🧲 Закон Ампера, рамка с током в магнитном поле

Закон Ампера — закон взаимодействия электрических токов. Впервые был установлен Андре Мари Ампером в 1820 году для постоянного тока. Из закона Ампера следует, что параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных — отталкиваются. Законом Ампера называется также закон, определяющий силу, с которой магнитное поле действует на малый отрезок проводника с током.

Любые узлы в электротехнике, где под действием электромагнитного поля происходит движение каких-либо элементов, используют закон Ампера. Принцип работы электромеханических машин (движение части обмотки ротора относительно части обмотки статора) основан на использовании закона Ампера, и самый широко распространённый и используемый чуть ли не во всех технических конструкциях агрегат — это электродвигатель, либо, что конструктивно почти то же самое — генератор. Именно под действием силы Ампера происходит вращение ротора, поскольку на его обмотку влияет магнитное поле статора, приводя в движение. Любые транспортные средства на электротяге для приведения во вращение валов, на которых находятся колёса, используют силу Ампера (трамваи, электрокары, электропоезда и др). Также магнитное поле приводит в движение механизмы электрозапоров (электродвери, раздвигающиеся ворота, двери лифта). Другими словами, любые устройства, которые работают на электричестве и имеют движущиеся узлы, основаны на эксплуатации закона Ампера.
Также, он находит применение во многих других видах электротехники, например, в динамической головке (динамике): в динамике (громкоговорителе) для возбуждения мембраны, которая формирует звуковые колебания, используется постоянный магнит, на него под действием электромагнитного поля, создаваемого расположенным рядом проводником с током, действует сила Ампера, которая изменяется в соответствии с нужной звуковой частотой.
#физика #опыты #эксперименты #наука #science #physics #электричество #электростатика #видеоуроки

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

☀️ Гелиодон (heliodon) — устройство, регулирующее угол между плоскостью и лучом света, чтобы получить освещение объекта соответствующим реальному на выбранной широте в указанное время. Применяется в архитектуре. Поместив модель здания на плоскую поверхность гелиодона и отрегулировав угол между светом и плосккостью, исследователь может увидеть, как здание будет выглядеть в трехмерном солнечном луче в разные даты и время суток.


Для улучшения энергосбережения зданий, их конструкция должна учитывать пассивный солнечный дизайн. Это позволяет зимой пропускать в здание больше света и тепла, а летом (при другом положении Солнца на небосводе) отражать избыточное освещение, несущее также и тепло. Таким образом, снижаются расходы на отопление и кондиционирование, уменьшаются издержки содержания и стоимость здания с установленными приборами. Гелиодон оказывает в таком случае неоценимую помощь архитекторам. Пассивные методы солнечного дизайна легко могут быть применены в новых зданиях, а также использоваться при модернизации уже существующих. В связи с ростом запросов на энергосбережение, применение таких методов расширяется, однако вместо гелиодона всё более широко применяется трёхмерное компьютерное моделирование. #физика #опыты #эксперименты #наука #science #physics #техника #свет #gif

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🧲 Способы размагничивания ферромагнитных материалов

▪️ Коммутационное размагничивание осуществляется методом коммутации тока от начального значения соответствующего магнитному полю насыщения ферромагнитного материала до нуля с заданным шагом убывания тока. Метод применяется в измерительно-вычислительных комплексах, в работу которых заложен индукционно-импульсный метод измерения.
▪️ Динамическое размагничивание производится магнитным полем синусоидальной формы с убывающей амплитудой от начального значения соответствующего магнитному полю насыщения до нуля. Метод является наиболее предпочтительным, поскольку позволяет повысить качество размагничивания как магнитомягких прецизионных сплавов и электротехнических сталей, так и магнитов за свет нормирования частоты и характера уменьшения амплитуды напряженности размагничивающего поля. Наиболее оптимальным является режим с экспоненциальной зависимостью амплитуды напряженности размагничивающего поля от времени при полном размагничивании образца на каждом цикле размагничивания.
▪️ Термическое размагничивание предполагает состояние, полученное после нагрева ферромагнитного материала выше точки Кюри с последующим охлаждением без внешнего магнитного поля. Применение такого способа для размагничивания магнитомягких прецизионных сплавов и электротехнических сталей приводит к необратимым изменениям в структуре материала, что в свою очередь безвозвратно изменяет магнитные параметры и требует повторный отжиг для их восстановления. #физика #опыты #эксперименты #наука #science #physics #электродинамика #магнетизм #видеоуроки

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

〰️ Звуковой резонанс — это явление увеличения амплитуды вынужденных колебаний, если частота вынуждающей силы совпадает с собственной частотой колебательной системы.

