電気と磁気、基本的な定義、移動する荷電粒子の種類

「磁気の科学」は、他のほとんどの学問と同様、非常に少数のかなり単純な概念に基づいています。それらは、少なくとも「それが何であるか」という点では非常に単純ですが、「なぜそうなるのか」を説明するのは少し難しくなります。一度そのように受け入れられると、それらは研究分野全体の発展のための基本的な構成要素として使用できます。同時に、それらは観察された現象を説明する試みのガイドラインとしても機能します。

まず、次のようなことがあります。 "電子"…電子はただ存在するだけではなく、私たちが見ているところどこにでも無数に存在します。

電子 単位負の電荷を帯び、その軸の周りを一定の速度で回転する無視できる質量の物体です。電子の動きの現れの 1 つは電流です。言い換えれば、電流は電子によって「運ばれ」ます。

第二に、次のようなことがあります。 "分野"これは、何もない空間を介してエネルギーを伝達するために使用できます。この意味で、場には主に 3 つのタイプがあります - 重力、電気、磁気です (- を参照) 電界と磁界の違い).

第三に、アンペールのアイデアによると 移動する各電子は磁場に囲まれています… 運動している電子はスピン電子だけなので、スピンを持った各電子の周りに磁場が生じます。その結果、各電子は超小型の物体として機能します。 永久磁石.

第四に、ローレンツの考えによると 磁場中を移動する電荷に特定の力が働く…それは外部場とアンペール場の相互作用の結果です。

最後に、物質は空間内でも完全性を保ちます。 粒子間の引力、その電場は電荷によって生成され、磁場は — 彼らの回転.

すべての磁気現象は、質量と電荷の両方を持つ粒子の運動に基づいて説明できます。このような粒子には次のような種類が考えられます。

電子

電子は、非常に小さいサイズの荷電粒子です。各電子は他のすべての電子とあらゆる点で同一です。

1. 電子は負の単位電荷を持ち、質量は無視できます。

2. すべての電子の質量は常に一定ですが、見かけの質量は環境条件に応じて変化します。

3. すべての電子は独自の軸の周りを回転します。同じ一定の角速度のスピンを持ちます。

穴

1. 穴とは、結晶格子内の特定の位置 (存在する可能性がある場所) を指しますが、この条件下では電子は存在しません。したがって、正孔は正の単位電荷を持ち、質量は無視できます。

2.正孔の移動により、電子は反対方向に移動します。したがって、正孔は、逆方向に移動する電子とまったく同じ質量と同じスピンを持ちます。

陽子

陽子は、電子よりもはるかに大きく、電子の電荷と絶対値が絶対に等しいが、逆の極性を持つ電荷を有する粒子です。逆極性の概念は、次の反対の現象によって定義されます。電子と陽子は互いに引力を経験しますが、2 つの電子または 2 つの陽子は互いに反発します。

ベンジャミン フランクリンの実験で採用された規則によれば、電子の電荷はマイナス、陽子の電荷はプラスであると考えられます。他のすべての帯電物体は正または負の電荷を帯びており、その値は常に電子の電荷の正確な倍数であるため、この現象を説明するときは後者が「単位値」として使用されます。

1. プロトンは、正の単位電荷と単位分子量を持つイオンです。

2. 陽子の正の単位電荷は電子の負の単位電荷と絶対値で一致しますが、陽子の質量は電子の質量より何倍も大きくなります。

3. すべての陽子は、同じ角速度で自身の軸の周りを回転します (スピンを持っています)。この角速度は、電子の回転の角速度よりもはるかに小さいです。

以下も参照してください。 原子の構造 — 物質の素粒子、電子、陽子、中性子

プラスイオン

1.正イオンは、その値が陽子の電荷の整数倍であるさまざまな電荷と、その値が陽子の質量の整数倍と亜原子粒子の追加質量で構成されるさまざまな質量を持っています。

2. 奇数の核子を持つイオンのみがスピンを持ちます。

3. 異なる質量のイオンは異なる角速度で回転します。

マイナスイオン

1. マイナスイオンにはさまざまな種類があり、プラスイオンと完全に似ていますが、プラスではなくマイナスの電荷を帯びています。

これらの粒子はそれぞれ、任意の組み合わせで、異なる直線または曲線の経路に沿って、異なる速度で移動できます。多かれ少なかれグループとして移動する同一の粒子の集まりをビームと呼びます。

