Điện và từ, các định nghĩa cơ bản, các loại hạt mang điện chuyển động

"Khoa học về từ tính", giống như hầu hết các ngành khác, dựa trên rất ít khái niệm và khá đơn giản. Chúng khá đơn giản, ít nhất là về "chúng là gì", mặc dù khó giải thích hơn một chút "tại sao chúng lại như vậy". Một khi được chấp nhận như vậy, chúng có thể được sử dụng như những viên gạch xây dựng cơ bản cho sự phát triển của toàn bộ ngành học. Đồng thời, chúng đóng vai trò là kim chỉ nam trong nỗ lực giải thích các hiện tượng quan sát được.

Đầu tiên, có một thứ như "điện tử"… Electron không chỉ tồn tại—chúng có vô số ở mọi nơi chúng ta nhìn thấy.

điện tử là vật có khối lượng không đáng kể, mang điện tích âm đơn vị và quay quanh trục của nó với vận tốc không đổi. Một trong những biểu hiện của sự chuyển động của các electron là dòng điện; nói cách khác, dòng điện được "mang" bởi các điện tử.

Thứ hai, có một thứ như "cánh đồng"có thể được sử dụng để truyền năng lượng qua không gian trống rỗng.Theo nghĩa này, có ba loại trường chính - hấp dẫn, điện và từ trường (xem - Sự khác biệt giữa điện trường và từ trường).

Thứ ba, theo ý tưởng của Ampere mỗi electron chuyển động được bao quanh bởi một từ trường… Vì chỉ có các electron có spin là các electron đang chuyển động, nên một từ trường được tạo ra xung quanh mỗi electron có spin. Do đó, mỗi điện tử hoạt động như một vi mô Nam châm vĩnh cửu.

Thứ tư, theo ý tưởng của Lorentz một lực nào đó tác dụng lên một điện tích chuyển động trong từ trường… Nó là kết quả của sự tương tác của trường bên ngoài và trường của Ampe.

Cuối cùng, vật chất giữ được tính toàn vẹn của nó trong không gian nhờ lực hấp dẫn giữa các phân tử, có điện trường được tạo ra bởi điện tích của chúng và từ trường — vòng quay của họ.

Tất cả các hiện tượng từ tính có thể được giải thích trên cơ sở chuyển động của các hạt có cả khối lượng và điện tích. Các loại có thể có của các hạt như vậy bao gồm:

điện tử

Electron là hạt mang điện có kích thước rất nhỏ. Mỗi electron giống hệt nhau về mọi mặt đối với mọi electron khác.

1. Một electron có điện tích đơn vị âm và khối lượng không đáng kể.

2. Khối lượng của tất cả các electron luôn không đổi, mặc dù khối lượng biểu kiến ​​có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện môi trường.

3. Tất cả các electron đều quay quanh trục của chính chúng — có một spin với cùng vận tốc góc không đổi.

Hố

1. Lỗ trống được gọi là một vị trí nhất định trong mạng tinh thể, nơi nó có thể ở đó nhưng trong những điều kiện này không có điện tử. Do đó, lỗ trống có điện tích đơn vị dương và khối lượng không đáng kể.

2.Sự chuyển động của lỗ trống làm cho electron chuyển động ngược chiều. Do đó, một lỗ trống có cùng khối lượng và cùng spin với một electron chuyển động ngược chiều.

proton

Proton là một hạt lớn hơn nhiều so với electron và có điện tích hoàn toàn bằng về giá trị tuyệt đối với điện tích của electron, nhưng có cực tính ngược lại. Khái niệm về cực đối diện được xác định bởi các hiện tượng trái ngược nhau sau: một electron và một proton chịu lực hấp dẫn lẫn nhau, trong khi hai electron hoặc hai proton đẩy nhau.

Theo quy ước được áp dụng trong các thí nghiệm của Benjamin Franklin, điện tích của electron được coi là âm và điện tích của proton là dương. Vì tất cả các vật thể tích điện khác đều mang điện tích dương hoặc âm, có giá trị luôn là bội số chính xác của điện tích electron, nên giá trị sau được sử dụng làm "giá trị đơn vị" khi mô tả hiện tượng này.

1. Proton là một ion có điện tích đơn vị dương và khối lượng phân tử đơn vị.

2. Điện tích đơn vị dương của proton hoàn toàn trùng về giá trị tuyệt đối với điện tích đơn vị âm của electron, nhưng khối lượng của proton lớn gấp nhiều lần khối lượng của electron.

3. Tất cả các proton quay quanh trục của chính nó (có spin) với cùng một vận tốc góc, vận tốc góc này nhỏ hơn rất nhiều so với vận tốc góc quay của êlectron.

Xem thêm: Cấu trúc của nguyên tử — hạt cơ bản của vật chất, electron, proton, neutron

ion dương

1.Các ion dương có điện tích khác nhau có giá trị là bội số nguyên của điện tích proton và khối lượng khác nhau có giá trị là bội số nguyên của khối lượng proton và một số khối lượng bổ sung của các hạt hạ nguyên tử.

2. Chỉ những ion có số nucleon lẻ mới có spin.

3. Các ion có khối lượng khác nhau quay với vận tốc góc khác nhau.

ion âm

1. Có nhiều loại ion âm, hoàn toàn giống với ion dương, nhưng mang điện tích âm hơn là điện tích dương.

Mỗi hạt này, trong bất kỳ sự kết hợp nào, có thể di chuyển dọc theo các đường thẳng hoặc đường cong khác nhau với tốc độ khác nhau. Một tập hợp các hạt giống hệt nhau chuyển động nhiều hay ít thành một nhóm được gọi là chùm tia.

