विद्युत आणि चुंबकत्व, मूलभूत व्याख्या, हलणारे चार्ज केलेले कणांचे प्रकार

"चुंबकत्वाचे शास्त्र", इतर अनेक विषयांप्रमाणेच, फार कमी आणि ऐवजी सोप्या संकल्पनांवर आधारित आहे. ते अगदी सोपे आहेत, किमान "ते काय आहेत" च्या दृष्टीने, "ते का आहेत" हे स्पष्ट करणे थोडे कठीण आहे. एकदा असे स्वीकारल्यानंतर, ते संपूर्ण अभ्यासाच्या विकासासाठी मूलभूत बिल्डिंग ब्लॉक्स म्हणून वापरले जाऊ शकतात. त्याच वेळी, ते निरीक्षण केलेल्या घटनांचे स्पष्टीकरण करण्याच्या प्रयत्नांमध्ये मार्गदर्शक तत्त्वे म्हणून काम करतात.

प्रथम, अशी एक गोष्ट आहे "इलेक्ट्रॉन"… इलेक्ट्रॉन्स फक्त अस्तित्त्वात नाहीत - आपण जिथे पाहतो तिथे ते असंख्य आहेत.

इलेक्ट्रॉन ही नगण्य वस्तुमानाची वस्तू आहे जी एकक ऋणात्मक विद्युत शुल्क वाहून नेते आणि विशिष्ट स्थिर गतीने त्याच्या अक्षाभोवती फिरते. इलेक्ट्रॉनच्या हालचालीतील एक अभिव्यक्ती म्हणजे विद्युत प्रवाह; दुसऱ्या शब्दांत, विद्युत प्रवाह इलेक्ट्रॉनद्वारे "वाहून" जातात.

दुसरे, अशी एक गोष्ट आहे "फील्ड"जे अन्यथा रिकाम्या जागेतून ऊर्जा प्रसारित करण्यासाठी वापरले जाऊ शकते.या अर्थाने, तीन मुख्य प्रकारचे क्षेत्र आहेत - गुरुत्वाकर्षण, विद्युत आणि चुंबकीय (पहा - विद्युत आणि चुंबकीय क्षेत्रामधील फरक).

तिसरे, अँपिअरच्या कल्पनांनुसार प्रत्येक फिरणारा इलेक्ट्रॉन चुंबकीय क्षेत्राने वेढलेला असतो… फक्त स्पिन इलेक्ट्रॉन हेच ​​इलेक्ट्रॉन्स गतिमान असल्याने, स्पिनच्या सहाय्याने प्रत्येक इलेक्ट्रॉनभोवती चुंबकीय क्षेत्र तयार होते. परिणामी, प्रत्येक इलेक्ट्रॉन मायक्रोमिनिएचर म्हणून कार्य करतो कायम चुंबक.

चौथा, लॉरेंट्झच्या कल्पनांनुसार चुंबकीय क्षेत्रामध्ये फिरणाऱ्या विद्युत चार्जवर विशिष्ट शक्ती कार्य करते… हे बाह्य क्षेत्र आणि अँपिअरच्या क्षेत्राच्या परस्परसंवादाचा परिणाम आहे.

शेवटी, द्रव्यामुळे अवकाशात त्याची अखंडता टिकून राहते कणांमधील आकर्षक शक्ती, ज्यांचे विद्युत क्षेत्र त्यांच्या विद्युत शुल्कामुळे निर्माण होते आणि चुंबकीय क्षेत्र — त्यांचे फिरणे.

सर्व चुंबकीय घटना कणांच्या गतीच्या आधारे स्पष्ट केल्या जाऊ शकतात ज्यात वस्तुमान आणि विद्युत चार्ज दोन्ही आहेत. अशा कणांच्या संभाव्य प्रकारांमध्ये पुढील गोष्टींचा समावेश होतो:

इलेक्ट्रॉन्स

इलेक्ट्रॉन हा अतिशय लहान आकाराचा विद्युत चार्ज केलेला कण आहे. प्रत्येक इलेक्ट्रॉन इतर प्रत्येक इलेक्ट्रॉनच्या बाबतीत समान आहे.

1. इलेक्ट्रॉनमध्ये ऋण युनिट चार्ज आणि नगण्य वस्तुमान असते.

2. सर्व इलेक्ट्रॉनचे वस्तुमान नेहमीच स्थिर असते, जरी स्पष्ट वस्तुमान पर्यावरणीय परिस्थितीनुसार बदलांच्या अधीन असते.

