Kuhusu sababu na asili ya mistari ya shamba la sumaku (MFLs) inayotokea karibu na sumaku za kudumu na waendeshaji wa sasa. Katika makala iliyotangulia, nilidhania kuwa uga wa sumaku karibu na sumaku ya kudumu au kondakta inayobeba sasa inawakilisha muundo wa kuingiliwa kutoka kwa MSL wa nguvu tofauti. Ninaambatisha maana fulani ya kimwili kwa neno MSL. Hizi sio tu mistari ya kijiometri, lakini ni sehemu ya muundo tata wa shamba la sumaku, ambalo kwa upande wake lina mawimbi ya microscopic ambayo yana mali ya sumaku. Wakati uwanja wa sumaku wa sumaku ya kudumu unatumiwa kwenye kipande cha chuma au filings za chuma, uwanja huu ni wa nje (EMF) kuhusiana na kipande cha chuma au chuma. VMF kwanza hushawishi uga wake wa sumaku (SMF) katika kipande cha chuma au katika vichungi vya chuma, na kisha kuingiliana na SMF hii kupitia MFL yao.
Hii inatumika pia kwa waendeshaji wanaobeba sasa. Kwa muda mrefu kama kuna sasa katika waendeshaji wa mzunguko uliofungwa (ambayo ina maana kuna SMP karibu na waendeshaji), VMF inaingiliana na SMP ya waendeshaji kupitia MSL yao. Wakati hakuna sasa katika kondakta, na kwa hiyo hakuna MSL karibu na kondakta, EMF haifanyi kazi kwa kondakta yenyewe, ingawa MSL yake hupenya microstructure ya kondakta.
Katika makala hii tutazungumzia juu ya mwingiliano wa sumaku na waendeshaji na sasa kupitia MSL.
Hebu tukumbuke kile kinachojulikana kuhusu hili kutoka kwa machapisho ya kisayansi. Kama ilivyoelezwa hapo awali, G. Oersted mwaka wa 1820 alionyesha kwa majaribio mwingiliano wa sumaku na kondakta na sasa. Tabia ya sindano ya magnetic karibu na kondakta na sasa ya moja kwa moja ilionyesha kuwa kulikuwa na shamba la magnetic karibu na kondakta huyu. Baadaye, uhusiano wa karibu kati ya shamba la magnetic na sasa ulianzishwa. Kwa muhtasari wa majaribio yake, Oersted alionyesha kuwa uwepo wa sasa katika makondakta wa mzunguko uliofungwa, bila kujali asili yao, kila wakati unajumuisha uundaji wa uwanja wa sumaku wa MSL karibu na waendeshaji wa mzunguko huu. Ni mwingiliano wa MSL ya kondakta na MSL ya sindano ya sumaku ambayo inasababisha kugeuza moja ya miti yake kuelekea kondakta na sasa.
Mnamo 1821, mwanasayansi wa Kifaransa A. Ampere alianzisha uhusiano kati ya umeme na sumaku katika kesi ya sasa ya umeme inayopitia mzunguko na kutokuwepo kwa uhusiano huo katika umeme wa tuli.
Ili kuangalia ikiwa mwingiliano wa MSL ulioonyeshwa ni wa pande zote, i.e. ikiwa sumaku inatenda kwa kondakta wa sasa, jaribio lifuatalo lilifanyika (Mchoro 1). Kondakta yenye mkondo wa moja kwa moja ilisimamishwa juu ya sumaku ya kudumu ya kudumu. Ilibadilika kuwa kondakta anayebeba sasa anafanya sawa na sindano ya sumaku.
Jaribio la kuvutia ni la kondakta rahisi, ambayo iko karibu na sumaku ya mstari wa sambamba. Wakati sasa inaonekana kwenye kondakta, ilizunguka sumaku ya strip (Mchoro 2). Hii ilionyesha kuwa MSL zilionekana karibu na kila sehemu ya kondakta inayobeba sasa, ambayo iliingiliana na MSL ya sumaku ya strip.
Hitimisho kama hilo lilifanywa na D. Arago, ambaye katika jaribio lake alisisitiza ukweli kwamba ikiwa utazamisha waya wa maboksi unaobeba sasa kwenye vichungi vya chuma, vichungi hushikamana nayo kwa urefu wake wote, kama sumaku. Wakati sasa imezimwa, tope hupotea.
Uingiliano sawa ulianzishwa kati ya waendeshaji wawili na sasa ya moja kwa moja iko karibu na kila mmoja. Katika jaribio (Mchoro 3), waendeshaji wawili wa sambamba wamewekwa kwa umbali mfupi kutoka kwa kila mmoja. Kondakta hawa walivutiwa au kufukuzwa kulingana na mwelekeo wake. Katika majaribio haya na mengine ilionyeshwa kuwa athari ya magnetic ya sasa ya umeme ni sawa na mwingiliano wa sumaku mbili.
