लॉरेन्स फोर्स आणि गॅल्व्हानोमॅग्नेटिक प्रभाव

चार्ज केलेल्या कणांना हलविण्यावर बल लागू केले

जर एखादा विद्युतभारित कण आजूबाजूच्या चुंबकीय क्षेत्रामध्ये फिरला, तर त्या गतिमान कणाचे अंतर्गत चुंबकीय क्षेत्र आणि सभोवतालचे क्षेत्र परस्परसंवाद करतात, ज्यामुळे कणावर लागू होणारी शक्ती निर्माण होते. हे बल कणाच्या गतीची दिशा बदलण्यास प्रवृत्त करते. विद्युत शुल्कासह एकच हलणारा कण देखावा कारणीभूत ठरतो जैव सावरा चुंबकीय क्षेत्र.

जरी बायो-सॅव्हर्ट फील्ड, काटेकोरपणे सांगायचे तर, केवळ एका अमर्याद लांबीच्या वायरद्वारे तयार केले गेले आहे ज्यामध्ये अनेक चार्ज केलेले कण हलतात, त्या कणातून जाणार्‍या वैयक्तिक कणाच्या मार्गाभोवती चुंबकीय क्षेत्राचा क्रॉस-सेक्शन समान गोलाकार कॉन्फिगरेशन आहे.

तथापि, बायो-सॅव्हर्ट फील्ड स्पेस आणि टाइम दोन्हीमध्ये स्थिर असते आणि स्पेसमधील दिलेल्या बिंदूवर मोजले जाणारे स्वतंत्र कणाचे क्षेत्र कण हलते तेव्हा बदलते.

लॉरेन्ट्झचा कायदा चुंबकीय क्षेत्रामध्ये फिरणाऱ्या विद्युत चार्ज केलेल्या कणावर कार्य करणारी शक्ती परिभाषित करतो:

F=kQB (dx/dt),

जेथे B - कणाचा विद्युत चार्ज; बी हे बाह्य चुंबकीय क्षेत्राचे प्रेरण आहे ज्यामध्ये कण फिरतो; dx/dt — कणांचा वेग; F - कणावरील परिणामी बल; k — आनुपातिकतेचा स्थिरांक.

इलेक्ट्रॉनच्या मार्गाभोवती असलेले चुंबकीय क्षेत्र जेव्हा इलेक्ट्रॉन जवळ येत आहे त्या प्रदेशातून पाहिल्यावर घड्याळाच्या दिशेने निर्देशित केले जाते. इलेक्ट्रॉनच्या गतीच्या परिस्थितीत, त्याचे चुंबकीय क्षेत्र बाह्य क्षेत्राविरूद्ध निर्देशित केले जाते, दर्शविलेल्या प्रदेशाच्या खालच्या भागात ते कमकुवत होते आणि बाह्य क्षेत्राशी एकरूप होते, वरच्या भागात ते मजबूत होते.

या दोन्ही घटकांचा परिणाम इलेक्ट्रॉनवर खालच्या बाजूने बल लागू होतो. बाह्य क्षेत्राच्या दिशेशी एकरूप असलेल्या सरळ रेषेत, इलेक्ट्रॉनचे चुंबकीय क्षेत्र बाह्य क्षेत्राकडे काटकोनात निर्देशित केले जाते. क्षेत्रांच्या अशा परस्पर लंब दिशेसह, त्यांच्या परस्परसंवादामुळे कोणतीही शक्ती निर्माण होत नाही.

थोडक्यात, जर निगेटिव्ह चार्ज केलेला कण विमानात डावीकडून उजवीकडे सरकत असेल आणि बाह्य चुंबकीय क्षेत्र निरिक्षकाने योजनेच्या खोलीवर निर्देशित केले असेल, तर त्या कणावर लागू केलेले लॉरेन्ट्झ बल वरपासून खालपर्यंत निर्देशित केले जाते.

