§ 104. Pracovní funkce elektronů opouštějících kov
Zkušenosti ukazují, že volné elektrony prakticky neopouštějí kov při běžných teplotách. Následně musí být v povrchové vrstvě kovu zpomalující elektrické pole, které brání elektronům v úniku z kovu do okolního vakua. Práce potřebná k odstranění elektronu z kovu do vakua se nazývá pracovní funkce. Uveďme dvě pravděpodobné důvody vzhled pracovní funkce:
1. Pokud je z nějakého důvodu z kovu odstraněn elektron, pak v místě, odkud elektron odešel, vzniká přebytečný kladný náboj a elektron je přitahován jím indukovaným kladným nábojem.
2. Jednotlivé elektrony, opouštějící kov, se od něj vzdalují na vzdálenosti řádově atomové a vytvářejí tak nad povrchem kovu „elektronový mrak“, jehož hustota se vzdáleností rychle klesá. Tento oblak spolu s vnější vrstvou kladných iontů mřížky vzniká elektrická dvouvrstvá, jehož pole je podobné poli paralelního kondenzátoru. Tloušťka této vrstvy se rovná několika meziatomovým vzdálenostem (10–10–10–9 m). Nevytváří elektrické pole ve vnějším prostoru, ale brání volným elektronům v úniku z kovu.
Když tedy elektron opustí kov, musí překonat elektrické pole dvojité vrstvy, která jej zpomaluje. Potenciální rozdíl v této vrstvě, tzv skok povrchového potenciálu, je určena pracovní funkcí ( A) elektron z kovu:
Kde e - elektronový náboj. Protože mimo dvojitou vrstvu není žádné elektrické pole, potenciál média je nulový a potenciál uvnitř kovu je kladný a rovný . Potenciální energie volného elektronu uvnitř kovu je - E a je negativní vzhledem k vakuu. Na základě toho můžeme předpokládat, že celý objem kovu pro vodivé elektrony představuje potenciálovou jámu s plochým dnem, jejíž hloubka se rovná pracovní funkci A.
Pracovní funkce je vyjádřena v elektronvolty(eV): 1 eV se rovná práci vykonané silami pole při pohybu elementárního elektrického náboje (náboje rovného náboji elektronu), když prochází rozdílem potenciálů 1 V. Protože náboj elektronu je 1,610 –19 C, pak 1 eV = 1,610 –19 J.
Pracovní funkce závisí na chemické povaze kovů a na čistotě jejich povrchu a pohybuje se v rozmezí několika elektronvoltů (např. A= 2,2 eV, pro platinu A= 6,3 eV). Výběrem povrchové úpravy určitým způsobem můžete výrazně snížit pracovní funkci. Například pokud na povrch nanesete wolfram (A= 4,5eV) vrstva oxidu kovu alkalických zemin (Ca, Sr, Ba), pak se pracovní funkce sníží na 2 eV.
§ 105. Emisní jevy a jejich aplikace
Poskytneme-li elektronům v kovech energii nutnou k překonání pracovní funkce, pak část elektronů může kov opustit, což má za následek jev emise elektronů, popř. elektronické emise. Podle způsobu předávání energie elektronům se rozlišují termionické, fotoelektronické, sekundární elektrony a emise pole.
1. Termionická emise je emise elektronů zahřátými kovy. Koncentrace volných elektronů v kovech je poměrně vysoká, proto i při průměrných teplotách mají některé elektrony v důsledku rozložení rychlostí elektronů (energií) dostatečnou energii k překonání potenciálové bariéry na hranici kovu. S rostoucí teplotou roste počet elektronů, jejichž kinetická energie tepelného pohybu je větší než pracovní funkce, a je patrný jev termionické emise.
Studium zákonů termionické emise lze provést pomocí nejjednodušší dvouelektrodové lampy - vakuová dioda, což je evakuovaný válec obsahující dvě elektrody: katodu K a anodou A. V nejjednodušším případě je katodou vlákno vyrobené ze žáruvzdorného kovu (například wolframu), ohřívané elektrickým proudem. Anoda má nejčastěji podobu kovového válce obklopujícího katodu. Pokud je dioda zapojena do obvodu, jak je znázorněno na Obr. 152, pak při zahřátí katody a přivedení kladného napětí na anodu (vzhledem ke katodě) vzniká v anodovém obvodu diody proud. Pokud změníte polaritu baterie B a pak se proud zastaví, bez ohledu na to, jak horká je katoda zahřátá. V důsledku toho katoda emituje negativní částice - elektrony.
Udržíme-li teplotu žhavené katody konstantní a odstraníme závislost anodového proudu já a z anodového napětí U A, - charakteristika proud-napětí(obr. 153), ukazuje se, že není lineární, to znamená, že pro vakuovou diodu není Ohmův zákon splněn. Závislost termionického proudu já od anodového napětí v oblasti malých kladných hodnot U popsaný zákon tří sekund(založena ruským fyzikem S. A. Boguslavským (1883-1923) a americkým fyzikem I. Langmuirem (1881-1957)):
Kde V- koeficient v závislosti na tvaru a velikosti elektrod a také na jejich vzájemné poloze.
S rostoucím anodovým napětím se proud zvyšuje na určitou maximální hodnotu já nás, volali saturační proud. To znamená, že téměř všechny elektrony opouštějící katodu se dostanou k anodě, takže další zvýšení intenzity pole nemůže vést ke zvýšení termionického proudu. V důsledku toho hustota saturačního proudu charakterizuje emisivitu katodového materiálu.
Stanoví se hustota saturačního proudu Richardson - Deshmanův vzorec, odvozené teoreticky na základě kvantové statistiky:
Kde A - pracovní funkce elektronů opouštějících katodu, T - termodynamická teplota, S- konstantní, teoreticky rovnoměrné dojení všech kovů (nepotvrzeno experimentem, což je zřejmě vysvětleno povrchovými efekty). Snížení pracovní funkce vede k prudký nárůst saturační proudová hustota. Proto se používají oxidové katody (například nikl potažený oxidem kovu alkalických zemin), jejichž pracovní funkce je 1-1,5 eV.
Na Obr. 153 ukazuje charakteristiky proud-napětí pro dvě katodové teploty: T 1 a T 2 a T 2 >T 1 . S Se zvyšující se teplotou katody je emise elektronů z katody intenzivnější a zvyšuje se také saturační proud. Na U a = 0, je pozorován anodový proud, tj. některé elektrony emitované katodou mají dostatečnou energii k překonání pracovní funkce a dosažení anody bez použití elektrického pole.
Fenomén termionické emise se využívá v zařízeních, ve kterých je potřeba získat tok elektronů ve vakuu, například ve vakuových trubicích, rentgenkách, elektronových mikroskopech apod. Elektronky jsou široce používány v elektrotechnice a radiotechnice , automatizace a telemechanika pro usměrňování střídavých proudů, zesilování elektrických signálů a střídavých proudů, generování elektromagnetických kmitů atd. V závislosti na účelu jsou ve svítidlech použity přídavné řídicí elektrody.
2. Fotoelektronová emise je emise elektronů z kovu pod vlivem světla a také krátkovlnného elektromagnetického záření (například rentgenového záření). Hlavní principy tohoto jevu budou diskutovány při zvažování fotoelektrického jevu.
3. Emise sekundárních elektronů- je emise elektronů z povrchu kovů, polovodičů nebo dielektrik při bombardování svazkem elektronů. Tok sekundárních elektronů se skládá z elektronů odražených od povrchu (elasticky a neelasticky odražené elektrony) a „pravých“ sekundárních elektronů – elektronů vyražených z kovu, polovodiče nebo dielektrika primárními elektrony.