Для объяснения резонанса используется специальный прибор, который используется в музыке — камертон.

Камертон вызывает в резонаторном ящике колебание самой деки ящика и воздуха внутри него. Колебания складываются и усиливают звук. При этом выполняется закон сохранения энергии, то есть с резонаторным ящиком камертон звучит меньше по времени, но сильнее.

Если взять точно такой же (имеющий точно такую же звуковую частоту) второй камертон, то должен возникнуть резонанс: частоты совпадут, произойдёт увеличение амплитуды.
#физика #опыты #эксперименты #наука #science #physics #механика #волны #видеоуроки #резонанс

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

💦 Фонтан Герона — гидро-пневматический прибор, придуманный в I веке н. э. древнегреческим учёным Героном Александрийским. Конструкция обеспечивает длительное фонтанирование струи воды на значительную высоту без внешнего воздействия и какого-либо двигателя. Различные версии фонтана Герона сегодня используют на уроках физики для демонстрации принципов гидравлики и пневматики.

Прибор состоит из трёх сосудов, сообщающихся между собой трубками. Для максимальной зрелищности их обычно размещают вертикально один над другим: два нижних с нерастяжимыми стенками закрыты и герметизированы (подойдут пластиковые и стеклянные бутылки, но не подойдут резиновые ёмкости), а верхний имеет форму открытой чаши фонтана. Перед демонстрацией опыта средний сосуд практически полностью заполняют водой, в нижнем сосуде находится воздух (наличие воды в нём не обязательно, но обычно там есть небольшое количество).

Для запуска фонтана надо не очень большое количество воды налить в верхнюю чашу. Вода из неё по трубке, проходящей транзитом через средний резервуар спускается почти до дна нижнего сосуда. Из-за подъёма уровня воды повышается давление воздуха в нижней ёмкости, которое передаётся в средний сосуд по другой трубке, идущей от верхней части нижнего сосуда к верхней части среднего сосуда. Повышение воздушного давления в среднем сосуде выдавливает из него воду по трубке, проведённой от дна среднего сосуда в верхнюю чашу, где из конца этой трубки, возвышающейся над поверхностью воды, и бьёт фонтан.
В идеальных условиях высота фонтана над поверхностью воды в верхней чаше равна расстоянию между поверхностью воды в среднем и нижнем сосудах. Но сопротивление при движении жидкости по трубам несколько уменьшают реальную высоту фонтана.
Постепенно вода из среднего сосуда через фонтан и верхнюю чашу наполняет нижний сосуд. Расстояние между уровнями уменьшается, из-за чего высота фонтана понижается. Работа фонтана прекращается после снижения уровня воды в средней ёмкости ниже среза трубки, подающей воду в фонтан. Для «пререзарядки» фонтана его нужно перевернуть и дождаться, пока вода из нижней ёмкости (которая после переворота станет верхней) перетечёт в средний резервуар.

Впервые наблюдая фонтан Герона кажется, что это вечный двигатель. Но после исчерпания воды в ёмкости В он останавливается. Однако, если ёмкости В и С значительного объёма, а скорость потока воды невелика (зависит от диаметра сопла на конце трубки P3), то фонтан может работать в течение значительного времени. Для достижения максимального зрелищного эффекта с высокой струёй фонтана средняя ёмкость должна быть сразу под чашей, а нижняя размещаться от них на максимальном удалении вниз.
#физика #опыты #эксперименты #наука #science #physics #механика #гидродинамика #видеоуроки #гидростатика

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

☢️ Физика элементарных частиц — Казаков Д.