नकारात्मक चार्ज केलेल्या कणावर कार्य करणारी बल ज्याचा मार्ग बाह्य चुंबकीय क्षेत्राच्या बल वेक्टरला लंब निर्देशित केला जातो

लॉरेन्सची शक्ती

अंतराळात फिरणारी तार या जागेत विद्यमान चुंबकीय क्षेत्राच्या शक्तीच्या रेषा ओलांडते, परिणामी वायरच्या आत इलेक्ट्रॉनांवर विशिष्ट यांत्रिक जबरदस्ती क्षेत्र कार्य करते.

चुंबकीय क्षेत्राद्वारे इलेक्ट्रॉनची हालचाल वायरसह होते.ही हालचाल कंडक्टरच्या हालचालीत अडथळा आणणाऱ्या कोणत्याही शक्तींच्या कृतीद्वारे प्रतिबंधित केली जाऊ शकते; तथापि, वायरच्या प्रवासाच्या दिशेने, इलेक्ट्रॉनांवर विद्युत प्रतिकाराचा परिणाम होत नाही.

अशा वायरच्या दोन टोकांमध्‍ये लॉरेंट्‍झ व्होल्टेज तयार होतो, जो हालचालीचा वेग आणि चुंबकीय प्रेरण यांच्या प्रमाणात असतो. लॉरेन्ट्झ फोर्स वायरच्या बाजूने इलेक्ट्रॉन्स एका दिशेने हलवतात, परिणामी वायरच्या एका टोकाला दुसऱ्या टोकापेक्षा जास्त इलेक्ट्रॉन्स जमा होतात.

चार्जेसच्या या पृथक्करणामुळे निर्माण होणारा व्होल्टेज इलेक्ट्रॉनला परत एकसमान वितरणाकडे आणतो आणि शेवटी वायरच्या वेगाच्या प्रमाणात ठराविक व्होल्टेज राखून समतोल स्थापित केला जातो. जर तुम्ही वायरमध्ये विद्युत प्रवाह वाहू शकतील अशी परिस्थिती निर्माण केली तर सर्किटमध्ये एक व्होल्टेज स्थापित केला जाईल जो मूळ लॉरेन्ट्झ व्होल्टेजच्या विरुद्ध असेल.

फोटो लॉरेन्ट्झ फोर्सचे प्रदर्शन करण्यासाठी प्रायोगिक सेटअप दर्शविते. डावी प्रतिमा: ती कशी दिसते उजवीकडे: लॉरेन्ट्झ फोर्स इफेक्ट. एक इलेक्ट्रॉन उजव्या टोकापासून डावीकडे उडतो. चुंबकीय शक्ती उड्डाणाचा मार्ग ओलांडते आणि इलेक्ट्रॉन बीम खाली वळवते.

विद्युत प्रवाह ही चार्जेसची क्रमबद्ध हालचाल असल्याने, विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या कंडक्टरवर चुंबकीय क्षेत्राचा परिणाम हा त्याच्या वैयक्तिक फिरत्या शुल्कावरील क्रियेचा परिणाम असतो.

लॉरेन्ट्झ फोर्सचा मुख्य उपयोग इलेक्ट्रिकल मशीन्स (जनरेटर आणि मोटर्स) मध्ये आहे.

चुंबकीय क्षेत्रामध्ये विद्युत्-वाहक कंडक्टरवर कार्य करणारे बल प्रत्येक चार्ज वाहकावर कार्य करणार्‍या लॉरेंट्झ बलांच्या वेक्टर बेरीजच्या बरोबरीचे असते. या शक्तीला अँपिअरचे बल म्हणतात, म्हणजे.अँपिअर फोर्स हे विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या कंडक्टरवर कार्य करणाऱ्या सर्व लॉरेन्ट्झ फोर्सच्या बेरजेइतके असते. दिसत: अँपिअरचा कायदा

गॅल्व्हानोमॅग्नेटिक प्रभाव

लॉरेन्ट्झ शक्तींच्या क्रियेचे विविध परिणाम, ज्यामुळे नकारात्मक चार्ज केलेल्या कणांच्या प्रक्षेपणाचे विचलन होते - इलेक्ट्रॉन, घन पदार्थांमधून फिरत असताना, त्यांना गॅल्व्हनोमॅग्नेटिक प्रभाव म्हणतात.

