Эта статья является обзорной, и не несет в себе никакой исследовательской деятельности. Она направлена лишь на объяснение объемной темы простыми словами для людей, которые хотят разобраться в ней.
ПЕРВЫЕ ШАГИ В ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА
Электромагнетизм — это взаимодействие, которое происходит между частицами с электрическим зарядом посредством электромагнитных полей. Электромагнетизм можно рассматривать как комбинацию электростатики и магнетизма, двух различных, но тесно переплетенных явлений. Но первоначально в Европе электричество и магнетизм считались двумя отдельными силами.
В 1600 году Уильям Гилберт в своей работе "О магнетизме" выдвинул предположение, что электричество и магнетизм, хотя оба способны вызывать притяжение и отталкивание объектов, являются различными эффектами. В книге "О магнетизме" говорится, что электричество и магнетизм являются различными эффектами.
Одним из первых, кто обнаружил и опубликовал связь между созданным человеком электрическим током и магнетизмом, был Джан Романьози, который в 1802 году заметил, что при соединении провода с вольтовой батареей стрелка ближайшего компаса отклоняется. Однако эффект не стал широко известен до 1820 года, когда Эрстед наблюдал схожее явление. Открытия Эрстеда привели к интенсивным исследованиям всего научного сообщества в области электродинамики. Они повлияли на разработку французским физиком Андре-Мари Ампером единой математической формы для представления магнитных сил между проводниками, пропускающими ток. Открытие Эрстеда также стало важным шагом на пути к единой концепции энергии.
ЗАКОН АМПЕРА
Закон Ампера — закон взаимодействия электрических токов. Впервые был установлен Андре Мари Ампером в 1820 году для постоянного тока. Ампер, вдохновлённый демонстрацией опыта Эрстеда, обнаружил, что два параллельных проводника, по которым течёт ток, притягиваются или отталкиваются в зависимости от того, в одну ли или разные стороны по ним идёт ток. Таким образом ток не только производит магнитное поле, но магнитное поле действует на ток. Уже через неделю после объявления Эрстедом о своём опыте, Ампер предложил объяснение: проводник действует на магнит, потому что в магните течёт ток по множеству маленьких замкнутых траекторий.
Законом Ампера называется также закон, определяющий силу, с которой магнитное поле действует на малый отрезок проводника с током. Сила оказывается линейно зависимой как от тока, так и от магнитной индукции (Магнитная индукция — векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, а именно характеристикой его действия на движущиеся заряженные частицы и на обладающие магнитным моментом тела.). Выражение для силы dF, с которой магнитное поле действует на элемент объёма dV проводника с током плотности j, находящегося в магнитном поле с индукцией B, в Международной системе единиц (СИ) имеет вид: dF = j * BdV
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Магнитное поле электрического тока — это магнитное поле, возникающее вокруг проводника, по которому течет электрический ток. При прохождении электрического тока через проводник вокруг него создается магнитное поле, которое может быть представлено в виде магнитных линий поля. Направление этих линий зависит от направления тока и может быть определено с помощью правила буравчика (правого винта): если правая рука помещается так, чтобы большой палец показывал в направлении тока, то загнутые остальные пальцы будут указывать на направление магнитного поля.
В 1820 г. датский профессор физики Ганс Эрстед, проводя опыты, обнаружил, что всякий раз, когда он включал ток, магнитная стрелка, находящаяся поблизости от проводника с током, стремилась повернуться перпендикулярно проводнику, а когда выключал, магнитная стрелка возвращалась в исходное положение. Ученый сделал вывод: вокруг проводника с током возникает магнитное поле, которое воздействует на магнитную стрелку. Вскоре после этого он опубликовал свои открытия, доказав, что электрический ток создает магнитное поле, протекая по проводу. Единица магнитной индукции CGS (Эрстед) названа в честь его вклада в область электромагнетизма.
В 1873 году Джеймс Клерк Максвелл написал "Трактат по электричеству и магнетизму", в котором было показано, что взаимодействие положительных и отрицательных зарядов опосредуется одной силой. В результате этих взаимодействий возникают четыре основных эффекта, каждый из которых был четко продемонстрирован экспериментами:
• Электрические заряды притягивать или отталкиваются друг от друга с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними: непохожие заряды притягиваются, похожие отталкиваются.
