Gesetze des Elektromagnetismus – Wunder gewöhnlicher Dinge. Was uns der Alltag über das größere Universum verrät

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Elektrische und magnetische Phänomene sind der Menschheit seit der Antike bekannt. Das eigentliche Konzept „elektrischer Phänomene“ geht auf das antike Griechenland zurück (denken Sie daran: Zwei mit einem Tuch geriebene Bernsteinstücke („Elektron“) stoßen sich gegenseitig ab und ziehen kleine Objekte an ...). Anschließend wurde festgestellt, dass es zwei Arten von Elektrizität gibt: positive und negative.

Was den Magnetismus betrifft, so waren die Eigenschaften einiger Körper, andere Körper anzuziehen, schon in der Antike bekannt, sie wurden Magnete genannt. Die Eigenschaft eines freien Magneten konnte sich bereits im 2. Jahrhundert in „Nord-Süd“-Richtung etablieren. Chr. im alten China auf Reisen verwendet. Die erste experimentelle Untersuchung eines Magneten in Europa wurde im 13. Jahrhundert in Frankreich durchgeführt. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass der Magnet zwei Pole hat. Im Jahr 1600 stellte Gilbert die Hypothese auf, dass die Erde ein großer Magnet sei: Dies ist die Grundlage für die Möglichkeit, die Richtung mit einem Kompass zu bestimmen.

Das 18. Jahrhundert, das durch die Entstehung der MCM gekennzeichnet war, markierte eigentlich den Beginn der systematischen Erforschung elektrischer Phänomene. So wurde festgestellt, dass sich gleiche Ladungen abstoßen, und es entstand das einfachste Gerät – ein Elektroskop. Mitte des 18. Jahrhunderts. Die elektrische Natur des Blitzes wurde festgestellt ( Besonders hervorzuheben sind die Forschungen von B. Franklin, M. Lomonosov, G. Richman und Franklins Verdiensten: Er ist der Erfinder des Blitzableiters; Es wird angenommen, dass es Franklin war, der die Notation „+“ und „–“ für Gebühren vorschlug).

Im Jahr 1759 kam der englische Naturforscher R. Simmer zu dem Schluss, dass jeder Körper im Normalzustand gleich viele entgegengesetzte Ladungen enthält, die sich gegenseitig neutralisieren. Bei der Elektrifizierung kommt es zu ihrer Umverteilung.

Ende des 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts wurde experimentell festgestellt, dass die elektrische Ladung aus einer ganzen Zahl von Elementarladungen e=1,6×10-19 C besteht. Dies ist die kleinste in der Natur vorkommende Ladung. Im Jahr 1897 entdeckte J. Thomson das kleinste stabile Teilchen, das Träger einer elementaren negativen Ladung ist (ein Elektron mit einer Masse moe = 9,1 × 10-31). Somit ist die elektrische Ladung diskret, d.h. bestehend aus einzelnen Elementarteilen q=± ne, wobei n eine ganze Zahl ist.

Als Ergebnis zahlreicher Studien elektrischer Phänomene im 18. und 19. Jahrhundert. Eine Reihe wichtiger Gesetze wurde erlassen.

Gesetz zur Erhaltung der elektrischen Ladung: In einem elektrisch geschlossenen System ist die Summe der Ladungen ein konstanter Wert. (Das heißt, elektrische Ladungen können entstehen und verschwinden, aber gleichzeitig erscheint und verschwindet notwendigerweise die gleiche Anzahl von Elementarladungen mit entgegengesetzten Vorzeichen.) Die Ladungsmenge hängt nicht von der Geschwindigkeit ab.

Das Gesetz der Wechselwirkung von Punktladungen oder das Coulombsche Gesetz:

Dabei ist e die relative Dielektrizitätskonstante des Mediums (im Vakuum e = 1). Coulomb-Kräfte sind bis zu Entfernungen in der Größenordnung von 10–15 m (Untergrenze) signifikant. Bei kleineren Entfernungen beginnen Kernkräfte zu wirken (die sogenannte starke Wechselwirkung). Die Obergrenze tendiert dazu:.

