Home ⇒ 👍Фізика ⇒ Електромагнітні сили

Електромагнітні сили

Електромагнітні сили є найбільш поширеними в природному середовищі. Завдяки їм ми можемо бачити один одного, оскільки світло також є проявом електромагнітної взаємодії. Дії електромагнітних сил підкоряються фундаментальним законам взаємодії заряджених частинок і тіл. Електромагнітні сили виникають між елементарними частинками, які мають електричний заряд.

Електромагнітна взаємодія виникає і реалізується тільки за допомогою електромагнітного поля.

Електромагнітні сили, створювані магнітним полем

Енергія, яка укладена в магнітне поле, проявляє себе за допомогою електромагнітних сил, що виникають при взаємодії рухомих електричних зарядів і магнітного поля. Електромагнітна сила, яка виникає в магнітному полі під час руху електричного заряду, діє на поле в напрямку, що перпендикулярно напрямку і руху силових ліній, а також прагне виштовхнути заряд за його межі.

Якщо в магнітне поле помістити провідник зі струмом I, то між магнітним полем і електронами, які проходять по провіднику, виникнуть електромагнітні сили, що утворюють результуючу силу F, яка прагне виштовхнути з магнітного поля провідник.

Електромагнітну силу можна визначити за допомогою закону Ампера. Він сформульований так: електромагнітна сила, яка діє на провідник з електричним струмом, що знаходиться в магнітному полі і розташовується перпендикулярно напрямку даного поля, дорівнює добутку індукції поля B, сили струму I і довжини провідника l.

F = IBl

За правилом лівої руки можна визначити напрямок дії сили F: ліва рука розташовується так, щоб магнітні лінії входили прямо в долоню, а чотири витягнутих пальці поєднувалися з напрямком електричного струму – тоді великий палець, що розташований під прямим кутом, вкаже напрямок дії сили.

Сила виникне тільки в тому випадку, якщо провідник розташовується під деяким кутом або перпендикулярно силовим лініям магнітного поля. Якщо провідник розташовується уздовж силових ліній магнітного поля, то електромагнітна сила прирівнюється нулю.

Щоб змінити напрямок електромагнітної сили, потрібно змінити напрямок магнітного поля або напрямок електричного струму в провіднику.

Електромагнітна сила F виникає при взаємодії магнітного поля і провідника зі струмом. Її виникнення наочно можна уявити як результат взаємодії магнітних полів. Власне круговий магнітне поле виникає навколо провідника з електричним струмом, воно буде складатися із зовнішнім полем. При цьому праворуч від провідника, в якому силові лінії поля збігаються з зовнішніми лініями магнітного поля, здійснюється розрідження силових магнітних ліній.

Силові лінії магнітного поля мають властивість пружності, яке нагадує властивість гумових ниток, що прагнуть скоротитися по довжині і виштовхнути провідник з місця згущення силових ліній в бік їх розрідження. В результаті цього і виникає електромагнітна сила F.

Якщо в магнітне поле помістити НЕ провідник, а котушку або виток зі струмом, і розташувати їх вертикально, то використовуючи правило лівої руки, можна визначити, що електромагнітні сили, що діють на них, направляються в різні боки. В результаті взаємодії двох сил виникає крутний момент M, який призведе до повороту котушки або витка.

M = FD,

Де

D – це відстань між сторонами котушки або витка.

Виток буде обертатися в магнітному полі, поки не займе положення, що буде перпендикулярним до силових ліній поля. Для того щоб збільшити крутний момент в електродвигунах, застосовується не один виток, а кілька.

Види електромагнітних сил

Електромагнітні сили – це сили, які діють між тілами через те, що ці тіла складаються із заряджених часток, що рухаються, між якими діють магнітні та електричні сили.

Сила тертя завжди спрямована в бік, яка протилежна руху. Вона не має точки прикладання. Існує два види сили тертя:

Сила тертя спокою. Вона виникає при відносному спокої тіл, іншими словами, коли стикаються тіла відносно один одного абсолютно нерухомі. Сила тертя спокою за величиною завжди прирівнюється зовнішній силі і направляється в протилежну сторону. Вона не може перевищувати максимального значення.

Якщо зовнішня сила, яка прикладена до тіла, стає більше, то трапляється прослизання. Сила тертя в такому випадку має назву “сила тертя ковзання”.

Якщо тіло знаходиться в стані спокою відносно вертикалі або рухається вгору або вниз рівномірно, то його вага дорівнює силі тяжіння:

P = mg

Якщо тіло рухається вгору з уповільненням або вниз з прискоренням, то його вага значно менше сили тяжіння. Знайти його можна за такою формулою:

P = m (g-a)

Якщо тіло падає вільно, то настає невагоме стан. Вага тіла в такому випадку прирівнюється нулю:

P = 0

Якщо тіло опускається вниз з уповільненням або рухається вгору з прискоренням, то його вага перевищує силу тяжіння. Знайти вагу тіла можна за формулою:

P = m (g + a)

В такому випадку відношення ваги тіла до сили тяжіння можна назвати перевантаженням.

Електромагнітні сили в природі

Величезну сукупність електромагнітних процесів охоплює класична теорія електрики. Серед основних типів взаємодій (гравітаційні, електромагнітні, ядерні та слабкі) електромагнітні сили займають перше місце за різноманітністю проявів і частоті. Пружна сила пара має електромагнітну природу, тому зміна “століття пара” на “століття електрики” означає лише зміну епохи, коли люди не могли управляти і впливати на електромагнітні сили, на ту епоху, де людство розпоряджається цими силами на свій розсуд.

Електромагнітні сили, які існують в природі, перерахувати складно. Завдяки їм визначається стійкість атомів, відбувається об’єднання атомів в молекули, обумовлюється взаємодія між ними, що призводить до утворення рідких і твердих тіл. Всі види тертя і пружності мають електромагнітну природу.

Роль електричних сил має величезне значення в атомному ядрі. Під час вибуху атомної бомби в ядерному реакторі електромагнітні сили розганяють осколки ядер, що призводить до виділення потужної енергії. Навіть взаємодія між тілами відбувається за допомогою електромагнітних хвиль – радіохвиль, світла, а також теплового випромінювання.