De elektromagnetisk energi Det er en som forplanter seg gjennom elektromagnetiske bølger (EM). Eksempler på dette er sollyset som utstråler varme, strømmen som trekkes ut av stikkontakten og det som røntgenstråler har for å produsere røntgenstråler.
Som lydbølger når de vibrerer trommehinnen, er elektromagnetiske bølger i stand til å overføre energi som senere kan omdannes til varme, elektriske strømmer eller forskjellige signaler..
Elektromagnetisk energi forplanter seg både i et materialmedium og i et vakuum, alltid i form av en tverrbølge, og bruk av den er ikke noe nytt. Sollys er den eldste kjente og urkilden til elektromagnetisk energi, men bruk av elektrisitet er noe nyere.
Det var først i 1891 det Edison Company satt i drift den første elektriske installasjonen i Det hvite hus i Washington DC. Og det som et supplement til de gassbaserte lysene som ble brukt den gangen, for i begynnelsen var det mye skepsis til bruken av dem..
Sannheten er at selv på de mest avsidesliggende stedene og som mangler kraftlinjer, fortsetter den elektromagnetiske energien som kommer ustanselig fra rommet kontinuerlig med å opprettholde dynamikken i det vi kaller vårt hjem i universet..
Artikkelindeks
Elektromagnetiske bølger er tverrbølger der det elektriske feltet OG og magnetfeltet B er vinkelrett på hverandre, idet forplantningsretningen til bølgen er vinkelrett på feltene.
Alle bølger er preget av frekvensen. Det er det brede frekvensområdet for EM-bølger, som gir dem allsidighet når de transformerer energien, som er proporsjonal med frekvensen.
Figur 2 viser en elektromagnetisk bølge, i den det elektriske feltet OG i blått, svinger det i flyet zy, magnetfeltet B i rødt gjør det det på flyet xy, mens bølgehastigheten er rettet langs aksen +Y, i henhold til det viste koordinatsystemet.
Hvis en overflate er plassert i banen til begge bølgene, si et areal TIL og tykkelse dy, slik at den er vinkelrett på hastigheten på bølgen, strømmen av elektromagnetisk energi per arealeenhet, betegnet S, er beskrevet gjennom poynting vektor:
S = (1 / μeller) OG × B
μeller er permeabiliteten til vakuumet (μeller = 4π .10-7 Tesla. meter / ampere), en konstant relatert til den lettheten mediet gir den elektromagnetiske bølgen til å bevege seg.
Poynting-vektoren ble introdusert av den engelske astrofysikeren John Henry Poynting i 1884, en pioner innen studiet av energien til elektriske og magnetiske felt..
Nå må det tas i betraktning at energi er en skalar, mens S det er en vektor.
Husk at kraften er energien som leveres per tidsenhet, så er modulen på S indikerer øyeblikkelig kraft per arealenhet i retning av utbredelse av elektromagnetisk bølge (energioverføringshastighet).
Siden OG Y B er vinkelrett på hverandre, modulen til OG x B det er bare EB og den øyeblikkelige kraften (en skalar) er som:
S = (1 / μeller) EB
Det er lett å sjekke at enhetene til S er Watt / mto i det internasjonale systemet.
Det er fortsatt mer. Markenes størrelse OG Y B er relatert til hverandre med lysets hastighet c. Faktisk forplantes elektromagnetiske bølger i et vakuum så fort. Dette forholdet er:
E = cB
Ved å erstatte denne relasjonen i S, får vi:
S = (1 / μeller.ECto
Poynting-vektoren varierer over tid på en sinusformet måte, så det forrige uttrykket er dets maksimale verdi, fordi energien som leveres av den elektromagnetiske bølgen også svinger, og det samme gjør feltene. Frekvensen av svingningen er selvfølgelig veldig stor, det er derfor det ikke er mulig å oppdage det i synlig lys, for eksempel.
Blant de mange bruksområdene vi allerede har nevnt for elektromagnetisk energi, er det nevnt to som brukes kontinuerlig i mange bruksområder:
Antenner fyller overalt rom med elektromagnetiske bølger. Det er sendere som for eksempel transformerer elektriske signaler til radiobølger eller mikrobølgeovn. Og det er mottakere som gjør omvendt arbeid: de samler bølgene og konverterer dem til elektriske signaler.
