§ 104. Fungsi kerja elektron yang meninggalkan logam
Pengalaman menunjukkan bahwa elektron bebas praktis tidak meninggalkan logam pada suhu biasa. Akibatnya, harus ada medan listrik perlambatan di lapisan permukaan logam, yang mencegah elektron keluar dari logam ke ruang hampa di sekitarnya. Usaha yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari suatu logam ke dalam ruang hampa disebut fungsi kerja. Mari kita tunjukkan dua kemungkinan alasan tampilan fungsi kerja:
1. Jika sebuah elektron dikeluarkan dari suatu logam karena suatu alasan, maka timbul muatan positif berlebih di tempat elektron pergi dan elektron tertarik pada muatan positif yang diinduksi oleh dirinya sendiri.
2. Elektron individu, meninggalkan logam, menjauh darinya pada jarak orde atom dan dengan demikian menciptakan “awan elektron” di atas permukaan logam, yang kepadatannya dengan cepat berkurang seiring dengan jarak. Awan ini, bersama dengan lapisan luar kisi ion positif, terbentuk lapisan ganda listrik, bidang yang mirip dengan bidang kapasitor pelat sejajar. Ketebalan lapisan ini sama dengan beberapa jarak antar atom (10–10–10–9 m). Ini tidak menciptakan medan listrik di ruang luar, tetapi mencegah elektron bebas keluar dari logam.
Jadi, ketika sebuah elektron meninggalkan logam, ia harus mengatasi medan listrik lapisan ganda yang menghambatnya. Beda potensial di lapisan ini, disebut lompatan potensial permukaan, ditentukan oleh fungsi kerja ( A) elektron dari logam:
Di mana e - muatan elektron. Karena tidak ada medan listrik di luar lapisan ganda, potensial mediumnya adalah nol, dan di dalam logam potensialnya positif dan sama dengan . Energi potensial elektron bebas di dalam logam adalah - e dan relatif negatif terhadap vakum. Berdasarkan hal ini, kita dapat berasumsi bahwa seluruh volume logam untuk konduksi elektron merupakan sumur potensial dengan dasar datar, yang kedalamannya sama dengan fungsi kerja. A.
Fungsi kerja dinyatakan dalam elektron volt(eV): 1 eV sama dengan usaha yang dilakukan gaya medan ketika menggerakkan muatan listrik dasar (muatan yang sama dengan muatan elektron) ketika melewati beda potensial 1 V. Karena muatan elektron adalah 1,610 –19 C, maka 1 eV = 1,610 –19 J.
Fungsi kerja bergantung pada sifat kimia logam dan kebersihan permukaannya dan bervariasi dalam beberapa elektron volt (misalnya, untuk kalium A= 2,2 eV, untuk platina A=6,3 eV). Dengan memilih lapisan permukaan dengan cara tertentu, Anda dapat mengurangi fungsi kerja secara signifikan. Misalnya, jika Anda mengaplikasikan tungsten ke permukaan (A= 4,5eV) lapisan oksida logam alkali tanah (Ca, Sr, Ba), maka fungsi kerjanya dikurangi menjadi 2 eV.
§ 105. Fenomena emisi dan penerapannya
Jika kita menyediakan energi yang diperlukan elektron dalam logam untuk mengatasi fungsi kerja, maka sebagian elektron dapat meninggalkan logam, sehingga mengakibatkan fenomena emisi elektron, atau emisi elektronik. Tergantung pada metode pemberian energi ke elektron, termionik, fotoelektronik, elektron sekunder, dan emisi medan dibedakan.
1. Emisi termionik adalah emisi elektron oleh logam yang dipanaskan. Konsentrasi elektron bebas dalam logam cukup tinggi, oleh karena itu, bahkan pada suhu rata-rata, karena distribusi kecepatan elektron (energi), beberapa elektron memiliki energi yang cukup untuk mengatasi hambatan potensial pada batas logam. Dengan meningkatnya suhu, jumlah elektron, yang energi kinetik gerak termalnya lebih besar daripada fungsi kerjanya, meningkat dan fenomena emisi termionik menjadi nyata.
Studi tentang hukum emisi termionik dapat dilakukan dengan menggunakan lampu dua elektroda paling sederhana - dioda vakum, yang merupakan silinder evakuasi yang berisi dua elektroda: katoda K dan anoda A. Dalam kasus paling sederhana, katoda adalah filamen yang terbuat dari logam tahan api (misalnya tungsten), dipanaskan oleh arus listrik. Anoda paling sering berbentuk silinder logam yang mengelilingi katoda. Jika dioda dihubungkan ke rangkaian, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 152, kemudian ketika katoda dipanaskan dan tegangan positif diterapkan ke anoda (relatif terhadap katoda), timbul arus pada rangkaian anoda dioda. Jika Anda mengubah polaritas baterai B dan kemudian arus berhenti, tidak peduli seberapa panas katoda dipanaskan. Akibatnya, katoda memancarkan partikel negatif - elektron.
Jika kita menjaga suhu katoda yang dipanaskan tetap konstan dan menghilangkan ketergantungan arus anoda SAYA dan dari tegangan anoda kamu A, - karakteristik arus-tegangan(Gbr. 153), ternyata tidak linier, yaitu hukum Ohm tidak terpenuhi untuk dioda vakum. Ketergantungan arus termionik SAYA dari tegangan anoda di wilayah nilai positif kecil kamu dijelaskan hukum tiga detik(didirikan oleh fisikawan Rusia S.A. Boguslavsky (1883-1923) dan fisikawan Amerika I. Langmuir (1881-1957)):
Di mana DI DALAM- koefisien tergantung pada bentuk dan ukuran elektroda, serta posisi relatifnya.
Ketika tegangan anoda meningkat, arus meningkat hingga nilai maksimum tertentu SAYA kami, menelepon arus saturasi. Artinya hampir semua elektron yang meninggalkan katoda mencapai anoda, sehingga peningkatan kuat medan lebih lanjut tidak dapat menyebabkan peningkatan arus termionik. Akibatnya, kerapatan arus saturasi mencirikan emisivitas bahan katoda.
Kepadatan arus saturasi ditentukan Richardson - rumus Deshman, diturunkan secara teoritis berdasarkan statistik kuantum:
Di mana A - fungsi kerja elektron meninggalkan katoda, T - suhu termodinamika, DENGAN- pemerahan semua logam yang konstan dan secara teori sama (hal ini tidak dikonfirmasi oleh eksperimen, yang tampaknya dijelaskan oleh efek permukaan). Penurunan fungsi kerja menyebabkan peningkatan tajam kepadatan arus saturasi. Oleh karena itu, digunakan katoda oksida (misalnya, nikel yang dilapisi dengan oksida logam alkali tanah), yang fungsi kerjanya adalah 1-1,5 eV.
Pada Gambar. 153 menunjukkan karakteristik arus-tegangan untuk dua suhu katoda: T 1 dan T 2, dan T 2 >T 1 . DENGAN Ketika suhu katoda meningkat, emisi elektron dari katoda menjadi lebih kuat, dan arus saturasi juga meningkat. Pada kamu a =0, arus anoda diamati, yaitu beberapa elektron yang dipancarkan oleh katoda memiliki energi yang cukup untuk mengatasi fungsi kerja dan mencapai anoda tanpa menerapkan medan listrik.
Fenomena emisi termionik digunakan pada perangkat yang memerlukan aliran elektron dalam ruang hampa, misalnya pada tabung vakum, tabung sinar-X, mikroskop elektron, dll. Tabung elektron banyak digunakan dalam bidang teknik kelistrikan dan radio , otomatisasi dan telemekanik untuk menyearahkan arus bolak-balik, memperkuat sinyal listrik dan arus bolak-balik, menghasilkan osilasi elektromagnetik, dll. Tergantung pada tujuannya, elektroda kontrol tambahan digunakan dalam lampu.
2. Emisi fotoelektron adalah emisi elektron dari logam di bawah pengaruh cahaya, serta radiasi elektromagnetik gelombang pendek (misalnya sinar-X). Prinsip utama dari fenomena ini akan dibahas ketika mempertimbangkan efek fotolistrik.