• Магнитные полюса (или состояния поляризации в отдельных точках) притягивают или отталкивают друг друга подобно положительным и отрицательным зарядам и всегда существуют парами: каждый северный полюс соединен с южным полюсом.
• Электрический ток внутри провода создает соответствующее окружное магнитное поле за пределами провода. Его направление (по часовой стрелке или против часовой стрелки) зависит от направления тока в проводе.
• Ток индуцируется в проволочной петле, когда она перемещается к магнитному полю или от него, или магнит перемещается к нему или от него; направление тока зависит от направления движения.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОЛЕЙ
СИЛА АМПЕРА
В 1820г. А. Ампер продолжал свои опыты с проводниками и вывел закон, определяющий силу, действующую на отдельный небольшой участок проводника с током. По опытам Ампера стало понятно, что при помещении проводника, по которому движутся заряды, между магнитами, он станет двигаться в определенном направлении. Чтобы понять, в какую сторону будет направлена сила, можно расположить левую руку так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, а 4 вытянутых пальца указывали по направлению тока, и тогда отогнутый на 90° большой палец покажет, в какую сторону двинется проводник с током.
Таким образом Сила Ампера — это сила, которая действует на проводник с электрическим током, помещенный в магнитное поле. Магнитное поле действует на все участки проводника с током и, зная силу, действующую на каждый малый участок проводника, можно вычислить силу, действующую на весь проводник. Увеличивая силу тока в 2 раза, действующая на проводник сила также увеличится в 2 раза. Добавив идентичный магнит, мы в 2 раза увеличим размеры области действия магнитов, а также длину части проводника, на который действует магнит. Сила при этом также увеличится в 2 раза. А также сила Ампера зависит от угла, образованного магнитными линиями с проводником. Из этого выходит, что формула силы Ампера: F = B I l sin a
(где B - модуль вектора магнитной индукции, I – сила тока, l - длина проводника, α - угол между проводником и магнитными линиями)
СИЛА ЛОРЕНЦА
Сила Лоренца – сила, которая действует на движущийся электрический заряд в магнитном поле. Звучит очень схоже с силой Ампера, но главное отличие тут в том, что заряд теперь не течет по проводнику, а существует самостоятельно. Из-за этого и движение изменится. Для определения направления силы используется такой же метод, как и у силы Ампера: расположить левую руку так, чтобы проекция магнитных линий на перпендикуляр скорости заряда входили в ладонь, а 4 вытянутых пальца указывали по направлению скорости движения положительного заряда, и наоборот для отрицательного, и тогда отогнутый на 90° большой палец покажет, в какую сторону будет действовать сила Лоренца.
Двигаться же частица будет по-разному, в зависимости от угла между вектором скорости заряда и магнитными линиями. Если направление скорости частицы перпендикулярно магнитным линиям, то частица будет двигаться по кругу по одному радиусу. Если же оно не будет перпендикулярно, то частица будет двигаться по спиралевидной траектории.
Модуль силы, действующий со стороны магнитного поля на выбранный элемент тока, где S - площадь поперечного сечения проводника, v - скорость упорядоченного движения, q – заряд частиц, n - концентрация заряженных частиц, - число заряженных частиц в нужном объеме, равен:
Откуда сила Лоренца будет равна:
ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
Фарадей рассуждал, что электрический ток способен намагнитить кусок железа. Не может ли магнит вызвать появление электрического тока? Долгое время эту связь обнаружить не удавалось.
Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводнике, который либо покоится в меняющемся со временем магнитном поле, либо двигается в постоянном магнитном поле так, что количество магнитных линий, пронизывающих площадь внутри контура проводника, меняется со временем.
Это явление было открыто 29 августа 1831 года тем же самым Фарадеем. Проведя множество опытов, он установил все главные особенности явления электромагнитной индукции, где индукционный ток возникает: в одной из двух близлежащих катушек в момент замыкания или размыкания электрической сети одной катушки, при изменении силы тока одной катушки с помощью реостата, при движении катушек относительно друг друга, а также при движении постоянного магнита относительно катушки.
Правило Ленца: индукционный ток имеет такое направление, что созданный им магнитный поток всегда стремится скомпенсировать то изменение магнитного потока, которое вызвало данный ток. То есть, двигая магнит к замкнутому контуру, тот будет отдаляться, а двигая от него, будет приближаться.
