Listrik dan magnet, definisi dasar, jenis partikel bermuatan bergerak

"Ilmu magnetisme", seperti kebanyakan disiplin ilmu lainnya, didasarkan pada konsep yang sangat sedikit dan agak sederhana. Mereka cukup sederhana, setidaknya dalam hal "apa adanya", meskipun sedikit lebih sulit untuk menjelaskan "mengapa adanya". Setelah diterima seperti itu, mereka dapat digunakan sebagai blok bangunan dasar untuk pengembangan seluruh disiplin ilmu. Pada saat yang sama, mereka berfungsi sebagai pedoman dalam upaya menjelaskan fenomena yang diamati.

Pertama, ada yang namanya "elektron"… Elektron tidak hanya ada—mereka sangat banyak di mana pun kita memandang.

Elektron adalah objek dengan massa yang dapat diabaikan yang membawa satu unit muatan listrik negatif dan berputar pada sumbunya dengan kecepatan konstan tertentu. Salah satu manifestasi dari pergerakan elektron adalah arus listrik; dengan kata lain, arus listrik "dibawa" oleh elektron.

Kedua, ada yang namanya "bidang"yang dapat digunakan untuk mentransmisikan energi melalui ruang kosong.Dalam pengertian ini, ada tiga jenis medan utama - gravitasi, listrik, dan magnet (lihat - Perbedaan medan listrik dan medan magnet).

Ketiga, menurut gagasan Ampere setiap elektron yang bergerak dikelilingi oleh medan magnet… Karena hanya elektron spin yang merupakan elektron yang bergerak, medan magnet dibuat di sekitar setiap elektron dengan spin. Akibatnya, setiap elektron bertindak sebagai mikrominiatur magnet permanen.

Keempat, menurut gagasan Lorentz gaya tertentu bekerja pada muatan listrik yang bergerak dalam medan magnet… Ini adalah hasil dari interaksi medan luar dan medan Ampere.

Akhirnya, materi mempertahankan integritasnya di luar angkasa berkat gaya tarik menarik antar partikel, yang medan listriknya dihasilkan oleh muatan listriknya, dan medan magnetnya — rotasi mereka.

Semua fenomena magnetik dapat dijelaskan berdasarkan gerak partikel yang memiliki muatan massa dan listrik. Jenis partikel yang mungkin termasuk yang berikut:

Elektron

Elektron adalah partikel bermuatan listrik dengan ukuran sangat kecil. Setiap elektron identik dalam segala hal dengan setiap elektron lainnya.

1. Sebuah elektron memiliki muatan satuan negatif dan massa yang dapat diabaikan.

2. Massa semua elektron selalu tetap konstan, meskipun massa yang tampak dapat berubah bergantung pada kondisi lingkungan.

3. Semua elektron berputar pada sumbunya sendiri — memiliki putaran dengan kecepatan sudut konstan yang sama.

Lubang

1. Sebuah lubang disebut posisi tertentu dalam kisi kristal, di mana itu bisa terjadi, tetapi dalam kondisi ini tidak ada elektron. Dengan demikian, lubang tersebut memiliki muatan satuan positif dan massa yang dapat diabaikan.

2.Pergerakan lubang menyebabkan elektron bergerak ke arah yang berlawanan. Oleh karena itu, sebuah lubang memiliki massa yang persis sama dan putaran yang sama dengan elektron yang bergerak ke arah yang berlawanan.

Proton

Proton adalah partikel yang jauh lebih besar dari elektron dan memiliki muatan listrik yang benar-benar sama nilainya dengan muatan elektron, tetapi memiliki polaritas yang berlawanan. Konsep polaritas berlawanan didefinisikan oleh fenomena berlawanan berikut: elektron dan proton mengalami gaya tarik-menarik terhadap satu sama lain, sementara dua elektron atau dua proton saling tolak.

