§ 104. Fungsi kerja elektron meninggalkan logam
Pengalaman menunjukkan bahawa elektron bebas boleh dikatakan tidak meninggalkan logam pada suhu biasa. Akibatnya, mesti ada medan elektrik yang melambatkan dalam lapisan permukaan logam, menghalang elektron daripada terlepas dari logam ke dalam vakum sekeliling. Kerja yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron daripada logam ke dalam vakum dipanggil fungsi kerja. Mari kita tunjukkan dua sebab yang mungkin penampilan fungsi kerja:
1. Jika elektron disingkirkan daripada logam atas sebab tertentu, maka lebihan cas positif timbul di tempat elektron tertinggal dan elektron tertarik kepada cas positif yang teraruh dengan sendirinya.
2. Elektron individu, meninggalkan logam, bergerak menjauhinya pada jarak mengikut urutan atom dan dengan itu mewujudkan "awan elektron" di atas permukaan logam, ketumpatannya berkurangan dengan cepat mengikut jarak. Awan ini, bersama-sama dengan lapisan luar ion positif kekisi, terbentuk lapisan dua elektrik, medan yang serupa dengan medan kapasitor plat selari. Ketebalan lapisan ini adalah sama dengan beberapa jarak interatomik (10–10–10–9 m). Ia tidak mencipta medan elektrik di ruang luar, tetapi menghalang elektron bebas daripada terlepas daripada logam.
Oleh itu, apabila elektron meninggalkan logam, ia mesti mengatasi medan elektrik lapisan berganda yang melambatkannya. Perbezaan potensi dalam lapisan ini, dipanggil lompatan berpotensi permukaan, ditentukan oleh fungsi kerja ( A) elektron daripada logam:
di mana e - cas elektron. Oleh kerana tiada medan elektrik di luar lapisan berganda, potensi medium adalah sifar, dan di dalam logam potensi adalah positif dan sama dengan . Tenaga keupayaan elektron bebas di dalam logam ialah - e dan adalah negatif berbanding vakum. Berdasarkan ini, kita boleh mengandaikan bahawa keseluruhan isipadu logam untuk elektron pengaliran mewakili telaga berpotensi dengan bahagian bawah rata, yang kedalamannya sama dengan fungsi kerja. A.
Fungsi kerja dinyatakan dalam volt elektron(eV): 1 eV adalah sama dengan kerja yang dilakukan oleh daya medan apabila menggerakkan cas elektrik asas (cas yang sama dengan cas elektron) apabila ia melalui beza keupayaan 1 V. Oleh kerana cas elektron ialah 1.610 –19 C, kemudian 1 eV = 1.610 –19 J.
Fungsi kerja bergantung pada sifat kimia logam dan pada kebersihan permukaannya dan berbeza-beza dalam beberapa volt elektron (contohnya, untuk kalium A= 2.2 eV, untuk platinum A=6.3 eV). Dengan memilih salutan permukaan dengan cara tertentu, anda boleh mengurangkan fungsi kerja dengan ketara. Sebagai contoh, jika anda menggunakan tungsten pada permukaan (A= 4,5eV) lapisan oksida logam alkali tanah (Ca, Sr, Ba), maka fungsi kerja dikurangkan kepada 2 eV.
§ 105. Fenomena pelepasan dan penggunaannya
Jika kita menyediakan elektron dalam logam dengan tenaga yang diperlukan untuk mengatasi fungsi kerja, maka beberapa elektron boleh meninggalkan logam, mengakibatkan fenomena pelepasan elektron, atau pelepasan elektronik. Bergantung kepada kaedah pemberian tenaga kepada elektron, pelepasan termionik, fotoelektronik, elektron sekunder dan medan dibezakan.
1. Pelepasan termionik ialah pelepasan elektron oleh logam yang dipanaskan. Kepekatan elektron bebas dalam logam adalah agak tinggi, oleh itu, walaupun pada suhu purata, disebabkan oleh pengagihan halaju elektron (tenaga), sesetengah elektron mempunyai tenaga yang mencukupi untuk mengatasi halangan berpotensi di sempadan logam. Dengan peningkatan suhu, bilangan elektron, tenaga kinetik gerakan haba yang lebih besar daripada fungsi kerja, meningkat dan fenomena pelepasan termionik menjadi ketara.
Kajian undang-undang pelepasan termionik boleh dijalankan menggunakan lampu dua elektrod termudah - diod vakum, yang merupakan silinder yang dikosongkan yang mengandungi dua elektrod: katod K dan anod A. Dalam kes paling mudah, katod adalah filamen yang diperbuat daripada logam refraktori (contohnya, tungsten), dipanaskan oleh arus elektrik. Anod paling kerap mengambil bentuk silinder logam yang mengelilingi katod. Jika diod disambungkan kepada litar, seperti ditunjukkan dalam Rajah. 152, maka apabila katod dipanaskan dan voltan positif dikenakan pada anod (berbanding dengan katod), arus timbul dalam litar anod diod. Jika anda menukar kekutuban bateri B dan kemudian arus berhenti, tidak kira betapa panasnya katod dipanaskan. Akibatnya, katod mengeluarkan zarah negatif - elektron.