ビーム内の各粒子は、隣接する粒子の対応するパラメータに近い質量、方向、および運動速度を持っています。ただし、より一般的な条件下では、ビーム内の個々の粒子の速度は異なり、マクスウェルの分布の法則に従います。

この場合、磁気現象の出現における主要な役割は、ビームの平均速度に近い速度を持つ粒子によって演じられ、他の速度を持つ粒子は二次的な効果を生成します。

粒子の移動速度に主に注目すると、高速で移動する粒子は熱いと呼ばれ、低速で移動する粒子は冷たいと呼ばれます。これらの定義は相対的なものであり、絶対的な速度を反映していません。

基本的な法律と定義

磁場には 2 つの異なる定義があります。 磁場 — これは、移動する電荷の近くで磁力が作用する領域です。帯電した物体が移動するときに力を受ける領域には磁場が存在します。

帯電した粒子が取り囲まれている 電界… 移動する荷電粒子は、電気的な場とともに磁場を持ちます。アンペールの法則は、移動する電荷と磁場の関係を確立します (— を参照) アンペールの法則).

多数の小さな荷電粒子が軌道の同じ部分を一定の速度で継続的に通過する場合、各粒子の個々の移動磁場の影響を合計すると、次のように知られる永久磁場が形成されます。 ビオ・サヴァラの畑.

特別なケース アンペールの法則バイオサバールの法則と呼ばれる法則は、電流が流れる無限に長い直線ワイヤーから所定の距離における磁場の強さを決定します (ビオ・サバールの法則).

したがって、磁場には一定の強さがあり、移動する電荷が大きくなるほど、発生する磁場も強くなります。また、電荷の移動が速ければ速いほど、磁場は強くなります。

静止した電荷は磁場を生成しません。実際、磁場は移動する電荷の存在と無関係に存在することはできません。

ローレンツの法則は、磁場中で移動する荷電粒子に作用する力を定義します。 ローレンツ力 外部場の方向と粒子の運動方向の両方に対して垂直に向けられます。荷電粒子が磁力線に対して直角に移動するとき、荷電粒子には「横力」が作用します。

外部磁場にある「磁気を帯びた」物体は、外部磁場を強める位置から外部磁場が弱まる位置に物体を移動させようとする力を受けます。これは、次の原則の現れです。すべてのシステムは、最小のエネルギーを特徴とする状態に到達する傾向があります。

レンツの法則 「移動する荷電粒子の軌道が、粒子と磁場との相互作用の結果として何らかの形で変化する場合、これらの変化は、これらの変化を引き起こした磁場とはまったく反対の新しい磁場の出現につながります。 «

磁気回路に「流れる」磁束を生成するソレノイドの能力は、ワイヤの巻き数とそこを流れる電流の両方に依存します。両方の要因が発生につながります 起磁力、略してMDS…永久磁石も同様の起磁力を生み出すことができます。

起磁力により、磁気回路内に磁束が流れます。 起電力 (EMF) 電気回路内の電流の流れを確保します。

磁気回路はある意味電気回路に似ていますが、電気回路では荷電粒子の実際の運動が存在しますが、磁気回路ではそのような運動は存在しません。電流を発生させる起電力の働きを説明します。 オームの法則.

磁場の強さ 対応する磁気回路の単位長さあたりの起磁力です。磁気誘導または磁束密度は、特定の磁気回路の単位面積を通過する磁束に等しくなります。

抵抗 起磁力の作用に応じて磁束を伝導する能力を決定する、特定の磁気回路の特性。

オーム単位の電気抵抗は、電子の流れの経路の長さに正比例し、この流れの断面積に反比例し、電気的特性を表す特性である導電率にも反比例します。空間の電流が流れる領域を構成する物質のこと。

磁気抵抗は磁束の経路の長さに正比例し、この磁束の断面積に反比例し、物質の磁気特性を表す特性である透磁率にも反比例します。磁束を運ぶ空間が構成されています（—を参照） 磁気回路のオームの法則).

透磁率 特定の磁束密度を維持する能力を表す物質の特性 (— を参照) 透磁率).

このトピックについてさらに詳しく: 電磁場 - 発見の歴史と物性