Die im 19. Jahrhundert durchgeführte Untersuchung der Wechselwirkung von Ladungen. Bemerkenswert ist auch, dass es mit ihm Einzug in die Wissenschaft hielt Konzept des Feldes. Dies begann in den Werken von M. Faraday. Das Feld stationärer Ladungen wird als elektrostatisch bezeichnet. Eine elektrische Ladung verzerrt im Weltraum ihre Eigenschaften, d.h. erstellt ein Feld. Die für ein elektrostatisches Feld charakteristische Stärke ist seine Intensität. Das elektrostatische Feld ist potentiell. Sein Energiekennwert ist das Potential j.

Oersteds Entdeckung. Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts blieb die Natur des Magnetismus unklar und elektrische und magnetische Phänomene wurden unabhängig voneinander betrachtet, bis 1820 der dänische Physiker H. Oersted das Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters entdeckte. So wurde der Zusammenhang zwischen Elektrizität und Magnetismus hergestellt. Die für ein Magnetfeld charakteristische Stärke ist die Intensität. Im Gegensatz zu offenen elektrischen Feldlinien sind magnetische Feldlinien geschlossen, d. h. es ist Wirbel.

Elektrodynamik. Im September 1820 wurde der französische Physiker, Chemiker und Mathematiker A.M. Ampere entwickelt einen neuen Zweig der Elektrizitätswissenschaft – die Elektrodynamik.

Ohmsche, Joule-Lenzsche Gesetze: Die wichtigsten Entdeckungen auf dem Gebiet der Elektrizität waren das von G. Ohm (1826) entdeckte Gesetz. I=U/R und für einen geschlossenen Kreislauf I= EMF/(R+r), sowie das Joule-Lenz-Gesetz für die Wärmemenge, die freigesetzt wird, wenn während der Zeit t Strom durch einen stationären Leiter fließt: Q = IUT.

Werke von M. Faraday. Die Forschungen des englischen Physikers M. Faraday (1791-1867) vervollständigten das Studium des Elektromagnetismus. Faraday wusste um Oersteds Entdeckung und teilte die Idee der Beziehung zwischen den Phänomenen Elektrizität und Magnetismus. Er stellte sich 1821 die Aufgabe, „Magnetismus in Elektrizität umzuwandeln“. Nach 10 Jahren experimenteller Arbeit entdeckte er das Gesetz der elektromagnetischen Induktion. ( Die Essenz des Gesetzes: Ein sich änderndes Magnetfeld führt zum Auftreten einer induzierten EMK EMK i = k×DFm/Dt, wobei DFm/Dt die Änderungsrate des magnetischen Flusses durch die über die Kontur gestreckte Oberfläche ist). Von 1831 bis 1855 Faradays Hauptwerk, Experimental Research on Electricity, erscheint in Reihe.

Während seiner Arbeit an der Untersuchung der elektromagnetischen Induktion kam Faraday zu dem Schluss, dass elektromagnetische Wellen existieren. Später, im Jahr 1831, äußerte er die Idee der elektromagnetischen Natur des Lichts.

Einer der ersten, der Faradays Arbeit und seine Entdeckungen schätzte, war D. Maxwell, der Faradays Ideen entwickelte, indem er 1865 die Theorie des elektromagnetischen Feldes entwickelte, die die Ansichten der Physiker über die Materie erheblich erweiterte und zur Schaffung des elektromagnetischen Bildes von führte der Welt (EMPW).

Vorlesungsübersicht

1. Elektrostatik. Kurze Review.

2. Magnetische Wechselwirkung elektrischer Ströme.

3. Magnetfeld. Amperesches Gesetz. Magnetfeldinduktion.

4. Biot-Savart-Laplace-Gesetz. Das Prinzip der Überlagerung magnetischer Felder.

4.1. Magnetfeld eines geradlinigen Stroms.

4.2. Magnetfeld auf der Achse des Kreisstroms.

4.3. Magnetfeld einer bewegten Ladung.

1. Elektrostatik. Kurze Review.

Lassen Sie uns das Studium der Magnetostatik mit einem kurzen Überblick über die Grundprinzipien der Elektrostatik einleiten. Eine solche Einführung erscheint angemessen, da bei der Erstellung der Theorie des Elektromagnetismus methodische Techniken verwendet wurden, die wir bereits in der Elektrostatik kennengelernt haben. Deshalb lohnt es sich, sich an sie zu erinnern.