Jika kita mengekalkan suhu pemalar katod yang dipanaskan dan membuang pergantungan arus anod saya dan daripada voltan anod U A, - ciri voltan semasa(Rajah 153), ternyata ia tidak linear, iaitu, untuk diod vakum hukum Ohm tidak berpuas hati. Kebergantungan arus termionik saya daripada voltan anod di rantau nilai positif kecil U diterangkan hukum tiga saat(ditubuhkan oleh ahli fizik Rusia S. A. Boguslavsky (1883-1923) dan ahli fizik Amerika I. Langmuir (1881-1957)):
di mana DALAM- pekali bergantung kepada bentuk dan saiz elektrod, serta kedudukan relatifnya.
Apabila voltan anod meningkat, arus meningkat kepada nilai maksimum tertentu saya kami, dipanggil arus ketepuan. Ini bermakna hampir semua elektron yang meninggalkan katod mencapai anod, jadi peningkatan selanjutnya dalam kekuatan medan tidak boleh membawa kepada peningkatan arus termionik. Akibatnya, ketumpatan arus tepu mencirikan emisiviti bahan katod.
Ketumpatan arus tepu ditentukan Richardson - formula Deshman, diperoleh secara teori berdasarkan statistik kuantum:
di mana A - fungsi kerja elektron yang meninggalkan katod, T - suhu termodinamik, DENGAN- pemerahan yang berterusan, secara teorinya sama bagi semua logam (ini tidak disahkan oleh eksperimen, yang nampaknya dijelaskan oleh kesan permukaan). Penurunan dalam fungsi kerja membawa kepada peningkatan mendadak ketumpatan arus tepu. Oleh itu, katod oksida digunakan (contohnya, nikel disalut dengan oksida logam alkali tanah), fungsi kerjanya ialah 1-1.5 eV.
Dalam Rajah. 153 menunjukkan ciri voltan semasa untuk dua suhu katod: T 1 dan T 2, dan T 2 >T 1 . DENGAN Apabila suhu katod meningkat, pelepasan elektron dari katod menjadi lebih sengit, dan arus tepu juga meningkat. Pada U a =0, arus anod diperhatikan, iaitu, beberapa elektron yang dipancarkan oleh katod mempunyai tenaga yang mencukupi untuk mengatasi fungsi kerja dan mencapai anod tanpa menggunakan medan elektrik.
Fenomena pelepasan termionik digunakan dalam peranti yang memerlukan aliran elektron dalam vakum, contohnya dalam tiub vakum, tiub sinar-X, mikroskop elektron, dll. Tiub elektron digunakan secara meluas dalam kejuruteraan elektrik dan radio. , automasi dan telemekanik untuk membetulkan arus ulang alik, penguatan isyarat elektrik dan arus ulang alik, menjana ayunan elektromagnet, dsb. Bergantung pada tujuan, elektrod kawalan tambahan digunakan dalam lampu.
2. Pembebasan fotoelektron ialah pelepasan elektron daripada logam di bawah pengaruh cahaya, serta sinaran elektromagnet gelombang pendek (contohnya, sinar-X). Prinsip utama fenomena ini akan dibincangkan apabila mempertimbangkan kesan fotoelektrik.
3. Pembebasan elektron sekunder- ialah pelepasan elektron daripada permukaan logam, semikonduktor atau dielektrik apabila dihujani dengan pancaran elektron. Aliran elektron sekunder terdiri daripada elektron yang dipantulkan oleh permukaan (elektron yang dipantulkan secara anjal dan tidak elastik), dan elektron sekunder "benar" - elektron yang tersingkir daripada logam, semikonduktor atau dielektrik oleh elektron primer.
Nisbah nombor elektron sekunder n 2 kepada bilangan primer n 1 , menyebabkan pelepasan dipanggil faktor pelepasan elektron sekunder:
Pekali bergantung pada sifat bahan permukaan, tenaga zarah pengeboman dan sudut tujunya di permukaan. Dalam semikonduktor dan dielektrik lebih daripada logam. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa dalam logam di mana kepekatan elektron pengaliran tinggi, elektron sekunder, sering berlanggar dengannya, kehilangan tenaga mereka dan tidak boleh meninggalkan logam. Dalam semikonduktor dan dielektrik, disebabkan oleh kepekatan rendah elektron pengaliran, perlanggaran elektron sekunder dengan mereka berlaku lebih kurang kerap dan kebarangkalian elektron sekunder meninggalkan pemancar meningkat beberapa kali.
Contohnya dalam Rajah. 154 menunjukkan pergantungan kualitatif bagi pekali pelepasan elektron sekunder daripada tenaga E elektron kejadian untuk KCl. Dengan peningkatan tenaga elektron bertambah apabila elektron primer menembusi lebih dalam ke dalam kekisi kristal dan, oleh itu, mengetuk lebih banyak elektron sekunder. Walau bagaimanapun, pada beberapa tenaga elektron primer mula berkurangan. Ini disebabkan oleh fakta bahawa apabila kedalaman penembusan elektron primer meningkat, ia menjadi semakin sukar bagi elektron sekunder untuk melarikan diri ke permukaan. Maknanya maks untuk KCl mencapai12 (untuk logam tulen ia tidak melebihi 2).
