Elektromosság és mágnesesség, alapdefiníciók, mozgó töltött részecskék típusai
A „mágnesesség tudománya”, mint a legtöbb más tudományág, nagyon kevés és meglehetősen egyszerű koncepción alapul. Meglehetősen egyszerűek, legalábbis abban a tekintetben, hogy "mik ezek", bár "miért" kicsit nehezebb megmagyarázni. Miután elfogadták ezeket, alapvető építőelemekként használhatók fel egy teljes tanulmányi tudományág fejlesztéséhez. Ugyanakkor iránymutatásul szolgálnak a megfigyelt jelenségek magyarázatára tett kísérletekben.
Először is létezik olyan, hogy "elektron"… Az elektronok nem csak léteznek – számtalan helyen vannak, amerre csak nézünk.
Elektron elhanyagolható tömegű tárgy, amely egységnyi negatív elektromos töltést hordoz, és egy bizonyos állandó sebességgel forog a tengelye körül. Az elektronok mozgásának egyik megnyilvánulása az elektromos áramok; más szóval az elektromos áramokat elektronok "hordozzák".
Másodszor, van olyan, hogy "terület"amivel energiát lehet továbbítani az egyébként üres téren keresztül.Ebben az értelemben a mezőknek három fő típusa van - gravitációs, elektromos és mágneses (lásd: Különbségek az elektromos és a mágneses mező között).
Harmadszor, Ampere elképzelései szerint minden mozgó elektront mágneses tér vesz körül… Mivel csak a spin elektronok mozgásban lévő elektronok, minden egyes spinnel rendelkező elektron körül mágneses mező jön létre. Következésképpen minden elektron mikrominiatúraként működik állandómágnes.
Negyedszer, Lorentz elképzelései szerint egy bizonyos erő hat a mágneses térben mozgó elektromos töltésre… Ez a külső mező és az Ampere mező kölcsönhatásának eredménye.
Végül az anyag megőrzi integritását a térben, köszönhetően vonzó erők a részecskék közöttamelyek elektromos terét elektromos töltésük generálja, és a mágneses mező - forgásuk.
Minden mágneses jelenség megmagyarázható olyan részecskék mozgása alapján, amelyek tömeggel és elektromos töltéssel is rendelkeznek. Az ilyen részecskék lehetséges típusai a következők:
Elektronok
Az elektron egy nagyon kis méretű, elektromosan töltött részecske. Minden elektron minden tekintetben azonos a többi elektronnal.
1. Az elektron egységnyi töltése negatív és tömege elhanyagolható.
2. Az összes elektron tömege mindig állandó marad, bár a látszólagos tömeg a környezeti feltételektől függően változik.
3. Minden elektron a saját tengelye körül forog – ugyanazzal az állandó szögsebességgel rendelkezik.
Lyukak
1. A lyuknak a kristályrács egy bizonyos pozícióját nevezzük, ahol lehet, de ilyen körülmények között nincs elektron. Így a lyuk pozitív egységtöltésű és elhanyagolható tömegű.
2.A lyuk mozgása miatt az elektron az ellenkező irányba mozog. Ezért egy lyuknak pontosan akkora tömege és spinje van, mint az ellenkező irányba mozgó elektronnak.
Protonok
A proton olyan részecske, amely sokkal nagyobb, mint egy elektron, és amelynek elektromos töltése abszolút értékében abszolút egyenlő az elektron töltésével, de polaritása ellentétes. Az ellentétes polaritás fogalmát a következő ellentétes jelenségek határozzák meg: egy elektron és egy proton vonzó erőt fejt ki egymás felé, míg két elektron vagy két proton taszítja egymást.
A Benjamin Franklin kísérleteiben elfogadott konvenciónak megfelelően az elektron töltése negatív, a proton töltése pedig pozitív. Mivel minden más elektromosan töltött test pozitív vagy negatív elektromos töltést hordoz, amelyek értéke mindig az elektrontöltés pontos többszöröse, ez utóbbit használjuk "egységértékként" a jelenség leírásánál.
1. A proton pozitív egységtöltésű és egységnyi molekulatömegű ion.
2. A proton pozitív egységtöltése abszolút értékben abszolút egybeesik az elektron negatív egységtöltésével, de a proton tömege sokszorosa az elektron tömegének.
3. Minden proton a saját tengelye körül forog (spinnel) azonos szögsebességgel, ami sokkal kisebb, mint az elektronok forgási szögsebessége.
Lásd még: Az atomok szerkezete - az anyag elemi részecskéi, elektronok, protonok, neutronok
Pozitív ionok
1.A pozitív ionok különböző töltésekkel rendelkeznek, amelyek értéke a proton töltésének egész számú többszöröse, és különböző tömegűek, amelyek értéke a proton tömegének egész számú többszöröséből és a szubatomi részecskék további tömegéből áll.
2. Csak a páratlan számú nukleonnal rendelkező ionoknak van spinje.
3. A különböző tömegű ionok különböző szögsebességgel forognak.
Negatív ionok
1. Vannak különböző negatív ionok, amelyek teljesen analógok a pozitív ionokkal, de inkább negatív, mint pozitív töltést hordoznak.
Ezen részecskék mindegyike, bármilyen kombinációban, különböző egyenes vagy íves pályákon, különböző sebességgel mozoghat. Azonos részecskék, többé-kevésbé csoportként mozgó gyűjteményét nyalábnak nevezzük.
A sugárban lévő minden részecskének tömege, mozgási iránya és sebessége közel áll a szomszédos részecskék megfelelő paramétereihez. Általánosabb körülmények között azonban a nyalábban lévő egyes részecskék sebessége különbözik, és megfelel a Maxwell-féle eloszlási törvénynek.
Ebben az esetben a mágneses jelenségek megjelenésében a sugár átlagos sebességéhez közeli sebességű részecskék játsszák a domináns szerepet, míg a más sebességű részecskék másodrendű hatásokat keltenek.
Ha a fő figyelmet a részecskék mozgási sebességére fordítjuk, akkor a nagy sebességgel mozgó részecskéket forrónak, a kis sebességgel mozgó részecskéket hidegnek nevezzük. Ezek a meghatározások relatívak, vagyis nem tükröznek semmilyen abszolút sebességet.
Alaptörvények és definíciók
A mágneses mezőnek két különböző meghatározása létezik: mágneses mező — Ez egy mozgó elektromos töltések közelében lévő terület, ahol mágneses erők fejtik ki hatásukat.Minden olyan terület, ahol az elektromosan töltött test mozgása során erőt fejt ki, mágneses mezőt tartalmaz.
Egy elektromosan töltött részecske van körülvéve elektromos mező… Egy mozgó elektromosan töltött részecskének van mágneses mezeje az elektromos mellett. Az Ampere-törvény megállapítja a kapcsolatot a mozgó töltések és a mágneses mezők között (lásd - Ampere törvénye).
Ha sok kisméretű elektromosan töltött részecske halad át folyamatosan állandó sebességgel a pálya ugyanazon a részén, akkor az egyes részecskék egyedi mozgó mágneses mezőinek összhatása egy állandó mágneses tér kialakulását jelenti, amelyet ún. a Bio Savara mezői.
Különleges eset Ampere törvényeBio-Savard törvényének nevezett, a mágneses térerősség nagyságát határozza meg adott távolságban egy végtelen hosszú egyenes vezetéktől, amelyen elektromos áram folyik (Biot-Savard törvénye).
Tehát a mágneses térnek van egy bizonyos erőssége, minél nagyobb a mozgó elektromos töltés, annál erősebb a keletkező mágneses tér. Ezenkívül minél gyorsabban mozog az elektromos töltés, annál erősebb a mágneses tér.
Az álló elektromos töltés nem hoz létre mágneses teret. Valójában a mágneses tér nem létezhet a mozgó elektromos töltés jelenlététől függetlenül.
A Lorentz-törvény meghatározza a mozgó elektromosan töltött részecskékre ható erőt mágneses térben. Lorentz erő merőleges a külső tér irányára és a részecske mozgási irányára egyaránt. A töltött részecskékre "oldalirányú erő" hat, amikor azok merőlegesen mozognak a mágneses erővonalakra.
A „mágnesesen töltött” test egy külső mágneses térben olyan erőt fejt ki, amely a testet olyan helyzetből mozgatja, ahol erősíti a külső mezőt egy olyan helyzetbe, ahol a külső tér gyengülne. Ez a következő elv megnyilvánulása: minden rendszer hajlamos elérni azt az állapotot, amelyet minimális energia jellemez.
Lenz szabálya kimondja: "Ha egy mozgó töltött részecske pályája bármilyen módon megváltozik a részecske mágneses térrel való kölcsönhatása következtében, akkor ezek a változások egy új mágneses tér megjelenéséhez vezetnek, amely pontosan ellentétes azzal a mágneses térrel, amely ezeket a változásokat okozta. «
A szolenoid azon képessége, hogy "folyó" mágneses fluxust hozzon létre a mágneses áramkörön keresztül, mind a vezeték meneteinek számától, mind a rajtuk átfolyó áramtól függ. Mindkét tényező az előforduláshoz vezet magnetomotor erő vagy röviden MDS… Az állandó mágnesek hasonló mágneses hajtóerőt tudnak létrehozni.
A magnetomotoros erő hatására a mágneses fluxus ugyanúgy áramlik a mágneses körben, mint elektromotoros erő (EMF) biztosítja az elektromos áram áramlását egy elektromos áramkörben.
A mágneses áramkörök bizonyos szempontból hasonlóak az elektromos áramkörökhöz, bár az elektromos áramkörökben a töltött részecskék ténylegesen mozognak, míg a mágneses áramkörökben nincs ilyen mozgás. Leírják az elektromotoros erő hatását, amely elektromos áramot hoz létre Ohm törvénye.
Mágneses térerősség A megfelelő mágneses áramkör hosszegységére eső magnetomotoros erő. A mágneses indukció vagy fluxussűrűség egyenlő az adott mágneses kör egységnyi területén áthaladó mágneses fluxussal.
Idegenkedés Egy bizonyos mágneses áramkör jellemzője, amely meghatározza annak képességét, hogy mágneses fluxust vezet a magnetomotoros erő hatására.
Az ohmban kifejezett elektromos ellenállás egyenesen arányos az elektronok áramlási útjának hosszával, fordítottan arányos ennek az áramlásnak a keresztmetszeti területével, és fordítottan arányos az elektromos vezetőképességgel is, amely jellemző az elektromos tulajdonságokat írja le. a tér áramhordozó régióját alkotó anyagé.
A mágneses ellenállás egyenesen arányos a mágneses fluxus útjának hosszával, fordítottan arányos ennek a fluxusnak a keresztmetszeti területével, és fordítottan arányos a mágneses permeabilitással is, amely jellemző az anyag mágneses tulajdonságait írja le. amelyből a mágneses fluxust hordozó tér áll. (lásd - Ohm törvénye mágneses áramkörre).
Mágneses permeabilitás Egy anyag jellemzője, amely kifejezi képességét egy bizonyos mágneses fluxussűrűség fenntartására (lásd - Mágneses permeabilitás).
Bővebben erről a témáról: Elektromágneses tér - a felfedezés története és a fizikai tulajdonságok