Електрицитет и магнетизам, основне дефиниције, врсте покретних наелектрисаних честица

„Наука о магнетизму“, као и већина других дисциплина, заснива се на врло малом броју и прилично једноставних концепата. Они су прилично једноставни, бар у смислу „шта јесу“, мада је мало теже објаснити „зашто су“. Када буду прихваћени као такви, могу се користити као основни градивни блокови за развој читаве студијске дисциплине. Оне истовремено служе и као смернице у покушајима да се објасне уочене појаве.

Прво, постоји нешто као "електрон"… Електрони не постоје само – они су безбројни где год да погледамо.

Електрон је објекат занемарљиве масе који носи јединични негативни електрични набој и ротира око своје осе одређеном константном брзином. Једна од манифестација кретања електрона су електричне струје; другим речима, електричне струје „носе“ електрони.

Друго, постоји нешто као "поље"који се може користити за пренос енергије кроз иначе празан простор.У том смислу, постоје три главна типа поља — гравитационо, електрично и магнетно (видети — Разлике између електричног и магнетног поља).

Треће, према Амперовим замислима сваки покретни електрон је окружен магнетним пољем… Пошто су само спин електрони електрони у покрету, око сваког електрона са спином се ствара магнетно поље. Сходно томе, сваки електрон делује као микроминијатура трајни магнет.

Четврто, према Лоренцовим замислима на електрични набој који се креће у магнетном пољу делује одређена сила… То је резултат интеракције спољашњег поља и Амперовог поља.

Коначно, материја задржава свој интегритет у простору захваљујући привлачне силе између честица, чије електрично поље генерише њихов електрични набој, а магнетно поље — њихова ротација.

Све магнетне појаве могу се објаснити на основу кретања честица које имају и масу и електрични набој. Могуће врсте таквих честица укључују следеће:

Електрони

Електрон је електрично наелектрисана честица веома мале величине. Сваки електрон је у сваком погледу идентичан сваком другом електрону.

1. Електрон има негативно јединично наелектрисање и занемарљиву масу.

2. Маса свих електрона увек остаје константна, иако је привидна маса подложна променама у зависности од услова околине.

3. Сви електрони се окрећу око сопствене осе — имају спин са истом константном угаоном брзином.

Рупе

1. Рупа се назива одређена позиција у кристалној решетки, где би могла бити, али под овим условима нема електрона. Дакле, рупа има позитиван јединични набој и занемарљиву масу.

2.Кретање рупе доводи до тога да се електрон креће у супротном смеру. Дакле, рупа има потпуно исту масу и исти спин као електрон који се креће у супротном смеру.

Протони

Протон је честица која је много већа од електрона и има електрични набој који је апсолутно једнак наелектрисању електрона, али има супротан поларитет. Концепт супротног поларитета дефинисан је следећим супротним појавама: електрон и протон доживљавају привлачну силу један према другом, док се два електрона или два протона одбијају.

У складу са конвенцијом усвојеном у експериментима Бењамина Франклина, наелектрисање електрона се сматра негативним, а наелектрисање протона је позитивно. Пошто сва друга електрично наелектрисана тела носе електрична наелектрисања, позитивна или негативна, чије су вредности увек тачни вишекратници наелектрисања електрона, ово друго се користи као „јединична вредност“ када се описује овај феномен.

1. Протон је јон са позитивним јединичним наелектрисањем и јединичном молекулском тежином.

2. Позитивно јединично наелектрисање протона апсолутно се поклапа у апсолутној вредности са негативним јединичним наелектрисањем електрона, али је маса протона вишеструко већа од масе електрона.

3. Сви протони ротирају око сопствене осе (имају спин) истом угаоном брзином, која је много мања од угаоне брзине ротације електрона.

Такође видети: Структура атома — елементарне честице материје, електрони, протони, неутрони

Позитивни јони

1.Позитивни јони имају различита наелектрисања чије су вредности целобројни умножак наелектрисања протона, и различите масе чије се вредности састоје од целобројног умножака масе протона и неке додатне масе субатомских честица.

2. Само јони са непарним бројем нуклеона имају спин.

3. Јони различите масе ротирају различитим угаоним брзинама.

Негативни јони

1. Постоје различите врсте негативних јона, потпуно аналогне позитивним јонима, али носе негативно, а не позитивно наелектрисање.

Свака од ових честица, у било којој комбинацији, може се кретати дуж различитих правих или закривљених путања различитим брзинама. Скуп идентичних честица које се крећу мање или више као група назива се сноп.

Свака честица у снопу има масу, правац и брзину кретања блиске одговарајућим параметрима суседних честица. Међутим, под општијим условима, брзине појединачних честица у снопу се разликују, поштујући Максвелов закон расподеле.

У овом случају доминантну улогу у појави магнетних појава имају честице чија је брзина блиска просечној брзини зрака, док честице са другим брзинама стварају ефекте другог реда.

Ако се главна пажња посвети брзини кретања честица, онда се честице које се крећу великом брзином називају вруће, а честице које се крећу малом брзином називају се хладне. Ове дефиниције су релативне, односно не одражавају никакве апсолутне брзине.

Основни закони и дефиниције

Постоје две различите дефиниције магнетног поља: магнетно поље — Ово је област у близини покретних електричних наелектрисања где се примењују магнетне силе.Било која област у којој електрично наелектрисано тело доживљава силу док се креће садржи магнетно поље.

Електрично наелектрисана честица је окружена електрично поље… Покретна електрично наелектрисана честица има магнетно поље заједно са електричним. Амперов закон успоставља везу између покретних наелектрисања и магнетних поља (види - Амперов закон).

Ако много малих електрично наелектрисаних честица непрекидно пролази кроз исти део путање константном брзином, онда укупан ефекат појединачних покретних магнетних поља сваке честице износи формирање сталног магнетног поља познатог као њиве Био Саваре.

Специјалан случај Амперов закон, назван Био-Савардов закон, одређује величину јачине магнетног поља на датој удаљености од бесконачно дугачке праве жице кроз коју тече електрична струја (Биот-Савардов закон).

Дакле, магнетно поље има одређену јачину.Што је већи покретни електрични набој, то је јаче резултујуће магнетно поље. Такође, што се електрични набој брже креће, то је јаче магнетно поље.

Стационарни електрични набој не ствара никакво магнетно поље. У ствари, магнетно поље не може постојати независно од присуства електричног набоја који се креће.

Лоренцов закон дефинише силу која делује на покретну електрично наелектрисану честицу у магнетном пољу. Лоренцова сила усмерена управно и на смер спољашњег поља и на правац кретања честице. Постоји "бочна сила" која делује на наелектрисане честице када се крећу под правим углом у односу на линије магнетног поља.

„Магнетно наелектрисано“ тело у спољашњем магнетном пољу доживљава силу која тежи да помери тело из позиције у којој јача спољашње поље у позицију у којој би спољашње поље ослабило. Ово је манифестација следећег принципа: сви системи теже да достигну стање које карактерише минимална енергија.

Ленцово правило наводи: „Ако се путања покретне наелектрисане честице промени на било који начин као резултат интеракције честице са магнетним пољем, онда те промене доводе до појаве новог магнетног поља тачно супротног магнетном пољу које је изазвало ове промене. «

Способност соленоида да створи "текући" магнетни флукс кроз магнетно коло зависи и од броја завоја жице и од струје која тече кроз њих. Оба фактора доводе до појаве магнетомоторна сила или скраћено МДС… Трајни магнети могу створити сличну магнетомоторну силу.

Магнетомоторна сила чини да магнетни флукс тече у магнетном колу на исти начин као електромоторна сила (ЕМФ) обезбеђује проток електричне струје у електричном колу.

Магнетна кола су на неки начин аналогна електричним колима, иако у електричним колима постоји стварно кретање наелектрисаних честица, док у магнетним колима таквог кретања нема. Описано је дејство електромоторне силе која ствара електричну струју Охмов закон.

Јачина магнетног поља Да ли је магнетомоторна сила по јединици дужине одговарајућег магнетног кола. Магнетна индукција или густина флукса једнака је магнетном флуксу који пролази кроз јединичну површину датог магнетног кола.

Нерад То је карактеристика одређеног магнетног кола која одређује његову способност да води магнетни флукс као одговор на дејство магнетомоторне силе.

Електрични отпор у омима је директно пропорционалан дужини путање тока електрона, обрнуто пропорционалан површини попречног пресека овог тока, а такође је обрнуто пропорционалан електричној проводљивости, карактеристика која описује електрична својства супстанце која чини област простора која носи струју.

Магнетни отпор је директно пропорционалан дужини путање магнетног флукса, обрнуто пропорционалан површини попречног пресека овог флукса, а такође је обрнуто пропорционалан магнетној пермеабилности, карактеристика која описује магнетна својства супстанце од којег је састављен простор који носи магнетни флукс (види - Охмов закон за магнетно коло).

Магнетна пермеабилност Карактеристика супстанце која изражава њену способност да одржи одређену густину магнетног флукса (види - Магнетна пермеабилност).

Више о овој теми: Електромагнетно поље - историја открића и физичка својства