Elekter ja magnetism, põhimõisted, liikuvate laetud osakeste liigid

"Magnetismiteadus", nagu enamik teisi distsipliine, põhineb väga vähestel ja üsna lihtsatel mõistetel. Need on üsna lihtsad, vähemalt selle poolest, et "mis nad on", kuigi "miks nad on" on veidi keerulisem seletada. Kui need on sellistena aktsepteeritud, saab neid kasutada kogu õppedistsipliini arendamise põhiliste ehitusplokkidena. Samal ajal on need juhised vaadeldavate nähtuste selgitamisel.

Esiteks on selline asi nagu "elektron"… Elektronid ei eksisteeri lihtsalt – neid on lugematu arv kõikjal, kuhu me vaatame.

elektron on tühise massiga objekt, mis kannab ühikulist negatiivset elektrilaengut ja pöörleb ümber oma telje kindla konstantse kiirusega. Üks elektronide liikumise ilminguid on elektrivoolud; teisisõnu, elektrivoolu "kannavad" elektronid.

Teiseks on selline asi nagu "väli"mida saab kasutada energia edastamiseks läbi muidu tühja ruumi.Selles mõttes on kolm peamist tüüpi välja - gravitatsiooni-, elektri- ja magnetväljad (vt. Elektri- ja magnetvälja erinevused).

Kolmandaks Ampere’i ideede järgi iga liikuv elektron on ümbritsetud magnetväljaga… Kuna ainult spinelektronid on liikuvad elektronid, tekib iga spinniga elektroni ümber magnetväli. Järelikult toimib iga elektron mikrominiatuurina püsimagnet.

Neljandaks, vastavalt Lorentzi ideedele magnetväljas liikuvale elektrilaengule mõjub teatud jõud… See on välise välja ja Ampere välja vastasmõju tulemus.

Lõpuks säilitab aine oma terviklikkuse ruumis tänu tõmbejõud osakeste vahel, mille elektrivälja tekitab nende elektrilaeng, ja magnetväli — nende pöörlemine.

Kõiki magnetnähtusi saab seletada nii massi- kui ka elektrilaenguga osakeste liikumise põhjal. Selliste osakeste võimalikud tüübid on järgmised:

Elektronid

Elektron on väga väikese suurusega elektriliselt laetud osake. Iga elektron on igas suhtes identne kõigi teiste elektronidega.

1. Elektronil on negatiivne ühiklaeng ja tühine mass.

2. Kõigi elektronide mass jääb alati konstantseks, kuigi näivmass võib muutuda sõltuvalt keskkonnatingimustest.

3. Kõik elektronid pöörlevad ümber oma telje — nende spinn on sama konstantse nurkkiirusega.

Augud

1. Auku nimetatakse teatud positsiooni kristallvõres, kus see võiks olla, kuid nendel tingimustel elektroni ei ole. Seega on augul positiivne ühiklaeng ja tühine mass.

2.Ava liikumine põhjustab elektroni liikumise vastupidises suunas. Seetõttu on augul täpselt sama mass ja spinn kui vastassuunas liikuval elektronil.

Prootonid

Prooton on osake, mis on elektronist palju suurem ja mille elektrilaeng on absoluutväärtuselt absoluutselt võrdne elektroni laenguga, kuid millel on vastupidine polaarsus. Vastandpolaarsuse mõiste on määratletud järgmiste vastandlike nähtustega: elektron ja prooton kogevad teineteise suhtes tõmbejõudu, samal ajal kui kaks elektroni või kaks prootonit tõrjuvad üksteist.

Benjamin Franklini katsetes omaks võetud kokkuleppe kohaselt loetakse elektroni laeng negatiivseks ja prootoni laeng positiivseks. Kuna kõik teised elektriliselt laetud kehad kannavad positiivseid või negatiivseid elektrilaenguid, mille väärtused on alati elektroni laengu täpsed kordsed, kasutatakse selle nähtuse kirjeldamisel "ühikuväärtusena" viimast.

1. Prooton on positiivse ühiklaengu ja molekulmassiga ioon.

2. Prootoni positiivne ühiklaeng langeb absoluutväärtuselt absoluutselt kokku elektroni negatiivse ühiklaenguga, kuid prootoni mass on mitu korda suurem kui elektroni mass.

3. Kõik prootonid pöörlevad ümber oma telje (on spinn) sama nurkkiirusega, mis on palju väiksem kui elektroni pöörlemise nurkkiirus.

Vaata ka: Aatomite struktuur - aine elementaarosakesed, elektronid, prootonid, neutronid

Positiivsed ioonid

1.Positiivsetel ioonidel on erinevad laengud, mille väärtused on prootoni laengu täisarvud, ja erinevad massid, mille väärtused koosnevad prootoni massi täisarvust ja mõnest subatomaarsete osakeste lisamassist.

2. Ainult paaritu arvu nukleonidega ioonidel on spinn.

3. Erineva massiga ioonid pöörlevad erineva nurkkiirusega.

Negatiivsed ioonid

1. On olemas erinevaid negatiivseid ioone, mis on täiesti analoogsed positiivsete ioonidega, kuid kannavad pigem negatiivset kui positiivset laengut.

Kõik need osakesed, mis tahes kombinatsioonis, võivad liikuda mööda erinevaid sirgeid või kõveraid teid erineva kiirusega. Enam-vähem rühmana liikuvate identsete osakeste kogumit nimetatakse kiireks.

