewodnika umieszczonego obok igły magnetycznej: po włączeniu prąd
Obecność prądu w obwodzie elektrycznym zawsze objawia się jakimś działaniem. Na przykład praca pod określonym obciążeniem lub związane z tym zjawisko. W konsekwencji to działanie prądu elektrycznego wskazuje na jego obecność jako taką w określonym obwodzie elektrycznym. Oznacza to, że jeśli obciążenie działa, wówczas następuje prąd.
Wiadomo, że prąd elektryczny powoduje różnego rodzaju skutki. Należą do nich na przykład termiczne, chemiczne, magnetyczne, mechaniczne lub świetlne. W takim przypadku różne skutki prądu elektrycznego mogą objawiać się jednocześnie. O wszystkich przejawach w tym materiale powiemy Ci bardziej szczegółowo.
Zjawisko termiczne
Wiadomo, że temperatura przewodnika wzrasta, gdy przepływa przez niego prąd. Takimi przewodnikami są różne metale lub ich stopy, półmetale lub półprzewodniki, a także elektrolity i plazma. Na przykład, gdy prąd elektryczny przepływa przez drut nichromowy, staje się on bardzo gorący. Zjawisko to wykorzystywane jest w urządzeniach grzewczych, a mianowicie: w czajnikach elektrycznych, bojlerach, grzejnikach itp. Spawanie łukiem elektrycznym ma najwyższą temperaturę, a mianowicie nagrzewanie łuku elektrycznego może osiągnąć nawet 7000 stopni Celsjusza. W tej temperaturze osiąga się łatwe topienie metalu.
Ilość wytworzonego ciepła zależy bezpośrednio od tego, jakie napięcie zostało przyłożone do danej sekcji, a także od prądu elektrycznego i czasu jego przepływu przez obwód.
Aby obliczyć ilość wytworzonego ciepła, stosuje się napięcie lub prąd. W takim przypadku konieczna jest znajomość wskaźnika rezystancji w obwodzie elektrycznym, ponieważ to on powoduje nagrzewanie z powodu ograniczenia prądu. Ilość ciepła można również określić za pomocą prądu i napięcia.
zjawisko chemiczne
Efektem chemicznym prądu elektrycznego jest elektroliza jonów w elektrolicie. Podczas elektrolizy anoda przyłącza się do siebie aniony, a katoda – kationy.
Innymi słowy, podczas elektrolizy na elektrodach źródła prądu uwalniają się pewne substancje.
Podajmy przykład: dwie elektrody zanurza się w roztworze kwaśnym, zasadowym lub solnym. Następnie przez obwód elektryczny przepływa prąd, co powoduje wytworzenie ładunku dodatniego na jednej z elektrod i ładunku ujemnego na drugiej. Jony znajdujące się w roztworze osadzają się na elektrodzie z różnym ładunkiem.
Chemiczne działanie prądu elektrycznego wykorzystywane jest w przemyśle. Zatem wykorzystując to zjawisko, woda rozkłada się na tlen i wodór. Ponadto za pomocą elektrolizy uzyskuje się metale w czystej postaci, a powierzchnie są również galwanizowane.
Zjawisko magnetyczne
Prąd elektryczny w przewodniku o dowolnym stanie skupienia wytwarza pole magnetyczne. Innymi słowy, przewodnik z prądem elektrycznym ma właściwości magnetyczne.
Tak więc, jeśli zbliżysz igłę kompasu magnetycznego do przewodnika, w którym przepływa prąd elektryczny, zacznie się ona obracać i przyjmie pozycję prostopadłą do przewodnika. Jeśli owiniesz ten przewodnik wokół żelaznego rdzenia i przepuścisz przez niego prąd stały, wówczas rdzeń ten nabierze właściwości elektromagnesu.
Naturą pola magnetycznego jest zawsze obecność prądu elektrycznego. Wyjaśnijmy: poruszające się ładunki (naładowane cząstki) tworzą pole magnetyczne. W tym przypadku prądy o przeciwnych kierunkach odpychają się, a prądy o tym samym kierunku przyciągają. Oddziaływanie to opiera się na magnetycznym i mechanicznym oddziaływaniu pól magnetycznych i prądów elektrycznych. Okazuje się, że najważniejsze jest oddziaływanie magnetyczne prądów.
Działanie magnetyczne stosuje się w transformatorach i elektromagnesach.
Zjawisko świetlne
Najprostszym przykładem działania światła jest żarówka. W tym źródle światła spirala osiąga pożądaną wartość temperatury poprzez przepływający przez nią prąd do stanu białego ciepła. W ten sposób emitowane jest światło. W tradycyjnej żarówce tylko pięć procent całej energii elektrycznej jest zużywane na światło, a pozostała lwia część zamieniana jest na ciepło.
Bardziej nowoczesne analogi, na przykład świetlówki, najskuteczniej przekształcają energię elektryczną w światło. Oznacza to, że około dwadzieścia procent całej energii leży w świetle. Fosfor otrzymuje promieniowanie UV pochodzące z wyładowań zachodzących w parach rtęci lub gazach obojętnych.
Najbardziej efektywna realizacja lekkiego działania prądu występuje w. Prąd elektryczny przepływający przez złącze pn powoduje rekombinację nośników ładunku z emisją fotonów. Najlepsze emitery światła LED to półprzewodniki z bezpośrednią przerwą. Zmieniając skład tych półprzewodników, możliwe jest tworzenie diod LED dla różnych fal świetlnych (różne długości i zasięgi). Sprawność diody LED sięga 50 procent.
Zjawisko mechaniczne
Przypomnijmy, że pole magnetyczne powstaje wokół przewodnika, w którym płynie prąd elektryczny. Wszystkie działania magnetyczne zamieniają się w ruch. Przykładami są silniki elektryczne, magnetyczne zespoły podnoszące, przekaźniki itp.
W 1820 roku Andre Marie Ampère wyprowadził dobrze znane „prawo Ampera”, które opisuje mechaniczny wpływ jednego prądu elektrycznego na drugi.
Prawo to stanowi, że przewodniki równoległe, w których płynie prąd elektryczny w tym samym kierunku, przyciągają się wzajemnie, a przewodniki płynące w przeciwnym kierunku – przeciwnie – odpychają.
Prawo ampera określa również wielkość siły, z jaką pole magnetyczne działa na mały odcinek przewodnika, w którym płynie prąd elektryczny. To właśnie ta siła leży u podstaw działania silnika elektrycznego.