Electricitat i magnetisme, definicions bàsiques, tipus de partícules carregades en moviment
La "ciència del magnetisme", com la majoria de les altres disciplines, es basa en molt pocs i bastant simples conceptes. Són força senzills, almenys pel que fa al “què són”, tot i que és una mica més difícil explicar “per què són”. Un cop acceptats com a tals, es poden utilitzar com a eixos bàsics per al desenvolupament de tota una disciplina d'estudi. Al mateix temps, serveixen de pautes en els intents d'explicar els fenòmens observats.
En primer lloc, hi ha tal cosa com "electró"… Els electrons no només existeixen: són una infinitat a tot arreu que mirem.
Electró és un objecte de massa insignificant que porta una unitat de càrrega elèctrica negativa i gira al voltant del seu eix a una certa velocitat constant. Una de les manifestacions del moviment dels electrons són els corrents elèctrics; és a dir, els corrents elèctrics són "transportats" pels electrons.
En segon lloc, hi ha tal cosa com "camp"que es pot utilitzar per transmetre energia a través d'un espai buit.En aquest sentit, hi ha tres tipus principals de camps: gravitatori, elèctric i magnètic (vegeu: Diferències entre camp elèctric i magnètic).
En tercer lloc, segons les idees d'Ampere cada electró en moviment està envoltat per un camp magnètic… Com que només els electrons d'espín són electrons en moviment, es crea un camp magnètic al voltant de cada electró amb espín. En conseqüència, cada electró actua com una microminiatura imant permanent.
En quart lloc, segons les idees de Lorentz una determinada força actua sobre una càrrega elèctrica que es mou en un camp magnètic… És el resultat de la interacció del camp extern i el camp d'Ampere.
Finalment, la matèria conserva la seva integritat en l'espai gràcies a forces d'atracció entre partícules, el camp elèctric dels quals és generat per la seva càrrega elèctrica, i el camp magnètic - la seva rotació.
Tots els fenòmens magnètics es poden explicar a partir del moviment de partícules que tenen massa i càrrega elèctrica. Els possibles tipus d'aquestes partícules inclouen els següents:
Electrons
Un electró és una partícula carregada elèctricament de mida molt petita. Cada electró és idèntic en tots els aspectes a tots els altres electrons.
1. Un electró té una càrrega unitària negativa i una massa insignificant.
2. La massa de tots els electrons es manté sempre constant, encara que la massa aparent està subjecta a canvis en funció de les condicions ambientals.
3. Tots els electrons giren al voltant del seu propi eix: tenen un gir amb la mateixa velocitat angular constant.
Forats
1. Un forat s'anomena una determinada posició a la xarxa cristal·lina, on podria estar, però en aquestes condicions no hi ha electró. Així, el forat té una càrrega unitària positiva i una massa insignificant.
2.El moviment del forat fa que l'electró es mogui en sentit contrari. Per tant, un forat té exactament la mateixa massa i el mateix gir que un electró que es mou en sentit contrari.
Els protons
Un protó és una partícula que és molt més gran que un electró i té una càrrega elèctrica que és absolutament igual en valor absolut a la càrrega d'un electró, però té la polaritat oposada. El concepte de polaritat oposada es defineix pels següents fenòmens oposats: un electró i un protó experimenten una força d'atracció l'un cap a l'altre, mentre que dos electrons o dos protons es repel·len mútuament.
D'acord amb la convenció adoptada en els experiments de Benjamin Franklin, la càrrega de l'electró es considera negativa i la càrrega del protó és positiva. Com que tots els altres cossos carregats elèctricament porten càrregues elèctriques, positives o negatives, els valors de les quals són sempre múltiples exactes de la càrrega de l'electró, aquesta última s'utilitza com a "valor unitari" quan es descriu aquest fenomen.
1. Un protó és un ió amb una unitat de càrrega positiva i un pes molecular unitari.
2. La càrrega unitària positiva del protó coincideix absolutament en valor absolut amb la càrrega unitària negativa de l'electró, però la massa del protó és moltes vegades més gran que la massa de l'electró.
3. Tots els protons giren al voltant del seu propi eix (tenen espín) amb la mateixa velocitat angular, que és molt menor que la velocitat angular de rotació dels electrons.
Vegeu també: L'estructura dels àtoms: partícules elementals de matèria, electrons, protons, neutrons
Ions positius
1.Els ions positius tenen diferents càrregues els valors de les quals són un múltiple enter de la càrrega del protó, i diferents masses els valors de les quals consisteixen en un múltiple enter de la massa del protó i alguna massa addicional de partícules subatòmiques.
2. Només els ions amb un nombre imparell de nucleons tenen espín.
3. Els ions de diferents masses giren amb diferents velocitats angulars.
Ions negatius
1. Hi ha varietats d'ions negatius, completament anàlegs als ions positius, però que porten una càrrega negativa en lloc de positiva.
Cadascuna d'aquestes partícules, en qualsevol combinació, es pot moure per diferents camins rectes o corbats a diferents velocitats. Una col·lecció de partícules idèntiques que es mouen més o menys com un grup s'anomena feix.
Cada partícula del feix té una massa, direcció i velocitat de moviment properes als paràmetres corresponents de les partícules veïnes. Tanmateix, en condicions més generals, les velocitats de les partícules individuals del feix difereixen, obeint la llei de distribució de Maxwell.
