Zanimljivo pitanje koje možemo postaviti jeste: kakav bi svet bio kada ne bismo imali elektromagnete?
Iako su magneti, kao i magnetno polje uopšte, prirodno prisutne pojave, elektromagneti to nisu. Njih je bilo potrebno izumeti. S obzirom na to da elektromagneti kombinuju električnu struju sa magnetnim materijalom, pojavili su se relativno kasno u istoriji čovečanstva.
Upravo zbog toga postali su izuzetno važni za industriju, tehnologiju, ali i za različite uređaje i predmete koje svakodnevno koristimo u svojim domovima.
Zato učenje o elektromagnetima nije samo teorija bez praktičnog značaja. Oni su veoma korisni i omogućavaju funkcije koje bez njih ne bi bile moguće. Pored toga, sama nauka koja stoji iza elektromagneta veoma je zanimljiva.
Vratimo se zato na početno pitanje: kakav bi bio naš svet bez snage elektromagneta? Odgovor je jednostavan, bez njih bi savremeni život izgledao potpuno drugačije. Ne bismo imali generatore, a samim tim ni mogućnost skladištenja i prenosa električne energije na način na koji to danas radimo.
Ali o tome ćemo više govoriti kasnije. Najpre pogledajmo teorijsku osnovu elektromagneta.
Kada je otkriven elektromagnet?
Bez elektromagneta, moguće je da bismo i danas živeli u svetu koji bi u mnogim aspektima podsećao na 1820-e godine.
kada su dva naučnika, jedan u Danskoj, a drugi, Vilijam Sturdžon, u Engleskoj počela da istražuju vezu između elektriciteta i magnetizma.
Hans Kristijan Ersted prvi je uočio da električna struja stvara magnetno polje, dok je Vilijam Sturdžon napravio prvi jednostavan elektromagnet.
Međutim, još dugo nije bilo potpuno jasno kako kalem bakarne žice može da proizvede magnetno polje. Tek početkom 20. veka francuski fizičar počeo je detaljnije da proučava ovaj problem. Njegova teorija magnetnih domena pomogla je naučnicima da bolje razumeju šta se zapravo dešava unutar namotane žice.
Priča o razvoju elektromagnetizma ne bi bila potpuna bez još dva veoma važna imena. Majkl Faradej otkrio je princip elektromagnetne indukcije, dok je André-Marie Amper pokazao da se dve paralelne žice mogu privlačiti ili odbijati u zavisnosti od smera električne struje. Jedinica za električnu struju, amper, dobila je ime upravo po njemu.
Od tada je elektromagnetizam napredovao velikom brzinom i postao sastavni deo brojnih tehnologija koje svakodnevno koristimo, često i ne razmišljajući o tome koliko su važne.
Pogledajmo sada kako elektromagnetizam funkcioniše.
Šta je magnetizam?
Osnova elektromagnetizma jeste magnetizam i sve pojave povezane sa njim: magnetni polovi, magnetna sila i naelektrisane čestice koje učestvuju u ovim procesima na subatomskom nivou.
Ali šta je zapravo magnetizam?
Magnetizam je povezan sa nesparenim elektronima. Elektroni su čestice koje čine deo atoma, a u većini materijala elektroni se nalaze u parovima sa suprotnim spinovima. Kada su elektroni upareni, njihovi magnetni momenti se međusobno poništavaju, pa materijal nema izražena magnetna svojstva.
Kada elektroni nisu upareni, njihovi magnetni momenti se ne poništavaju. Kod određenih materijala, poznatih kao feromagnetni materijali, ovi elektroni mogu da se usmere u istom pravcu, zbog čega materijal dobija izražena magnetna svojstva.
Feromagnetizam se može pronaći kod materijala kao što su gvožđe i nikl.
Šta je elektromagnetizam?