3. Emisi elektron sekunder- adalah emisi elektron dari permukaan logam, semikonduktor atau dielektrik ketika dibombardir dengan berkas elektron. Aliran elektron sekunder terdiri dari elektron yang dipantulkan oleh permukaan (elektron yang dipantulkan secara elastis dan inelastis), dan elektron sekunder “sejati” - elektron yang dikeluarkan dari logam, semikonduktor atau dielektrik oleh elektron primer.
Rasio nomor elektron sekunder N 2 ke nomor primer N 1 , menyebabkan emisi disebut faktor emisi elektron sekunder:
Koefisien bergantung pada sifat material permukaan, energi partikel yang membombardir, dan sudut datangnya ke permukaan. Dalam semikonduktor dan dielektrik lebih dari logam. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa pada logam yang konsentrasi elektron konduksinya tinggi, elektron sekunder, yang sering bertabrakan dengannya, kehilangan energinya dan tidak dapat meninggalkan logam. Dalam semikonduktor dan dielektrik, karena rendahnya konsentrasi elektron konduksi, tumbukan elektron sekunder dengannya lebih jarang terjadi dan kemungkinan elektron sekunder meninggalkan emitor meningkat beberapa kali lipat.
Misalnya pada Gambar. 154 menunjukkan ketergantungan kualitatif dari koefisien emisi elektron sekunder dari energi E elektron datang untuk KCl. Dengan meningkatnya energi elektron meningkat ketika elektron primer menembus lebih dalam ke dalam kisi kristal dan, oleh karena itu, melumpuhkan lebih banyak elektron sekunder. Namun, pada energi tertentu dari elektron primer mulai berkurang. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa dengan meningkatnya kedalaman penetrasi elektron primer, elektron sekunder semakin sulit untuk keluar ke permukaan. Arti maks untuk KCl mencapai12 (untuk logam murni tidak melebihi 2).
Fenomena emisi elektron sekunder digunakan dalam tabung pengganda foto(PMT), berlaku untuk memperkuat arus listrik lemah. Photomultiplier adalah tabung vakum dengan fotokatoda K dan anoda A, di antaranya terdapat beberapa elektroda - penghasil emisi(Gbr. 155). Elektron, yang diambil dari fotokatoda di bawah pengaruh cahaya, memasuki emitor E 1, melewati beda potensial percepatan antara K dan E 1. E 1 tersingkir dari emitor elektron. Aliran elektron yang diperkuat diarahkan ke emitor E 2, dan proses penggandaan diulangi pada semua emitor berikutnya. Jika PMT berisi N emitor, lalu di anoda A, disebut pengumpul, ternyata diperkuat N kali arus fotoelektron.
4. Emisi autoelektronik adalah emisi elektron dari permukaan logam di bawah pengaruh medan listrik eksternal yang kuat. Fenomena ini dapat diamati dalam tabung hampa, yang konfigurasi elektrodanya (ujung katoda, anoda - permukaan bagian dalam tabung) memungkinkan, pada tegangan sekitar 10 3 V, untuk memperoleh medan listrik dengan kekuatan sekitar 10 7V/m. Dengan peningkatan tegangan secara bertahap, sudah pada kekuatan medan di permukaan katoda kira-kira 10 5 -10 6 V/m, timbul arus lemah karena elektron yang dipancarkan oleh katoda. Kekuatan arus ini meningkat seiring dengan meningkatnya tegangan pada tabung. Arus muncul ketika katoda dingin, sehingga disebut juga fenomena yang dijelaskan emisi dingin. Penjelasan tentang mekanisme fenomena ini hanya mungkin berdasarkan teori kuantum.
Logam mengandung elektron konduksi yang membentuk gas elektron dan berpartisipasi dalam gerakan termal. Karena elektron konduksi tertahan di dalam logam, maka di dekat permukaan terdapat gaya yang bekerja pada elektron dan diarahkan ke dalam logam. Agar elektron dapat meninggalkan logam melampaui batasnya, sejumlah usaha A harus dilakukan melawan gaya-gaya ini, yang disebut usaha meninggalkan elektron dari logam. Pekerjaan ini, tentu saja, berbeda untuk logam yang berbeda.
Energi potensial elektron di dalam logam adalah konstan dan sama:
Wp = -eφ, dimana j adalah potensial medan listrik di dalam logam.
21. Hubungi perbedaan potensial - ini adalah perbedaan potensial antara konduktor yang terjadi ketika dua konduktor berbeda yang memiliki suhu yang sama bersentuhan.
Ketika dua konduktor dengan fungsi kerja berbeda bersentuhan, muatan listrik muncul pada konduktor. Dan timbul perbedaan potensial antara ujung bebasnya. Beda potensial antara titik-titik yang terletak di luar penghantar, dekat permukaannya, disebut beda potensial kontak. Karena konduktor berada pada suhu yang sama, tanpa adanya tegangan yang diberikan, medan hanya akan ada pada lapisan batas (Aturan Volta). Ada perbedaan potensial internal (saat logam bersentuhan) dan perbedaan potensial eksternal (dalam celah). Nilai beda potensial kontak luar sama dengan selisih fungsi kerja yang berhubungan dengan muatan elektron. Jika konduktor dihubungkan menjadi sebuah cincin, maka ggl dalam cincin tersebut akan sama dengan 0. Untuk pasangan yang berbeda Untuk logam, nilai beda potensial kontak berkisar dari sepersepuluh volt hingga satuan volt.
Pengoperasian generator termoelektrik didasarkan pada penggunaan efek termoelektrik, yang intinya adalah ketika sambungan (junction) dua logam berbeda dipanaskan, timbul beda potensial antara ujung bebasnya, yang mempunyai suhu lebih rendah, atau yang disebut gaya termoelektromotif (termo-EMF). Jika Anda menutup termokopel (termokopel) tersebut ke hambatan luar, maka arus listrik akan mengalir melalui rangkaian (Gbr. 1). Jadi, selama fenomena termoelektrik, terjadi konversi langsung energi panas menjadi energi listrik.
Besarnya gaya gerak termoelektromotif ditentukan kira-kira dengan rumus E = a(T1 – T2)
22. Medan magnet - medan gaya yang bekerja pada muatan listrik yang bergerak dan pada benda yang memiliki momen magnet, terlepas dari keadaan geraknya; komponen magnetik elektro Medan gaya
Memindahkan biaya Q, menciptakan medan magnet di sekelilingnya, yang induksinya
di mana kecepatan elektron, jarak elektron ke titik medan tertentu, μ – permeabilitas magnet relatif medium, μ 0 = 4π ·10 -7 Gn/m– konstanta magnet.
Induksi magnetik- besaran vektor, yaitu karakteristik kekuatan medan magnet (efeknya terhadap partikel bermuatan) pada suatu titik tertentu di ruang angkasa. Menentukan gaya medan magnet yang bekerja pada muatan yang bergerak dengan kecepatan.
Lebih khusus lagi, ini adalah vektor sedemikian rupa sehingga gaya Lorentz yang bekerja dari medan magnet pada muatan yang bergerak dengan kecepatan sama dengan
23. Menurut hukum Biot-Savart-Laplace elemen kontur dl, yang melaluinya arus mengalir SAYA, menciptakan medan magnet di sekelilingnya, yang induksinya pada titik tertentu K
dimana jarak dari titik tersebut K ke elemen saat ini dl, α – sudut antara vektor jari-jari dan elemen saat ini dl.
Arah vektor dapat dicari dengan aturan Maxwell(gimlet): jika Anda memasang gimlet dengan ulir kanan searah dengan arus pada elemen konduktor, maka arah pergerakan pegangan gimlet akan menunjukkan arah vektor induksi magnet.
Menerapkan hukum Biot-Savart-Laplace pada kontur berbagai jenis, kita mendapatkan:
· di tengah radius putaran melingkar R dengan kekuatan saat ini SAYA induksi magnetik
induksi magnet pada sumbu arus melingkar 
Di mana A– jarak dari titik di mana seseorang mencari B ke bidang arus melingkar,
· medan yang diciptakan oleh konduktor yang panjangnya tak terhingga membawa arus pada jarak tertentu R dari konduktor
· Medan yang diciptakan oleh konduktor yang panjangnya terbatas pada suatu jarak R dari konduktor (Gbr. 15) 
· Bidang di dalam toroid atau solenoid yang panjangnya tak terhingga N– jumlah putaran per satuan panjang solenoid (toroid)
Vektor induksi magnet berhubungan dengan kuat medan magnet melalui hubungan tersebut
Kepadatan energi volumetrik Medan gaya:
25 .Pada partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnet dengan induksi B dengan kecepatan υ , dari medan magnet ada gaya yang disebut gaya Lorentz
dan modulus gaya ini sama dengan 
.
Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan aturan tangan kiri: jika kamu menaruh tangan kiri sehingga komponen vektor induksi yang tegak lurus kecepatan masuk ke telapak tangan, dan keempat jari terletak searah dengan kecepatan gerak muatan positif (atau berlawanan dengan arah kecepatan muatan negatif), maka bengkok ibu jari akan menunjukkan arah gaya Lorentz
26 .Prinsip pengoperasian akselerator partikel bermuatan siklik.
Kemandirian periode rotasi T partikel bermuatan dalam medan magnet digunakan oleh ilmuwan Amerika Lawrence dalam gagasan siklotron - akselerator partikel bermuatan.
Siklotron terdiri dari dua dees D 1 dan D 2 - setengah silinder logam berongga yang ditempatkan dalam ruang hampa tinggi. Medan listrik yang dipercepat tercipta di celah antara dees. Partikel bermuatan yang memasuki celah ini meningkatkan kecepatannya dan terbang ke ruang setengah silinder (dee). Dees ditempatkan dalam medan magnet konstan, dan lintasan partikel di dalam dees akan melengkung membentuk lingkaran. Ketika partikel memasuki celah antara dee untuk kedua kalinya, polaritas medan listrik berubah dan kembali mengalami percepatan. Peningkatan kecepatan dibarengi dengan peningkatan radius lintasan. Dalam praktiknya, medan bolak-balik dengan frekuensi ν= 1/T=(B/2π)(q/m) diterapkan pada dees. Kecepatan partikel meningkat setiap kali dalam interval antara dee di bawah pengaruh medan listrik.
27.kekuatan Ampere adalah gaya yang bekerja pada konduktor yang dilalui arus SAYA, terletak di medan magnet
Δ aku– panjang konduktor, dan arahnya bertepatan dengan arah arus pada penghantar.
Modul daya ampere: 
.
Dua konduktor lurus paralel yang panjangnya tak terhingga membawa arus saya 1 Dan saya 2 berinteraksi satu sama lain dengan kekuatan
Di mana aku– panjang bagian konduktor, R– jarak antar konduktor.
28. Interaksi arus paralel - hukum Ampere
Sekarang Anda dapat dengan mudah mendapatkan rumus untuk menghitung gaya interaksi antara dua arus paralel.
Jadi, melalui dua konduktor lurus panjang yang sejajar (Gbr. 440), terletak pada jarak R satu sama lain (yang banyak, 15 kali lebih kecil dari panjang konduktor), arus searah I 1, I 2 mengalir.
Menurut teori medan, interaksi konduktor dijelaskan sebagai berikut: arus listrik pada konduktor pertama menimbulkan medan magnet yang berinteraksi dengan arus listrik pada konduktor kedua. Untuk menjelaskan munculnya gaya yang bekerja pada konduktor pertama, perlu untuk “mengganti peran” konduktor: konduktor kedua menciptakan medan yang bekerja pada konduktor pertama. Putar sekrup kanan secara mental, putar dengan tangan kiri Anda (atau gunakan perkalian silang) dan pastikan bahwa ketika arus mengalir dalam satu arah, konduktor akan tarik-menarik, dan ketika arus mengalir ke arah yang berlawanan, konduktor akan menolak1.
Jadi, gaya yang bekerja pada bagian yang panjangnya Δl penghantar kedua adalah gaya Ampere, sama dengan
dimana B1 adalah induksi medan magnet yang diciptakan oleh konduktor pertama. Saat menulis rumus ini, diperhitungkan bahwa vektor induksi B1 tegak lurus terhadap konduktor kedua. Induksi medan yang ditimbulkan oleh arus searah pada penghantar pertama, di lokasi penghantar kedua, adalah sama dengan
Dari rumus (1), (2) dapat disimpulkan bahwa gaya yang bekerja pada bagian yang dipilih dari konduktor kedua adalah sama dengan
29. Sebuah kumparan dengan arus dalam medan magnet.
Jika Anda menempatkan dalam medan magnet bukan sebuah konduktor, tetapi sebuah kumparan (atau kumparan) berarus dan menempatkannya secara vertikal, maka dengan menerapkan aturan tangan kiri pada sisi atas dan bawah kumparan, kita memperoleh bahwa gaya elektromagnetik F bertindak atas mereka akan diarahkan ke arah yang berbeda. Akibat kerja kedua gaya ini timbul torsi elektromagnetik M, yang akan menyebabkan kumparan berputar, in pada kasus ini searah jarum jam. Saat ini
dimana D adalah jarak antara sisi kumparan.
Kumparan akan berputar dalam medan magnet hingga mengambil posisi tegak lurus terhadap garis-garis medan magnet (Gbr. 50, b). Pada posisi ini fluks magnet terbesar akan melewati kumparan. Oleh karena itu, suatu kumparan atau kumparan dengan arus yang dimasukkan ke dalam medan magnet luar selalu cenderung mengambil posisi sedemikian rupa sehingga fluks magnet sebesar mungkin melewati kumparan tersebut.
Momen magnet, momen dipol magnet- besaran utama yang mencirikan sifat kemagnetan suatu zat (sumber magnet, menurut teori klasik fenomena elektromagnetik adalah arus makro dan mikro listrik; Sumber dasar magnetisme dianggap sebagai arus tertutup). Partikel dasar mempunyai momen magnet, inti atom, kulit elektron atom dan molekul. Momen magnetis partikel elementer(elektron, proton, neutron, dan lainnya), seperti yang ditunjukkan oleh mekanika kuantum, disebabkan oleh adanya momen mekanisnya sendiri - putaran.
30. Fluks magnet - kuantitas fisik, sama dengan kerapatan fluks garis-garis medan yang melalui area yang sangat kecil dS. Mengalir F masuk sebagai integral dari vektor induksi magnet DI DALAM melalui permukaan berhingga S Ditentukan melalui integral di atas permukaan.
31. Pekerjaan menggerakkan konduktor pembawa arus dalam medan magnet
Mari kita perhatikan rangkaian pembawa arus yang dibentuk oleh kabel tetap dan jumper bergerak dengan panjang l yang meluncur di sepanjang kabel tersebut (Gbr. 2.17). Rangkaian ini terletak pada medan magnet seragam luar yang tegak lurus bidang rangkaian.
Elemen arus I (kawat bergerak) dengan panjang l dikenai gaya Ampere yang arahnya ke kanan:
Biarkan konduktor l bergerak sejajar dengan dirinya pada jarak dx. Ini akan melakukan hal berikut:
dA=Fdx=IBldx=IBdS=IdФ
Usaha yang dilakukan oleh suatu penghantar terhadap arus ketika bergerak secara numerik sama dengan hasil kali arus dan fluks magnet yang dilintasi oleh penghantar tersebut.
Rumusnya tetap berlaku jika sebuah konduktor dalam bentuk apa pun bergerak pada sudut mana pun terhadap garis vektor induksi magnet.
32. Magnetisasi materi . Magnet permanen dapat dibuat hanya dari sedikit zat, tetapi semua zat yang ditempatkan dalam medan magnet bersifat magnetis, yaitu zat tersebut sendiri menjadi sumber medan magnet. Akibatnya, vektor induksi magnet dengan adanya materi berbeda dengan vektor induksi magnet dalam ruang hampa.
Momen magnet suatu atom terdiri dari momen orbital dan momen intrinsik elektron-elektron yang menyusunnya, serta momen magnet inti (yang ditentukan oleh momen magnet partikel elementer yang termasuk dalam inti - proton dan neutron). Momen magnetik inti atom jauh lebih kecil daripada momen elektron; oleh karena itu, ketika mempertimbangkan banyak masalah, hal ini dapat diabaikan dan dapat diasumsikan bahwa momen magnet suatu atom sama dengan jumlah vektor momen magnet elektron. Momen magnetik suatu molekul juga dapat dipertimbangkan sama dengan jumlahnya momen magnet elektron yang termasuk dalam komposisinya.
