Взаимодействие заряженных тел и электрическое поле. Взаимодействие токов и магнитное поле. Взаимосвязь электрического и магнитного полей.
В природе электрическое поле и магнитное известны как две составляющие электромагнитного поля. Обе эти составляющие существуют в природе как в естественном состоянии, так и являются результатом деятельности человека. Разница между ними заключается в том, что в большинстве своем естественные поля постоянные, то есть они не меняют полярность. В отличие от этого поля искусственного происхождения переменные, так как они генерируются переменным током.
В международной практике напряженность электрического поля обозначается символом Е и измеряется в вольтах на метр (В/м). Напряженность магнитного поля Н измеряется в амперах на метр (А/м) или в величинах магнитной индукции В в теслах (Тл) или гауссах (гс).
Магнитные и электромагнитные поля, то есть электромагнитное излучение, присутствуют везде. Однако напряженность их разнообразна и зависит от источника излучения. Постоянные магнитные поля создаются при помощи постоянных магнитов и электромагнитов, питаемых от источников постоянного тока.
Переменные магнитные поля создаются специальными генераторами и другими электротехническими и радиоэлектронными устройствами. Например, поля низкой частоты 50-60 Гц генерируются сетями и потребителями переменного тока. В некоторых странах источниками электромагнитного излучения низкой частоты являются силовые сети железных дорог с частотой 16 и 2/3 Гц.
3. Явление электромагнитной индукции. Электромагнитное поле. Электрогенератор и способы получения электроэнергии.
Электромагнитное поле (ЭМП) — это особая форма физической материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрически заряженными частицами.
ЭМП также можно охарактеризовать как поле, создаваемое электромагнитными волнами, испускаемыми ускоренно движущимися электрическими зарядами, возбужденными атомами и молекулами, а также другими излучающими системами.
Основными параметрами, характеризующими электромагнитное поле, являются: частота, длина волны и скорость распространения. Электромагнитные поля окружают нас повсюду, но мы не можем их почувствовать и вообще заметить, - поэтому мы не видим излучений милицейского радара, не видим лучей, поступающих от телевизионной башни или линии электропередачи.
Явление возникновения электрического тока в проводнике, пересекающем линии магнитного поля, называется явлением электромагнитной индукции. Ток, возникающий при этом, называется индукционным током, а устройства, служащие для его получения, – индукционными электрогенераторами.
В генераторе происходит превращение механической энергии движущегося проводника в энергию электрического тока. Уже более 100 лет этот способ является основным способом получения электроэнергии в больших масштабах для промышленных нужд.
Электромагнитные волны.
Волновые процессы чрезвычайно широко распространены в природе. В природе существует два вида волн: механические и электромагнитные. Механические волны распространяются в веществе: газе, жидкости или твердом теле. Электромагнитные волны не нуждаются в каком-либо веществе для своего распространения, к которым, в частности, относятся радиоволны и свет.
Электромагнитное поле может существовать в вакууме, т. е. в пространстве, не содержащем атомов. Несмотря на существенное отличие электромагнитных волн от механических, электромагнитные волны при своем распространении ведут себя подобно механическим. Но подобно колебаниям все виды волн описываются количественно одинаковыми или почти одинаковыми законами.
Волной называют колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени.
Важнейшей характеристикой волны является ее скорость. Волны любой природы не распространяются в пространстве мгновенно. Их скорость конечна.
При распространении механической волны движение передается от одного участка тела к другому. С передачей движения связана передача энергии. Основное свойство всех волн независимо от их природы состоит в переносе ими энергии без переноса вещества.
Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изучения экспериментальных работ Фарадея по электричеству высказал гипотезу о существовании в природе особых волн, способных распространяться в вакууме. Эти волны Максвелл назвал электромагнитными волнами. По представлениям Максвелла: при любом изменении электрического поля возникает вихревое магнитное поле и, наоборот, при любом изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле. Однажды начавшийся процесс взаимного порождения магнитного и электрического молей должен непрерывно продолжаться и захватывать все новые и новые области в окружающем пространстве (рис. 1). Процесс взаимопорождения электрических и магнитных полей происходит во взаимно перпендикулярных плоскостях. Переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле, переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле.
Условием возникновения электромагнитных волн является ускоренное движение электрических зарядов. Так, изменение магнитного поля происходит при изменении тока в проводнике, а изменение тока происходит при изменении скорости зарядов, т. е. при движении их с ускорением. Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, по расчетам Максвелла, должна быть приблизительно равна 300 000 км/с.
Впервые опытным путем получил электромагнитные волны немецкий физик Генрих Герц. Герц опытным путем определил также скорость электромагнитных волн. Она совпала с теоретическим определением скорости волн Максвеллом. Простейшие электромагнитные волны — это волны, в которых электрическое и магнитное поля совершают синхронные гармонические колебания.
Имеется целый ряд типов электромагнитного излучения, начиная с радиоволн и заканчивая гамма-лучами. Электромагнитные лучи всех типов распространяются в вакууме со скоростью света и отличаются друг от друга только длинами волн.