Elektrisitet og magnetisme, grunnleggende definisjoner, typer bevegelige ladede partikler

"Vitenskapen om magnetisme", som de fleste andre disipliner, er basert på svært få og ganske enkle konsepter. De er ganske enkle, i hvert fall med tanke på «hva de er», selv om det er litt vanskeligere å forklare «hvorfor de er». Når de er akseptert som sådan, kan de brukes som grunnleggende byggeklosser for utvikling av en hel studiedisiplin. Samtidig fungerer de som retningslinjer i forsøk på å forklare observerte fenomener.

For det første er det noe slikt som "elektron"… Elektroner eksisterer ikke bare – de er utallige overalt hvor vi ser.

Elektron er et objekt med ubetydelig masse som bærer en enhet negativ elektrisk ladning og roterer rundt sin akse med en viss konstant hastighet. En av manifestasjonene av elektronenes bevegelse er elektriske strømmer; med andre ord, elektriske strømmer "bæres" av elektroner.

For det andre er det noe slikt som "felt"som kan brukes til å overføre energi gjennom det som ellers er tomt rom.I denne forstand er det tre hovedtyper av felt - gravitasjonsfelt, elektriske og magnetiske (se - Forskjeller mellom elektrisk og magnetisk felt).

For det tredje, ifølge Amperes ideer hvert elektron i bevegelse er omgitt av et magnetfelt… Siden bare spinnelektroner er elektroner i bevegelse, dannes et magnetfelt rundt hvert elektron med spinn. Følgelig fungerer hvert elektron som en mikrominiatyr permanent magnet.

For det fjerde, ifølge Lorentz sine ideer en viss kraft virker på en elektrisk ladning som beveger seg i et magnetfelt… Det er et resultat av samspillet mellom det ytre feltet og Amperes felt.

Til slutt beholder materie sin integritet i rommet takket være tiltrekkende krefter mellom partikler, hvis elektriske felt genereres av deres elektriske ladning, og magnetfeltet - deres rotasjon.

Alle magnetiske fenomener kan forklares ut fra bevegelsen til partikler som har både masse og elektrisk ladning. Mulige typer slike partikler inkluderer følgende:

Elektroner

Et elektron er en elektrisk ladet partikkel av svært liten størrelse. Hvert elektron er identisk på alle måter med alle andre elektroner.

1. Et elektron har negativ enhetslading og ubetydelig masse.

2. Massen til alle elektroner forblir alltid konstant, selv om den tilsynelatende massen er gjenstand for endringer avhengig av miljøforhold.

3. Alle elektroner spinner rundt sin egen akse — har et spinn med samme konstante vinkelhastighet.

Hull

1. Et hull kalles en bestemt posisjon i krystallgitteret, der det kan være, men under disse forholdene er det ikke noe elektron. Dermed har hullet en positiv enhetslading og ubetydelig masse.

2.Bevegelsen av hullet får elektronet til å bevege seg i motsatt retning. Derfor har et hull nøyaktig samme masse og samme spinn som et elektron som beveger seg i motsatt retning.

Protoner

Et proton er en partikkel som er mye større enn et elektron og har en elektrisk ladning som er absolutt lik ladningen til et elektron, men har motsatt polaritet. Begrepet motsatt polaritet er definert av følgende motsatte fenomener: et elektron og et proton opplever en tiltrekkende kraft mot hverandre, mens to elektroner eller to protoner frastøter hverandre.

I samsvar med konvensjonen som ble vedtatt i Benjamin Franklins eksperimenter, regnes ladningen til elektronet som negativ og ladningen til protonet er positiv. Siden alle andre elektrisk ladede legemer bærer elektriske ladninger, positive eller negative, hvis verdier alltid er eksakte multipler av elektronladningen, brukes sistnevnte som "enhetsverdien" når man beskriver dette fenomenet.

1. Et proton er et ion med positiv enhetsladning og molekylvektsenhet.

2. Protonets positive enhetsladning sammenfaller absolutt i absolutt verdi med elektronets negative enhetsladning, men massen til protonet er mange ganger større enn elektronets masse.

3. Alle protoner roterer rundt sin egen akse (har spinn) med samme vinkelhastighet, som er mye mindre enn vinkelhastigheten til elektronrotasjon.

Se også: Strukturen til atomer - elementære partikler av materie, elektroner, protoner, nøytroner

Positive ioner

1.Positive ioner har forskjellige ladninger hvis verdier er et heltalls multiplum av protonets ladning, og forskjellige masser hvis verdier består av et heltallsmultippel av protonets masse og noen ekstra masse av subatomære partikler.

2. Bare ioner med et oddetall nukleoner har spinn.

3. Ioner med forskjellig masse roterer med forskjellige vinkelhastigheter.

Negative ioner

1. Det finnes varianter av negative ioner, helt analoge med positive ioner, men som har en negativ i stedet for en positiv ladning.

Hver av disse partiklene, i hvilken som helst kombinasjon, kan bevege seg langs forskjellige rette eller buede baner med forskjellige hastigheter. En samling av identiske partikler som beveger seg mer eller mindre som en gruppe kalles en stråle.

Hver partikkel i strålen har en masse, retning og bevegelseshastighet nær de tilsvarende parameterne til nabopartikler. Under mer generelle forhold er imidlertid hastighetene til de individuelle partiklene i strålen forskjellige, og overholder Maxwells distribusjonslov.