Jadi, atom adalah sistem magnet yang kompleks, dan momen magnet atom secara keseluruhan sama dengan jumlah vektor momen magnet semua elektron.
Kemaknitan dan disebut zat yang dapat dimagnetisasi dalam medan magnet luar, yaitu. mampu menciptakan medan magnetnya sendiri. Medan intrinsik suatu zat bergantung pada sifat magnetik atomnya. Dalam pengertian ini, magnet adalah analog magnetik dari dielektrik.
Menurut konsep klasik, atom terdiri dari elektron-elektron yang bergerak dalam orbit di sekitar inti bermuatan positif, yang pada gilirannya terdiri dari proton dan neutron.
Semua zat bersifat magnetis, mis. semua zat termagnetisasi dalam medan magnet luar, tetapi sifat dan derajat magnetisasinya berbeda. Tergantung pada ini, semua magnet dibagi menjadi tiga jenis: 1) diamagnetik; 2) bahan paramagnetik; 3) feromagnet.
Diamagnet. - ini termasuk banyak logam (misalnya, tembaga, seng, perak, merkuri, bismut), sebagian besar gas, fosfor, belerang, kuarsa, air, sebagian besar senyawa organik dll.
Diamagnet dicirikan oleh sifat-sifat berikut:
2) medan magnetnya sendiri diarahkan melawan medan magnet luar dan sedikit melemahkannya (m<1);
3) tidak ada sisa magnet (medan magnet diamagnetik itu sendiri menghilang setelah medan luar dihilangkan).
Dua sifat pertama menunjukkan bahwa permeabilitas magnet relatif m bahan diamagnetik hanya sedikit kurang dari 1. Misalnya, bahan diamagnetik terkuat, bismut, memiliki m = 0,999824.
Paramagnet- Ini termasuk logam alkali dan alkali tanah, aluminium, tungsten, platinum, oksigen, dll.
Bahan paramagnetik mempunyai ciri-ciri sebagai berikut:
1) magnetisasi yang sangat lemah dalam medan magnet luar;
2) medan magnet intrinsik diarahkan sepanjang medan magnet luar dan sedikit memperkuatnya (m>1);
3) tidak ada sisa magnet.
Dari dua sifat pertama dapat disimpulkan bahwa nilai m hanya sedikit lebih besar dari 1. Misalnya, untuk salah satu paramagnet terkuat - platina - permeabilitas magnet relatif m = 1,00036.
33.Feromagnet - Ini termasuk besi, nikel, kobalt, gadolinium, paduan dan senyawanya, serta beberapa paduan dan senyawa mangan dan kromium dengan unsur non-feromagnetik. Semua zat ini memiliki sifat feromagnetik hanya dalam bentuk kristal.
Ferromagnet dicirikan oleh sifat-sifat berikut:
1) magnetisasi yang sangat kuat;
2) medan magnetnya sendiri diarahkan sepanjang medan magnet luar dan secara signifikan meningkatkannya (nilai m berkisar dari beberapa ratus hingga beberapa ratus ribu);
3) permeabilitas magnet relatif m bergantung pada besarnya medan magnet;
4) ada sisa magnet.
Domain- wilayah makroskopis dalam kristal magnetik di mana orientasi vektor magnetisasi homogen spontan atau vektor antiferromagnetisme (masing-masing pada suhu di bawah titik Curie atau Néel) diputar atau digeser dengan cara tertentu - teratur secara ketat, yaitu , terpolarisasi, relatif terhadap arah vektor yang bersesuaian di domain tetangga.
Domain adalah formasi yang terdiri dari sejumlah besar atom [terurut] dan terkadang terlihat dengan mata telanjang (ukuran sekitar 10−2 cm3).
Domain ada dalam kristal feroelektrik dan antiferromagnetik, feroelektrik, dan zat lain dengan tatanan jangka panjang spontan.
Titik Curie, atau suhu Curie,- suhu transisi fase orde kedua yang terkait dengan perubahan mendadak dalam sifat simetri suatu zat (misalnya, magnetik - dalam feromagnet, listrik - dalam feroelektrik, kimia kristal - dalam paduan terurut). Dinamakan setelah P. Curie. Pada suhu T di bawah titik Curie Q, feromagnet memiliki magnetisasi spontan dan simetri magnetik-kristal tertentu. Pada titik Curie (T=Q), intensitas gerak termal atom-atom feromagnet cukup untuk menghancurkan magnetisasi spontannya (“urutan magnet”) dan mengubah simetrinya, akibatnya feromagnet menjadi paramagnetik. Demikian pula, untuk antiferromagnet pada T=Q (yang disebut titik Curie antiferromagnetik atau titik Néel), struktur magnetik karakteristiknya (subkisi magnetik) hancur, dan antiferromagnet menjadi paramagnetik. Dalam feroelektrik dan antiferroelektrik pada T=Q, gerakan termal atom mengurangi orientasi terurut spontan dari dipol listrik sel elementer kisi kristal menjadi nol. Dalam paduan terurut, pada titik Curie (dalam kasus paduan, disebut juga titik.
histeresis magnetik diamati pada zat yang tersusun secara magnetis (dalam kisaran suhu tertentu), misalnya pada feromagnet, biasanya dibagi menjadi domain daerah magnetisasi spontan (spontan), yang besarnya magnetisasinya (momen magnet per satuan volume) adalah sama, tapi arahnya berbeda.
Di bawah pengaruh medan magnet luar, jumlah dan ukuran domain yang dimagnetisasi oleh medan tersebut meningkat dengan mengorbankan domain lainnya. Vektor magnetisasi domain individu dapat berputar sepanjang medan. Dalam medan magnet yang cukup kuat, feromagnet dimagnetisasi hingga jenuh, dan terdiri dari satu domain dengan magnetisasi saturasi JS yang diarahkan sepanjang medan luar H.
Ketergantungan khas magnetisasi pada medan magnet dalam kasus histeresis
34. Medan magnet bumi
Seperti yang Anda ketahui, medan magnet adalah jenis medan gaya khusus yang mempengaruhi benda yang bersifat magnetis, serta muatan listrik yang bergerak. Sampai batas tertentu, medan magnet dapat dianggap sebagai jenis materi khusus yang mentransmisikan informasi antara muatan listrik dan benda dengan momen magnet. Dengan demikian, medan magnet bumi adalah medan magnet yang tercipta karena faktor-faktor yang berhubungan fitur fungsional planet kita. Artinya, medan geomagnetik diciptakan oleh Bumi itu sendiri, dan bukan oleh sumber eksternal, meskipun sumber eksternal memiliki pengaruh tertentu terhadap medan magnet planet.
Dengan demikian, sifat-sifat medan magnet bumi mau tidak mau bergantung pada karakteristik asal usulnya. Teori utama yang menjelaskan munculnya medan gaya ini dikaitkan dengan aliran arus pada inti logam cair planet (suhu di inti sangat tinggi sehingga logam berada dalam keadaan cair). Energi medan magnet bumi dihasilkan oleh apa yang disebut mekanisme dinamo hidromagnetik, yang disebabkan oleh multiarah dan asimetri arus listrik. Mereka menghasilkan peningkatan pelepasan listrik, yang menyebabkan pelepasan energi panas dan munculnya medan magnet baru. Menariknya, mekanisme dinamo hidromagnetik memiliki kemampuan untuk “menggairahkan diri sendiri”, yaitu aktivitas listrik aktif di dalam inti bumi secara konstan menghasilkan medan geomagnetik tanpa pengaruh eksternal.
35.magnetisasi - kuantitas fisik vektor yang mengkarakterisasi keadaan magnetik tubuh fisik makroskopis. Biasanya dilambangkan dengan M. Ini didefinisikan sebagai momen magnet suatu satuan volume suatu zat:
Di sini, M adalah vektor magnetisasi; - vektor momen magnet; V - volume.
