자석과 전기의 3 가지 유사점은 무엇입니까?

콘텐츠

• 1 – 그들은 두 가지 종류가 있습니다
• 2 – 다른 힘에 비해 상대 강도
• 3 – 전기와 자기는 같은 현상의 양면
• 전기장 및 자기장
• 자성이 실제로 어디에서 오는가?
• 전류 운반 와이어로 자기장 생성
• 그러나 바 자석은 어떻습니까? 그들의 자기는 어디에서 오는가?
• 하지만 잠깐만! 더 있어요!
• 자기력과 전기력의 유사점
• 전기와 자기의 관계

전기력과 자기력은 자연적으로 발견되는 두 가지 힘입니다. 언뜻보기에는 다르게 보일 수 있지만 둘 다 하전 입자와 관련된 필드에서 시작됩니다. 두 힘은 세 가지 주요한 유사점을 지니고 있으며, 이러한 현상이 어떻게 발생하는지 자세히 알아야합니다.

1 – 그들은 두 가지 종류가 있습니다

요금은 양 (+) 및 음 (-) 종류로 제공됩니다. 기본적인 양전하 운반체는 양성자이고 음전하 운반체는 전자입니다. 둘 다 전하의 크기는 e = 1.602 × 10입니다.^-19 쿨롱.

반대자들은 쫓아 내고 격퇴하는 것을 좋아합니다. 서로 가까이에 두 양전하 격퇴하다또는 그들을 밀어내는 힘을 경험하십시오. 두 음전하도 마찬가지입니다. 그러나 양수와 음수는 끌다 서로.

양전하와 음전하 사이의 매력은 대부분의 항목을 전기적으로 중립으로 만드는 경향이 있습니다. 우주에는 음전하와 같은 양의 긍정이 있고, 매력적이고 반발력이 행동하는 방식으로 작용하기 때문에 혐의는 중화또는 서로를 취소하십시오.

마찬가지로 자석에는 북극과 남극이 있습니다. 두 개의 자기 북극은 두 개의 자기 남극과 같이 서로 반발하지만 북극과 남극은 서로를 끌어 당길 것입니다.

여러분이 잘 알고있는 또 다른 현상 인 중력은 이와는 다릅니다. 중력은 두 덩어리 사이의 매력적인 힘입니다. 질량의“유형”은 하나뿐입니다. 전기 나 자기와 같은 긍정적이고 부정적인 종류는 아닙니다. 그리고이 유형의 질량은 항상 매력적이고 반발력이 아닙니다.

자석과 전하 사이에는 뚜렷한 차이가 있지만 자석은 항상 쌍극자로 나타납니다. 즉, 주어진 자석은 항상 북극과 남극을 갖습니다. 두 극은 분리 할 수 ​​없습니다.

전기 쌍극자는 또한 약간의 거리를두고 양전하와 음전하를 둠으로써 생성 될 수 있지만, 이러한 전하를 다시 분리하는 것이 항상 가능합니다. 북극과 남극을 가진 막대 자석을 상상하고 별도의 남북을 만들기 위해 반으로 자르려고한다면, 그 결과 자체의 북극과 남극을 가진 두 개의 작은 자석이 생깁니다.

2 – 다른 힘에 비해 상대 강도

전기와 자기를 다른 힘과 비교하면 약간의 차이점이 있습니다. 우주의 네 가지 기본 세력은 강력하고 전자 기적이며 약하고 중력입니다. (전기 및 자기력은 동일한 단일 단어로 설명됩니다.

원자 내부에 핵을 묶는 힘인 1의 크기를 강한 힘으로 생각하면 전기와 자기의 상대적인 크기는 1/137입니다. 베타 붕괴의 원인이되는 약한 힘의 상대적인 크기는 10입니다.^-6중력의 상대 크기는 6 × 10입니다.^-39.

당신은 그 권리를 읽습니다. 오타가 아니 었습니다. 중력은 다른 모든 것에 비해 매우 위태 롭습니다. 이것은 반 직관적 인 것처럼 보일 수 있습니다. 결국 중력은 행성을 움직이게하고 발을 땅에 고정시키는 힘입니다! 그러나 자석이나 정전기가있는 티슈로 클립을 집어 올리면 어떻게되는지 생각해보십시오.