Dok magnetizam može postojati prirodnim putem, elektromagneti funkcionišu na nešto drugačijem principu. Naučnici poput Ampèrea, Faradeja i Ersteda otkrili su da magnetizam nije jedini izvor magnetnog polja.
Naime, protok električne struje takođe stvara magnetno polje. Amperovo istraživanje pokazalo je da žice kroz koje protiče električna struja međusobno deluju magnetnim silama, u zavisnosti od smera struje.
Kod elektromagnetizma, električna struja koja prolazi kroz provodnik stvara magnetno polje oko njega. Upravo ovaj princip omogućava stvaranje elektromagneta.
Elektromagnetizam, odnosno povezanost elektriciteta i magnetizma, mnogo je važniji od samog elektromagneta.
U fizici se elektromagnetizam opisuje kao jedna od četiri fundamentalne interakcije, zajedno sa gravitacionom, slabom i jakom interakcijom. Elektromagnetizam je odgovoran za brojne pojave u prirodi, uključujući vezivanje atoma i molekula, kao i pojave povezane sa svetlošću.
Zbog toga su otkrivanje elektromagnetizma i mogućnost korišćenja njegovih svojstava predstavljali jedan od najvažnijih koraka u razvoju moderne nauke i tehnologije.
Kako rade elektromagneti?
Kako zapravo funkcioniše elektromagnet?
Elektromagnet na određeni način radi slično kao običan permanentni magnet. Ima severni i južni pol, a oko njega se stvara magnetno polje. Kao i kod običnog magneta, isti magnetni polovi se odbijaju, dok se suprotni privlače.
Glavna razlika je u tome što elektromagnet može da stvori veoma snažno magnetno polje, a njegovo magnetno svojstvo može da se uključi ili isključi prekidanjem električne struje.
Upravo ove dve osobine čine elektromagnete izuzetno korisnim.
Građa elektromagneta
Kod običnog feromagnetnog materijala magnetizam nastaje zbog usmerenosti magnetnih momenata elektrona. Kod elektromagneta magnetno polje nastaje kao posledica protoka električne struje kroz provodnik.
Za šta se koriste elektromagneti?
Vratimo se na početno pitanje: kakav bi bio savremeni svet kada ne bismo imali elektromagnete?
Odgovor možemo pronaći tako što ćemo pogledati neke od najvažnijih tehnologija koje koriste elektromagnetizam. Elektromagneti su prisutni u velikom broju uređaja i sistema koje svakodnevno koristimo.
Elektromotori i generatori
Elektromotor, koji se nalazi u automobilima i brojnim drugim mašinama, zasniva svoj rad na međusobnom delovanju magnetnog polja i električne struje.
Elektromotor se sastoji od statora, koji je nepokretan, i rotora, koji se okreće. Rotor sadrži namotaje kroz koje protiče električna struja, čime se stvara elektromagnetno polje.
Kada električna struja prolazi kroz namotaj, magnetne sile izazivaju kretanje rotora. Na taj način električna energija se pretvara u mehaničku energiju.
Elektromotori se nalaze u velikom broju uređaja, od računara i slušalica do kućnih aparata, hard diskova, industrijskih mašina i električnih vozila.
Generatori rade na suprotnom principu. Kod njih se mehanička energija pretvara u električnu energiju.
Transformatori
Električna energija se kroz dalekovode prenosi pod veoma visokim naponima. Pre nego što stigne do naših domova i uređaja, napon mora da se smanji na odgovarajuću vrednost. Za to se koriste transformatori.
Transformator koristi dve zavojnice, odnosno namotaja, koji su međusobno povezani magnetnim poljem. Kada na prvi namotaj dovedemo naizmeničnu električnu struju, nastaje promenljivo magnetno polje koje indukuje napon u drugom namotaju.
Odnos broja namotaja određuje da li će se napon povećati ili smanjiti.
Bez transformatora ne bismo mogli da koristimo električnu energiju na način na koji to danas radimo. Oni su ključni za prenos i distribuciju električne energije, kao i za napajanje brojnih elektronskih i električnih uređaja.