Poměr sekundárních elektronových čísel n 2 na číslo primární n 1 , způsobující emisi se nazývá emisní faktor sekundárních elektronů:
Součinitel závisí na povaze materiálu povrchu, energii bombardujících částic a jejich úhlu dopadu na povrch. V polovodičích a dielektrikách více než kovy. To se vysvětluje skutečností, že v kovech, kde je koncentrace vodivostních elektronů vysoká, sekundární elektrony, které se s nimi často srážejí, ztrácejí svou energii a nemohou kov opustit. U polovodičů a dielektrik dochází v důsledku nízké koncentrace vodivostních elektronů ke srážkám sekundárních elektronů s nimi mnohem méně často a několikanásobně se zvyšuje pravděpodobnost odchodu sekundárních elektronů z emitoru.
Například na Obr. 154 ukazuje kvalitativní závislost koeficientu emise sekundárních elektronů z energie E dopadající elektrony pro KCl. S rostoucí energií elektronů se zvyšuje, když primární elektrony pronikají hlouběji do krystalové mřížky, a proto vyřazují více sekundárních elektronů. Avšak při určité energii primárních elektronů začíná klesat. To je způsobeno skutečností, že s rostoucí hloubkou průniku primárních elektronů je pro sekundární elektrony stále obtížnější uniknout na povrch. Význam max pro KCl dosahuje12 (u čistých kovů nepřesahuje 2).
Využívá se fenomén emise sekundárních elektronů trubice fotonásobiče(PMT), použitelný pro zesílení slabých elektrických proudů. Fotonásobič je elektronka s fotokatodou K a anodou A, mezi kterými je několik elektrod - zářiče(obr. 155). Elektrony, vytržené z fotokatody vlivem světla, vstupují do emitoru E 1 a procházejí urychlovacím potenciálem mezi K a E 1. E 1 je vyražen z emitoru elektrony. Takto zesílený tok elektronů je směrován do emitoru E 2 a proces násobení se opakuje na všech následujících emitorech. Pokud PMT obsahuje n emitory, pak na anodě A, tzv kolektor, se ukáže být posílen v n krát fotoelektronový proud.
4. Autoelektronické emise je emise elektronů z povrchu kovů pod vlivem silného vnějšího elektrického pole. Tyto jevy lze pozorovat ve vakuové trubici, jejíž konfigurace elektrod (katoda - hrot, anoda - vnitřní povrch elektronky) umožňuje při napětích přibližně 10 3 V získat elektrická pole o síle přibližně 10 7 V/m. S postupným nárůstem napětí, již při intenzitě pole na povrchu katody přibližně 10 5 -10 6 V/m, vzniká vlivem elektronů emitovaných katodou slabý proud. Síla tohoto proudu se zvyšuje s rostoucím napětím na elektronce. Proudy vznikají, když je katoda studená, proto se popsaný jev také nazývá studené emise. Vysvětlení mechanismu tohoto jevu je možné pouze na základě kvantové teorie.
Kovy obsahují vodivé elektrony, které tvoří elektronový plyn a účastní se tepelného pohybu. Protože vodivostní elektrony jsou drženy uvnitř kovu, v blízkosti povrchu působí na elektrony síly a směřují do kovu. Aby elektron opustil kov za jeho hranicemi, musí proti těmto silám vykonat určitou práci A, která se nazývá práce při opuštění elektronu z kovu. Tato práce se přirozeně liší pro různé kovy.
Potenciální energie elektronu uvnitř kovu je konstantní a rovná se:
Wp = -eφ, kde j je potenciál elektrického pole uvnitř kovu.
21. Rozdíl kontaktních potenciálů - to je rozdíl potenciálů mezi vodiči, ke kterému dochází, když se dostanou do kontaktu dva různé vodiče se stejnou teplotou.
Při kontaktu dvou vodičů s různými pracovními funkcemi se na vodičích objeví elektrické náboje. A mezi jejich volnými konci vzniká potenciální rozdíl. Potenciální rozdíl mezi body umístěnými vně vodičů, blízko jejich povrchu, se nazývá rozdíl kontaktních potenciálů. Vzhledem k tomu, že vodiče mají stejnou teplotu, v nepřítomnosti použitého napětí může pole existovat pouze v hraničních vrstvách (Voltovo pravidlo). Existuje vnitřní potenciálový rozdíl (když se kovy dostanou do kontaktu) a vnější (v mezeře). Hodnota rozdílu potenciálu vnějšího kontaktu se rovná rozdílu pracovních funkcí souvisejících s elektronovým nábojem. Pokud jsou vodiče zapojeny do kruhu, pak se emf v kruhu bude rovnat 0. Pro různé páry U kovů se hodnota rozdílu kontaktních potenciálů pohybuje od desetin voltu až po jednotky voltů.
Činnost termoelektrického generátoru je založena na využití termoelektrického jevu, jehož podstatou je, že při zahřívání spoje (spojení) dvou různých kovů vzniká mezi jejich volnými konci, které mají nižší teplotu, rozdíl potenciálů, nebo tzv termoelektromotorická síla (termo-EMF). Pokud takový termočlánek (termočlánek) uzavřete na vnější odpor, pak obvodem poteče elektrický proud (obr. 1). Při termoelektrických jevech tedy dochází k přímé přeměně tepelné energie na energii elektrickou.
Velikost termoelektromotorické síly je určena přibližně vzorcem E = a(T1 – T2)
22. Magnetické pole - silové pole působící na pohybující se elektrické náboje a na tělesa s magnetickým momentem bez ohledu na stav jejich pohybu; magnetická složka elektro magnetické pole
Pohyblivý náboj q, vytváří kolem sebe magnetické pole, jehož indukce
kde je rychlost elektronu, je vzdálenost od elektronu k danému bodu pole, μ – relativní magnetická permeabilita prostředí, μ 0 = 4π ·10 -7 Gn/m– magnetická konstanta.
Magnetická indukce- vektorová veličina, která je výkonová charakteristika magnetické pole (jeho vliv na nabité částice) v daném bodě prostoru. Určuje sílu, kterou magnetické pole působí na náboj pohybující se rychlostí.
Konkrétně se jedná o vektor takový, že Lorentzova síla působící z magnetického pole na náboj pohybující se rychlostí je rovna
23. Podle Biot-Savart-Laplaceova zákona obrysový prvek dl, kterým protéká proud já, vytváří kolem sebe magnetické pole, jehož indukce v určitém bodě K
kde je vzdálenost od bodu K k aktuálnímu prvku dl, α – úhel mezi vektorem poloměru a aktuálním prvkem dl.
Směr vektoru lze nalézt pomocí Maxwellovo pravidlo(gimlet): pokud našroubujete gimlet s pravým závitem ve směru proudu v prvku vodiče, pak směr pohybu rukojeti gimlet bude udávat směr vektoru magnetické indukce.
Aplikace Biot-Savart-Laplaceova zákona na obrysy různé typy, dostaneme:
· ve středu kruhové otáčky poloměru R s aktuální silou já magnetická indukce
magnetická indukce na ose kruhového proudu 
Kde A– vzdálenost od bodu, ve kterém se hledá B do roviny kruhového proudu,
· pole vytvořené nekonečně dlouhým vodičem, který vede proud na dálku r od dirigenta
· pole vytvořené vodičem konečné délky na dálku r z vodiče (obr. 15) 
· pole uvnitř toroidu nebo nekonečně dlouhého solenoidu n– počet závitů na jednotku délky solenoidu (toroidu)
Vektor magnetické indukce souvisí s intenzitou magnetického pole vztahem
Objemová hustota energie magnetické pole:
25 .Na nabité částici pohybující se v magnetickém poli s indukcí B s rychlostí υ , z magnetického pole vzniká síla tzv Lorentzova síla
a modul této síly je roven 
.