ЭДС (электродвижущая сила) — это сила, которая движет заряженные частицы в цепи. Она берется из источника тока. То есть буквально сила, которая позволяет электронам двигаться проводам.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ВОЛНА
Электромагнитная волна — явление очень трудноописуемое. Её открыл знаменитый немецкий физик Генрих Рудольф Герц в 1888 году. Электромагнитные волны были предсказаны теоретически великим английским физиком Джеймсом Кларком Максвеллом (вероятно, впервые в 1862 году в работе «О физических силовых линиях»).
Согласно закону Фарадея, переменные магнитные поля порождают электрические поля. Но не было известно, порождают ли переменные электрические поля — магнитные. Избавиться от противоречия и восстановить симметрию электрического и магнитного полей Максвеллу удалось, введя в уравнения дополнительный член, который описывал возникновение магнитного поля при изменении электрического. В итоге получилось, что переменные магнитные поля порождают электрические поля, а переменные электрические — магнитные. И тогда Максвелл понял, что в такой связке колеблющиеся электрическое и магнитное поля могут распространяться от порождающих их проводников и двигаться через вакуум с определенной, но очень большой скоростью. Он вычислил эту скорость, и она оказалась около трехсот тысяч километров в секунду.
По сути своей электромагнитная волна — это колебания электромагнитного поля, вызванные неравномерным движением заряженной частицы. Ускоряясь, заряженная частица порождает переменное магнитное поле. Это меняющееся во времени магнитное поле, в свою очередь, не только воздействует на породивший его электрический ток в соответствии с законом Фарадея, но и создаёт вокруг себя меняющееся во времени вихревое электрическое поле. Это переменное электрическое поле создаёт вокруг себя переменное магнитное поле и так далее — возникает взаимосвязанное переменное электромагнитное поле, образующее электромагнитную волну, распространяющуюся в пространство.
Также существует такое понятие как Фотон. Многие слышали этот термин и знают, что фотон — это частица света, но это лишь часть правды. На самом деле это квант (неделимая частица энергии) электромагнитной волны. Да, свет имеет электромагнитное происхождение, и не только свет, такие штуки как рентген, тепловое излучение и радио тоже могут существовать только из-за этих волн, и их свойства зависят по большей части от частоты и длины этих самых волн.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРИБОРОВ
ЭЛЕКТРОМАГНИТ
Электромагнит — устройство, создающее магнитное поле при прохождении электрического тока через него. Обычно электромагнит состоит из обмотки и ферромагнитного сердечника, который приобретает свойства магнита при прохождении по обмотке электрического тока. В электромагнитах, предназначенных, прежде всего, для создания механического усилия также присутствует якорь (подвижная часть магнитопровода), передающий усилие.
Основной принцип работы электромагнита основан на законе Ампера. Закон Ампера утверждает, что магнитное поле создается вокруг проводника, через который протекает электрический ток. Когда электрический ток проходит через обмотку электромагнита, он создает магнитное поле вокруг сердечника, которое по направленности магнитной индукции напоминает постоянный магнит. Это позволяет электромагниту иметь схожие свойства с постоянным магнитом, а также, за счет возможности управления током, регулировать свою мощность.
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
Электрический двигатель — электрический прибор, который посредством магнитного поля, преобразует электрическую энергию в механическую.
Электрический двигатель состоит из неподвижной части — статора, подвижной части — ротора или якоря. В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока очень часто используются постоянные магниты.
Основу электродвигателя составляет закон Ампера, который мы уже разбирали. На роторе присутствует обмотка из электропроводящего материала (в основном медь). Сам ротор находится между двумя магнитами разной полярности. Пуская по обмотке переменный ток, мы создаем осевое вращение ротора.
АМПЕРМЕТР
Амперметр — прибор для измерения силы тока на участке цепи. Он представляет собой устройство со шкалой и стрелкой. Шкалу амперметров градуируют в миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора.
В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют. Поэтому, чем ниже внутреннее сопротивление амперметра (в идеале — 0), тем меньше будет влияние прибора на исследуемый объект, и тем выше будет точность измерения.
Внутри устройства располагается металлическая или магнитная рама. Внутри рамы установлена катушка. Принцип действия ампера схож с электродвигателем, только ток здесь не переменный, а постоянный, и ротор не делает полный оборот и сдерживается пружинами.
