Pole elektromagnetyczne-wygląd, zależności od napięcia/prądu

[adrian_134]

Witam,

Tak na początku to ja to sobie tłumaczę tak: płynący prąd to płynąca woda, napięcie to większa prędkość płynącej wody/jej cząsteczek, prąd to większa liczba cząsteczek płynącej wody.

A teraz zaczynając od elektromagnesu, jego siła mniej więcej zależy od średnicy drutu, ilości zwojów no i prądu płynącego przez niego. Ale tylko prądu ? Co z napięciem ? Nie pamiętam żadnego wzoru z liceum który wiązał by siłę pola oraz napięcie. Jak to z tym jest, jeżeli siła zależy tylko od płynącego prądu to powinno się na taki elektromagnes podawać jak najmniejsze napięcie i jak największy prąd ( duża liczba elektronów będzie powoli przepływać przez uzwojenie ),a idąc dalej tym myśleniem to dla przykładu mając baterię podłączoną do elektromagnesu o napięciu i prądzie maksymalnym 9v 0.05A uzyskamy jakąś tam siłę, a teraz jeżeli przed elektromagnesem podłączymy transformator i prostownik aby zmniejszyć napięcie i zwiększyć płynący prąd to pole elektromagnetyczne będzie silniejsze bo płynie większy prąd ?
Czy koniecznie musi być zwijany drut ? Toczony kawałek miedzi w kształcie cylindra emitował by słabsze pole ?

Silniki elektryczne, kiedyś słyszałem że na podstawie podawanego do silnika prądu można dowiedzieć się czy wał się obraca czy się zaklinował, podobno jeżeli się zaklinował to pobiera więcej prądu ale dlaczego ? Rozumiem że cewka przeciwstawia się zmianom prądu ale takie przeciwstawianie się chyba nie trwa wieczność i to nie do końca zależy od tego.

Pole magnetyczne/elektromagnetyczne
Wie ktoś może czy istnieją jakieś duże różnice pomiędzy tymi polami ? Wiem że drugie jest połączeniem pola elektrycznego i magnetycznego, ale przepływający prąd przez cewkę magazynuje część energii w postaci pola magnetycznego, niby pole elektryczne występuje tylko w kondensatorze... Więc prąd płynący przez cewkę jest źródłem pola elektromagnetycznego czy magnetycznego ? Ale czy oprócz tego są jakieś różnice pomiędzy tymi polami ?

Jak to wygląda. Nigdzie nie mogę znaleźć dokładnych opisów jak wygląda pole magnetyczne gdy zbliży się drugi magnes. Czy wygląda to tak jak w przypadku pola elektrycznego/elektrostatycznego http://noweenergie.org/userfiles/image/ ... static.jpg
Dwa jednoimienne bieguny odpychają się ( rys b ) a dwa różnoimienne przyciągają się ( rys a ) Czy tak to wygląda ?

A jak wygląda ekranowanie pola magnetycznego ? Są takie super materiały jak mumetal itp ( ktoś może orientuje się w cenie ) le jak wygląda pole w pobliżu takiego materiału. O ile się nie mylę to ekranowanie polega na jak największym pochłonięciu pola, jeżeli z jednej strony magnesu przyłożymy ekran to pole poza ekranem będzie słabsze, mniej strumieni wyjdzie na zewnątrz.
Narysowałem taki rysunek http://coubetech.republika.pl/pole.jpg
Ekranowanie nie polega na osłabianiu pola tylko na "puszczeniu" jego przez materiał im większa przepuszczalność będzie miał materiał tym mniej pola wydostanie się na zewnątrz, a co jeżeli ekran jest tylko z jednej strony ? Pole po drugiej stronie będzie tak samo silne jak bez żadnego ekranu ? No i pytanie z rysunku, co jeżeli ekran ustawimy pod katem ? Jak popłynie pole ?

Elektromagnesy a fale elektromagnetyczne.
Nie rozumiem jednej rzeczy, podłączając do baterii 12v elektromagnes będzie miał pewną siłę ale w bardzo małej odległości od elektromagnesu owe pole będzie już słabsze, mimo że zasilam elektromagnes bezpośrednio z baterii. Zwykły telefon komórkowy z zasilaniem poniżej 9v jest w stanie wyemitować falę elektromagnetyczną która bez problemu dotrze do przekaźnika który jest w odległości kilka set metrów od niego, nie pobierając przy tym maksymalnego prądu z baterii. Dlaczego tak się dzieje ? I o co tutaj chodzi.