Физика элементарных частиц — раздел физики, изучающий структуру и свойства элементарных частиц и их взаимодействия. Цель этого изучения — понять, как устроен мир неживой природы и установить наиболее общие законы, которые им управляют.
Дмитрий Казаков — доктор физико-математических наук, профессор, член-корреспондент РАН, директор Лаборатории теоретической физики им. Н. Н. Боголюбова Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ). #physics #ядерная_физика #атомная_физика #физика #видеоуроки #лекции #научные_фильмы

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

⭕️ Топология (от др.-греч. τόπος — место и λόγος — слово, учение) — раздел математики, изучающий:
▪️ в самом общем виде — явление непрерывности;
▪️в частности — свойства пространств, которые остаются неизменными при непрерывных деформациях. Например, связность, ориентируемость, компактность.
В отличие от геометрии, в топологии не рассматриваются метрические свойства объектов (например, расстояние между парой точек). Например, с точки зрения топологии кружка с ручкой и бублик (полноторий) неотличимы. При этом часто топология применяется к объектам далёким от геометрических. Весьма важными для топологии являются понятия гомеоморфизма и гомотопии (упрощённо: это типы деформации, происходящие без разрывов и склеиваний).

Различные источники указывают на первые топологические по духу результаты в работах Лейбница и Эйлера, однако термин «топология» впервые появился в 1847 году в работе Листинга. Листинг определяет топологию так:

«Под топологией будем понимать учение о модальных отношениях пространственных образов — или о законах связности, взаимного положения и следования точек, линий, поверхностей, тел и их частей или их совокупности в пространстве, независимо от отношений мер и величин».

Алгебраическая топология — раздел топологии о непрерывности с использованием алгебраических объектов, вроде гомотопических групп и гомологий.
Дифференциальная топология — раздел топологии о гладких многообразиях с точностью до диффеоморфизма и их включениях (размещениях) в других многообразиях. Этот раздел включает в себя маломерную топологию, в том числе теорию узлов и четырёхмерную топологию.
Вычислительная топология — раздел, находящийся на пересечении топологии, вычислительной геометрии и теории вычислительной сложности. Занимается созданием эффективных алгоритмов для решения топологических проблем и применением топологических методов для решения алгоритмических проблем, возникающих в других областях науки.
#math #mathematics #topology #топология #видеоуроки #геометрия #научные_фильмы

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

💧 Капиллярность, капиллярный эффект — процесс, при котором жидкость течёт в узком пространстве без помощи или даже против какой-либо внешней силы, такой как гравитация. В поле силы тяжести (или сил инерции, например, при центрифугировании пористых образцов) поднятие жидкости происходит в случаях смачивания каналов жидкостями, например воды в стеклянных трубках, песке, грунте и т. п. Понижение жидкости происходит в трубках и каналах, не смачиваемых жидкостью, например ртуть в стеклянной трубке.

Благодаря капиллярности возможны жизнедеятельность животных и растений, различные химические процессы, бытовые явления (например, подъём керосина по фитилю в керосиновой лампе, вытирание рук полотенцем), однако в биологических объектах капиллярный механизм перемещения жидкости не является единственным (важную роль играет осмос).

Капиллярный эффект причина образования игольчатого льда.
На капиллярном эффекте основано действие влажных тряпок, губок, полотенец, салфеток, капиллярных ручек, зажигалок.

Капиллярный эффект используется в неразрушающем контроле (капиллярный контроль или контроль проникающими веществами) для выявления дефектов, имеющих выход на поверхность контролируемого изделия. Позволяет выявлять трещины с раскрытием от 1 мкм, которые не видны невооруженным глазом. #physics #термодинамика #МКТ #физика #видеоуроки #лекции #научные_фильмы #опыты #эксперименты

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

💦 Капиллярный поток воды в кирпиче, контактирующем с водой на дне. Указано время, прошедшее после первого контакта с водой. Высота кирпича 225 мм. По увеличению веса расчетная пористость составляет 25%.

Первое зарегистрированное наблюдение капиллярного действия было сделано Леонардо да Винчи. Говорят, что бывший ученик Галилея , Никколо Аджунти, исследовал капиллярное действие. В 1660 году капиллярное действие все еще было новинкой для ирландского химика Роберта Бойля , когда он сообщил, что «некоторые любознательные французы» наблюдали, что при погружении капиллярной трубки в воду вода поднималась на «некоторую высоту в трубе». Затем Бойль сообщил об эксперименте, в котором он окунул капиллярную трубку в красное вино, а затем подверг трубку частичному вакууму. Он обнаружил, что вакуум не оказывал наблюдаемого влияния на высоту жидкости в капилляре, поэтому поведение жидкостей в капиллярных трубках было обусловлено каким-то явлением, отличным от того, которое управляло ртутными барометрами.