चुंबकीय क्षेत्रामध्ये ठेवलेल्या घन तारेमध्ये विद्युत प्रवाह वाहतो तेव्हा, विद्युत प्रवाह वाहून नेणारे इलेक्ट्रॉन विद्युत प्रवाहाची दिशा आणि चुंबकीय क्षेत्राची दिशा या दोन्ही दिशांना लंब असलेल्या दिशेने विक्षेपित होतात. इलेक्ट्रॉन जितक्या वेगाने हलतात तितके ते विचलित होतात.

इलेक्ट्रॉनच्या विक्षेपणाच्या परिणामी, विद्युत संभाव्यतेचे ग्रेडियंट विद्युत् प्रवाहाच्या दिशेला लंब असलेल्या दिशांमध्ये स्थापित केले जातात. वेगवान हलणारे इलेक्ट्रॉन हळुवार चालणाऱ्यांपेक्षा जास्त विक्षेपित झाल्यामुळे, थर्मल ग्रेडियंट्स निर्माण होतात, तसेच विद्युत् प्रवाहाच्या दिशेला लंब असतात.

अशा प्रकारे, गॅल्व्हानोमॅग्नेटिक प्रभावांमध्ये विद्युत आणि थर्मल घटनांचा समावेश होतो.

इलेक्ट्रिक, थर्मल आणि रासायनिक फील्डच्या प्रभावाखाली इलेक्ट्रॉन हालचाल करू शकतात हे लक्षात घेता, गॅल्व्हनोमॅग्नेटिक प्रभाव फोर्सिंग फील्डच्या प्रकारानुसार आणि परिणामी घटनेच्या स्वरूपानुसार वर्गीकृत केले जातात - थर्मल किंवा इलेक्ट्रिकल.

"गॅल्व्हॅनोमॅग्नेटिक" हा शब्द फक्त घन पदार्थांमध्ये पाहिल्या जाणार्‍या काही विशिष्ट घटनांना सूचित करतो, जेथे कोणत्याही प्रशंसनीय प्रमाणात हलविण्यास सक्षम असलेले एकमेव प्रकारचे कण इलेक्ट्रॉन असतात, जे एकतर "मुक्त एजंट" म्हणून किंवा तथाकथित छिद्रांच्या निर्मितीसाठी एजंट म्हणून कार्य करतात.म्हणून, गॅल्व्हॅनोमॅग्नेटिक घटना देखील त्यांच्यामध्ये समाविष्ट असलेल्या वाहकाच्या प्रकारानुसार वर्गीकृत केल्या जातात - मुक्त इलेक्ट्रॉन किंवा छिद्र.

कोणत्याही घन पदार्थाच्या इलेक्ट्रॉनच्या एका भागाची यादृच्छिकपणे निर्देशित ट्रॅजेक्टोरीजसह आणि यादृच्छिक वेगाने सतत हालचाल करणे हे उष्णता उर्जेचे एक प्रकटीकरण आहे. जर या हालचालींमध्ये पूर्णपणे यादृच्छिक वैशिष्ट्ये असतील, तर इलेक्ट्रॉनच्या सर्व वैयक्तिक हालचालींची बेरीज शून्य आहे आणि लॉरेंट्झ शक्तींच्या प्रभावाखाली वैयक्तिक कणांच्या विचलनाचे कोणतेही परिणाम शोधणे अशक्य आहे.

जर विद्युत प्रवाह असेल तर ते विशिष्ट संख्येने चार्ज केलेले कण किंवा वाहक त्याच किंवा त्याच दिशेने फिरतात.

