Kiến thức Phổ thông

Điện từ là gì? Điện và từ tính có giống nhau không?

Điện từ là gì?

Điện từ là lực được tạo ra bằng cách di chuyển các điện tích, các cực từ được tạo ra bởi các điện tích chuyển động được gọi là cực bắc và cực nam. Điện có thể có mặt trong điện tĩnh hoặc điện hiện tại khi mà từ tính chỉ xuất hiện trong các điện tích chuyển động. Sự tương tác giữa điện và từ, như khi một dòng điện hoặc điện trường thay đổi tạo ra từ trường, hoặc khi một từ trường thay đổi tạo ra một điện trường.

Mối quan hệ giữa điện và từ

Điện và từ tính là những hiện tượng riêng biệt nhưng liên kết với nhau sẽ tạo thành lực điện từ. Cùng nhau, chúng tạo thành cơ sở cho điện từ, một môn học vật lý quan trọng. Ngoại trừ hành vi do lực hấp dẫn, gần như mọi sự xuất hiện trong cuộc sống hàng ngày đều bắt nguồn từ lực điện từ. Nó chịu trách nhiệm cho sự tương tác giữa các nguyên tử và dòng chảy giữa vật chất và năng lượng.

Các lực cơ bản khác là lực hạt nhân yếu và mạnh, chi phối sự phân rã phóng xạ và sự hình thành hạt nhân nguyên tử. Vì điện và từ tính là vô cùng quan trọng, nên bắt đầu với một sự hiểu biết cơ bản về những gì chúng là và cách chúng hoạt động.

Nguyên tắc cơ bản của điện

Điện là hiện tượng liên quan đến điện tích đứng yên hoặc di chuyển. Nguồn của điện tích có thể là hạt cơ bản, electron (có điện tích âm), proton (có điện tích dương), ion hoặc bất kỳ vật thể lớn hơn nào có sự mất cân bằng điện tích dương và âm.

Các điện tích dương và âm thu hút lẫn nhau (ví dụ, các proton bị hút vào các electron), trong khi các điện tích đẩy nhau (ví dụ, các proton đẩy các proton khác và electron đẩy các electron khác).

Các ví dụ quen thuộc về điện bao gồm sét, dòng điện từ ổ cắm hoặc pin và tĩnh điện. Các đơn vị điện SI phổ biến bao gồm ampe (A) cho dòng điện, coulomb (C) cho điện tích, volt (V) cho chênh lệch tiềm năng, ohm (Ω) cho điện trở và watt (W) cho công suất. Một điện tích điểm dừng có điện trường, nhưng nếu điện tích được đặt trong chuyển động, nó cũng tạo ra từ trường.

Nguyên tắc cơ bản của từ tính

Từ tính được định nghĩa là hiện tượng vật lý được tạo ra bằng cách di chuyển các hạt điện tích. Ngoài ra, một từ trường có thể tạo ra các hạt tích điện để di chuyển, tạo ra một dòng điện. Một sóng điện từ (như ánh sáng) có cả thành phần điện và từ. Hai thành phần của sóng truyền theo cùng một hướng, nhưng được định hướng theo một góc vuông (90 độ) với nhau.

Giống như điện, từ tính tạo ra sức hút và lực đẩy giữa các vật thể. Trong khi điện dựa trên các điện tích dương và âm, không có đơn cực từ nào được biết đến.

Bất kỳ hạt hoặc vật thể từ tính nào đều có cực “bắc” và “nam”, với các hướng dựa trên hướng của từ trường Trái đất. Giống như các cực của nam châm đẩy nhau (ví dụ: phía bắc đẩy về phía bắc), trong khi các cực đối diện thu hút lẫn nhau (phía bắc và phía nam thu hút).

Các ví dụ quen thuộc của từ tính bao gồm phản ứng của kim la bàn đối với từ trường của Trái đất, lực hút và lực đẩy của nam châm thanh và trường xung quanh nam châm điện.

