15 Παραδείγματα Εφαρμογών Ηλεκτρομαγνητισμού

Εφαρμογές ηλεκτρομαγνητισμού

ο ηλεκτρομαγνητισμός είναι ένας κλάδος του φυσικός που προσεγγίζει από μια ενοποιητική θεωρία τους τομείς τόσο της ηλεκτρικής ενέργειας όσο και του μαγνητισμού διατυπώστε μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις του σύμπαντος που είναι γνωστές μέχρι τώρα: το ηλεκτρομαγνητισμός. Οι άλλες θεμελιώδεις δυνάμεις (ή θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις) είναι οι βαρύτητα και ισχυρές και αδύναμες πυρηνικές αλληλεπιδράσεις.

Αυτό του ηλεκτρομαγνητισμού είναι μια θεωρία πεδίου, δηλαδή, βασισμένη στα φυσικά μεγέθη διάνυσμα ή τανύων μύς, που εξαρτώνται από τη θέση στο χώρο και το χρόνο. Βασίζεται σε τέσσερις διανυσματικές διαφορικές εξισώσεις (που διατυπώθηκαν από τον Michael Faraday και αναπτύχθηκαν για πρώτη φορά από τον James Clerk Maxwell, γι 'αυτό βαφτίστηκαν ως Εξισώσεις Maxwell) που επιτρέπουν την κοινή μελέτη ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων, καθώς και ηλεκτρικό ρεύμα, ηλεκτρική πόλωση και μαγνητική πόλωση.

Από την άλλη πλευρά, ο ηλεκτρομαγνητισμός είναι μια μακροσκοπική θεωρία. Αυτό σημαίνει ότι μελετά μεγάλα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα, εφαρμόσιμα σε μεγάλο αριθμό σωματιδίων και σημαντικές αποστάσεις, καθώς στα ατομικά και μοριακά επίπεδα δίνει τη θέση τους σε μια άλλη πειθαρχία, γνωστή ως μηχανική ποσοστό.

Ωστόσο, μετά την κβαντική επανάσταση του 20ού αιώνα, πραγματοποιήθηκε η αναζήτηση μιας κβαντικής θεωρίας ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης, δημιουργώντας έτσι κβαντική ηλεκτροδυναμική.

Περιοχές εφαρμογής ηλεκτρομαγνητισμού

Αυτός ο τομέας της φυσικής υπήρξε καθοριστικός για την ανάπτυξη πολλών κλάδων και τεχνολογίες, ιδίως τη μηχανική και την ηλεκτρονική, καθώς και την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας και ακόμη και τη χρήση της σε τομείς υγείας, αεροναυτικής ή αστικών κατασκευών.

Η λεγόμενη Δεύτερη Βιομηχανική Επανάσταση ή Τεχνολογική Επανάσταση δεν θα ήταν δυνατή χωρίς την κατάκτηση της ηλεκτρικής ενέργειας και του ηλεκτρομαγνητισμού.

