Électricité et magnétisme, définitions de base, types de particules chargées en mouvement

La "science du magnétisme", comme la plupart des autres disciplines, repose sur des concepts très peu nombreux et plutôt simples. Ils sont assez simples, du moins en termes de "ce qu'ils sont", bien qu'il soit un peu plus difficile d'expliquer "pourquoi ils sont". Une fois acceptés en tant que tels, ils peuvent être utilisés comme éléments de base pour le développement de toute une discipline d'étude. En même temps, ils servent de lignes directrices dans les tentatives d'explication des phénomènes observés.

Premièrement, il existe une chose telle que "électron"… Les électrons n'existent pas simplement, ils sont innombrables partout où nous regardons.

Électron est un objet de masse négligeable qui porte une charge électrique négative unitaire et tourne autour de son axe à une certaine vitesse constante. L'une des manifestations du mouvement des électrons est le courant électrique; en d'autres termes, les courants électriques sont "portés" par des électrons.

Deuxièmement, il existe une chose telle que "champ"qui peut être utilisé pour transmettre de l'énergie à travers ce qui est autrement un espace vide.En ce sens, il existe trois principaux types de champs - gravitationnel, électrique et magnétique (voir - Différences entre champ électrique et champ magnétique).

Troisièmement, selon les idées d'Ampère chaque électron en mouvement est entouré d'un champ magnétique… Puisque seuls les électrons de spin sont des électrons en mouvement, un champ magnétique se crée autour de chaque électron de spin. Par conséquent, chaque électron agit comme une microminiature aimant permanent.

Quatrièmement, selon les idées de Lorentz une certaine force agit sur une charge électrique se déplaçant dans un champ magnétique… C'est le résultat de l'interaction du champ extérieur et du champ d'Ampère.

Enfin, la matière conserve son intégrité dans l'espace grâce à forces attractives entre les particules, dont le champ électrique est généré par leur charge électrique, et le champ magnétique — leur rotation.

Tous les phénomènes magnétiques peuvent être expliqués sur la base du mouvement de particules qui ont à la fois une masse et une charge électrique. Les types possibles de telles particules comprennent les suivants :

Électrons

Un électron est une particule chargée électriquement de très petite taille. Chaque électron est identique à tous égards à tous les autres électrons.

1. Un électron a une charge unitaire négative et une masse négligeable.

2. La masse de tous les électrons reste toujours constante, bien que la masse apparente soit sujette à des changements en fonction des conditions environnementales.

3. Tous les électrons tournent autour de leur propre axe — ont un spin avec la même vitesse angulaire constante.

des trous

1. Un trou est appelé une certaine position dans le réseau cristallin, où il pourrait se trouver, mais dans ces conditions, il n'y a pas d'électron. Ainsi, le trou a une charge unitaire positive et une masse négligeable.

2.Le mouvement du trou fait que l'électron se déplace dans la direction opposée. Par conséquent, un trou a exactement la même masse et le même spin qu'un électron se déplaçant dans la direction opposée.

Protons

Un proton est une particule beaucoup plus grosse qu'un électron et dont la charge électrique est absolument égale en valeur absolue à la charge d'un électron, mais de polarité opposée. Le concept de polarité opposée est défini par les phénomènes opposés suivants : un électron et un proton subissent une force d'attraction l'un vers l'autre, tandis que deux électrons ou deux protons se repoussent.

Conformément à la convention adoptée dans les expériences de Benjamin Franklin, la charge de l'électron est considérée comme négative et la charge du proton est positive. Étant donné que tous les autres corps chargés électriquement portent des charges électriques, positives ou négatives, dont les valeurs sont toujours des multiples exacts de la charge de l'électron, cette dernière est utilisée comme "valeur unitaire" pour décrire ce phénomène.

1. Un proton est un ion avec une charge unitaire positive et un poids moléculaire unitaire.

2. La charge unitaire positive du proton coïncide absolument en valeur absolue avec la charge unitaire négative de l'électron, mais la masse du proton est plusieurs fois supérieure à la masse de l'électron.

3. Tous les protons tournent autour de leur propre axe (ont un spin) avec la même vitesse angulaire, qui est beaucoup plus petite que la vitesse angulaire de rotation des électrons.

Voir également: La structure des atomes — particules élémentaires de matière, électrons, protons, neutrons

Ions positifs

1.Les ions positifs ont différentes charges dont les valeurs sont un multiple entier de la charge du proton, et différentes masses dont les valeurs consistent en un multiple entier de la masse du proton et une masse supplémentaire de particules subatomiques.

2. Seuls les ions avec un nombre impair de nucléons ont un spin.

3. Des ions de masses différentes tournent à des vitesses angulaires différentes.

Ions négatifs

1. Il existe des variétés d'ions négatifs, complètement analogues aux ions positifs, mais portant une charge négative plutôt que positive.

Chacune de ces particules, dans n'importe quelle combinaison, peut se déplacer le long de différentes trajectoires droites ou courbes à des vitesses différentes. Un ensemble de particules identiques se déplaçant plus ou moins en groupe est appelé un faisceau.

Chaque particule dans le faisceau a une masse, une direction et une vitesse de mouvement proches des paramètres correspondants des particules voisines. Cependant, dans des conditions plus générales, les vitesses des particules individuelles dans le faisceau diffèrent, obéissant à la loi de distribution de Maxwell.