Majaribio ambayo tumezingatia juu ya mwingiliano wa uwanja wa sumaku yanaonyesha kuwa mwingiliano wote, katika kesi ya sumaku za kudumu na kati ya sumaku za kudumu na kondakta zinazobeba sasa, na vile vile makondakta mbili zinazobeba sasa kwa kila mmoja, hupunguzwa kwa mwingiliano. ya uwanja wa sumaku kupitia MSL yao. Kwa kuzingatia ukweli kwamba katika mazoezi idadi kubwa ya vifaa vya kiufundi huundwa kwa misingi ya mwingiliano wa mashamba ya magnetic, hasa, kwa misingi ya mwingiliano wa mashamba ya magnetic na conductors na sasa, tunapaswa kuwasilisha baadhi ya majaribio ambayo sisi. itahitaji baadaye kueleza matukio fulani katika eneo hili.
Fikiria jaribio lifuatalo juu ya mwingiliano wa shamba la sumaku na kondakta na mkondo. Katika uwanja wa magnetic wa sumaku ya farasi kuna sehemu ya moja kwa moja ya conductor kubeba sasa. (Mchoro 4). Kwa kubadilisha mwelekeo wa sasa katika kondakta na kubadilisha eneo lake kuhusiana na mwelekeo wa shamba la magnetic, unaweza kuamua mwelekeo wa nguvu inayofanya juu ya kondakta. Wakati sasa imegeuka (kulingana na mwelekeo wake), conductor inaweza kuvutwa ndani ya sumaku au kusukuma nje ya sumaku. Katika kesi hiyo, uwanja wa magnetic hufanya kazi kwa kondakta wa sasa tu wakati iko perpendicular kwa mwelekeo wa shamba la MSL. Wakati kondakta na MSL ziko sambamba, uwanja wa kuingiliana haufanyiki.
Nguvu inayofanya kazi kwa kondakta anayebeba sasa katika uwanja wa sumaku imedhamiriwa kutoka kwa uhusiano:
F= k*H*I*L*sina,
ambapo H ni nguvu ya uga wa sumaku, mimi ni nguvu ya sasa, L ni urefu wa sehemu iliyonyooka ya kondakta, na a ni pembe kati ya H na I.
Uhusiano huu unaitwa sheria ya Ampere. Katika mazoezi, katika hali nyingi mtu anapaswa kushughulika na waendeshaji wa maumbo mbalimbali kwa njia ambayo sasa inapita, na athari ya shamba la magnetic kwenye waendeshaji vile na sasa ni ngumu sana. Hebu tuone jinsi shamba la magnetic linavyofanya kwa aina rahisi za waendeshaji wa sasa kwa namna ya coil au solenoid.
Coil iliyo na sasa, kama majaribio yameonyesha, ni sawa na sumaku ya gorofa, miti ambayo (kaskazini na kusini) iko kwenye ndege tofauti za coil. Miti hiyo ni perpendicular kwa ndege za coil ya sasa ya kubeba. Unaweza kuamua ni ipi kati ya miti hii iliyo kaskazini na ipi iko kusini kwa kutumia sheria ya gimlet. Pole ya kaskazini ya coil na sasa imedhamiriwa na mwelekeo wa kushughulikia mzunguko wake - mlinganisho kwa mwelekeo wa MSL. Ikiwa unapunguza gimlet kwenye mwelekeo wa sasa, basi MSL zinazojitokeza kutoka kwa ndege ya coil zitaelekeza kwenye pole ya kaskazini. Miti ya magnetic ya solenoid imedhamiriwa kwa njia ile ile.
Sehemu ya nje ya sumaku, inayofanya kazi kwenye coil na sasa, inaelekea kuizunguka ili MSL ya coil iko sambamba na MSL ya shamba la nje la magnetic. Ili kuchambua nguvu zinazofanya kazi kwenye coil inayobeba sasa, ni rahisi kuifanya sura ya mstatili. Katika kesi hii, fikiria kwamba pande mbili za coil ni sawa na mwelekeo wa shamba la magnetic, na wengine wawili ni perpendicular (Mchoro 5). Pande mbili za kwanza za coil haziathiriwa na shamba la magnetic, lakini pande nyingine mbili za coil zinakabiliwa na nguvu za magnetic sawa na kinyume zinazoundwa na mwelekeo tofauti wa sasa. Vikosi hivi huunda torque ambayo inageuza coil na ndege ya sasa perpendicular kwa mwelekeo wa shamba magnetic. Katika pande zingine mbili za coil, uwanja wa sumaku hufanya kazi kwa nguvu mbili zinazofanana lakini zilizoelekezwa kinyume, ambazo huwa na ulemavu (compress au kunyoosha) coil kulingana na mwelekeo wa mkondo.
