Mis on voolu magnetilise efekti ilming. Elektrivoolu toimed: termiline, keemiline, magnetiline, kerge ja mehaaniline Miks peetakse elektrivoolu magnetilist mõju põhiliseks?

Vooluahela elektrivool avaldub alati mingisuguse selle tegevusega. See võib olla nii töö teatud koormusel kui ka voolu kaasnev mõju. Seega saab voolu toimel hinnata selle olemasolu või puudumist antud ahelas: kui koormus töötab, on vool olemas. Kui täheldatakse vooluga kaasnevat tüüpilist nähtust, on vooluahelas vool jne.

Üldiselt võib elektrivool põhjustada mitmesuguseid toiminguid: termiline, keemiline, magnetiline (elektromagnetiline), kerge või mehaaniline ning mitmesugused voolutugevused avalduvad sageli samaaegselt. Neid praeguse nähtusi ja tegevusi käsitletakse selles artiklis.

Elektrivoolu termiline mõju

Kui otsene või vahelduv elektrivool läbib juhti, soojeneb juht üles. Sellised küttejuhid erinevates tingimustes ja rakendustes võivad olla: metallid, elektrolüüdid, plasma, sulametallid, pooljuhid, poolmetallid.

Lihtsamal juhul, kui näiteks elektrivool lastakse läbi nikroomtraadi, siis see soojeneb. Seda nähtust kasutatakse kütteseadmetes: elektrilistes veekeetjates, boilerites, kütteseadmetes, elektripliitides jne. Kaarkeevitamisel ulatub elektrikaare temperatuur tavaliselt 7000 ° C -ni ja metall sulab kergesti - see on ka voolu termiline efekt.

Vooluahela osas eralduv soojushulk sõltub sellele sektsioonile rakendatavast pingest, voolava voolu väärtusest ja selle voolu ajast ().

Olles muutnud vooluahela Ohmi seadust, saate soojushulga arvutamiseks kasutada pinget või voolu, kuid siis on hädavajalik teada vooluahela takistust, sest see piirab voolu ja tegelikult põhjustab kuumutamist. Või teades vooluahelat ja pinget ahelas, saate sama hõlpsalt leida tekkiva soojushulga.

Elektrivoolu keemiline toime

Elektrolüüdid, mis sisaldavad ioone konstantse elektrivoolu mõjul - see on voolu keemiline toime. Negatiivsed ioonid (anioonid) tõmbuvad elektrolüüsi ajal positiivse elektroodi (anoodi) poole ja negatiivsed ioonid (katioonid) negatiivse elektroodi (katoodi) poole. See tähendab, et elektrolüüdis sisalduvad ained vabanevad elektrolüüsi ajal vooluallika elektroodidel.

Näiteks kastetakse elektroodipaar teatud happe, leelise või soola lahusesse ning elektrivoolu vooluringi läbimisel tekib ühel elektroodil positiivne laeng, teisel aga negatiivne laeng. Lahuses sisalduvad ioonid hakkavad elektroodile sadestuma vastupidise laenguga.

Näiteks vasksulfaadi (CuSO4) elektrolüüsi käigus liiguvad positiivse laenguga vasekatioonid Cu2 + negatiivse laenguga katoodile, kus nad saavad puuduva laengu, ja muutuvad neutraalseteks vase aatomiteks, asudes elektroodi pinnale. Hüdroksüülrühm -OH annetab anoodi juures elektronid ja selle tulemusena vabaneb hapnik. Positiivselt laetud vesiniku katioonid H + ja negatiivselt laetud SO42-anioonid jäävad lahusesse.

Elektrivoolu keemilist toimet kasutatakse tööstuses, näiteks vee lagundamiseks selle koostisosadeks (vesinik ja hapnik). Samuti võimaldab elektrolüüs saada mõned metallid puhtal kujul. Elektrolüüsi abil kaetakse pinnale õhuke kiht teatud metalli (nikkel, kroom) - see jne.