Dans ce cas, le rôle prédominant dans l'apparition des phénomènes magnétiques est joué par les particules dont la vitesse est proche de la vitesse moyenne du faisceau, tandis que les particules ayant d'autres vitesses génèrent des effets de second ordre.

Si l'attention principale est accordée à la vitesse de déplacement des particules, les particules se déplaçant à grande vitesse sont appelées chaudes et les particules se déplaçant à faible vitesse sont appelées froides. Ces définitions sont relatives, c'est-à-dire qu'elles ne reflètent aucune vitesse absolue.

Lois fondamentales et définitions

Il existe deux définitions différentes du champ magnétique : champ magnétique — Il s'agit d'une zone proche de charges électriques en mouvement où s'exercent des forces magnétiques.Toute région où un corps chargé électriquement subit une force lorsqu'il se déplace contient un champ magnétique.

Une particule chargée électriquement est entourée champ électrique… Une particule chargée électriquement en mouvement possède un champ magnétique en plus d'un champ électrique. La loi d'Ampère établit la relation entre les charges en mouvement et les champs magnétiques (voir — Loi d'Ampère).

Si de nombreuses petites particules chargées électriquement traversent continuellement la même partie de la trajectoire à une vitesse constante, alors l'effet total des champs magnétiques mobiles individuels de chaque particule équivaut à la formation d'un champ magnétique permanent appelé champs de Bio Savara.

Cas particulier Loi d'Ampère, appelée loi de Bio-Savard, détermine l'amplitude de l'intensité du champ magnétique à une distance donnée d'un fil rectiligne infiniment long parcouru par un courant électrique (Loi de Biot-Savard).

Ainsi, le champ magnétique a une certaine force. Plus la charge électrique en mouvement est grande, plus le champ magnétique résultant est fort. De plus, plus la charge électrique se déplace rapidement, plus le champ magnétique est fort.

Une charge électrique stationnaire ne génère aucun champ magnétique. En effet, un champ magnétique ne peut exister indépendamment de la présence d'une charge électrique en mouvement.

La loi de Lorentz définit la force agissant sur une particule chargée électriquement en mouvement dans un champ magnétique. Force de Lorentz dirigé perpendiculairement à la fois à la direction du champ extérieur et à la direction du mouvement de la particule. Il existe une "force latérale" agissant sur les particules chargées lorsqu'elles se déplacent perpendiculairement aux lignes de champ magnétique.

Un corps "magnétiquement chargé" dans un champ magnétique externe subit une force qui tend à déplacer le corps d'une position où il renforce le champ externe à une position où le champ externe s'affaiblirait. C'est la manifestation du principe suivant : tout système tend à atteindre un état caractérisé par une énergie minimale.

La règle de Lenz déclare: "Si la trajectoire d'une particule chargée en mouvement change de quelque manière que ce soit à la suite de l'interaction de la particule avec un champ magnétique, alors ces changements conduisent à l'apparition d'un nouveau champ magnétique exactement opposé au champ magnétique qui a causé ces changements. «

La capacité d'un solénoïde à créer un flux magnétique "circulant" à travers un circuit magnétique dépend à la fois du nombre de tours du fil et du courant qui les traverse. Les deux facteurs conduisent à l'apparition force magnétomotrice ou MDS en abrégé… Les aimants permanents peuvent créer une force magnétomotrice similaire.

La force magnétomotrice fait circuler le flux magnétique dans le circuit magnétique de la même manière que force électromotrice (EMF) assure la circulation du courant électrique dans un circuit électrique.

Les circuits magnétiques sont à certains égards analogues aux circuits électriques, bien que dans les circuits électriques il y ait un mouvement réel de particules chargées, alors que dans les circuits magnétiques il n'y a pas un tel mouvement. L'action de la force électromotrice qui génère un courant électrique est décrite Loi d'Ohm.

Intensité du champ magnétique est la force magnétomotrice par unité de longueur du circuit magnétique correspondant. L'induction magnétique ou densité de flux est égale au flux magnétique traversant une unité de surface d'un circuit magnétique donné.

Réluctance Est une caractéristique d'un certain circuit magnétique qui détermine sa capacité à conduire le flux magnétique en réponse à l'action d'une force magnétomotrice.

La résistance électrique en ohms est directement proportionnelle à la longueur du trajet du flux d'électrons, inversement proportionnelle à la section transversale de ce flux, et également inversement proportionnelle à la conductivité électrique, caractéristique qui décrit les propriétés électriques de la substance qui constitue la région de transport de courant de l'espace.

La résistance magnétique est directement proportionnelle à la longueur du trajet du flux magnétique, inversement proportionnelle à la section transversale de ce flux, et également inversement proportionnelle à la perméabilité magnétique, une caractéristique qui décrit les propriétés magnétiques de la substance de lequel est composé l'espace qui transporte le flux magnétique (voir — Loi d'Ohm pour un circuit magnétique).

Perméabilité magnétique Caractéristique d'une substance qui exprime sa capacité à maintenir une certaine densité de flux magnétique (voir — Perméabilité magnétique).

Plus sur ce sujet : Champ électromagnétique - histoire de la découverte et propriétés physiques