घन पदार्थांमध्ये, इलेक्ट्रॉनच्या मूळ यादृच्छिक गतीवर काही सामान्य दिशाहीन गतीच्या सुपरपोझिशनच्या परिणामी विद्युत प्रवाह उद्भवतो. या प्रकरणात, इलेक्ट्रॉन क्रियाकलाप अंशतः थर्मल उर्जेच्या प्रभावास यादृच्छिक प्रतिसाद आहे आणि अंशतः विद्युत प्रवाह निर्माण करणार्‍या प्रभावास एक दिशाहीन प्रतिसाद आहे.

स्थिर चुंबकीय क्षेत्रात वर्तुळाकार कक्षेत फिरणारा इलेक्ट्रॉनचा किरण. या नळीतील इलेक्ट्रॉनचा मार्ग दाखवणारा जांभळा प्रकाश हा इलेक्ट्रॉनच्या वायूच्या रेणूंच्या टक्कराने तयार होतो.

जरी इलेक्ट्रॉनची कोणतीही हालचाल लॉरेन्ट्झ शक्तींच्या क्रियेला प्रतिसाद देत असली तरी, केवळ त्या हालचाली ज्या विद्युत प्रवाहाच्या हस्तांतरणास हातभार लावतात ते गॅल्व्हनोमॅग्नेटिक घटनांमध्ये परावर्तित होतात.

तर, गॅल्व्हॅनोमॅग्नेटिक घटना म्हणजे चुंबकीय क्षेत्रात घन शरीर ठेवण्याचा आणि त्याच्या इलेक्ट्रॉनच्या गतीमध्ये दिशाहीन गती जोडण्याचा एक परिणाम आहे, जी सुरुवातीच्या परिस्थितीत यादृच्छिक स्वरूपाची होती. परिस्थितींच्या या संयोजनाचा एक परिणाम आहे. वाहक कणांचे लोकसंख्या ग्रेडियंट त्यांच्या दिशाहीन गतीला लंब असलेल्या दिशेने दिसणे.

लॉरेन्ट्झ फोर्स सर्व वाहकांना वायरच्या एका बाजूला हलवतात. वाहक चार्ज केलेले कण असल्याने, त्यांच्या लोकसंख्येचे असे ग्रेडियंट देखील विद्युत संभाव्यतेचे ग्रेडियंट तयार करतात जे लॉरेंट्झ बलांना संतुलित करतात आणि स्वतःला विद्युत प्रवाह उत्तेजित करू शकतात.

अशा विद्युत् प्रवाहाच्या उपस्थितीत, लॉरेन्ट्झ बल, गॅल्व्हॅनोमॅग्नेटिक व्होल्टेज आणि प्रतिरोधक व्होल्टेजमध्ये तीन-घटकांचा समतोल स्थापित केला जातो.

इलेक्ट्रॉनची यादृच्छिक हालचाल थर्मल एनर्जीद्वारे समर्थित असते, जी पदार्थाच्या तापमानाद्वारे निर्धारित केली जाते. कण एका दिशेने फिरत राहण्यासाठी आवश्यक ऊर्जा दुसर्या स्त्रोताकडून आली पाहिजे. हे नंतरचे पदार्थ पदार्थाच्या आत तयार होऊ शकत नाही, जर ते समतोल स्थितीत असेल तर ऊर्जा पर्यावरणातून आली पाहिजे.

अशाप्रकारे, गॅल्व्हनोमॅग्नेटिक रूपांतरण हे विद्युतीय घटनांशी संबंधित आहे जे वाहक लोकसंख्या ग्रेडियंट्सच्या स्वरूपाचे परिणाम आहेत; जेव्हा ते चुंबकीय क्षेत्रात ठेवतात आणि बाह्य वातावरणाच्या विविध प्रभावांच्या अधीन असतात तेव्हा अशा ग्रेडियंट्स घन पदार्थांमध्ये स्थापित होतात, ज्यामुळे वाहकांची एक सामान्य दिशाहीन हालचाल होते ज्यांची सुरुवातीच्या स्थितीत हालचाल यादृच्छिक असते.