Najbardziej ciekawiąca mnie rzecz.
Światło można rozumieć jako falę elektromagnetyczną, ale czy dosłownie ? Jeżeli wyemitował bym elektromagnesem, czy czymś tam falę o częstotliwości światła to czy ona by świeciła ? Źródło takich fal świeciło by jak żarówka ?
Idą tym krokiem, inne promieniowania ? Gamma, rentgenowskie itp ?

Są podobno książki które dobrze wszystko opisują, zawierają wzory pozwalające obliczyć siłę przyciągania kawałka metalu do elektromagnesu itp Ale czy znacie jakieś napisane prostym językiem, mniej więcej takim jak kursy elektroniki EDW ?

Pozdrawiam

[c4r0]

Tak na początku to ja to sobie tłumaczę tak: płynący prąd to płynąca woda, napięcie to większa prędkość płynącej wody/jej cząsteczek, prąd to większa liczba cząsteczek płynącej wody.

Napięcie to nie prędkość wody. Napięcie to ciśnienie. Prędkość wody to przepływ (ile wody na sekundę - czyli prąd) podzielony przez średnicę rury. W elektryce nie ma odpowiednika dla średnicy rury więc prędkość wody w tym modelu nie ma zastosowania.

A teraz zaczynając od elektromagnesu, jego siła mniej więcej zależy od średnicy drutu, ilości zwojów no i prądu płynącego przez niego. Ale tylko prądu ? Co z napięciem ? Nie pamiętam żadnego wzoru z liceum który wiązał by siłę pola oraz napięcie. Jak to z tym jest, jeżeli siła zależy tylko od płynącego prądu to powinno się na taki elektromagnes podawać jak najmniejsze napięcie i jak największy prąd ( duża liczba elektronów będzie powoli przepływać przez uzwojenie ),a idąc dalej tym myśleniem to dla przykładu mając baterię podłączoną do elektromagnesu o napięciu i prądzie maksymalnym 9v 0.05A uzyskamy jakąś tam siłę, a teraz jeżeli przed elektromagnesem podłączymy transformator i prostownik aby zmniejszyć napięcie i zwiększyć płynący prąd to pole elektromagnetyczne będzie silniejsze bo płynie większy prąd ?
Czy koniecznie musi być zwijany drut ? Toczony kawałek miedzi w kształcie cylindra emitował by słabsze pole ?

Siła to inne pojęcie. Siła będzie jeśli w polu magnetycznym będzie poruszał się ładunek elektryczny. Elektromagnes (cewka) sam z siebie siły nie wytwarza, wytwarza on pole magnetyczne o danym natężeniu. Natężenie pola zależy TYLKO od prądu i w pewnym sensie od liczby zwojów. Pole magnetyczne wytwarzane jest przez ruch ładunku, więc im więcej jest ładunku w ruchu tym silniejsze pole. W przypadku wody: liczy się to ile wody przepływa, ale jej ciśnienie (czyli napięcie) nie ma znaczenia.

Zwoje to bardzo prosta sprawa. Jak masz dwa zwoje rurki przez którą płynie 1 litr wody na sekundę, to przez te dwa zwoje (czyli dwie rurki koło siebie) płynie oczywiście 2 litry na sekundę (mino że to ta sama woda płynie dwa razy). Dzięki temu wody w ruchu jest tak na prawdę tyle ile w rurce pomnożone przez liczbę zwojów.

Im więcej płynie prądu w drucie tym silniejsze będzie pole i rzeczywiście napięcie nie ma tu znaczenia i im będzie mniejsze tym lepiej, bo będą mniejsze straty energii. Problem polega na tym, że drut stanowi jakiś opór i żeby wymusić w nim przepływ pożądanego prądu potrzebne jest napięcie. Jak chcesz przez wąż ogrodowy przelać 10 litrów wody w minutę to musisz mieć tą wodę pod jakimś ciśnieniem bo inaczej nie popłynie. Tutaj do gry wchodzą nadprzewodniki, które nie mają rezystancji i nie stawiają oporu dla prądu. Wówczas napięcie nie jest potrzebne żeby utrzymać przepływ prądu (mówię o najprostszym przypadku).