La oss se hvordan du lager et elektromagnetisk signal som forplanter seg i rommet fra en elektrisk dipol. Dipolen består av to elektriske ladninger av lik størrelse og motsatte tegn, atskilt med en liten avstand.
I den følgende figuren er det elektriske feltet OG når + belastningen er oppe (venstre figur). OG peker ned på det viste punktet.
I figur 3 til høyre endret dipolen posisjon og nå OG peker opp. La oss gjenta denne endringen mange ganger og veldig raskt, la oss si med en frekvens F. Dette skaper et felt OG variabel i tid gir opphav til et magnetfelt B, også variabel og hvis form er sinusformet (se figur 4 og eksempel 1 nedenfor).
Og siden Faradays lov sikrer at et magnetfelt B variabel i tid gir opphav til et elektrisk felt, da det viser seg at ved å svinge dipolen, har man allerede et elektromagnetisk felt som er i stand til å forplante seg i mediet.
Jeg føler det B peker vekselvis inn eller ut av skjermen (alltid vinkelrett på OG).
Kondensatorer har dyden til å lagre elektrisk ladning og derfor elektrisk energi. De er en del av mange enheter: motorer, radio- og TV-kretser, bilbelysningssystemer og mye mer.
Kondensatorer består av to ledere atskilt med en liten avstand. Hver og en får en ladning av lik størrelse og motsatt tegn, og skaper dermed et elektrisk felt i rommet mellom de to lederne. Geometrien kan variere, og være en kjent som den flat-parallelle platekondensatoren.
Energien som er lagret i en kondensator kommer fra arbeidet som ble gjort for å lade den, som tjente til å skape det elektriske feltet inni den. Ved å innføre et dielektrisk materiale mellom platene øker kondensatorens kapasitet og derfor energien den kan lagre.
En kondensator med kapasitet C og utladet, som lades av et batteri som forsyner en spenning V, til den når en ladning Q, lagrer en energi U gitt av:
U = ½ (Qto/ C) = ½ QV = ½ CVto
Tidligere ble det sagt at størrelsen på Poynting-vektoren er ekvivalent med kraften som bølgen leverer for hver kvadratmeter overflate, og at også, da vektoren er tidsavhengig, oscilleres verdien opp til maksimalt S = S = (1 / μeller.ECto.
Gjennomsnittsverdien av S i en syklus av bølgen er enkel å måle og indikerer energien til bølgen. Denne verdien er kjent som bølgeintensitet og det beregnes på denne måten:
Jeg = Shalv = S = (1 / μeller.ECtohalv
En elektromagnetisk bølge er representert av en sinusfunksjon:
E = Eeller sin (kx - ωt)
Hvor OGeller er amplituden til bølgen, k bølgenummeret og ω vinkelfrekvensen. Deretter:
Det er en radiostasjon som overfører et signal med en effekt på 10 kW og en frekvens på 100 MHz, som sprer seg på en sfærisk måte, som i figuren ovenfor..
Finn: a) amplituden til de elektriske og magnetiske feltene på et punkt som ligger 1 km fra antennen og b) den totale elektromagnetiske energien som hender på et firkantet ark med en side på 10 cm i løpet av 5 minutter.
Dataene er:
Lysets hastighet i vakuum: c = 300.000 km / s
Vakuumpermeabilitet: μeller = 4π .10-7 T.m / A (Tesla. Meter / ampere)
Ligningen gitt i eksempel 1 brukes til å finne intensiteten til den elektromagnetiske bølgen, men først må verdiene uttrykkes i det internasjonale systemet:
10 kW = 10.000 W
100 MHz = 100 x 106 Hz
Disse verdiene erstattes umiddelbart i ligningen for intensitet, siden det er en kilde som avgir det samme overalt (kilde isotropisk):
%5E%7B2%7Dm%5E%7B2%7D%7D=7.96x10%5E%7B-4%7D%5C:&space;W/m%5E%7B2%7D)
Det ble tidligere sagt at størrelsen på OG Y B de var i slekt med lysets hastighet:
E = cB
B = (0,775 / 300.000.000) T = 2,58 x 10-9 T
Shalv er effekt per enhetsareal og i sin tur er energi energi per tidsenhet. Multiplikere Shalv Av plateområdet og eksponeringstiden oppnås ønsket resultat:
5 minutter = 300 sekunder
Areal = (10/100)to mto = 0,01 mto.
U = 0,775 x 300 x 0,01 Joule = 2,325 Joule.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.