하나의 작은 자석 또는 정적으로 하전 된 항목을 당기는 힘은 종이나 조직을 당기는 지구 전체의 중력을 방해 할 수 있습니다! 우리는 중력이 그 힘 때문이 아니라 훨씬 더 강력하다고 생각합니다. 그러나 우리는 지구 전체의 중력이 항상 우리에게 작용하기 때문입니다. 반면, 이진 특성으로 인해 전하와 자석은 종종 그들 자신이 중화.

3 – 전기와 자기는 같은 현상의 양면

우리가 좀 더 자세히보고 전기와 자기를 실제로 비교한다면, 우리는 기본적으로 그것들이 동일한 현상의 두 가지 측면이라는 것을 알 수 있습니다. 전자기. 이 현상을 완전히 설명하기 전에 관련된 개념에 대해 더 깊이 이해할 수 있습니다.

전기장 및 자기장

필드 란? 때로는 더 친숙한 것으로 생각하는 것이 도움이됩니다. 전기와 자기와 같은 중력은 또한 장을 만드는 힘입니다. 지구 주위의 공간 영역을 상상해보십시오.

우주에서 주어진 질량은 질량의 크기와 지구와의 거리에 따라 달라지는 힘을 느낄 것입니다. 지구 주위의 공간에 들즉, 공간의 각 지점에 할당 된 값으로, 대응하는 힘이 얼마나 큰지, 어떤 방향으로 표시되는지를 나타냅니다. 거리 중력장의 크기 아르 자형 질량에서 엠예를 들어, 공식은 다음과 같습니다.

E = {GM above {1pt} r ^ 2}

어디 지 보편적 인 중력 상수는 6.67408 × 10입니다.^-11 엠³/ (kgs²). 주어진 지점에서이 필드와 관련된 방향은 지구 중심을 가리키는 단위 벡터입니다.

전기장은 같은 방식으로 작동합니다. 전기장 거리의 크기 아르 자형 포인트 청구에서 큐 공식에 의해 주어진다 :

E = {kq above {1pt} r ^ 2}

어디 케이 쿨롱 상수는 8.99 × 10⁹ Nm²/씨². 특정 지점에서이 필드의 방향은 충전쪽으로 큐 만약 큐 부정적이며 책임에서 멀어짐 큐 만약 큐 긍정적입니다.

이 필드는 제곱 법칙을 따르므로 두 배 더 멀리 이동하면 필드가 1/4만큼 강해집니다. 여러 포인트 전하 또는 연속적인 전하 분배에 의해 생성 된 전기장을 찾으려면 단순히 중첩을 찾거나 분포의 통합을 수행합니다.

자석은 항상 쌍극자로 나오기 때문에 자기장은 조금 까다 롭습니다. 자기장의 크기는 종종 문자로 표시됩니다 비정확한 수식은 상황에 따라 다릅니다.

자성이 실제로 어디에서 오는가?

과학자들은 전기와 자기의 관계를 처음 발견 한 후 몇 세기가 지나야 분명해졌습니다. 두 현상 사이의 상호 작용을 탐구하는 일부 주요 실험으로 인해 오늘날 우리가 이해하고 있습니다.

전류 운반 와이어로 자기장 생성

1800 년대 초에 과학자들은 전류를 운반하는 전선 근처에있을 때 자기 나침반 바늘이 편향 될 수 있음을 처음 발견했습니다. 전류 운반 와이어는 자기장을 생성합니다. 이 자기장 거리 아르 자형 무한히 긴 와이어 운반 전류로부터 나는 공식에 의해 주어진다 :

B = { mu_0 I above {1pt} 2 pi r}

어디 μ₀ 진공 투과도는 4_π_ × 10^-7 해당 없음². 이 필드의 방향은 오른손 규칙 – 오른손 엄지 손가락을 전류 방향으로 향한 다음 손가락이 자기장의 방향을 나타내는 원으로 와이어를 감습니다.

이 발견으로 전자석이 만들어졌습니다. 전류 운반 와이어를 잡고 코일에 감싼다 고 상상해보십시오. 결과 자기장의 방향은 막대 자석의 쌍극자 필드처럼 보입니다!

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그러나 바 자석은 어떻습니까? 그들의 자기는 어디에서 오는가?

막대 자석의 자성은 자석을 구성하는 원자에서 전자의 운동에 의해 생성됩니다. 각 원자의 이동 전하는 작은 자기장을 생성합니다. 대부분의 재료에서 이러한 필드는 모든 방향으로 향하게되어 순 자력이 크게 향상되지 않습니다. 그러나 철과 같은 특정 재료에서 재료 구성은 이러한 필드가 모두 정렬되도록합니다.