Tuy nhiên, mọi điện tích chuyển động đều có từ trường, do đó các electron quay quanh các nguyên tử tạo ra từ trường; có một từ trường liên kết với các đường dây điện; và đĩa cứng và loa dựa vào từ trường để hoạt động. Các đơn vị từ tính SI chính bao gồm tesla (T) cho mật độ từ thông, weber (Wb) cho từ thông, ampe trên mét (A / m) cho cường độ từ trường và henry (H) cho độ tự cảm.

Xem thêm: Khám phá từ tính, định nghĩa, tính chất và phân loại

Các nguyên tắc cơ bản của điện từ

Từ điện từ xuất phát từ sự kết hợp của các tác phẩm elektron của Hy Lạp, có nghĩa là “hổ phách” và lithis lithos, có nghĩa là “đá Magnesia”, là một loại quặng sắt từ tính. Người Hy Lạp cổ đại đã quen thuộc với điện và từ tính, nhưng coi chúng là hai hiện tượng riêng biệt.

Mối quan hệ được gọi là điện từ không được mô tả cho đến khi James Clerk Maxwell công bố Một chuyên luận về điện và từ tính vào năm 1873. Công trình của Maxwell bao gồm hai mươi phương trình nổi tiếng, từ đó được cô đọng thành bốn phương trình vi phân từng phần. Các khái niệm cơ bản được biểu diễn bởi các phương trình như sau: Không giống như điện tích đẩy lùi, và giống như điện tích thu hút. Lực hút hoặc lực đẩy tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Các cực từ luôn tồn tại như các cặp bắc-nam. Giống như cực đẩy lùi thích và thu hút không giống.

Một dòng điện trong dây tạo ra từ trường xung quanh dây. Hướng của từ trường (theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ) phụ thuộc vào hướng của dòng điện. Đây là “quy tắc bàn tay phải”, trong đó hướng của từ trường theo các ngón tay của bàn tay phải nếu ngón tay cái của bạn chỉ theo hướng hiện tại. Di chuyển một vòng dây về phía hoặc ra khỏi từ trường sẽ tạo ra dòng điện trong dây. Hướng của dòng điện phụ thuộc vào hướng chuyển động.

Lý thuyết Maxwell mâu thuẫn với cơ học Newton, nhưng các thí nghiệm đã chứng minh các phương trình của Maxwell. Cuộc xung đột cuối cùng đã được giải quyết bằng Thuyết tương đối đặc biệt của Einstein.

Ví dụ về năng lượng điện từ

Năng lượng điện từ hoặc bức xạ điện từlà ánh sáng. Đó là bất kỳ năng lượng tự lan truyền nào có điện trường và từ trường. Bạn có thể rút ra các ví dụ về năng lượng điện từ từ bất kỳ phần nào của quang phổ. Tất nhiên, có ánh sáng nhìn thấy được, nhưng bạn có thể kể tên nhiều ví dụ khác:

  • tia gamma
  • tia x
  • tia cực tím
  • ánh sáng nhìn thấy (đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím)
  • đèn hồng ngoại
  • lò vi sóng
  • radio
  • tín hiệu truyền hình
  • bức xạ sóng dài
  • nhiệt

Cảm ứng điện từ

Cảm ứng điện từ (hoặc đôi khi chỉ là cảm ứng) là một quá trình trong đó một dây dẫn được đặt trong một từ trường thay đổi (hoặc một dây dẫn di chuyển qua một từ trường đứng yên) gây ra việc tạo ra một điện áp trên dây dẫn. Quá trình cảm ứng điện từ này, đến lượt nó, gây ra dòng điện, nó được cho là tạo ra dòng điện.

Khám phá cảm ứng điện từ

Michael Faraday được công nhận cho việc phát hiện ra cảm ứng điện từ vào năm 1831, mặc dù một số người khác đã ghi nhận hiện tượng tương tự trong những năm trước đó. Tên chính thức của phương trình vật lý xác định hành vi của trường điện từ cảm ứng từ từ thông (thay đổi từ trường) là định luật cảm ứng điện từ của Faraday.

