§ 104. Función de trabajo de los electrones que salen de un metal.
La experiencia demuestra que los electrones libres prácticamente no abandonan el metal a temperaturas normales. En consecuencia, debe haber un campo eléctrico retardador en la capa superficial del metal, que impida que los electrones escapen del metal al vacío circundante. El trabajo necesario para sacar un electrón de un metal al vacío se llama función del trabajo. Señalemos dos razones probables apariencia de la función de trabajo:
1. Si por alguna razón se elimina un electrón de un metal, entonces surge un exceso de carga positiva en el lugar donde se fue el electrón y el electrón es atraído por la carga positiva inducida por él mismo.
2. Los electrones individuales, al abandonar el metal, se alejan de él a distancias del orden de las atómicas y, por lo tanto, crean una "nube de electrones" sobre la superficie del metal, cuya densidad disminuye rápidamente con la distancia. Esta nube, junto con la capa exterior de iones positivos de la red, forma doble capa eléctrica, cuyo campo es similar al campo de un condensador de placas paralelas. El espesor de esta capa es igual a varias distancias interatómicas (10–10–10–9 m). No crea un campo eléctrico en el espacio exterior, pero impide que los electrones libres se escapen del metal.
Así, cuando un electrón sale del metal, debe superar el campo eléctrico de la doble capa que lo retarda. Diferencia potencial en esta capa, llamada salto de potencial superficial, está determinada por la función de trabajo ( A) electrón del metal:
Dónde mi- carga de electrones. Como no hay campo eléctrico fuera de la doble capa, el potencial del medio es cero y dentro del metal el potencial es positivo e igual a . La energía potencial de un electrón libre dentro de un metal es: mi y es negativo respecto al vacío. En base a esto, podemos suponer que todo el volumen del metal para la conducción de electrones representa un pozo potencial con un fondo plano, cuya profundidad es igual a la función de trabajo. A.
La función de trabajo se expresa en electronvoltios(eV): 1 eV es igual al trabajo realizado por las fuerzas de campo al mover una carga eléctrica elemental (una carga igual a la carga de un electrón) cuando pasa por una diferencia de potencial de 1 V. Dado que la carga de un electrón es 1,610 –19 C, entonces 1 eV = 1,610 –19 J.
La función de trabajo depende de la naturaleza química de los metales y de la limpieza de su superficie y varía en unos pocos electronvoltios (por ejemplo, para el potasio A= 2,2 eV, para platino A=6,3 eV). Al elegir un revestimiento de superficie de cierta manera, puede reducir significativamente la función de trabajo. Por ejemplo, si aplica tungsteno a la superficie (A= 4,5eV) capa de óxido de metal alcalinotérreo (Ca, Sr, Ba), luego la función de trabajo se reduce a 2 eV.
§ 105. Fenómenos de emisión y su aplicación.
Si proporcionamos a los electrones de los metales la energía necesaria para superar la función de trabajo, entonces algunos de los electrones pueden abandonar el metal, lo que da como resultado el fenómeno de emisión de electrones, o emisiones electrónicas. Dependiendo del método para impartir energía a los electrones, se distinguen la emisión termoiónica, fotoelectrónica, de electrones secundarios y de campo.
1. Emisión termoiónica Es la emisión de electrones por metales calentados. La concentración de electrones libres en los metales es bastante alta, por lo tanto, incluso a temperaturas promedio, debido a la distribución de las velocidades (energías) de los electrones, algunos electrones tienen suficiente energía para superar la barrera de potencial en la frontera del metal. Al aumentar la temperatura, aumenta el número de electrones cuya energía cinética del movimiento térmico es mayor que la función de trabajo y se nota el fenómeno de la emisión termoiónica.
El estudio de las leyes de la emisión termoiónica se puede realizar utilizando la lámpara de dos electrodos más simple: diodo de vacío, que es un cilindro al vacío que contiene dos electrodos: un cátodo k y ánodo A. En el caso más simple, el cátodo es un filamento hecho de un metal refractario (por ejemplo, tungsteno) calentado por una corriente eléctrica. El ánodo suele adoptar la forma de un cilindro metálico que rodea el cátodo. Si el diodo está conectado al circuito, como se muestra en la Fig. 152, luego, cuando se calienta el cátodo y se aplica un voltaje positivo al ánodo (en relación con el cátodo), surge una corriente en el circuito anódico del diodo. Si cambias la polaridad de la batería. B y luego la corriente se detiene, sin importar qué tan caliente esté el cátodo. En consecuencia, el cátodo emite partículas negativas: electrones.
Si mantenemos constante la temperatura del cátodo calentado y eliminamos la dependencia de la corriente del ánodo I y del voltaje del ánodo Ud. A, - característica corriente-voltaje(Fig. 153), resulta que no es lineal, es decir, para un diodo de vacío no se cumple la ley de Ohm. Dependencia de la corriente termoiónica. I del voltaje del ánodo en la región de pequeños valores positivos Ud. descrito ley de tres segundos(establecido por el físico ruso S. A. Boguslavsky (1883-1923) y el físico estadounidense I. Langmuir (1881-1957)):
Dónde EN- coeficiente dependiendo de la forma y tamaño de los electrodos, así como de su posición relativa.
A medida que aumenta el voltaje del ánodo, la corriente aumenta hasta un cierto valor máximo. I nosotros, llamado corriente de saturación. Esto significa que casi todos los electrones que salen del cátodo llegan al ánodo, por lo que un aumento adicional de la intensidad del campo no puede conducir a un aumento de la corriente termoiónica. En consecuencia, la densidad de corriente de saturación caracteriza la emisividad del material del cátodo.
La densidad de corriente de saturación se determina. Fórmula de Richardson-Deshman, derivado teóricamente sobre la base de la estadística cuántica:
Dónde A - función de trabajo de los electrones que salen del cátodo, t - temperatura termodinámica, CON- ordeño constante y teóricamente igual de todos los metales (esto no está confirmado experimentalmente, lo que aparentemente se explica por efectos superficiales). Una disminución en la función laboral conduce a fuerte aumento densidad de corriente de saturación. Por tanto, se utilizan cátodos de óxido (por ejemplo, níquel recubierto con un óxido de metal alcalinotérreo), cuya función de trabajo es de 1-1,5 eV.
En la Fig. 153 muestra las características corriente-voltaje para dos temperaturas de cátodo: t 1 y t 2, y t 2 >T 1 . CON A medida que aumenta la temperatura del cátodo, la emisión de electrones del cátodo se vuelve más intensa y la corriente de saturación también aumenta. En Ud. a =0, se observa una corriente anódica, es decir, algunos electrones emitidos por el cátodo tienen energía suficiente para superar la función de trabajo y llegar al ánodo sin aplicar un campo eléctrico.
El fenómeno de la emisión termoiónica se utiliza en dispositivos en los que es necesario obtener un flujo de electrones en el vacío, por ejemplo en tubos de vacío, tubos de rayos X, microscopios electrónicos, etc. Los tubos de electrones se utilizan ampliamente en ingeniería eléctrica y radioeléctrica. , automatización y telemecánica para rectificar corrientes alternas, amplificar señales eléctricas y corrientes alternas, generar oscilaciones electromagnéticas, etc. Dependiendo del propósito, se utilizan electrodos de control adicionales en las lámparas.
2. Emisión de fotoelectrones es la emisión de electrones de un metal bajo la influencia de la luz, así como de la radiación electromagnética de onda corta (por ejemplo, rayos X). Los principios fundamentales de este fenómeno se discutirán al considerar el efecto fotoeléctrico.