Fenomena pelepasan elektron sekunder digunakan dalam tiub photomultiplier(PMT), boleh digunakan untuk menguatkan arus elektrik yang lemah. Photomultiplier ialah tiub vakum dengan fotokatod K dan anod A, di antaranya terdapat beberapa elektrod - pemancar(Gamb. 155). Elektron, terkoyak dari fotokatod di bawah pengaruh cahaya, memasuki pemancar E 1, melalui beza keupayaan pecutan antara K dan E 1. E 1 tersingkir daripada pemancar elektron. Aliran elektron yang dikuatkan dengan itu diarahkan kepada pemancar E 2, dan proses pendaraban diulangi pada semua pemancar berikutnya. Jika PMT mengandungi n pemancar, kemudian pada anod A, dipanggil pengumpul, ternyata diperkukuh dalam n kali arus fotoelektron.
4. Pelepasan autoelektronik ialah pelepasan elektron daripada permukaan logam di bawah pengaruh medan elektrik luar yang kuat. Fenomena ini boleh diperhatikan dalam tiub yang dikosongkan, konfigurasi elektrodnya (katod - hujung, anod - permukaan dalaman tiub) membolehkan, pada voltan kira-kira 10 3 V, untuk mendapatkan medan elektrik dengan kekuatan kira-kira 10 7 V / m. Dengan peningkatan voltan secara beransur-ansur, sudah pada kekuatan medan pada permukaan katod kira-kira 10 5 -10 6 V/m, arus lemah timbul disebabkan oleh elektron yang dipancarkan oleh katod. Kekuatan arus ini bertambah dengan peningkatan voltan merentasi tiub. Arus timbul apabila katod sejuk, jadi fenomena yang dijelaskan juga dipanggil pelepasan sejuk. Penjelasan tentang mekanisme fenomena ini hanya mungkin berdasarkan teori kuantum.
Logam mengandungi elektron pengaliran yang membentuk gas elektron dan mengambil bahagian dalam gerakan terma. Oleh kerana elektron konduksi dipegang di dalam logam, oleh itu, berhampiran permukaan terdapat daya yang bertindak ke atas elektron dan diarahkan ke dalam logam. Agar elektron meninggalkan logam melebihi hadnya, sejumlah kerja A mesti dilakukan terhadap daya ini, yang dipanggil kerja meninggalkan elektron daripada logam. Kerja ini, secara semula jadi, berbeza untuk logam yang berbeza.
Tenaga keupayaan elektron di dalam logam adalah malar dan sama dengan:
Wp = -eφ, dengan j ialah potensi medan elektrik di dalam logam.
21. Hubungi beza keupayaan - ini ialah beza keupayaan antara konduktor yang berlaku apabila dua konduktor berbeza yang mempunyai suhu yang sama bersentuhan.
Apabila dua konduktor dengan fungsi kerja yang berbeza bersentuhan, cas elektrik muncul pada konduktor. Dan perbezaan potensi timbul antara hujung bebas mereka. Perbezaan potensi antara titik yang terletak di luar konduktor, berhampiran permukaannya, dipanggil beza keupayaan sentuhan. Oleh kerana konduktor berada pada suhu yang sama, jika tiada voltan yang dikenakan medan hanya boleh wujud dalam lapisan sempadan (Peraturan Volta). Terdapat perbezaan potensi dalaman (apabila logam bersentuhan) dan luaran (dalam celah). Nilai beza keupayaan sentuhan luaran adalah sama dengan perbezaan dalam fungsi kerja yang berkaitan dengan cas elektron. Jika konduktor disambungkan ke dalam gelang, maka emf dalam gelang akan sama dengan 0. Untuk pasangan yang berbeza Bagi logam, nilai beza keupayaan sentuhan berjulat dari persepuluh volt hingga unit volt.
Operasi penjana termoelektrik adalah berdasarkan penggunaan kesan termoelektrik, intipatinya ialah apabila persimpangan (simpang) dua logam berbeza dipanaskan, perbezaan potensi timbul antara hujung bebasnya, yang mempunyai suhu yang lebih rendah, atau yang dipanggil daya thermoelectromotive (thermo-EMF). Jika anda menutup thermoelement (termokopel) sedemikian kepada rintangan luaran, maka arus elektrik akan mengalir melalui litar (Rajah 1). Oleh itu, semasa fenomena termoelektrik, penukaran langsung tenaga haba kepada tenaga elektrik berlaku.
Magnitud daya thermoelectromotive ditentukan lebih kurang oleh formula E = a(T1 – T2)
22. Medan magnet - medan daya yang bertindak pada cas elektrik yang bergerak dan pada jasad dengan momen magnet, tanpa mengira keadaan pergerakannya; komponen magnet elektro medan magnet
Caj bergerak q, mencipta medan magnet di sekelilingnya, yang mana induksinya
di manakah kelajuan elektron, ialah jarak dari elektron ke titik medan tertentu, μ – kebolehtelapan magnetik relatif medium, μ 0 = 4π ·10 -7 Gn/m– pemalar magnet.