गॅल्व्हानोमॅग्नेटिक प्रभावांचे वर्गीकरण

सहा मुख्य गॅल्व्हानोमॅग्नेटिक प्रभाव ज्ञात आहेत:

१.हॉल प्रभाव - जबरदस्ती इलेक्ट्रिक फील्डच्या प्रभावाखाली त्यांच्या हालचाली दरम्यान वाहकांच्या विचलनाचा परिणाम म्हणून विद्युत संभाव्यतेचे ग्रेडियंट दिसणे. या प्रकरणात, छिद्र आणि इलेक्ट्रॉन एकाच वेळी किंवा वैयक्तिकरित्या विरुद्ध दिशेने फिरतात आणि म्हणून त्याच दिशेने विचलित होतात.

दिसत - हॉल सेन्सर अनुप्रयोग

2. नेर्स्ट इफेक्ट — सक्तीच्या थर्मल फील्डच्या प्रभावाखाली वाहकांच्या हालचाली दरम्यान त्यांच्या विक्षेपणाचा परिणाम म्हणून विद्युत संभाव्य ग्रेडियंट्सचा देखावा, तर छिद्र आणि इलेक्ट्रॉन एकाच वेळी किंवा स्वतंत्रपणे एकाच दिशेने फिरतात आणि त्यामुळे विरुद्ध दिशेने विचलित होतात.

3. फोटोइलेक्ट्रोमॅग्नेटिक आणि मेकॅनोइलेक्ट्रोमॅग्नेटिक प्रभाव — जबरदस्ती रासायनिक क्षेत्राच्या (कणांच्या लोकसंख्येचे ग्रेडियंट) प्रभावाखाली त्यांच्या हालचाली दरम्यान वाहकांच्या विचलनाचा परिणाम म्हणून विद्युत संभाव्यतेचे ग्रेडियंट दिसणे. या प्रकरणात, जोड्यांमध्ये तयार केलेले छिद्र आणि इलेक्ट्रॉन एकाच दिशेने एकत्र फिरतात आणि त्यामुळे विरुद्ध दिशेने विचलित होतात.

4. Ettingshausen आणि Riga — Leduc चे परिणाम — वाहक विक्षेपणाचा परिणाम म्हणून थर्मल ग्रेडियंट दिसणे, जेव्हा गरम वाहक थंड वाहकांपेक्षा जास्त प्रमाणात विक्षेपित होतात. जर थर्मल ग्रेडियंट हॉल इफेक्ट्सच्या संबंधात उद्भवतात, तर या घटनेला एटिंगशॉसेन प्रभाव म्हणतात, जर ते नर्न्स्ट प्रभावाच्या संबंधात उद्भवतात, तर या घटनेला रिगी-लेड्यूक प्रभाव म्हणतात.

5. ड्रायव्हिंग इलेक्ट्रिक फील्डच्या प्रभावाखाली त्यांच्या हालचाली दरम्यान वाहकांच्या विक्षेपणाचा परिणाम म्हणून विद्युत प्रतिरोधकतेमध्ये वाढ. येथे, त्याच वेळी, वाहकांच्या एका बाजूला स्थलांतरित झाल्यामुळे कंडक्टरच्या प्रभावी क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्रामध्ये घट झाली आहे आणि वाहकांनी त्याच्या दिशेने प्रवास केलेले अंतर कमी झाले आहे. सरळ मार्गाऐवजी वक्र मार्गाने पुढे गेल्याने त्यांच्या मार्गाच्या विस्तारामुळे प्रवाह.

6. वरील प्रमाणेच बदलत्या परिस्थितीचा परिणाम म्हणून थर्मल रेझिस्टन्समध्ये वाढ.