3. सर्व इलेक्ट्रॉन त्यांच्या स्वतःच्या अक्षाभोवती फिरतात — समान स्थिर कोनीय वेगासह फिरकी असते.

छिद्र

1. छिद्राला क्रिस्टल जाळीमध्ये विशिष्ट स्थान म्हणतात, जेथे ते असू शकते, परंतु या परिस्थितीत कोणतेही इलेक्ट्रॉन नसते. अशा प्रकारे, छिद्रामध्ये एक सकारात्मक एकक शुल्क आणि नगण्य वस्तुमान आहे.

2.छिद्राच्या हालचालीमुळे इलेक्ट्रॉन उलट दिशेने फिरतो. त्यामुळे, छिद्रामध्ये विरुद्ध दिशेने फिरणाऱ्या इलेक्ट्रॉनसारखेच वस्तुमान आणि समान स्पिन असते.

प्रोटॉन्स

प्रोटॉन हा एक कण आहे जो इलेक्ट्रॉनपेक्षा खूप मोठा असतो आणि त्याच्याकडे इलेक्ट्रिक चार्ज असतो जो इलेक्ट्रॉनच्या चार्जच्या निरपेक्ष मूल्यात अगदी समान असतो, परंतु त्याच्या विरुद्ध ध्रुवता असते. विरुद्ध ध्रुवीयतेची संकल्पना खालील विपरीत घटनांद्वारे परिभाषित केली जाते: एक इलेक्ट्रॉन आणि प्रोटॉन एकमेकांकडे एक आकर्षक शक्ती अनुभवतात, तर दोन इलेक्ट्रॉन किंवा दोन प्रोटॉन एकमेकांना मागे टाकतात.

बेंजामिन फ्रँकलिनच्या प्रयोगांमध्ये स्वीकारलेल्या नियमानुसार, इलेक्ट्रॉनचा चार्ज ऋण मानला जातो आणि प्रोटॉनचा चार्ज सकारात्मक असतो. इतर सर्व इलेक्ट्रिकली चार्ज केलेल्या बॉडीमध्ये इलेक्ट्रिक चार्जेस असतात, सकारात्मक किंवा ऋण, ज्याची मूल्ये नेहमी इलेक्ट्रॉन चार्जच्या अचूक गुणाकार असतात, या घटनेचे वर्णन करताना नंतरचे "युनिट मूल्य" म्हणून वापरले जाते.

1. प्रोटॉन हा एक धनात्मक एकक शुल्क आणि एकक आण्विक वजन असलेले आयन आहे.

2. प्रोटॉनचे सकारात्मक एकक शुल्क पूर्णपणे इलेक्ट्रॉनच्या ऋण युनिट चार्जशी पूर्णपणे जुळते, परंतु प्रोटॉनचे वस्तुमान इलेक्ट्रॉनच्या वस्तुमानापेक्षा अनेक पटीने जास्त असते.

3. सर्व प्रोटॉन्स त्यांच्या स्वतःच्या अक्षाभोवती (स्पिन असतात) समान कोनीय वेगाने फिरतात, जो इलेक्ट्रॉन रोटेशनच्या कोनीय वेगापेक्षा खूपच लहान असतो.

हे देखील पहा: अणूंची रचना - पदार्थांचे प्राथमिक कण, इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन

सकारात्मक आयन

१.पॉझिटिव्ह आयनमध्ये वेगवेगळे शुल्क असतात ज्यांची मूल्ये प्रोटॉनच्या चार्जचा पूर्णांक गुणक असतात आणि भिन्न वस्तुमान ज्यांच्या मूल्यांमध्ये प्रोटॉनच्या वस्तुमानाचा पूर्णांक गुणाकार असतो आणि उपअणु कणांचे काही अतिरिक्त वस्तुमान असते.

2. केवळ विषम संख्येच्या न्यूक्लिओन्स असलेल्या आयनांमध्ये स्पिन असते.

3. वेगवेगळ्या वस्तुमानाचे आयन वेगवेगळ्या कोनीय वेगांसह फिरतात.

नकारात्मक आयन

1. नकारात्मक आयनांचे प्रकार आहेत, जे सकारात्मक आयनांशी पूर्णपणे समान आहेत, परंतु सकारात्मक शुल्काऐवजी नकारात्मक वाहक आहेत.

यातील प्रत्येक कण, कोणत्याही संयोगाने, वेगवेगळ्या सरळ किंवा वक्र मार्गांवर वेगवेगळ्या वेगाने फिरू शकतो. समूह म्हणून कमी-अधिक प्रमाणात हलणाऱ्या समान कणांच्या संग्रहाला बीम म्हणतात.

बीममधील प्रत्येक कणाचे वस्तुमान, दिशा आणि गतीची गती शेजारच्या कणांच्या संबंधित पॅरामीटर्सच्या जवळ असते. तथापि, अधिक सामान्य परिस्थितीत, मॅक्सवेलच्या वितरणाच्या नियमाचे पालन करून, बीममधील वैयक्तिक कणांचा वेग भिन्न असतो.

या प्रकरणात, चुंबकीय घटना दिसण्यात प्रमुख भूमिका अशा कणांद्वारे खेळली जाते ज्यांची गती तुळईच्या सरासरी वेगाच्या जवळ असते, तर इतर गती असलेले कण द्वितीय-क्रम प्रभाव निर्माण करतात.

जर कणांच्या हालचालीच्या गतीकडे मुख्य लक्ष दिले गेले असेल, तर उच्च वेगाने हलणारे कण गरम म्हणतात आणि कमी वेगाने फिरणाऱ्या कणांना थंड म्हणतात. या व्याख्या सापेक्ष आहेत, म्हणजेच त्या कोणत्याही निरपेक्ष गती दर्शवत नाहीत.

मूलभूत कायदे आणि व्याख्या

चुंबकीय क्षेत्राच्या दोन भिन्न व्याख्या आहेत: चुंबकीय क्षेत्र - हे विद्युत चार्जांच्या जवळचे क्षेत्र आहे जेथे चुंबकीय शक्तींचा वापर केला जातो.कोणतेही क्षेत्र जेथे विद्युत चार्ज केलेले शरीर हालचाल करताना शक्ती अनुभवते तेथे चुंबकीय क्षेत्र असते.

विद्युतभारित कण वेढलेला असतो विद्युत क्षेत्र… फिरत्या विद्युत चार्ज केलेल्या कणामध्ये विद्युत सोबत चुंबकीय क्षेत्र असते. अँपिअरचा नियम हलणारे शुल्क आणि चुंबकीय क्षेत्र यांच्यातील संबंध स्थापित करतो (पहा — अँपिअरचा कायदा).

जर अनेक लहान विद्युतभारित कण प्रक्षेपणाच्या एकाच भागातून सतत गतीने जात असतील, तर प्रत्येक कणाच्या वैयक्तिक फिरत्या चुंबकीय क्षेत्राचा एकूण परिणाम कायमस्वरूपी चुंबकीय क्षेत्र तयार होतो बायो सावरा ची फील्ड.

विशेष प्रकरण अँपिअरचा कायदा, ज्याला बायो-सॅवर्डचा नियम म्हणतात, चुंबकीय क्षेत्राच्या सामर्थ्याची परिमाण अनंत लांब सरळ तारेपासून एका दिलेल्या अंतरावर निर्धारित करते ज्याद्वारे विद्युत प्रवाह वाहतो (बायोट-सवार्डचा कायदा).

त्यामुळे चुंबकीय क्षेत्राला एक विशिष्ट ताकद असते. फिरणारे विद्युत चार्ज जितके जास्त तितके परिणामी चुंबकीय क्षेत्र अधिक मजबूत असते. तसेच, इलेक्ट्रिक चार्ज जितक्या वेगाने फिरेल तितके चुंबकीय क्षेत्र मजबूत होईल.

स्थिर विद्युत शुल्क कोणतेही चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करत नाही. खरं तर, चुंबकीय क्षेत्र फिरत्या विद्युत चार्जच्या उपस्थितीपासून स्वतंत्रपणे अस्तित्वात असू शकत नाही.

लॉरेन्ट्झचा कायदा चुंबकीय क्षेत्रामध्ये फिरणाऱ्या विद्युत चार्ज केलेल्या कणावर कार्य करणारी शक्ती परिभाषित करतो. लॉरेन्ट्झ फोर्स बाह्य क्षेत्राची दिशा आणि कणाच्या गतीची दिशा या दोन्ही दिशेने लंब निर्देशित. चार्ज केलेले कण जेव्हा चुंबकीय क्षेत्र रेषांकडे काटकोनात जातात तेव्हा त्यांच्यावर "पार्श्वशक्ती" कार्य करते.