3. Emisión de electrones secundarios- es la emisión de electrones desde la superficie de metales, semiconductores o dieléctricos cuando se bombardean con un haz de electrones. El flujo de electrones secundario consta de electrones reflejados por la superficie (electrones reflejados elástica e inelásticamente) y electrones secundarios "verdaderos": electrones eliminados del metal, semiconductor o dieléctrico por los electrones primarios.
Relación del número de electrones secundarios norte 2 al número de primaria norte 1 , que causa la emisión se llama factor de emisión de electrones secundarios:
Coeficiente Depende de la naturaleza del material de la superficie, la energía de las partículas que bombardean y su ángulo de incidencia sobre la superficie. En semiconductores y dieléctricos. más que los metales. Esto se explica por el hecho de que en los metales donde la concentración de electrones de conducción es alta, los electrones secundarios, a menudo al chocar con ellos, pierden su energía y no pueden abandonar el metal. En semiconductores y dieléctricos, debido a la baja concentración de electrones conductores, las colisiones de electrones secundarios con ellos ocurren con mucha menos frecuencia y la probabilidad de que los electrones secundarios abandonen el emisor aumenta varias veces.
Por ejemplo en la Fig. 154 muestra la dependencia cualitativa del coeficiente de emisión de electrones secundarios. de la energía mi electrones incidentes para KCl. Al aumentar la energía de los electrones aumenta a medida que los electrones primarios penetran más profundamente en la red cristalina y, por lo tanto, eliminan más electrones secundarios. Sin embargo, a cierta energía de los electrones primarios. comienza a disminuir. Esto se debe al hecho de que a medida que aumenta la profundidad de penetración de los electrones primarios, a los electrones secundarios les resulta cada vez más difícil escapar a la superficie. Significado máximo para KCl alcanza12 (para metales puros no supera 2).
El fenómeno de la emisión secundaria de electrones se utiliza en tubos fotomultiplicadores(PMT), aplicable para amplificar corrientes eléctricas débiles. El fotomultiplicador es un tubo de vacío con un fotocátodo K y un ánodo A, entre los cuales hay varios electrodos. emisores(Figura 155). Los electrones, arrancados del fotocátodo bajo la influencia de la luz, ingresan al emisor E 1, pasando por la diferencia de potencial de aceleración entre K y E 1. E 1 sale del emisor electrones. El flujo de electrones así amplificado se dirige al emisor E 2 y el proceso de multiplicación se repite en todos los emisores posteriores. Si el PMT contiene norte emisores, luego en el ánodo A, llamado coleccionista, resulta reforzado en norte veces la corriente del fotoelectrón.
4. Emisiones autoelectrónicas Es la emisión de electrones desde la superficie de los metales bajo la influencia de un fuerte campo eléctrico externo. Estos fenómenos se pueden observar en un tubo de vacío, cuya configuración de electrodos (cátodo - punta, ánodo - superficie interior del tubo) permite, a tensiones de aproximadamente 10 3 V, obtener campos eléctricos con una intensidad de aproximadamente 10 7V/m. Con un aumento gradual de la tensión, ya con una intensidad de campo en la superficie del cátodo de aproximadamente 10 5 -10 6 V/m, surge una corriente débil debido a los electrones emitidos por el cátodo. La fuerza de esta corriente aumenta al aumentar el voltaje a través del tubo. Las corrientes surgen cuando el cátodo está frío, por lo que el fenómeno descrito también se llama emisión de frío. Una explicación del mecanismo de este fenómeno sólo es posible sobre la base de la teoría cuántica.
Los metales contienen electrones de conducción que forman gas de electrones y participan en el movimiento térmico. Dado que los electrones de conducción se mantienen dentro del metal, cerca de la superficie hay fuerzas que actúan sobre los electrones y se dirigen hacia el metal. Para que un electrón abandone el metal más allá de sus límites, se debe realizar una cierta cantidad de trabajo A contra estas fuerzas, lo que se denomina trabajo de salida del electrón del metal. Este trabajo, naturalmente, es diferente para los diferentes metales.
La energía potencial de un electrón dentro de un metal es constante e igual a:
Wp = -eφ, donde j es el potencial del campo eléctrico dentro del metal.
21. Diferencia de potencial de contacto - es la diferencia de potencial entre conductores que se produce cuando dos conductores diferentes que tienen la misma temperatura entran en contacto.
Cuando dos conductores con diferentes funciones de trabajo entran en contacto, aparecen cargas eléctricas en los conductores. Y surge una diferencia de potencial entre sus extremos libres. La diferencia de potencial entre puntos ubicados fuera de los conductores, cerca de su superficie, se denomina diferencia de potencial de contacto. Dado que los conductores están a la misma temperatura, en ausencia de tensión aplicada, el campo sólo puede existir en las capas límite (regla de Volta). Hay una diferencia de potencial interna (cuando los metales entran en contacto) y otra externa (en un hueco). El valor de la diferencia de potencial de contacto externo es igual a la diferencia en las funciones de trabajo relacionadas con la carga del electrón. Si los conductores están conectados en un anillo, entonces la fem en el anillo será igual a 0. Para diferentes parejas Para los metales, el valor de la diferencia de potencial de contacto varía desde décimas de voltio hasta unidades de voltios.
El funcionamiento de un generador termoeléctrico se basa en el uso del efecto termoeléctrico, cuya esencia es que cuando se calienta la unión (unión) de dos metales diferentes, surge una diferencia de potencial entre sus extremos libres, que tienen una temperatura más baja. o el llamado fuerza termoelectromotriz (termo-EMF). Si cierra dicho termoelemento (termopar) a una resistencia externa, entonces fluirá una corriente eléctrica a través del circuito (Fig. 1). Así, durante los fenómenos termoeléctricos se produce una conversión directa de energía térmica en energía eléctrica.
La magnitud de la fuerza termoelectromotriz está determinada aproximadamente por la fórmula E = a(T1 – T2)
22. Un campo magnético - un campo de fuerza que actúa sobre cargas eléctricas en movimiento y sobre cuerpos con un momento magnético, independientemente del estado de su movimiento; componente magnético de electro campo magnético
carga en movimiento q, crea un campo magnético a su alrededor, cuya inducción
donde es la velocidad del electrón, es la distancia desde el electrón a un punto de campo dado, μ – permeabilidad magnética relativa del medio, μ 0 = 4π ·10-7 g/m– constante magnética.
Inducción magnética- cantidad vectorial, que es característica de potencia campo magnético (su efecto sobre las partículas cargadas) en un punto determinado del espacio. Determina la fuerza con la que actúa un campo magnético sobre una carga que se mueve a gran velocidad.
Más específicamente, este es un vector tal que la fuerza de Lorentz que actúa desde el campo magnético sobre una carga que se mueve con velocidad es igual a
23. Según la ley Biot-Savart-Laplace elemento de contorno dl, a través del cual fluye la corriente I, crea un campo magnético a su alrededor, cuya inducción en un punto determinado k
¿Dónde está la distancia desde el punto? k al elemento actual dl, α – ángulo entre el vector de radio y el elemento actual dl.
La dirección del vector se puede encontrar mediante regla de maxwell(barrena): si atornilla una barrena con rosca derecha en la dirección de la corriente en el elemento conductor, entonces la dirección del movimiento del mango de la barrena indicará la dirección del vector de inducción magnética.