DI DALAM kasus umum(dalam kasus media yang tidak seragam, karena satu dan lain hal) magnetisasi dinyatakan sebagai
dan merupakan fungsi koordinat. Dimana momen magnet total molekul dalam volume dV Hubungan antara M dan kuat medan magnet H pada bahan diamagnetik dan paramagnetik biasanya linier (setidaknya bila medan magnet tidak terlalu besar):
dimana χm disebut kerentanan magnetik. Dalam bahan feromagnetik tidak ada hubungan yang jelas antara M dan H karena histeresis magnetik, dan tensor kerentanan magnetik digunakan untuk menggambarkan ketergantungan.
Kekuatan medan magnet(sebutan standar H) adalah besaran fisis vektor yang sama dengan selisih antara vektor induksi magnet B dan vektor magnetisasi M.
DI DALAM Sistem internasional satuan (SI): H = (1/µ 0)B - M dengan µ 0 adalah konstanta magnet.
Permeabilitas magnetik- besaran fisika, koefisien (tergantung pada sifat medium) yang mencirikan hubungan antara induksi magnet B dan kuat medan magnet H dalam suatu zat. Koefisien ini berbeda untuk media yang berbeda, sehingga mereka berbicara tentang permeabilitas magnetik suatu media tertentu (artinya komposisi, keadaan, suhu, dll.).
Biasanya dilambangkan dengan huruf Yunani µ. Ia dapat berupa skalar (untuk zat isotropik) atau tensor (untuk zat anisotropik).
Secara umum, hubungan antara induksi magnet dan kekuatan medan magnet melalui permeabilitas magnet diperkenalkan sebagai
dan dalam kasus umum di sini harus dipahami sebagai tensor, yang sesuai dengan notasi komponen
Untuk setiap muatan dalam medan listrik terdapat gaya yang dapat menggerakkan muatan tersebut. Tentukan usaha A untuk memindahkan muatan positif titik q dari titik O ke titik n, yang dilakukan oleh gaya medan listrik muatan negatif Q. Menurut hukum Coulomb, gaya yang menggerakkan muatan tersebut bervariasi dan sama dengan
Dimana r adalah variabel jarak antar muatan.
. Ungkapan ini dapat diperoleh seperti ini:
Besaran tersebut mewakili energi potensial W p muatan pada suatu titik tertentu dalam medan listrik:
Tanda (-) menunjukkan bahwa ketika suatu muatan digerakkan oleh suatu medan, energi potensialnya berkurang sehingga berubah menjadi kerja gerak.
Nilai yang sama dengan energi potensial suatu satuan muatan positif (q = +1) disebut potensial medan listrik.
Kemudian 
. Untuk q = +1.
Jadi, beda potensial antara dua titik medan sama dengan kerja gaya-gaya medan untuk memindahkan satu satuan muatan positif dari satu titik ke titik lainnya.
Potensi suatu titik medan listrik sama dengan usaha yang dilakukan untuk memindahkan satuan muatan positif dari suatu titik tertentu hingga tak terhingga: . Satuan pengukuran - Volt = J/C.
Usaha memindahkan muatan dalam medan listrik tidak bergantung pada bentuk lintasannya, tetapi hanya bergantung pada beda potensial antara titik awal dan titik akhir lintasan.
Permukaan yang semua titiknya mempunyai potensial yang sama disebut ekuipotensial.
Kuat medan adalah sifat dayanya, dan potensial adalah sifat energinya.
Hubungan antara kekuatan medan dan potensinya dinyatakan dengan rumus
,
tanda (-) disebabkan karena kuat medan mengarah ke penurunan potensial, dan ke arah peningkatan potensi.
5. Penggunaan medan listrik dalam pengobatan.
Franklinisasi, atau “pancuran elektrostatik”, adalah metode terapi di mana tubuh pasien atau bagian tertentu dipaparkan pada medan listrik tegangan tinggi yang konstan.
Medan listrik konstan selama prosedur pemaparan umum dapat mencapai 50 kV, dengan pengaruh lokal 15 – 20kV.
Mekanisme tindakan terapeutik. Prosedur franklinisasi dilakukan sedemikian rupa sehingga kepala pasien atau bagian tubuh lainnya menjadi seperti salah satu pelat kapasitor, sedangkan yang kedua adalah elektroda yang digantung di atas kepala atau dipasang di atas tempat pemaparan pada jarak 6 - 10cm. Di bawah pengaruh tegangan tinggi di bawah ujung jarum yang menempel pada elektroda, terjadi ionisasi udara dengan pembentukan ion udara, ozon, dan nitrogen oksida.
Menghirup ozon dan ion udara menyebabkan reaksi pada jaringan pembuluh darah. Setelah kejang pembuluh darah jangka pendek, kapiler melebar tidak hanya di jaringan superfisial, tetapi juga di jaringan dalam. Hasilnya, proses metabolisme dan trofik ditingkatkan, dan dengan adanya kerusakan jaringan, proses regenerasi dan pemulihan fungsi dirangsang.
Akibat peningkatan sirkulasi darah, normalisasi proses metabolisme dan fungsi saraf, terjadi penurunan nyeri kepala, meningkat tekanan darah, ditingkatkan tonus pembuluh darah, penurunan detak jantung.
Penggunaan franklinisasi diindikasikan untuk gangguan fungsional sistem saraf
Contoh pemecahan masalah
1. Ketika peralatan franklinisasi beroperasi, 500.000 ion udara ringan terbentuk setiap detik dalam 1 cm 3 udara. Tentukan kerja ionisasi yang diperlukan untuk menghasilkan jumlah ion udara yang sama dalam 225 cm 3 udara selama sesi perawatan (15 menit). Potensi ionisasi molekul udara diasumsikan 13,54 V, dan udara secara konvensional dianggap sebagai gas homogen.
- potensi ionisasi, A - kerja ionisasi, N - jumlah elektron.
2. Saat merawat dengan pancuran elektrostatis, beda potensial 100 kV diterapkan pada elektroda mesin listrik. Tentukan berapa banyak muatan yang mengalir di antara elektroda-elektroda selama satu prosedur perawatan, jika diketahui gaya medan listrik melakukan usaha 1800 J.
Dari sini 
Dipol listrik dalam kedokteran
Menurut teori Einthoven yang mendasari elektrokardiografi, jantung adalah dipol listrik, terletak di tengah-tengah segitiga sama sisi (segitiga Einthoven), yang simpul-simpulnya secara konvensional dapat dianggap 
terletak di tangan kanan, lengan kiri dan kaki kiri.
Selama siklus jantung baik posisi dipol dalam ruang maupun momen dipol berubah. Mengukur beda potensial antara titik-titik sudut segitiga Einthoven memungkinkan kita menentukan hubungan antara proyeksi momen dipol jantung pada sisi-sisi segitiga sebagai berikut:
Mengetahui tegangan U AB, U BC, U AC, Anda dapat menentukan bagaimana orientasi dipol terhadap sisi-sisi segitiga.
Dalam elektrokardiografi, beda potensial antara dua titik pada benda (dalam hal ini antara titik sudut segitiga Einthoven) disebut sadapan.
Pendaftaran perbedaan potensial dalam sadapan tergantung pada waktu disebut elektrokardiogram.
Letak geometri titik-titik akhir vektor momen dipol selama siklus jantung disebut kardiogram vektor.
Kuliah nomor 4
Fenomena kontak
1. Beda potensial kontak. hukum Volta.
2. Termoelektrik.
3. Termokopel, kegunaannya dalam pengobatan.
4. Potensi istirahat. Potensi aksi dan distribusinya.
- Hubungi perbedaan potensial. hukum Volta.
Ketika logam-logam yang berbeda bersentuhan secara dekat, timbul perbedaan potensial di antara mereka, hanya bergantung pada logam-logam tersebut komposisi kimia dan suhu (hukum pertama Volta). Beda potensial ini disebut kontak.
Untuk meninggalkan logam dan keluar ke lingkungan, elektron harus melakukan usaha melawan gaya tarik-menarik logam. Usaha ini disebut fungsi kerja elektron yang meninggalkan logam.