Směr Lorentzovy síly lze určit pomocí pravidlo levé ruky: pokud dáte levá ruka takže složka indukčního vektoru kolmá na rychlost vstupuje do dlaně a čtyři prsty jsou umístěny ve směru rychlosti pohybu kladného náboje (nebo proti směru rychlosti záporného náboje), ohnutý palec ukáže směr Lorentzovy síly
26 .Princip činnosti cyklických urychlovačů nabitých částic.
Nezávislost rotační periody T nabité částice v magnetickém poli využil americký vědec Lawrence v myšlence cyklotronu - urychlovače nabitých částic.
Cyklotron sestává ze dvou dee D 1 a D 2 - dutých kovových půlválců umístěných ve vysokém vakuu. V mezeře mezi skutky vzniká zrychlující se elektrické pole. Nabitá částice vstupující do této mezery zvýší svou rychlost a vletí do prostoru půlválce (dee). Dees jsou umístěny v konstantním magnetickém poli a trajektorie částice uvnitř dees bude zakřivená v kruhu. Když částice vstoupí do mezery mezi duhy podruhé, změní se polarita elektrického pole a opět se zrychlí. Zvýšení rychlosti je doprovázeno zvětšením poloměru trajektorie. V praxi se na dees aplikuje střídavé pole s frekvencí ν= 1/T=(B/2π)(q/m). Rychlost částice se vlivem elektrického pole zvyšuje pokaždé v intervalu mezi dees.
27.Ampérový výkon je síla, která působí na vodič, kterým protéká proud já, který se nachází v magnetickém poli
Δ l– délka vodiče a směr se shoduje se směrem proudu ve vodiči.
Ampérový napájecí modul: 
.
Dva paralelní nekonečně dlouhé přímé vodiče vedoucí proudy já 1 A já 2 vzájemně působit silou
Kde l- délka části vodiče, r– vzdálenost mezi vodiči.
28. Interakce paralelních proudů - Ampérův zákon
Nyní můžete snadno získat vzorec pro výpočet síly interakce mezi dvěma paralelními proudy.
Takže přes dva dlouhé rovné paralelní vodiče (obr. 440), umístěné ve vzdálenosti R od sebe (což je mnoho, 15krát menší než délky vodičů), tečou stejnosměrné proudy I 1, I 2.
Podle teorie pole se interakce vodičů vysvětluje následovně: elektrický proud v prvním vodiči vytváří magnetické pole, které interaguje s elektrickým proudem ve druhém vodiči. Pro vysvětlení vzniku síly působící na první vodič je nutné „vyměnit role“ vodičů: druhý vytváří pole, které působí na první. V duchu otáčejte pravým šroubem, otáčejte levou rukou (nebo použijte křížový produkt) a ujistěte se, že když proudy tečou jedním směrem, vodiče se přitahují, a když proudy tečou opačnými směry, vodiče se odpuzují1.
Síla působící na úsek délky Δl druhého vodiče je tedy ampérová síla, rovná se
kde B1 je indukce magnetického pole vytvořeného prvním vodičem. Při psaní tohoto vzorce se bere v úvahu, že indukční vektor B1 je kolmý na druhý vodič. Indukce pole vytvořeného stejnosměrným proudem v prvním vodiči v místě druhého je rovna
Ze vzorců (1), (2) vyplývá, že síla působící na zvolený úsek druhého vodiče je rovna
29. Cívka s proudem v magnetickém poli.
Pokud umístíte do magnetického pole ne vodič, ale cívku (nebo cívku) s proudem a umístíte ji svisle, pak použitím pravidla levé ruky na horní a spodní stranu cívky získáme, že elektromagnetické síly F působení na ně bude směřováno různými směry. Působením těchto dvou sil vzniká elektromagnetický moment M, který způsobí rotaci cívky, v v tomto případě ve směru hodinových ručiček. Tento moment
kde D je vzdálenost mezi stranami cívky.
Cívka se bude otáčet v magnetickém poli, dokud nezaujme polohu kolmou k siločarám magnetického pole (obr. 50, b). V této poloze bude cívkou procházet největší magnetický tok. V důsledku toho má cívka nebo cívka s proudem zavedeným do vnějšího magnetického pole vždy tendenci zaujmout takovou polohu, aby cívkou procházel co největší magnetický tok.
Magnetický moment, magnetický dipólový moment- hlavní veličina charakterizující magnetické vlastnosti látky (zdroj magnetismu, podle klasická teorie elektromagnetickými jevy jsou elektrické makro- a mikroproudy; Za elementární zdroj magnetismu se považuje uzavřený proud). Elementární částice mají magnetický moment, atomová jádra, elektronické obaly atomů a molekul. Magnetický moment elementární částice(elektrony, protony, neutrony a další), jak ukázala kvantová mechanika, je způsobena existencí vlastního mechanického momentu - spinu.
30. Magnetický tok - Fyzické množství, rovna hustotě toku siločar procházejících nekonečně malou oblastí dS. Tok F v jako integrál vektoru magnetické indukce V přes konečnou plochu S Určeno pomocí integrálu přes plochu.
31. Pohyb vodiče s proudem v magnetickém poli
Uvažujme proudovodný obvod tvořený pevnými dráty a pohyblivou propojkou délky l klouzající po nich (obr. 2.17). Tento obvod je umístěn ve vnějším rovnoměrném magnetickém poli kolmém k rovině obvodu.
Na proudový prvek I (pohyblivý drát) délky l působí ampérová síla směřující doprava:
Nechť se vodič l pohybuje rovnoběžně sám se sebou ve vzdálenosti dx. To provede následující:
dA=Fdx=IBldx=IBdS=IdФ
Práce, kterou vodič vykoná na proudu při pohybu, se číselně rovná součinu proudu a magnetického toku, kterým prochází tento vodič.
Vzorec zůstává platný, pokud se vodič jakéhokoli tvaru pohybuje v jakémkoli úhlu k čarám vektoru magnetické indukce.
32. Magnetizace hmoty . Permanentní magnety lze vyrobit jen z relativně malého počtu látek, ale všechny látky umístěné v magnetickém poli jsou zmagnetizovány, tedy samy se stávají zdroji magnetického pole. V důsledku toho se vektor magnetické indukce v přítomnosti hmoty liší od vektoru magnetické indukce ve vakuu.
Magnetický moment atomu je složen z orbitálních a intrinsických momentů elektronů zahrnutých v jeho složení a také z magnetického momentu jádra (který je určen magnetickými momenty elementárních částic obsažených v jádře - protonů a neutrony). Magnetický moment jádra je mnohem menší než momenty elektronů; proto při zvažování mnoha otázek jej lze zanedbat a lze předpokládat, že magnetický moment atomu je roven vektorovému součtu magnetických momentů elektronů. Uvažovat lze také magnetický moment molekuly rovnající se částce magnetické momenty elektronů obsažených v jeho složení.
Atom je tedy komplexní magnetický systém a magnetický moment atomu jako celku se rovná vektorovému součtu magnetických momentů všech elektronů.