Nie ma znaczenia czy jest to drut, toczony kawałek metalu czy co innego. Nawet prosty drut wytwarza pole magnetyczne i może być uważany za elektromagnes. Dopóki jest ładunek elektryczny który się porusza (w przypadku zwijanej cewki - porusza się w pętli) do wszystko działa i nie jest potrzebny żaden drut ani nawet metal (ładunek może krążyć w plazmie).

Na resztę odpowiem później poprzez edycję tego posta.

=====================================

[edit]

Silniki elektryczne, kiedyś słyszałem że na podstawie podawanego do silnika prądu można dowiedzieć się czy wał się obraca czy się zaklinował, podobno jeżeli się zaklinował to pobiera więcej prądu ale dlaczego ? Rozumiem że cewka przeciwstawia się zmianom prądu ale takie przeciwstawianie się chyba nie trwa wieczność i to nie do końca zależy od tego.

Silnik elektryczny ma komutator. Przez to, jeśli wirnik się obraca to do uzwojeń dociera de facto prąd przemienny i uzwojenie nie obciąża za bardzo źródła prądu (patrz hasło "impedancja"). Jak obciążysz czymś silnik to wirnik będzie się wolniej obracał, przez co częstotliwość prądu w uzwojeniach spadnie i będą one pobierać więcej prądu. Jak zatrzymasz wirnik to prąd w uzwojeniu przestanie być przemienny czyli przestanie ono mieć reaktancję, zostanie sama rezystancja drutu czyli w tym przypadku będzie stanowić praktycznie zwarcie elektryczne i prąd będzie bardzo duży, co może spowodować szybkie spalenie się silnika (dlatego np. jak zatrzymasz wiertarkę albo silnik w odkurzaczu się zatnie to po chwili pewnie szlag go trafi - to są silniki komutatorowe).

Pole magnetyczne/elektromagnetyczne
Wie ktoś może czy istnieją jakieś duże różnice pomiędzy tymi polami ? Wiem że drugie jest połączeniem pola elektrycznego i magnetycznego, ale przepływający prąd przez cewkę magazynuje część energii w postaci pola magnetycznego, niby pole elektryczne występuje tylko w kondensatorze... Więc prąd płynący przez cewkę jest źródłem pola elektromagnetycznego czy magnetycznego ? Ale czy oprócz tego są jakieś różnice pomiędzy tymi polami ?

Jest pole elektryczne i magnetyczne, a "pole" elektromagnetyczne ma zupełnie inną naturę i właściwie powinno się to nazywać falą a nie polem (nie może być pola elektromagnetycznego, które nie jest przemienne). Fala elektromagnetyczna to zjawisko rozprzestrzeniania się zmiany pola elektrycznego i magnetycznego. Zmiana pola elektrycznego powoduje powstanie pola magnetycznego. Z kolei to powstanie (zmiana) pola magnetycznego wytwarza kolejne pole elektryczne. Jeśli spełni się określone warunki (patrz: równanie falowe) to takie kolejne zmiany mogą propagować się w przestrzeni na duże odległości. Natura fali EM jest inna niż pole elektryczne i magnetyczne, nie należy tego mylić ze sobą.

Jak to wygląda. Nigdzie nie mogę znaleźć dokładnych opisów jak wygląda pole magnetyczne gdy zbliży się drugi magnes. Czy wygląda to tak jak w przypadku pola elektrycznego/elektrostatycznego http://noweenergie.org/userfiles/image/ ... static.jpg
Dwa jednoimienne bieguny odpychają się ( rys b ) a dwa różnoimienne przyciągają się ( rys a ) Czy tak to wygląda ?

Tak wygląda, jak na tym rysunku.