Kulingana na matokeo ya hapo juu na majaribio mengine, hitimisho zifuatazo zinaweza kutolewa.
Sehemu ya sumaku hufanya juu ya sehemu ya moja kwa moja ya kondakta wa sasa kwa nguvu, mwelekeo ambao ni perpendicular kwa mwelekeo wa sasa na mwelekeo wa MSL wa shamba la magnetic;
Sehemu ya sumaku huunda torque ambayo huwa na mzunguko wa coil au solenoid ili mwelekeo kutoka kwa ncha ya kusini ya coil au solenoid hadi ncha ya kaskazini inafanana na mwelekeo wa shamba;
Sehemu ya sumaku haifanyi kazi kwa waendeshaji wanaobeba sasa iko kando ya mwelekeo wa MSL;
MSL sio tu mistari ya kijiometri, lakini ni sehemu ya muundo tata wa shamba la sumaku, ambalo kwa upande wake lina mawimbi ya microscopic ambayo yana mali ya sumaku.
Tutazungumza juu ya asili na sifa za nguvu hizi na zingine katika makala inayofuata.
Umeme wa sasa katika mzunguko daima unajidhihirisha kwa namna fulani. Hii inaweza kuwa kazi chini ya mzigo fulani au athari inayoambatana ya sasa. Kwa hiyo, kwa athari ya sasa mtu anaweza kuhukumu uwepo wake au kutokuwepo katika mzunguko uliopewa: ikiwa mzigo unafanya kazi, kuna sasa. Ikiwa jambo la kawaida linaloambatana na sasa linazingatiwa, kuna sasa katika mzunguko, nk.
Kwa ujumla, umeme wa sasa una uwezo wa kusababisha athari mbalimbali: joto, kemikali, magnetic (umeme), mwanga au mitambo, na aina tofauti za athari za sasa mara nyingi hutokea wakati huo huo. Matukio haya na madhara ya sasa yatajadiliwa katika makala hii.
Athari ya joto ya sasa ya umeme
Wakati umeme wa moja kwa moja au unaobadilishana unapita kupitia kondakta, kondakta huwasha joto. Waendeshaji wa kupokanzwa vile katika hali tofauti na maombi inaweza kuwa: metali, electrolytes, plasma, metali iliyoyeyuka, semiconductors, semimetals.
Katika kesi rahisi, ikiwa, sema, sasa umeme hupitishwa kupitia waya wa nichrome, itawaka. Jambo hili hutumiwa katika vifaa vya kupokanzwa: katika kettles za umeme, boilers, hita, jiko la umeme, nk Katika kulehemu kwa arc umeme, joto la arc ya umeme kwa ujumla hufikia 7000 ° C, na chuma huyeyuka kwa urahisi - hii pia ni athari ya joto. ya sasa.
Kiasi cha joto kilichotolewa katika sehemu ya mzunguko inategemea voltage inayotumiwa kwa sehemu hii, thamani ya mtiririko wa sasa na wakati inapita ().
Baada ya kubadilisha sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko, unaweza kutumia voltage au sasa kuhesabu kiasi cha joto, lakini lazima pia ujue upinzani wa mzunguko, kwa sababu ni nini kinachozuia sasa na, kwa kweli, husababisha. inapokanzwa. Au, ukijua sasa na voltage katika mzunguko, unaweza kupata urahisi kiasi cha joto kinachozalishwa.
Kemikali hatua ya sasa ya umeme
Electrolytes zenye ions chini ya ushawishi wa sasa wa umeme wa moja kwa moja - hii ni athari ya kemikali ya sasa. Wakati wa electrolysis, ions hasi (anions) huvutiwa na electrode nzuri (anode), na ions chanya (cations) huvutiwa na electrode hasi (cathode). Hiyo ni, vitu vilivyomo katika electrolyte hutolewa kwenye electrodes ya chanzo cha sasa wakati wa mchakato wa electrolysis.
Kwa mfano, jozi ya electrodes inaingizwa katika suluhisho la asidi fulani, alkali au chumvi, na wakati umeme wa sasa unapitishwa kupitia mzunguko, malipo mazuri huundwa kwenye electrode moja na malipo hasi kwa upande mwingine. Ions zilizomo katika suluhisho huanza kuwekwa kwenye electrode na malipo ya kinyume.
Kwa mfano, wakati wa electrolysis ya sulfate ya shaba (CuSO4), cations za shaba Cu2 + na malipo mazuri huhamia cathode yenye chaji hasi, ambapo hupokea malipo ya kukosa na kuwa atomi za shaba zisizo na upande, zinakaa juu ya uso wa electrode. Kikundi cha hydroxyl -OH kitatoa elektroni kwenye anode, na kusababisha kutolewa kwa oksijeni. Kesheni za hidrojeni zenye chaji chanya H+ na anions zenye chaji hasi SO42- zitasalia katika suluhisho.