Mỗi hạt trong chùm tia có khối lượng, hướng và tốc độ chuyển động gần với thông số tương ứng của các hạt lân cận. Tuy nhiên, trong những điều kiện tổng quát hơn, vận tốc của các hạt riêng lẻ trong chùm tia khác nhau, tuân theo định luật phân bố của Maxwell.

Trong trường hợp này, các hạt có tốc độ gần bằng tốc độ trung bình của chùm tia đóng vai trò chủ đạo trong việc xuất hiện các hiện tượng từ tính, trong khi các hạt có tốc độ khác tạo ra hiệu ứng bậc hai.

Nếu sự chú ý chính được trả cho tốc độ chuyển động của các hạt, thì các hạt chuyển động với tốc độ cao được gọi là nóng và các hạt chuyển động với tốc độ thấp được gọi là lạnh. Các định nghĩa này là tương đối, nghĩa là chúng không phản ánh bất kỳ tốc độ tuyệt đối nào.

Định luật và định nghĩa cơ bản

Có hai định nghĩa khác nhau về từ trường: từ trường — Đây là khu vực gần các điện tích đang chuyển động, nơi có lực từ tác dụng.Bất kỳ khu vực nào mà một cơ thể tích điện chịu một lực khi nó di chuyển đều chứa từ trường.

Một hạt mang điện được bao quanh điện trường… Một hạt tích điện chuyển động có từ trường cùng với điện trường. Định luật Ampe thiết lập mối quan hệ giữa điện tích chuyển động và từ trường (xem — Định luật Ampe).

Nếu nhiều hạt nhỏ tích điện liên tục đi qua cùng một phần của quỹ đạo với tốc độ không đổi, thì tổng tác dụng của các từ trường chuyển động riêng lẻ của mỗi hạt sẽ tạo thành một từ trường vĩnh cửu được gọi là lĩnh vực của Bio Savara.

Trương hợp đặc biệt Định luật Ampe, được gọi là định luật Bio-Savard, xác định độ lớn của cường độ từ trường ở một khoảng cách nhất định từ một dây dẫn thẳng dài vô hạn có dòng điện chạy qua (Định luật Biot-Savard).

Vì vậy từ trường có cường độ nhất định, điện tích chuyển động càng lớn thì từ trường sinh ra càng mạnh. Ngoài ra, điện tích chuyển động càng nhanh thì từ trường càng mạnh.

Một điện tích đứng yên không tạo ra bất kỳ từ trường nào. Trên thực tế, từ trường không thể tồn tại độc lập với sự có mặt của điện tích chuyển động.

Định luật Lorentz xác định lực tác dụng lên hạt mang điện chuyển động trong từ trường. lực Lorentz hướng vuông góc với cả hướng của trường bên ngoài và hướng chuyển động của hạt. Có một "lực bên" tác dụng lên các hạt mang điện khi chúng chuyển động vuông góc với các đường sức từ.

Một cơ thể "tích điện từ" trong từ trường bên ngoài chịu một lực có xu hướng di chuyển cơ thể từ vị trí mà nó tăng cường từ trường bên ngoài sang vị trí mà trường bên ngoài sẽ yếu đi. Đây là biểu hiện của nguyên tắc sau: tất cả các hệ thống có xu hướng đạt đến một trạng thái được đặc trưng bởi năng lượng tối thiểu.

Quy tắc Lenz tuyên bố: "Nếu quỹ đạo của một hạt tích điện chuyển động thay đổi theo bất kỳ cách nào do tương tác của hạt với từ trường, thì những thay đổi này dẫn đến sự xuất hiện của một từ trường mới hoàn toàn ngược lại với từ trường gây ra những thay đổi này. «

Khả năng của cuộn dây điện từ tạo ra từ thông "chảy" qua mạch từ phụ thuộc vào cả số vòng dây và dòng điện chạy qua chúng. Cả hai yếu tố dẫn đến sự xuất hiện lực từ hay viết tắt là MDS… Nam châm vĩnh cửu có thể tạo ra lực từ tương tự.

Lực từ động làm cho từ thông chạy trong mạch từ cùng chiều với lực điện động (EMF) đảm bảo cho dòng điện chạy trong mạch điện.

Mạch từ về mặt nào đó tương tự như mạch điện, mặc dù trong mạch điện có chuyển động thực sự của các hạt tích điện, trong khi trong mạch từ không có chuyển động như vậy. Tác dụng của suất điện động sinh ra dòng điện được mô tả Định luật Ohm.

Cường độ từ trường Là sức từ động trên một đơn vị chiều dài của mạch từ tương ứng. Cảm ứng từ hay mật độ từ thông bằng từ thông xuyên qua một đơn vị diện tích của một mạch từ nhất định.

miễn cưỡng Là một đặc tính của một mạch từ nhất định xác định khả năng dẫn từ thông của nó trước tác dụng của lực từ.

Điện trở tính bằng ôm tỷ lệ thuận với độ dài đường đi của dòng điện tử, tỷ lệ nghịch với diện tích mặt cắt ngang của dòng này và cũng tỷ lệ nghịch với độ dẫn điện, một đặc tính mô tả các tính chất điện của chất tạo nên vùng không gian mang dòng điện.

Điện trở từ tỉ lệ thuận với độ dài đường đi của từ thông, tỉ lệ nghịch với diện tích tiết diện của từ thông này và cũng tỉ lệ nghịch với độ từ thẩm, một đặc trưng mô tả tính chất từ ​​của chất của mà không gian mang từ thông được cấu tạo.(xem - định luật Ôm cho mạch từ).

Tính thấm từ Một đặc tính của một chất thể hiện khả năng duy trì mật độ từ thông nhất định (xem - Tính thấm từ).

Thêm về chủ đề này: Trường điện từ - lịch sử khám phá và tính chất vật lý