A jak wygląda ekranowanie pola magnetycznego ? Są takie super materiały jak mumetal itp ( ktoś może orientuje się w cenie ) le jak wygląda pole w pobliżu takiego materiału. O ile się nie mylę to ekranowanie polega na jak największym pochłonięciu pola, jeżeli z jednej strony magnesu przyłożymy ekran to pole poza ekranem będzie słabsze, mniej strumieni wyjdzie na zewnątrz.
Narysowałem taki rysunek http://coubetech.republika.pl/pole.jpg
Ekranowanie nie polega na osłabianiu pola tylko na "puszczeniu" jego przez materiał im większa przepuszczalność będzie miał materiał tym mniej pola wydostanie się na zewnątrz, a co jeżeli ekran jest tylko z jednej strony ? Pole po drugiej stronie będzie tak samo silne jak bez żadnego ekranu ? No i pytanie z rysunku, co jeżeli ekran ustawimy pod katem ? Jak popłynie pole ?

Mniej więcej masz dobre pojęcie jak to działa. To, czy pole po drugiej stronie osłabnie czy nie oraz jak będą przebiegać linie pola w ekranie zależy od paru czynników jak np. kształt tego ekranu, i żeby się tego dowiedzieć trzeba by zamodelować konkretny system i zrobić symulację.

Elektromagnesy a fale elektromagnetyczne.
Nie rozumiem jednej rzeczy, podłączając do baterii 12v elektromagnes będzie miał pewną siłę ale w bardzo małej odległości od elektromagnesu owe pole będzie już słabsze, mimo że zasilam elektromagnes bezpośrednio z baterii. Zwykły telefon komórkowy z zasilaniem poniżej 9v jest w stanie wyemitować falę elektromagnetyczną która bez problemu dotrze do przekaźnika który jest w odległości kilka set metrów od niego, nie pobierając przy tym maksymalnego prądu z baterii. Dlaczego tak się dzieje ? I o co tutaj chodzi.

Patrz to co napisałem wcześniej: pole magnetyczne z elektromagnesu i pole elektromagnetyczne emitowane przez telefon mają odmienne zachowanie. Do tego czułość odbiorników fal radiowych jest też dużo większa niż taka czułość jaką jesteś w stanie osiągnąć przykładając śrubkę do elektromagnesu i próbując wyczuć czy jeszcze przyciąga czy już nie.

Najbardziej ciekawiąca mnie rzecz.
Światło można rozumieć jako falę elektromagnetyczną, ale czy dosłownie ? Jeżeli wyemitował bym elektromagnesem, czy czymś tam falę o częstotliwości światła to czy ona by świeciła ? Źródło takich fal świeciło by jak żarówka ?
Idą tym krokiem, inne promieniowania ? Gamma, rentgenowskie itp ?

Można to tak rozumieć, fala radiowa, światło i promieniowanie takie jak gamma to dokładnie taka sama fala elektromagnetyczna, różniąca się częstotliwością. Jednak ta różnica częstotliwości ma duże znaczenie i zupełnie zmienia zachowanie fali i to, jak ją postrzegamy. Trzeba mieć dobre podstawy z fizyki, elektryki, elektrodynamiki i optyki żeby dogłębnie zrozumieć podobieństwa i różnice. Żeby zrozumieć jeszcze dogłębniej i zastanawiać się np. czym jest foton, skoro światło to fala, trzeba mieć dodatkowo podstawy z mechaniki kwantowej. Wielu absolwentów studiów technicznych nie do końca to rozumie więc nie jest to proste do wytłumaczenia.

[adrian_134]

Im więcej płynie prądu w drucie tym silniejsze będzie pole i rzeczywiście napięcie nie ma tu znaczenia i im będzie mniejsze tym lepiej, bo będą mniejsze straty energii. Problem polega na tym, że drut stanowi jakiś opór i żeby wymusić w nim przepływ pożądanego prądu potrzebne jest napięcie.

Rozumiem, ale teraz zastawiam się czy nie pomógł by tutaj tranzystor, przecież teoretycznie jest to idealne źródło prądowe, więc mógł by wymusić przepływ prądu niezależnie od oporu.

Nie ma znaczenia czy jest to drut, toczony kawałek metalu czy co innego. Nawet prosty drut wytwarza pole magnetyczne i może być uważany za elektromagnes. Dopóki jest ładunek elektryczny który się porusza (w przypadku zwijanej cewki - porusza się w pętli) do wszystko działa i nie jest potrzebny żaden drut ani nawet metal (ładunek może krążyć w plazmie).