Magnetika a nazývají se látkami, které lze magnetizovat ve vnějším magnetickém poli, tzn. schopné vytvářet vlastní magnetické pole. Vlastní pole látek závisí na magnetických vlastnostech jejich atomů. V tomto smyslu jsou magnety magnetickými analogy dielektrik.
Podle klasických konceptů se atom skládá z elektronů pohybujících se na drahách kolem kladně nabitého jádra, které se zase skládá z protonů a neutronů.
Všechny látky jsou magnetické, tzn. všechny látky jsou magnetizovány ve vnějším magnetickém poli, ale povaha a stupeň magnetizace jsou různé. V závislosti na tom jsou všechny magnety rozděleny do tří typů: 1) diamagnetické; 2) paramagnetické materiály; 3) feromagnetika.
Diamagnety. - patří sem mnoho kovů (například měď, zinek, stříbro, rtuť, vizmut), většina plynů, fosfor, síra, křemen, voda, drtivá většina organické sloučeniny atd.
Diamagnety se vyznačují následujícími vlastnostmi:
2) jeho vlastní magnetické pole je namířeno proti vnějšímu a mírně jej zeslabuje (m<1);
3) není zde žádný zbytkový magnetismus (vlastní magnetické pole diamagnetika zmizí po odstranění vnějšího pole).
První dvě vlastnosti naznačují, že relativní magnetická permeabilita m diamagnetických materiálů je jen o málo menší než 1. Například nejsilnější z diamagnetických materiálů, vizmut, má m = 0,999824.
Paramagnety- Patří sem alkalické kovy a kovy alkalických zemin, hliník, wolfram, platina, kyslík atd.
Paramagnetické materiály se vyznačují následujícími vlastnostmi:
1) velmi slabá magnetizace ve vnějším magnetickém poli;
2) vlastní magnetické pole směřuje podél vnějšího a mírně ho zesiluje (m>1);
3) není zde žádný zbytkový magnetismus.
Z prvních dvou vlastností vyplývá, že hodnota m je jen o málo větší než 1. Například pro jeden z nejsilnějších paramagnetů - platinu - je relativní magnetická permeabilita m = 1,00036.
33.Feromagnetika - Patří sem železo, nikl, kobalt, gadolinium, jejich slitiny a sloučeniny, dále některé slitiny a sloučeniny manganu a chrómu s neferomagnetickými prvky. Všechny tyto látky mají feromagnetické vlastnosti pouze v krystalickém stavu.
Feromagnetika se vyznačují následujícími vlastnostmi:
1) velmi silná magnetizace;
2) vlastní magnetické pole je nasměrováno podél vnějšího a výrazně ho zesiluje (hodnoty m se pohybují od několika set do několika set tisíc);
3) relativní magnetická permeabilita m závisí na velikosti magnetizačního pole;
4) je zde zbytkový magnetismus.
Doména- makroskopická oblast v magnetickém krystalu, ve které je orientace spontánního vektoru homogenní magnetizace nebo vektoru antiferomagnetismu (při teplotě pod Curieovým nebo Néelovým bodem) určitým - přísně uspořádaným - způsobem otočena nebo posunuta, tzn. , polarizované, vzhledem ke směrům odpovídajícího vektoru v sousedních doménách.
Domény jsou útvary sestávající z velkého množství [uspořádaných] atomů a jsou někdy viditelné pouhým okem (velikost v řádu 10−2 cm3).
Domény existují ve fero- a antiferomagnetických, feroelektrických krystalech a dalších látkách se spontánním řádem dlouhého dosahu.
Curieův bod nebo Curieova teplota,- teplota fázového přechodu druhého řádu spojeného s náhlou změnou symetrických vlastností látky (například magnetické - ve feromagnetech, elektrické - ve feroelektrikách, krystalochemické - u uspořádaných slitin). Pojmenováno po P. Curie. Při teplotě T pod Curieovým bodem Q mají feromagnetika spontánní magnetizaci a určitou magneticko-krystalickou symetrii. V Curieově bodě (T=Q) je intenzita tepelného pohybu atomů feromagnetika dostatečná ke zničení jeho spontánní magnetizace („magnetický řád“) a změně jeho symetrie, v důsledku čehož se feromagnet stává paramagnetickým. Podobně u antiferomagnetik v T=Q (v tzv. antiferomagnetickém Curieově bodě nebo Néelově bodě) je zničena jejich charakteristická magnetická struktura (magnetické podmřížky) a antiferomagnetika se stávají paramagnetickými. Ve feroelektrikách a antiferoelektrikách při T=Q tepelný pohyb atomů snižuje na nulu spontánní uspořádanou orientaci elektrických dipólů elementárních buněk krystalové mřížky. V uspořádaných slitinách v bodě Curie (v případě slitin se také nazývá bod.
Magnetická hystereze pozorované v magneticky uspořádaných látkách (v určitém teplotním rozmezí), např. ve feromagnetech, obvykle rozdělených do oblastí oblasti spontánní (spontánní) magnetizace, ve které je velikost magnetizace (magnetický moment na jednotku objemu) stejná, ale směry jsou různé.
Vlivem vnějšího magnetického pole se zvyšuje počet a velikost domén magnetizovaných polem na úkor domén ostatních. Magnetizační vektory jednotlivých domén mohou rotovat podél pole. V dostatečně silném magnetickém poli je feromagnet zmagnetizován do nasycení a skládá se z jedné domény se saturační magnetizací JS směrovanou podél vnějšího pole H.
Typická závislost magnetizace na magnetickém poli v případě hystereze
34. Magnetické pole Země
Jak víte, magnetické pole je zvláštní typ silového pole, které ovlivňuje tělesa s magnetickými vlastnostmi a také pohybující se elektrické náboje. Magnetické pole lze do jisté míry považovat za zvláštní druh hmoty, která přenáší informace mezi elektrickými náboji a tělesy s magnetickým momentem. V souladu s tím je magnetické pole Země magnetickým polem, které vzniká v důsledku faktorů souvisejících s funkční vlastnosti naší planety. To znamená, že geomagnetické pole je vytvářeno samotnou Zemí, a nikoli vnějšími zdroji, i když ty mají určitý vliv na magnetické pole planety.
Vlastnosti magnetického pole Země tedy nevyhnutelně závisí na vlastnostech jeho původu. Hlavní teorie vysvětlující vznik tohoto silového pole je spojena s tokem proudů v tekutém kovovém jádru planety (teplota v jádře je tak vysoká, že kovy jsou v kapalném stavu). Energie magnetického pole Země je generována tzv. hydromagnetickým dynamo mechanismem, který je způsoben vícesměrností a asymetrií elektrických proudů. Generují zvýšené elektrické výboje, což vede k uvolnění tepelné energie a vzniku nových magnetických polí. Je zajímavé, že mechanismus hydromagnetického dynama má schopnost „samobuzení“, to znamená, že aktivní elektrická aktivita v zemském jádru neustále generuje geomagnetické pole bez vnějšího vlivu.
35.Magnetizace - vektorová fyzikální veličina charakterizující magnetický stav makroskopického fyzického těla. Obvykle se označuje M. Je definován jako magnetický moment jednotkového objemu látky:
Zde je M vektor magnetizace; - vektor magnetického momentu; V - objem.
V obecný případ(v případě nestejnoměrného, z toho či onoho důvodu středního) magnetizace je vyjádřena jako
a je funkcí souřadnic. Kde je celkový magnetický moment molekul v objemu dV Vztah mezi M a intenzitou magnetického pole H v diamagnetických a paramagnetických materiálech je obvykle lineární (alespoň když magnetizační pole není příliš velké):
kde χm se nazývá magnetická susceptibilita. Ve feromagnetických materiálech neexistuje jednoznačný vztah mezi M a H v důsledku magnetické hystereze a k popisu závislosti se používá tenzor magnetické susceptibility.
Síla magnetického pole(standardní označení H) je vektorová fyzikální veličina rovna rozdílu mezi vektorem magnetické indukce B a vektorem magnetizace M.
V Mezinárodní systém jednotky (SI): H = (1/µ 0)B - M kde µ 0 je magnetická konstanta.
Magnetická permeabilita- fyzikální veličina, koeficient (v závislosti na vlastnostech prostředí) charakterizující vztah mezi magnetickou indukcí B a intenzitou magnetického pole H v látce. Tento koeficient je pro různá média různý, mluví se tedy o magnetické permeabilitě konkrétního média (myšleno jeho složení, skupenství, teplota atd.).
Obvykle se označuje řeckým písmenem µ. Může to být buď skalární (u izotropních látek) nebo tenzor (u anizotropních látek).
Obecně je vztah mezi magnetickou indukcí a silou magnetického pole prostřednictvím magnetické permeability zaveden jako
a v obecném případě je zde třeba chápat jako tenzor, kterému ve složkovém zápisu odpovídá
Pro každý náboj v elektrickém poli existuje síla, která může tento náboj pohnout. Určete práci A při přemístění bodového kladného náboje q z bodu O do bodu n, kterou vykonají síly elektrického pole záporného náboje Q. Podle Coulombova zákona je síla pohybující náboj proměnná a rovna
Kde r je proměnná vzdálenost mezi náboji.
. Tento výraz lze získat takto:
Veličina představuje potenciální energii W p náboje v daném bodě elektrického pole:
Znaménko (-) ukazuje, že když se náboj pohybuje polem, jeho potenciální energie klesá a mění se v práci pohybu.
Hodnota rovna potenciální energii jednotkového kladného náboje (q = +1) se nazývá potenciál elektrického pole.
Pak 
. Pro q = +1.
Potenciální rozdíl mezi dvěma body pole se tedy rovná práci sil pole k přesunu jednotkového kladného náboje z jednoho bodu do druhého.
Potenciál bodu elektrického pole se rovná práci vykonané k přesunu jednotkového kladného náboje z daného bodu do nekonečna: . Jednotka měření - Volt = J/C.
Práce při pohybu náboje v elektrickém poli nezávisí na tvaru dráhy, ale závisí pouze na potenciálním rozdílu mezi počátečním a koncovým bodem dráhy.
Povrch ve všech bodech, jehož potenciál je stejný, se nazývá ekvipotenciál.
Intenzita pole je jeho výkonová charakteristika a potenciál je jeho energetická charakteristika.
Vztah mezi intenzitou pole a jeho potenciálem vyjadřuje vzorec
,
znaménko (-) je způsobeno tím, že intenzita pole je směrována ve směru klesajícího potenciálu a ve směru rostoucího potenciálu.
5. Využití elektrických polí v lékařství.
franklinizace, nebo „elektrostatická sprcha“ je terapeutická metoda, při které je tělo pacienta nebo jeho určité části vystaveny stálému vysokonapěťovému elektrickému poli.
Konstantní elektrické pole během obecné expoziční procedury může dosáhnout 50 kV, s místní vliv 15 – 20 kV.
Mechanismus terapeutického působení. Postup franklinizace se provádí tak, že hlava pacienta nebo jiná část těla se stane jako jedna z desek kondenzátoru, zatímco druhá je elektroda zavěšená nad hlavou nebo instalovaná nad místem expozice ve vzdálenosti 6 - 10 cm. Pod vlivem vysokého napětí pod hroty jehel připevněných k elektrodě dochází k ionizaci vzduchu za vzniku vzdušných iontů, ozónu a oxidů dusíku.
Vdechování ozónu a vzdušných iontů vyvolává reakci v cévní síti. Po krátkodobém spasmu cév se kapiláry rozšiřují nejen v povrchových tkáních, ale i v hlubokých. V důsledku toho se zlepšují metabolické a trofické procesy a v případě poškození tkáně se stimulují procesy regenerace a obnovy funkcí.
V důsledku zlepšení krevního oběhu, normalizace metabolické procesy a nervové funkce, dochází k poklesu bolestí hlavy, zvyš krevní tlak, zvýšil cévní tonus, snížená srdeční frekvence.
Použití franklinizace je indikováno pro funkční poruchy nervový systém
Příklady řešení problémů
1. Při provozu franklinizačního zařízení se každou sekundu vytvoří 500 000 lehkých iontů vzduchu v 1 cm3 vzduchu. Určete práci ionizace potřebnou k vytvoření stejného množství vzduchových iontů ve 225 cm 3 vzduchu během ošetření (15 min). Předpokládá se, že ionizační potenciál molekul vzduchu je 13,54 V a vzduch je konvenčně považován za homogenní plyn.
- ionizační potenciál, A - ionizační práce, N - počet elektronů.
2. Při ošetření elektrostatickou sprchou je na elektrody elektrického stroje přiváděn potenciálový rozdíl 100 kV. Určete, kolik náboje projde mezi elektrodami během jednoho léčebného postupu, pokud je známo, že síly elektrického pole vykonají 1800 J práce.
Odtud 
Elektrický dipól v medicíně
Podle Einthovenovy teorie, která je základem elektrokardiografie, je srdce elektrický dipól, který se nachází ve středu rovnostranného trojúhelníku (Einthovenův trojúhelník), jehož vrcholy lze konvenčně považovat za 
nacházející se v pravá ruka, levá ruka a levá noha.
Během srdeční cyklus mění se jak poloha dipólu v prostoru, tak i dipólový moment. Měření potenciálního rozdílu mezi vrcholy Einthovenova trojúhelníku nám umožňuje určit vztah mezi průměty dipólového momentu srdce na strany trojúhelníku následovně:
Znáte-li napětí U AB, U BC, U AC, můžete určit, jak je dipól orientován vzhledem ke stranám trojúhelníku.
V elektrokardiografii se potenciální rozdíl mezi dvěma body na těle (v tomto případě mezi vrcholy Einthovenova trojúhelníku) nazývá svod.
Je volána registrace potenciálního rozdílu ve vedení v závislosti na čase elektrokardiogram.
Geometrické umístění koncových bodů vektoru dipólového momentu během srdečního cyklu se nazývá vektorový kardiogram.
Přednáška č. 4
Kontaktní jevy
1. Rozdíl kontaktních potenciálů. Voltovy zákony.
2. Termoelektřina.
3. Termočlánek, jeho využití v lékařství.
4. Klidový potenciál. Akční potenciál a jeho rozložení.
- Rozdíl kontaktních potenciálů. Voltovy zákony.
Když se různé kovy dostanou do těsného kontaktu, vznikne mezi nimi potenciální rozdíl, který závisí pouze na jejich chemické složení a teplota (první Voltův zákon). Tento potenciálový rozdíl se nazývá kontakt.
Aby elektron opustil kov a dostal se do prostředí, musí působit proti přitažlivým silám vůči kovu. Tato práce se nazývá pracovní funkce elektronu opouštějícího kov.
