Suntuubi-palvelussa käytetään evästeitä. Palvelua käyttämällä hyväksyt evästeiden käytön. Lue lisää. OK

 

 

 

 

 

 

                             Magnetismin syntyminen johtimeen.

Tutkiessaan magnetismia ja sähkön tuottamista sen avulla 1800 luvun alussa, Faraday käytti magnetismin voimasta sanontaa, ”magneettiset voimaviivat”. Hän sai magneetin kentän ja myös magneetin navat näkyviin sirottelelemalla rautaviilajauhoa magneetin yläpuolella olevalle paperiarkille. Jokainen pieni rautajauhokappale muuttuu tutkittavan magneetin magneettikentässä pieneksi magneetiksi jolla on P. ja E. napa. Nämä pienet magneetit asettuvat jonoiksi tutkittavan magneetin P. navalta E. navalle, niin että ensimäinen rautahitunen joka on kiinni sen pohjoisnavassa omalla E. etelänavallaan. Ensimäisen rautahitusen toinen pää on P. Pohjoisnapa johon kiinnittyy seuraava rautahitunen E. navallaan. Sama toistuu koko jonon, koko kunnes jonon viimeinen rautahitunen, sen P, napa, saavuttaa tutkittavan magneetin E. navan.  Nämä magneettijonot asettuvat tutkittavan magneetin ympärille säännöllisen matkan päähän toisistaan, samoin eri jonokerrokset ovat säännollisen matkan päässä toisistaan. Tämä johtuu siitä että jokainen rautajauhe jono on kuin kestomagneetti. Kaikki jonot ovat samansuuntaiset magneettikentältään, ja kun ne ovat vierekkäin niin ne hylkivät toisiaan.

Tutkittavan magneetin pohjoisnavan keskialueelta näyttää jonot lähtevä poispäin magneetista mutta alkavat kääntyä kauempana avaruudessa takaisin kohti etelänapaa. Tällä kokeella saa magneettikentän muodon selville, kuvitellut voimaviivat muodostuvat edellä esitetyn mukaisesti.

Tehdessä tämä koe lieriökäämillä niin nähdään että rautajauhoista muodostuu jonot myös lieriökäämin sisälle, etelänavasta pohjoisnapaan. Rautajauhejonot ovat päättymättömiä renkaita lieriökäämin sisäkautta ulos ympäröivään avaruuteen ja takaisin toisesta päästä sisään lieriökäämiin.

Sähkövirta synnyttää lieriökäämissä samanlaisen magneettikentän siihen kuin kestomagneetissa. Kuparijohdosta tehty lieriökäämin kupariatomeilla on 29 elektronia sen kuorillaan. Uloin kuori sisältää 2 elektronia. Laitettaessa jännite lieriökäämiin, johtimen atomirakenne polarisoituu ja nämä atomien ulkokuoren elektronit alkavat hyppiä atomilta toiselle kohti johtimen + päätä. Kuparin atomit on muuttuneet ellipsin muotoisiksi johtimessa,sähkövirran aiheuttaman polarisaation johdosta, kuva 1. osa johdinta. Elektronien kova vauhti ympäri ytimen jarruuntuu jyrkässä käännöksessä polarisoituneen atomin + puoleisessa päässä.

Elektroni luovuttaa jarrutussäteilynä osan energiastaan suuntaan 90 astetta johtimen sivuun. Koko kuparijohtimen uloimmat elektronit luovuttavat osan negatiivisesta energiastaan samoin ja siitä syntyy                                                                  
pyörivä negatiivinen sähkökenttäkenttä                            (magneettikenttä) johtimen ympärille.

Kuvassa 2. nähdään jännitteelliset johtimet, yläkuvassa havainnoitsija 1. ”näkee”magneettikentän pyörivän ylöspäin.Toisella puolella johdinta havannoitsija 2. ”näkee” saman magneettikentän pyörivän alaspäin. Magneettikenttä pyörii johtimen ympäri elektronin kulkusuunnassa aina vastapäivään.  Kuvien alaosassa on jännitteellinen johdin jossa atomit ovat polarisoituneet.  Sähkötehon kaavan, P=U*I, selittyy johtimen polarisoitumisen suuruudesta.  Jännitteen ollessa pieni johtimessa niin elektronivirran täytyy olla suuri, (paljon elektroneja) että saadaan määrätty sähköteho P. Siirrettyä.Pieni jännite polarisoi vain vähän johtimen kupariatomeja, joten elektronien pieni jarruuntuminen synnyttää heikon pyörivän magneettikentän johtimen ympärille.       