Mari kita sambungkan dua logam berbeda 1 dan 2, yang masing-masing memiliki fungsi kerja A 1 dan A 2, dan 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 >Sebuah 1). Akibatnya, melalui kontak logam, elektron bebas “dipompa” dari logam pertama ke logam kedua, akibatnya logam pertama bermuatan positif, dan logam kedua bermuatan negatif. Beda potensial yang timbul dalam hal ini menimbulkan medan listrik dengan intensitas E, yang menyulitkan “pemompaan” elektron lebih lanjut dan akan terhenti sama sekali apabila usaha menggerakkan elektron akibat beda potensial kontak menjadi sama dengan beda potensial. fungsi pekerjaan:
(1)
Sekarang mari kita sambungkan dua logam dengan A 1 = A 2, yang memiliki konsentrasi elektron bebas berbeda n 01 > n 02. Kemudian transfer preferensi elektron bebas dari logam pertama ke logam kedua akan dimulai. Akibatnya, logam pertama akan bermuatan positif, dan logam kedua akan bermuatan negatif. Perbedaan potensial akan timbul antara logam, yang akan menghentikan transfer elektron lebih lanjut. Beda potensial yang dihasilkan ditentukan oleh persamaan:
, (2)
dimana k adalah konstanta Boltzmann.
Dalam kasus umum kontak antara logam yang berbeda baik dalam fungsi kerja maupun konsentrasi elektron bebas, cr.r.p. dari (1) dan (2) akan sama dengan:
(3)
Mudah untuk menunjukkan bahwa jumlah beda potensial kontak dari konduktor yang dihubungkan seri sama dengan beda potensial kontak yang dihasilkan oleh konduktor ujung dan tidak bergantung pada konduktor perantara:
Ketentuan ini disebut hukum kedua Volta.
Jika sekarang kita menghubungkan langsung ujung konduktor, maka beda potensial yang ada di antara keduanya dikompensasi oleh beda potensial yang sama yang timbul pada kontak 1 dan 4. Oleh karena itu, c.r.p. tidak menimbulkan arus pada rangkaian tertutup konduktor logam yang mempunyai suhu yang sama.
2. Termoelektrik adalah ketergantungan perbedaan potensial kontak pada suhu.
Mari kita buat rangkaian tertutup dari dua konduktor logam yang berbeda 1 dan 2.
Suhu kontak a dan b akan dipertahankan pada suhu yang berbeda T a > T b . Kemudian menurut rumus (3), c.r.p. di persimpangan panas lebih banyak daripada di persimpangan dingin: . Akibatnya timbul beda potensial antara sambungan a dan b, yang disebut gaya gerak termoelektromotif, dan arus I akan mengalir dalam rangkaian tertutup. Dengan menggunakan rumus (3), kita peroleh
Di mana 
untuk setiap pasangan logam.
- Termokopel, kegunaannya dalam pengobatan.
Rangkaian konduktor tertutup yang menimbulkan arus karena perbedaan suhu kontak antar konduktor disebut termokopel.
Dari rumus (4) dapat disimpulkan bahwa gaya gerak termoelektromotif suatu termokopel sebanding dengan perbedaan suhu sambungan (kontak).
Rumus (4) juga berlaku untuk suhu pada skala Celsius:
Termokopel hanya dapat mengukur perbedaan suhu. Biasanya satu persimpangan dipertahankan pada 0ºC. Ini disebut persimpangan dingin. Persimpangan lainnya disebut persimpangan panas atau pengukuran.
Termokopel memiliki keunggulan signifikan dibandingkan termometer air raksa: sensitif, bebas inersia, memungkinkan Anda mengukur suhu benda kecil, dan memungkinkan pengukuran jarak jauh.
Mengukur profil bidang suhu tubuh manusia.
Suhu tubuh manusia diyakini konstan, tetapi keteguhan ini bersifat relatif, karena di berbagai bagian tubuh suhunya tidak sama dan bervariasi tergantung pada keadaan fungsional tubuh.
Suhu kulit memiliki topografinya sendiri yang jelas. Mereka memiliki suhu terendah (23-30º) bagian distal anggota badan, ujung hidung, telinga. Yang paling panas- V daerah aksila, di perineum, leher, bibir, pipi. Daerah lainnya memiliki suhu 31 - 33,5 ºС.
kamu Orang yang sehat distribusi suhu relatif simetris terhadap garis tengah tubuh. Pelanggaran simetri ini berfungsi sebagai kriteria utama untuk mendiagnosis penyakit dengan membuat profil bidang suhu menggunakan perangkat kontak: termokopel dan termometer resistansi.
4. Potensi istirahat. Potensi aksi dan distribusinya.
Membran permukaan sel tidak dapat ditembus secara merata terhadap ion-ion yang berbeda. Selain itu, konsentrasi ion tertentu berbeda pada sisi membran yang berbeda; komposisi ion yang paling disukai dipertahankan di dalam sel. Faktor-faktor ini menyebabkan munculnya perbedaan potensial antara sitoplasma dan sel yang berfungsi normal lingkungan(potensi istirahat)
Ketika tereksitasi, perbedaan potensial antara sel dan lingkungan berubah, timbul potensial aksi, yang merambat di serabut saraf.
Mekanisme perambatan potensial aksi sepanjang serabut saraf dianggap dengan analogi dengan perambatan gelombang elektromagnetik melalui jalur dua kabel. Namun, seiring dengan analogi tersebut, terdapat juga perbedaan mendasar.
Gelombang elektromagnetik, yang merambat dalam suatu medium, melemah seiring dengan hilangnya energinya, berubah menjadi energi gerak molekul-termal. Sumber energi gelombang elektromagnetik adalah sumbernya: generator, percikan, dll.
Gelombang eksitasi tidak meluruh, karena ia menerima energi dari media tempat ia merambat (energi membran bermuatan).
Dengan demikian, perambatan potensial aksi sepanjang serabut saraf terjadi dalam bentuk gelombang otomatis. Lingkungan aktifnya adalah sel-sel yang tereksitasi.
Contoh pemecahan masalah
1. Saat membuat profil bidang suhu permukaan tubuh manusia, digunakan termokopel dengan resistansi r 1 = 4 Ohm dan galvanometer dengan resistansi r 2 = 80 Ohm; I=26 µA pada perbedaan suhu persimpangan ºС. Berapa konstanta termokopel?
Termokopel yang timbul pada termokopel sama dengan , dimana termokopel adalah perbedaan suhu antar sambungan.
Menurut hukum Ohm, untuk bagian rangkaian dimana U diambil sebagai . Kemudian
Kuliah No.5
Elektromagnetisme
1. Sifat kemagnetan.
2. Interaksi magnetik arus dalam ruang hampa. hukum Ampere.
4. Zat dia-, para- dan feromagnetik. Permeabilitas magnetik dan induksi magnetik.
5. Sifat magnetik jaringan tubuh.
1. Sifat magnetisme.
Medan magnet muncul di sekitar muatan listrik yang bergerak (arus), yang melaluinya muatan ini berinteraksi dengan muatan magnet atau muatan listrik bergerak lainnya.
Medan magnet adalah medan gaya dan diwakili oleh garis-garis gaya magnet. Berbeda dengan garis medan listrik, garis medan magnet selalu tertutup.
Sifat kemagnetan suatu zat disebabkan oleh arus sirkular elementer pada atom dan molekul zat tersebut.
2 . Interaksi magnetik arus dalam ruang hampa. hukum Ampere.
Interaksi magnetik arus dipelajari dengan menggunakan rangkaian kawat bergerak. Ampere menetapkan bahwa besarnya gaya interaksi antara dua bagian kecil penghantar 1 dan 2 dengan arus sebanding dengan panjang bagian tersebut, kuat arus I 1 dan I 2 di dalamnya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya. r antar bagian:
Ternyata gaya pengaruh bagian pertama terhadap bagian kedua bergantung pada posisi relatifnya dan sebanding dengan sinus sudut dan .
dimana adalah sudut antara dan vektor jari-jari r 12 yang menghubungkan dengan, dan merupakan sudut antara dan garis normal n terhadap bidang Q yang memuat bagian dan vektor jari-jari r 12.
Menggabungkan (1) dan (2) dan memasukkan koefisien proporsionalitas k, kita memperoleh ekspresi matematika dari hukum Ampere:
(3)
Arah gaya juga ditentukan oleh aturan gimlet: bertepatan dengan arah gerak translasi gimlet, yang pegangannya berputar dari normal n 1.
