Elektrik ve manyetizma, temel tanımlar, hareketli yüklü parçacıkların türleri

Diğer birçok disiplin gibi "manyetizma bilimi" de çok az sayıda ve oldukça basit kavramlara dayanmaktadır. En azından "ne oldukları" açısından oldukça basitler, ancak "neden olduklarını" açıklamak biraz daha zor. Bu şekilde kabul edildikten sonra, bütün bir çalışma disiplininin gelişimi için temel yapı taşları olarak kullanılabilirler. Aynı zamanda, gözlemlenen fenomenleri açıklama girişimlerinde kılavuz görevi görürler.

Birincisi, böyle bir şey var "elektron"… Elektronlar öylece var olmazlar; baktığımız her yerde sayısızdırlar.

Elektron bir birim negatif elektrik yükü taşıyan ve kendi ekseni etrafında belirli bir sabit hızla dönen ihmal edilebilir bir kütleye sahip bir nesnedir. Elektronların hareketinin tezahürlerinden biri elektrik akımlarıdır; başka bir deyişle, elektrik akımları elektronlar tarafından "taşınır".

İkincisi, böyle bir şey var. "alan"normalde boş olan uzaydan enerji iletmek için kullanılabilir.Bu anlamda, üç ana alan türü vardır - yerçekimi, elektrik ve manyetik (bkz. Elektrik ve manyetik alan arasındaki farklar).

Üçüncüsü, Ampere'in fikirlerine göre hareket eden her elektron bir manyetik alanla çevrilidir… Yalnızca spin elektronları hareket halindeki elektronlar olduğundan, spinli her elektronun etrafında bir manyetik alan oluşur. Sonuç olarak, her elektron bir mikro minyatür gibi davranır. kalıcı mıknatıs.

Dördüncüsü, Lorentz'in fikirlerine göre Manyetik alanda hareket eden bir elektrik yüküne belirli bir kuvvet etki eder.… Dış alan ile Ampere alanının etkileşiminin sonucudur.

Son olarak, madde sayesinde uzayda bütünlüğünü korur. parçacıklar arasındaki çekici kuvvetler, elektrik alanı elektrik yükleri tarafından üretilir ve manyetik alan - dönüşleri.

Tüm manyetik fenomenler, hem kütleye hem de elektrik yüküne sahip olan parçacıkların hareketi temelinde açıklanabilir. Bu tür parçacıkların olası türleri aşağıdakileri içerir:

elektronlar

Bir elektron, çok küçük boyutlu, elektrik yüklü bir parçacıktır. Her elektron, diğer tüm elektronlarla her bakımdan aynıdır.

1. Bir elektron negatif birim yüke ve ihmal edilebilir bir kütleye sahiptir.

2. Görünen kütle çevresel koşullara bağlı olarak değişse de, tüm elektronların kütlesi her zaman sabit kalır.

3. Tüm elektronlar kendi eksenleri etrafında dönerler — aynı sabit açısal hızla dönerler.

delikler

1. Delik, kristal kafeste olabileceği belirli bir konum olarak adlandırılır, ancak bu koşullar altında elektron yoktur. Böylece, delik pozitif bir birim yüke ve ihmal edilebilir bir kütleye sahiptir.

2.Deliğin hareketi elektronun ters yönde hareket etmesine neden olur. Bu nedenle, bir boşluk, zıt yönde hareket eden bir elektronla tam olarak aynı kütleye ve aynı dönüşe sahiptir.

protonlar

Bir proton, bir elektrondan çok daha büyük olan ve mutlak değerde bir elektronun yüküne kesinlikle eşit olan ancak zıt kutuplara sahip bir elektrik yüküne sahip olan bir parçacıktır. Zıt polarite kavramı, aşağıdaki zıt fenomenlerle tanımlanır: bir elektron ve bir proton birbirine doğru çekici bir kuvvet yaşarken, iki elektron veya iki proton birbirini iter.