Kitendo cha kemikali ya sasa ya umeme hutumiwa katika tasnia, kwa mfano, kuoza maji katika sehemu zake za msingi (hidrojeni na oksijeni). Electrolysis pia inafanya uwezekano wa kupata baadhi ya metali katika fomu yao safi. Kutumia electrolysis, safu nyembamba ya chuma fulani (nickel, chromium) imewekwa juu ya uso - hii, nk.
Mnamo mwaka wa 1832, Michael Faraday alianzisha kwamba wingi wa m wa dutu iliyotolewa kwenye electrode ni sawia moja kwa moja na malipo ya umeme q kupitia electrolyte. Ikiwa mkondo wa moja kwa moja mimi hupitishwa kupitia elektroliti kwa muda t, basi sheria ya kwanza ya Faraday ya electrolysis ni halali:
Hapa mgawo wa uwiano k unaitwa sawa na kieletrokemikali cha dutu hii. Ni nambari sawa na wingi wa dutu iliyotolewa wakati malipo moja ya umeme yanapita kupitia electrolyte, na inategemea asili ya kemikali ya dutu.
Katika uwepo wa sasa wa umeme katika conductor yoyote (imara, kioevu au gesi), shamba la magnetic linazingatiwa karibu na conductor, yaani, conductor kubeba sasa hupata mali magnetic.
Kwa hivyo, ikiwa unaleta sumaku kwa kondakta ambayo sasa inapita, kwa mfano, kwa namna ya sindano ya dira ya magnetic, basi sindano itageuka perpendicular kwa conductor, na ikiwa upepo conductor kuzunguka msingi wa chuma na kupitisha sasa moja kwa moja kupitia kondakta, msingi utakuwa sumaku-umeme.
Mnamo 1820, Oersted aligundua athari ya sumaku ya sasa kwenye sindano ya sumaku, na Ampere ilianzisha sheria za upimaji wa mwingiliano wa sumaku wa waendeshaji na sasa.
Sehemu ya magnetic daima huzalishwa na sasa, yaani, kwa kusonga malipo ya umeme, hasa kwa chembe za kushtakiwa (elektroni, ions). Mikondo iliyoelekezwa kinyume hufukuza kila mmoja, mikondo ya unidirectional huvutia kila mmoja.
Uingiliano huo wa mitambo hutokea kutokana na mwingiliano wa mashamba ya magnetic ya mikondo, yaani, ni, kwanza kabisa, mwingiliano wa magnetic, na kisha tu mitambo. Hivyo, mwingiliano wa magnetic wa mikondo ni msingi.
Mnamo 1831, Faraday aligundua kuwa uwanja wa sumaku unaobadilika kutoka kwa mzunguko mmoja hutoa sasa katika mzunguko mwingine: emf inayozalishwa ni sawa na kiwango cha mabadiliko ya flux ya sumaku. Ni mantiki kwamba ni hatua ya magnetic ya mikondo ambayo hutumiwa hadi leo katika transfoma yote, na si tu katika sumaku-umeme (kwa mfano, katika viwanda).
Kwa fomu yake rahisi, athari ya mwanga ya sasa ya umeme inaweza kuzingatiwa katika taa ya incandescent, ond ambayo inapokanzwa na sasa inayopita kwa joto nyeupe na hutoa mwanga.
Kwa taa ya incandescent, akaunti ya nishati ya mwanga kwa karibu 5% ya umeme hutolewa, 95% iliyobaki ambayo inabadilishwa kuwa joto.
Taa za fluorescent kwa ufanisi zaidi kubadilisha nishati ya sasa katika mwanga - hadi 20% ya umeme inabadilishwa kuwa mwanga unaoonekana shukrani kwa fosforasi, ambayo hupokea kutoka kwa kutokwa kwa umeme katika mvuke wa zebaki au katika gesi ya inert kama vile neon.
Athari ya mwanga ya sasa ya umeme inafanywa kwa ufanisi zaidi katika LEDs. Wakati umeme wa sasa unapitishwa kupitia makutano ya pn katika mwelekeo wa mbele, flygbolag za malipo - elektroni na mashimo - kuchanganya tena na utoaji wa fotoni (kutokana na mpito wa elektroni kutoka ngazi moja ya nishati hadi nyingine).
Vitoa mwangaza bora zaidi ni semiconductors zenye pengo la moja kwa moja (yaani, zile zinazoruhusu mabadiliko ya bendi ya moja kwa moja ya macho), kama vile GaAs, InP, ZnSe au CdTe. Kwa kutofautiana utungaji wa semiconductors, inawezekana kuunda LED kwa wavelengths mbalimbali kutoka ultraviolet (GaN) hadi katikati ya infrared (PbS). Ufanisi wa LED kama chanzo cha mwanga hufikia wastani wa 50%.
