Εισαγωγή στον Ηλεκτρομαγνητισμό 🧲

Οι πρώτοι μαγνήτες

Ο άνθρωπος ασχολείται με τα μαγνητικά φαινόμενα εδώ και χιλιάδες χρόνια. Από πολύ παλιά παρατήρησε ότι υπάρχουν στη φύση μαγνήτες, δηλαδή σώματα που έλκουν κάποια άλλα αντικείμενα. Χωρίς αυτά τα μαγνητικά υλικά της φύσης, αλλά κυρίως χωρίς την επιμονή των ανθρώπων που ερεύνησαν σε βάθος τον μαγνητισμό, πολλές από τις ανέσεις της σημερινής ζωής μας μάλλον δεν θα υπήρχαν.

Οι εφαρμογές των μαγνητών γύρω μας είναι αμέτρητες: από τις μαγνητικές κάρτες και τα διακοσμητικά μαγνητάκια του ψυγείου μέχρι τις πυξίδες που δείχνουν τον βορρά και τους μαγνητικούς τομογράφους που χρησιμοποιούν οι γιατροί για να «φωτογραφίζουν» το εσωτερικό του σώματός μας.

Η ανακάλυψη που τα άλλαξε όλα

Το 1820 ο Δανός φυσικός Hans Christian Oersted έκανε πειράματα με τη μπαταρία, η οποία είχε εφευρεθεί λίγα χρόνια νωρίτερα. Παρατήρησε τότε κάτι πολύ σημαντικό: το ηλεκτρικό ρεύμα προκαλεί μαγνητικά αποτελέσματα. Το πείραμα του Oersted απέδειξε για πρώτη φορά ότι ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός συνδέονται μεταξύ τους, κάτι που είχε τεράστια σημασία για την εξέλιξη της τεχνολογίας.

Τα πειράματα που ακολούθησαν την ανακάλυψη του Oersted οδήγησαν τους Γάλλους φυσικούς Ampère και Arago, καθώς και τον Αμερικανό Henry, στην κατασκευή των πρώτων ηλεκτρομαγνητών. Τους ηλεκτρομαγνήτες τους συναντάμε σήμερα σε πάρα πολλές καθημερινές συσκευές: στα κουδούνια των σπιτιών, στο τηλέφωνο, ακόμα και σε μεγάλους γερανούς που χρησιμοποιούνται σε μάντρες παλιών σιδερικών για να σηκώνουν βαριά μεταλλικά αντικείμενα.

Κινητήρες και γεννήτριες

Ο κατάλογος των επιστημόνων που βοήθησαν στην εξέλιξη αυτής της τεχνολογίας είναι μακρύς. Πριν από περίπου 150 χρόνια κατασκευάστηκαν οι πρώτοι ηλεκτρικοί κινητήρες, καθώς και οι πρώτες γεννήτριες, δηλαδή οι συσκευές που δημιουργούν ηλεκτρικό ρεύμα.

Τους ηλεκτρικούς κινητήρες τους συναντάμε παντού γύρω μας σήμερα: σε τρόλεϊ, σε πλυντήρια, σε τρυπάνια, σε ανεμιστήρες, ακόμα και σε πολλά παιχνίδια.

Το ηλεκτρικό ρεύμα φτάνει παντού

Με τεράστιες γεννήτριες μέσα στα εργοστάσια της ΔΕΗ παράγεται το ηλεκτρικό ρεύμα που χρησιμοποιούμε στα σπίτια μας. Η ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρεται ως εκεί μέσω του δικτύου ηλεκτροδότησης. Αν σκεφτείς πόσα ψηλά βουνά και πόσα απομακρυσμένα νησιά έχει η χώρα μας, καταλαβαίνεις πόσο δύσκολο είναι αυτό το έργο για τη ΔΕΗ.

Με εναέρια, υπόγεια αλλά και υποθαλάσσια καλώδια, το ηλεκτρικό ρεύμα φτάνει σε κάθε γωνιά της Ελλάδας, ώστε όλοι να απολαμβάνουμε τις ευκολίες που προσφέρουν οι ηλεκτρικές συσκευές.

Βασικές έννοιες του μαγνητισμού

Τα σώματα που έλκονται από τους μαγνήτες, όπως ο σίδηρος, ονομάζονται σιδηρομαγνητικά. Κάθε μαγνήτης έχει δύο περιοχές όπου οι μαγνητικές του ιδιότητες είναι πιο έντονες· αυτές ονομάζονται μαγνητικοί πόλοι. Οι ομώνυμοι μαγνητικοί πόλοι απωθούνται μεταξύ τους, ενώ οι ετερώνυμοι έλκονται. Η μαγνητική δύναμη μπορεί να ασκηθεί τόσο με επαφή όσο και από απόσταση.

Οι μαγνήτες μπορεί να είναι φυσικοί ή τεχνητοί. Οι φυσικοί δημιουργήθηκαν χάρη στο μαγνητικό πεδίο της Γης, ενώ οι τεχνητοί κατασκευάζονται από σιδηρομαγνητικά υλικά με τη βοήθεια του ηλεκτρικού ρεύματος.

Όταν ένα καλώδιο διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα, αποκτά μαγνητικές ιδιότητες. Αν αυτό το καλώδιο έχει τη μορφή πηνίου, δηλαδή είναι τυλιγμένο σε σχήμα ελατηρίου, οι μαγνητικές του ιδιότητες γίνονται ακόμα πιο έντονες. Αν μέσα σε ένα τέτοιο πηνίο τοποθετήσουμε μια ράβδο από σίδηρο, φτιάχνουμε έναν ηλεκτρομαγνήτη, του οποίου οι μαγνητικές ιδιότητες είναι πολύ πιο ισχυρές από αυτές ενός απλού πηνίου.

Υπάρχει και η αντίστροφη διαδικασία: όταν ένας μαγνήτης περιστρέφεται μέσα σε ένα πηνίο, τότε το πηνίο διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα. Ακριβώς αυτό το φαινόμενο αξιοποιείται στις γεννήτριες, οι οποίες μετατρέπουν την ενέργεια της κίνησης (ή άλλων μορφών ενέργειας) σε ηλεκτρική ενέργεια.