  Suuri jännite johtimessa synnyttää suuren polarisaation johtimen atomeille, joten jokaisen elektronin jarruuntuminen antaa paljon suuremman pyörivän magneettikentän johtimelle. Saman teho siirtämiseen tarvitaan paljon vähemmän liikkuvia elektroneja johtimessa tässä tapauksessa kuin pienen jännitteen johtimessa.

Edellisestä käykin ilmi että sähkövirran teho, voima, on magnetismin voima. Johtimen päiden välisellä jännite-erolla ikäänkuin ”narrataan” johtimen atomit luovuttamaan uloimpien elektroniensa osan negatiivistaenergiaansa magneettikentäksi, polarisoimalla johtimen atomit.

Pitkillä siirtolinjoilla käytetään erittäin suuria jännitteitä, johtimet voivat olla ohuita koska liikkuvia elektroneja tarvitaan vähemmän. Samanlaisen tehon siirtäminen suurella virralla ja pienemmällä jännitteellä aiheutta johtimen  kuumenemisen, lämpöhäviön, suurempi liikkuvien elektronien määrä aiheuttaa enempi  elektronien yhteentörmäyksiä.                             Kuvitellaan 10 metriä pitkä suora jännitteellinen kuparijohdin, kuva 2. Elektronien hyppäykset korkkiruuvin mukaista rataa kohti johtimen plus päätä, aiheuttaa johtimen ympärille, koko matkalle,pyörivän magneettikentän. Kierretään johdin lieriökäämiksi niin saadaan keskitettyä, erotettua, esim, sen ulkopuolella alaspäin suuntautuvan pyörivän negatiivisen kentän ja lieriökäämin sisäpuolella ylöspäin pakkautuvan negatiivisen kentän. Näin kuparijohtimen aineesta saadaan kappale joka sähkövirran voimalla synnyttää ympärilleen pyörivän magneettikentän   Kuvassa 3. on johdinsilmukka, siinä syntyy myös pyörivä negatiivinen sähkökenttä, ( magneettikenttä) johtimen ympärille. Silmukan sisäpuolella johtimen magneettikentät pyörivät samaan suuntaan, siitä syntyy silmukalle myös magneettiset, sähköiset, navat, E. on + napa ja P. on – napa. Nuolet osoittavat elektronien kulkusuunnan johtimessa.

                                                       Kuvassa 4. on lieriökäämi jossa on kolme kierrosta. Tämä lieriökäämin magneettinavat ovat kolme kertaa voimakkaammat kuin edellisen yhden kierroksen esimerkissä. Vierekkäisten kierrosten magneettikentät pyörivät vastakkain, eri suuntiin, niiden välissä. Tavallisessa lieriökäämissä eristetyt johdinkierrokset ovat kiinni toisissaan, sivuttain ja päällekkäin. Jos lieriökäämissä on 100 johdinkierrosta, niin sen magneettinapojen voimakkuus on 100 kertainen verrattuna yhden kierroksen silmukkaan.   Kaikkien johdinkierrosten uloimmat elektronit lieriökäämin sisäpuolella työntävät osan negatiivisesta sähkökentästään lieriökäämin yläosaannegatiivinen jännitekenttä.

Se kenttä on kiertämässä ulkokautta lieriökäämin alaosaan valon nopeudella. Kokonaisuutena lieriökäämin aineen sähkökenttä on muuten normaali. Tämä negatiivisen sähkökentänkentän kiertoliike lieriökäämissä on sama kuin magnetismi.

Lieriökäämin sisäpuolella, alaosaan, syntyy positiivinen sähkökenttä, koska osa sen johtimien pyörivän negatiivisen sähkökentän voimasta siirtyy        lieriökäämin yläosaan. Käämin alaosan positiivinen sähkökenttä vetää käämin ulkokautta negatiivista sähhkökenttää,alaosan atomirakenteen sähkökenttä on näin normaali, neutraali.

 

 

  Vasemmalla kuvassa 5. on poikkileikkaus jossa näkyy kuinka kiertävä magneettikenttä muodostuu jännitteelliseen lieriökäämiin.

Keskikuvassa lieriökäämin sisässä on rautasydän, jonka molekyylien atomirakenne lukkiutuu samanlaiseen magneettista kenttää tuottavaan tilaan kuin lieriökäämikin.

Kuvassa oikealla on rautasydän, kestomagneetin rautaseos on tehty niin että se lukkiutuu magneettiseen tilaan vaikka siitä on poistettu lieriökäämi. Voisi kuvitella kestomagneetin microrakenteen lukkiutuneen jotenkin samanlaiseen tilaan kuin kirjoituksen alussa selitin rautajauhoilla tehdyn ”magneettisten voimaviivojen” selityksessä.