Aruhan magnetik- kuantiti vektor, iaitu ciri kuasa medan magnet (kesannya pada zarah bercas) pada titik tertentu dalam ruang. Menentukan daya yang digunakan oleh medan magnet ke atas cas yang bergerak dengan laju.
Secara lebih khusus, ini ialah vektor yang menyebabkan daya Lorentz yang bertindak daripada medan magnet pada cas yang bergerak dengan kelajuan adalah sama dengan
23. Mengikut undang-undang Biot-Savart-Laplace elemen kontur dl, di mana arus mengalir saya, mencipta medan magnet di sekelilingnya, yang induksinya pada titik tertentu K
di manakah jarak dari titik K kepada elemen semasa dl, α – sudut antara vektor jejari dan unsur semasa dl.
Arah vektor boleh didapati dengan Peraturan Maxwell(gimlet): jika anda skru dalam gimlet dengan benang sebelah kanan ke arah arus dalam elemen konduktor, maka arah pergerakan pemegang gimlet akan menunjukkan arah vektor aruhan magnet.
Menggunakan undang-undang Biot-Savart-Laplace pada kontur pelbagai jenis, kita mendapatkan:
· di tengah pusingan bulat jejari R dengan kekuatan semasa saya aruhan magnet
aruhan magnet pada paksi arus bulat 
di mana a– jarak dari titik di mana seseorang sedang mencari B kepada satah arus bulatan,
· medan yang dicipta oleh konduktor yang tidak terhingga panjang yang membawa arus pada satu jarak r daripada konduktor
· medan dicipta oleh konduktor panjang terhingga pada satu jarak r daripada konduktor (Rajah 15) 
· medan di dalam toroid atau solenoid panjang tak terhingga n– bilangan lilitan per unit panjang solenoid (toroid)
Vektor aruhan magnet berkaitan dengan kekuatan medan magnet oleh hubungan
Ketumpatan tenaga isipadu medan magnet:
25 .Pada zarah bercas yang bergerak dalam medan magnet dengan aruhan B dengan laju υ , dari medan magnet terdapat daya yang dipanggil Kuasa Lorentz
dan modulus daya ini adalah sama dengan 
.
Arah daya Lorentz boleh ditentukan dengan peraturan tangan kiri: jika anda meletakkan Tangan kiri supaya komponen vektor aruhan berserenjang dengan kelajuan memasuki tapak tangan, dan empat jari terletak dalam arah kelajuan pergerakan cas positif (atau melawan arah kelajuan cas negatif), maka bengkok ibu jari akan menunjukkan arah daya Lorentz
26 .Prinsip operasi pemecut zarah bercas kitaran.
Kebebasan tempoh putaran T zarah bercas dalam medan magnet digunakan oleh saintis Amerika Lawrence dalam idea siklotron - pemecut zarah bercas.
Cyclotron terdiri daripada dua dee D 1 dan D 2 - separuh silinder logam berongga yang diletakkan di dalam vakum tinggi. Medan elektrik yang memecut tercipta di celah antara dee. Zarah bercas yang memasuki celah ini meningkatkan kelajuannya dan terbang ke ruang separuh silinder (dee). Dees diletakkan dalam medan magnet malar, dan trajektori zarah di dalam dees akan melengkung dalam bulatan. Apabila zarah memasuki jurang antara dees untuk kali kedua, kekutuban medan elektrik berubah dan ia sekali lagi menjadi memecut. Peningkatan kelajuan disertai dengan peningkatan dalam jejari trajektori. Dalam amalan, medan berselang-seli dengan frekuensi ν= 1/T=(B/2π)(q/m) digunakan pada dees. Kelajuan zarah meningkat setiap kali dalam selang antara dee di bawah pengaruh medan elektrik.
27.Kuasa ampere ialah daya yang bertindak pada konduktor yang melaluinya arus mengalir saya, terletak dalam medan magnet
Δ l– panjang konduktor, dan arah bertepatan dengan arah arus dalam konduktor.
Modul kuasa ampere: 
.
Dua konduktor lurus tak terhingga selari yang membawa arus saya 1 Dan saya 2 berinteraksi antara satu sama lain dengan kekerasan
di mana l– panjang bahagian konduktor, r– jarak antara konduktor.
28. Interaksi arus selari - hukum Ampere
Kini anda boleh dengan mudah mendapatkan formula untuk mengira daya interaksi antara dua arus selari.
Jadi, melalui dua konduktor selari lurus yang panjang (Rajah 440), terletak pada jarak R antara satu sama lain (yang banyak, 15 kali kurang daripada panjang konduktor), arus terus I 1, I 2 mengalir.
Menurut teori medan, interaksi konduktor dijelaskan seperti berikut: arus elektrik dalam konduktor pertama mencipta medan magnet yang berinteraksi dengan arus elektrik dalam konduktor kedua. Untuk menerangkan kemunculan daya yang bertindak pada konduktor pertama, adalah perlu untuk "menukar peranan" konduktor: yang kedua mencipta medan yang bertindak pada yang pertama. Putar skru kanan secara mental, putar dengan tangan kiri anda (atau gunakan hasil silang) dan pastikan bahawa apabila arus mengalir ke satu arah, konduktor menarik, dan apabila arus mengalir ke arah yang bertentangan, konduktor menolak1.
Oleh itu, daya yang bertindak pada keratan panjang Δl konduktor kedua ialah daya Ampere, ia adalah sama dengan
di mana B1 ialah aruhan medan magnet yang dicipta oleh konduktor pertama. Apabila menulis formula ini, ia diambil kira bahawa vektor aruhan B1 adalah berserenjang dengan konduktor kedua. Aruhan medan yang dicipta oleh arus terus dalam konduktor pertama, di lokasi kedua, adalah sama dengan
Daripada formula (1), (2) ia berikutan bahawa daya yang bertindak pada bahagian terpilih bagi konduktor kedua adalah sama dengan
29. Gegelung dengan arus dalam medan magnet.
Jika anda meletakkan dalam medan magnet bukan konduktor, tetapi gegelung (atau gegelung) dengan arus dan letakkannya secara menegak, maka, menggunakan peraturan kiri pada bahagian atas dan bawah gegelung, kita memperoleh bahawa daya elektromagnet F bertindak ke atas mereka akan diarahkan ke arah yang berbeza. Hasil daripada tindakan kedua-dua daya ini, satu tork elektromagnet M timbul, yang akan menyebabkan gegelung berputar, dalam dalam kes ini mengikut arah jam. Masa ini
di mana D ialah jarak antara sisi gegelung.
Gegelung akan berputar dalam medan magnet sehingga ia mengambil kedudukan berserenjang dengan garis medan magnet (Rajah 50, b). Dalam kedudukan ini, fluks magnet terbesar akan melalui gegelung. Akibatnya, gegelung atau gegelung dengan arus yang dimasukkan ke dalam medan magnet luaran sentiasa cenderung untuk mengambil kedudukan sedemikian sehingga fluks magnet terbesar yang mungkin melalui gegelung.
Momen magnet, momen dipol magnet- kuantiti utama yang mencirikan sifat magnet sesuatu bahan (sumber kemagnetan, mengikut teori klasik fenomena elektromagnet ialah arus makro dan mikro elektrik; Sumber asas kemagnetan dianggap sebagai arus tertutup). Zarah asas mempunyai momen magnet, nukleus atom, cangkerang elektronik atom dan molekul. Momen magnet zarah asas(elektron, proton, neutron dan lain-lain), seperti yang ditunjukkan oleh mekanik kuantum, adalah disebabkan oleh kewujudan momen mekanikal mereka sendiri - putaran.
30. Fluks magnet - kuantiti fizikal, sama dengan ketumpatan fluks garis medan yang melalui kawasan yang sangat kecil dS. Aliran F dalam sebagai kamiran bagi vektor aruhan magnet DALAM melalui permukaan terhingga S Ditentukan melalui kamiran di atas permukaan.
31. Kerja menggerakkan konduktor pembawa arus dalam medan magnet
Mari kita pertimbangkan litar pembawa arus yang dibentuk oleh wayar tetap dan pelompat boleh alih dengan panjang l yang menggelongsor di sepanjangnya (Rajah 2.17). Litar ini terletak dalam medan magnet seragam luaran yang berserenjang dengan satah litar.
Unsur semasa I (wayar bergerak) dengan panjang l digerakkan oleh daya Ampere yang diarahkan ke kanan:
Biarkan konduktor l bergerak selari dengan dirinya pada jarak dx. Ini akan melakukan perkara berikut:
dA=Fdx=IBldx=IBdS=IdФ
Kerja yang dilakukan oleh konduktor pada arus apabila bergerak secara berangka adalah sama dengan hasil darab arus dan fluks magnet yang dilalui oleh konduktor ini.
Formula kekal sah jika konduktor dalam sebarang bentuk bergerak pada sebarang sudut ke garisan vektor aruhan magnet.
32. Kemagnetan jirim . Magnet kekal boleh dibuat daripada hanya sedikit bahan, tetapi semua bahan yang diletakkan dalam medan magnet adalah magnet, iaitu, ia sendiri menjadi sumber medan magnet. Akibatnya, vektor aruhan magnet dengan kehadiran jirim berbeza daripada vektor aruhan magnet dalam vakum.
Momen magnetik atom terdiri daripada momen orbital dan intrinsik elektron yang termasuk dalam komposisinya, serta momen magnet nukleus (yang ditentukan oleh momen magnet zarah asas yang termasuk dalam nukleus - proton dan neutron). Momen magnet nukleus jauh lebih kecil daripada momen elektron; oleh itu, apabila mempertimbangkan banyak isu, ia boleh diabaikan dan boleh diandaikan bahawa momen magnet atom adalah sama dengan jumlah vektor momen magnet elektron. Momen magnetik molekul juga boleh dipertimbangkan sama dengan jumlah momen magnet elektron termasuk dalam komposisinya.
Oleh itu, atom ialah sistem magnet yang kompleks, dan momen magnet atom secara keseluruhan adalah sama dengan jumlah vektor momen magnet semua elektron.