En aquest cas, el paper dominant en l'aparició dels fenòmens magnètics el juguen les partícules la velocitat de les quals és propera a la velocitat mitjana del feix, mentre que les partícules amb altres velocitats generen efectes de segon ordre.
Si es presta una atenció principal a la velocitat de moviment de les partícules, aleshores les partícules que es mouen a gran velocitat s'anomenen calentes i les que es mouen a baixa velocitat s'anomenen fredes. Aquestes definicions són relatives, és a dir, no reflecteixen cap velocitat absoluta.
Lleis bàsiques i definicions
Hi ha dues definicions diferents de camp magnètic: camp magnètic — Aquesta és una zona prop de càrregues elèctriques en moviment on s'exerceixen forces magnètiques.Qualsevol regió on un cos carregat elèctricament experimenta una força mentre es mou conté un camp magnètic.
Una partícula carregada elèctricament està envoltada camp elèctric… Una partícula carregada elèctricament en moviment té un camp magnètic juntament amb un de elèctric. La llei d'Ampere estableix la relació entre les càrregues en moviment i els camps magnètics (vegeu: Llei d'Ampere).
Si moltes partícules petites carregades elèctricament passen contínuament per la mateixa part de la trajectòria a una velocitat constant, aleshores l'efecte total dels camps magnètics en moviment individuals de cada partícula equival a la formació d'un camp magnètic permanent conegut com a camps de Bio Savara.
Cas especial Llei d'Ampere, anomenada llei de Bio-Savard, determina la magnitud de la intensitat del camp magnètic a una distància determinada des d'un cable recte infinitament llarg a través del qual circula un corrent elèctric (Llei de Biot-Savard).
Per tant, el camp magnètic té una certa intensitat.Com més gran sigui la càrrega elèctrica en moviment, més fort serà el camp magnètic resultant. A més, com més ràpid es mou la càrrega elèctrica, més fort és el camp magnètic.
Una càrrega elèctrica estacionària no genera cap camp magnètic. De fet, un camp magnètic no pot existir independentment de la presència d'una càrrega elèctrica en moviment.
La llei de Lorentz defineix la força que actua sobre una partícula carregada elèctricament en moviment en un camp magnètic. Força de Lorentz dirigida perpendicularment tant a la direcció del camp extern com a la direcció del moviment de la partícula. Hi ha una "força lateral" que actua sobre les partícules carregades quan es mouen en angle recte amb les línies del camp magnètic.
Un cos "carregat magnèticament" en un camp magnètic extern experimenta una força que tendeix a moure el cos d'una posició on reforça el camp extern a una posició on el camp extern es debilitaria. Aquesta és la manifestació del principi següent: tots els sistemes tendeixen a assolir un estat caracteritzat per una energia mínima.
La regla de Lenz afirma: "Si la trajectòria d'una partícula carregada en moviment canvia d'alguna manera com a resultat de la interacció de la partícula amb un camp magnètic, llavors aquests canvis condueixen a l'aparició d'un nou camp magnètic exactament oposat al camp magnètic que va causar aquests canvis. «
La capacitat d'un solenoide per crear un flux magnètic "fluent" a través d'un circuit magnètic depèn tant del nombre de voltes del cable com del corrent que hi circula. Tots dos factors condueixen a l'aparició força magnetomotriu o MDS per abreviar… Els imants permanents poden crear una força magnetomotriu similar.
La força magnetomotriu fa que el flux magnètic flueixi en el circuit magnètic de la mateixa manera que força electromotriu (EMF) assegura el flux de corrent elèctric en un circuit elèctric.
Els circuits magnètics són d'alguna manera anàlegs als circuits elèctrics, encara que en els circuits elèctrics hi ha moviment real de partícules carregades, mentre que en els circuits magnètics no hi ha aquest moviment. Es descriu l'acció de la força electromotriu que genera un corrent elèctric Llei d'Ohm.
Intensitat del camp magnètic És la força magnetomotriu per unitat de longitud del circuit magnètic corresponent. La inducció magnètica o la densitat de flux és igual al flux magnètic que passa per una unitat d'àrea d'un circuit magnètic determinat.
Reticències És una característica d'un determinat circuit magnètic que determina la seva capacitat per conduir el flux magnètic en resposta a l'acció d'una força magnetomotriu.
La resistència elèctrica en ohms és directament proporcional a la longitud del recorregut del flux d'electrons, inversament proporcional a l'àrea de la secció transversal d'aquest flux, i també inversament proporcional a la conductivitat elèctrica, una característica que descriu les propietats elèctriques. de la substància que constitueix la regió de l'espai que porta corrent.
La resistència magnètica és directament proporcional a la longitud del recorregut del flux magnètic, inversament proporcional a l'àrea de la secció transversal d'aquest flux, i també inversament proporcional a la permeabilitat magnètica, una característica que descriu les propietats magnètiques de la substància de on es compon l'espai que porta el flux magnètic (vegeu — Llei d'Ohm per a un circuit magnètic).
Permeabilitat magnètica Una característica d'una substància que expressa la seva capacitat per mantenir una determinada densitat de flux magnètic (vegeu: Permeabilitat magnètica).
Més sobre aquest tema: Camp electromagnètic: història del descobriment i propietats físiques