Παραδείγματα εφαρμογών ηλεκτρομαγνητισμού

1. Γραμματόσημα. Ο μηχανισμός αυτών των καθημερινών συσκευών περιλαμβάνει την κυκλοφορία ενός ηλεκτρικού φορτίου μέσω ενός ηλεκτρομαγνήτη, του οποίου το μαγνητικό πεδίο προσελκύει ένα σφυρί. μικροσκοπικό μέταλλο προς ένα κουδούνι, διακόπτοντας το κύκλωμα και επιτρέποντάς του να επανεκκινήσει, έτσι το σφυρί το χτυπά επανειλημμένα και παράγει το ήχος που μας τραβάει την προσοχή.
2. Μαγνητικές αναρτήσεις. Αντί να κυλά σε ράγες όπως συμβατικά τρένα, αυτό το υπερ-τεχνολογικό μοντέλο τρένου διατηρείται σε μαγνητική ανύψωση χάρη στους ισχυρούς ηλεκτρομαγνήτες που είναι εγκατεστημένοι στο τμήμα του πιο χαμηλα. Έτσι, η ηλεκτρική απώθηση μεταξύ των μαγνητών και του μέταλλο της πλατφόρμας στην οποία κυκλοφορεί η αμαξοστοιχία διατηρεί το βάρος του οχήματος στον αέρα.
3. Ηλεκτρικοί μετασχηματιστές. Ένας μετασχηματιστής, αυτές οι κυλινδρικές συσκευές που σε ορισμένες χώρες βλέπουμε σε ηλεκτροφόρα καλώδια, χρησιμεύουν για τον έλεγχο (αύξηση ή μείωση) της τάσης ενός εναλλασσόμενου ρεύματος. Το επιτυγχάνουν μέσω πηνίων τοποθετημένων γύρω από έναν σίδηρο πυρήνα, του οποίου τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία επιτρέπουν τη διαμόρφωση της έντασης του εξερχόμενου ρεύματος.
4. Ηλεκτρικοί κινητήρες. Οι ηλεκτρικοί κινητήρες είναι ηλεκτρικές μηχανές που, περιστρέφονται γύρω από έναν άξονα, μετασχηματίζονται ηλεκτρική ενέργεια στη μηχανική ενέργεια. Αυτή η ενέργεια δημιουργεί την κίνηση του κινητού. Η λειτουργία του βασίζεται στις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις έλξης και απώθησης μεταξύ ενός μαγνήτη και ενός πηνίου μέσω του οποίου κυκλοφορεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα.
5. Δυναμό. Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούνται για να επωφεληθούν από την περιστροφή των τροχών ενός οχήματος, όπως a αυτοκίνητο, για να περιστρέψετε έναν μαγνήτη και να παράγετε ένα μαγνητικό πεδίο που τροφοδοτεί εναλλασσόμενο ρεύμα οι τροχοί.
6. Τηλέφωνο. Η μαγεία πίσω από αυτήν την καθημερινή συσκευή δεν είναι άλλη από την ικανότητα μετατροπής των ηχητικών κυμάτων (όπως η φωνή) σε διαμορφώσεις ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που μπορεί να μεταδοθεί, αρχικά με καλώδιο, σε έναν δέκτη στο άλλο άκρο που είναι ικανός να χύσει τη διαδικασία και να ανακτήσει τα περιεχόμενα ηχητικά κύματα ηλεκτρομαγνητικά.
7. Φούρνοι μικροκυμάτων. Αυτές οι συσκευές λειτουργούν από την παραγωγή και συγκέντρωση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στα τρόφιμα. Αυτά τα κύματα είναι παρόμοια με αυτά που χρησιμοποιούνται για το επικοινωνία μέσω ραδιοφώνου, αλλά με υψηλή συχνότητα που περιστρέφει τα διπλώματα (μαγνητικά σωματίδια) του φαγητού σε πολύ υψηλές ταχύτητες, καθώς προσπαθούν να ευθυγραμμιστούν με το προκύπτον μαγνητικό πεδίο. Αυτή η κίνηση είναι αυτό που δημιουργεί το ζεστό.
8. Μαγνητική τομογραφία (MRI). Αυτή η ιατρική εφαρμογή ηλεκτρομαγνητισμού υπήρξε μια άνευ προηγουμένου πρόοδος στην υγεία, καθώς επιτρέπει μη επεμβατική εξέταση του εσωτερικού του σώματος του ζωντανά όντα, από τον ηλεκτρομαγνητικό χειρισμό των ατόμων υδρογόνου που περιέχονται σε αυτό, για να δημιουργήσει ένα πεδίο ερμηνεύσιμο από εξειδικευμένους υπολογιστές.