Benjamin Franklin'in deneylerinde benimsenen uylaşıma göre, elektronun yükü negatif, protonun yükü ise pozitif olarak kabul edilir. Elektrik yüklü diğer tüm cisimler, değerleri her zaman elektron yükünün tam katları olan pozitif veya negatif elektrik yükleri taşıdığından, ikincisi, bu fenomeni açıklarken "birim değer" olarak kullanılır.

1. Proton, pozitif birim yükü ve birim moleküler ağırlığı olan bir iyondur.

2. Protonun pozitif birim yükü, elektronun negatif birim yükü ile mutlak değerde kesinlikle çakışır, ancak protonun kütlesi elektronun kütlesinden birçok kez daha fazladır.

3. Tüm protonlar, elektron dönüşünün açısal hızından çok daha küçük olan aynı açısal hızla kendi eksenleri etrafında dönerler (spinleri vardır).

Ayrıca bakınız: Atomların yapısı - maddenin temel parçacıkları, elektronlar, protonlar, nötronlar

pozitif iyonlar

1.Pozitif iyonlar, değerleri proton yükünün tam sayı katı olan farklı yüklere ve değerleri proton kütlesinin tam sayı katından ve bazı ek atom altı parçacık kütlesinden oluşan farklı kütlelere sahiptir.

2. Sadece tek sayıda nükleon içeren iyonların spini vardır.

3. Farklı kütlelere sahip iyonlar, farklı açısal hızlarla dönerler.

negatif iyonlar

1. Pozitif iyonlara tamamen benzeyen, ancak pozitif yerine negatif yük taşıyan negatif iyon çeşitleri vardır.

Bu parçacıkların her biri, herhangi bir kombinasyon halinde, farklı hızlarda farklı düz veya kavisli yollar boyunca hareket edebilir. Az ya da çok bir grup olarak hareket eden özdeş parçacıkların bir koleksiyonuna ışın denir.

Kirişteki her parçacık, komşu parçacıkların karşılık gelen parametrelerine yakın bir kütleye, yöne ve hareket hızına sahiptir. Bununla birlikte, daha genel koşullar altında, huzmedeki bireysel parçacıkların hızları, Maxwell'in dağılım yasasına uyarak farklılık gösterir.

Bu durumda, manyetik fenomenin ortaya çıkmasında baskın rol, hızı ışının ortalama hızına yakın olan parçacıklar tarafından oynanırken, diğer hızlara sahip parçacıklar ikinci dereceden etkiler üretir.

Parçacıkların hareket hızına asıl dikkat edilirse, yüksek hızda hareket eden parçacıklara sıcak, düşük hızda hareket eden parçacıklara ise soğuk denir. Bu tanımlar görecelidir, yani herhangi bir mutlak hızı yansıtmazlar.

Temel yasalar ve tanımlar

Manyetik alanın iki farklı tanımı vardır: manyetik alan — Bu, manyetik kuvvetlerin uygulandığı hareketli elektrik yüklerinin yakınındaki bir alandır.Elektrik yüklü bir cismin hareket ederken bir kuvvetle karşılaştığı herhangi bir bölge bir manyetik alan içerir.

Elektrik yüklü bir parçacık çevrilidir Elektrik alanı… Hareket eden elektrik yüklü bir parçacık, elektrikle birlikte bir manyetik alana sahiptir. Ampere yasası, hareketli yükler ve manyetik alanlar arasındaki ilişkiyi kurar (bkz. Amper Yasası).

Elektrik yüklü birçok küçük parçacık, yörüngenin aynı kısmından sabit bir hızla sürekli olarak geçerse, o zaman her bir parçacığın ayrı ayrı hareket eden manyetik alanlarının toplam etkisi, olarak bilinen kalıcı bir manyetik alanın oluşumuna denk gelir. Bio Savara tarlaları.

Özel durum Amper YasasıBio-Savard yasası olarak adlandırılan, içinden bir elektrik akımının aktığı sonsuz uzunluktaki düz bir telden belirli bir mesafedeki manyetik alan gücünün büyüklüğünü belirler (Biot-Savard yasası).