I dette tilfellet spilles den dominerende rollen i utseendet til magnetiske fenomener av partikler hvis hastighet er nær den gjennomsnittlige hastigheten til strålen, mens partikler med andre hastigheter genererer andre-ordens effekter.

Hvis hovedoppmerksomheten rettes mot bevegelseshastigheten til partiklene, kalles partiklene som beveger seg med høy hastighet varme, og partiklene som beveger seg med lav hastighet kalles kalde. Disse definisjonene er relative, det vil si at de ikke gjenspeiler noen absolutte hastigheter.

Grunnleggende lover og definisjoner

Det er to forskjellige definisjoner av magnetfelt: magnetfelt — Dette er et område nær bevegelige elektriske ladninger der det utøves magnetiske krefter.Ethvert område der en elektrisk ladet kropp opplever en kraft mens den beveger seg inneholder et magnetfelt.

En elektrisk ladet partikkel er omgitt elektrisk felt… En elektrisk ladet partikkel i bevegelse har et magnetfelt sammen med en elektrisk. Amperes lov etablerer forholdet mellom bevegelige ladninger og magnetiske felt (se - Amperes lov).

Hvis mange små elektrisk ladede partikler kontinuerlig passerer gjennom den samme delen av banen med konstant hastighet, vil den totale effekten av individuelle bevegelige magnetiske felt for hver partikkel utgjøre dannelsen av et permanent magnetfelt kjent som felt av Bio Savara.

Spesielt tilfelle Amperes lov, kalt Bio-Savards lov, bestemmer størrelsen på magnetfeltstyrken i en gitt avstand fra en uendelig lang rett ledning som en elektrisk strøm flyter gjennom (Biot-Savards lov).

Så magnetfeltet har en viss styrke.Jo større elektrisk ladning som beveger seg, desto sterkere blir magnetfeltet. Dessuten, jo raskere den elektriske ladningen beveger seg, jo sterkere er magnetfeltet.

En stasjonær elektrisk ladning genererer ikke noe magnetfelt. Faktisk kan et magnetfelt ikke eksistere uavhengig av tilstedeværelsen av en elektrisk ladning i bevegelse.

Lorentz lov definerer kraften som virker på en elektrisk ladet partikkel i bevegelse i et magnetfelt. Lorentz kraft rettet vinkelrett på både retningen til det ytre feltet og bevegelsesretningen til partikkelen. Det er en "lateral kraft" som virker på ladede partikler når de beveger seg i rette vinkler på magnetfeltlinjene.

Et "magnetisk ladet" legeme i et eksternt magnetfelt opplever en kraft som har en tendens til å bevege kroppen fra en posisjon der den styrker det ytre feltet til en posisjon hvor det ytre feltet ville svekke seg. Dette er manifestasjonen av følgende prinsipp: alle systemer har en tendens til å nå en tilstand preget av minimumsenergi.

Lenz sin regel sier: «Hvis banen til en ladet partikkel i bevegelse endres på noen måte som følge av partikkelens interaksjon med et magnetfelt, så fører disse endringene til at det oppstår et nytt magnetfelt nøyaktig motsatt av magnetfeltet som forårsaket disse endringene. «

Evnen til en solenoid til å skape en "flytende" magnetisk fluks gjennom en magnetisk krets avhenger av både antall omdreininger på ledningen og strømmen som flyter gjennom dem. Begge faktorene fører til forekomsten magnetomotiv kraft eller MDS for kort… Permanente magneter kan skape en lignende magnetomotorisk kraft.

Den magnetomotoriske kraften får den magnetiske fluksen til å flyte i magnetkretsen på samme måte som elektromotorisk kraft (EMF) sikrer flyten av elektrisk strøm i en elektrisk krets.

Magnetiske kretser er på noen måter analoge med elektriske kretser, selv om det i elektriske kretser er faktisk bevegelse av ladede partikler, mens i magnetiske kretser er det ingen slik bevegelse. Virkningen av den elektromotoriske kraften som genererer en elektrisk strøm er beskrevet Ohms lov.

Magnetisk feltstyrke Er den magnetomotoriske kraften per lengdeenhet til den tilsvarende magnetiske kretsen. Magnetisk induksjon eller flukstetthet er lik den magnetiske fluksen som passerer gjennom en enhetsareal av en gitt magnetisk krets.

Motvilje Er en karakteristikk av en viss magnetisk krets som bestemmer dens evne til å lede magnetisk fluks som svar på virkningen av en magnetomotorisk kraft.

Den elektriske motstanden i ohm er direkte proporsjonal med lengden på banen til strømmen av elektroner, omvendt proporsjonal med tverrsnittsarealet til denne strømmen, og også omvendt proporsjonal med den elektriske ledningsevnen, en karakteristikk som beskriver de elektriske egenskapene av stoffet som utgjør det strømførende området i rommet.

Magnetisk motstand er direkte proporsjonal med lengden på banen til den magnetiske fluksen, omvendt proporsjonal med tverrsnittsarealet til denne fluksen, og også omvendt proporsjonal med den magnetiske permeabiliteten, en karakteristikk som beskriver de magnetiske egenskapene til stoffet til som rommet som bærer den magnetiske fluksen er sammensatt. (se — Ohms lov for en magnetisk krets).

Magnetisk permeabilitet Et kjennetegn ved et stoff som uttrykker dets evne til å opprettholde en viss magnetisk flukstetthet (se - Magnetisk permeabilitet).

Mer om dette emnet: Elektromagnetisk felt - oppdagelseshistorie og fysiske egenskaper