Elektrik dan kemagnetan, definisi asas, jenis zarah bercas yang bergerak

"Sains kemagnetan", seperti kebanyakan disiplin lain, berdasarkan konsep yang sangat sedikit dan agak mudah. Mereka agak mudah, sekurang-kurangnya dari segi "apa mereka", walaupun agak sukar untuk menerangkan "mengapa mereka". Setelah diterima sedemikian, ia boleh digunakan sebagai blok bangunan asas untuk pembangunan keseluruhan disiplin pengajian. Pada masa yang sama, ia berfungsi sebagai garis panduan dalam percubaan untuk menerangkan fenomena yang diperhatikan.

Pertama, terdapat perkara seperti "elektron"… Elektron bukan sahaja wujud—ia banyak terdapat di mana-mana sahaja kita melihat.

Elektron ialah objek berjisim boleh diabaikan yang membawa satu unit cas elektrik negatif dan berputar mengelilingi paksinya pada kelajuan tetap tertentu. Salah satu manifestasi pergerakan elektron ialah arus elektrik; dengan kata lain, arus elektrik "dibawa" oleh elektron.

Kedua, terdapat perkara seperti "padang"yang boleh digunakan untuk menghantar tenaga melalui apa yang sebaliknya ruang kosong.Dalam pengertian ini, terdapat tiga jenis medan utama - graviti, elektrik dan magnet (lihat - Perbezaan antara medan elektrik dan magnet).

Ketiga, mengikut idea Ampere setiap elektron yang bergerak dikelilingi oleh medan magnet… Oleh kerana hanya elektron putaran adalah elektron dalam gerakan, medan magnet tercipta di sekeliling setiap elektron dengan putaran. Akibatnya, setiap elektron bertindak sebagai mikrominiatur magnet kekal.

Keempat, mengikut idea Lorentz daya tertentu bertindak ke atas cas elektrik yang bergerak dalam medan magnet… Ia adalah hasil daripada interaksi medan luaran dan medan Ampere.

Akhirnya, jirim mengekalkan integritinya di angkasa terima kasih kepada daya tarikan antara zarah, yang medan elektriknya dijana oleh cas elektriknya, dan medan magnet - putaran mereka.

Semua fenomena magnetik boleh dijelaskan berdasarkan pergerakan zarah yang mempunyai kedua-dua jisim dan cas elektrik. Jenis zarah tersebut yang mungkin termasuk yang berikut:

Elektron

Elektron ialah zarah bercas elektrik yang bersaiz sangat kecil. Setiap elektron adalah sama dalam setiap aspek dengan setiap elektron lain.

1. Elektron mempunyai cas unit negatif dan jisim boleh diabaikan.

2. Jisim semua elektron sentiasa kekal malar, walaupun jisim ketara tertakluk kepada perubahan bergantung kepada keadaan persekitaran.

3. Semua elektron berputar mengelilingi paksinya sendiri — mempunyai putaran dengan halaju sudut malar yang sama.

berlubang

1. Lubang dipanggil kedudukan tertentu dalam kekisi kristal, di mana ia boleh, tetapi di bawah keadaan ini tidak ada elektron. Oleh itu, lubang itu mempunyai cas unit positif dan jisim yang boleh diabaikan.

2.Pergerakan lubang menyebabkan elektron bergerak ke arah yang bertentangan. Oleh itu, sebuah lubang mempunyai jisim yang sama dan putaran yang sama seperti elektron yang bergerak ke arah yang bertentangan.

Proton

Proton ialah zarah yang jauh lebih besar daripada elektron dan mempunyai cas elektrik yang benar-benar sama nilai mutlaknya dengan cas elektron, tetapi mempunyai kekutuban yang bertentangan. Konsep kekutuban bertentangan ditakrifkan oleh fenomena bertentangan berikut: elektron dan proton mengalami daya tarikan antara satu sama lain, manakala dua elektron atau dua proton menolak satu sama lain.