Капиллярное проникновение в пористые среды разделяет свой динамический механизм с потоком в полых трубках, поскольку обоим процессам противостоят силы вязкости. Следовательно, обычным аппаратом, используемым для демонстрации этого явления, является капиллярная трубка . Когда нижний конец стеклянной трубки помещается в жидкость, например, в воду, образуется вогнутый мениск . Адгезия происходит между жидкостью и твердой внутренней стенкой, тянущей столб жидкости вперед до тех пор, пока не будет достаточно массы жидкости для того, чтобы гравитационные силы преодолели эти межмолекулярные силы. Длина контакта (по краю) между верхней частью столба жидкости и трубкой пропорциональна радиусу трубки, в то время как вес столба жидкости пропорционален квадрату радиуса трубки. Таким образом, узкая трубка будет тянуть столб жидкости дальше, чем широкая трубка, учитывая, что внутренние молекулы воды достаточно связаны с внешними. Видео пример

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

☢️ Уран-238 в камере Вильсона 🫧

Камера Вильсона (конденсационная камера, туманная камера) — координатный детектор быстрых заряженных частиц, в котором используется способность ионов выполнять роль зародышей капель жидкости в переохлажденном перенасыщенном паре.

Для создания переохлаждённого пара используется быстрое адиабатическое расширение, сопровождающееся резким понижением температуры.

Быстрая заряженная частица, двигаясь сквозь облако перенасыщенного пара, ионизирует его. Процесс конденсации пара происходит быстрее в местах образования ионов. Как следствие, там, где пролетела заряженная частица, образуется след из капелек воды, который можно сфотографировать. Именно из-за такого вида треков камера получила свое английское название — облачная камера (англ. cloud chamber).

Камеры Вильсона обычно помещают в магнитное поле, в котором траектории заряженных частиц искривляются. Определение радиуса кривизны траектории позволяет определить удельный электрический заряд частицы, а, следовательно, идентифицировать её.

Камеру изобрел в 1912 году шотландский физик Чарльз Вильсон. За изобретение камеры Вильсон получил Нобелевскую премию по физике 1927 года. В 1948 за совершенствование камеры Вильсона и проведенные с ней исследования Нобелевскую премию получил Патрик Блэкетт. #physics #ядерная_физика #атомная_физика #физика #видеоуроки #лекции #научные_фильмы

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

🪐 И́ó (др.-греч. Ἰώ) — спутник Юпитера, самый близкий к планете из четырёх галилеевых спутников. Имеет диаметр 3642 км, что делает его четвёртым по величине спутником в Солнечной системе. Ио окружена атомарным облаком из серы, кислорода, натрия и калия. Оно тянется до расстояния от её поверхности, равного примерно шести её радиусам. Эти частицы приходят из верхних слоёв атмосферы спутника. Они возбуждаются из-за столкновений с частицами плазменного тора (как будет рассказано ниже) и других процессов в сфере Хилла Ио, где её сила тяжести преобладает над юпитерианской.

Орбита Ио проходит в пределах радиационного пояса, известного как плазменный тор Ио. Это пончикообразное кольцо ионизированной серы, кислорода, натрия и хлора. Плазма в нём образуется из нейтральных атомов «облака», окружающего Ио, которые ионизируются и увлекаются магнитосферой Юпитера. В отличие от частиц нейтрального облака, эти частицы обращаются вокруг Юпитера совместно с его магнитосферой на скорости 74 км/с.

Примерно 40 лет назад космический зонд “Вояджер”, исследующий окрестности Юпитера, впервые сделал фотографии ярко-желтой поверхности одного из спутников планеты-гиганта Ио. Уже тогда было ясно, что эта необычная луна представляет из себя геологически активный спутник, поверхность которого постоянно меняется из-за непрекращающихся на нем извержений вулканов, размеры которых иногда в несколько раз превышают протяженность самой высокой горы Земли — Эвереста. Кроме того, именно “Вояджеру” удалось впервые “увидеть” радиационный пояс Юпитера, который как раз-таки проходит вдоль орбиты Ио. Именно из-за столь неудачного расположения, мощность радиации планеты-гиганта на его ближайшем спутнике сильнее радиации на поверхности Земли в 1000 раз, что делает нахождение человека на Ио смертельным. Помимо радиации, Ио славится и высоким содержанием серы, которая и придает ей знаменитый ярко-желтый оттенок.
#физика #physics #термодинамика #видеоуроки #научные_фильмы #космос #астрономия #опыты #лекции

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib