Elektrisidad at magnetism, mga pangunahing kahulugan, mga uri ng gumagalaw na mga particle na may charge

Ang "agham ng magnetism", tulad ng karamihan sa iba pang mga disiplina, ay batay sa napakakaunti at sa halip simpleng mga konsepto. Ang mga ito ay medyo simple, hindi bababa sa mga tuntunin ng "kung ano sila", bagaman medyo mas mahirap ipaliwanag ang "bakit sila". Kapag natanggap na, maaari silang magamit bilang pangunahing mga bloke para sa pagbuo ng isang buong disiplina ng pag-aaral. Kasabay nito, nagsisilbi silang mga patnubay sa mga pagtatangka na ipaliwanag ang mga naobserbahang phenomena.

Una, mayroong isang bagay tulad ng "elektron"… Ang mga electron ay hindi lang umiiral—sila ay napakarami saanman tayo tumingin.

Elektron ay isang bagay ng hindi gaanong masa na nagdadala ng isang yunit ng negatibong singil sa kuryente at umiikot sa axis nito sa isang tiyak na pare-pareho ang bilis. Ang isa sa mga pagpapakita ng paggalaw ng mga electron ay mga electric current; sa madaling salita, ang mga electric current ay "dinadala" ng mga electron.

Pangalawa, mayroong isang bagay tulad ng "patlang"na maaaring magamit upang magpadala ng enerhiya sa pamamagitan ng kung hindi man ay walang laman na espasyo.Sa ganitong kahulugan, mayroong tatlong pangunahing uri ng mga patlang - gravitational, electric at magnetic (tingnan ang - Mga pagkakaiba sa pagitan ng electric at magnetic field).

Pangatlo, ayon sa mga ideya ni Ampere bawat gumagalaw na electron ay napapalibutan ng magnetic field… Dahil ang mga spin electron lamang ang mga electron na gumagalaw, isang magnetic field ang nalilikha sa paligid ng bawat electron na may spin. Dahil dito, ang bawat elektron ay kumikilos bilang isang microminiature permanenteng magnet.

Pang-apat, ayon sa mga ideya ni Lorentz ang isang tiyak na puwersa ay kumikilos sa isang electric charge na gumagalaw sa isang magnetic field… Ito ay resulta ng interaksyon ng panlabas na patlang at patlang ng Ampere.

Sa wakas, napapanatili ng bagay ang integridad nito sa espasyo salamat sa kaakit-akit na pwersa sa pagitan ng mga particle, na ang electric field ay nabuo sa pamamagitan ng kanilang electric charge, at ang magnetic field - kanilang pag-ikot.

Ang lahat ng mga magnetic phenomena ay maaaring ipaliwanag sa batayan ng paggalaw ng mga particle na may parehong mass at electric charge. Ang mga posibleng uri ng naturang mga particle ay kinabibilangan ng mga sumusunod:

Mga electron

Ang electron ay isang electrically charged particle na napakaliit ng sukat. Ang bawat elektron ay magkapareho sa bawat paggalang sa bawat iba pang elektron.

1. Ang isang electron ay may negatibong unit charge at hindi gaanong masa.

2. Ang masa ng lahat ng mga electron ay palaging nananatiling pare-pareho, kahit na ang maliwanag na masa ay napapailalim sa mga pagbabago depende sa mga kondisyon sa kapaligiran.

3. Ang lahat ng mga electron ay umiikot sa kanilang sariling axis — may isang spin na may parehong pare-pareho ang angular velocity.

Butas

1. Ang isang butas ay tinatawag na isang tiyak na posisyon sa kristal na sala-sala, kung saan maaaring ito ay, ngunit sa ilalim ng mga kondisyong ito ay walang elektron. Kaya, ang butas ay may positibong singil sa yunit at hindi gaanong masa.

2.Ang paggalaw ng butas ay nagiging sanhi ng paggalaw ng elektron sa tapat na direksyon. Samakatuwid, ang isang butas ay may eksaktong parehong masa at parehong pag-ikot bilang isang elektron na gumagalaw sa tapat na direksyon.

Mga proton

Ang proton ay isang particle na mas malaki kaysa sa isang electron at may electric charge na ganap na katumbas ng absolute value sa charge ng isang electron, ngunit may kabaligtaran na polarity. Ang konsepto ng magkasalungat na polarity ay tinukoy ng mga sumusunod na magkasalungat na phenomena: ang isang elektron at isang proton ay nakakaranas ng isang kaakit-akit na puwersa patungo sa isa't isa, habang ang dalawang electron o dalawang proton ay nagtataboy sa isa't isa.