Tak, ale po tym co napisałeś wyżej to rozumiem że silniejsze będzie pole magnetycznie wytworzone przez spirale, niż od cylindra.

Jest pole elektryczne i magnetyczne, a "pole" elektromagnetyczne ma zupełnie inną naturę i właściwie powinno się to nazywać falą a nie polem (nie może być pola elektromagnetycznego, które nie jest przemienne). Fala elektromagnetyczna to zjawisko rozprzestrzeniania się zmiany pola elektrycznego i magnetycznego. Zmiana pola elektrycznego powoduje powstanie pola magnetycznego. Z kolei to powstanie (zmiana) pola magnetycznego wytwarza kolejne pole elektryczne. Jeśli spełni się określone warunki (patrz: równanie falowe) to takie kolejne zmiany mogą propagować się w przestrzeni na duże odległości. Natura fali EM jest inna niż pole elektryczne i magnetyczne, nie należy tego mylić ze sobą.

Nie rozumiem, pole elektromagnetyczne może być wytworzone tylko przez prąd zmienny ?
A co jeżeli do elektromagnesu podłącze prąd stały ? Będzie to zwykły elektromagnes nie będzie żadnych zmian prądu czyli pole będzie musiało być o stałym natężeniu. Jednym słowem będzie działał. Chyba że ten opis tyczy się tylko fali elektromagnetycznej.

Mniej więcej masz dobre pojęcie jak to działa. To, czy pole po drugiej stronie osłabnie czy nie oraz jak będą przebiegać linie pola w ekranie zależy od paru czynników jak np. kształt tego ekranu, i żeby się tego dowiedzieć trzeba by zamodelować konkretny system i zrobić symulację.

A w prostokącie ustawionym pod kątem tak jak pokazuje rysunek ?
Polecasz jakiś program ?

Najbardziej ciekawiąca mnie rzecz.
Światło można rozumieć jako falę elektromagnetyczną, ale czy dosłownie ? Jeżeli wyemitował bym elektromagnesem, czy czymś tam falę o częstotliwości światła to czy ona by świeciła ? Źródło takich fal świeciło by jak żarówka ?
Idą tym krokiem, inne promieniowania ? Gamma, rentgenowskie itp ?

Można to tak rozumieć, fala radiowa, światło i promieniowanie takie jak gamma to dokładnie taka sama fala elektromagnetyczna, różniąca się częstotliwością. Jednak ta różnica częstotliwości ma duże znaczenie i zupełnie zmienia zachowanie fali i to, jak ją postrzegamy. Trzeba mieć dobre podstawy z fizyki, elektryki, elektrodynamiki i optyki żeby dogłębnie zrozumieć podobieństwa i różnice. Żeby zrozumieć jeszcze dogłębniej i zastanawiać się np. czym jest foton, skoro światło to fala, trzeba mieć dodatkowo podstawy z mechaniki kwantowej. Wielu absolwentów studiów technicznych nie do końca to rozumie więc nie jest to proste do wytłumaczenia.

Ale jednym słowem, jeżeli wytworzył bym falę elektromagnetyczną o częstotliwości światła widzialnego to czy cewka/generator takiej fali świecił by jak żarówka ?

[c4r0]

Rozumiem, ale teraz zastawiam się czy nie pomógł by tutaj tranzystor, przecież teoretycznie jest to idealne źródło prądowe, więc mógł by wymusić przepływ prądu niezależnie od oporu.

Teoretycznie a praktycznie to dwie różne rzeczy. Masz rację, tranzystor tutaj pomoże i wymusi on odpowiedni prąd. Ale jak on to zrobi? Otóż przez podanie odpowiedniego napięcia, przy jakim ten prąd popłynie

Tak, ale po tym co napisałeś wyżej to rozumiem że silniejsze będzie pole magnetycznie wytworzone przez spirale, niż od cylindra.

A dlaczego tak rozumiesz?

Nie rozumiem, pole elektromagnetyczne może być wytworzone tylko przez prąd zmienny ?
A co jeżeli do elektromagnesu podłącze prąd stały ? Będzie to zwykły elektromagnes nie będzie żadnych zmian prądu czyli pole będzie musiało być o stałym natężeniu. Jednym słowem będzie działał. Chyba że ten opis tyczy się tylko fali elektromagnetycznej.