Elemen arus adalah vektor yang besarnya sama dengan hasil kali Idl dari suatu bagian yang sangat kecil dengan panjang dl suatu konduktor dan kuat arus I di dalamnya dan diarahkan sepanjang arus ini. Kemudian, meneruskan (3) dari dl kecil ke sangat kecil, kita dapat menulis hukum Ampere bentuk diferensial:
. (4)
Koefisien k dapat direpresentasikan sebagai
di mana adalah konstanta magnet (atau permeabilitas magnetis dalam ruang hampa).
Nilai rasionalisasi dengan memperhatikan (5) dan (4) akan dituliskan dalam bentuk
. (6)
3 . Kekuatan medan magnet. rumus Ampere. Hukum Biot-Savart-Laplace.
Karena arus listrik berinteraksi satu sama lain melalui medan magnetnya, karakteristik kuantitatif medan magnet dapat ditentukan berdasarkan interaksi ini - hukum Ampere. Untuk melakukan ini, kita membagi konduktor l dengan arus I menjadi banyak bagian dasar dl. Ini menciptakan bidang di luar angkasa.
Di titik O medan ini, terletak pada jarak r dari dl, kita tempatkan I 0 dl 0. Kemudian, menurut hukum Ampere (6), suatu gaya akan bekerja pada elemen ini
(7)
dimana adalah sudut antara arah arus I pada bagian dl (yang menciptakan medan) dan arah vektor jari-jari r, dan merupakan sudut antara arah arus I 0 dl 0 dan garis normal n terhadap bidang Q yang memuat dl dan r.
Dalam rumus (7) kita memilih bagian yang tidak bergantung pada elemen saat ini I 0 dl 0, dilambangkan dengan dH:
Hukum Biot-Savart-Laplace (8)
Nilai dH hanya bergantung pada elemen arus Idl, yang menciptakan medan magnet, dan pada posisi titik O.
Nilai dH merupakan sifat kuantitatif medan magnet dan disebut kuat medan magnet. Substitusikan (8) ke (7), kita peroleh
dimana adalah sudut antara arah arus I 0 dan medan magnet dH. Rumus (9) disebut rumus Ampere dan menyatakan ketergantungan gaya yang bekerja pada medan magnet pada elemen arus I 0 dl 0 yang terletak di dalamnya pada kekuatan medan ini. Gaya ini terletak pada bidang Q yang tegak lurus dl 0. Arahnya ditentukan oleh “aturan tangan kiri”.
Dengan asumsi =90º dalam (9), kita mendapatkan:
Itu. Kuat medan magnet diarahkan secara tangensial terhadap garis medan dan besarnya sama dengan rasio gaya yang bekerja pada elemen satuan arus terhadap konstanta magnet.
4 . Zat diamagnetik, paramagnetik, dan feromagnetik. Permeabilitas magnetik dan induksi magnetik.
Semua zat yang ditempatkan dalam medan magnet memperoleh sifat magnetis, yaitu. termagnetisasi dan karena itu mengubah medan eksternal. Dalam hal ini, beberapa zat melemahkan medan luar, sementara yang lain memperkuatnya. Yang pertama dipanggil diamagnetik, Kedua - paramagnetik zat. Di antara zat paramagnetik, sekelompok zat menonjol secara tajam sehingga menyebabkan peningkatan medan luar yang sangat besar. Ini feromagnet.
Diamagnet- fosfor, belerang, emas, perak, tembaga, air, senyawa organik.
Paramagnet- oksigen, nitrogen, aluminium, tungsten, platinum, logam alkali dan alkali tanah.
Feromagnet– besi, nikel, kobalt, paduannya.
Jumlah geometris momen magnet orbital dan spin elektron serta momen magnet intrinsik inti membentuk momen magnet atom (molekul) suatu zat.
Pada bahan diamagnetik, momen magnet total suatu atom (molekul) adalah nol, karena momen magnetik saling meniadakan. Namun, di bawah pengaruh medan magnet luar, momen magnet diinduksi dalam atom-atom ini, yang arahnya berlawanan dengan medan luar. Akibatnya, media diamagnetik menjadi termagnetisasi dan menciptakan medan magnetnya sendiri, yang arahnya berlawanan dengan medan magnet luar dan melemahkannya.
Momen magnet terinduksi atom diamagnetik dipertahankan selama masih ada medan magnet luar. Ketika medan luar dihilangkan, momen magnet induksi atom menghilang dan bahan diamagnetik mengalami kerusakan magnetik.
Dalam atom paramagnetik, orbital, putaran, dan momen inti tidak saling mengimbangi. Namun momen magnet atom tersusun secara acak, sehingga media paramagnetik tidak menunjukkan sifat magnetis. Medan luar memutar atom-atom paramagnetik sehingga momen magnetnya terbentuk terutama pada arah medan. Akibatnya, bahan paramagnetik menjadi termagnetisasi dan menciptakan medan magnetnya sendiri, bertepatan dengan medan magnet luar dan memperkuatnya.
(4), dimana adalah permeabilitas magnet absolut medium. Dalam ruang hampa =1, , dan
Dalam feromagnet terdapat daerah (~10 -2 cm) dengan orientasi momen magnet atomnya yang identik. Namun, orientasi domainnya sendiri bervariasi. Oleh karena itu, jika tidak ada medan magnet luar, feromagnet tidak akan termagnetisasi.
Dengan munculnya medan luar, domain yang berorientasi pada arah medan ini mulai bertambah volumenya karena domain tetangganya memiliki orientasi momen magnet yang berbeda; feromagnet menjadi termagnetisasi. Dengan medan yang cukup kuat, semua domain diorientasikan kembali sepanjang medan, dan feromagnet dengan cepat termagnetisasi hingga jenuh.
Ketika medan luar dihilangkan, feromagnet tidak sepenuhnya mengalami kerusakan magnet, tetapi mempertahankan sisa induksi magnet, karena gerakan termal tidak dapat mengganggu arah domain. Demagnetisasi dapat dicapai dengan pemanasan, pengocokan, atau penerapan medan terbalik.
Pada suhu yang sama dengan titik Curie, gerakan termal mampu menyebabkan disorientasi atom dalam domain, akibatnya feromagnet berubah menjadi paramagnet.
Fluks induksi magnet yang melalui permukaan tertentu S sama dengan jumlah garis induksi yang menembus permukaan tersebut:
(5)
Satuan pengukuran B – Tesla, F-Weber.
Rumus fungsi kerja elektron
Logam mengandung elektron konduksi yang membentuk gas elektron dan berpartisipasi dalam gerakan termal. Karena elektron konduksi tertahan di dalam logam, maka di dekat permukaan terdapat gaya yang bekerja pada elektron dan diarahkan ke dalam logam. Agar elektron dapat meninggalkan logam melampaui batasnya, sejumlah usaha A harus dilakukan melawan gaya-gaya ini, yang disebut fungsi kerja elektron terbuat dari metal. Pekerjaan ini, tentu saja, berbeda untuk logam yang berbeda.
Energi potensial elektron di dalam logam adalah konstan dan sama dengan:
W p = -eφ , dimana j adalah potensial medan listrik di dalam logam.
Ketika sebuah elektron melewati lapisan elektron permukaan, energi potensial dengan cepat berkurang karena fungsi kerja dan menjadi nol di luar logam. Distribusi energi elektron di dalam logam dapat direpresentasikan sebagai sumur potensial.
Dalam interpretasi yang dibahas di atas, fungsi kerja elektron sama dengan kedalaman sumur potensial, yaitu.
Keluar = eφ
Hasil ini konsisten dengan teori elektron klasik logam, yang mengasumsikan bahwa kecepatan elektron dalam logam mematuhi hukum distribusi Maxwell dan bernilai nol pada suhu nol mutlak. Namun, pada kenyataannya, elektron konduksi mematuhi statistik kuantum Fermi-Dirac, yang menyatakan bahwa pada nol mutlak, kecepatan elektron dan energinya bukan nol.
Nilai energi maksimum yang dimiliki elektron pada nol mutlak disebut energi Fermi E F . Teori kuantum konduktivitas logam, berdasarkan statistik ini, memberikan interpretasi berbeda tentang fungsi kerja. Fungsi kerja elektron dari logam sama dengan selisih antara ketinggian penghalang potensial eφ dan energi Fermi.