Magnetna levitacija
Jedna od zanimljivih primena elektromagneta jeste magnetna levitacija, poznata kao maglev.
Kod ovog sistema vozovi mogu da lebde iznad šina, čime se smanjuje trenje i omogućava postizanje velikih brzina uz efikasno kretanje.
Za funkcionisanje sistema koriste se veoma snažni magneti. Jedan deo sistema omogućava podizanje voza iznad pruge, dok drugi omogućava njegovo kretanje duž trase.
Magnetna levitacija predstavlja jedan od zanimljivih primera kako se svojstva elektromagneta mogu iskoristiti za razvoj savremenog transporta.
Elektromagneti u svakodnevnom životu
Iako možda ne razmišljamo o njima, elektromagneti su prisutni u velikom broju uređaja koje koristimo svakog dana. Njihova prednost je u tome što se magnetna sila može precizno kontrolisati pomoću električne struje. Zbog toga se mogu koristiti tamo gde obični permanentni magneti ne bi bili dovoljno praktični.
Jedan od jednostavnih primera jeste električno zvono. Kada pritisnemo prekidač, električna struja prolazi kroz kalem i stvara magnetno polje.
Elektromagnet privlači metalni deo mehanizma, koji udara u zvono i proizvodi zvuk. Kada se strujno kolo prekine, magnetno dejstvo prestaje i mehanizam se vraća u početni položaj.
Elektromagneti se koriste i u relejima. Relej je električni prekidač kojim se jedno električno kolo može uključiti ili isključiti pomoću drugog kola. Kada kroz kalem releja protekne struja, elektromagnet privlači pokretni kontakt i menja stanje prekidača. Ovakav princip veoma je važan u automatizaciji, elektronici, industrijskim sistemima i različitim vrstama upravljačkih uređaja.
Elektromagneti u industriji
U industriji elektromagneti imaju veoma široku primenu. Jedan od poznatijih primera su veliki elektromagneti koji se koriste za podizanje i pomeranje metalnih predmeta. Mogu se pronaći na otpadima, u fabrikama i postrojenjima za preradu metala, gde se koriste za podizanje velikih količina gvožđa i čelika.
Njihova velika prednost je mogućnost jednostavnog uključivanja i isključivanja. Kada se elektromagnet uključi, može da privuče težak metalni predmet. Kada se struja isključi, predmet se oslobađa bez potrebe za mehaničkim skidanjem.
Elektromagneti se koriste i u različitim mašinama, automatizovanim proizvodnim linijama, dizalicama i sistemima za sortiranje materijala. Na taj način omogućavaju brže, preciznije i bezbednije obavljanje brojnih industrijskih zadataka.
Zašto su elektromagneti važni?
Elektromagneti su važni zato što omogućavaju da električnu energiju pretvaramo u kretanje, zvuk, magnetnu silu i druge oblike energije. Njihova primena proteže se od jednostavnih kućnih uređaja do velikih industrijskih sistema i napredne medicinske opreme.
Najvažnija prednost elektromagneta jeste mogućnost kontrole njihove magnetne sile. Jačina magnetnog polja može se menjati promenom električne struje, broja namotaja ili korišćenjem odgovarajućeg jezgra. Zbog toga elektromagneti mogu biti prilagođeni različitim potrebama.
Možemo zaključiti da bi savremeni svet bez elektromagneta izgledao potpuno drugačije. Električni motori, generatori, transformatori, releji, zvučnici, brojni industrijski sistemi i mnoge druge tehnologije ne bi mogli da funkcionišu na isti način. Upravo zato elektromagneti predstavljaju jedan od temelja moderne tehnologije i važan primer kako naučno otkriće može promeniti svakodnevni život.
Sažmi uz pomoć AI
Da li ti se dopao članak? Zapiši to!
Loading...