 

Pentti Harvisalo.

pen.har@hotmail.com

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Vetovoiman syntymekanismi kahden kappaleen välille.

 

Sähkömagneettiset aallot aiheuttaa vetovoiman kappaleiden välille. Selitän tämän tapahtuman periaatteen sm.aaltolähettimen ja resonanssissa olevien lähetys- ja vastaanottoantennien avulla.
Vetovoima vaikuttaa läpi avaruuden tyhjiön, esimerkiksi auringon vetovoima maapalloon.  Avaruuden tyhjiöllä on samanlainen ominaisuus sähkömagneettiseen aaltoon kuin metallijohtimellakin, sillä on induktanssi-ilmiö. Se on ikäänkuin joustava, kun lähetin synnyttää antennin kautta siihen esim. plus merkkisen aallon niin avaruus palauttaa sen miinusmerkkisenä, hieman heikentyneenä takaisin.  Aivan samanlainen kuin sähköjohtimem induktanssikin. Tämä ominaisuus avaruuden tyhjiöllä tekee mahdolliseksi energian siirron avaruuden läpi sm. aallon avulla. Ehtona on että molemmat, lähettävän kappaleen ja vastaanottavan kappaleen sähkömagneettinen ominaisresonanssi on sama. Olettaisin että avaruuden "induktanssin" aiheuttaa sen nollapotenttiaali, koska mekein kaikki ainekappaleet avaruudessa ovat ulkoisesti nollapotentiaalissa. Myöskin kaikki auringot vaikka niiden aineen molekyylirakenne värähtelee voimakkaasti ytimerrä tapahtuvan ydinreaktion vaikutuksesta. Auringon pinnan alkuaineiden molekyylit värähtelevät niiden omalla resonanssitaajuudellaan.     Voima, energia on aineessa, jos sen nollapotentiaali muuttuu tai muutetaan joko plus- tai miinussuuntaan. 
Auringossa on käynnissä ydinreaktiot ja sen pinnalla olevien kuumien alkuaineiden molekyylien ominaisvärähtely saapuu sm. aaltona maapallolle  tunnemme sen m.m.  lämpönä.  Samoin valo, auringon valoaallon koko kirjo,eri värit, saapuvat myös maapallolle. Jokin kukka loistaa sinisenä auringonpaisteessa, kukan molekyylirakenne on mitoiltaan resonanssissa auringon lähettämän sinisen värin valoaallon kanssa ja kukan koko molekyylirakenne värähtelee, toistaa orjallisesti auringon lähettämää sinistä aallonpituutta ympäristöönsä. Energia ja värähtelyn tahti tulee auringosta kukan molekyylirakenne vain toistaa sen koska se on resonanssissa tulevan värähtelyn kanssa.

Sähkömagneettisen aallon synnyttämä vetovoima syntyy ja vaikuttaa samoin kuin kukan esimerkissä.  Sm.aallon lähetinantenni on isäntä ja vastaanotinantenni on orja.  Niiden välille syntyy energiaa. voimaa, välittävä yhteys kun ne ovat resonanssissa toistensa kanssa.  Syntyy vain vetävää voimaa välittävä yhteys ei työntävää voimaa.

Kuvassa 1. vasemmalla on fysiikasta tuttu kytkentä, virta kulkee kahta lähekkäistä johdinta rinnakkain.  Pyörivät nuolet näyttää magneettikenttien pyörimissuunnat johdinten ympäri.  Johdinten välissä magneettikentät pyörivät vastakkain, niin johtimet vetävät toisiaan puoleensa. Johtimissa voi kulkea myös vaihtovirta, kuitenkin magneettikentät pyörii samaan suuntaan samalla hetkellä, plus tai miinusaallon aikana.  Johtimia voi verrata resonanssipiirien, läheti- ja vastanotin antennien samaan resonanssiin.
 


Kuvassa 1. oikealla on molemmat johtimet päästä päin katsottu. Siinä näkyy myös kuinka magneettikentät pyörivät vastakkaisiin suuntiin johtimien välissä.  Se aiheuttaa vetovoiman johtimien välille.


Kuvassa 2. vasemmalla, on vaakapolarisoitu vastaanottoantenni kuvattu ylhäältä käsin.  S.M. aalto saapuu vasemmalta päin, se ohittaa vastaanottoantennin, aiheuttaen siihen veto-ja työntövoiman kohti lähetinantennia.
Lähetteen magneettiaalto  pyörii alaspäin, koska antennin yläpää on positiivinen ja antennin alapää on negatiivinen, niin vastaanottavan antennin magneettikenttä pyörii samaan suuntaan kuin lähetteen magneettikenttäkin. Molemmat pyörivät myötäpäivään, kun ovat resonanssissa.
 