Selaras dengan konvensyen yang diterima pakai dalam eksperimen Benjamin Franklin, cas elektron dianggap negatif dan cas proton adalah positif. Oleh kerana semua badan bercas elektrik lain membawa cas elektrik, positif atau negatif, yang nilainya sentiasa gandaan tepat bagi cas elektron, yang kedua digunakan sebagai "nilai unit" apabila menerangkan fenomena ini.

1. Proton ialah ion dengan cas unit positif dan berat molekul unit.

2. Caj unit positif proton secara mutlak bertepatan dengan nilai mutlak dengan cas unit negatif elektron, tetapi jisim proton adalah berkali ganda lebih besar daripada jisim elektron.

3. Semua proton berputar mengelilingi paksinya sendiri (mempunyai putaran) dengan halaju sudut yang sama, iaitu jauh lebih kecil daripada halaju sudut putaran elektron.

Lihat juga: Struktur atom - zarah asas jirim, elektron, proton, neutron

Ion positif

1.Ion positif mempunyai cas berbeza yang nilainya adalah gandaan integer cas proton, dan jisim berbeza yang nilainya terdiri daripada gandaan integer jisim proton dan beberapa jisim tambahan zarah subatom.

2. Hanya ion yang mempunyai bilangan nukleon ganjil mempunyai putaran.

3. Ion yang berlainan jisim berputar dengan halaju sudut yang berbeza.

Ion negatif

1. Terdapat pelbagai jenis ion negatif, sama sepenuhnya dengan ion positif, tetapi membawa cas negatif dan bukannya positif.

Setiap zarah ini, dalam sebarang kombinasi, boleh bergerak di sepanjang laluan lurus atau melengkung yang berbeza pada kelajuan yang berbeza. Himpunan zarah serupa yang bergerak lebih kurang sebagai satu kumpulan dipanggil rasuk.

Setiap zarah dalam rasuk mempunyai jisim, arah dan kelajuan gerakan yang hampir dengan parameter sepadan zarah jiran. Walau bagaimanapun, di bawah keadaan yang lebih umum, halaju zarah individu dalam rasuk berbeza, mematuhi hukum pengedaran Maxwell.

Dalam kes ini, peranan dominan dalam penampilan fenomena magnetik dimainkan oleh zarah yang kelajuannya hampir dengan kelajuan purata rasuk, manakala zarah dengan kelajuan lain menjana kesan tertib kedua.

Sekiranya perhatian utama diberikan kepada kelajuan pergerakan zarah, maka zarah yang bergerak pada kelajuan tinggi dipanggil panas, dan zarah yang bergerak pada kelajuan rendah dipanggil sejuk. Takrifan ini adalah relatif, iaitu, ia tidak menggambarkan sebarang kelajuan mutlak.

Undang-undang asas dan definisi

Terdapat dua definisi medan magnet yang berbeza: medan magnet — Ini adalah kawasan berhampiran cas elektrik yang bergerak di mana daya magnet dikenakan.Mana-mana kawasan di mana jasad bercas elektrik mengalami daya semasa ia bergerak mengandungi medan magnet.

Zarah bercas elektrik dikelilingi medan elektrik… Zarah bercas elektrik yang bergerak mempunyai medan magnet bersama dengan medan elektrik. Undang-undang Ampere menetapkan hubungan antara cas bergerak dan medan magnet (lihat — Hukum Ampere).

Jika banyak zarah bercas elektrik kecil secara berterusan melalui bahagian trajektori yang sama pada kelajuan tetap, maka jumlah kesan medan magnet bergerak individu bagi setiap zarah berjumlah pembentukan medan magnet kekal yang dikenali sebagai bidang Bio Savara.

Kes istimewa Hukum Ampere, yang dipanggil undang-undang Bio-Savard, menentukan magnitud kekuatan medan magnet pada jarak tertentu daripada wayar lurus yang panjang tak terhingga yang melaluinya arus elektrik mengalir (Undang-undang Biot-Savard).