Alinsunod sa convention na pinagtibay sa mga eksperimento ni Benjamin Franklin, ang singil ng elektron ay itinuturing na negatibo at ang singil ng proton ay positibo. Dahil ang lahat ng iba pang mga de-koryenteng katawan ay nagdadala ng mga singil sa kuryente, positibo o negatibo, na ang mga halaga ay palaging eksaktong multiple ng singil ng elektron, ang huli ay ginagamit bilang "halaga ng yunit" kapag inilalarawan ang hindi pangkaraniwang bagay na ito.

1. Ang proton ay isang ion na may positibong unit charge at isang unit na molekular na timbang.

2. Ang positibong unit charge ng proton ay ganap na tumutugma sa absolute value sa negatibong unit charge ng electron, ngunit ang mass ng proton ay maraming beses na mas malaki kaysa sa mass ng electron.

3. Ang lahat ng proton ay umiikot sa kanilang sariling axis (may spin) na may parehong angular na bilis, na mas maliit kaysa sa angular na bilis ng pag-ikot ng elektron.

Tingnan din: Ang istraktura ng mga atomo - elementarya na mga particle ng matter, electron, protons, neutrons

Mga positibong ion

1.Ang mga positibong ion ay may iba't ibang singil na ang mga halaga ay isang integer multiple ng singil ng proton, at iba't ibang masa na ang mga halaga ay binubuo ng isang integer multiple ng masa ng proton at ilang karagdagang masa ng mga subatomic na particle.

2. Ang mga ion lamang na may kakaibang bilang ng mga nucleon ang may spin.

3. Ang mga ion ng iba't ibang masa ay umiikot na may iba't ibang angular na bilis.

Mga negatibong ion

1. May mga uri ng mga negatibong ion, ganap na kahalintulad sa mga positibong ion, ngunit nagdadala ng negatibo sa halip na isang positibong singil.

Ang bawat isa sa mga particle na ito, sa anumang kumbinasyon, ay maaaring lumipat sa iba't ibang tuwid o hubog na mga landas sa iba't ibang bilis. Ang isang koleksyon ng magkatulad na mga particle na gumagalaw nang higit pa o mas kaunti bilang isang grupo ay tinatawag na isang sinag.

Ang bawat particle sa beam ay may masa, direksyon at bilis ng paggalaw na malapit sa kaukulang mga parameter ng mga kalapit na particle. Gayunpaman, sa ilalim ng mas pangkalahatang mga kondisyon, ang mga bilis ng indibidwal na mga particle sa beam ay naiiba, na sumusunod sa batas ng pamamahagi ni Maxwell.

Sa kasong ito, ang nangingibabaw na papel sa paglitaw ng mga magnetic phenomena ay nilalaro ng mga particle na ang bilis ay malapit sa average na bilis ng sinag, habang ang mga particle na may iba pang mga bilis ay bumubuo ng mga epekto ng pangalawang order.

Kung ang pangunahing pansin ay binabayaran sa bilis ng paggalaw ng mga particle, kung gayon ang mga particle na gumagalaw sa isang mataas na bilis ay tinatawag na mainit, at ang mga particle na gumagalaw sa isang mababang bilis ay tinatawag na malamig. Ang mga kahulugan na ito ay kamag-anak, iyon ay, hindi sila nagpapakita ng anumang ganap na bilis.

Mga pangunahing batas at kahulugan

Mayroong dalawang magkaibang kahulugan ng magnetic field: magnetic field — Ito ay isang lugar na malapit sa gumagalaw na mga singil sa kuryente kung saan may mga puwersang magnetic.Anumang rehiyon kung saan ang isang katawan na may kuryente ay nakakaranas ng puwersa habang ito ay gumagalaw ay naglalaman ng magnetic field.

Napapalibutan ang isang particle na may kuryente electric field… Ang gumagalaw na particle na may kuryente ay may magnetic field kasama ng electric. Itinatag ng batas ng Ampere ang kaugnayan sa pagitan ng mga gumagalaw na singil at mga magnetic field (tingnan ang — Batas ng Ampere).

Kung maraming maliliit na electrically charged na particle ang patuloy na dumadaan sa parehong bahagi ng trajectory sa pare-parehong bilis, kung gayon ang kabuuang epekto ng indibidwal na gumagalaw na magnetic field ng bawat particle ay katumbas ng pagbuo ng permanenteng magnetic field na kilala bilang larangan ng Bio Savara.

Espesyal na kaso Batas ng Ampere, na tinatawag na batas ng Bio-Savard, ay tumutukoy sa magnitude ng lakas ng magnetic field sa isang partikular na distansya mula sa isang walang katapusang mahabang tuwid na kawad kung saan dumadaloy ang isang electric current (Batas ni Biot-Savard).