ТРАНСФОРМАТОР
Электротрансформатор, в разговорной речи чаще просто трансформатор — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования переменного напряжения с сохранением частоты тока.
Рассмотрим конструкцию простого трансформатора, с двумя катушками насаженных на замкнутый магнитопровод. Катушку, на которую поступает ток, будем называть первичной, а выходную катушку – вторичной.
В подсоединенной к генератору первичной обмотке протекает ток I1, этот процесс порождает магнитный поток Ф, оный проходя через обмотки, и формирует ЭДС. Причем величина ЭДС имеет прямую связь с количеством витков в обмотках.
Все типы трансформаторов используют электромагнитную индукцию для преобразования напряжения, поступающего в цепь первичной обмотки. При этом выходное напряжение снимается из вторичных обмоток. Они различаются только по форме, материалам магнитопроводов и способам наматывания катушек.
АНТЕННА
Антенна — преобразователь (обычно линейный) волновых полей; в традиционном понимании — устройство, предназначенное для излучения или приёма радиоволн.
Упрощённо принцип действия антенны состоит в следующем. Как правило, конструкция антенны содержит металлические (токопроводящие) элементы, соединённые электрически с радиопередатчиком или с радиоприёмником. В режиме передачи переменный электрический ток, создаваемый источником (например, радиопередатчиком), протекающий по токопроводящим элементам такой антенны, в соответствии с законом Ампера порождает в пространстве вокруг себя переменное электромагнитное поле, а также и электромагнитную волну, распространяющуюся в пространстве. Энергия источника электрического тока преобразуется антенной в энергию электромагнитной волны и переносится электромагнитной волной в пространстве. В режиме приёма переменное электромагнитное поле падающей на антенну волны создает электрические токи на токопроводящих элементах конструкции принимающей антенны, которые поступают в радиоприемник.
УСКОРИТЕЛИ ЧАСТИЦ
Ускоритель заряженных частиц — класс устройств для получения заряженных частиц (элементарных частиц, ионов) высоких энергий. Самые крупные ускорители являются дорогостоящими комплексами, требующими международного сотрудничества. К примеру, Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРН, представляющий собой кольцо длиной почти в 27 километров, сделал возможным столкновения протонов с суммарной энергией 13 ТэВ в системе центра масс налетающих частиц, что является мировым рекордом.
Ускоренные частицы сравнительно низких энергий применяют для получения изображения на экране телевизора или электронного микроскопа, получения рентгеновских лучей (электронно-лучевые трубки), разрушения раковых клеток, уничтожения бактерий. При ускорении же заряженных частиц до энергий свыше 1 мегаэлектронвольт (МэВ) используют для изучения структуры микрообъектов (например, атомных ядер) и природы фундаментальных сил. В ряде установок, называемых коллайдерами, для увеличения эффективности использования энергии частиц их пучки сталкиваются (встречные пучки).
Работа ускорителя основана на взаимодействии заряженных частиц с электрическим и магнитным полями. Электрическое поле способно совершать работу над частицей, то есть увеличивать её энергию. Магнитное же поле, создавая силу Лоренца, только отклоняет частицу, не изменяя её энергии, и задаёт орбиту, по которой движутся частицы.
Конструктивно ускорители можно принципиально разделить на две большие группы. Это линейные ускорители, где пучок частиц однократно проходит ускоряющие промежутки, и циклические ускорители, в которых пучки движутся по замкнутым кривым (например, окружностям), проходя ускоряющие промежутки по многу раз. Можно также классифицировать ускорители по назначению: коллайдеры, источники нейтронов, бустеры, источники синхротронного излучения, установки для терапии рака, промышленные ускорители.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА В ПОВСЕДНЕВНОЙ ЖИЗНИ
Электромобиль
Электромобиль - транспорт, работа которого основана на электродвигателе.
В последнее время электромобили стали обретать популярность и многие фирмы начали усердно выпускать электрические модели.
Суть электромобиля в том, что вместо двигателя внутреннего сгорания, который применялся в обычных автомобилях, в нем используется электродвигатель, а бывшее горючее топливо заменено на электричество.