Magnetik dan dipanggil bahan yang boleh dimagnetkan dalam medan magnet luar, i.e. mampu mencipta medan magnet mereka sendiri. Medan intrinsik bahan bergantung pada sifat magnet atomnya. Dalam pengertian ini, magnet adalah analog magnet dielektrik.
Menurut konsep klasik, atom terdiri daripada elektron yang bergerak dalam orbit mengelilingi nukleus bercas positif, yang seterusnya terdiri daripada proton dan neutron.
Semua bahan adalah magnetik, i.e. semua bahan dimagnetkan dalam medan magnet luar, tetapi sifat dan tahap kemagnetan adalah berbeza. Bergantung kepada ini, semua magnet dibahagikan kepada tiga jenis: 1) diamagnetik; 2) bahan paramagnet; 3) ferromagnet.
Diamagnet. - ini termasuk banyak logam (contohnya, tembaga, zink, perak, merkuri, bismut), kebanyakan gas, fosforus, sulfur, kuarza, air, sebahagian besar sebatian organik dan lain-lain.
Diamagnet dicirikan oleh sifat berikut:
2) medan magnetnya sendiri diarahkan ke luar dan sedikit melemahkannya (m<1);
3) tiada kemagnetan sisa (medan magnet diamagnetik sendiri hilang selepas medan luaran dikeluarkan).
Dua sifat pertama menunjukkan bahawa kebolehtelapan magnet relatif m bahan diamagnet hanya kurang sedikit daripada 1. Contohnya, bahan diamagnet terkuat, bismut, mempunyai m = 0.999824.
Paramagnet- Ini termasuk logam alkali dan alkali tanah, aluminium, tungsten, platinum, oksigen, dsb.
Bahan paramagnet dicirikan oleh sifat berikut:
1) kemagnetan yang sangat lemah dalam medan magnet luar;
2) medan magnet sendiri diarahkan sepanjang luar dan sedikit meningkatkannya (m>1);
3) tiada kemagnetan sisa.
Daripada dua sifat pertama, nilai m hanya lebih besar sedikit daripada 1. Sebagai contoh, untuk salah satu paramagnet terkuat - platinum - kebolehtelapan magnet relatif m = 1.00036.
33.Ferromagnet - Ini termasuk besi, nikel, kobalt, gadolinium, aloi dan sebatiannya, serta beberapa aloi dan sebatian mangan dan kromium dengan unsur bukan feromagnetik. Semua bahan ini mempunyai sifat feromagnetik hanya dalam keadaan kristal.
Ferromagnet dicirikan oleh sifat berikut:
1) kemagnetan yang sangat kuat;
2) medan magnet sendiri diarahkan di sepanjang luar dan meningkatkannya dengan ketara (nilai m berkisar dari beberapa ratus hingga beberapa ratus ribu);
3) kebolehtelapan magnet relatif m bergantung pada magnitud medan magnet;
4) terdapat kemagnetan sisa.
Domain- kawasan makroskopik dalam hablur magnetik di mana orientasi vektor kemagnetan homogen spontan atau vektor antiferromagnetisme (masing-masing pada suhu di bawah titik Curie atau Néel) dalam keadaan tertentu - tertib ketat - cara diputar atau dianjak, iaitu , terpolarisasi, berbanding dengan arah vektor yang sepadan dalam domain jiran.
Domain ialah formasi yang terdiri daripada sejumlah besar atom [tertib] dan kadangkala boleh dilihat dengan mata kasar (saiz mengikut susunan 10−2 cm3).
Domain wujud dalam ferro- dan antiferromagnetik, hablur ferroelektrik dan bahan lain dengan susunan jarak jauh spontan.
Titik Curie, atau suhu Curie,- suhu peralihan fasa tertib kedua yang dikaitkan dengan perubahan mendadak dalam sifat simetri sesuatu bahan (contohnya, magnet - dalam ferromagnet, elektrik - dalam ferroelektrik, kimia kristal - dalam aloi tersusun). Dinamakan sempena P. Curie. Pada suhu T di bawah titik Curie Q, ferromagnet mempunyai kemagnetan spontan dan simetri magnet-kristal tertentu. Pada titik Curie (T=Q), keamatan gerakan terma atom feromagnet adalah mencukupi untuk memusnahkan kemagnetan spontannya ("tertib magnet") dan menukar simetrinya, akibatnya feromagnet menjadi paramagnet. Begitu juga, untuk antiferromagnet pada T=Q (pada apa yang dipanggil titik Curie antiferromagnetik atau titik Néel), struktur magnet ciri mereka (sublattices magnet) dimusnahkan, dan antiferromagnet menjadi paramagnet. Dalam feroelektrik dan antiferroelektrik pada T=Q, gerakan terma atom mengurangkan kepada sifar orientasi tertib spontan bagi dipol elektrik sel asas kekisi kristal. Dalam aloi tersusun, pada titik Curie (dalam kes aloi, ia juga dipanggil titik.
Histeresis magnetik diperhatikan dalam bahan tersusun secara magnetik (dalam julat suhu tertentu), contohnya, dalam ferromagnet, biasanya dibahagikan kepada domain kawasan kemagnetan spontan (spontan), di mana magnitud kemagnetan (momen magnet per unit isipadu) adalah sama, tetapi arahnya berbeza.