1832. aastal leidis Michael Faraday, et elektroodil vabanenud aine mass m on otseselt proportsionaalne elektrolüüdi läbinud elektrilaenguga q. Kui konstantset voolu I lastakse läbi elektrolüüdi aja jooksul t, siis kehtib esimene Faraday elektrolüüsi seadus:

Siin nimetatakse proportsionaalsustegurit k aine elektrokeemiliseks ekvivalendiks. See on arvuliselt võrdne aine massiga, mis vabaneb ühe elektrilaengu läbimisel elektrolüüdist, ja sõltub aine keemilisest olemusest.

Elektrivoolu juuresolekul mis tahes juhis (tahke, vedel või gaasiline) täheldatakse juhi ümber magnetvälja, see tähendab, et voolujuht omandab magnetilised omadused.

Niisiis, kui juhi juurde tuuakse magnet, näiteks vool, näiteks magnetilise kompassinõela kujul, siis pöörab nool juhi suhtes risti ja kui kerite juhi rauast südamikule ja läbite alalisvool läbi juhi, muutub südamik elektromagnetiks.

Aastal 1820 avastas Oersted magnetnõelal voolu magnetilise toime ja Ampere kehtestas juhtide ja vooluga magnetilise interaktsiooni kvantitatiivsed seadused.

Magnetvälja tekitab alati vool, see tähendab liikuvad elektrilaengud, eriti laetud osakesed (elektronid, ioonid). Vastandlikult suunatud voolud tõrjuvad vastastikku, ühesuunalised hoovused tõmbuvad vastastikku.

Selline mehaaniline koostoime tekib voolude magnetväljade vastasmõju tõttu, see tähendab, et see on esiteks magnetiline vastasmõju ja alles siis - mehaaniline. Seega on voolude magnetiline koostoime esmane.

Aastal 1831 tegi Faraday kindlaks, et ühe vooluahela muutuv magnetväli tekitab teises vooluringis voolu: loodud EMF on võrdeline magnetvoo muutumiskiirusega. On loogiline, et voolude magnetilist toimet kasutatakse tänapäevani kõikides trafodes ja mitte ainult elektromagnetites (näiteks tööstuslikes).

Kõige lihtsamal kujul võib elektrivoolu valgusefekti täheldada hõõglambis, mille spiraali kuumutab seda läbiv vool valgeks kuumuseks ja kiirgab valgust.

Hõõglambi puhul moodustab valgusenergia umbes 5% tarnitud elektrienergiast, ülejäänud 95% muundatakse soojuseks.

Luminofoorlambid muudavad tõhusamalt praeguse energia valguseks - kuni 20% elektrienergiast muudetakse nähtavaks valguseks tänu fosforile, mis saab elektrilahendusest elavhõbedaaurudes või inertgaasis, näiteks neoonis.

Elektrivoolu valgusefekt on LED -ides tõhusamalt realiseeritud. Kui elektrivool lastakse pn -ristmikust edasi, liiguvad laengukandjad - elektronid ja augud - uuesti footonite emissiooniga (elektronide ülemineku tõttu ühelt energiatasemelt teisele).

Parimad valguskiirgurid on otsese piluga pooljuhid (st need, milles on lubatud otsesed optilised üleminekud), näiteks GaAs, InP, ZnSe või CdTe. Pooljuhtide koostist varieerides on võimalik luua LED-i kõikvõimalike lainepikkuste jaoks, alates ultraviolettkiirgusest (GaN) kuni keskmise infrapunani (PbS). LED -i kui valgusallika efektiivsus ulatub keskmiselt 50%-ni.

Nagu eespool märgitud, moodustub iga juht, mille kaudu voolab elektrivool, enda ümber. Magnetilised toimingud muutuvad liikumiseks näiteks elektrimootorites, magnetilistes tõsteseadmetes, magnetventiilides, releedes jne.

Ühe voolu mehaanilist mõju teisele kirjeldab Ampere seadus. Selle seaduse kehtestas esmakordselt alalisvoolu jaoks André Marie Ampere 1820. aastal. Sellest järeldub, et ühes suunas voolavate elektrivooludega paralleeljuhte tõmbatakse ligi ja vastassuundades tõrjutakse.

