Elettricità e magnetismo, definizioni di base, tipi di particelle cariche in movimento

La "scienza del magnetismo", come la maggior parte delle altre discipline, si basa su pochissimi e piuttosto semplici concetti. Sono abbastanza semplici, almeno in termini di "cosa sono", anche se è un po' più difficile spiegare "perché lo sono". Una volta accettate come tali, possono essere utilizzate come elementi costitutivi di base per lo sviluppo di un'intera disciplina di studio. Allo stesso tempo, servono come linee guida nei tentativi di spiegare i fenomeni osservati.

Innanzitutto, esiste una cosa come "elettrone"… Gli elettroni non esistono solo: sono una miriade ovunque guardiamo.

Elettrone è un oggetto di massa trascurabile che trasporta una carica elettrica negativa unitaria e ruota attorno al proprio asse a una certa velocità costante. Una delle manifestazioni del movimento degli elettroni sono le correnti elettriche; in altre parole, le correnti elettriche sono "portate" dagli elettroni.

In secondo luogo, esiste una cosa come "campo"che può essere utilizzato per trasmettere energia attraverso quello che altrimenti sarebbe spazio vuoto.In questo senso, ci sono tre tipi principali di campi: gravitazionale, elettrico e magnetico (vedi Differenze tra campo elettrico e magnetico).

Terzo, secondo le idee di Ampere ogni elettrone in movimento è circondato da un campo magnetico… Poiché solo gli elettroni di spin sono elettroni in movimento, attorno a ciascun elettrone con spin viene creato un campo magnetico. Di conseguenza, ogni elettrone agisce come una microminiatura magnete permanente.

Quarto, secondo le idee di Lorentz una certa forza agisce su una carica elettrica che si muove in un campo magnetico… È il risultato dell'interazione del campo esterno e del campo di Ampere.

Infine, la materia mantiene la sua integrità nello spazio grazie a forze attrattive tra le particelle, il cui campo elettrico è generato dalla loro carica elettrica, e il campo magnetico — la loro rotazione.

Tutti i fenomeni magnetici possono essere spiegati sulla base del moto di particelle che hanno sia massa che carica elettrica. Possibili tipi di tali particelle includono quanto segue:

Elettroni

Un elettrone è una particella elettricamente carica di dimensioni molto piccole. Ogni elettrone è identico sotto ogni aspetto a ogni altro elettrone.

1. Un elettrone ha una carica unitaria negativa e una massa trascurabile.

2. La massa di tutti gli elettroni rimane sempre costante, sebbene la massa apparente sia soggetta a variazioni a seconda delle condizioni ambientali.

3. Tutti gli elettroni ruotano attorno al proprio asse - hanno una rotazione con la stessa velocità angolare costante.

Buchi

1. Un buco è chiamato una certa posizione nel reticolo cristallino, dove potrebbe essere, ma in queste condizioni non c'è nessun elettrone. Pertanto, il foro ha una carica unitaria positiva e una massa trascurabile.

2.Il movimento del buco fa muovere l'elettrone nella direzione opposta. Pertanto, una lacuna ha esattamente la stessa massa e lo stesso spin di un elettrone che si muove nella direzione opposta.

Protoni

Un protone è una particella che è molto più grande di un elettrone e ha una carica elettrica che è assolutamente uguale in valore assoluto alla carica di un elettrone, ma ha la polarità opposta. Il concetto di polarità opposta è definito dai seguenti fenomeni opposti: un elettrone e un protone subiscono una forza attrattiva l'uno verso l'altro, mentre due elettroni o due protoni si respingono.

Secondo la convenzione adottata negli esperimenti di Benjamin Franklin, la carica dell'elettrone è considerata negativa e quella del protone è positiva. Poiché tutti gli altri corpi elettricamente carichi portano cariche elettriche, positive o negative, i cui valori sono sempre multipli esatti della carica dell'elettrone, quest'ultima viene utilizzata come "valore unitario" per descrivere questo fenomeno.

1. Un protone è uno ione con una carica unitaria positiva e un peso molecolare unitario.

2. La carica unitaria positiva del protone coincide assolutamente in valore assoluto con la carica unitaria negativa dell'elettrone, ma la massa del protone è molte volte maggiore della massa dell'elettrone.

3. Tutti i protoni ruotano attorno al proprio asse (hanno spin) con la stessa velocità angolare, che è molto più piccola della velocità angolare di rotazione dell'elettrone.

Guarda anche: La struttura degli atomi — particelle elementari di materia, elettroni, protoni, neutroni

Ioni positivi

1.Gli ioni positivi hanno cariche diverse i cui valori sono un multiplo intero della carica del protone e masse diverse i cui valori sono costituiti da un multiplo intero della massa del protone e una massa aggiuntiva di particelle subatomiche.

2. Solo gli ioni con un numero dispari di nucleoni hanno spin.

3. Ioni di massa diversa ruotano con velocità angolari diverse.

Ioni negativi

1. Esistono varietà di ioni negativi, del tutto analoghe agli ioni positivi, ma che portano una carica negativa piuttosto che positiva.

Ognuna di queste particelle, in qualsiasi combinazione, può muoversi lungo diversi percorsi rettilinei o curvi a velocità diverse. Un insieme di particelle identiche che si muovono più o meno come un gruppo è chiamato raggio.

Ogni particella nel raggio ha una massa, direzione e velocità di movimento vicine ai parametri corrispondenti delle particelle vicine. Tuttavia, in condizioni più generali, le velocità delle singole particelle nel raggio differiscono, obbedendo alla legge di distribuzione di Maxwell.