Pole elektromagnetyczne może być wytworzone tylko przez prąd lub napięcie zmienne. Elektromagnes nie wytwarza takiego pola, on wytwarza pole magnetyczne.

A w prostokącie ustawionym pod kątem tak jak pokazuje rysunek ?
Polecasz jakiś program ?

Będzie coś pomiędzy tymi dwoma rysunkami. Linie pola będą trochę podążać za kątowym ustawieniem klocka, ale nie całkowicie. Nie znam żadnych programów do takich symulacji.

Ale jednym słowem, jeżeli wytworzył bym falę elektromagnetyczną o częstotliwości światła widzialnego to czy cewka/generator takiej fali świecił by jak żarówka ?

Można tak powiedzieć. Ale taka "cewka" nie wyglądałaby już jak normalna cewka, czyli zwoje drutu, bo to byłaby za duża indukcyjność. Jak Cię to interesuje to poczytaj o metamateriałach. Są one zrobione z wielu małych obwodów rezonansowych LC, które rezonują na częstotliwości mikrofalowej lub właśnie optycznej. Wygląda to tak:
http://www.nanoscribe.de/data/Module/ga ... terial.jpg
i teoretycznie taki pojedynczy ogonek z metalu to jest kondensator i cewka:
http://www.nanoink.net/images/metamaterial1.jpg

[adrian_134]

Tak, ale po tym co napisałeś wyżej to rozumiem że silniejsze będzie pole magnetycznie wytworzone przez spirale, niż od cylindra.

A dlaczego tak rozumiesz?

Ponieważ taki cylinder to jak zwykły kawałek drutu, tylko że grubszy a co za tym idzie więcej prąd przez niego może przepłynąć, ale mając do dyspozycji powiedzmy 5A to owe 5A przepływając przez zwoje cewki przebywa dłuższą drogę tzn Twój przykład z wodą, niż w linii prostej przez cylinder co skutkuje silniejszym polem w cewce.

Co do świecenia cewki to mam rozumieć że w warunkach domowych jest to nie do osiągnięcia ?

[c4r0]

Grubość nie mówi wcale o tym, ile prądu może przez coś przepłynąć. Liczy się tylko to, ile ładunku jest w ruchu i jak blisko tego ładunku dokonujesz pomiaru.

Co do świecenia cewki - oczywiście, że nie Jak byś w ogóle podszedł do realizacji czegoś takiego? Jak byś wygenerował częstotliwość rzędu 100 THz ?

[edwacc]

Przyklady z woda to tylko analogia, uproszczony model, ktory moze pomoc budowac i rozumiec dzialajace uklady elektryczne, szczegolnie obwody RLC.
Trzeba pamiętać, że ooslugiwanie sie tą analogia w opisywaniu elektromagnetyzmu ma pewne granice.
Czytając dyskusję i wnioski na temat cewki generującej światło można odnieść wrażenie, że analogie tego typu niosą więcej złego niż dobrego i powinno się ich zakazać

Ale w przypadku cewki i światła można użyć innego eksperymentu myślowego, który ujawni powiązanie elektromagnetyzmu z jakim ma do czynienia elektronik z inną jego postacią - światłem.
Otóż mając równoległy obwód rezonansowy LC działa on na pewnej częstotliwości, powiedzmy 100kHz. Zmniejszając odpowiednio powierzchnię okładzin kondensatora C i liczbę zwojów cewki częstotliwość się zwiększa. Zmniejszając dalej te parametry otrzymamy w końcu obwód LC w postaci kawałka przewodu. Dalsze zmniejszanie spowoduje zmniejszanie przewodu, aż w końcu zniknie materia w postaci przewodu i zostaną tylko pola - elektryczne i magnetyczne oraz energia, która jest wymieniana pomiędzy polami. I w ten sposób otrzymujemy foton jako kwant energii.

Polecam poczytanie wykładów Feynmanna, szczególnie pierwszy rozdział Tomu 2, cz. 1 Elektryczność, Magnetyzm, Elektrodynamika.