Такой вариант автомобиля отличается своей высокой экологичностью, ведь количество токсичных выбросов в атмосферу сводится к нулю из-за отсутствия горящего элемента, а также своей практичностью, так как электричество, по сравнению с горючим топливом, стоит в разы дешевле, а обслуживание таких машин в разы дешевле из-за упрощенного строения
МРТ
Магнитно-резонансная томография (МРТ) — способ получения томографических медицинских изображений для исследования внутренних органов и тканей с использованием явления ядерного магнитного резонанса. Способ основан на измерении электромагнитного отклика атомных ядер, находящихся в сильном постоянном магнитном поле, в ответ на возбуждение их определённым сочетанием электромагнитных волн. В МРТ такими ядрами являются ядра атомов водорода, присутствующие в огромном количестве в человеческом теле в составе воды и других веществ.
МРТ не использует рентгеновские лучи или ионизирующее излучение, что отличает его от компьютерной (КТ) и позитронно-эмиссионной томографии. По сравнению с КТ, процедура МРТ более шумная и часто занимает больше времени, к тому же обычно требуется нахождение объекта в узком тоннеле. Кроме того, люди с некоторыми медицинскими имплантатами или другим несъёмным металлом внутри тела могут быть не в состоянии безопасно пройти МРТ.
Принципы, использующиеся в МРТ, пожалуй, самые сложные здесь и затрагивают темы, которые я не рассматривал. Я постараюсь вкратце рассказать про недостающие термины.
Возбужденная частица — частица, получившая излишек энергии и поменявшая состояние (пример: возбужденный электрон переходит на более высший атомный слой).
Спин(от англ. spin, букв. «вращение, вращать(-ся)») — собственный момент импульса элементарных частиц, имеющий как квантовую, так и классическую природу, и тесно связанный с представлениями группы вращений и группы Лоренца. Кратко, вращение частицы вокруг своей оси. Вращение заряженного ядра создает магнитный момент, имеющий свое направление
Магнитный момент — основная физическая величина, характеризующая магнитные свойства вещества, то есть способность создавать и воспринимать магнитное поле.
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) — резонансное (меняющее состояние) поглощение или излучение электромагнитной энергии веществом, содержащим ядра с ненулевым спином во внешнем магнитном поле (магнитном поле Земли), на частоте ν (называемой частотой ЯМР), обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер. Одни и те же ядра атомов в различных окружениях в молекуле показывают различные сигналы ЯМР.
Метод ядерного магнитного резонанса позволяет изучать организм человека на основе насыщенности тканей организма водородом и особенностей их магнитных свойств, связанных с нахождением в окружении разных атомов и молекул. Ядро водорода состоит из одного протона, который имеет спин и меняет свою пространственную ориентацию в мощном магнитном поле, а также при воздействии дополнительных полей, называемых градиентными, и внешних радиочастотных импульсов, подаваемых на специфической для протона при данном магнитном поле резонансной частоте. На основе параметров протона (спинов) и их векторных направлений, которые могут находиться только в двух противоположных фазах, а также их привязанности к магнитному моменту протона можно установить, в каких именно тканях находится тот или иной атом водорода. Иногда могут также использоваться МР-контрасты на базе гадолиния или оксидов железа.
Если поместить протон во внешнее магнитное поле, то его магнитный момент будет либо сонаправлен, либо противоположно направлен магнитному полю, причём во втором случае его энергия будет выше. При воздействии на исследуемую область электромагнитным излучением определённой частоты часть протонов поменяют свой магнитный момент на противоположный, а потом вернутся в исходное положение. При этом системой сбора данных томографа регистрируется выделение энергии во время релаксации предварительно возбуждённых протонов.
Для определения расположения сигнала в пространстве, помимо источника постоянного магнитного поля, которым может быть электромагнит или постоянный магнит, используются градиентные катушки, добавляющие к общему однородному магнитному полю градиентное магнитное возмущение. Это обеспечивает локализацию сигнала ядерного магнитного резонанса и точное соотношение исследуемой области и полученных данных. Действие градиента, обеспечивающего выбор среза, обеспечивает селективное возбуждение протонов именно в нужной области. Мощность и скорость действия градиентных усилителей относится к одним из наиболее важных показателей магнитно-резонансного томографа. От них во многом зависит быстродействие, разрешающая способность и соотношение сигнал/шум.