In questo caso, il ruolo dominante nella comparsa dei fenomeni magnetici è giocato da particelle la cui velocità è vicina alla velocità media del raggio, mentre le particelle con velocità diverse generano effetti di secondo ordine.

Se l'attenzione principale è rivolta alla velocità di movimento delle particelle, le particelle che si muovono ad alta velocità sono chiamate calde e le particelle che si muovono a bassa velocità sono chiamate fredde. Queste definizioni sono relative, cioè non riflettono alcuna velocità assoluta.

Leggi fondamentali e definizioni

Esistono due diverse definizioni di campo magnetico: campo magnetico — Questa è un'area vicino a cariche elettriche in movimento dove vengono esercitate forze magnetiche.Qualsiasi regione in cui un corpo elettricamente carico sperimenta una forza mentre si muove contiene un campo magnetico.

Una particella elettricamente carica è circondata campo elettrico… Una particella carica elettricamente in movimento ha un campo magnetico insieme a uno elettrico. La legge di Ampere stabilisce la relazione tra cariche in movimento e campi magnetici (vedi — Legge di Ampere).

Se molte piccole particelle elettricamente cariche attraversano continuamente la stessa parte della traiettoria a velocità costante, allora l'effetto totale dei singoli campi magnetici in movimento di ciascuna particella equivale alla formazione di un campo magnetico permanente noto come campi di Bio Savara.

Caso speciale Legge di Ampere, chiamata legge di Bio-Savard, determina l'intensità dell'intensità del campo magnetico a una data distanza da un filo rettilineo infinitamente lungo attraverso il quale scorre una corrente elettrica (Legge di Biot-Savard).

Quindi il campo magnetico ha una certa intensità: maggiore è la carica elettrica in movimento, più forte è il campo magnetico risultante. Inoltre, più velocemente si muove la carica elettrica, più forte è il campo magnetico.

Una carica elettrica stazionaria non genera alcun campo magnetico. Infatti, un campo magnetico non può esistere indipendentemente dalla presenza di una carica elettrica in movimento.

La legge di Lorentz definisce la forza che agisce su una particella elettricamente carica in movimento in un campo magnetico. Forza di Lorentz diretto perpendicolarmente sia alla direzione del campo esterno che alla direzione del moto della particella. C'è una "forza laterale" che agisce sulle particelle cariche quando si muovono ad angolo retto rispetto alle linee del campo magnetico.

Un corpo "magneticamente carico" in un campo magnetico esterno subisce una forza che tende a spostare il corpo da una posizione in cui rafforza il campo esterno a una posizione in cui il campo esterno si indebolirebbe. Questa è la manifestazione del seguente principio: tutti i sistemi tendono a raggiungere uno stato caratterizzato da energia minima.

Regola di Lenz afferma: "Se la traiettoria di una particella carica in movimento cambia in qualche modo come risultato dell'interazione della particella con un campo magnetico, allora questi cambiamenti portano alla comparsa di un nuovo campo magnetico esattamente opposto al campo magnetico che ha causato questi cambiamenti. «

La capacità di un solenoide di creare un flusso magnetico "scorrevole" attraverso un circuito magnetico dipende sia dal numero di spire del filo che dalla corrente che scorre attraverso di esse. Entrambi i fattori portano all'occorrenza forza magnetomotrice o MDS in breve… I magneti permanenti possono creare una forza magnetomotrice simile.

La forza magnetomotrice fa fluire il flusso magnetico nel circuito magnetico allo stesso modo di forza elettromotrice (EMF) garantisce il flusso di corrente elettrica in un circuito elettrico.

I circuiti magnetici sono in qualche modo analoghi ai circuiti elettrici, sebbene nei circuiti elettrici ci sia un movimento effettivo di particelle cariche, mentre nei circuiti magnetici non c'è un tale movimento. Viene descritta l'azione della forza elettromotrice che genera una corrente elettrica Legge di Ohm.

Intensità del campo magnetico È la forza magnetomotrice per unità di lunghezza del circuito magnetico corrispondente. L'induzione magnetica o densità di flusso è uguale al flusso magnetico che passa attraverso un'area unitaria di un dato circuito magnetico.

Riluttanza È una caratteristica di un certo circuito magnetico che determina la sua capacità di condurre un flusso magnetico in risposta all'azione di una forza magnetomotrice.

La resistenza elettrica in ohm è direttamente proporzionale alla lunghezza del percorso del flusso di elettroni, inversamente proporzionale all'area della sezione trasversale di questo flusso, e anche inversamente proporzionale alla conducibilità elettrica, caratteristica che descrive le proprietà elettriche della sostanza che costituisce la regione di spazio percorsa da corrente.

La resistenza magnetica è direttamente proporzionale alla lunghezza del percorso del flusso magnetico, inversamente proporzionale all'area della sezione trasversale di questo flusso, e anche inversamente proporzionale alla permeabilità magnetica, una caratteristica che descrive le proprietà magnetiche della sostanza di di cui è composto lo spazio che trasporta il flusso magnetico (vedi — Legge di Ohm per un circuito magnetico).

Permeabilità magnetica Una caratteristica di una sostanza che esprime la sua capacità di mantenere una certa densità di flusso magnetico (vedi — Permeabilità magnetica).

Altro su questo argomento: Campo elettromagnetico - storia della scoperta e proprietà fisiche