Uveďme do kontaktu dva různé kovy 1 a 2 s pracovní funkcí A 1 a A 2 a A 1< A 2 . Очевидно, что свободный электрон, попавший в процессе теплового движения на поверхность раздела металлов, будет втянут во второй металл, так как со стороны этого металла на электрон действует большая сила притяжения (A 2 >A 1). V důsledku toho jsou prostřednictvím kontaktu kovů „pumpovány“ volné elektrony z prvního kovu na druhý, v důsledku čehož je první kov nabit kladně, druhý záporně. Potenciální rozdíl, který v tomto případě vzniká, vytváří elektrické pole o intenzitě E, které ztěžuje další „čerpání“ elektronů a zcela se zastaví, když se pohyb elektronu v důsledku rozdílu kontaktního potenciálu rovná rozdílu v pracovní funkce:
(1)
Uveďme nyní do kontaktu dva kovy s A 1 = A 2, které mají různé koncentrace volných elektronů n 01 > n 02. Poté začne přednostní přenos volných elektronů z prvního kovu na druhý. V důsledku toho bude první kov nabit kladně, druhý záporně. Mezi kovy vznikne potenciální rozdíl, který zastaví další přenos elektronů. Výsledný potenciální rozdíl je určen výrazem:
, (2)
kde k je Boltzmannova konstanta.
V obecném případě kontaktu mezi kovy, které se liší jak pracovní funkcí, tak koncentrací volných elektronů, je cr.r.p. z (1) a (2) se bude rovnat:
(3)
Je snadné ukázat, že součet rozdílů kontaktních potenciálů sériově zapojených vodičů se rovná rozdílu kontaktních potenciálů vytvořených koncovými vodiči a nezávisí na mezilehlých vodičích:
Tato pozice se nazývá druhý Voltův zákon.
Pokud nyní připojíme přímo koncové vodiče, pak je rozdíl potenciálů existující mezi nimi kompenzován stejným rozdílem potenciálů, který vzniká na kontaktu 1 a 4. Proto je c.r.p. nevytváří proud v uzavřeném okruhu kovových vodičů o stejné teplotě.
2. Termoelektřina je závislost rozdílu kontaktních potenciálů na teplotě.
Udělejme uzavřený obvod ze dvou různých kovových vodičů 1 a 2.
Teploty kontaktů a a b budou udržovány na různých teplotách T a > Tb. Potom, podle vzorce (3), c.r.p. v horkém spoji více než ve studeném spoji: . Výsledkem je, že mezi přechody a a b vzniká potenciálový rozdíl, nazývaný termoelektromotorická síla, a proud I poteče v uzavřeném obvodu Pomocí vzorce (3) získáme
Kde 
pro každý pár kovů.
- Termočlánek, jeho použití v lékařství.
Uzavřený obvod vodičů, který vytváří proud v důsledku rozdílů kontaktních teplot mezi vodiči, se nazývá termočlánek.
Ze vzorce (4) vyplývá, že termoelektromotorická síla termočlánku je úměrná rozdílu teplot přechodů (kontaktů).
Vzorec (4) platí také pro teploty na Celsiově stupnici:
Termočlánek může měřit pouze teplotní rozdíly. Typicky je jeden spoj udržován na 0 °C. Říká se tomu studený spoj. Druhá křižovatka se nazývá horká nebo měřicí křižovatka.
Termočlánek má oproti rtuťovým teploměrům značné výhody: je citlivý, bez setrvačnosti, umožňuje měřit teplotu malých předmětů a umožňuje měření na dálku.
Měření profilu teplotního pole lidského těla.
Předpokládá se, že teplota lidského těla je konstantní, ale tato stálost je relativní, protože v různých částech těla není teplota stejná a mění se v závislosti na funkční stav tělo.
Teplota kůže má svou vlastní dobře definovanou topografii. Mají nejnižší teplotu (23-30º) distální úseky končetiny, špička nosu, uši. Nejvíc teplo- V axilární oblast, v perineu, krku, rtech, tvářích. Zbývající oblasti mají teplotu 31 - 33,5 ºС.
U zdravý člověk rozložení teploty je symetrické vzhledem ke střední čáře těla. Porušení této symetrie slouží jako hlavní kritérium pro diagnostiku onemocnění sestrojením profilu teplotního pole pomocí kontaktních zařízení: termočlánku a odporového teploměru.
4. Klidový potenciál. Akční potenciál a jeho rozložení.
Povrchová membrána buňky není stejně propustná pro různé ionty. Koncentrace jakýchkoli specifických iontů je navíc na různých stranách membrány udržována nejpříznivější složení iontů uvnitř buňky. Tyto faktory vedou k tomu, že se v normálně fungující buňce objeví potenciální rozdíl mezi cytoplazmou a životní prostředí(klidový potenciál)
Při excitaci se mění potenciálový rozdíl mezi buňkou a okolím, vzniká akční potenciál, který se šíří v nervových vláknech.
Mechanismus šíření akčního potenciálu podél nervového vlákna je uvažován analogicky s šířením elektromagnetická vlna přes dvouvodičové vedení. Spolu s touto analogií však existují také zásadní rozdíly.
Elektromagnetická vlna, šířící se v médiu, slábne, jak se její energie rozptyluje, a mění se v energii molekulárně-tepelného pohybu. Zdrojem energie elektromagnetické vlny je její zdroj: generátor, jiskra atd.
Budicí vlna se nerozpadá, protože přijímá energii právě z prostředí, ve kterém se šíří (energie nabité membrány).
K šíření akčního potenciálu podél nervového vlákna tedy dochází ve formě autovlny. Aktivním prostředím jsou excitovatelné buňky.
Příklady řešení problémů
1. Při konstrukci profilu teplotního pole povrchu lidského těla se používá termočlánek s odporem r 1 = 4 Ohmy a galvanometr s odporem r 2 = 80 Ohm; I=26 µA při teplotním rozdílu ºС. Jaká je konstanta termočlánku?
Tepelný výkon vznikající v termočlánku je roven , kde termočlánky je teplotní rozdíl mezi přechody.
Podle Ohmova zákona pro úsek obvodu, kde se U bere jako . Pak
Přednáška č. 5
Elektromagnetismus
1. Povaha magnetismu.
2. Magnetická interakce proudů ve vakuu. Amperův zákon.
4. Dia-, para- a feromagnetické látky. Magnetická permeabilita a magnetická indukce.
5. Magnetické vlastnosti tělesných tkání.
1. Povaha magnetismu.
Kolem pohybujících se elektrických nábojů (proudů) vzniká magnetické pole, jehož prostřednictvím tyto náboje interagují s magnetickými nebo jinými pohybujícími se elektrickými náboji.
Magnetické pole je silové pole a je reprezentováno magnetickými siločárami. Na rozdíl od elektrických siločar jsou magnetické siločáry vždy uzavřené.
Magnetické vlastnosti látky jsou způsobeny elementárními kruhovými proudy v atomech a molekulách této látky.
2 . Magnetická interakce proudů ve vakuu. Amperův zákon.
Magnetická interakce proudů byla studována pomocí pohyblivých drátových obvodů. Ampere zjistil, že velikost síly interakce mezi dvěma malými úseky vodičů 1 a 2 s proudy je úměrná délkám těchto úseků, proudovým silám I1 a I2 v nich a je nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti. r mezi sekcemi:
Ukázalo se, že síla vlivu prvního úseku na druhý závisí na jejich vzájemné poloze a je úměrná sinusům úhlů a .
kde je úhel mezi a vektor poloměru r 12, který se spojuje, a je úhel mezi normálou n k rovině Q obsahující řez a vektor poloměru r 12.
Spojením (1) a (2) a zavedením koeficientu úměrnosti k získáme matematické vyjádření Ampérova zákona:
(3)
Směr síly je také určen pravidlem gimlet: shoduje se se směrem translačního pohybu gimletu, jehož rukojeť se otáčí od normály n 1.
Prvek proudu je vektor rovný součinu Idl nekonečně malého úseku délky dl vodiče a síly proudu I v něm a směřující podél tohoto proudu. Poté, když přejdeme (3) z malého do nekonečně malého dl, můžeme zapsat Ampérův zákon do rozdílová forma:
. (4)
Koeficient k může být reprezentován jako
kde je magnetická konstanta (neboli magnetická permeabilita vakua).
Do formuláře se zapíše hodnota pro racionalizaci zohledňující (5) a (4).
. (6)
3 . Síla magnetického pole. Amperův vzorec. Biot-Savart-Laplaceův zákon.
Protože elektrické proudy na sebe vzájemně působí prostřednictvím svých magnetických polí, lze na základě této interakce stanovit kvantitativní charakteristiku magnetického pole – Ampérův zákon. K tomu rozdělíme vodič l s proudem I na mnoho elementárních úseků dl. Vytváří pole v prostoru.
Do bodu O tohoto pole, který se nachází ve vzdálenosti r od dl, umístíme I 0 dl 0. Na tento prvek pak bude podle Ampérova zákona (6) působit síla.
(7)
kde je úhel mezi směrem proudu I v řezu dl (vytvářejícím pole) a směrem vektoru poloměru r, a je úhel mezi směrem proudu I 0 dl 0 a normálou n k rovině Q obsahující dl a r.
Ve vzorci (7) vybereme část, která nezávisí na aktuálním prvku I 0 dl 0, označíme ji dH:
Biot-Savart-Laplaceův zákon (8)
Hodnota dH závisí pouze na aktuálním prvku Idl, který vytváří magnetické pole, a na poloze bodu O.
Hodnota dH je kvantitativní charakteristika magnetického pole a nazývá se intenzita magnetického pole. Dosazením (8) do (7) dostaneme
kde je úhel mezi směrem proudu I 0 a magnetickým polem dH. Vzorec (9) se nazývá Amperův vzorec a vyjadřuje závislost síly, kterou magnetické pole působí na proudový prvek I 0 dl 0 v něm umístěný, na síle tohoto pole. Tato síla se nachází v rovině Q kolmé k dl 0. Jeho směr je určen „pravidlem levé ruky“.
Za předpokladu = 90º in (9), dostaneme:
Tito. Síla magnetického pole směřuje tangenciálně k siločárě a je rovna poměru síly, kterou pole působí na jednotkový proudový prvek, k magnetické konstantě.
4 . Diamagnetické, paramagnetické a feromagnetické látky. Magnetická permeabilita a magnetická indukce.
Všechny látky umístěné v magnetickém poli získávají magnetické vlastnosti, tzn. jsou zmagnetizovány a proto mění vnější pole. V tomto případě některé látky vnější pole oslabují, jiné naopak posilují. První se jmenují diamagnetické, druhý - paramagnetický látek. Mezi paramagnetickými látkami prudce vystupuje skupina látek způsobujících velmi velký nárůst vnějšího pole. Tento feromagnetika.
Diamagnety- fosfor, síra, zlato, stříbro, měď, voda, organické sloučeniny.
Paramagnety- kyslík, dusík, hliník, wolfram, platina, alkalické kovy a kovy alkalických zemin.
Feromagnetika– železo, nikl, kobalt, jejich slitiny.
Geometrický součet orbitální a spinové magnetické momenty elektronů a vlastní magnetický moment jádra tvoří magnetický moment atomu (molekuly) látky.
V diamagnetických materiálech je celkový magnetický moment atomu (molekuly) nulový, protože magnetické momenty se navzájem ruší. Vlivem vnějšího magnetického pole se však v těchto atomech indukuje magnetický moment, směřující opačně k vnějšímu poli. V důsledku toho se diamagnetické médium zmagnetizuje a vytvoří své vlastní magnetické pole, nasměrované proti vnějšímu a zeslabující jej.
Indukované magnetické momenty diamagnetických atomů jsou zachovány, dokud existuje vnější magnetické pole. Když je vnější pole eliminováno, indukované magnetické momenty atomů zmizí a diamagnetický materiál je demagnetizován.
V paramagnetických atomech se orbitální, spinový a jaderný moment vzájemně nekompenzují. Atomové magnetické momenty jsou však uspořádány náhodně, takže paramagnetické prostředí nevykazuje magnetické vlastnosti. Vnější pole otáčí paramagnetickými atomy tak, že jejich magnetické momenty jsou ustaveny převážně ve směru pole. V důsledku toho se paramagnetický materiál zmagnetizuje a vytvoří své vlastní magnetické pole, které se shoduje s vnějším a zesiluje jej.
(4), kde je absolutní magnetická permeabilita média. Ve vakuu = 1, , a
Ve feromagnetikách jsou oblasti (~10 -2 cm) se shodně orientovanými magnetickými momenty jejich atomů. Orientace samotných domén je však různá. Proto při absenci vnějšího magnetického pole není feromagnet zmagnetizován.
S výskytem vnějšího pole začnou domény orientované ve směru tohoto pole zvětšovat svůj objem v důsledku sousedních domén s různou orientací magnetického momentu; feromagnet se zmagnetizuje. Při dostatečně silném poli se všechny domény přeorientují podél pole a feromagnet je rychle zmagnetizován do nasycení.
Když je vnější pole eliminováno, feromagnet není zcela demagnetizován, ale zachovává si zbytkovou magnetickou indukci, protože tepelný pohyb nemůže dezorientovat domény. Demagnetizaci lze dosáhnout zahřátím, protřepáním nebo aplikací reverzního pole.
Při teplotě rovné Curieho bodu je tepelný pohyb schopen dezorientovat atomy v doménách, v důsledku čehož se feromagnet změní na paramagnet.
Tok magnetické indukce určitým povrchem S se rovná počtu indukčních čar pronikající tímto povrchem:
(5)
Měrná jednotka B – Tesla, F-Weber.
Vzorec pro funkci práce elektronů
Kovy obsahují vodivé elektrony, které tvoří elektronový plyn a účastní se tepelného pohybu. Protože vodivostní elektrony jsou drženy uvnitř kovu, v blízkosti povrchu působí na elektrony síly a směřují do kovu. Aby elektron opustil kov za své meze, musí proti těmto silám vykonat určitou práci A, která se nazývá funkce práce elektronů vyrobeno z kovu. Tato práce se přirozeně liší pro různé kovy.
Potenciální energie elektronu uvnitř kovu je konstantní a rovná se:
W p = -eφ , kde j je potenciál elektrického pole uvnitř kovu.
Když elektron prochází povrchovou elektronovou vrstvou, potenciální energie rychle klesá pracovní funkcí a mimo kov se stává nulovou. Rozložení energie elektronů uvnitř kovu může být reprezentováno jako potenciální jáma.
Ve výše diskutované interpretaci je pracovní funkce elektronu rovna hloubce potenciálové jámy, tzn.
Aout = eφ
Tento výsledek je v souladu s klasickou elektronovou teorií kovů, která předpokládá, že rychlost elektronů v kovu se řídí Maxwellovým distribučním zákonem a je nulová při teplotě absolutní nuly. Ve skutečnosti se však vodivostní elektrony řídí kvantovou statistikou Fermi-Dirac, podle níž je při absolutní nule rychlost elektronů a tedy i jejich energie nenulová.
Maximální energetická hodnota, kterou mají elektrony v absolutní nule, se nazývá Fermiho energie E F . Kvantová teorie vodivosti kovů, založená na těchto statistikách, dává jinou interpretaci pracovní funkce. Funkce práce elektronů z kovu se rovná rozdílu mezi výškou potenciální bariéry eφ a Fermiho energií.
A out = eφ" - E F
kde φ" je průměrná hodnota potenciálu elektrického pole uvnitř kovu.
Tabulka pracovní funkce elektronů z jednoduchých látek
V tabulce jsou uvedeny hodnoty funkce práce elektronů pro polykrystalické vzorky, jejichž povrch je čištěn ve vakuu kalcinací nebo mechanickou úpravou. Nedostatečně spolehlivé údaje jsou uvedeny v závorkách.
|
Látka |
Vzorec látky |
Funkce práce elektronů (W, eV) |
|
hliník |
||
|
beryllium |
||
|
uhlík (grafit) |
||
|
germanium |
||
|
mangan |
||
|
molybden |
||
|
palladium |
||
|
praseodym |
||
|
cín (γ-forma) |
||
|
cín (β forma) |
||
|
stroncium |
||
|
wolfram |
||
|
zirkonium |
Co je to vlastně napětí? Je to způsob popisu a měření síly elektrického pole. Samotné napětí nemůže existovat bez elektronového pole kolem kladných a záporných nábojů. Stejně jako magnetické pole obklopuje severní a jižní pól.
Podle moderní koncepty, elektrony se navzájem neovlivňují. Elektrické pole je něco, co pochází z jednoho náboje a jeho přítomnost může cítit jiný.
Totéž lze říci o pojmu napětí! Jen nám to pomáhá představit si, jak by mohlo vypadat elektrické pole. Abych byl upřímný, nemá žádný tvar, žádnou velikost, nic takového. Ale pole působí na elektrony určitou silou.
Síly a jejich působení na nabitou částici
Nabitý elektron je vystaven síle s určitým zrychlením, což způsobuje, že se pohybuje stále rychleji. Tato síla působí na pohyb elektronu.
Siločáry jsou imaginární tvary, které se objevují kolem nábojů (určených elektrickým polem) a pokud do této oblasti umístíme jakýkoli náboj, zažije sílu.
Vlastnosti elektrického vedení:
- cestovat ze severu na jih;
- nemají žádné vzájemné průsečíky.
Proč se ty dvě siločáry neprotnou? Protože tohle se tam neděje reálný život. To, co se říká, je fyzický model a nic víc. Fyzici jej vynalezli, aby popsali chování a charakteristiky elektrického pole. Model je v tomto velmi dobrý. Ale když si uvědomíme, že se jedná pouze o model, musíme vědět, proč jsou takové linky potřeba.
Polní čáry ukazují:
- směry elektrických polí;
- napětí. Čím blíže jsou čáry, tím větší je intenzita pole a naopak.
Pokud se nakreslené siločáry našeho modelu protnou, vzdálenost mezi nimi bude nekonečně malá. Kvůli síle pole jako formy energie a protože základní zákony fyzika to není možné.
Co je to potenciál?
Potenciál je energie, která je vynaložena na přesun nabité částice z prvního bodu, který má nulový potenciál, do druhého bodu.
Potenciální rozdíl mezi body A a B je práce vykonaná silami pro přesun určitého kladného elektronu po libovolné dráze z A do B.
Čím větší je potenciál elektronu, tím větší je hustota toku na jednotku plochy. Tento jev je podobný gravitaci. Čím větší hmotnost, tím větší potenciál, tím intenzivnější a hustší gravitační pole na jednotku plochy.
Malý nízkopotenciální náboj se sníženou hustotou toku je znázorněn na následujícím obrázku.
A dole je náboj s vysokým potenciálem a hustotou toku.
Například: během bouřky se elektrony v jednom bodě vyčerpávají a v jiném se shromažďují a vytvářejí elektrické pole. Když je síla dostatečná k porušení dielektrické konstanty, dojde k úderu blesku (složeného z elektronů). Když se rozdíl potenciálů vyrovná, elektrické pole se zničí.
Elektrostatické pole
Jedná se o typ elektrického pole, konstantního v čase, tvořeného náboji, které se nepohybují. Práce při pohybu elektronu je určena vztahy,
kde r1 a r2 jsou vzdálenosti náboje q k počátečnímu a koncovému bodu trajektorie pohybu. Z výsledného vzorce je vidět, že práce vykonaná při přesunu náboje z bodu do bodu nezávisí na dráze, ale závisí pouze na začátku a konci pohybu.
Na každý elektron působí síla, a proto, když se elektron pohybuje polem, je vykonána určitá práce.
V elektrostatickém poli závisí práce pouze na konečných bodech cesty, nikoli na trajektorii. Proto, když dojde k pohybu podél uzavřené smyčky, náboj se vrátí do své původní polohy a množství práce se rovná nule. To se děje proto, že pokles potenciálu je nulový (protože se elektron vrací do stejného bodu). Protože potenciálový rozdíl je nulový, čistá práce bude také nulová, protože klesající potenciál se rovná práci dělené hodnotou náboje vyjádřenou v coulombech.
O rovnoměrném elektrickém poli
Elektrické pole mezi dvěma opačně nabitými plochými kovovými deskami, kde jsou čáry napětí vzájemně rovnoběžné, se nazývá homogenní.
Proč je síla působící na náboj v takovém poli vždy stejná? Díky symetrii. Když je systém symetrický a existuje pouze jedna odchylka měření, veškerá závislost zmizí. Existuje mnoho dalších základních důvodů pro odpověď, ale faktor symetrie je ten nejjednodušší.
Práce s pohybem kladného náboje
Elektrické pole– to je tok elektronů z „+“ do „-“, což vede k vysokému napětí v oblasti.
Tok je počet elektrických siločar, které jím procházejí. Jakým směrem se budou kladné elektrony pohybovat? Odpověď: ve směru elektrického pole od kladného (vysoký potenciál) k zápornému (nízký potenciál). Proto se kladně nabitá částice bude pohybovat tímto směrem.
Intenzita pole v libovolném bodě je definována jako síla působící na kladný náboj umístěný v tomto bodě.
Úkolem je transportovat částice elektronů podél vodiče. Podle Ohmova zákona můžete určit práci pomocí různých variant vzorců pro provedení výpočtu.
Ze zákona zachování energie vyplývá, že práce je změna energie na samostatném úseku řetězce. Pohyb kladného náboje proti elektrickému poli vyžaduje práci a výsledkem je zisk potenciální energie.
Závěr
Z školní osnovy Pamatujeme si, že kolem nabitých částic vzniká elektrické pole. Jakýkoli náboj v elektrickém poli je vystaven působení síly a v důsledku toho se při pohybu náboje vykoná určitá práce. Větší náboj vytváří větší potenciál, který vytváří intenzivnější nebo silnější elektrické pole. To znamená, že na jednotku plochy je větší průtok a hustota.
Důležitým bodem je, že práce musí být vykonána určitou silou, aby se náboj posunul z vysokého potenciálu na nízký. Tím se sníží rozdíl nábojů mezi póly. Přesun elektronů z proudu do bodu vyžaduje energii.
Pište komentáře, doplnění článku, možná mi něco uniklo. Mrkněte na to, budu rád, když se vám na tom mém ještě něco hodí.