КИНЕСКОПНЫЙ ТЕЛЕВИЗОР
Кинескоп, также электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) — электронно-лучевой прибор, преобразующий электрические сигналы в световые, основанный на ускорении частиц
Ранее широко применялся в телевизорах и мониторах: до середины 1990-х годов использовались устройства исключительно на основе кинескопа.
Основные части:
• электронная пушка, предназначенная для формирования электронного луча; в цветных кинескопах и многолучевых осциллографических трубках несколько пушек объединяются в электронно-оптический прожектор;
• экран, покрытый люминофором — веществом, светящимся при попадании на него пучка электронов;
• отклоняющая система, управляющая лучом таким образом, что он формирует на экране требуемое изображение.
В баллоне создан глубокий вакуум. Для того, чтобы создать электронный луч, применяется устройство, именуемое электронной пушкой. Катод, нагреваемый нитью накала, испускает электроны. Чтобы увеличить испускание электронов, катод покрывают веществом, имеющим малую работу выхода. Изменением напряжения между управляющим электродом и катодом можно изменять интенсивность электронного луча и, соответственно, яркость изображения. Кроме управляющего электрода, пушка современных ЭЛТ содержит фокусирующий электрод, предназначенный для фокусировки пятна на экране кинескопа в точку, ускоряющий электрод для дополнительного разгона электронов в пределах пушки и анод. Покинув пушку, электроны ускоряются анодом, представляющем собой металлизированное покрытие внутренней поверхности конуса кинескопа, соединённое с одноимённым электродом пушки. В цветных кинескопах со внутренним электростатическим экраном его соединяют с анодом. В ряде кинескопов ранних моделей, таких, как 43ЛК3Б, конус был выполнен из металла и являлся собственно анодом. Напряжение на аноде находится в пределах от 7 до 30 киловольт. В ряде малогабаритных осциллографических ЭЛТ анод представляет собой только один из электродов электронной пушки и питается напряжением до нескольких сот вольт.
Далее луч проходит через отклоняющую систему, которая может менять направление луча. В телевизионных ЭЛТ применяется магнитная отклоняющая система как обеспечивающая большие углы отклонения. В осциллографических ЭЛТ применяется электростатическая отклоняющая система как обеспечивающая большее быстродействие.
Электронный луч попадает в экран, покрытый люминофором. От бомбардировки электронами люминофор светится, и быстро перемещающееся пятно переменной яркости создаёт на экране изображение.
Люминофор от электронов приобретает отрицательный заряд, и может начаться вторичная эмиссия — люминофор может сам начать испускать электроны. В результате вся трубка может приобрести отрицательный заряд. Для того, чтобы это не происходило, по всей поверхности трубки находится соединённый с анодом слой аквадага — проводящей смеси на основе графита.
Микроволновая свч
Микроволновая печь или СВЧ-печь — электроприбор, позволяющий совершать разогрев водосодержащих веществ благодаря электромагнитному излучению дециметрового диапазона (обычно с частотой 2450 МГц) и предназначенный для быстрого приготовления, подогрева или размораживания пищи.
В отличие от классических печей (например, духовки или русской печи), разогрев пищи в СВЧ-печи происходит не только с поверхности разогреваемого тела, но и по его объёму, содержащему полярные молекулы (например, воды), так как радиоволны данной частоты проникают и поглощаются пищевыми продуктами примерно на 1,5 — 2,5 см по глубине от поверхности. Это сокращает время разогрева пищи; средняя скорость нагрева в СВЧ-печах составляет 0,3—0,5 °С в секунду.
Основные компоненты магнетронной микроволновой печи:
•металлическая, с металлизированной дверцей, камера (в которой концентрируется высокочастотное излучение, например 2450 МГц), куда помещаются разогреваемые продукты;
•трансформатор — источник высоковольтного питания магнетрона;
•цепи управления и коммутации;
•непосредственно СВЧ-излучатель — магнетрон;
•волновод для передачи излучения от магнетрона к камере;
•вращающийся столик — необходим для равномерного разогрева продукта со всех сторон, либо вращающаяся антенна в печах с неподвижным столом.
Самым главным компонентом микроволновой печи является Магнетрон. Это устройство позволяет микроволновой печи испускать сверхвысокочастотные электромагнитные волны (СВЧ), которые и нагревают пищу в микроволновке.