बाह्य चुंबकीय क्षेत्रामध्ये "चुंबकीय चार्ज केलेले" शरीर एक शक्ती अनुभवते जे शरीराला अशा स्थितीतून हलवते जेथे ते बाह्य क्षेत्राला अशा स्थितीत मजबूत करते जेथे बाह्य क्षेत्र कमकुवत होईल. हे खालील तत्त्वाचे प्रकटीकरण आहे: सर्व प्रणाली किमान उर्जेद्वारे वैशिष्ट्यीकृत स्थितीपर्यंत पोहोचतात.

लेन्झचा नियम असे म्हटले आहे: "जर चुंबकीय क्षेत्राशी कणाच्या परस्परसंवादाच्या परिणामी, गतिमान चार्ज केलेल्या कणाचा मार्ग कोणत्याही प्रकारे बदलला, तर या बदलांमुळे हे बदल घडवून आणलेल्या चुंबकीय क्षेत्राच्या अगदी विरुद्ध नवीन चुंबकीय क्षेत्र दिसू लागते. "

चुंबकीय सर्किटद्वारे "वाहणारे" चुंबकीय प्रवाह तयार करण्याची सोलेनोइडची क्षमता वायरच्या वळणांची संख्या आणि त्यातून वाहणारा विद्युत् प्रवाह या दोन्हींवर अवलंबून असते. दोन्ही घटक घटना घडवून आणतात मॅग्नेटोमोटिव्ह फोर्स किंवा थोडक्यात MDS… कायम चुंबक एक समान चुंबकीय शक्ती तयार करू शकतात.

मॅग्नेटोमोटिव्ह फोर्स चुंबकीय प्रवाह चुंबकीय सर्किटमध्ये त्याच प्रकारे प्रवाहित करते इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स (EMF) इलेक्ट्रिकल सर्किटमध्ये विद्युत प्रवाहाचा प्रवाह सुनिश्चित करते.

चुंबकीय सर्किट काही प्रकारे इलेक्ट्रिक सर्किट्सशी समान असतात, जरी इलेक्ट्रिक सर्किट्समध्ये चार्ज केलेल्या कणांची वास्तविक गती असते, तर चुंबकीय सर्किट्समध्ये अशी गती नसते. विद्युत प्रवाह निर्माण करणाऱ्या इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्सच्या क्रियेचे वर्णन केले आहे ओमचा कायदा.

चुंबकीय क्षेत्र शक्ती संबंधित चुंबकीय सर्किटच्या प्रति युनिट लांबीचे चुंबकीय शक्ती आहे. चुंबकीय प्रेरण किंवा प्रवाह घनता दिलेल्या चुंबकीय सर्किटच्या एकक क्षेत्रातून जाणाऱ्या चुंबकीय प्रवाहाइतकी असते.

अनिच्छा हे विशिष्ट चुंबकीय सर्किटचे वैशिष्ट्य आहे जे चुंबकीय शक्तीच्या क्रियेच्या प्रतिसादात चुंबकीय प्रवाह चालविण्याची क्षमता निर्धारित करते.

ओममधील विद्युत प्रतिकार हा इलेक्ट्रॉनच्या प्रवाहाच्या मार्गाच्या लांबीच्या थेट प्रमाणात असतो, या प्रवाहाच्या क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्राच्या व्यस्त प्रमाणात असतो आणि विद्युत चालकतेच्या व्यस्त प्रमाणात असतो, हे वैशिष्ट्य विद्युत गुणधर्मांचे वर्णन करते. अंतराळाचा वर्तमान-वाहक प्रदेश बनवणारा पदार्थ.

चुंबकीय प्रतिकार चुंबकीय प्रवाहाच्या मार्गाच्या लांबीच्या थेट प्रमाणात आहे, या प्रवाहाच्या क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्राच्या व्यस्त प्रमाणात आणि चुंबकीय पारगम्यतेच्या व्यस्त प्रमाणात देखील आहे, एक वैशिष्ट्य जे पदार्थाच्या चुंबकीय गुणधर्मांचे वर्णन करते. ज्यामध्ये चुंबकीय प्रवाह वाहून नेणारी जागा बनलेली असते. (पहा — चुंबकीय सर्किटसाठी ओमचा नियम).

चुंबकीय पारगम्यता पदार्थाचे वैशिष्ट्य जे विशिष्ट चुंबकीय प्रवाह घनता राखण्याची क्षमता व्यक्त करते (पहा — चुंबकीय पारगम्यता).

या विषयावर अधिक: इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड - शोध आणि भौतिक गुणधर्मांचा इतिहास