Ampere seadust nimetatakse ka seaduseks, mis määrab jõu, millega magnetväli mõjub vooluga juhi väikesele lõigule. Jõud, millega magnetväli mõjub juhi elemendile, mille vool asub magnetväljas, on otseselt proportsionaalne juhi vooluga ning juhi pikkuse ja magnetilise induktsiooni elemendi vektorproduktiga.

See põhineb sellel põhimõttel, kus rootor mängib vooluga raami rolli, mis on staatori välises magnetväljas orienteeritud pöördemomendiga M.

Füüsika küsimuse osas. 8. klass. magnetväli. helpeeee ... autori antud Avaldaja parim vastus on 1-a Elektrivoolu magnetiline efekt on teist tüüpi juhte läbiva elektrivoolu võime tekitada nende juhtmete ümber magnetväli.
1-b Positiivne tõmbab negatiivse poole 🙂
2-a osuti hakkab tavaasendist kõrvale kalduma
2-b Nagu nimed tõrjuvad, erinevalt meelitab
3-a Magnetväljas pöörab kompassinõel rangelt määratletud viisil, alati paralleelselt jõuväljajoontega. (kardaan või vasaku käe reegel)
3-b Mõlemal juhul otstes
4-a Kruvikeerajaga või sulgemisega (mitte parim viis)
4-b Põhja magnet asub lõuna geograafilises osas ja vastupidi. Täpset määratlust pole - see võib nihkuda
5-a Juhi soojendamine
5-b Kindlasti ei
6 -a Merevaik magnetiga - vennad?
Selgus, et see on tõele lähedal ja välk "raamistas" neid. Lõppude lõpuks, kui merevaik on elektrifitseeritud, tekivad sädemed ja sädemed on väikesed välgud.
Kuid välk on välk ja mis on sellel magnetil pistmist? See oli välk, mis osutas merevaigu ja magneti, mille Hilbert varem "eraldas". Siin on kolm väljavõtet pikselöögi kirjeldusest, mis näitavad merevaigu elektri ja magneti ligitõmbamise vahelist tihedat seost.
“... Juulis 1681 tabas laev“ Quick ”välku. Öö saabudes selgus tähtede asendi järgi, et kolmest kompassist ... kaks, selle asemel, et osutada põhja poole, nagu varem, osutasid lõuna poole, oli kolmanda kompassi endine põhjaots suunatud läände. "
“... Juunis 1731 pani Wexfieldi kaupmees oma toa nurka suure kasti, mis oli täis noad, kahvlid ja muud rauast ja terasest esemed ... laiali kõik asjad, mis selles olid. Kõik need kahvlid ja noad ... osutusid väga magnetiseerituks ... "
„… Medvedkovo külas on möödunud tugev äike; talupojad nägid, kuidas välk lõi noa, pärast äikest hakkas nuga raudnaelu ligi tõmbama ... "
Pikselööke, magnetiseerivaid kirveid, harke, noad ja muid terasest esemeid, demagnetiseerivaid või ümbermagnetiseerivaid kompassi nooli täheldati nii sageli, et teadlased hakkasid otsima seost elektrisädemete ja magnetismi vahel. Kuid ei rauavardade voolu läbimine ega Leydeni purkide sädemete mõju neile ei andnud käegakatsutavaid tulemusi - triikraud ei magnetiseerunud, kuigi täpsed kaasaegsed seadmed seda ilmselt tunneksid.
Kompassi nõel kaldus veidi füüsiku Romagnosi katsetes Trenti linnast, kui ta viis kompassi lähemale voltaalsele poolusele - elektriakule. Ja siis alles siis, kui vool voolas läbi voltaatkolonni. Kuid Romagnosi ei saanud siis kompassinõela sellise käitumise põhjustest aru.
Au avastada elektri ja magnetismi vaheline seos langes Taani füüsiku Hans Christian Oerstedi (1777–1851) osale ja isegi siis juhuslikult. See juhtus 15. veebruaril 1820 järgmiselt. Sel päeval pidas Oersted Kopenhaageni ülikooli tudengitele füüsikaloengu. Loeng oli pühendatud voolu termilisele toimele, teisisõnu juhtide kuumutamisele, mille kaudu elektrivool voolab. Nüüd kasutatakse seda nähtust kogu aeg - elektripliitides, triikraudades, kateldes, isegi elektrilampides, mille spiraal on vooluga valge. Ja Oerstedi ajal peeti sellist dirigendi kuumutamist vooluga uueks ja huvitavaks nähtuseks.
6-b Sisestage südamik

Lihtsaimad elektrilised ja magnetilised nähtused on inimestele teada olnud juba väga ammustest aegadest.

