Elektricitet i magnetizam, osnovne definicije, vrste gibanja nabijenih čestica

"Znanost o magnetizmu", kao i većina drugih disciplina, temelji se na vrlo malom broju i prilično jednostavnih koncepata. Prilično su jednostavni, barem u smislu "što jesu", iako je malo teže objasniti "zašto jesu". Jednom prihvaćeni kao takvi, mogu se koristiti kao temeljni blokovi za razvoj čitave discipline studija. Ujedno služe i kao smjernice u pokušajima objašnjenja opaženih pojava.

Prvo, postoji nešto poput "elektron"… Elektroni ne postoje samo — bezbrojni su gdje god pogledamo.

Elektron je objekt zanemarive mase koji nosi jedinični negativni električni naboj i rotira oko svoje osi određenom konstantnom brzinom. Jedna od manifestacija kretanja elektrona su električne struje; drugim riječima, električne struje "nose" elektroni.

Drugo, postoji nešto poput "polje"koji se može koristiti za prijenos energije kroz ono što je inače prazan prostor.U tom smislu, postoje tri glavne vrste polja — gravitacijska, električna i magnetska (vidi — Razlike između električnog i magnetskog polja).

Treće, prema Amperovim zamislima svaki pokretni elektron okružen je magnetskim poljem… Budući da su samo spin elektroni elektroni u kretanju, oko svakog elektrona sa spinom stvara se magnetsko polje. Posljedično, svaki elektron djeluje kao mikrominijatura trajni magnet.

Četvrto, prema Lorentzovim zamislima određena sila djeluje na električni naboj koji se kreće u magnetskom polju… To je rezultat interakcije vanjskog i Ampereovog polja.

Konačno, materija zadržava svoju cjelovitost u prostoru zahvaljujući privlačne sile između čestica, čije je električno polje generirano njihovim električnim nabojem, a magnetsko polje — njihovu rotaciju.

Sve magnetske pojave mogu se objasniti na temelju gibanja čestica koje imaju i masu i električni naboj. Moguće vrste takvih čestica uključuju sljedeće:

Elektroni

Elektron je električki nabijena čestica vrlo male veličine. Svaki elektron je u svakom pogledu identičan svakom drugom elektronu.

1. Elektron ima negativan jedinični naboj i zanemarivu masu.

2. Masa svih elektrona uvijek ostaje konstantna, iako je prividna masa podložna promjenama ovisno o uvjetima okoline.

3. Svi se elektroni vrte oko vlastite osi — imaju spin s istom konstantnom kutnom brzinom.

Rupe

1. Rupa se naziva određeni položaj u kristalnoj rešetki, gdje bi mogla biti, ali pod tim uvjetima nema elektrona. Dakle, rupa ima pozitivan jedinični naboj i zanemarivu masu.

2.Kretanje šupljine uzrokuje kretanje elektrona u suprotnom smjeru. Stoga, rupa ima točno istu masu i isti spin kao elektron koji se kreće u suprotnom smjeru.

Protoni

Proton je čestica koja je mnogo veća od elektrona i ima električni naboj koji je po apsolutnoj vrijednosti apsolutno jednak naboju elektrona, ali ima suprotan polaritet. Koncept suprotnog polariteta definiran je sljedećim suprotnim fenomenima: elektron i proton doživljavaju privlačnu silu jedan prema drugome, dok se dva elektrona ili dva protona međusobno odbijaju.

U skladu s konvencijom usvojenom u eksperimentima Benjamina Franklina, naboj elektrona se smatra negativnim, a naboj protona pozitivnim. Budući da sva ostala električki nabijena tijela nose električne naboje, pozitivne ili negativne, čije su vrijednosti uvijek točni višekratnici naboja elektrona, potonji se koristi kao "jedinička vrijednost" kada se opisuje ovaj fenomen.

1. Proton je ion s pozitivnim jediničnim nabojem i jediničnom molekulskom težinom.

2. Pozitivni jedinični naboj protona apsolutno se podudara u apsolutnoj vrijednosti s negativnim jediničnim nabojem elektrona, ali je masa protona višestruko veća od mase elektrona.

3. Svi protoni rotiraju oko vlastite osi (imaju spin) istom kutnom brzinom, koja je puno manja od kutne brzine rotacije elektrona.

Vidi također: Struktura atoma — elementarne čestice tvari, elektroni, protoni, neutroni

Pozitivni ioni

1.Pozitivni ioni imaju različite naboje čije su vrijednosti cjelobrojni umnožak naboja protona, te različite mase čije se vrijednosti sastoje od cjelobrojnog umnoška mase protona i neke dodatne mase subatomskih čestica.

2. Samo ioni s neparnim brojem nukleona imaju spin.

3. Ioni različitih masa rotiraju različitim kutnim brzinama.

Negativni ioni

1. Postoje različite vrste negativnih iona, potpuno analogne pozitivnim ionima, ali nose negativan, a ne pozitivan naboj.

Svaka od ovih čestica, u bilo kojoj kombinaciji, može se kretati različitim ravnim ili zakrivljenim stazama različitim brzinama. Skup identičnih čestica koje se kreću više ili manje kao skupina naziva se snop.

Svaka čestica u snopu ima masu, smjer i brzinu gibanja bliske odgovarajućim parametrima susjednih čestica. Međutim, pod općenitijim uvjetima, brzine pojedinačnih čestica u snopu se razlikuju, poštujući Maxwellov zakon distribucije.

U ovom slučaju dominantnu ulogu u pojavi magnetskih fenomena imaju čestice čija je brzina bliska prosječnoj brzini snopa, dok čestice drugih brzina generiraju efekte drugog reda.

Ako se glavna pozornost posveti brzini gibanja čestica, tada se čestice koje se kreću velikom brzinom nazivaju vruće, a čestice koje se kreću malom brzinom nazivaju se hladnima. Ove definicije su relativne, odnosno ne odražavaju nikakve apsolutne brzine.

Osnovni zakoni i definicije

Postoje dvije različite definicije magnetskog polja: magnetsko polje — Ovo je područje u blizini pokretnih električnih naboja gdje djeluju magnetske sile.Svako područje gdje električki nabijeno tijelo doživljava silu dok se kreće sadrži magnetsko polje.

Električni nabijena čestica je okružena električno polje… Pokretna električki nabijena čestica ima magnetsko polje zajedno s električnim. Amperov zakon utvrđuje odnos između pokretnih naboja i magnetskih polja (vidi — Amperov zakon).

Ako mnoge male električki nabijene čestice kontinuirano prolaze kroz isti dio putanje konstantnom brzinom, tada ukupni učinak pojedinačnih pokretnih magnetskih polja svake čestice dovodi do stvaranja trajnog magnetskog polja poznatog kao polja Bio Savara.

Poseban slučaj Amperov zakon, nazvan Bio-Savardov zakon, određuje veličinu jakosti magnetskog polja na određenoj udaljenosti od beskonačno duge ravne žice kroz koju teče električna struja (Biot-Savardov zakon).

Dakle, magnetsko polje ima određenu jakost. Što je veći električni naboj u kretanju, to je jače rezultirajuće magnetsko polje. Također, što se električni naboj brže kreće, to je magnetsko polje jače.

Stacionarni električni naboj ne stvara nikakvo magnetsko polje. Zapravo, magnetsko polje ne može postojati neovisno o prisutnosti pokretnog električnog naboja.

Lorentzov zakon definira silu koja djeluje na pokretnu električki nabijenu česticu u magnetskom polju. Lorentzova sila usmjerena okomito i na smjer vanjskog polja i na smjer gibanja čestice. Postoji "bočna sila" koja djeluje na nabijene čestice kada se kreću pod pravim kutom u odnosu na silnice magnetskog polja.

"Magnetski nabijeno" tijelo u vanjskom magnetskom polju doživljava silu koja nastoji pomaknuti tijelo iz položaja u kojem jača vanjsko polje u položaj u kojem bi vanjsko polje oslabilo. Ovo je manifestacija sljedećeg principa: svi sustavi teže doseći stanje koje karakterizira minimalna energija.

Lenzovo pravilo kaže: "Ako se putanja pokretne nabijene čestice promijeni na bilo koji način kao rezultat interakcije čestice s magnetskim poljem, tada te promjene dovode do pojave novog magnetskog polja upravo suprotnog od magnetskog polja koje je uzrokovalo te promjene. «

Sposobnost solenoida da stvori "tekući" magnetski tok kroz magnetski krug ovisi o broju zavoja žice i struji koja teče kroz njih. Oba faktora dovode do pojave magnetomotorna sila ili skraćeno MDS… Permanentni magneti mogu stvoriti sličnu magnetomotornu silu.

Magnetomotorna sila čini da magnetski tok teče u magnetskom krugu na isti način kao elektromotorna sila (EMF) osigurava protok električne struje u električnom krugu.

Magnetski krugovi su na neki način analogni električnim krugovima, iako u električnim krugovima postoji stvarno gibanje nabijenih čestica, dok u magnetskim krugovima tog gibanja nema. Opisuje se djelovanje elektromotorne sile koja stvara električnu struju Ohmov zakon.

Jakost magnetskog polja Je magnetomotorna sila po jedinici duljine odgovarajućeg magnetskog kruga. Magnetska indukcija ili gustoća toka jednaka je magnetskom toku koji prolazi kroz jedinicu površine određenog magnetskog kruga.

Nevoljkost To je karakteristika određenog magnetskog kruga koja određuje njegovu sposobnost provođenja magnetskog toka kao odgovor na djelovanje magnetomotorne sile.

Električni otpor u ohmima izravno je proporcionalan duljini staze toka elektrona, obrnuto proporcionalan površini poprečnog presjeka ovog toka, a također obrnuto proporcionalan električnoj vodljivosti, karakteristici koja opisuje električna svojstva tvari koja čini strujno područje prostora.

Magnetski otpor izravno je proporcionalan duljini putanje magnetskog toka, obrnuto proporcionalan površini poprečnog presjeka tog toka, a također obrnuto proporcionalan magnetskoj propusnosti, karakteristici koja opisuje magnetska svojstva tvari od čega se sastoji prostor koji nosi magnetski tok. (vidi — Ohmov zakon za magnetski krug).

Magnetska propusnost Karakteristika tvari koja izražava njezinu sposobnost održavanja određene gustoće magnetskog toka (vidi — Magnetska propusnost).

Više o ovoj temi: Elektromagnetsko polje - povijest otkrića i fizikalna svojstva