Sesuai dengan konvensi yang dianut dalam eksperimen Benjamin Franklin, muatan elektron dianggap negatif dan muatan proton dianggap positif. Karena semua benda bermuatan listrik lainnya membawa muatan listrik, positif atau negatif, yang nilainya selalu merupakan kelipatan tepat dari muatan elektron, yang terakhir digunakan sebagai "nilai satuan" saat menjelaskan fenomena ini.

1. Proton adalah ion dengan muatan satuan positif dan berat molekul satuan.

2. Muatan satuan positif proton benar-benar bertepatan dalam nilai absolut dengan muatan satuan negatif elektron, tetapi massa proton jauh lebih besar daripada massa elektron.

3. Semua proton berputar mengelilingi porosnya sendiri (berputar) dengan kecepatan sudut yang sama, yang jauh lebih kecil daripada kecepatan sudut rotasi elektron.

Lihat juga: Struktur atom — partikel dasar materi, elektron, proton, neutron

ion positif

1.Ion positif memiliki muatan berbeda yang nilainya merupakan kelipatan bilangan bulat dari muatan proton, dan massa berbeda yang nilainya terdiri dari kelipatan bilangan bulat massa proton dan beberapa massa partikel subatomik tambahan.

2. Hanya ion dengan jumlah nukleon ganjil yang berputar.

3. Ion dengan massa berbeda berotasi dengan kecepatan sudut berbeda.

ion negatif

1. Ada bermacam-macam ion negatif, sepenuhnya analog dengan ion positif, tetapi membawa muatan negatif dan bukan positif.

Masing-masing partikel ini, dalam kombinasi apa pun, dapat bergerak di sepanjang jalur lurus atau lengkung yang berbeda dengan kecepatan berbeda. Kumpulan partikel identik yang bergerak kurang lebih sebagai satu kelompok disebut balok.

Setiap partikel dalam balok memiliki massa, arah, dan kecepatan gerak yang mendekati parameter yang sesuai dari partikel tetangga. Namun, dalam kondisi yang lebih umum, kecepatan masing-masing partikel dalam berkas berbeda, mengikuti hukum distribusi Maxwell.

Dalam hal ini, peran dominan dalam kemunculan fenomena magnetik dimainkan oleh partikel yang kecepatannya mendekati kecepatan rata-rata berkas, sedangkan partikel dengan kecepatan lain menghasilkan efek orde kedua.

Jika perhatian utama diberikan pada kecepatan gerak partikel, maka partikel yang bergerak dengan kecepatan tinggi disebut panas, dan partikel yang bergerak dengan kecepatan rendah disebut dingin. Definisi ini relatif, artinya, tidak mencerminkan kecepatan absolut apa pun.

Hukum dasar dan definisi

Ada dua definisi yang berbeda dari medan magnet: Medan gaya — Ini adalah area di dekat muatan listrik yang bergerak di mana gaya magnet diberikan.Setiap wilayah di mana benda bermuatan listrik mengalami gaya saat bergerak mengandung medan magnet.

Sebuah partikel bermuatan listrik dikelilingi Medan listrik… Partikel bermuatan listrik yang bergerak memiliki medan magnet bersama dengan medan listrik. Hukum Ampere menetapkan hubungan antara muatan bergerak dan medan magnet (lihat — Hukum Ampere).

Jika banyak partikel bermuatan listrik kecil terus-menerus melewati bagian yang sama dari lintasan dengan kecepatan konstan, maka efek total dari medan magnet individu yang bergerak dari setiap partikel sama dengan pembentukan medan magnet permanen yang dikenal sebagai bidang Bio Savara.

Kasus spesial Hukum Ampere, disebut hukum Bio-Savard, menentukan besarnya kekuatan medan magnet pada jarak tertentu dari kawat lurus yang panjangnya tak terhingga yang melaluinya arus listrik mengalir (hukum Biot-Savard).