Kama ilivyoonyeshwa hapo juu, kila kondakta ambayo mkondo wa umeme unapita huunda duara kuzunguka yenyewe. Vitendo vya magnetic vinabadilishwa kuwa mwendo, kwa mfano, katika motors za umeme, vifaa vya kuinua magnetic, valves magnetic, relays, nk.
Hatua ya mitambo ya sasa moja juu ya nyingine inaelezwa na sheria ya Ampere. Sheria hii ilianzishwa kwanza na André Marie Ampère mnamo 1820 kwa mkondo wa moja kwa moja. Inafuata kwamba waendeshaji sambamba na mikondo ya umeme inapita katika mwelekeo mmoja huvutia, na kwa mwelekeo tofauti wao huwafukuza.
Sheria ya Ampere pia ni sheria ambayo huamua nguvu ambayo uwanja wa sumaku hufanya kwenye sehemu ndogo ya kondakta anayebeba sasa. Nguvu ambayo uwanja wa magnetic hufanya juu ya kipengele cha kondakta anayebeba sasa iko kwenye uwanja wa magnetic ni sawa sawa na sasa katika kondakta na bidhaa ya vector ya kipengele cha urefu wa kondakta na induction magnetic.
Inategemea kanuni hii, ambapo rotor ina jukumu la sura na sasa, iliyoelekezwa kwenye uwanja wa nje wa sumaku wa stator na torque M.
Ikiwa kuna sasa ya umeme katika mzunguko inaweza kuamua na maonyesho yake mbalimbali, ambayo huitwa madhara ya sasa ya umeme. Mkondo wa umeme unaweza kusababisha hali ya joto, mwanga na kemikali. Pia, umeme wa sasa daima husababisha jambo la magnetic.
Athari ya joto ya sasa ya umeme ni joto la conductor wakati kuna sasa ndani yake. Hata hivyo, ikiwa conductor inapokanzwa kwa joto la juu la kutosha, inaweza kuanza kuangaza. Hiyo ni, athari ya kuangaza ya sasa itaonekana kama matokeo ya athari ya joto.
Kwa mfano, ikiwa mkondo wa umeme unapitishwa kupitia waya wa chuma, itawaka. Athari sawa ya mafuta ya sasa katika metali hutumiwa katika kettles za umeme na vifaa vingine vya nyumbani.
Filamenti ya tungsten katika taa za incandescent huanza kuangaza wakati inapokanzwa kwa nguvu. Katika kesi hii, athari ya mwanga ya sasa ya umeme hutumiwa. Katika taa za kuokoa nishati, gesi huangaza wakati umeme wa sasa unapita ndani yake.
Athari ya kemikali ya sasa ya umeme inaonyeshwa katika zifuatazo. Kuchukua suluhisho la chumvi fulani, alkali au asidi. Electrodes mbili huingizwa ndani yake; wakati umeme wa sasa unapitishwa kupitia mzunguko, malipo mazuri huundwa kwenye electrode moja na chaji hasi kwa nyingine. Ions zilizomo katika suluhisho (kawaida ioni za chuma zenye chaji) huanza kuweka kwenye elektroni na malipo ya kinyume. Jambo hili linaitwa electrolysis.
Kwa mfano, katika suluhisho la sulfate ya shaba (CuSO 4), ions za shaba na malipo mazuri (Cu 2+) huenda kuelekea electrode iliyosababishwa vibaya. Baada ya kupokea ioni zilizokosekana kutoka kwa elektroni, zinageuka kuwa atomi za shaba zisizo na upande na kukaa kwenye elektroni. Katika kesi hii, vikundi vya hydroxyl ya maji (-OH) hutoa elektroni zao kwa elektroni iliyochajiwa vyema. Matokeo yake, oksijeni hutolewa kutoka kwa suluhisho. Ioni za hidrojeni zenye chaji chanya (H+) na vikundi vya sulfate vilivyo na chaji hasi (SO 4 2-) hubaki kwenye suluhisho.
Kwa hivyo, kama matokeo ya electrolysis, mmenyuko wa kemikali hutokea.
Hatua ya kemikali ya sasa ya umeme hutumiwa katika sekta. Electrolysis inakuwezesha kupata baadhi ya metali katika fomu yao safi. Pia hutumiwa kufunika uso na safu nyembamba ya chuma fulani (nickel, chromium).
Athari ya sumaku ya sasa ya umeme ni kwamba kondakta ambayo mtiririko wa sasa hufanya kazi kwenye sumaku au sumaku ya chuma. Kwa mfano, ikiwa utaweka kondakta sambamba na sindano ya magnetic ya dira, sindano itazunguka 90 °. Ikiwa unafunga kitu kidogo cha chuma na kondakta, kitu kinakuwa sumaku wakati umeme wa sasa unapita kupitia kondakta.
Athari ya magnetic ya sasa hutumiwa katika vyombo vya kupima umeme.
