Електричество и магнетизъм, основни определения, видове движещи се заредени частици

„Учението за магнетизма“, подобно на повечето други дисциплини, се основава на много малко и доста прости концепции. Те са доста прости, поне по отношение на „това, което са“, въпреки че е малко по -трудно да се обясни „защо са те“. Веднъж приети като такива, те могат да се използват като основни градивни елементи за разработването на цяла изучавана дисциплина. В същото време те служат като насоки в опитите да се обяснят наблюдаваните явления.

Първо, има такова нещо като «електрон»… Електроните не съществуват просто — те са безброй количества навсякъде, където погледнем.

Електрон е обект с незначителна маса, който носи единичен отрицателен електрически заряд и се върти около оста си с определена постоянна скорост. Едно от проявленията на движението на електроните са електрическите токове; с други думи, електрическите токове се „носят“ от електрони.

Второ, има такова нещо като «поле»които могат да се използват за предаване на енергия през това, което иначе е празно пространство. В този смисъл има три основни типа полета — гравитационно, електрическо и магнитно (виж — Разлики между електрическо и магнитно поле).

Трето, според идеите на Ампер всеки движещ се електрон е заобиколен от магнитно поле… Тъй като само въртящите се електрони са електрони в движение, около всеки електрон със спин се създава магнитно поле. Вследствие на това всеки електрон действа като микроминиатюра постоянен магнит.

Четвърто, според идеите на Лоренц определена сила действа върху електрически заряд, движещ се в магнитно поле… То е резултат от взаимодействието на външното поле и полето на Ампера.

И накрая, веществото запазва своята цялост в космоса благодарение на сили на привличане между частици, чието електрическо поле се генерира от техния електрически заряд, а магнитното поле — въртенето им.

Всички магнитни явления могат да бъдат обяснени въз основа на движението на частици, които имат както маса, така и електрически заряд. Възможните видове такива частици включват следното:

Електрони

Електронът е електрически заредена частица с много малък размер. Всеки електрон е идентичен във всяко отношение на всеки друг електрон.

1. Електронът има отрицателен единичен заряд и пренебрежимо малка маса.

2. Масата на всички електрони винаги остава постоянна, въпреки че видимата маса подлежи на промени в зависимост от условията на околната среда.

3. Всички електрони се въртят около собствената си ос — имат въртене със същата постоянна ъглова скорост.

Дупки

1. Дупка се нарича определена позиция в кристалната решетка, където би могла да бъде, но при тези условия няма електрон. По този начин дупката има положителен единичен заряд и пренебрежимо малка маса.

2. Движението на дупката предизвиква движението на електрона в обратна посока. Следователно една дупка има точно същата маса и същия спин като електрон, движещ се в обратна посока.

Протони

Протонът е частица, която е много по -голяма от електрон и има електрически заряд, който е абсолютно равен по абсолютна стойност на заряда на електрон, но има обратна полярност. Концепцията за противоположна полярност се определя от следните противоположни явления: електрон и протон изпитват привличаща сила един спрямо друг, докато два електрона или два протона се отблъскват.

В съответствие с конвенцията, приета в експериментите на Бенджамин Франклин, зарядът на електрона се счита за отрицателен, а зарядът на протона е положителен. Тъй като всички други електрически заредени тела носят електрически заряди, положителни или отрицателни, чиито стойности винаги са точно кратни на електронния заряд, последният се използва като «единична стойност», когато се описва това явление.

1. Протонът е йон с положителен единичен заряд и единично молекулно тегло.

2. Положителният единичен заряд на протона абсолютно съвпада по абсолютна стойност с отрицателния единичен заряд на електрона, но масата на протона е в пъти по -голяма от масата на електрона.

3. Всички протони се въртят около собствената си ос (имат въртене) със същата ъглова скорост, която е много по -малка от ъгловата скорост на въртене на електрони.

Вижте също: Структурата на атомите — елементарни частици на материята, електрони, протони, неутрони

Положителни йони

1. Положителните йони имат различни заряди, чиито стойности са цяло число, кратно на заряда на протона, и различни маси, чиито стойности се състоят от цяло число, кратно на масата на протона, и някаква допълнителна маса от субатомни частици.

2. Само йони с нечетен брой нуклони имат спин.

3. Йони с различни маси се въртят с различни ъглови скорости.

Отрицателни йони

1. Има разновидности на отрицателни йони, напълно аналогични на положителните йони, но носещи отрицателен, а не положителен заряд.

Всяка от тези частици, във всяка комбинация, може да се движи по различни праволинейни или извити пътища с различни скорости. Колекция от еднакви частици, движещи се повече или по -малко като една група, се нарича лъч.

Всяка частица в лъча има маса, посока и скорост на движение, близки до съответните параметри на съседните частици. Въпреки това, при по -общи условия, скоростите на отделните частици на лъча се различават, спазвайки закона за разпределение на Максуел.

В този случай доминиращата роля за появата на магнитни явления играят частици, чиято скорост е близка до средната скорост на лъча, докато частиците с други скорости генерират ефекти от втори ред.

Ако основното внимание се обърне на скоростта на движение на частиците, тогава частиците, движещи се с висока скорост, се наричат ​​горещи, а частиците, движещи се с ниска скорост, се наричат ​​студени. Тези определения са относителни, тоест не отразяват никакви абсолютни скорости.

Основни закони и определения

Има две различни дефиниции на магнитното поле: магнитно поле — Това е зона в близост до движещи се електрически заряди, където се проявяват магнитни сили. Всяка област, в която електрически заредено тяло изпитва сила, докато се движи, съдържа магнитно поле.

Електрически заредена частица е заобиколена електрическо поле… Движещата се електрически заредена частица има магнитно поле заедно с електрическо. Законът на Ампер установява връзката между движещите се заряди и магнитните полета (виж — Законът на Ампер).

Ако много малки електрически заредени частици непрекъснато преминават през една и съща част на траекторията с постоянна скорост, тогава общият ефект от отделни движещи се магнитни полета на всяка частица се свежда до образуването на постоянно магнитно поле, известно като полета на Bio Savara.

Специален случай Законът на Ампер, наречен закон на Bio-Savard, определя величината на силата на магнитното поле на дадено разстояние от безкрайно дълъг прав проводник, през който протича електрически ток (Законът на Био-Савард).

Така че магнитното поле има определена сила.Колкото по -голям е движещият се електрически заряд, толкова по -силно е полученото магнитно поле. Освен това, колкото по -бързо се движи електрическият заряд, толкова по -силно е магнитното поле.

Стационарният електрически заряд не генерира никакво магнитно поле. Всъщност магнитно поле не може да съществува независимо от наличието на движещ се електрически заряд.

Законът на Лоренц определя силата, действаща върху движеща се електрически заредена частица в магнитно поле. Сила на Лоренц насочени перпендикулярно както към посоката на външното поле, така и към посоката на движение на частицата. Има «странична сила», действаща върху заредени частици, когато те се движат под прав ъгъл спрямо магнитните силови линии.

Тяло с «магнитен заряд» във външно магнитно поле изпитва сила, която има тенденция да премества тялото от позиция, в която укрепва външното поле до положение, в което би отслабило външното поле. Това е проявлението на следния принцип: всички системи са склонни да достигнат състояние, характеризиращо се с минимална енергия.

Правилото на Ленц заявява: „Ако траекторията на движеща се заредена частица се промени по някакъв начин в резултат на взаимодействието на частицата с магнитно поле, тогава тези промени водят до появата на ново магнитно поле, точно противоположно на магнитното поле, което е причинило тези промени. «

Способността на соленоида да създава «течащ» магнитен поток през магнитна верига зависи както от броя на завоите на проводника, така и от тока, протичащ в тях. И двата фактора водят до появата магнитодвижеща сила или съкратено MDS… Постоянните магнити могат да създадат подобна магнитодвигателна сила.

Магнитодвижещата сила прави потока на магнитния поток в магнитната верига по същия начин, както електромоторна сила (ЕМП) осигурява потока на електрически ток в електрическата верига.

Магнитните вериги са в някои отношения аналогични на електрическите вериги, въпреки че в електрическите вериги има реално движение на заредени частици, докато в магнитните вериги няма такова движение. Описано е действието на електромоторната сила, която генерира електрически ток Законът на Ом.

Силата на магнитното поле Е магнитодвижещата сила на единица дължина на съответната магнитна верига. Магнитната индукция или плътността на потока е равна на магнитния поток, преминаващ през единична площ на дадена магнитна верига.

Нежелание Е характеристика на определена магнитна верига, която определя способността й да провежда магнитен поток в отговор на действието на магнитодвижеща сила.

Електрическото съпротивление на Ом е правопропорционално на дължината на пътя на потока от електрони, обратно пропорционално на площта на напречното сечение на този поток и също обратно пропорционално на електропроводимостта — характеристика, която описва електрическите свойства на веществото от които се състои носещата ток област на пространството.

Магнитното съпротивление е правопропорционално на дължината на пътя на магнитния поток, обратно пропорционално на площта на напречното сечение на този поток и също обратно пропорционално на магнитната пропускливост — характеристика, която описва магнитните свойства на веществото, от което пространството, което носи магнитния поток, е съставено (виж — Законът на Ом за магнитна верига).

Магнитна пропускливост Характеристика на вещество, която изразява способността му да поддържа определена плътност на магнитния поток (виж — Магнитна пропускливост).

Още по тази тема: Електромагнитно поле — история на откриване и физични свойства