Jadi medan magnet memiliki kekuatan tertentu, semakin besar muatan listrik yang bergerak maka semakin kuat pula medan magnet yang dihasilkan. Selain itu, semakin cepat muatan listrik bergerak, semakin kuat medan magnetnya.

Muatan listrik stasioner tidak menghasilkan medan magnet apa pun. Faktanya, medan magnet tidak dapat eksis secara independen dari keberadaan muatan listrik yang bergerak.

Hukum Lorentz mendefinisikan gaya yang bekerja pada partikel bermuatan listrik yang bergerak dalam medan magnet. gaya Lorentz diarahkan tegak lurus terhadap arah medan eksternal dan arah gerak partikel. Ada "gaya lateral" yang bekerja pada partikel bermuatan ketika partikel bergerak tegak lurus terhadap garis medan magnet.

Benda yang "bermuatan magnetis" dalam medan magnet luar mengalami gaya yang cenderung menggerakkan benda dari posisi yang memperkuat medan magnet luar ke posisi yang medan luarnya akan melemah. Ini adalah manifestasi dari prinsip berikut: semua sistem cenderung mencapai keadaan yang dicirikan oleh energi minimum.

aturan Lenz menyatakan: "Jika lintasan partikel bermuatan yang bergerak berubah dengan cara apa pun sebagai akibat dari interaksi partikel dengan medan magnet, maka perubahan ini menyebabkan munculnya medan magnet baru yang persis berlawanan dengan medan magnet yang menyebabkan perubahan ini. «

Kemampuan solenoida untuk menciptakan fluks magnet yang "mengalir" melalui sirkuit magnet bergantung pada jumlah lilitan kawat dan arus yang mengalir melaluinya. Kedua faktor tersebut menyebabkan terjadinya gaya gerak magnet atau singkatnya MDS… Magnet permanen dapat menciptakan gaya gerak magnet yang serupa.

Gaya gerak magnet membuat fluks magnet mengalir dalam rangkaian magnet dengan cara yang sama seperti gaya gerak listrik (EMF) memastikan aliran arus listrik dalam rangkaian listrik.

Sirkuit magnetik dalam beberapa hal analog dengan sirkuit listrik, meskipun di sirkuit listrik ada gerakan sebenarnya dari partikel bermuatan, sedangkan di sirkuit magnetik tidak ada gerakan seperti itu. Tindakan gaya gerak listrik yang menghasilkan arus listrik dijelaskan Hukum Ohm.

Kekuatan medan magnet Apakah gaya gerak magnet per satuan panjang dari rangkaian magnet yang sesuai. Induksi magnetik atau kerapatan fluks sama dengan fluks magnet yang melewati satuan luas rangkaian magnetik tertentu.

Keengganan Merupakan karakteristik dari rangkaian magnet tertentu yang menentukan kemampuannya untuk menghantarkan fluks magnet sebagai respons terhadap aksi gaya gerak magnet.

Hambatan listrik dalam ohm berbanding lurus dengan panjang lintasan aliran elektron, berbanding terbalik dengan luas penampang aliran ini, dan juga berbanding terbalik dengan konduktivitas listrik, karakteristik yang menggambarkan sifat-sifat listrik dari substansi yang menyusun wilayah ruang yang membawa arus.

Resistansi magnetik berbanding lurus dengan panjang lintasan fluks magnet, berbanding terbalik dengan luas penampang fluks ini, dan juga berbanding terbalik dengan permeabilitas magnetik, karakteristik yang menggambarkan sifat magnetik zat. yang terdiri dari ruang yang membawa fluks magnet (lihat — Hukum Ohm untuk sirkuit magnetik).

permeabilitas magnetik Karakteristik suatu zat yang menyatakan kemampuannya untuk mempertahankan kerapatan fluks magnet tertentu (lihat — permeabilitas magnetik).

Lebih lanjut tentang topik ini: Medan elektromagnetik - sejarah penemuan dan sifat fisik