1) Das grundlegende experimentelle Gesetz der Elektrostatik ist das Gesetz der Wechselwirkung von Punktladungen – das Coulombsche Gesetz:

Unmittelbar nach seiner Entdeckung stellte sich die Frage: Wie interagieren Punktladungen in der Ferne?

Coulomb selbst hielt am Konzept der Fernwirkung fest. Maxwells Theorie und nachfolgende experimentelle Untersuchungen elektromagnetischer Wellen zeigten jedoch, dass die Wechselwirkung von Ladungen unter Beteiligung elektrischer Felder erfolgt, die durch Ladungen im umgebenden Raum erzeugt werden. Elektrische Felder sind keine clevere Erfindung der Physiker, sondern eine objektive Realität der Natur.

2) Die einzige Manifestation des elektrostatischen Feldes ist die Kraft, die auf eine in diesem Feld platzierte Ladung einwirkt. Daher ist es nichts Unerwartetes, dass der mit dieser bestimmten Kraft verbundene Kraftvektor als Hauptmerkmal des Feldes angesehen wird:

,. (E2)

3) Durch die Kombination der Intensitätsdefinition (E2) und des Coulombschen Gesetzes (E1) ermitteln wir die Feldstärke, die durch eine Punktladung erzeugt wird:

. (E3)

4) Nun – sehr wichtig erfahren Ergebnis: Prinzip der Überlagerung elektrostatischer Felder:

. (E4)

Dieses „Prinzip“ ermöglichte die Berechnung der elektrischen Felder, die von Ladungen unterschiedlichster Konfiguration erzeugt werden.

Damit können wir vielleicht unseren kurzen Überblick über die Elektrostatik beschränken und zum Elektromagnetismus übergehen.

1. Magnetische Wechselwirkung elektrischer Ströme

Die Wechselwirkung von Strömen wurde 1820 von Ampere entdeckt und eingehend untersucht.

In Abb. 8.1. Gezeigt wird ein Diagramm eines seiner Versuchsaufbauten. Dabei lässt sich der rechteckige Rahmen 1 problemlos um eine vertikale Achse drehen. Der zuverlässige elektrische Kontakt beim Drehen des Rahmens wurde durch in die Stützbecher eingefülltes Quecksilber sichergestellt. Wird ein weiterer Rahmen mit Strom (2) an einen solchen Rahmen herangeführt, so entsteht eine Wechselwirkungskraft zwischen den benachbarten Seiten der Rahmen. Es war diese Kraft, die Ampere maß und analysierte, da er glaubte, dass die Wechselwirkungskräfte zwischen den entfernten Kanten der Rahmen vernachlässigt werden könnten.

Reis. 8.1.

Ampere hat experimentell festgestellt, dass parallele Ströme die gleiche Richtung haben (Abb. 8.2., A), interagieren, anziehen und entgegengesetzt gerichtete Ströme abstoßen (Abb. 8.2., B). Wenn parallele Ströme zusammenwirken, ist eine pro Längeneinheit eines Leiters wirkende Kraft proportional zum Produkt der Ströme und umgekehrt proportional zum Abstand zwischen ihnen ( R):

. (8.1)

Reis. 8.2.

Dieses experimentelle Gesetz der Wechselwirkung zweier paralleler Ströme wird im SI-System verwendet, um die grundlegende elektrische Einheit zu definieren – die Stromeinheit 1 Ampere.

1 Ampere ist die Stärke eines solchen Gleichstroms, dessen Fluss durch zwei gerade Leiter von unendlicher Länge und kleinem Querschnitt, die sich im Vakuum im Abstand von 1 m befinden, mit der Entstehung einer Kraft einhergeht zwischen den Leitern gleich 2 10 –7 N für jeden Meter ihrer Länge.