자성은 실제로 전기의 표현입니다!

하지만 잠깐만! 더 있어요!

자력은 전기로 인한 것이 아니라 자력으로 인해 전기가 생성 될 수 있음이 밝혀졌습니다. 이 발견은 Michael Faraday에 의해 이루어졌습니다. 전기와 자기가 관련되어 있음을 발견 한 직후, 패러데이는 코일의 중심을 통과하는 자기장을 변화시켜 와이어 코일에서 전류를 생성하는 방법을 발견했습니다.

패러데이의 법칙 코일에 유도 된 전류는 코일의 원인이 된 변화에 반대되는 방향으로 흐를 것이라고 진술합니다. 이것의 의미는 유도 전류가 전류를 발생시키는 변화하는 자기장에 대항하는 자기장을 생성하는 방향으로 흐르게된다는 것입니다. 본질적으로, 유도 전류는 단순히 필드 변화를 막기 위해 노력하고 있습니다.

따라서 외부 자기장이 코일을 가리키고 나서 크기가 증가하면 전류는 이러한 방향으로 흐르고 루프를 가리키는 자기장을 만들어이 변화에 대응합니다. 외부 자기장이 코일을 가리키고 있고 크기가 감소하면, 전류는 그러한 방향으로 흐르고, 자기장을 생성하여 코일을 가리키고 변화를 막는다.

패러데이의 발견으로 오늘날 발전기의 기술이 탄생했습니다. 전기를 발생시키기 위해서는 와이어 코일을 통과하는 자기장을 변화시키는 방법이 필요하다. 이 변화를 적용하기 위해 강한 자기장이있는 상태에서 와이어 코일을 돌리는 것을 상상할 수 있습니다. 이것은 종종 바람이나 흐르는 물에 의해 움직이는 터빈과 같은 기계적 수단에 의해 수행됩니다.

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자기력과 전기력의 유사점

자력과 전기력의 유사점은 많습니다. 두 부대는 모두 같은 행동으로 전하에 작용하며 그 기원이 있습니다. 전술 한 바와 같이, 두 힘은 유사한 강도를 갖는다.

충전중인 전기력 큐 필드로 인해 이자형 에 의해 주어진다 :

vec {F} = q vec {E}

충전시 자력 큐 속도로 이동 V 필드로 인해 비 로렌츠 강제 법에 의해 주어진다 :

vec {F} = q vec {v} times vec {B}

이 관계의 또 다른 공식은 다음과 같습니다.

vec {F} = vec {I} L times vec {B}

어디 나는 현재이고 엘 현장에서 와이어 또는 전도성 경로의 길이.

자력과 전기력의 많은 유사성 외에도 몇 가지 뚜렷한 차이가 있습니다. 자기력은 정지 전하 (v = 0이면 F = 0 인 경우) 또는 전계 방향 (0 교차 곱을 초래 함)과 평행하게 이동하는 전하에 영향을 미치지 않습니다. 자기력 작용은 속도와 자기장 사이의 각도에 따라 달라집니다.

전기와 자기의 관계

James Clerk Maxwell은 전기와 자기의 관계를 수학적으로 요약 한 4 가지 방정식을 도출했습니다. 이 방정식은 다음과 같습니다.

triangledown cdot vec {E} = dfrac { rho} { epsilon_0} {} triangledown cdot vec {B} = 0 {} triangledown times vec {E} =- dfrac { partial vec {B}} { partial t} {} triangledown times vec {B} = mu_0 vec {J} + mu_0 epsilon_0 dfrac { partial vec {E}} { 부분 t}

앞에서 설명한 모든 현상은이 네 가지 방정식으로 설명 할 수 있습니다. 그러나 더 흥미로운 점은 그들의 파생 후에 이전에 알려진 것과 일치하지 않는 이러한 방정식에 대한 솔루션이 발견되었다는 것입니다. 이 솔루션은 자체 전파 전자파를 설명했습니다. 그러나이 파동의 속도가 도출되었을 때, 그것은 다음과 같이 결정되었습니다.

dfrac {1} { sqrt { epsilon_0 mu_0}} = 299,792,485 m / s

이것이 빛의 속도입니다!

이것의 의미는 무엇입니까? 과학자들이 꽤 오랫동안 속성을 탐구해온 현상 인 빛은 실제로 전자기 현상이라는 것이 밝혀졌습니다. 이것이 오늘날 당신이 그것을 전자기 방사선.

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