Di bawah pengaruh medan magnet luaran, bilangan dan saiz domain yang dimagnetkan oleh medan meningkat dengan mengorbankan domain lain. Vektor magnetisasi domain individu boleh berputar di sepanjang medan. Dalam medan magnet yang cukup kuat, ferromagnet dimagnetkan kepada tepu, dan ia terdiri daripada satu domain dengan kemagnetan tepu JS diarahkan sepanjang medan luaran H.
Kebergantungan tipikal kemagnetan pada medan magnet dalam kes histerisis
34. Medan magnet bumi
Seperti yang anda ketahui, medan magnet ialah sejenis medan daya khas yang mempengaruhi badan yang mempunyai sifat magnet, serta cas elektrik yang bergerak. Pada tahap tertentu, medan magnet boleh dianggap sebagai jenis jirim khas yang menghantar maklumat antara cas elektrik dan jasad dengan momen magnet. Sehubungan itu, medan magnet Bumi adalah medan magnet yang tercipta disebabkan oleh faktor-faktor yang berkaitan dengannya ciri fungsi planet kita. Iaitu, medan geomagnet dicipta oleh Bumi sendiri, dan bukan oleh sumber luaran, walaupun yang terakhir mempunyai kesan tertentu pada medan magnet planet.
Oleh itu, sifat-sifat medan magnet Bumi tidak dapat dielakkan bergantung pada ciri-ciri asalnya. Teori utama yang menjelaskan kemunculan medan daya ini dikaitkan dengan aliran arus dalam teras logam cecair planet ini (suhu pada teras adalah sangat tinggi sehingga logam berada dalam keadaan cair). Tenaga medan magnet Bumi dijana oleh mekanisme dinamo hidromagnet yang dipanggil, yang disebabkan oleh pelbagai arah dan asimetri arus elektrik. Mereka menjana pelepasan elektrik yang meningkat, yang membawa kepada pembebasan tenaga haba dan kemunculan medan magnet baru. Menariknya, mekanisme dinamo hidromagnet mempunyai keupayaan untuk "menguja diri," iaitu, aktiviti elektrik aktif dalam teras bumi sentiasa menghasilkan medan geomagnet tanpa pengaruh luaran.
35.Kemagnetan - kuantiti fizik vektor yang mencirikan keadaan magnet badan fizikal makroskopik. Ia biasanya ditetapkan M. Ia ditakrifkan sebagai momen magnet bagi isipadu unit bahan:
Di sini, M ialah vektor kemagnetan; - vektor momen magnetik; V - isipadu.
DALAM kes am(dalam kes tidak seragam, untuk satu sebab atau yang lain, sederhana) magnetisasi dinyatakan sebagai
dan merupakan fungsi koordinat. Di manakah jumlah momen magnetik molekul dalam isipadu dV Hubungan antara M dan kekuatan medan magnet H dalam bahan diamagnet dan paramagnet biasanya linear (sekurang-kurangnya apabila medan magnetisasi tidak terlalu besar):
di mana χm dipanggil kerentanan magnetik. Dalam bahan feromagnetik tidak ada hubungan yang jelas antara M dan H disebabkan oleh histeresis magnet, dan tensor kerentanan magnet digunakan untuk menggambarkan pergantungan.
Kekuatan medan magnet(penetapan standard H) ialah kuantiti fizik vektor yang sama dengan perbezaan antara vektor aruhan magnet B dan vektor magnetisasi M.
DALAM Sistem antarabangsa unit (SI): H = (1/µ 0)B - M dengan µ 0 ialah pemalar magnet.
Kebolehtelapan magnet- kuantiti fizik, pekali (bergantung kepada sifat medium) mencirikan hubungan antara aruhan magnet B dan kekuatan medan magnet H dalam bahan. Pekali ini berbeza untuk media yang berbeza, jadi mereka bercakap tentang kebolehtelapan magnet bagi medium tertentu (bermaksud komposisi, keadaan, suhu, dll.).
Biasanya dilambangkan dengan huruf Yunani µ. Ia boleh sama ada skalar (untuk bahan isotropik) atau tensor (untuk bahan anisotropik).
Secara umum, hubungan antara aruhan magnet dan kekuatan medan magnet melalui kebolehtelapan magnet diperkenalkan sebagai
dan dalam kes umum di sini ia harus difahami sebagai tensor, yang dalam notasi komponen sepadan dengannya
Bagi setiap cas dalam medan elektrik terdapat daya yang boleh menggerakkan cas ini. Tentukan kerja A untuk menggerakkan satu titik cas positif q dari titik O ke titik n, dilakukan oleh daya medan elektrik bagi cas negatif Q. Menurut hukum Coulomb, daya yang menggerakkan cas tersebut adalah berubah-ubah dan sama dengan
Di mana r ialah jarak berubah antara cas.
. Ungkapan ini boleh diperolehi seperti ini:
Kuantiti mewakili tenaga keupayaan W p cas pada titik tertentu dalam medan elektrik:
Tanda (-) menunjukkan bahawa apabila cas digerakkan oleh medan, tenaga keupayaannya berkurangan, bertukar menjadi kerja pergerakan.