 


Oikean käden säännön mukaan antennin magneettikenttä pyörii myötäpäivään, nuolet antennin ympärillä. Tämän antennin ohittavan aallon aikana antennista vasemmalle lähetteen ja vastaanottoantennin magneettikentät pyörivat vastakkain.  Syntyy vetovoima lähetinantennin suunnasta vastaanotto antenniin.  Samaan aikaan antennin oikealla puolella lähetteen magneettikenttä ja antennin magneettikenttä pyörii samaan suuntaan.  Tälle puolelle antennia syntyy työntävä voima kohti lähetinantennia.  Sama tapahtuma kuin kuva 1:n tapauksessa mutta vetovoima heikkenee vain suhteessa etäisyyden neliöön. 
Kuvassa 2. oikealla sama tapahtuma vastapäivään pyörivillä magneettikentillä, syntyy samanlainen vetovoima lähetinantenniin päin.
Auringosta saapuu maanpinnalle koko s.m aallon spektri, Auringon valossa eriväriset kukat loistavat omissa väreissään voimakkaasti, Niiden kukanlehtien molekyylien mitat ovat resonanssissa auringosta tulevan juuri sen värispektrin, sm. aallon, kanssa mitä kukan lehti toistaa. Auringosta tulee se energia millä kukka loistaa, ilman ulkopuolista energiaa kukan lehden molekyylirakenne ei värähtelisi samoin.  Ilman resonanssia, lähettäjän ja vastaanottajan kanssa, ei synny energian siirtymistä s.m aalloilla. Myöskin tähän kukanlehteen vaikutta auringon spektrin esim. sininen s.m. aallon synnyttämä vetovoima samoilla perusteilla kuin esitin antenniesimerkissäni.   Kuva 2:n alaosassa on sähköaaltojen puolikkaat.
Auringon aineen voima siirtyy sähkömagneettisessa säteilyssä avaruuden tyhjiön halki, myös maapallolle.  Maapallon aineiden molekyylirakenne on samanlaiset kuin aringon aineidenkin, kaikille auringon jaksoluvuille on maassa seronanssissa oleva vastaanottaja. 
Maapallon säteilee ympäristöönsä avaruuteen sähkömagneettista säteilyä, yhtä paljon kuin se saa auringosta.  Tästä maapallon säteilystä täytyy syntyä maapallolle vetovoima sen pinnalla oleviin kappaleisiin. S.m aallon aiheuttama vetovoima, edellä esitetyn mukaisesti.

 

Ylläoleva vetovoiman  esimerkki on tehty metallijohtimilla, kuparin molekyylien atomirakenne sallii elektronien siirtymisen atomilta toiselle.
Aineen "henki" sähkökenttä, etenee kuparin pintarakenteessa 0,8:n C nopeudella, kun se avaruuden tyhjiössä kulkee 1:n C:n nopeudella.  Ihminen on oppinut mitoittamaan metallisen antennijohtimen jonkin s.m aallon etenemispituudelle, (0,8C).  Vastaanottoon, metallinen antennilanka tehdään samanlainen. Molemmat antennit asetetaan samaan asentoon, esim. pystysuoraan, niiden välimatka voi olla pitkä.  Antennilangat ovat puolen siniaallon mittaisia, niin että lähetettävän puolen  aallon pituus  0,8 * aallonpituus /2.
Kaikki aine auringossa tai maapallolla ei ole metallia. mutta kaikilla aineilla on oma molekyylirakenne.  Sähköiset sidosvoimat pitävät atomit ja molekyylit yhdessä jokaisessa alkuaineessa. Se täytyy olla samanlainen molekyylien s.m. resonanssitaajuus kullakin alkuaineella joka pitää samanlaiset molekyylit yhtenä joukkona.  Kuinka voisi muuten selittää esimerkiksi "järvimalmin", raudan kerääntymisen järvien pohjalle. Vedessä olevien yksittäisten rautamolekyylien sm. värähtelytaajuus tuntee järven pohjassa olevan rautamolekyylien värähtelyn. Niiden välille syntyy vetovoima ylläolevan selityksen mukaan, ja rautamolekyyli alkaa siirtyö kohti suurenpaa rautamolekyylijoukkoa kohti. Saman tapahtuman oletan olevan kultaesiintymien esiintymiseen joissakin vanhoissa vesireiteissä.
   

P. Harvisalo.
 

 

 

©2017 Sähkö ja magnetismi - suntuubi.com