Quá trình cảm ứng điện từ cũng hoạt động ngược lại, do đó một điện tích chuyển động tạo ra từ trường. Trong thực tế, một nam châm truyền thống là kết quả của chuyển động riêng lẻ của các electron trong các nguyên tử riêng lẻ của nam châm, được căn chỉnh sao cho từ trường được tạo ra theo hướng đồng nhất. Trong các vật liệu không có từ tính, các electron di chuyển theo cách mà các từ trường riêng lẻ chỉ theo các hướng khác nhau, do đó chúng triệt tiêu lẫn nhau và từ trường thuần được tạo ra là không đáng kể.

Phương trình Maxwell-Faraday

Phương trình tổng quát hơn là một trong những phương trình của Maxwell, được gọi là phương trình Maxwell-Faraday, xác định mối quan hệ giữa những thay đổi trong điện trường và từ trường. Nó có dạng: ∇ × E = – ∂B / ∂t

Trong đó ký hiệu ∇ × được gọi là hoạt động cuộn tròn, E là điện trường (một đại lượng vectơ) và B là từ trường (cũng là đại lượng vectơ). Các ký hiệu ∂ đại diện cho các vi phân từng phần, do đó, bên phải của phương trình là vi phân một phần âm của từ trường đối với thời gian. Cả E và B đều thay đổi theo thời gian t và vì chúng đang di chuyển vị trí của các trường cũng thay đổi.

Làm thế nào để điện tạo ra từ tính trong một nam châm điện?

Mỗi electron được bao quanh bởi một lực gọi là điện trường. Khi một electron di chuyển, nó tạo ra một trường thứ hai, một từ trường. Khi các electron được tạo ra để chạy trong dòng điện qua một dây dẫn, chẳng hạn như một miếng kim loại hoặc cuộn dây, dây dẫn trở thành một nam châm tạm thời, một nam châm điện.

Làm thế nào các điện tích có thể tạo ra một từ trường?

Di chuyển điện tích tạo từ trường. Khi một điện tích đang di chuyển hoặc một dòng điện đi qua một dây, từ trường tròn được tạo ra. 

Chúng ta có thể sản xuất từ tính từ điện?

Khi một electron di chuyển, nó tạo ra trường thứ hai, một từ trường. Khi các electron được tạo ra để chạy trong dòng điện qua một dây dẫn, chẳng hạn như một miếng kim loại hoặc cuộn dây, dây dẫn trở thành một nam châm tạm thời, một nam châm điện.

Điện từ được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày như nào?

Nam châm điện được sử dụng rộng rãi như là thành phần của các thiết bị điện khác, như động cơ, máy phát điện, solenoids điện cơ, rơle, loa, đĩa cứng, máy MRI, dụng cụ khoa học và thiết bị tách từ.

Tại sao lại gọi là điện từ?

Các nhà khoa học gọi chúng là tất cả các bức xạ điện từ. Các sóng năng lượng được gọi là điện từ (EM) vì chúng có dao động điện và từ trường. … Nếu nó có tần số thấp, nó có ít năng lượng hơn và có thể là sóng TV hoặc radio. Tất cả các sóng năng lượng EM đều được truyền đi với tốc độ ánh sáng.

Tầm quan trọng của điện từ là gì?

Điện từ có các ứng dụng khoa học và công nghệ quan trọng. Nó được sử dụng trong nhiều thiết bị điện để tạo ra từ trường mong muốn. Nó thậm chí còn được sử dụng trong một máy phát điện để tạo ra từ trường cho cảm ứng điện từ xảy ra.

3 tính chất của sóng điện từ là gì?

Các sóng điện và từ này truyền vuông góc với nhau và có một số đặc điểm nhất định, bao gồm biên độ, bước sóng và tần số. Các đặc tính chung của tất cả các bức xạ điện từ: Bức xạ điện từ có thể truyền qua không gian trống.

Xem thêm: Sóng điện từ là gì?

Chủ đề xuất hiện trong bài viết
Back to top button
Close

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker