Электромагнитные, электрические и магнитные поля
В этой статье сначала рассматриваются простые определения, связанные с электрическими и магнитными полями, затем мы переходим к теме комбинации этих двух полей, которая называется электромагнетизмом и электромагнитные полем.
Эта статья является продолжением статьи об основах электроники.
Электрическое поле
Электрический заряд
Расположение отверстий указано в нижнем слое.
Используйте перемычку (кусок провода) с добавлением двух отверстий, если два маршрута должны пересечься друг с другом без соединения.
Все в мире обладает той или иной гравитацией: планеты, объекты, атомы, протоны, нейтроны и электроны.
Но если бы все эти притяжения были однотипными и зависели бы только от закона тяготения Ньютона, вся Вселенная стала бы очень большим объектом; Таким образом, мы можем заключить, что помимо гравитации массы существует еще и своего рода отталкивание, предотвращающее столкновение всех элементарных частиц друг с другом.
Этот тип притяжения/гравитации и отталкивания был создан как своего рода частота фундаментальных частиц, которая также изменяет фундаментальную частицу.
Есть два типа фундаментальных частиц, которые как отталкивают свой тип, так и притягивают другой. Эти две частицы называются электронами и протонами. Согласно определению, протон имеет положительный заряд, а электрон — отрицательный, заряды этих двух частиц равны.
Отрицательный заряд
В общем, отрицательно заряженные объекты имеют больше электронов, чем протонов. Поскольку число протонов в атоме изменить нелегко, чтобы сделать объект отрицательным, нам приходится вводить в него электроны.
Положительный заряд
В общем, положительно заряженные объекты имеют меньше электронов, чем протоны. Поскольку число протонов в атоме изменить нелегко, чтобы сделать объект положительным, у него необходимо отобрать электроны.
Электронный
Наука электроника означает определение методов введения или изъятия электронов из проводников или полупроводниковых материалов и объединение математических соотношений с этими методами.
Цифровая наука — это сочетание логических отношений с электронной наукой. Прежде чем изучать эти методы, необходимо сначала рассмотреть некоторые правила между зарядами, независимо от того, являются ли они стационарными или движущимися.
Сила между двумя нагрузками
Заряд каждого электрона равен:
1,602 х 10^-19 кулонов
Каждый кулон равен заряду 6 242 197 253 433 208 489 электронов, сосредоточенных в одной точке.
Сила между двумя зарядами в двух разных точках на расстоянии r рассчитывается по следующему уравнению:Для сложных схем с множеством соединений можно использовать двухстороннюю или металлизированную печатную плату.
Коэффициент магнитной проницаемости в вакууме/пространстве равен µ0, а коэффициент электрической проницаемости в вакууме равен Ƹ0, и эти два значения полностью постоянны в этом мире, пока скорость света (c) постоянна.
Текущая скорость в цепях/проводах обычно составляет около половины скорости света (знание точной скорости очень важно для высокочастотной передачи данных).
Электрическое поле точки
Сила, создаваемая накоплением ряда зарядов (за счет силы притяжения каждого заряда) в пространстве вокруг заряженного объекта, называется электрическим полем точки.
Это свойство вызывает отталкивание груза того же заряда и притяжение груза противоположного заряда.
Следующее соотношение выражает электрическое поле вокруг электронов точки:
Линии электрического поля
Это гипотетические линии, вдоль которых происходит воздействие электрического поля. Эти линии вы можете увидеть на рисунке ниже:
электрический потенциал (вольты)
Энергия проводящего объекта, провода или любого другого проводящего материала, называется электрической потенциальной энергией или вольтами.
Вы можете измерить количество потенциальной энергии относительно объекта с помощью источника 0 В (например, заземляющего провода) и вольтметра.
Потенциальная энергия получается путем умножения силы на перемещение (W=Fd).
Разность электрических потенциалов (напряжение)
Все упомянутые темы должны были передать понятие напряжения.
Разность потенциальной энергии двух точек называется напряжением.
Если мы соединим эти две точки проводящим проводом, потенциальная энергия переместится от более высокой точки к нижней, пока точки не достигнут одинаковой потенциальной энергии (например, два параллельных конденсатора).
Единица потенциальной энергии такая же, как джоуль, но в электронике из-за важности разности потенциалов ее называют вольт и напряжение.
Скорость перемещения зарядов от высшей точки к нижней называется интенсивностью электрического тока.
- Между двумя источниками 5 В тока нет, но между источниками 0 В и 5 В ток есть.
Из-за наличия тока возникает и сопротивление.
Магнитное поле
В определении гипотетические линии вокруг магнитного объекта называются магнитным полем.
Другими словами: везде, где есть магнитное свойство, есть и магнитное поле.
Магнитное свойство
Свойство магнита называется магнитным свойством, которое заставляет магнитные материалы (например, железо) притягиваться к нему.
Передача магнитных свойств магнитным материалам называется магнитной индукцией.
Магнитные материалы делятся на ферромагнетики и парамагнетики.
Ферромагнетики делятся на две категории: мягкие ферромагнетики (например, железо, которое легко приобретает и теряет магнетизм) и твердые ферромагнетики (например, сталь, которая долго приобретает магнитные свойства и сохраняет это свойство в течение более длительного периода времени). .
Парамагнетикам, таким как марганец, для приобретения магнитных свойств требуется сильное магнитное поле.
Линии магнитного поля и его характеристики.
Серия невидимых линий вокруг магнитных материалов. Эффект этих линий в окружающей среде можно увидеть с помощью железной стружки.
- Чтобы увидеть расположение линий, можно положить бумагу на магнит и медленно разложить железную стружку по бумаге.
Одной из характеристик этих линий является то, что они никогда не пересекают друг друга, и в любой области, где линии более сжаты, поле сильнее.
Направление линий определяется как от полюса N к полюсу S (внутри магнита наоборот).
Электромагнитные
Магнитное поле можно создать с помощью электрического тока.
Магнитное поле, создаваемое электрическим током, называется электромагнитным полем.
Мы можем использовать проводящий провод или индуктор для создания Электромагнитные ого поля.
Если пропустить электрический ток по прямому проводу, вокруг него создастся магнитное поле.
Направление этих линий/петлей магнитного поля зависит от направления тока.
На картинке ниже видно, что направление тока — сверху вниз, а направление петель перед проводом — справа налево:
Определить направление колец в рабочем режиме можно с помощью компаса.
Чтобы определить направление поля, можно использовать в расчетах правило правой руки.
Если мы соединим два провода с током, как если бы мы соединили два магнита, они будут оказывать воздействие друг на друга.
На рисунке выше F12 означает силу поля провода 1 на проводе 2, а F21 означает силу поля провода 2 на проводе 1.
Теперь, если мы обернем длинную проволоку с покрытием вокруг стержня, после установления тока, помимо создания сильного магнитного поля, поле каждой петли будет влиять на другие.
В этом устройстве, которое называется индуктором или проволочной трубкой, мы должны использовать правило правой руки для определения полюсов.
Электромагнитные индукция
Электромагнитные индукция обычно наводит магнитное поле, создаваемое электрическим магнитом (первая катушка), на другую катушку, а затем восстанавливает электрический потенциал во второй катушке.
В Электромагнитные, с цифровой точки зрения, построение сигнала очень просто, но с аналоговой точки зрения есть несколько сложностей.
Электромагнитные индукция с использованием двух прямых проводящих проводов
Прямой провод с током может индуцировать электрический ток в другом проводе вокруг него. Причиной этой индукции является изменение магнитного потока.
В общем, изменение магнитного потока означает перемещение поля, вращение поля или изменение силы магнитного поля.
В следующей схеме, выполнив следующие изменения, вы можете изменить магнитный поток и вызвать электромагнитную индукцию на проводящих объектах и окружающих цепях:
- Подвижный провод AB
- Вращайте провод AB
- Измените сопротивление цепи с помощью P1.
Когда выполняется электромагнитная индукция, чтобы определить направление индуцированного тока, мы должны изменить направление индуцированного поля и найти направление индуцированного тока, используя правило правой руки (закон Ленца).
Катушка (индуктор)
Чтобы создать электрический магнит, если мы обернем проволоку вокруг железного гвоздя и подключим два конца провода к батарее, гвоздь подвергнется воздействию магнитного поля, создаваемого электрическим током на проводе, и станет намагниченным.
Конструкция катушки (индуктора) также одинакова.
Индуктор обычно состоит из двух частей: железного/ферритового сердечника и медной проволоки, обернутой вокруг сердечника.
Индукторы могут быть также без железного сердечника (воздушного сердечника).
Когда ток поступает в провод, часть энергии используется для создания магнитного поля и регуляризации магнитных диполей в сердечнике, что приводит к повышению сопротивления дросселя в начале и утеканию из него меньшего количества тока, но после диполи сердечника регуляризуются, сопротивление индуктора уменьшается.
На рисунке ниже представлена схема индуктора:
Благодаря наводящему свойству катушек трансформатор можно изготовить с использованием как минимум двух индукторов. Трансформатор – это устройство, которое можно использовать для изменения входного напряжения. Трансформатор имеет типы понижающий (для уменьшения входного напряжения) и повышающий (для увеличения входного напряжения). Трансформатор можно использовать только в переменном токе.
Электромагнитные индукция с помощью индуктора
В индукторе, если использовать постоянный ток, поток меняется только тогда, когда ток установится в первый момент.
Но когда мы используем синусоидальный переменный ток с постоянной частотой, мы будем иметь постоянное изменение магнитного потока, что заставляет магнитное поле распространяться в волновой форме. Это называется электромагнитными волнами.
Каждый индуктор имеет коэффициент самоиндукции. С помощью этого коэффициента и простого расчета вы можете найти величину падения входного напряжения при использовании последовательного индуктора:
XL = 2πfL
π = 3.1415 (pi)
В приведенных выше соотношениях XL — сопротивление, создаваемое в дросселе за счет самоиндукции в переменном токе.
f – частота источника переменного тока,
L также является коэффициентом самоиндукции дросселя, который обычно пишется на детали.
- Сделан вывод, что с увеличением частоты сопротивление дросселя (индуктивность) будет увеличиваться, в результате дроссель L1 в приведенных схемах играет роль фильтра нижних частот, а L2 — фильтра верхних частот.
Применение индукторов
Наиболее важными применениями индуктора являются фильтры и генераторы магнитного/электромагнитного поля.
Оратор:
Вы должны знать, что работа динамика заключается в воспроизведении звука за счет вибрации его круглой и эластичной пластины. Эта пластина вибрирует с помощью магнитной силы.
За этой пластиной закреплен индуктор, а в середине этого индуктора находится магнит. Создавая ток в индукторе, магнитное поле оказывает на индуктор силу и заставляет индуктор и пластину двигаться.
Пластина перемещает воздух вокруг себя и давление становится низким и высоким из-за вибрации пластины с переменным током.
Микрофон:
Тип микрофона имеет ту же структуру, что и динамик: пластина вибрирует под действием разницы давления воздуха из-за звука и заставляет индуктор двигаться.
Эти движения индуктора с его постоянным магнитным сердечником создают магнитное поле и электрическую потенциальную энергию.
Радиосвязь:
Для передачи данных посредством радиоволн необходимо увеличивать и уменьшать электрический потенциал в катушке и на антенне.
При этом на антенне создается электрическое поле, а движение электронов в компонентах генератора (катушке) создает магнитное поле.
Электрическое и магнитное поле в виде электромагнитной волны сферически распространяется вокруг со скоростью света.
Эти волны могут приниматься и улавливаться катушками и антеннами, а затем усиливаться и декодироваться схемой приемника.
В будущих статьях я расскажу о том, как отправлять и получать данные с помощью электромагнитных волн.
Автор: М. Мahdi К. Кanan — инженер по электронике и программированию полного цикла, основатель WiCardTech