Athari ya magnetic ya sasa
Mario Llozzi
UZOEFU WA OERSTED
Uwezekano wa kuwepo kwa uhusiano wa karibu kati ya umeme na sumaku ulipendekezwa na watafiti wa kwanza kabisa, waliopigwa na mlinganisho wa matukio ya umeme na magnetostatic ya mvuto na repulsion. Wazo hili lilikuwa limeenea sana kwamba kwanza Cardan, na kisha Hilbert, waliona kuwa ni ubaguzi na walijaribu kwa kila njia iwezekanavyo kuthibitisha tofauti kati ya matukio haya mawili. Lakini dhana hii iliibuka tena katika karne ya 18, kwa uhalali mkubwa, wakati athari ya sumaku ya umeme ilipoanzishwa, na Franklin na Beccaria waliweza kufikia sumaku kwa kutumia kutokwa kwa jarida la Leyden. Sheria za Coulomb, zilizo sawa kwa matukio ya kielektroniki na sumaku, ziliibua tena tatizo hili.
Baada ya betri ya Volta ilifanya iwezekane kutoa umeme wa sasa kwa muda mrefu, majaribio ya kugundua uhusiano kati ya matukio ya umeme na sumaku yakawa ya mara kwa mara na makali zaidi. Na bado, licha ya utaftaji mkubwa, ugunduzi huo ulilazimika kungojea kwa miaka ishirini. Sababu za ucheleweshaji kama huo zinapaswa kutafutwa katika maoni ya kisayansi yaliyokuwepo wakati huo. Nguvu zote zilieleweka tu katika maana ya Newton, yaani, kama nguvu zinazofanya kazi kati ya chembe za nyenzo kwenye mstari wa moja kwa moja unaoziunganisha. Kwa hivyo, watafiti walijaribu kugundua nguvu za aina hii haswa kwa kutengeneza vifaa ambavyo walitarajia kugundua mvuto au msukumo uliodhaniwa kati ya nguzo ya sumaku na mkondo wa umeme (au, inayoonyeshwa kwa ujumla zaidi, kati ya "giligili ya gala" na umajimaji wa sumaku) au kwa kujaribu magnetize sindano ya chuma, kuelekeza sasa kwa njia hiyo.
Gian Domenico Romagnosi (1761-1835) pia alijaribu kugundua mwingiliano kati ya maji ya galvanic na sumaku katika majaribio aliyoyaelezea katika nakala ya 1802, ambayo Guglielmo Libri (1803-1869), Pietro Configliacchi (1777-1844) na wengine wengi. baadaye ilirejelewa, ikihusisha Romagnosi kipaumbele cha uvumbuzi huu. Inatosha, hata hivyo, kusoma nakala hii kuwa na hakika kwamba katika majaribio ya Romagnosi na betri ya mzunguko wazi na sindano ya sumaku, hakukuwa na mkondo wa umeme hata kidogo, na kwa hivyo zaidi angeweza kuona ilikuwa hatua ya kawaida ya umeme.
Wakati mnamo Julai 21, 1820, katika nakala moja ya kurasa nne ya laconic sana (kwa Kilatini), yenye kichwa "Experimenta circa effectum conflictus electrici in acum magneticam," mwanafizikia wa Denmark Hans Christian Oersted (1777-1851) alielezea jaribio la kimsingi la sumaku-umeme, kuthibitisha kwamba sasa katika kondakta moja kwa moja inayoendesha kando ya meridian inapotosha sindano ya sumaku kutoka kwa mwelekeo wa meridian, maslahi na mshangao wa wanasayansi ulikuwa mkubwa si tu kwa sababu ufumbuzi huo uliotafutwa kwa muda mrefu wa tatizo ulikuwa umepatikana, lakini pia kwa sababu. uzoefu mpya, kama ilivyokuwa wazi mara moja, ilionyesha nguvu zisizo za Newton. Kwa kweli, kutokana na majaribio ya Oersted ilikuwa wazi kwamba nguvu inayofanya kazi kati ya nguzo ya sumaku na kipengele cha sasa haielekezwi kwenye mstari wa moja kwa moja unaowaunganisha, lakini pamoja na kawaida kwa mstari huu wa moja kwa moja, yaani, ni kama walivyosema wakati huo. , “nguvu ya kugeuza.” ". Umuhimu wa ukweli huu ulionekana hata wakati huo, ingawa uligunduliwa kikamilifu miaka mingi baadaye. Uzoefu wa Oersted ulisababisha ufa wa kwanza katika mtindo wa dunia wa Newton.
Ugumu ambao sayansi imejipata wenyewe unaweza kuhukumiwa, kwa mfano, na mkanganyiko ambao watafsiri wa Kiitaliano, Kifaransa, Kiingereza na Kijerumani walikuwa walipotafsiri makala ya Kilatini ya Oersted katika lugha yao ya asili. Mara nyingi, baada ya kufanya tafsiri halisi ambayo ilionekana kutoeleweka kwao, walitaja maandishi ya Kilatini katika barua.