हॉल इफेक्ट सेन्सर

मुख्य एकत्रित परिणाम दोन प्रकरणांमध्ये होतात:

• जेव्हा वरील घटनेच्या परिणामी संभाव्य ग्रेडियंट्सच्या प्रभावाखाली विद्युत प्रवाहाच्या प्रवाहासाठी परिस्थिती निर्माण केली जाते;
• जेव्हा वरील घटनेच्या परिणामी थर्मल ग्रेडियंट्सच्या प्रभावाखाली उष्णता प्रवाहाच्या निर्मितीसाठी परिस्थिती निर्माण केली जाते.

याव्यतिरिक्त, एकत्रित प्रभाव ओळखले जातात, ज्यामध्ये गॅल्व्हॅनोमॅग्नेटिक प्रभावांपैकी एक एक किंवा अधिक गैर-गॅल्व्हनोमॅग्नेटिक प्रभावांसह एकत्रित केला जातो.

1. थर्मल इफेक्ट्स:

• तापमान बदलांमुळे वाहक गतिशीलता बदलते;
• इलेक्ट्रॉन आणि भोक गतिशीलता तापमानावर अवलंबून भिन्न अंशांमध्ये बदलते;
• तापमान बदलांमुळे वाहक लोकसंख्या बदलते;
• तापमानातील बदलांमुळे इलेक्ट्रॉन आणि छिद्रांची संख्या वेगवेगळ्या प्रमाणात बदलते.

2. एनिसोट्रॉपीचा प्रभाव. क्रिस्टलीय पदार्थांची अॅनिसोट्रॉपिक वैशिष्ट्ये आयसोट्रॉपिक वैशिष्ट्यांसह पाहिल्या जाणार्‍या घटनेचे परिणाम बदलतात.

3. थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव:

• उबदार आणि थंड माध्यमांच्या पृथक्करणामुळे थर्मल ग्रेडियंट थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव निर्माण करतात;
• थर्मोइलेक्ट्रिक इफेक्ट्स वाहक पूर्वाग्रहाचा परिणाम म्हणून वर्धित केले जातात, वाहक लोकसंख्येतील बदलामुळे (नर्स्ट इफेक्ट्स) पदार्थाच्या प्रति युनिट व्हॉल्यूममध्ये रासायनिक क्षमता बदलते.

4. फेरोमॅग्नेटिक प्रभाव. फेरोमॅग्नेटिक पदार्थांमधील वाहक गतिशीलता चुंबकीय क्षेत्राच्या परिपूर्ण शक्ती आणि दिशा यावर अवलंबून असते (गॉसियन प्रभावाप्रमाणे).

5. परिमाणांचा प्रभाव. इलेक्ट्रॉन ट्रॅजेक्टोरीजच्या तुलनेत शरीरात मोठे परिमाण असल्यास, शरीराच्या संपूर्ण व्हॉल्यूममध्ये पदार्थाच्या गुणधर्मांचा इलेक्ट्रॉन क्रियाकलापांवर मुख्य प्रभाव पडतो. इलेक्ट्रॉन प्रक्षेपणाच्या तुलनेत शरीराची परिमाणे लहान असल्यास, पृष्ठभागावर प्रभाव पडू शकतो.

6. मजबूत फील्डचा प्रभाव. गॅल्व्हॅनोमॅग्नेटिक घटना वाहक त्यांच्या सायक्लोट्रॉन मार्गावर किती काळ प्रवास करतात यावर अवलंबून असतात. मजबूत चुंबकीय क्षेत्रामध्ये, वाहक या मार्गाने बरेच अंतर पार करू शकतात. वेगवेगळ्या संभाव्य गॅल्व्हानोमॅग्नेटिक प्रभावांची एकूण संख्या दोनशेहून अधिक आहे, परंतु प्रत्यक्षात त्यापैकी प्रत्येक वर सूचीबद्ध केलेल्या घटना एकत्र करून मिळवता येते.

हे देखील पहा: विद्युत आणि चुंबकत्व, मूलभूत व्याख्या, हलणारे चार्ज केलेले कणांचे प्रकार