Yani manyetik alan belirli bir güce sahiptir Hareket eden elektrik yükü ne kadar büyük olursa, ortaya çıkan manyetik alan o kadar güçlü olur. Ayrıca, elektrik yükü ne kadar hızlı hareket ederse, manyetik alan o kadar güçlü olur.

Sabit bir elektrik yükü herhangi bir manyetik alan oluşturmaz. Aslında, bir manyetik alan, hareketli bir elektrik yükünün varlığından bağımsız olarak var olamaz.

Lorentz yasası, manyetik alanda hareket eden elektrik yüklü bir parçacığa etki eden kuvveti tanımlar. Lorentz kuvveti hem dış alanın yönüne hem de parçacığın hareket yönüne dik olarak yönlendirilir. Yüklü parçacıklar manyetik alan çizgilerine dik açılarda hareket ettiklerinde onlara etki eden bir "yanal kuvvet" vardır.

Bir dış manyetik alandaki "manyetik olarak yüklü" bir cisim, bedeni dış alanı güçlendirdiği bir konumdan dış alanın zayıflayacağı bir konuma hareket ettirme eğiliminde olan bir kuvvetle karşılaşır. Bu, aşağıdaki ilkenin tezahürüdür: tüm sistemler minimum enerji ile karakterize edilen bir duruma ulaşma eğilimindedir.

Lenz'in kuralı "Hareketli yüklü bir parçacığın yörüngesi, parçacığın manyetik alanla etkileşimi sonucunda herhangi bir şekilde değişirse, bu değişiklikler, bu değişikliklere neden olan manyetik alanın tam tersi yeni bir manyetik alanın ortaya çıkmasına yol açar. «

Bir solenoidin bir manyetik devre boyunca "akan" bir manyetik akı oluşturma yeteneği, hem telin sarım sayısına hem de içinden geçen akıma bağlıdır. Her iki faktör de ortaya çıkmasına neden olur manyetomotor kuvveti veya kısaca MDS… Kalıcı mıknatıslar benzer bir manyemotor kuvveti oluşturabilir.

Manyetomotor kuvveti, manyetik devredeki manyetik akı akışını aynı şekilde yapar. elektromotor kuvveti (EMF) Bir elektrik devresinde elektrik akımının akışını sağlar.

Manyetik devreler bazı açılardan elektrik devrelerine benzer, ancak elektrik devrelerinde yüklü parçacıkların gerçek hareketi varken manyetik devrelerde böyle bir hareket yoktur. Bir elektrik akımı oluşturan elektromotor kuvvetinin etkisi açıklanmaktadır. Ohm Yasası.

Manyetik alan kuvveti Karşılık gelen manyetik devrenin birim uzunluğu başına manyetomotor kuvvetidir. Manyetik indüksiyon veya akı yoğunluğu, belirli bir manyetik devrenin birim alanından geçen manyetik akıya eşittir.

isteksizlik Bir manyetomotor kuvvetinin etkisine yanıt olarak manyetik akı iletme yeteneğini belirleyen belirli bir manyetik devrenin özelliğidir.

Ohm cinsinden elektrik direnci, elektron akış yolunun uzunluğu ile doğru orantılıdır, bu akışın enine kesit alanı ile ters orantılıdır ve ayrıca elektriksel özellikleri açıklayan bir özellik olan elektriksel iletkenlik ile ters orantılıdır. uzayın akım taşıyan bölgesini oluşturan madde.

Manyetik direnç, manyetik akı yolunun uzunluğu ile doğru orantılıdır, bu akının kesit alanı ile ters orantılıdır ve ayrıca maddenin manyetik özelliklerini tanımlayan bir özellik olan manyetik geçirgenlik ile ters orantılıdır. manyetik akıyı taşıyan boşluğun oluştuğu yer (bkz. Manyetik devre için Ohm yasası).

Manyetik geçirgenlik Belirli bir manyetik akı yoğunluğunu koruma yeteneğini ifade eden bir maddenin özelliği (bkz. Manyetik geçirgenlik).

Bu konu hakkında daha fazlası: Elektromanyetik alan - keşif tarihi ve fiziksel özellikler