Kwa kweli, kile ambacho bado haijulikani wazi katika nakala ya Oersted hata leo ni maelezo ambayo anajaribu kutoa kwa matukio aliyoona, ambayo, kwa maoni yake, yalisababishwa na harakati mbili za ond zilizoelekezwa kinyume karibu na kondakta wa "jambo la umeme, chanya na hasi. , kwa mtiririko huo.”
Upekee wa jambo lililogunduliwa na Ørsted mara moja lilivutia umakini mkubwa kutoka kwa wataalamu wa majaribio na wananadharia. Arago, akirudi kutoka Geneva, ambapo alikuwepo kwenye majaribio kama hayo yaliyorudiwa na De la Rive, alizungumza juu yao huko Paris, na mnamo Septemba 1820 hiyo hiyo alikusanya usanikishaji wake maarufu na kondakta wa wima wa sasa akipitia kipande cha kadibodi kilicho na usawa. iliyonyunyizwa na machujo ya chuma. Lakini hakupata miduara ya vichungi vya chuma ambavyo huwa tunaona wakati wa kufanya jaribio hili. Wajaribio wamekuwa wakiona miduara hii kwa uwazi tangu Faraday alipoweka mbele nadharia ya "mikondo ya sumaku" au "mistari ya nguvu." Hakika, mara nyingi, ili kuona kitu, unahitaji kutamani sana! Arago aliona tu kwamba kondakta, kama alivyoiweka, “amebanwa na vichungi vya chuma kana kwamba ni sumaku,” na kutokana na hayo alifikia mkataa kwamba “usumaku wa sasa unasababisha sumaku katika chuma ambayo haijaathiriwa na sumaku hapo awali.”
Yote katika 1820 hiyo hiyo, Biot alisoma ripoti mbili (Oktoba 30 na Desemba 18), ambapo aliripoti juu ya matokeo ya utafiti wa majaribio yeye na Savart walifanya. Kujaribu kugundua sheria ambayo huamua utegemezi wa ukubwa wa nguvu ya umeme kwa umbali, Biot aliamua kutumia njia ya oscillation, ambayo Coulomb alikuwa ametumia hapo awali. Ili kufanya hivyo, alikusanya usanikishaji unaojumuisha kondakta nene wima iko karibu na sindano ya sumaku: inapowashwa, ya sasa.
Uwepo wa sasa katika mzunguko wa umeme daima unaonyeshwa na hatua fulani. Kwa mfano, kufanya kazi chini ya mzigo maalum au jambo fulani linalohusiana. Kwa hiyo, ni hatua ya sasa ya umeme ambayo inaonyesha uwepo wake kama vile katika mzunguko fulani wa umeme. Hiyo ni, ikiwa mzigo unafanya kazi, basi sasa hufanyika.
Inajulikana kuwa sasa umeme husababisha aina mbalimbali za athari. Kwa mfano, hizi ni pamoja na mafuta, kemikali, magnetic, mitambo au mwanga. Katika kesi hiyo, madhara mbalimbali ya sasa ya umeme yanaweza kujidhihirisha wakati huo huo. Tutakuambia kwa undani zaidi juu ya maonyesho yote katika nyenzo hii.
Jambo la joto
Inajulikana kuwa joto la conductor huongezeka wakati sasa inapita ndani yake. Waendeshaji vile ni metali mbalimbali au melts yao, semimetals au semiconductors, pamoja na electrolytes na plasma. Kwa mfano, wakati umeme wa sasa unapitishwa kupitia waya wa nichrome, inakuwa moto sana. Jambo hili hutumiwa katika vifaa vya kupokanzwa, yaani: katika kettles za umeme, boilers, hita, nk. Ulehemu wa arc umeme una joto la juu zaidi, yaani, inapokanzwa kwa arc ya umeme inaweza kufikia hadi digrii 7,000 Celsius. Kwa joto hili, kuyeyuka kwa chuma kwa urahisi kunapatikana.
Kiasi cha joto kinachozalishwa moja kwa moja inategemea ni voltage gani iliyotumiwa kwa sehemu fulani, pamoja na sasa ya umeme na wakati unapita kupitia mzunguko.
Ili kuhesabu kiasi cha joto kinachozalishwa, ama voltage au sasa hutumiwa. Katika kesi hiyo, ni muhimu kujua kiashiria cha upinzani katika mzunguko wa umeme, kwa kuwa ni hii ambayo inakera inapokanzwa kutokana na upungufu wa sasa. Pia, kiasi cha joto kinaweza kuamua kwa kutumia sasa na voltage.
uzushi wa kemikali
Athari ya kemikali ya sasa ya umeme ni electrolysis ya ions katika electrolyte. Wakati wa electrolysis, anode inaunganisha anions yenyewe, na cathode - cations.