От панели управления микроволновкой ток идет к трансформатору, в котором он начинает наращивать свою мощность. После из трансформатора ток поступает в магнетрон. Внутри магнетрона из нагретого катода вылетают электроны. Благодаря наличию магнита на внешней части, внутри магнетрона присутствует магнитное поле, которое с помощью магнитной индукции постоянно изменяет траекторию полета электронов, тем самым создавая электромагнитные волны. После того, как электрон попадает на анод, он делает круг и возвращается на катод, и все начинается сначала. Электромагнитные волны, созданные изменением траектории электрона, выводятся с помощью специальной антенны из магнетрона к волноводу, откуда они уже попадают в камеру микроволновки.
МОБИЛЬНАЯ СВЯЗЬ
Сотовая связь, сеть подвижной связи — один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежат электромагнитные волны. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид шестиугольных ячеек (сот).
Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого.
Сотовый телефон — сложное высокотехнологичное электронное устройство, внутри которого встроена GSM антенна, которая принимает и посылает сигналы базовым станциям в округе. Большинство стандартов мобильной связи использует для идентификации абонента SIM-карту.
МАГЛЕВ
Поезд на магнитной подушке, магнитоплан или маглев — транспортный термин, поезд и трамвай, удерживаемый над полотном дороги, движимый и управляемый силой электромагнитного поля. Такой состав, в отличие от традиционных поездов и трамваев, в процессе движения не касается поверхности рельса. Так как между поездом и поверхностью полотна существует зазор, трение между ними исключается, и единственной тормозящей силой является аэродинамическое сопротивление. Относится к монорельсовому транспорту (хотя вместо магнитного рельса может быть устроен канал между магнитами).
Электромагниты расположены не только под вагоном, но и под самими рельсами. При взаимодействии магнитов поезда и рельсов образуется магнитная подушка, по которой "скользит" состав. Из-за этого эффекта 18-тонный вагон, рассчитанный на четыре десятка пассажиров, зависает на высоте около сантиметра. А чтобы он поехал, при помощи электричества создаётся бегущее магнитное поле, оно образует движущую силу, которая и толкает вагон.
Скорость, достигаемая поездом на магнитной подушке, сравнима со скоростью самолёта и позволяет составить конкуренцию воздушному транспорту на ближне- и среднемагистральных направлениях (до 1000 км). Сама идея такого транспорта не нова, экономические и технические ограничения не позволили ей развернуться в полной мере: для общественного использования технология воплощалась всего несколько раз. В настоящее время маглев не может использовать существующую транспортную инфраструктуру, но уже есть проекты с расположением магнитных элементов между рельсами обычной железной дороги или под полотном автотрассы.
БАНКОВСКИЕ КАРТЫ И ПРОПУСКА
Банковская карта — пластиковая, металлическая или виртуальная карта, обычно привязанная к одному или нескольким расчётным счетам в банке. Используется для оплаты товаров и услуг, в том числе через интернет, с использованием бесконтактной технологии, совершения переводов, а также снятия наличных.
В банковской карте используются технологии магнитной полосы и NFC. Но нам скорее интересна только NFC, так как именно она относится к теме электромагнетизма.
NFC (англ. near field communication — связь на ближнем расстоянии) — технология беспроводной передачи данных малого радиуса действия, которая даёт возможность обмена данными между устройствами, находящимися на расстоянии около 10 сантиметров; анонсирована в 2004 году.
Современная банковская карта, содержащая NFC состоит из очень простых элементов:
•Две пластиковые пластины;
•Медная катушка, представляющая собой антенну;
•Банковский чип
•Чип NFC.
Принцип действия тоже очень прост и работает на основе антенны. Для того чтобы провести оплату с такой карты, нужно поднести ее к терминалу. В терминал вводят информацию об оплате, и он начинает испускать радиоволны с нужной информацией. Медная антенна в банковской карте улавливает эти волны и по ней начинает течь электричество. Электричество идет к NFC чипу и тот начинает испускать сигнал, который терминал улавливает и засчитывает оплату.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Я надеюсь я помог хоть немного понять и разобраться в теме электромагнетизма, ведь именно на это моя статья и была направлена. Здесь показаны и разобраны не все возможные применения электромагнетизма, а лишь самые распространенные и популярные, ведь всего их очень и очень много и каждый год это количество увеличивается.