Nachdem wir so die Stromeinheit bestimmt haben, ermitteln wir den Wert des Proportionalitätskoeffizienten im Ausdruck (8.1):

.

Bei ICH 1 =ICH 2 = 1A und R = 1 m Kraft pro Meter Leiterlänge
= 210 –7 N/m. Somit:

.

Im rationalisierten SI = , wo 0 - magnetische Konstante:

 0 = 4= 410 –7
.

Die Natur der Kraftwechselwirkung elektrischer Ströme blieb für sehr kurze Zeit unklar. Im selben Jahr 1820 entdeckte der dänische Physiker Oersted den Einfluss von elektrischem Strom auf die Magnetnadel (Abb. 8.3.). In Oersteds Experiment wurde ein gerader Leiter über eine Magnetnadel gespannt, die entlang des magnetischen Meridians der Erde ausgerichtet war. Wenn der Strom im Leiter eingeschaltet wird, dreht sich der Pfeil und positioniert sich mit dem Strom senkrecht zum Leiter.

Reis. 8.3.

Dieses Experiment zeigt direkt, dass elektrischer Strom im umgebenden Raum ein Magnetfeld erzeugt. Nun können wir davon ausgehen, dass die Ampere-Wechselwirkungskraft von Strömen elektromagnetischer Natur ist. Es entsteht durch die Einwirkung eines durch einen zweiten Strom erzeugten Magnetfeldes auf einen elektrischen Strom.

In der Magnetostatik gelangten wir wie in der Elektrostatik zur Feldtheorie der Wechselwirkung von Strömen, zum Konzept der Nahwechselwirkung.

Es gibt vier Grundkräfte der Physik und eine davon heißt Elektromagnetismus. Herkömmliche Magnete sind nur begrenzt einsetzbar. Ein Elektromagnet ist ein Gerät, das beim Durchgang einen elektrischen Strom erzeugt. So wie Elektrizität ein- und ausgeschaltet werden kann, ist dies auch für einen Elektromagneten möglich. Durch Verringern oder Erhöhen des Stroms kann es sogar abgeschwächt oder verstärkt werden. Elektromagnete finden ihren Einsatz in einer Vielzahl alltäglicher Elektrogeräte und in verschiedenen Industriebereichen, von gewöhnlichen Schaltern bis hin zu Antriebssystemen für Raumfahrzeuge.

Was ist ein Elektromagnet?

Ein Elektromagnet kann als temporärer Magnet betrachtet werden, der mit dem Stromfluss funktioniert und dessen Polarität durch Ändern leicht geändert werden kann. Auch die Stärke eines Elektromagneten kann durch Ändern der durch ihn fließenden Strommenge geändert werden.

Der Anwendungsbereich des Elektromagnetismus ist ungewöhnlich groß. Beispielsweise werden Magnetschalter bevorzugt, da sie weniger anfällig für Temperaturschwankungen sind und den Nennstrom ohne Fehlauslösungen aufrechterhalten können.

Elektromagnete und ihre Anwendungen

Hier sind einige Beispiele, wo sie verwendet werden:

• Motoren und Generatoren. Dank Elektromagneten ist es möglich geworden, Elektromotoren und Generatoren herzustellen, die auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion arbeiten. Dieses Phänomen wurde vom Wissenschaftler Michael Faraday entdeckt. Er bewies, dass elektrischer Strom ein Magnetfeld erzeugt. Der Generator nutzt die äußere Kraft von Wind, fließendem Wasser oder Dampf, um eine Welle zu drehen, wodurch sich eine Reihe von Magneten um einen gewickelten Draht bewegen und so elektrischen Strom erzeugen. So wandeln Elektromagnete andere Energiearten in elektrische Energie um.
• Industrielle Nutzungspraxis. Nur Materialien aus Eisen, Nickel, Kobalt oder deren Legierungen sowie einige natürliche Mineralien reagieren auf ein Magnetfeld. Wo werden Elektromagnete eingesetzt? Ein praktischer Anwendungsbereich ist die Metallsortierung. Da die genannten Elemente in der Produktion verwendet werden, werden eisenhaltige Legierungen effektiv mit einem Elektromagneten sortiert.
• Wo werden Elektromagnete eingesetzt? Sie können auch zum Heben und Bewegen massiver Gegenstände, beispielsweise Autos, vor der Entsorgung verwendet werden. Sie werden auch im Transportwesen eingesetzt. Züge in Asien und Europa nutzen Elektromagnete zum Transport von Autos. Dies hilft ihnen, sich mit phänomenaler Geschwindigkeit fortzubewegen.

Elektromagnete im Alltag

Elektromagnete werden häufig zum Speichern von Informationen verwendet, da viele Materialien ein Magnetfeld absorbieren können, das dann gelesen werden kann, um Informationen abzurufen. Sie finden in fast jedem modernen Gerät Anwendung.

Wo werden Elektromagnete eingesetzt? Im Alltag kommen sie in zahlreichen Haushaltsgeräten zum Einsatz. Eine der nützlichen Eigenschaften eines Elektromagneten besteht darin, dass er sich mit Änderungen der Stärke und Richtung des Stroms ändern kann, der durch die Spulen oder Wicklungen um ihn herum fließt. Lautsprecher, Lautsprecher und Tonbandgeräte sind Geräte, in denen dieser Effekt realisiert wird. Einige Elektromagnete können sehr stark sein und ihre Stärke kann angepasst werden.

Wo werden Elektromagnete im Leben eingesetzt? Das einfachste Beispiel sind elektromagnetische Schlösser. Für die Tür wird ein elektromagnetisches Schloss verwendet, das ein starkes Feld erzeugt. Solange Strom durch den Elektromagneten fließt, bleibt die Tür geschlossen. Fernseher, Computer, Autos, Aufzüge und Kopiergeräte – hier werden Elektromagnete eingesetzt, und dies ist keine vollständige Liste.

Elektromagnetische Kräfte

Die Stärke des elektromagnetischen Feldes kann durch Ändern des elektrischen Stroms eingestellt werden, der durch die um den Magneten gewickelten Drähte fließt. Wenn die Richtung des elektrischen Stroms umgekehrt wird, kehrt sich auch die Polarität des Magnetfelds um. Dieser Effekt wird verwendet, um Felder im Magnetband oder auf der Festplatte eines Computers zum Speichern von Informationen sowie in Lautsprechern von Radios, Fernsehern und Stereoanlagen zu erzeugen.

Magnetismus und Elektrizität

Die Wörterbuchdefinitionen von Elektrizität und Magnetismus sind unterschiedlich, obwohl sie Manifestationen derselben Kraft sind. Wenn sich elektrische Ladungen bewegen, erzeugen sie ein Magnetfeld. Seine Veränderung wiederum führt zur Erzeugung von elektrischem Strom.

Erfinder nutzen elektromagnetische Kräfte, um Elektromotoren, Generatoren, Spielzeug, Unterhaltungselektronik und viele andere unschätzbare Geräte zu erschaffen, ohne die das tägliche Leben eines modernen Menschen nicht mehr wegzudenken ist. Elektromagnete sind untrennbar mit Elektrizität verbunden und können ohne eine externe Stromquelle einfach nicht funktionieren.

Anwendung von Hebe- und Großelektromagneten

Elektromotoren und Generatoren sind in der heutigen Welt lebenswichtig. Der Motor nimmt elektrische Energie auf und wandelt mithilfe eines Magneten elektrische Energie in kinetische Energie um. Ein Generator hingegen wandelt Bewegungen mithilfe von Magneten in Strom um. Beim Bewegen großer Metallgegenstände werden Hubelektromagnete eingesetzt. Sie werden auch beim Sortieren von Altmetall benötigt, um Gusseisen und andere Eisenmetalle von Nichteisenmetallen zu trennen.

Ein wahres Wunderwerk der Technik ist eine japanische Schwebebahn, die Geschwindigkeiten von bis zu 320 Kilometern pro Stunde erreichen kann. Mithilfe von Elektromagneten schwebt es in der Luft und bewegt sich unglaublich schnell. Die US-Marine führt Hightech-Experimente mit einer futuristischen elektromagnetischen Schienenkanone durch. Sie kann ihre Projektile mit großer Geschwindigkeit über beträchtliche Entfernungen lenken. Die Projektile verfügen über eine enorme kinetische Energie, sodass sie Ziele ohne den Einsatz von Sprengstoff treffen können.

Das Konzept der elektromagnetischen Induktion

Bei der Untersuchung von Elektrizität und Magnetismus ist es wichtig, dass in einem Leiter bei Vorhandensein eines sich ändernden Magnetfelds Elektrizität fließt. Der Einsatz von Elektromagneten mit ihren Induktionsprinzipien wird aktiv in Elektromotoren, Generatoren und Transformatoren eingesetzt.

Wo können Elektromagnete in der Medizin eingesetzt werden?

Magnetresonanztomographen (MRT) arbeiten ebenfalls mit Elektromagneten. Hierbei handelt es sich um eine spezielle medizinische Methode zur Untersuchung innerer menschlicher Organe, die einer direkten Untersuchung nicht zugänglich sind. Neben dem Hauptmagneten werden zusätzliche Gradientenmagnete verwendet.

Wo werden Elektromagnete eingesetzt? Sie sind in allen Arten von elektrischen Geräten vorhanden, einschließlich Festplatten, Lautsprechern, Motoren und Generatoren. Elektromagnete werden überall eingesetzt und nehmen trotz ihrer Unsichtbarkeit einen wichtigen Platz im Leben des modernen Menschen ein.

Die Wärmebilanzgleichung des Thermistors hat die Form

I2 R =ξ (Qп – Qс ) ·S,

wobei ξ der Wärmeübergangskoeffizient ist, abhängig von der Geschwindigkeit des Mediums; Qп und Qс – jeweils die Temperatur des Thermistors; (Konverter) und Umgebung;

S ist die Oberfläche des Thermistors.

Wenn der Thermistor die Form eines Zylinders hat und quer zur Strömung angeordnet ist, sodass der Winkel zwischen der Zylinderachse und dem Strömungsgeschwindigkeitsvektor 90° beträgt, werden die Wärmeübertragungskoeffizienten für Gase und Flüssigkeiten durch die Formeln bestimmt

wobei V und υ die Geschwindigkeit bzw. Wärmeleitfähigkeit des Mediums sind, d der Durchmesser des Thermistors ist;

c und n sind von der Reynolds-Zahl abhängige Koeffizienten Re = Vd/υ;

P r = υ d - Prandtl-Zahl, abhängig von der kinematischen Viskosität und

Wärmeleitfähigkeit des Mediums.

Ein solcher Wandler (Thermistor) ist üblicherweise in einen Brückenmesskreis eingebunden. Mit den obigen Ausdrücken kann die Geschwindigkeit V gemessen werden.

5.2. Nutzung der Gesetze des Elektromagnetismus in der Messtechnik

Das Elektroskop, ein Gerät zum Nachweis elektrischer Ladungen, basiert auf dem Phänomen der elektrischen Abstoßung geladener Körper. Ein Elektroskop besteht aus einem Metallstab, an dem

ein dünnes Stück Papier aus Aluminium oder Papier wird aufgehängt. Der Stab ist mit einem Ebonit- oder Bernsteinstopfen in einem Glasgefäß verstärkt, der das Blatt vor Luftbewegungen schützt.

Ein Elektrometer ist ein Elektroskop mit einem Metallkörper. Wenn Sie den Körper dieses Geräts mit der Erde verbinden und dann seinen Stab mit einem geladenen Körper berühren, wird ein Teil der Ladung auf den Stab übertragen und die Blätter des Elektrometers divergieren in einem bestimmten Winkel. Ein solches Gerät misst die Potentialdifferenz zwischen einem Leiter und Erde.

Ein Oszilloskop ist ein Gerät zur Beobachtung, Aufzeichnung und Messung der Parameter des untersuchten Signals, normalerweise zeitabhängiger Spannung. Lichtstrahloszilloskope nutzen die elektromechanische Ablenkung eines Lichtstrahls unter dem Einfluss der zu prüfenden Spannung.