Kaya't ang magnetic field ay may isang tiyak na lakas. Kung mas malaki ang gumagalaw na electric charge, mas malakas ang resultang magnetic field. Gayundin, mas mabilis ang paggalaw ng electric charge, mas malakas ang magnetic field.

Ang isang nakatigil na electric charge ay hindi bumubuo ng anumang magnetic field. Sa katunayan, ang isang magnetic field ay hindi maaaring umiral nang nakapag-iisa sa pagkakaroon ng gumagalaw na electric charge.

Tinukoy ng batas ni Lorentz ang puwersa na kumikilos sa isang gumagalaw na particle na may kuryente sa isang magnetic field. Lorentz force nakadirekta patayo sa parehong direksyon ng panlabas na field at direksyon ng paggalaw ng particle. Mayroong isang "lateral force" na kumikilos sa mga sisingilin na particle kapag gumagalaw sila sa tamang mga anggulo sa mga linya ng magnetic field.

Ang isang "magnetically charged" na katawan sa isang panlabas na magnetic field ay nakakaranas ng isang puwersa na may posibilidad na ilipat ang katawan mula sa isang posisyon kung saan pinapalakas nito ang panlabas na field patungo sa isang posisyon kung saan ang panlabas na field ay humina. Ito ang pagpapakita ng sumusunod na prinsipyo: lahat ng mga sistema ay may posibilidad na maabot ang isang estado na nailalarawan sa pinakamababang enerhiya.

Ang tuntunin ni Lenz ay nagsasaad: "Kung ang tilapon ng isang gumagalaw na may charge na particle ay nagbabago sa anumang paraan bilang resulta ng pakikipag-ugnayan ng particle sa isang magnetic field, kung gayon ang mga pagbabagong ito ay humahantong sa paglitaw ng isang bagong magnetic field na eksaktong kabaligtaran ng magnetic field na naging sanhi ng mga pagbabagong ito. «

Ang kakayahan ng isang solenoid na lumikha ng isang "umaagos" na magnetic flux sa pamamagitan ng magnetic circuit ay depende sa parehong bilang ng mga pagliko ng wire at ang kasalukuyang dumadaloy sa kanila. Ang parehong mga kadahilanan ay humantong sa paglitaw magnetomotive force o MDS para sa maikli… Ang mga permanenteng magnet ay maaaring lumikha ng katulad na magnetomotive force.

Ginagawa ng magnetomotive force ang magnetic flux na daloy sa magnetic circuit sa parehong paraan tulad ng electromotive force (EMF) tinitiyak ang daloy ng electric current sa isang electrical circuit.

Ang mga magnetic circuit ay sa ilang mga paraan ay kahalintulad sa mga electric circuit, bagaman sa mga electric circuit ay may aktwal na paggalaw ng mga sisingilin na particle, habang sa magnetic circuit ay walang ganoong paggalaw. Inilalarawan ang pagkilos ng electromotive force na bumubuo ng electric current Batas ng Ohm.

Lakas ng magnetic field Ay ang magnetomotive force bawat yunit ng haba ng kaukulang magnetic circuit. Ang magnetic induction o flux density ay katumbas ng magnetic flux na dumadaan sa isang unit area ng isang ibinigay na magnetic circuit.

Pag-aatubili Ay isang katangian ng isang tiyak na magnetic circuit na tumutukoy sa kakayahan nitong magsagawa ng magnetic flux bilang tugon sa pagkilos ng isang magnetomotive force.

Ang electrical resistance sa ohms ay direktang proporsyonal sa haba ng landas ng daloy ng mga electron, inversely proportional sa cross-sectional area ng daloy na ito, at inversely proportional din sa electrical conductivity, isang katangian na naglalarawan ng mga electrical properties. ng sangkap na bumubuo sa kasalukuyang nagdadala na rehiyon ng kalawakan.

Ang magnetic resistance ay direktang proporsyonal sa haba ng landas ng magnetic flux, inversely proportional sa cross-sectional area ng flux na ito, at inversely proportional din sa magnetic permeability, isang katangian na naglalarawan sa magnetic properties ng substance ng kung saan ang espasyo na nagdadala ng magnetic flux ay binubuo. (tingnan ang — Batas ng Ohm para sa isang magnetic circuit).

Magnetic permeability Isang katangian ng isang sangkap na nagpapahayag ng kakayahan nitong mapanatili ang isang partikular na magnetic flux density (tingnan ang — Magnetic permeability).

Higit pa sa paksang ito: Electromagnetic field - kasaysayan ng pagtuklas at pisikal na katangian