Kwa maneno mengine, wakati wa electrolysis, vitu fulani hutolewa kwenye electrodes ya chanzo cha sasa.
Hebu tutoe mfano: electrodes mbili hupunguzwa kwenye suluhisho la asidi, alkali au salini. Kisha sasa hupitishwa kupitia mzunguko wa umeme, ambayo husababisha kuundwa kwa malipo mazuri kwenye moja ya electrodes, na malipo mabaya kwa upande mwingine. Ions zilizo katika suluhisho zimewekwa kwenye electrode na malipo tofauti.
Hatua ya kemikali ya sasa ya umeme hutumiwa katika sekta. Kwa hivyo, kwa kutumia jambo hili, maji hutengana na oksijeni na hidrojeni. Kwa kuongeza, kwa kutumia electrolysis, metali hupatikana kwa fomu yao safi, na nyuso pia hupigwa.
Jambo la sumaku
Umeme wa sasa katika kondakta wa hali yoyote ya mkusanyiko huunda shamba la sumaku. Kwa maneno mengine, kondakta aliye na umeme wa sasa amepewa mali ya sumaku.
Kwa hivyo, ikiwa unaleta sindano ya dira ya sumaku karibu na kondakta ambayo mkondo wa umeme unapita, itaanza kuzunguka na kuchukua nafasi ya perpendicular kwa kondakta. Ikiwa upepo kondakta huu karibu na msingi wa chuma na kupitisha mkondo wa moja kwa moja kupitia hiyo, basi msingi huu utachukua mali ya electromagnet.
Asili ya shamba la sumaku ni uwepo wa sasa wa umeme. Hebu tueleze: malipo ya kusonga (chembe za kushtakiwa) huunda shamba la magnetic. Katika kesi hii, mikondo ya mwelekeo tofauti huwafukuza, na mikondo ya mwelekeo huo huvutia. Uingiliano huu unategemea mwingiliano wa magnetic na mitambo ya mashamba ya magnetic na mikondo ya umeme. Inatokea kwamba mwingiliano wa magnetic wa mikondo ni muhimu.
Hatua ya sumaku hutumiwa katika transfoma na sumaku-umeme.
Jambo la mwanga
Mfano rahisi zaidi wa hatua ya mwanga ni taa ya incandescent. Katika chanzo hiki cha mwanga, ond hufikia thamani ya joto inayotaka kwa njia ya sasa inayopita kwa hali ya joto nyeupe. Hivi ndivyo mwanga unavyotolewa. Katika balbu ya jadi ya incandescent, ni asilimia tano tu ya umeme wote hutumiwa kwenye mwanga, wakati sehemu ya simba iliyobaki inabadilishwa kuwa joto.
Analogues za kisasa zaidi, kwa mfano, taa za fluorescent, hubadilisha umeme kuwa mwanga kwa ufanisi zaidi. Hiyo ni, karibu asilimia ishirini ya nishati yote iko kwenye msingi wa mwanga. Fosforasi hupokea mionzi ya UV inayotoka kwa usaha unaotokea kwenye mvuke wa zebaki au gesi ajizi.
Utekelezaji wa ufanisi zaidi wa hatua ya mwanga ya sasa hutokea ndani. Mkondo wa umeme unaopita kwenye makutano ya pn hukasirisha ujumuishaji wa wabebaji wa chaji na utoaji wa fotoni. Emitters bora za taa za LED ni semiconductors za pengo la moja kwa moja. Kwa kubadilisha muundo wa semiconductors hizi, inawezekana kuunda LED kwa mawimbi tofauti ya mwanga (urefu tofauti na safu). Ufanisi wa LED hufikia asilimia 50.
Jambo la mitambo
Kumbuka kwamba uwanja wa sumaku unatokea karibu na kondakta anayebeba sasa umeme. Vitendo vyote vya sumaku vinabadilishwa kuwa harakati. Mifano ni pamoja na motors za umeme, vitengo vya kuinua magnetic, relays, nk.
Mnamo 1820, Andre Marie Ampère alipata "Sheria ya Ampere" inayojulikana, ambayo inaelezea athari ya mitambo ya mkondo mmoja wa umeme kwa mwingine.
Sheria hii inasema kwamba makondakta sambamba wanaobeba mkondo wa umeme katika mwelekeo huo huo huvutia mvuto kwa kila mmoja, na wale walio katika mwelekeo tofauti, kinyume chake, hupata kukataa.
Pia, sheria ya ampere huamua ukubwa wa nguvu ambayo shamba la magnetic hufanya juu ya sehemu ndogo ya conductor inayobeba sasa ya umeme. Ni nguvu hii ambayo inasimamia utendaji wa motor ya umeme.