Kathodenstrahloszilloskope (CRO) werden auf Basis von Kathodenstrahlröhren gebaut. Die Ablenkung des Elektronenstrahls erfolgt direkt durch ein elektrisches Signal.

Die Haupteinheit des ELO ist eine Kathodenstrahlröhre (CRT), ein evakuierter Glaskolben (Abb. 10), in dem sich eine Oxidkathode 1 mit einer Heizung 2, ein Modulator 3, Anoden 4 und ein System befinden der Ablenkplatten 5 und 6. Ein Teil der Kathodenstrahlröhre, der eine Kathode, einen Modulator und Anoden umfasst, wird als Elektronenkanone bezeichnet.

Reis. 10 Kathodenstrahlröhre

Wenn an die Ablenkplatten Spannung angelegt wird, wird der Elektronenstrahl wie in Abb. gezeigt abgelenkt. elf.

An die vertikal auslenkenden Platten wird üblicherweise die Prüfspannung Uy und an die horizontal auslenkenden Platten die Entfaltungsspannung (in diesem Fall linear periodisch mit der Periode Tp) angelegt.

Reis. 11. Empfangen eines Bildes auf einem CRT-Bildschirm

Geräte des magnetoelektrischen Systems (Amperemeter, Voltmeter und Ohmmeter) sind für den Einsatz in Gleichstromkreisen und bei Verwendung von Detektoren auch für Wechselstromzwecke geeignet. Funktionsprinzip des Messwerks magnetoelektrisch Das System nutzt den Effekt der Wechselwirkung zwischen dem Feld eines Permanentmagneten und einer Spule (Rahmen), durch die Strom fließt. In Abb. Abbildung 12 zeigt einen typischen Aufbau (Moving Coil).

Reis. 12. Typischer Aufbau einer beweglichen Spule Permanentmagnet 1, Magnetkreis mit Polstücken 2 und

Der feste Kern 3 bildet das Magnetsystem des Mechanismus. Im Spalt zwischen den Polschuhen und dem Kern entsteht ein starkes, gleichmäßiges radiales Magnetfeld, in dem sich eine bewegliche rechteckige Spule (Rahmen) 4 befindet, die mit Kupfer- oder Aluminiumdraht auf einen Rahmen gewickelt ist. Die Spule ist zwischen den Achswellen 5 und 6 befestigt. Die Spiralfedern 7 und 8 sollen ein Gegendrehmoment erzeugen und gleichzeitig den Messstrom liefern.

Der Rahmen ist starr mit dem Pfeil 9 verbunden. Zum Ausgleich des beweglichen Teils befinden sich bewegliche Gewichte an den Antennen 10.

Umrechnungsgleichung:

α = I(BnS / W),

wobei B die magnetische Induktion im Spalt ist;

α - Drehwinkel des beweglichen Teils; S – Rahmenbereich;

n – Anzahl der Spulenwindungen;

W – spezifisches Gegenmoment. 51

Geräte elektromagnetischer, elektrodynamischer, ferrodynamischer und elektrostatischer Systeme Weit verbreitet als standardmäßige elektromechanische Amperemeter, Voltmeter, Wattmeter und Frequenzmesser.

Das Funktionsprinzip elektrodynamischer Geräte basiert auf der Wechselwirkung der Magnetfelder zweier stromdurchflossener Spulen.

Der Aufbau eines solchen Messmechanismus ist in Abb. dargestellt. 13.

Reis. 13. Elektromechanischer Wandler des elektrodynamischen Systems

Im Inneren der festen Spule 1 kann sich eine bewegliche Spule 2 drehen, die über Federn mit Strom versorgt wird.

Die Drehung der Spule erfolgt durch ein Drehmoment, das durch die Wechselwirkung der Magnetfelder der Spulen 1 und 2 entsteht. Das Gegendrehmoment wird durch spezielle Federn erzeugt (in Abb. 13 nicht dargestellt).

Die Transformationsgleichung dieses Mechanismus lautet:

α = W 1 ∂ ∂ M α I 1 I 2 ,

wobei W das spezifische Gegenmoment ist;

α - Drehwinkel des beweglichen Teils; M ist die Gegeninduktivität der Spulen.