Iga osakese mass, suund ja liikumiskiirus on lähedane naaberosakeste vastavatele parameetritele. Üldisemates tingimustes on aga üksikute osakeste kiirused kiires erinevad, järgides Maxwelli jaotusseadust.

Sel juhul mängivad magnetnähtuste ilmnemisel domineerivat rolli osakesed, mille kiirus on lähedane kiire keskmise kiirusega, samas kui teiste kiirustega osakesed tekitavad teist järku efekte.

Kui põhitähelepanu pöörata osakeste liikumiskiirusele, siis suurel kiirusel liikuvaid osakesi nimetatakse kuumadeks ja väikese kiirusega liikuvaid osakesi külmadeks. Need määratlused on suhtelised, st ei kajasta absoluutseid kiirusi.

Põhiseadused ja definitsioonid

Magnetväljal on kaks erinevat määratlust: magnetväli — See on liikuvate elektrilaengute lähedal asuv ala, kus avaldatakse magnetjõude.Iga piirkond, kus elektriliselt laetud keha kogeb liikumisel jõudu, sisaldab magnetvälja.

Elektriliselt laetud osake on ümbritsetud elektriväli… Liikuval elektriliselt laetud osakesel on magnetväli koos elektrilisega. Ampere'i seadus määrab seose liikuvate laengute ja magnetväljade vahel (vt. Ampere'i seadus).

Kui palju väikseid elektriliselt laetud osakesi läbib pidevalt sama trajektoori osa konstantsel kiirusel, siis iga osakese üksikute liikuvate magnetväljade kogumõju moodustab püsimagnetvälja, mida nimetatakse nn. Bio Savara väljad.

Erijuhtum Ampere'i seadus, mida nimetatakse Bio-Savardi seaduseks, määrab magnetvälja tugevuse teatud kaugusel lõpmata pikast sirgest traadist, mida läbib elektrivool (Biot-Savardi seadus).

Seega on magnetväljal teatud tugevus Mida suurem on liikuv elektrilaeng, seda tugevam on tekkiv magnetväli. Samuti, mida kiiremini elektrilaeng liigub, seda tugevam on magnetväli.

Statsionaarne elektrilaeng ei tekita magnetvälja. Tegelikult ei saa magnetväli eksisteerida liikuva elektrilaengu olemasolust sõltumatult.

Lorentzi seadus määratleb jõu, mis mõjub magnetväljas liikuvale elektriliselt laetud osakesele. Lorentzi jõud suunatud risti nii välisvälja suuna kui ka osakese liikumissuunaga. Laetud osakestele mõjub "külgjõud", kui need liiguvad magnetvälja joontega täisnurga all.

"Magnetiliselt laetud" keha välises magnetväljas kogeb jõudu, mis kipub liigutama keha asendist, kus see tugevdab välisvälja, asendisse, kus välisväli nõrgeneks. See on järgmise põhimõtte ilming: kõik süsteemid kipuvad jõudma olekusse, mida iseloomustab minimaalne energia.

Lenzi reegel ütleb: "Kui liikuva laetud osakese trajektoor muutub mingil viisil osakese interaktsiooni tulemusena magnetväljaga, siis need muutused toovad kaasa uue magnetvälja, mis on täpselt vastupidine neid muutusi põhjustanud magnetväljale. «

Solenoidi võime tekitada läbi magnetahela "voolavat" magnetvoogu sõltub nii juhtme keerdude arvust kui ka neid läbivast voolust. Mõlemad tegurid viivad selle esinemiseni magnetomotoorjõud ehk lühidalt MDS… Püsimagnetid võivad tekitada sarnase magnetmotoorjõu.

Magnetomotoorjõud paneb magnetvoo magnetahelas voolama samamoodi nagu elektromotoorjõud (EMF) tagab elektrivoolu liikumise elektriahelas.

Magnetahelad on mõnes mõttes analoogsed elektriahelatega, kuigi elektriahelates toimub laetud osakeste tegelik liikumine, samas kui magnetahelates sellist liikumist ei toimu. Kirjeldatakse elektrivoolu tekitava elektromotoorjõu toimet Ohmi seadus.

Magnetvälja tugevus Kas magnetomotoorjõud vastava magnetahela pikkuseühiku kohta. Magnetiline induktsioon või voo tihedus on võrdne magnetvooga, mis läbib antud magnetahela pindalaühikut.

Vastumeelsus On teatud magnetahela omadus, mis määrab selle võime juhtida magnetvoogu vastusena magnetomotoorjõu toimele.

Elektritakistus oomides on otseselt võrdeline elektronide voolu tee pikkusega, pöördvõrdeline selle voolu ristlõike pindalaga ja ka pöördvõrdeline elektrijuhtivusega, omadus, mis kirjeldab elektrilisi omadusi. ainest, mis moodustab ruumi voolu kandva piirkonna.

Magnettakistus on otseselt võrdeline magnetvoo tee pikkusega, pöördvõrdeline selle voo ristlõike pindalaga ja ka pöördvõrdeline magnetilise läbilaskvusega, omadus, mis kirjeldab aine magnetilisi omadusi. millest koosneb magnetvoogu kandev ruum. (vt — Ohmi seadus magnetahela jaoks).

Magnetiline läbilaskvus Aine omadus, mis väljendab selle võimet säilitada teatud magnetvoo tihedust (vt. Magnetiline läbilaskvus).

Rohkem sellel teemal: Elektromagnetväli – avastamise ajalugu ja füüsikalised omadused