9. Μικρόφωνα Αυτές οι συσκευές που είναι τόσο κοινές σήμερα λειτουργούν χάρη σε ένα διάφραγμα που προσελκύεται από έναν ηλεκτρομαγνήτη, του οποίου η ευαισθησία στα ηχητικά κύματα τους επιτρέπει να μεταφραστούν σε ένα ηλεκτρικό σήμα. Αυτό μπορεί στη συνέχεια να μεταδοθεί και να αποκρυπτογραφηθεί από απόσταση, ή ακόμη και να αποθηκευτεί και να αναπαραχθεί αργότερα.
10. Φασματόμετρα μάζας. Είναι μια συσκευή που επιτρέπει τη σύνθεση ορισμένων χημικών ενώσεων με μεγάλη ακρίβεια, βάσει του μαγνητικού διαχωρισμού του άτομα που τα συνθέτουν, μέσω ιονισμού και ανάγνωσης από εξειδικευμένο υπολογιστή.
11. Παλμογράφοι. Ηλεκτρονικά όργανα των οποίων ο σκοπός είναι να απεικονίζουν γραφικά τα χρονικά μεταβαλλόμενα ηλεκτρικά σήματα από μια δεδομένη πηγή. Για να το κάνουν αυτό, χρησιμοποιούν έναν άξονα συντεταγμένων στην οθόνη των οποίων οι γραμμές είναι το προϊόν της μέτρησης των τάσεων από το καθορισμένο ηλεκτρικό σήμα. Χρησιμοποιούνται στην ιατρική για τη μέτρηση των λειτουργιών της καρδιάς, του εγκεφάλου ή άλλων οργάνων.
12. Μαγνητικές κάρτες. Αυτή η τεχνολογία επιτρέπει την ύπαρξη πιστωτικών ή χρεωστικών καρτών, οι οποίες έχουν μαγνητική ταινία πόλωσε με καθορισμένο τρόπο, για την κρυπτογράφηση πληροφοριών βάσει του προσανατολισμού των σωματιδίων της σιδηρομαγνητική. Με την εισαγωγή πληροφοριών σε αυτές, οι καθορισμένες συσκευές πολώνουν τα εν λόγω σωματίδια με έναν συγκεκριμένο τρόπο, έτσι ώστε η εν λόγω σειρά να μπορεί στη συνέχεια να "διαβαστεί" για να ανακτήσει τις πληροφορίες.
13. Ψηφιακή αποθήκευση σε μαγνητικές ταινίες. Κλειδί στον κόσμο των υπολογιστών και των υπολογιστών, επιτρέπει την αποθήκευση μεγάλων ποσοτήτων πληροφοριών μαγνητικοί δίσκοι των οποίων τα σωματίδια πολώνονται με συγκεκριμένο τρόπο και αποκρυπτογραφούνται από ένα σύστημα μηχανογραφημένος. Αυτοί οι δίσκοι μπορούν να είναι αφαιρούμενοι, όπως δίσκοι στυλό ή τώρα δισκέτες που έχουν υποστεί βλάβη ή μπορεί να είναι μόνιμοι και πιο περίπλοκοι, όπως σκληροί δίσκοι.
14. Μαγνητικά τύμπανα. Αυτό το μοντέλο αποθήκευσης δεδομένων, δημοφιλές στις δεκαετίες του 1950 και του 1960, ήταν μια από τις πρώτες μορφές αποθήκευσης μαγνητικών δεδομένων. Είναι ένας κοίλος μεταλλικός κύλινδρος που περιστρέφεται με υψηλές ταχύτητες και περιβάλλεται από υλικό μαγνητικό (οξείδιο σιδήρου) στο οποίο οι πληροφορίες εκτυπώνονται μέσω ενός συστήματος πόλωσης κωδικοποιημένο. Σε αντίθεση με τους δίσκους, δεν είχε κεφαλή ανάγνωσης και αυτό του επέτρεπε κάποια ευελιξία στην ανάκτηση πληροφοριών.
15. Φώτα ποδηλάτων. Τα φώτα ενσωματωμένα στο μπροστινό μέρος των ποδηλάτων, τα οποία ανάβουν όταν κινούνται, λειτουργούν περιστρέφοντας το τροχός στον οποίο είναι συνδεδεμένος ένας μαγνήτης, η περιστροφή του οποίου παράγει ένα μαγνητικό πεδίο και συνεπώς μια μέτρια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας εναλλακτικά. Αυτό το ηλεκτρικό φορτίο στη συνέχεια οδηγείται στον λαμπτήρα και μεταφράζεται σε φως.