Elektrība un magnētisms, pamatdefinīcijas, kustīgu lādētu daļiņu veidi

"Magnētisma zinātne", tāpat kā lielākā daļa citu disciplīnu, balstās uz ļoti maziem un diezgan vienkāršiem jēdzieniem. Tie ir diezgan vienkārši, vismaz pēc "kas viņi ir", lai gan ir nedaudz grūtāk izskaidrot "kāpēc viņi ir". Kad tie ir pieņemti kā tādi, tos var izmantot kā pamatelementus visas studiju disciplīnas attīstībai. Tajā pašā laikā tie kalpo kā vadlīnijas, mēģinot izskaidrot novērotās parādības.

Pirmkārt, ir tāda lieta kā "elektrons"… Elektroni ne tikai pastāv — tie ir neskaitāmi visur, kur mēs skatāmies.

Elektrons ir objekts ar nenozīmīgu masu, kas nes vienību negatīvu elektrisko lādiņu un griežas ap savu asi ar noteiktu nemainīgu ātrumu. Viena no elektronu kustības izpausmēm ir elektriskās strāvas; citiem vārdiem sakot, elektriskās strāvas "nes" elektroni.

Otrkārt, ir tāda lieta kā "lauks"ko var izmantot, lai pārraidītu enerģiju caur to, kas citādi ir tukša telpa.Šajā ziņā ir trīs galvenie lauku veidi - gravitācijas, elektriskie un magnētiskie (sk. Atšķirības starp elektrisko un magnētisko lauku).

Treškārt, pēc Amperes idejām katru kustīgo elektronu ieskauj magnētiskais lauks… Tā kā kustībā ir tikai spin elektroni, ap katru elektronu ar spinu tiek izveidots magnētiskais lauks. Līdz ar to katrs elektrons darbojas kā mikrominiatūra pastāvīgais magnēts.

Ceturtkārt, saskaņā ar Lorenca idejām noteikts spēks iedarbojas uz elektrisko lādiņu, kas pārvietojas magnētiskajā laukā… Tas ir ārējā lauka un Ampera lauka mijiedarbības rezultāts.

Visbeidzot, matērija saglabā savu integritāti telpā, pateicoties pievilcīgi spēki starp daļiņām, kuru elektrisko lauku ģenerē to elektriskais lādiņš, un magnētiskais lauks — to rotācija.

Visas magnētiskās parādības var izskaidrot, pamatojoties uz to daļiņu kustību, kurām ir gan masa, gan elektriskais lādiņš. Iespējamie šādu daļiņu veidi ir šādi:

Elektroni

Elektrons ir ļoti maza izmēra elektriski lādēta daļiņa. Katrs elektrons visos aspektos ir identisks visiem citiem elektroniem.

1. Elektronam ir negatīvs vienības lādiņš un niecīga masa.

2. Visu elektronu masa vienmēr paliek nemainīga, lai gan šķietamā masa ir pakļauta izmaiņām atkarībā no vides apstākļiem.

3. Visi elektroni griežas ap savu asi — tiem ir vienāds nemainīgs leņķiskais ātrums.

Caurumi

1. Par caurumu sauc noteiktu pozīciju kristāla režģī, kur tā varētu atrasties, bet šajos apstākļos elektrona nav. Tādējādi caurumam ir pozitīvs vienības lādiņš un niecīga masa.

2.Cauruma kustība liek elektronam kustēties pretējā virzienā. Tāpēc caurumam ir tieši tāda pati masa un tāds pats spins kā elektronam, kas pārvietojas pretējā virzienā.

Protoni

Protons ir daļiņa, kas ir daudz lielāka par elektronu un kuras elektriskais lādiņš pēc absolūtās vērtības ir absolūti vienāds ar elektrona lādiņu, bet tai ir pretēja polaritāte. Pretējas polaritātes jēdzienu definē šādas pretējas parādības: elektrons un protons piedzīvo pievilcīgu spēku viens pret otru, bet divi elektroni vai divi protoni atgrūž viens otru.

Saskaņā ar Bendžamina Franklina eksperimentos pieņemto konvenciju elektrona lādiņš tiek uzskatīts par negatīvu un protona lādiņš ir pozitīvs. Tā kā visos citos elektriski lādētos ķermeņos ir pozitīvi vai negatīvi elektriskie lādiņi, kuru vērtības vienmēr ir precīzas elektronu lādiņa daudzkārtnēs, pēdējo izmanto kā "vienības vērtību", aprakstot šo parādību.

1. Protons ir jons ar pozitīvu vienības lādiņu un vienību molekulmasu.

2. Protona pozitīvais vienības lādiņš absolūtā vērtībā absolūti sakrīt ar elektrona negatīvo vienības lādiņu, bet protona masa ir daudzkārt lielāka par elektrona masu.

3. Visi protoni griežas ap savu asi (ir spin) ar vienādu leņķisko ātrumu, kas ir daudz mazāks par elektronu griešanās leņķisko ātrumu.

Skatīt arī: Atomu struktūra - vielas elementārdaļiņas, elektroni, protoni, neitroni

Pozitīvie joni

1.Pozitīviem joniem ir dažādi lādiņi, kuru vērtības ir vesels protona lādiņa daudzkārtnis, un dažādas masas, kuru vērtības sastāv no protona masas veseliem skaitļiem un dažas papildu subatomisko daļiņu masas.

2. Tikai joniem ar nepāra skaitu nukleonu ir spins.

3. Dažādas masas joni rotē ar dažādu leņķisko ātrumu.

Negatīvie joni

1. Ir dažādi negatīvie joni, kas ir pilnīgi analogi pozitīvajiem joniem, bet kuriem ir negatīvs, nevis pozitīvs lādiņš.

Katra no šīm daļiņām jebkurā kombinācijā var pārvietoties pa dažādiem taisniem vai izliektiem ceļiem ar dažādu ātrumu. Identisku daļiņu kopumu, kas vairāk vai mazāk pārvietojas kā grupa, sauc par staru kūli.

Katrai daļiņai starā ir masa, kustības virziens un ātrums, kas ir tuvu blakus esošo daļiņu attiecīgajiem parametriem. Tomēr vispārīgākos apstākļos atsevišķu daļiņu ātrumi starā atšķiras, ievērojot Maksvela sadalījuma likumu.

Šajā gadījumā dominējošo lomu magnētisko parādību parādīšanā spēlē daļiņas, kuru ātrums ir tuvu stara vidējam ātrumam, savukārt daļiņas ar citiem ātrumiem rada otrās kārtas efektus.

Ja galvenā uzmanība tiek pievērsta daļiņu kustības ātrumam, tad daļiņas, kas pārvietojas lielā ātrumā, sauc par karstām, bet daļiņas, kas pārvietojas ar mazu ātrumu, sauc par aukstām. Šīs definīcijas ir relatīvas, tas ir, tās neatspoguļo nekādus absolūtos ātrumus.

Pamatlikumi un definīcijas

Ir divas dažādas magnētiskā lauka definīcijas: magnētiskais lauks — Šī ir vieta kustīgu elektrisko lādiņu tuvumā, kur tiek iedarbināti magnētiskie spēki.Jebkurš reģions, kurā elektriski uzlādēts ķermenis kustoties piedzīvo spēku, satur magnētisko lauku.

Apkārt ir elektriski lādēta daļiņa elektriskais lauks… Kustīgai elektriski lādētai daļiņai ir magnētiskais lauks kopā ar elektrisko. Ampera likums nosaka attiecības starp kustīgiem lādiņiem un magnētiskajiem laukiem (sk. Ampera likums).

Ja daudzas mazas elektriski lādētas daļiņas nepārtraukti šķērso vienu un to pašu trajektorijas daļu ar nemainīgu ātrumu, tad katras daļiņas atsevišķu kustīgo magnētisko lauku kopējais efekts veido pastāvīgu magnētisko lauku, kas pazīstams kā Bio Savara lauki.

Īpašs gadījums Ampera likums, ko sauc par Bio-Savarda likumu, nosaka magnētiskā lauka intensitātes lielumu noteiktā attālumā no bezgala gara taisna vada, caur kuru plūst elektriskā strāva (Biota-Savarda likums).

Tātad magnētiskajam laukam ir noteikts stiprums.Jo lielāks kustīgais elektriskais lādiņš, jo spēcīgāks ir iegūtais magnētiskais lauks. Turklāt, jo ātrāk pārvietojas elektriskais lādiņš, jo spēcīgāks ir magnētiskais lauks.

Stacionārs elektriskais lādiņš nerada nekādu magnētisko lauku. Patiesībā magnētiskais lauks nevar pastāvēt neatkarīgi no kustīga elektriskā lādiņa.

Lorenca likums nosaka spēku, kas iedarbojas uz kustīgu elektriski lādētu daļiņu magnētiskajā laukā. Lorenca spēks vērsta perpendikulāri gan ārējā lauka virzienam, gan daļiņas kustības virzienam. Ir "sānu spēks", kas iedarbojas uz uzlādētām daļiņām, kad tās pārvietojas taisnā leņķī pret magnētiskā lauka līnijām.

"Magnētiski uzlādēts" ķermenis ārējā magnētiskajā laukā piedzīvo spēku, kas tiecas pārvietot ķermeni no stāvokļa, kurā tas stiprina ārējo lauku, uz stāvokli, kurā ārējais lauks vājinātos. Tas ir šāda principa izpausme: visām sistēmām ir tendence sasniegt stāvokli, ko raksturo minimāla enerģija.

Lenca likums norāda: "Ja kustīgas lādētas daļiņas trajektorija kaut kādā veidā mainās daļiņas mijiedarbības ar magnētisko lauku rezultātā, tad šīs izmaiņas noved pie jauna magnētiskā lauka parādīšanās, kas ir tieši pretējs magnētiskajam laukam, kas izraisīja šīs izmaiņas. «

Solenoīda spēja radīt "plūstošu" magnētisko plūsmu caur magnētisko ķēdi ir atkarīga gan no stieples apgriezienu skaita, gan caur tiem plūstošās strāvas. Abi faktori izraisa notikumu magnetomotīves spēks vai saīsināti MDS… Pastāvīgie magnēti var radīt līdzīgu magnetomotīves spēku.

Magnetomotīves spēks liek magnētiskajai plūsmai plūst magnētiskajā ķēdē tāpat kā elektromotora spēks (EMF) nodrošina elektriskās strāvas plūsmu elektriskā ķēdē.

Magnētiskās ķēdes savā ziņā ir analogas elektriskajām ķēdēm, lai gan elektriskajās ķēdēs notiek reāla lādētu daļiņu kustība, savukārt magnētiskajās ķēdēs šādas kustības nav. Aprakstīta elektromotora spēka darbība, kas rada elektrisko strāvu Oma likums.

Magnētiskā lauka stiprums Vai attiecīgās magnētiskās ķēdes magnetomotīves spēks uz garuma vienību. Magnētiskā indukcija vai plūsmas blīvums ir vienāds ar magnētisko plūsmu, kas iet caur noteiktās magnētiskās ķēdes laukuma vienību.

Nevēlēšanās Ir noteiktas magnētiskās ķēdes īpašība, kas nosaka tās spēju vadīt magnētisko plūsmu, reaģējot uz magnētiskā spēka darbību.

Elektriskā pretestība omos ir tieši proporcionāla elektronu plūsmas ceļa garumam, apgriezti proporcionāla šīs plūsmas šķērsgriezuma laukumam, kā arī apgriezti proporcionāla elektrovadītspējai, kas raksturo elektriskās īpašības no vielas, kas veido strāvu nesošo kosmosa reģionu.

Magnētiskā pretestība ir tieši proporcionāla magnētiskās plūsmas ceļa garumam, apgriezti proporcionāla šīs plūsmas šķērsgriezuma laukumam, kā arī apgriezti proporcionāla magnētiskajai caurlaidībai, kas raksturo vielas magnētiskās īpašības. ko veido telpa, kas nes magnētisko plūsmu. (sk. Oma likums magnētiskai ķēdei).

Magnētiskā caurlaidība Vielas īpašība, kas izsaka tās spēju uzturēt noteiktu magnētiskās plūsmas blīvumu (sk. Magnētiskā caurlaidība).

Vairāk par šo tēmu: Elektromagnētiskais lauks - atklājumu vēsture un fizikālās īpašības