Mit diesem Mechanismus können Konstanten gemessen werden

und Wechselströme, Spannungen und Leistungen.

Ferrodynamische Messmechanismen sind im Wesentlichen

sind eine Art elektrodynamischer Geräte, von denen sie sich nur im Design unterscheiden, da die Spule einen weichmagnetischen Kern (Magnetkern) aufweist, zwischen dessen Streifen eine bewegliche Spule platziert ist. Das Vorhandensein des Kerns erhöht das Magnetfeld der stationären Spule und damit die Empfindlichkeit erheblich.

In elektrostatischen Geräten Das Prinzip der Wechselwirkung zwischen elektrisch geladenen Leitern wird umgesetzt.

Eine der gängigen Ausführungen eines detaillierten Messmechanismus ist in Abb. dargestellt. 14.

Abb. 14. Elektrostatischer Systemkonverter. Bewegliche Aluminiumplatte 1 mit Pfeil befestigt

auf Achse 3, kann sich bewegen und interagiert mit zwei elektrisch verbundenen festen Platten 2. Eingangsanschlüsse (nicht gezeigt), an die die gemessene Spannung angelegt wird, sind mit den beweglichen und festen Platten verbunden.

Unter dem Einfluss elektrostatischer Kräfte wird die bewegliche Platte in den Raum zwischen den festen Platten gezogen. Bewegung

stoppt, wenn das Gegenmoment der verdrehten Platte gleich dem Drehmoment wird.

Die Transformationsgleichung eines solchen Mechanismus hat die Form

α = 2 1 W ∂ d C α U 2 ,

wobei U die gemessene Spannung ist;

W – spezifisches Gegenmoment; C ist die Kapazität zwischen den Platten.

Ähnliche Konverter werden zur Entwicklung verwendet Voltmeter für Gleich- und Wechselströme.

Das Funktionsprinzip elektromagnetischer Systemgeräte basiert auf der Wechselwirkung eines Magnetfelds, das durch einen Strom in einer stationären Spule erzeugt wird, mit einem sich bewegenden ferromagnetischen Kern. Eines der gebräuchlichsten Designs ist in Abb. dargestellt. 15.

Reis. 15. Elektromagnetischer Systemwandler:

I – Spule, 2 – Kern, 3 – Spiralfeder, die ein Gegenmoment erzeugt, 4 – Luftdämpfer

Unter dem Einfluss eines Magnetfeldes wird der Kern nach innen gezogen

Rutherford war verwirrt. Es gelang ihm hervorragend, die innere Struktur des Atoms aufzudecken, doch damit enthüllte der Wissenschaftler den größten Konflikt in der Naturwissenschaft. Das Goldfolienexperiment zeigte, dass das Atom ein winziges „Planetensystem“ ist. Die Theorie des Elektromagnetismus sagte jedoch voraus, dass ein solches System absolut instabil sei – es würde nicht einmal „einen Wimpernschlag“ überdauern. Es war eine paradoxe Situation und es schien fast unmöglich, einen Ausweg daraus zu finden. Einer Person – einem jungen dänischen Physiker – gelang es jedoch.

Niels Bohr (1885–1962) kam 1911 nach seiner Promotion in Kopenhagen nach England und arbeitete fortan zunächst bei J. J. Thomson und dann bei Rutherford. Er verstand, dass Rutherfords Planetenmodell des Atoms, gestützt durch seriöse experimentelle Daten, ziemlich überzeugend war. Aber gleichzeitig verstand er, dass die Gesetze des Elektromagnetismus, die der Welt Elektromotoren und Dynamos bescherten, nicht weniger überzeugend waren. Bohrs revolutionäre Lösung des Atomparadoxons war sowohl einfach als auch gewagt. Im Jahr 1913 verkündete Bohr, dass die Gesetze des Elektromagnetismus im Inneren von Atomen einfach nicht gelten. Um den Kern rotierende Elektronen senden keine elektromagnetischen Wellen aus und fallen daher nicht spiralförmig auf den Kern. Kurz gesagt, die bekannten Gesetze der Physik gelten nicht für den Bereich ultrakleiner Objekte.