Ilmselt juba 600 aastat eKr. NS. kreeklased teadsid, et magnet tõmbab ligi rauda ja hõõrutud merevaik meelitab ligi kergeid esemeid, nagu kõrred jms. Siiski ei olnud elektrilise ja magnetilise tõmbe vahe veel selge; mõlemat peeti sama laadi nähtuseks.

Selge erinevus nende nähtuste vahel on inglise arsti ja loodusteadlase William Gilberti (1544-1603), kes avaldas 1600. aastal raamatu pealkirjaga "On the Magnet, Magnetic Bodies and the Great Magnet - the Earth", teene. See raamat alustab tegelikult elektriliste ja magnetiliste nähtuste tõeliselt teaduslikku uurimist. Hilbert kirjeldas oma raamatus kõiki magneteid, mis olid tema ajastul teada, ning tõi välja ka enda väga oluliste katsete tulemused. Ta tõi välja mitmeid olulisi erinevusi elektrilise ja magnetilise tõmbe vahel ning võttis kasutusele sõna „elekter“.

Kuigi pärast Hilbertit oli elektri- ja magnetnähtuste erinevus kõigile juba vaieldamatult selge, osutasid mitmed faktid sellele vaatamata, et kõigi nende erinevustega on need nähtused üksteisega kuidagi tihedalt ja lahutamatult seotud. Kõige silmatorkavamad faktid olid rauast esemete magnetiseerimine ja magnetnoolte magnetiseerimise pööramine välgu mõjul. Prantsuse füüsik Dominique François Arago (1786-1853) kirjeldab oma teoses Thunder and Lightning näiteks sellist juhtumit. “Juulis 1681 tabas sadamat miili rannikust avamerel asuvat laeva“ Queen ”välk, mis kahjustas oluliselt maste, purjeid jne. Öö saabudes oli tähtede asukoht selgus, et laeval olnud kolmest kompassist hakkasid kaks põhja poole suunamise asemel näitama lõuna poole ja kolmas läände. " Arago kirjeldab ka juhtumit, kui välk tabas maja tugevalt magnetiseeritud terasest noad, kahvlid ja muud esemed.

18. sajandi alguses tehti juba kindlaks, et välk on tegelikult tugev õhu kaudu voolav elektrivool; seetõttu võivad sellised faktid nagu ülalkirjeldatud viidata ideele, et igal elektrivoolul on mingid magnetilised omadused. Need voolu omadused avastati aga eksperimentaalselt ja neid uuris alles 1820. aastal Taani füüsik Hans Christian Oersted (1777-1851).

Oerstedi peamine eksperiment on näidatud joonisel fig. 199. Fikseeritud traadi 1 kohal, mis asub piki meridiaani, see tähendab põhja-lõuna suunas, on õhuke niit riputatud magnetnõelaga 2 (joonis 199, a). Teadaolevalt on nool asetatud ka ligikaudu piki põhja-lõuna joont ja seetõttu paikneb see traadiga ligikaudu paralleelselt. Kuid niipea, kui võtme sulgeme ja voolu läbi juhtme 1 laseme, näeme, et magnetnõel pöörleb, püüdes end selle suhtes täisnurga all seada, see tähendab traadiga risti asetsevas tasapinnas (joonis 199). , b). See fundamentaalne kogemus näitab, et vooluga juhti ümbritsevas ruumis on jõud, mis põhjustavad magnetnõela liikumist, st jõud, mis sarnanevad looduslike ja tehismagnetite läheduses toimivatega. Me nimetame selliseid jõude magnetjõududeks, nagu me nimetame elektrilaengutele mõjuvat jõudu elektriliseks.

Riis. 199. Oerstedi eksperiment magnetnõelaga, mis paljastab magnetvoolu välja olemasolu: 1 - traat, 2 - magnetnõel, mis on riputatud paralleelselt juhtmega, 3 - galvaaniliste elementide aku, 4 - reostaat, 5 - võti

Ch. II, tutvustasime elektrivälja kontseptsiooni, et tähistada seda ruumi erilist olekut, mis avaldub tegudes, elektrijõududes. Samamoodi nimetame magnetväljaks ruumi olekut, mis annab end tunda magnetjõudude toimel. Seega tõestab Oerstedi eksperiment, et elektrivoolu ümbritsevas ruumis tekivad magnetjõud ehk tekib magnetväli.

Esimene küsimus, mille Oersted endale pärast tähelepanuväärse avastuse tegemist esitas, oli järgmine: kas traadi sisu mõjutab voolu tekitatud magnetvälja? "Ühendustraat," kirjutab Oersted, "võib koosneda mitmest juhtmest või metallribast. Metalli olemus ei muuda tulemust, välja arvatud ehk suuruse osas.

Kasutasime sama tulemusega plaatina-, kuld-, hõbe-, messing- ja raudtraate, samuti tina- ja pliipolitseid ning elavhõbedat. "

Oersted viis läbi kõik oma katsed metallidega, see tähendab juhtidega, mille juhtivusel, nagu me praegu teame, on elektrooniline iseloom. Oerstedi eksperimendi läbiviimine pole aga keeruline, asendades metalltraadi elektrolüüdiga või toruga, milles toimub gaaslahendus. Oleme selliseid katseid juba kirjeldanud § -s 40 (joonis 73) ja nägime, et kuigi nendel juhtudel on elektrivool tingitud positiivsete ja negatiivsete ioonide liikumisest, on selle mõju magnetnõelale sama mis voolu puhul metalljuhis. Olenemata juhi iseloomust, millest vool voolab, tekib juhi ümber alati magnetväli, mille mõjul nool pöörleb, kaldudes muutuma voolu suunaga risti.

Seega võime väita: magnetväli tekib iga voolu ümber. Seda elektrivoolu kõige olulisemat omadust (§ 40) oleme juba maininud, kui rääkisime üksikasjalikumalt selle muudest toimingutest - termilisest ja keemilisest.

Elektrivoolu kolmest omadusest või ilmingust on kõige iseloomulikum magnetvälja loomine. Mõnes juhtmes - elektrolüütides - toimub voolu keemiline toime, teistes - metallides - puudub. Voolu tekitatud soojus võib olla enam -vähem sama voolu juures, sõltuvalt juhi takistusest. Ülijuhtides on isegi võimalik vool läbida ilma soojust eraldamata (§ 49). Kuid magnetväli on iga elektrivoolu lahutamatu kaaslane. See ei sõltu selle või selle juhi erilistest omadustest ja selle määrab ainult voolu tugevus ja suund. Enamik elektri tehnilistest kasutusviisidest on seotud ka magnetvoolu väljaga.

Uurisime üksikasjalikult statsionaarsete elektrilaengute tekitatud elektrostaatilise välja omadusi. Elektrilaengute liikumisel tekib terve rida uusi füüsikalisi nähtusi, mida hakkame uurima.

Praegu on laialt teada, et elektrilaengutel on diskreetne struktuur, st elementaarosakesed - elektronid, prootonid jne on laengukandjad. Kuid enamikul praktiliselt olulistel juhtudel see laengute diskreetsus ei avaldu, seetõttu kirjeldab pideva elektriliselt laetud keskkonna mudel hästi nähtusi, mis on seotud laetud osakeste liikumisega, see tähendab elektrivooluga.

Elektrivool on laetud osakeste suundliikumine..

Olete elektrivoolu kasutamisega väga tuttav, kuna elektrivoolu kasutatakse meie elus äärmiselt laialdaselt. Pole saladus, et meie praegune tsivilisatsioon põhineb peamiselt elektrienergia tootmisel ja kasutamisel. Piisab lihtsalt elektrienergia tootmisest, selle pikkade vahemaade ülekandmisest ja muuks vajalikuks vormimiseks.

Peatume lühidalt elektrivoolu toimimise võimalikel ilmingutel.

Termiline toime elektrivool avaldub peaaegu kõigil voolujuhtudel. Elektritakistuse olemasolu tõttu eraldub voolu voolamisel soojus, mille koguse määrab Joule-Lenzi seadus, millega peaksite tuttav olema. Mõnel juhul on vabanev soojus kasulik (mitmesugustes elektrikütteseadmetes), sageli toob soojuse eraldumine kaasa elektritootmise ajal kasutud energiakadu.

Magnetiline tegevus vool avaldub magnetvälja loomisel, mis viib elektrivoolude ja liikuvate laetud osakeste vastastikmõju ilmnemiseni.

Mehaaniline toime voolu kasutatakse mitmesugustes elektrimootorites, mis muudavad elektrivoolu energia mehaaniliseks energiaks.

Keemiline toime avaldub selles, et voolav elektrivool võib käivitada erinevaid keemilisi reaktsioone. Näiteks põhineb alumiiniumi ja paljude teiste metallide tootmisprotsess elektrolüüsi fenomenil - sula metalloksiidide lagunemise reaktsioonil elektrivoolu toimel.

Kerge tegevus elektrivool avaldub valguse kiirguse ilmnemisel elektrivoolu möödumisel. Mõnel juhul on hõõgumine termilise kuumutamise tagajärg (näiteks hõõglampides), teistel põhjustavad laetud osakeste liikumine otseselt valguse kiirgust.

Juba nähtuse (elektrivool) nimes on kuulda vanade füüsiliste vaadete kaja, kui kõik elektrilised omadused omistati hüpoteetilisele elektrivedelikule, mis täidab kõik kehad. Seetõttu kasutatakse laetud osakeste liikumise kirjeldamisel tavaliste vedelike liikumise kirjeldamisel sarnast terminoloogiat. Näidatud analoogia ulatub kaugemale lihtsast terminite kokkulangevusest, paljud "elektrilise vedeliku liikumisseadused on sarnased tavaliste vedelike liikumisseadustega ja juhtmete kaudu toimuva alalisvoolu seadused, mis on teile osaliselt tuttavad" vedeliku liikumise seadused torude kaudu. Seetõttu soovitame tungivalt korrata lõiku, milles neid nähtusi kirjeldatakse - hüdrodünaamika.

1. Milline on elektrivoolu magnetilise mõju avaldumine? Selgitage oma vastust.

Teist tüüpi juhte läbiva elektrivoolu võime tekitada nende juhtmete ümber magnetväli

2. Kuidas saab kompassi abil kindlaks määrata magneti poolused? Selgitage oma vastust.

Noole põhjapoolust tõmbab magneti lõunapoolus, lõunapoolust põhja pool.

3. Kuidas saab tuvastada magnetvälja olemasolu ruumis? Selgitage oma vastust.

Näiteks raua viilude kasutamine. Voolu magnetvälja mõjul ei asu raudviilud juhuslikult juhi ümber, vaid piki kontsentrilist ringi.

4. Kuidas kompassi abil kindlaks teha, kas juhis voolab vool? Selgitage oma vastust.

Kui kompassinõel on traadiga risti, siis voolab traadis alalisvool.

5. Kas magnetit on võimalik lõigata nii, et ühel saadud magnetil on ainult põhjapoolus ja teisel ainult lõunapoolus? Selgitage oma vastust.

Pooluseid on lõikamise teel võimatu üksteisest eraldada. Magnetpostid eksisteerivad ainult paarikaupa.

6. Kuidas saab ampermeetrit kasutamata teada saada, kas juhtmes on voolu?

• Kasutades magnetnõela, mis reageerib juhtme voolule.
• Tundliku voltmeetri abil ühendage see juhtme otstega.