Aplicando la ley de Biot-Savart-Laplace a los contornos varios tipos, obtenemos:
· en el centro de una vuelta circular de radio R con fuerza actual I inducción magnética
inducción magnética en el eje de la corriente circular 
Dónde a– distancia desde el punto en el que se está buscando B al plano de la corriente circular,
· un campo creado por un conductor infinitamente largo que transporta corriente a una distancia r del conductor
· campo creado por un conductor de longitud finita a una distancia r del conductor (Fig.15) 
· campo dentro de un toroide o solenoide infinitamente largo norte– número de vueltas por unidad de longitud del solenoide (toroide)
El vector de inducción magnética está relacionado con la intensidad del campo magnético mediante la relación
Densidad de energía volumétrica campo magnético:
25 .Sobre una partícula cargada que se mueve en un campo magnético con inducción. B con velocidad υ , del campo magnético surge una fuerza llamada fuerza de lorentz
y el módulo de esta fuerza es igual a 
.
La dirección de la fuerza de Lorentz se puede determinar mediante regla de la mano izquierda: Si pones mano izquierda de modo que la componente del vector de inducción perpendicular a la velocidad ingrese a la palma y los cuatro dedos estén ubicados en la dirección de la velocidad de movimiento de la carga positiva (o contra la dirección de la velocidad de la carga negativa), entonces la doblado pulgar indicará la dirección de la fuerza de Lorentz
26 .Principio de funcionamiento de los aceleradores de partículas cargadas cíclicas.
La independencia del período de rotación T de una partícula cargada en un campo magnético fue utilizada por el científico estadounidense Lawrence en la idea de un ciclotrón, un acelerador de partículas cargadas.
Ciclotrón Consta de dos dees D 1 y D 2: semicilindros metálicos huecos colocados en alto vacío. En el espacio entre los dees se crea un campo eléctrico acelerado. Una partícula cargada que entra en este espacio aumenta su velocidad y vuela hacia el espacio del semicilindro (dee). Los dees se colocan en un campo magnético constante y la trayectoria de la partícula dentro de los dees se curvará en un círculo. Cuando la partícula entra por segunda vez en el espacio entre las dees, la polaridad del campo eléctrico cambia y vuelve a acelerarse. Un aumento de la velocidad va acompañado de un aumento del radio de la trayectoria. En la práctica, se aplica a las dees un campo alterno con una frecuencia ν= 1/T=(B/2π)(q/m). La velocidad de una partícula aumenta cada vez en el intervalo entre las dees bajo la influencia de un campo eléctrico.
27.amperios de potencia es la fuerza que actúa sobre un conductor por el que circula corriente I, ubicado en un campo magnético
Δ yo– longitud del conductor y dirección coincide con la dirección de la corriente en el conductor.
Módulo de potencia de amperios: 
.
Dos conductores rectos paralelos infinitamente largos que transportan corrientes. yo 1 Y yo 2 interactuar entre sí con fuerza
Dónde yo– longitud de la sección del conductor, r– distancia entre conductores.
28. Interacción de corrientes paralelas: ley de Ampere
Ahora puedes obtener fácilmente una fórmula para calcular la fuerza de interacción entre dos corrientes paralelas.
Entonces, a través de dos conductores largos, rectos y paralelos (Fig. 440), ubicados a una distancia R entre sí (que es mucho, 15 veces menor que la longitud de los conductores), fluyen corrientes continuas I 1, I 2.
Según la teoría de campos, la interacción de los conductores se explica de la siguiente manera: una corriente eléctrica en el primer conductor crea un campo magnético que interactúa con una corriente eléctrica en el segundo conductor. Para explicar la aparición de una fuerza que actúa sobre el primer conductor, es necesario “cambiar los roles” de los conductores: el segundo crea un campo que actúa sobre el primero. Gire mentalmente el tornillo derecho, gírelo con la mano izquierda (o use el producto cruzado) y asegúrese de que cuando las corrientes fluyen en una dirección, los conductores se atraen y cuando las corrientes fluyen en direcciones opuestas, los conductores se repelen1.
Por tanto, la fuerza que actúa sobre una sección de longitud Δl del segundo conductor es la fuerza en amperios, es igual a
donde B1 es la inducción del campo magnético creado por el primer conductor. Al escribir esta fórmula se tiene en cuenta que el vector de inducción B1 es perpendicular al segundo conductor. La inducción del campo creado por la corriente continua en el primer conductor, en la ubicación del segundo, es igual a
De las fórmulas (1), (2) se deduce que la fuerza que actúa sobre la sección seleccionada del segundo conductor es igual a
29. Una bobina con corriente en un campo magnético.
Si colocamos en un campo magnético no un conductor, sino una bobina (o bobina) con corriente y la colocamos verticalmente, entonces, aplicando la regla de la izquierda a los lados superior e inferior de la bobina, obtenemos que las fuerzas electromagnéticas F actuar sobre ellos se dirigirá en diferentes direcciones. Como resultado de la acción de estas dos fuerzas, surge un par electromagnético M, que hará que la bobina gire, en en este caso agujas del reloj. Este momento
donde D es la distancia entre los lados de la bobina.
La bobina girará en el campo magnético hasta que adopte una posición perpendicular a las líneas del campo magnético (Fig. 50, b). En esta posición, el mayor flujo magnético pasará a través de la bobina. En consecuencia, una bobina o bobina con corriente introducida en un campo magnético externo siempre tiende a tomar una posición tal que a través de la bobina pase el mayor flujo magnético posible.
Momento magnético, momento dipolar magnético.- la cantidad principal que caracteriza las propiedades magnéticas de una sustancia (la fuente del magnetismo, según teoría clásica los fenómenos electromagnéticos son macro y microcorrientes eléctricas; Se considera que la fuente elemental de magnetismo es una corriente cerrada). Las partículas elementales tienen un momento magnético, núcleos atómicos, capas electrónicas de átomos y moléculas. Momento magnético partículas elementales(electrones, protones, neutrones y otros), como ha demostrado la mecánica cuántica, se debe a la existencia de su propio momento mecánico: el espín.
30. Flujo magnético - cantidad física, igual a la densidad de flujo de las líneas de campo que pasan por un área infinitesimal dS. Fluir F en como la integral del vector de inducción magnética EN a través de una superficie finita S Determinada a través de una integral sobre la superficie.
31. El trabajo de mover un conductor portador de corriente en un campo magnético.
Consideremos un circuito portador de corriente formado por alambres fijos y un puente móvil de longitud l que se desliza a lo largo de ellos (figura 2.17). Este circuito está ubicado en un campo magnético uniforme externo perpendicular al plano del circuito.
Un elemento actual I (cable en movimiento) de longitud l se ve afectado por una fuerza en amperios dirigida hacia la derecha:
Deje que el conductor l se mueva paralelo a sí mismo a una distancia dx. Esto hará lo siguiente:
dA=Fdx=IBldx=IBdS=IdФ
El trabajo realizado por un conductor sobre una corriente cuando se mueve es numéricamente igual al producto de la corriente por el flujo magnético atravesado por este conductor.
La fórmula sigue siendo válida si un conductor de cualquier forma se mueve en cualquier ángulo con respecto a las líneas del vector de inducción magnética.
32. Magnetización de la materia . Los imanes permanentes se pueden fabricar con relativamente pocas sustancias, pero todas las sustancias colocadas en un campo magnético están magnetizadas, es decir, se convierten ellas mismas en fuentes de un campo magnético. Como resultado, el vector de inducción magnética en presencia de materia difiere del vector de inducción magnética en el vacío.
El momento magnético de un átomo se compone de los momentos orbitales e intrínsecos de los electrones incluidos en su composición, así como del momento magnético del núcleo (que está determinado por los momentos magnéticos de las partículas elementales incluidas en el núcleo: protones y neutrones). El momento magnético del núcleo es mucho menor que los momentos de los electrones; por lo tanto, al considerar muchas cuestiones, se puede descuidar y suponer que el momento magnético de un átomo es igual a la suma vectorial de los momentos magnéticos de los electrones. El momento magnético de una molécula también se puede considerar. igual a la cantidad momentos magnéticos de los electrones incluidos en su composición.
Por tanto, un átomo es un sistema magnético complejo y el momento magnético del átomo en su conjunto es igual a la suma vectorial de los momentos magnéticos de todos los electrones.
magnéticos y se denominan sustancias que pueden magnetizarse en un campo magnético externo, es decir capaces de crear su propio campo magnético. El campo intrínseco de las sustancias depende de las propiedades magnéticas de sus átomos. En este sentido, los imanes son análogos magnéticos de los dieléctricos.
Según los conceptos clásicos, un átomo está formado por electrones que se mueven en órbitas alrededor de un núcleo cargado positivamente, que a su vez está formado por protones y neutrones.
Todas las sustancias son magnéticas, es decir. Todas las sustancias están magnetizadas en un campo magnético externo, pero la naturaleza y el grado de magnetización son diferentes. Dependiendo de esto, todos los imanes se dividen en tres tipos: 1) diamagnéticos; 2) materiales paramagnéticos; 3) ferromagnetos.
Diamagnetos. - Estos incluyen muchos metales (por ejemplo, cobre, zinc, plata, mercurio, bismuto), la mayoría de los gases, fósforo, azufre, cuarzo, agua, la gran mayoría. compuestos orgánicos etc.
Los diamagnetos se caracterizan por las siguientes propiedades:
2) su propio campo magnético se dirige contra el externo y lo debilita ligeramente (m<1);
3) no hay magnetismo residual (el campo magnético propio del diamagnético desaparece después de que se elimina el campo externo).
Las dos primeras propiedades indican que la permeabilidad magnética relativa m de los materiales diamagnéticos es sólo ligeramente inferior a 1. Por ejemplo, el más fuerte de los materiales diamagnéticos, el bismuto, tiene m = 0,999824.
Paramagnetos- Estos incluyen metales alcalinos y alcalinotérreos, aluminio, tungsteno, platino, oxígeno, etc.
Los materiales paramagnéticos se caracterizan por las siguientes propiedades:
1) magnetización muy débil en un campo magnético externo;
2) el propio campo magnético se dirige a lo largo del externo y lo potencia ligeramente (m>1);
3) no hay magnetismo residual.
De las dos primeras propiedades se deduce que el valor de m es sólo ligeramente mayor que 1. Por ejemplo, para uno de los paramagnetos más fuertes, el platino, la permeabilidad magnética relativa m = 1,00036.
33.Ferroimanes - Incluyen el hierro, el níquel, el cobalto, el gadolinio, sus aleaciones y compuestos, así como algunas aleaciones y compuestos de manganeso y cromo con elementos no ferromagnéticos. Todas estas sustancias tienen propiedades ferromagnéticas sólo en estado cristalino.
Los ferromagnetos se caracterizan por las siguientes propiedades:
1) magnetización muy fuerte;
2) el propio campo magnético se dirige a lo largo del externo y lo mejora significativamente (los valores de m oscilan entre varios cientos y varios cientos de miles);
3) la permeabilidad magnética relativa m depende de la magnitud del campo magnetizante;
4) hay magnetismo residual.
Dominio- una región macroscópica en un cristal magnético en la que la orientación del vector de magnetización homogéneo espontáneo o del vector de antiferromagnetismo (a una temperatura inferior al punto de Curie o Néel, respectivamente) de una manera determinada, estrictamente ordenada, se gira o se desplaza, es decir , polarizado, en relación con las direcciones del vector correspondiente en dominios vecinos.
Los dominios son formaciones que constan de una gran cantidad de átomos [ordenados] y, en ocasiones, son visibles a simple vista (tamaños del orden de 10-2 cm3).
Existen dominios en cristales ferromagnéticos y antiferromagnéticos, ferroeléctricos y otras sustancias con orden espontáneo de largo alcance.
Punto Curie, o temperatura Curie,- la temperatura de una transición de fase de segundo orden asociada con un cambio brusco en las propiedades de simetría de una sustancia (por ejemplo, magnética - en ferroimanes, eléctrica - en ferroeléctricos, química cristalina - en aleaciones ordenadas). El nombre de P. Curie. A una temperatura T por debajo del punto de Curie Q, los ferroimanes tienen magnetización espontánea y una cierta simetría magnético-cristalina. En el punto de Curie (T=Q), la intensidad del movimiento térmico de los átomos de un ferroimán es suficiente para destruir su magnetización espontánea (“orden magnético”) y cambiar su simetría, como resultado el ferroimán se vuelve paramagnético. De manera similar, para los antiferroimanes en T = Q (en el llamado punto de Curie antiferromagnético o punto de Néel), su estructura magnética característica (subredes magnéticas) se destruye y los antiferromagnéticos se vuelven paramagnéticos. En ferroeléctricos y antiferroeléctricos en T=Q, el movimiento térmico de los átomos reduce a cero la orientación ordenada espontánea de los dipolos eléctricos de las células elementales de la red cristalina. En aleaciones ordenadas, en el punto de Curie (en el caso de las aleaciones, también se le llama punto.
Histéresis magnética observado en sustancias magnéticamente ordenadas (en un cierto rango de temperatura), por ejemplo, en ferromagnetos, generalmente divididos en dominios de una región de magnetización espontánea (espontánea), en los que la magnitud de la magnetización (momento magnético por unidad de volumen) es la misma, pero las direcciones son diferentes.
Bajo la influencia de un campo magnético externo, el número y tamaño de los dominios magnetizados por el campo aumentan a expensas de otros dominios. Los vectores de magnetización de dominios individuales pueden girar a lo largo del campo. En un campo magnético suficientemente fuerte, el ferroimán se magnetiza hasta la saturación y consta de un dominio con magnetización de saturación JS dirigida a lo largo del campo externo H.
Dependencia típica de la magnetización del campo magnético en el caso de histéresis
34. El campo magnético de la Tierra
Como sabes, un campo magnético es un tipo especial de campo de fuerza que afecta a cuerpos con propiedades magnéticas, así como a cargas eléctricas en movimiento. Hasta cierto punto, un campo magnético puede considerarse un tipo especial de materia que transmite información entre cargas eléctricas y cuerpos con un momento magnético. En consecuencia, el campo magnético de la Tierra es un campo magnético que se crea debido a factores asociados con características funcionales de nuestro planeta. Es decir, el campo geomagnético lo crea la propia Tierra y no fuentes externas, aunque estas últimas tienen cierto efecto sobre el campo magnético del planeta.
Así, las propiedades del campo magnético terrestre dependen inevitablemente de las características de su origen. La teoría principal que explica la aparición de este campo de fuerza está asociada con el flujo de corrientes en el núcleo de metal líquido del planeta (la temperatura en el núcleo es tan alta que los metales se encuentran en estado líquido). La energía del campo magnético terrestre se genera mediante el llamado mecanismo de dinamo hidromagnético, causado por la multidireccionalidad y asimetría de las corrientes eléctricas. Generan mayores descargas eléctricas, lo que provoca la liberación de energía térmica y la aparición de nuevos campos magnéticos. Curiosamente, el mecanismo de dinamo hidromagnético tiene la capacidad de "autoexcitarse", es decir, la actividad eléctrica activa dentro del núcleo de la Tierra genera constantemente un campo geomagnético sin influencia externa.
35.Magnetización - cantidad física vectorial que caracteriza el estado magnético de un cuerpo físico macroscópico. Suele denominarse M. Se define como el momento magnético de una unidad de volumen de una sustancia:
Aquí, M es el vector de magnetización; - vector del momento magnético; V - volumen.
EN caso general(en el caso de un medio no uniforme, por una razón u otra) la magnetización se expresa como
y es función de coordenadas. ¿Dónde está el momento magnético total de las moléculas en el volumen dV? La relación entre M y la intensidad del campo magnético H en materiales diamagnéticos y paramagnéticos suele ser lineal (al menos cuando el campo magnetizante no es demasiado grande):
donde χm se llama susceptibilidad magnética. En materiales ferromagnéticos no existe una relación inequívoca entre M y H debido a la histéresis magnética, y el tensor de susceptibilidad magnética se utiliza para describir la dependencia.
Intensidad del campo magnético(designación estándar H) es una cantidad física vectorial igual a la diferencia entre el vector de inducción magnética B y el vector de magnetización M.
EN Sistema internacional unidades (SI): H = (1/µ 0)B - M donde µ 0 es la constante magnética.
Permeabilidad magnética- cantidad física, coeficiente (según las propiedades del medio) que caracteriza la relación entre la inducción magnética B y la intensidad del campo magnético H en una sustancia. Este coeficiente es diferente para diferentes medios, por lo que hablan de la permeabilidad magnética de un medio en particular (es decir, su composición, estado, temperatura, etc.).
Generalmente denotado por la letra griega µ. Puede ser un escalar (para sustancias isotrópicas) o un tensor (para sustancias anisotrópicas).
En general, la relación entre la inducción magnética y la intensidad del campo magnético a través de la permeabilidad magnética se presenta como
y en el caso general aquí debe entenderse como un tensor, que en notación de componentes corresponde a
Por cada carga en un campo eléctrico existe una fuerza que puede mover esta carga. Determine el trabajo A de mover una carga puntual positiva q desde el punto O al punto n, realizado por las fuerzas del campo eléctrico de una carga negativa Q. Según la ley de Coulomb, la fuerza que mueve la carga es variable e igual a
Donde r es la distancia variable entre cargas.
. Esta expresión se puede obtener así:
La cantidad representa la energía potencial W p de la carga en un punto dado del campo eléctrico:
El signo (-) muestra que cuando una carga es movida por un campo, su energía potencial disminuye, convirtiéndose en trabajo de movimiento.
Un valor igual a la energía potencial de una unidad de carga positiva (q = +1) se llama potencial de campo eléctrico.
Entonces 
. Para q = +1.
Por tanto, la diferencia de potencial entre dos puntos del campo es igual al trabajo de las fuerzas del campo para mover una unidad de carga positiva de un punto a otro.
El potencial de un punto de campo eléctrico es igual al trabajo realizado para mover una unidad de carga positiva desde un punto dado hasta el infinito: . Unidad de medida - Voltio = J/C.
El trabajo de mover una carga en un campo eléctrico no depende de la forma del camino, sino que depende únicamente de la diferencia de potencial entre los puntos inicial y final del camino.
Una superficie en la que el potencial es el mismo en todos sus puntos se llama equipotencial.
La intensidad del campo es su característica de potencia y el potencial es su característica de energía.
La relación entre la intensidad del campo y su potencial se expresa mediante la fórmula
,
el signo (-) se debe al hecho de que la intensidad del campo se dirige en la dirección de potencial decreciente y en la dirección de potencial creciente.
5. Uso de campos eléctricos en medicina.
Franklinización, o “ducha electrostática”, es un método terapéutico en el que el cuerpo del paciente o determinadas partes del mismo se exponen a un campo eléctrico constante de alto voltaje.
El campo eléctrico constante durante el procedimiento de exposición general puede alcanzar 50 kV, con influencia local 15 – 20 kilovoltios.
Mecanismo de acción terapéutica. El procedimiento de franklinización se lleva a cabo de tal manera que la cabeza del paciente u otra parte del cuerpo se vuelve como una de las placas del condensador, mientras que la segunda es un electrodo suspendido sobre la cabeza o instalado sobre el lugar de exposición a una distancia de 6 - 10 cm. Bajo la influencia del alto voltaje debajo de las puntas de las agujas unidas al electrodo, se produce la ionización del aire con la formación de iones de aire, ozono y óxidos de nitrógeno.
La inhalación de ozono e iones del aire provoca una reacción en la red vascular. Después de un breve espasmo de los vasos sanguíneos, los capilares se expanden no solo en los tejidos superficiales, sino también en los profundos. Como resultado, se mejoran los procesos metabólicos y tróficos y, en presencia de daño tisular, se estimulan los procesos de regeneración y restauración de funciones.
Como resultado de la mejora de la circulación sanguínea, la normalización. Procesos metabólicos y la función nerviosa, hay una disminución de los dolores de cabeza, aumento presión arterial, aumentó tono vascular, disminución de la frecuencia cardíaca.
El uso de franklinización está indicado para trastornos funcionales sistema nervioso
Ejemplos de resolución de problemas
1. Cuando funciona el aparato de franklinización, cada segundo se forman 500.000 iones ligeros de aire en 1 cm 3 de aire. Determine el trabajo de ionización requerido para crear la misma cantidad de iones de aire en 225 cm 3 de aire durante una sesión de tratamiento (15 min). Se supone que el potencial de ionización de las moléculas de aire es de 13,54 V y convencionalmente se considera que el aire es un gas homogéneo.
- potencial de ionización, A - trabajo de ionización, N - número de electrones.
2. Cuando se trata con una ducha electrostática, se aplica una diferencia de potencial de 100 kV a los electrodos de la máquina eléctrica. Determine cuánta carga pasa entre los electrodos durante un procedimiento de tratamiento, si se sabe que las fuerzas del campo eléctrico realizan 1800 J de trabajo.
De aquí 
Dipolo eléctrico en medicina.
Según la teoría de Einthoven, que subyace a la electrocardiografía, el corazón es dipolo eléctrico, ubicado en el centro de un triángulo equilátero (triángulo de Einthoven), cuyos vértices pueden considerarse convencionalmente 
situado en mano derecha, brazo izquierdo y pierna izquierda.
Durante ciclo cardíaco tanto la posición del dipolo en el espacio como el momento dipolar cambian. Medir la diferencia de potencial entre los vértices del triángulo de Einthoven nos permite determinar la relación entre las proyecciones del momento dipolar del corazón sobre los lados del triángulo de la siguiente manera:
Conociendo los voltajes U AB, U BC, U AC, puedes determinar cómo está orientado el dipolo con respecto a los lados del triángulo.
En electrocardiografía, la diferencia de potencial entre dos puntos del cuerpo (en este caso, entre los vértices del triángulo de Einthoven) se llama derivación.
El registro de la diferencia de potencial en los clientes potenciales en función del tiempo se denomina electrocardiograma.
La ubicación geométrica de los puntos finales del vector del momento dipolar durante el ciclo cardíaco se llama cardiograma vectorial.
Conferencia No. 4
Fenómenos de contacto
1. Diferencia de potencial de contacto. Las leyes de Volta.
2. Termoelectricidad.
3. Termopar, su uso en medicina.
4. Potencial de reposo. Potencial de acción y su distribución.
- Diferencia de potencial de contacto. Las leyes de Volta.
Cuando metales diferentes entran en estrecho contacto, surge una diferencia de potencial entre ellos, que depende únicamente de su composición química y temperatura (primera ley de Volta). Esta diferencia de potencial se llama contacto.
Para salir del metal y salir al medio ambiente, el electrón debe realizar un trabajo contra las fuerzas de atracción hacia el metal. Este trabajo se llama función de trabajo de un electrón que sale del metal.
Pongamos en contacto dos metales diferentes 1 y 2, que tengan función de trabajo A 1 y A 2, respectivamente, y 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 >Un 1). En consecuencia, a través del contacto de los metales, los electrones libres se "bombean" del primer metal al segundo, como resultado de lo cual el primer metal se carga positivamente y el segundo, negativamente. La diferencia de potencial que surge en este caso crea un campo eléctrico de intensidad E, lo que dificulta un mayor "bombeo" de electrones y se detendrá por completo cuando el trabajo de mover un electrón debido a la diferencia de potencial de contacto se vuelve igual a la diferencia en las funciones de trabajo:
(1)
Pongamos ahora en contacto dos metales con A 1 = A 2, que tienen diferentes concentraciones de electrones libres n 01 > n 02. Entonces comenzará la transferencia preferencial de electrones libres del primer metal al segundo. Como resultado, el primer metal se cargará positivamente y el segundo, negativamente. Surgirá una diferencia de potencial entre los metales, lo que detendrá una mayor transferencia de electrones. La diferencia de potencial resultante está determinada por la expresión:
, (2)
donde k es la constante de Boltzmann.
En el caso general de contacto entre metales que difieren tanto en la función de trabajo como en la concentración de electrones libres, el cr.r.p. de (1) y (2) será igual a:
(3)
Es fácil demostrar que la suma de las diferencias de potencial de contacto de los conductores conectados en serie es igual a la diferencia de potencial de contacto creada por los conductores finales y no depende de los conductores intermedios:
Esta posición se llama segunda ley de Volta.
Si ahora conectamos directamente los conductores finales, entonces la diferencia de potencial existente entre ellos se compensa con una diferencia de potencial igual que surge en los contactos 1 y 4. Por lo tanto, el c.r.p. no crea corriente en un circuito cerrado de conductores metálicos que tienen la misma temperatura.
2. Termoelectricidad es la dependencia de la diferencia de potencial de contacto con la temperatura.
Hagamos un circuito cerrado de dos conductores metálicos diferentes 1 y 2.
Las temperaturas de los contactos a y b se mantendrán a diferentes temperaturas Ta > T b . Entonces, según la fórmula (3), c.r.p. en la unión caliente más que en la unión fría: . Como resultado, surge una diferencia de potencial entre las uniones a y b, llamada fuerza termoelectromotriz, y en el circuito cerrado fluirá la corriente I. Usando la fórmula (3), obtenemos
Dónde 
para cada par de metales.
- Termopar, su uso en medicina.
Un circuito cerrado de conductores que crea corriente debido a las diferencias en las temperaturas de contacto entre los conductores se llama par termoeléctrico.
De la fórmula (4) se deduce que la fuerza termoelectromotriz de un termopar es proporcional a la diferencia de temperatura de las uniones (contactos).
La fórmula (4) también es válida para temperaturas en la escala Celsius:
Un termopar sólo puede medir diferencias de temperatura. Normalmente una unión se mantiene a 0ºC. Se llama unión fría. La otra unión se llama unión caliente o de medición.
El termopar tiene importantes ventajas sobre los termómetros de mercurio: es sensible, no tiene inercia, permite medir la temperatura de objetos pequeños y permite realizar mediciones remotas.
Medición del perfil del campo de temperatura del cuerpo humano.
Se cree que la temperatura del cuerpo humano es constante, pero esta constancia es relativa, ya que en diferentes partes del cuerpo la temperatura no es la misma y varía según estado funcional cuerpo.
La temperatura de la piel tiene su propia topografía bien definida. Tienen la temperatura más baja (23-30º) secciones distales extremidades, punta de la nariz, orejas. lo mas calor-V zona axilar, en el perineo, cuello, labios, mejillas. En el resto de zonas la temperatura oscila entre 31 y 33,5 ºС.
Ud. persona saludable La distribución de la temperatura es simétrica con respecto a la línea media del cuerpo. La violación de esta simetría sirve como criterio principal para diagnosticar enfermedades mediante la construcción de un perfil de campo de temperatura utilizando dispositivos de contacto: un termopar y un termómetro de resistencia.
4. Potencial de reposo. Potencial de acción y su distribución.
La membrana superficial de una célula no es igualmente permeable a diferentes iones. Además, la concentración de iones específicos es diferente en diferentes lados de la membrana; la composición de iones más favorable se mantiene dentro de la célula. Estos factores conducen a la aparición en una célula que funciona normalmente de una diferencia de potencial entre el citoplasma y ambiente(potencial de reposo)
Cuando se excita, la diferencia de potencial entre la célula y el medio ambiente cambia, surge un potencial de acción que se propaga en las fibras nerviosas.
El mecanismo de propagación del potencial de acción a lo largo de una fibra nerviosa se considera por analogía con la propagación onda electromagnética a través de una línea de dos hilos. Sin embargo, junto a esta analogía, también existen diferencias fundamentales.
Una onda electromagnética, que se propaga en un medio, se debilita a medida que su energía se disipa, convirtiéndose en energía del movimiento térmico molecular. La fuente de energía de una onda electromagnética es su fuente: generador, chispa, etc.
La onda de excitación no decae, ya que recibe energía del mismo medio en el que se propaga (la energía de la membrana cargada).
Por tanto, la propagación de un potencial de acción a lo largo de una fibra nerviosa se produce en forma de onda automática. El entorno activo son las células excitables.
Ejemplos de resolución de problemas
1. Al construir un perfil del campo de temperatura de la superficie del cuerpo humano, se utiliza un termopar con una resistencia de r 1 = 4 ohmios y un galvanómetro con una resistencia de r 2 = 80 ohmios; I=26 µA con una diferencia de temperatura de unión de ºС. ¿Cuál es la constante del termopar?
La termopotencia que surge en un termopar es igual a , donde termopares es la diferencia de temperatura entre las uniones.
Según la ley de Ohm, para una sección del circuito donde U se toma como . Entonces
Conferencia No. 5
Electromagnetismo
1. La naturaleza del magnetismo.
2. Interacción magnética de corrientes en el vacío. Ley de Ampere.
4. Sustancias dia, para y ferromagnéticas. Permeabilidad magnética e inducción magnética.
5. Propiedades magnéticas de los tejidos corporales.
1. La naturaleza del magnetismo.
Alrededor de cargas eléctricas en movimiento (corrientes) surge un campo magnético, a través del cual estas cargas interactúan con cargas magnéticas u otras cargas eléctricas en movimiento.
Un campo magnético es un campo de fuerza y está representado por líneas de fuerza magnéticas. A diferencia de las líneas del campo eléctrico, las líneas del campo magnético siempre están cerradas.
Las propiedades magnéticas de una sustancia son causadas por corrientes circulares elementales en los átomos y moléculas de esta sustancia.
2 . Interacción magnética de corrientes en el vacío. ley de amperio.
La interacción magnética de las corrientes se estudió mediante circuitos de cables móviles. Ampere estableció que la magnitud de la fuerza de interacción entre dos pequeñas secciones de los conductores 1 y 2 con las corrientes es proporcional a las longitudes de estas secciones, las intensidades de corriente I 1 y I 2 en ellas y es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. r entre las secciones:
Resultó que la fuerza de influencia de la primera sección sobre la segunda depende de su posición relativa y es proporcional a los senos de los ángulos y .
donde es el ángulo entre y el vector de radio r 12 que conecta con, y es el ángulo entre y la normal n al plano Q que contiene la sección y el vector de radio r 12.
Combinando (1) y (2) e introduciendo el coeficiente de proporcionalidad k, obtenemos la expresión matemática de la ley de Ampere:
(3)
La dirección de la fuerza también está determinada por la regla de la barrena: coincide con la dirección del movimiento de traslación de la barrena, cuyo mango gira desde la normal n 1.
Un elemento actual es un vector igual en magnitud al producto Idl de una sección infinitamente pequeña de longitud dl de un conductor y la intensidad de la corriente I en él y dirigida a lo largo de esta corriente. Luego, pasando en (3) de dl pequeño a infinitesimal, podemos escribir la ley de Ampere en forma diferencial:
. (4)
El coeficiente k se puede representar como
¿Dónde está la constante magnética (o permeabilidad magnética del vacío)?
El valor de racionalización teniendo en cuenta (5) y (4) se escribirá en la forma
. (6)
3 . Intensidad del campo magnético. La fórmula de Ampère. Ley Biot-Savart-Laplace.
Dado que las corrientes eléctricas interactúan entre sí a través de sus campos magnéticos, a partir de esta interacción se puede establecer una característica cuantitativa del campo magnético: la ley de Ampère. Para ello dividimos el conductor l con corriente I en muchas secciones elementales dl. Crea un campo en el espacio.
En el punto O de este campo, ubicado a una distancia r de dl, colocamos I 0 dl 0. Entonces, según la ley de Ampere (6), actuará una fuerza sobre este elemento
(7)
donde es el ángulo entre la dirección de la corriente I en la sección dl (que crea el campo) y la dirección del vector de radio r, y es el ángulo entre la dirección de la corriente I 0 dl 0 y la normal n al plano Q que contiene dl y r.
En la fórmula (7) seleccionamos la parte que no depende del elemento actual I 0 dl 0, denotándola por dH:
Ley de Biot-Savart-Laplace (8)
El valor de dH depende únicamente del elemento actual Idl, que crea un campo magnético, y de la posición del punto O.
El valor dH es una característica cuantitativa del campo magnético y se denomina intensidad del campo magnético. Sustituyendo (8) en (7), obtenemos
¿Dónde está el ángulo entre la dirección de la corriente I 0 y el campo magnético dH? La fórmula (9) se llama fórmula de amperios y expresa la dependencia de la fuerza con la que actúa el campo magnético sobre el elemento actual I 0 dl 0 ubicado en él de la fuerza de este campo. Esta fuerza se ubica en el plano Q perpendicular a dl 0. Su dirección está determinada por la "regla de la mano izquierda".
Suponiendo =90º en (9), obtenemos:
Aquellos. La intensidad del campo magnético se dirige tangencialmente a la línea de campo y es igual en magnitud a la relación entre la fuerza con la que actúa el campo sobre un elemento unitario de corriente y la constante magnética.
4 . Sustancias diamagnéticas, paramagnéticas y ferromagnéticas. Permeabilidad magnética e inducción magnética.
Todas las sustancias colocadas en un campo magnético adquieren propiedades magnéticas, es decir. están magnetizados y por lo tanto cambian el campo externo. En este caso, algunas sustancias debilitan el campo externo, mientras que otras lo fortalecen. Los primeros se llaman diamagnético, segundo - paramagnético sustancias. Entre las sustancias paramagnéticas, destaca marcadamente un grupo de sustancias que provocan un aumento muy grande del campo externo. Este ferroimanes.
Diamagnetos- fósforo, azufre, oro, plata, cobre, agua, compuestos orgánicos.
Paramagnetos- oxígeno, nitrógeno, aluminio, tungsteno, platino, metales alcalinos y alcalinotérreos.
Ferroimanes– hierro, níquel, cobalto y sus aleaciones.
Suma geométrica los momentos magnéticos orbitales y de espín de los electrones y el momento magnético intrínseco del núcleo forman el momento magnético de un átomo (molécula) de una sustancia.
En materiales diamagnéticos, el momento magnético total de un átomo (molécula) es cero, porque Los momentos magnéticos se anulan entre sí. Sin embargo, bajo la influencia de un campo magnético externo, se induce en estos átomos un momento magnético dirigido en dirección opuesta al campo externo. Como resultado, el medio diamagnético se magnetiza y crea su propio campo magnético, dirigido en dirección opuesta al externo y debilitándolo.
Los momentos magnéticos inducidos de los átomos diamagnéticos se conservan mientras exista un campo magnético externo. Cuando se elimina el campo externo, los momentos magnéticos inducidos de los átomos desaparecen y el material diamagnético se desmagnetiza.
En los átomos paramagnéticos, los momentos orbital, de espín y nuclear no se compensan entre sí. Sin embargo, los momentos magnéticos atómicos están dispuestos al azar, por lo que el medio paramagnético no presenta propiedades magnéticas. Un campo externo hace girar los átomos paramagnéticos de modo que sus momentos magnéticos se establecen predominantemente en la dirección del campo. Como resultado, el material paramagnético se magnetiza y crea su propio campo magnético, coincidiendo con el externo y potenciándolo.
(4), donde es la permeabilidad magnética absoluta del medio. En el vacío =1, y
En los ferromagnetos hay regiones (~10 -2 cm) con momentos magnéticos de sus átomos idénticamente orientados. Sin embargo, la orientación de los propios dominios es variada. Por tanto, en ausencia de un campo magnético externo, el ferroimán no está magnetizado.
Con la aparición de un campo externo, los dominios orientados en la dirección de este campo comienzan a aumentar de volumen debido a que los dominios vecinos tienen diferentes orientaciones del momento magnético; el ferroimán se magnetiza. Con un campo suficientemente fuerte, todos los dominios se reorientan a lo largo del campo y el ferroimán se magnetiza rápidamente hasta la saturación.
Cuando se elimina el campo externo, el ferroimán no se desmagnetiza completamente, pero conserva la inducción magnética residual, ya que el movimiento térmico no puede desorientar los dominios. La desmagnetización se puede lograr calentando, agitando o aplicando un campo inverso.
A una temperatura igual al punto de Curie, el movimiento térmico es capaz de desorientar los átomos en dominios, como resultado de lo cual el ferromagnet se convierte en un paramagnet.
El flujo de inducción magnética a través de una determinada superficie S es igual al número de líneas de inducción que atraviesan esta superficie:
(5)
Unidad de medida B – Tesla, F-Weber.
Fórmula para la función de trabajo de electrones.
Los metales contienen electrones de conducción que forman gas de electrones y participan en el movimiento térmico. Dado que los electrones de conducción se mantienen dentro del metal, cerca de la superficie hay fuerzas que actúan sobre los electrones y se dirigen hacia el metal. Para que un electrón salga del metal más allá de sus límites, se debe realizar una cierta cantidad de trabajo A contra estas fuerzas, que se llama función de trabajo de electrones hecho de metal. Este trabajo, naturalmente, es diferente para los diferentes metales.
La energía potencial de un electrón dentro de un metal es constante e igual a:
Wp = -eφ , donde j es el potencial del campo eléctrico dentro del metal.
Cuando un electrón pasa a través de la capa de electrones de la superficie, la energía potencial disminuye rápidamente según la función de trabajo y se vuelve cero fuera del metal. La distribución de la energía de los electrones dentro de un metal se puede representar como un pozo de potencial.
En la interpretación discutida anteriormente, la función de trabajo del electrón es igual a la profundidad del pozo potencial, es decir
Asal = eφ
Este resultado es consistente con la teoría clásica de los electrones de los metales, que supone que la velocidad de los electrones en un metal obedece la ley de distribución de Maxwell y es cero a temperatura del cero absoluto. Sin embargo, en realidad, los electrones de conducción obedecen a la estadística cuántica de Fermi-Dirac, según la cual en el cero absoluto la velocidad de los electrones y, en consecuencia, su energía son distintos de cero.
El valor máximo de energía que tienen los electrones en el cero absoluto se llama energía de Fermi E F . La teoría cuántica de la conductividad de los metales, basada en estas estadísticas, da una interpretación diferente de la función de trabajo. Función de trabajo de electrones. de un metal es igual a la diferencia entre la altura de la barrera de potencial eφ y la energía de Fermi.
A fuera = eφ" - E F
donde φ" es el valor promedio del potencial del campo eléctrico dentro del metal.
Tabla de la función de trabajo de los electrones de sustancias simples.
La tabla muestra los valores de la función de trabajo de los electrones para muestras policristalinas, cuya superficie se limpia al vacío mediante calcinación o tratamiento mecánico. Los datos insuficientemente fiables se incluyen entre paréntesis.
|
Sustancia |
Fórmula de sustancia |
Función de trabajo de electrones (W, eV) |
|
aluminio |
||
|
berilio |
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|
carbono (grafito) |
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germanio |
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|
manganeso |
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|
molibdeno |
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|
paladio |
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|
praseodimio |
||
|
estaño (forma γ) |
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|
estaño (forma β) |
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|
estroncio |
||
|
tungsteno |
||
|
circonio |
¿Qué es exactamente la tensión? Es una forma de describir y medir la fuerza de un campo eléctrico. El voltaje en sí no puede existir sin un campo de electrones alrededor de las cargas positivas y negativas. Al igual que un campo magnético rodea los polos norte y sur.
Por conceptos modernos, los electrones no se influyen entre sí. Un campo eléctrico es algo que proviene de una carga y su presencia puede ser sentida por otra.
¡Lo mismo puede decirse del concepto de tensión! Simplemente nos ayuda a imaginar cómo sería un campo eléctrico. La verdad es que no tiene forma, ni tamaño, nada de eso. Pero el campo actúa con cierta fuerza sobre los electrones.
Fuerzas y su acción sobre una partícula cargada.
Un electrón cargado está sujeto a una fuerza con cierta aceleración, lo que hace que se mueva cada vez más rápido. Esta fuerza trabaja para mover el electrón.
Las líneas de fuerza son formas imaginarias que aparecen alrededor de las cargas (determinadas por el campo eléctrico) y si colocamos cualquier carga en esa zona, experimentará una fuerza.
Propiedades de las líneas eléctricas:
- viajar de norte a sur;
- no tienen intersecciones mutuas.
¿Por qué las dos líneas de fuerza no se cruzan? Porque esto no sucede en vida real. Lo que se dice es un modelo físico y nada más. Los físicos lo inventaron para describir el comportamiento y las características del campo eléctrico. El modelo es muy bueno en esto. Pero recordando que esto es sólo un modelo, debemos saber por qué se necesitan tales líneas.
Las líneas de fuerza muestran:
- direcciones de campos eléctricos;
- tensión. Cuanto más cercanas estén las líneas, mayor será la intensidad del campo y viceversa.
Si las líneas de fuerza dibujadas en nuestro modelo se cruzan, la distancia entre ellas se volverá infinitesimal. Debido a la fuerza del campo como forma de energía, y porque leyes fundamentales En física esto es imposible.
¿Qué es el potencial?
El potencial es la energía que se gasta para mover una partícula cargada desde el primer punto, que tiene potencial cero, hasta el segundo punto.
La diferencia de potencial entre los puntos A y B es el trabajo realizado por las fuerzas para mover cierto electrón positivo a lo largo de una trayectoria arbitraria de A a B.
Cuanto mayor sea el potencial del electrón, mayor será la densidad de flujo por unidad de área. Este fenómeno es similar a la gravedad. Cuanto mayor es la masa, mayor es el potencial, más intenso y denso es el campo gravitacional por unidad de área.
En la siguiente figura se muestra una pequeña carga de bajo potencial con una densidad de flujo reducida.
Y debajo hay una carga con alto potencial y densidad de flujo.
Por ejemplo: durante una tormenta, los electrones se agotan en un punto y se acumulan en otro, formando un campo eléctrico. Cuando la fuerza es suficiente para romper la constante dieléctrica, se produce un rayo (compuesto por electrones). Cuando se iguala la diferencia de potencial, se destruye el campo eléctrico.
Campo electrostático
Se trata de un tipo de campo eléctrico, constante en el tiempo, formado por cargas que no se mueven. El trabajo de mover un electrón está determinado por las relaciones,
donde r1 y r2 son las distancias de la carga q a los puntos inicial y final de la trayectoria del movimiento. De la fórmula resultante se puede ver que el trabajo realizado al mover una carga de un punto a otro no depende de la trayectoria, sino que depende únicamente del comienzo y el final del movimiento.
Cada electrón está sujeto a una fuerza y, por tanto, cuando un electrón se mueve a través de un campo, realiza una determinada cantidad de trabajo.
En un campo electrostático, el trabajo depende únicamente de los puntos finales del recorrido y no de la trayectoria. Por lo tanto, cuando se produce un movimiento a lo largo de un circuito cerrado, la carga vuelve a su posición original y la cantidad de trabajo se vuelve igual a cero. Esto sucede porque la caída de potencial es cero (ya que el electrón regresa al mismo punto). Como la diferencia de potencial es cero, el trabajo neto también será cero, porque el potencial de caída es igual al trabajo dividido por el valor de la carga, expresado en culombios.
Acerca de un campo eléctrico uniforme
El campo eléctrico entre dos placas metálicas planas con cargas opuestas, donde las líneas de tensión son paralelas entre sí, se llama homogéneo.
¿Por qué la fuerza sobre la carga en tal campo es siempre la misma? Gracias a la simetría. Cuando el sistema es simétrico y solo hay una variación de medición, toda dependencia desaparece. Hay muchas otras razones fundamentales para la respuesta, pero el factor de simetría es el más simple.
El trabajo de mover una carga positiva.
Campo eléctrico– este es el flujo de electrones de “+” a “-”, lo que genera una alta tensión en la región.
Fluir es el número de líneas de campo eléctrico que lo atraviesan. ¿En qué dirección se moverán los electrones positivos? Respuesta: en la dirección del campo eléctrico de positivo (alto potencial) a negativo (bajo potencial). Por tanto, una partícula cargada positivamente se moverá en esta dirección.
La intensidad del campo en cualquier punto se define como la fuerza que actúa sobre una carga positiva colocada en ese punto.
El trabajo consiste en transportar partículas de electrones a lo largo de un conductor. Según la ley de Ohm, se puede determinar el trabajo utilizando diferentes variaciones de fórmulas para realizar el cálculo.
De la ley de conservación de la energía se deduce que el trabajo es el cambio de energía en una sección separada de la cadena. Mover una carga positiva contra un campo eléctrico requiere trabajo y da como resultado una ganancia de energía potencial.
Conclusión
De currículum escolar Recordemos que alrededor de partículas cargadas se forma un campo eléctrico. Cualquier carga en un campo eléctrico está sujeta a una fuerza y, como resultado, se realiza algo de trabajo cuando la carga se mueve. Una carga mayor crea un potencial mayor, lo que produce un campo eléctrico más intenso o más fuerte. Esto significa que hay más flujo y densidad por unidad de área.
El punto importante es que una determinada fuerza debe realizar trabajo para mover la carga de alto potencial a bajo. Esto reduce la diferencia de carga entre los polos. Mover electrones de una corriente a un punto requiere energía.
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