Jadi medan magnet mempunyai kekuatan tertentu.Semakin besar cas elektrik yang bergerak, semakin kuat medan magnet yang terhasil. Selain itu, lebih cepat cas elektrik bergerak, lebih kuat medan magnet.

Caj elektrik pegun tidak menghasilkan sebarang medan magnet. Malah, medan magnet tidak boleh wujud secara bebas daripada kehadiran cas elektrik yang bergerak.

Undang-undang Lorentz mentakrifkan daya yang bertindak ke atas zarah bercas elektrik yang bergerak dalam medan magnet. Kuasa Lorentz diarahkan berserenjang dengan kedua-dua arah medan luar dan arah gerakan zarah. Terdapat "daya sisi" yang bertindak ke atas zarah bercas apabila ia bergerak pada sudut tepat ke garisan medan magnet.

Jasad "bercas magnet" dalam medan magnet luar mengalami daya yang cenderung untuk menggerakkan jasad dari kedudukan di mana ia menguatkan medan luar ke kedudukan di mana medan luaran akan lemah. Ini adalah manifestasi prinsip berikut: semua sistem cenderung untuk mencapai keadaan yang dicirikan oleh tenaga minimum.

Peraturan Lenz menyatakan: "Jika trajektori zarah bercas yang bergerak berubah dalam apa jua cara akibat interaksi zarah dengan medan magnet, maka perubahan ini membawa kepada kemunculan medan magnet baru betul-betul bertentangan dengan medan magnet yang menyebabkan perubahan ini. «

Keupayaan solenoid untuk mencipta fluks magnet "mengalir" melalui litar magnet bergantung kepada kedua-dua bilangan lilitan wayar dan arus yang mengalir melaluinya. Kedua-dua faktor membawa kepada kejadian daya magnetomotif atau singkatannya MDS… Magnet kekal boleh mencipta daya magnetomotif yang serupa.

Daya magnetomotif menjadikan aliran fluks magnet dalam litar magnet dengan cara yang sama seperti daya gerak elektrik (EMF) memastikan pengaliran arus elektrik dalam litar elektrik.

Litar magnet dalam beberapa cara serupa dengan litar elektrik, walaupun dalam litar elektrik terdapat gerakan sebenar zarah bercas, manakala dalam litar magnet tidak ada gerakan sedemikian. Tindakan daya gerak elektrik yang menghasilkan arus elektrik diterangkan Hukum Ohm.

Kekuatan medan magnet Adakah daya magnetomotif per unit panjang litar magnet yang sepadan. Aruhan magnetik atau ketumpatan fluks adalah sama dengan fluks magnet yang melalui kawasan unit litar magnet tertentu.

Keengganan Merupakan ciri litar magnet tertentu yang menentukan keupayaannya untuk menjalankan fluks magnet sebagai tindak balas kepada tindakan daya magnetomotif.

Rintangan elektrik dalam ohm adalah berkadar terus dengan panjang laluan aliran elektron, berkadar songsang dengan luas keratan rentas aliran ini, dan juga berkadar songsang dengan kekonduksian elektrik, ciri yang menggambarkan sifat elektrik. daripada bahan yang membentuk kawasan ruang pembawa arus.

Rintangan magnet adalah berkadar terus dengan panjang laluan fluks magnet, berkadar songsang dengan luas keratan rentas fluks ini, dan juga berkadar songsang dengan kebolehtelapan magnet, ciri yang menerangkan sifat magnet bahan yang terdiri daripada ruang yang membawa fluks magnetik (lihat — Hukum Ohm untuk litar magnet).

Kebolehtelapan magnet Satu ciri bahan yang menyatakan keupayaannya untuk mengekalkan ketumpatan fluks magnet tertentu (lihat — Kebolehtelapan magnet).

Lebih lanjut mengenai topik ini: Medan elektromagnet - sejarah penemuan dan sifat fizikal