A keluar = eφ" - EF
dimana φ" adalah nilai rata-rata potensial medan listrik di dalam logam.
Tabel fungsi kerja elektron dari zat sederhana
Tabel menunjukkan nilai fungsi kerja elektron untuk sampel polikristalin, yang permukaannya dibersihkan dalam ruang hampa dengan kalsinasi atau perlakuan mekanis. Data yang kurang dapat diandalkan diapit dalam tanda kurung.
|
Zat |
Rumus zat |
Fungsi kerja elektron (W, eV) |
|
aluminium |
||
|
berilium |
||
|
karbon (grafit) |
||
|
Jerman |
||
|
mangan |
||
|
molibdenum |
||
|
paladium |
||
|
praseodymium |
||
|
timah (bentuk γ) |
||
|
timah (bentuk β) |
||
|
strontium |
||
|
tungsten |
||
|
zirkonium |
Apa sebenarnya ketegangan itu? Ini adalah cara untuk menggambarkan dan mengukur kekuatan medan listrik. Tegangan itu sendiri tidak dapat ada tanpa adanya medan elektron di sekitar muatan positif dan negatif. Seperti halnya medan magnet yang mengelilingi Kutub Utara dan Selatan.
Oleh konsep modern, elektron tidak saling mempengaruhi. Medan listrik adalah sesuatu yang berasal dari suatu muatan dan keberadaannya dapat dirasakan oleh muatan lain.
Hal yang sama juga berlaku pada konsep ketegangan! Ini hanya membantu kita membayangkan seperti apa medan listrik itu. Sejujurnya, tidak ada bentuk, tidak ada ukuran, tidak ada yang seperti itu. Namun medan tersebut beroperasi dengan gaya tertentu pada elektron.
Gaya dan aksinya pada partikel bermuatan
Sebuah elektron bermuatan dikenakan gaya dengan percepatan tertentu, menyebabkannya bergerak semakin cepat. Gaya ini berfungsi untuk menggerakkan elektron.
Garis gaya adalah bentuk khayal yang muncul di sekitar muatan (ditentukan oleh medan listrik) dan jika kita menempatkan muatan apa pun pada area tersebut, maka muatan tersebut akan mengalami gaya.
Properti saluran listrik:
- perjalanan dari utara ke selatan;
- tidak memiliki persimpangan bersama.
Mengapa kedua garis gaya tersebut tidak berpotongan? Karena hal ini tidak terjadi di kehidupan nyata. Yang dibicarakan hanyalah model fisik dan tidak lebih. Fisikawan menciptakannya untuk menggambarkan perilaku dan karakteristik medan listrik. Modelnya sangat pandai dalam hal ini. Namun mengingat ini hanyalah sebuah model, kita harus tahu mengapa garis seperti itu diperlukan.
Garis gaya menunjukkan:
- arah medan listrik;
- ketegangan. Semakin dekat garisnya, semakin besar kekuatan medannya dan sebaliknya.
Jika garis-garis gaya yang ditarik pada model kita berpotongan, jarak antara keduanya akan menjadi sangat kecil. Karena kekuatan medan sebagai bentuk energi, dan karena hukum mendasar fisika ini tidak mungkin.
Apa itu potensi?
Potensial adalah energi yang dikeluarkan untuk memindahkan partikel bermuatan dari titik pertama yang potensialnya nol ke titik kedua.
Beda potensial antara titik A dan B adalah usaha yang dilakukan oleh gaya-gaya untuk menggerakkan elektron positif tertentu sepanjang lintasan sembarang dari A ke B.
Semakin besar potensi elektron, semakin besar pula kerapatan fluks per satuan luas. Fenomena ini mirip dengan gravitasi. Semakin besar massanya, semakin besar potensinya, semakin kuat dan padat medan gravitasi per satuan luas.
Muatan potensial kecil yang rendah dengan kerapatan fluks yang berkurang ditunjukkan pada gambar berikut.
Dan di bawahnya adalah muatan dengan potensial dan kerapatan fluks tinggi.
Misalnya: saat terjadi badai petir, elektron terkuras di satu titik dan dikumpulkan di titik lain, membentuk medan listrik. Ketika gaya cukup untuk memutus konstanta dielektrik, sambaran petir (terdiri dari elektron) dihasilkan. Ketika beda potensial disamakan, medan listrik musnah.
Medan elektrostatis
Ini adalah jenis medan listrik, konstan terhadap waktu, yang dibentuk oleh muatan yang tidak bergerak. Pekerjaan memindahkan elektron ditentukan oleh hubungan,
dimana r1 dan r2 adalah jarak muatan q ke titik awal dan akhir lintasan gerak. Dari rumus yang dihasilkan terlihat bahwa usaha yang dilakukan pada saat memindahkan muatan dari satu titik ke titik lainnya tidak bergantung pada lintasannya, melainkan hanya bergantung pada awal dan akhir pergerakannya.
Setiap elektron mempunyai gaya, dan oleh karena itu, ketika elektron bergerak melalui suatu medan, sejumlah kerja tertentu dilakukan.
Dalam medan elektrostatis, usaha hanya bergantung pada titik akhir perjalanan, dan bukan pada lintasannya. Oleh karena itu, ketika gerakan terjadi sepanjang putaran tertutup, muatan kembali ke posisi semula, dan besarnya usaha menjadi sama dengan nol. Hal ini terjadi karena penurunan potensial adalah nol (karena elektron kembali ke titik yang sama). Karena beda potensial adalah nol, maka kerja total juga akan menjadi nol, karena potensial jatuh sama dengan kerja dibagi dengan nilai muatan, yang dinyatakan dalam coulomb.
Tentang medan listrik yang seragam
Medan listrik antara dua pelat logam datar yang bermuatan berlawanan, yang garis-garis tegangannya sejajar satu sama lain, disebut homogen.
Mengapa gaya yang bekerja pada muatan pada medan tersebut selalu sama? Berkat simetri. Ketika sistem simetris dan hanya terdapat satu variasi pengukuran, semua ketergantungan hilang. Ada banyak alasan mendasar lainnya untuk menjawabnya, namun faktor simetri adalah yang paling sederhana.
Pekerjaan memindahkan muatan positif
Medan listrik– ini adalah aliran elektron dari “+” ke “-”, yang menyebabkan tegangan tinggi di wilayah tersebut.
Mengalir adalah jumlah garis medan listrik yang melaluinya. Ke arah manakah elektron positif akan bergerak? Jawaban: arah medan listrik dari positif (potensial tinggi) ke negatif (potensial rendah). Oleh karena itu, partikel bermuatan positif akan bergerak ke arah ini.
Intensitas medan pada suatu titik didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada muatan positif yang ditempatkan pada titik tersebut.
Tugasnya adalah mengangkut partikel elektron sepanjang konduktor. Menurut hukum Ohm, Anda dapat menentukan usaha menggunakan berbagai variasi rumus untuk melakukan perhitungan.
Dari hukum kekekalan energi dapat disimpulkan bahwa usaha adalah perubahan energi pada suatu bagian rantai. Memindahkan muatan positif melawan medan listrik memerlukan usaha yang harus dilakukan dan menghasilkan perolehan energi potensial.
Kesimpulan
Dari kurikulum sekolah Kita ingat bahwa medan listrik terbentuk di sekitar partikel bermuatan. Setiap muatan dalam medan listrik dikenakan gaya, dan sebagai hasilnya, sejumlah usaha dilakukan ketika muatan bergerak. Muatan yang lebih besar menciptakan potensi yang lebih besar, yang menghasilkan medan listrik yang lebih kuat atau kuat. Artinya, terdapat lebih banyak aliran dan kepadatan per satuan luas.
Hal yang penting adalah usaha harus dilakukan oleh gaya tertentu untuk memindahkan muatan dari potensial tinggi ke rendah. Hal ini mengurangi perbedaan muatan antar kutub. Memindahkan elektron dari arus ke titik memerlukan energi.
Tulis komentar, tambahan artikel, mungkin saya melewatkan sesuatu. Coba lihat, saya akan senang jika Anda menemukan hal lain yang berguna untuk saya.