Nilai yang sama dengan tenaga keupayaan unit cas positif (q = +1) dipanggil potensi medan elektrik.
Kemudian 
. Untuk q = +1.
Oleh itu, beza keupayaan antara dua titik medan adalah sama dengan kerja medan memaksa untuk memindahkan satu unit cas positif dari satu titik ke titik yang lain.
Potensi titik medan elektrik adalah sama dengan kerja yang dilakukan untuk menggerakkan unit cas positif dari titik tertentu ke infiniti: . Unit ukuran - Volt = J/C.
Kerja menggerakkan cas dalam medan elektrik tidak bergantung pada bentuk laluan, tetapi hanya bergantung pada perbezaan potensi antara titik permulaan dan penghujung laluan.
Permukaan pada semua titik yang potensinya sama dipanggil ekuipotensi.
Kekuatan medan ialah ciri kuasanya, dan potensi ialah ciri tenaganya.
Hubungan antara kekuatan medan dan potensinya dinyatakan dengan formula
,
tanda (-) adalah disebabkan oleh fakta bahawa kekuatan medan diarahkan ke arah penurunan potensi, dan ke arah peningkatan potensi.
5. Penggunaan medan elektrik dalam perubatan.
Franklinisasi, atau "mandi elektrostatik", ialah kaedah terapeutik di mana badan pesakit atau bahagian tertentu daripadanya terdedah kepada medan elektrik voltan tinggi yang berterusan.
Medan elektrik yang berterusan semasa prosedur pendedahan am boleh mencapai 50 kV, dengan pengaruh tempatan 15 – 20 kV.
Mekanisme tindakan terapeutik. Prosedur franklinization dijalankan sedemikian rupa sehingga kepala pesakit atau bahagian badan yang lain menjadi seperti salah satu plat kapasitor, manakala yang kedua ialah elektrod yang digantung di atas kepala atau dipasang di atas tapak pendedahan pada jarak 6 - 10 sm. Di bawah pengaruh voltan tinggi di bawah hujung jarum yang dipasang pada elektrod, pengionan udara berlaku dengan pembentukan ion udara, ozon dan nitrogen oksida.
Penyedutan ion ozon dan udara menyebabkan tindak balas dalam rangkaian vaskular. Selepas kekejangan jangka pendek saluran darah, kapilari berkembang bukan sahaja dalam tisu dangkal, tetapi juga dalam yang dalam. Akibatnya, proses metabolik dan trofik bertambah baik, dan dengan adanya kerosakan tisu, proses penjanaan semula dan pemulihan fungsi dirangsang.
Hasil daripada peredaran darah yang lebih baik, normalisasi proses metabolik dan fungsi saraf, terdapat penurunan dalam sakit kepala, meningkat tekanan darah, meningkat nada vaskular, kadar denyutan jantung menurun.
Penggunaan franklinisasi ditunjukkan untuk gangguan fungsi sistem saraf
Contoh penyelesaian masalah
1. Apabila radas franklinisasi beroperasi, 500,000 ion udara ringan terbentuk setiap saat dalam 1 cm 3 udara. Tentukan kerja pengionan yang diperlukan untuk mencipta jumlah ion udara yang sama dalam 225 cm 3 udara semasa sesi rawatan (15 min). Potensi pengionan molekul udara diandaikan 13.54 V, dan udara secara konvensional dianggap sebagai gas homogen.
- potensi pengionan, A - kerja pengionan, N - bilangan elektron.
2. Apabila merawat dengan pancuran mandian elektrostatik, perbezaan potensi 100 kV digunakan pada elektrod mesin elektrik. Tentukan berapa banyak cas yang melalui antara elektrod semasa satu prosedur rawatan, jika diketahui bahawa daya medan elektrik melakukan 1800 J kerja.
Dari sini 
Dipole elektrik dalam perubatan
Menurut teori Einthoven, yang mendasari elektrokardiografi, jantung adalah dipol elektrik, terletak di tengah-tengah segi tiga sama sisi (segitiga Einthoven), yang bucunya secara konvensional boleh dipertimbangkan 
bertempat di tangan kanan, tangan kiri dan kaki kiri.
semasa kitaran jantung kedua-dua kedudukan dipol dalam ruang dan perubahan momen dipol. Mengukur beza keupayaan antara bucu segitiga Einthoven membolehkan kita menentukan hubungan antara unjuran momen dipol jantung ke sisi segi tiga seperti berikut:
Mengetahui voltan U AB, U BC, U AC, anda boleh menentukan bagaimana dipol berorientasikan relatif kepada sisi segi tiga.
Dalam elektrokardiografi, perbezaan potensi antara dua titik pada badan (dalam kes ini, antara bucu segitiga Einthoven) dipanggil plumbum.
Pendaftaran perbezaan potensi dalam petunjuk bergantung pada masa dipanggil elektrokardiogram.
Lokasi geometri titik akhir vektor momen dipol semasa kitaran jantung dipanggil kardiogram vektor.
Kuliah No 4
Fenomena hubungan
1. Hubungi beza keupayaan. undang-undang Volta.
2. Termoelektrik.
3. Termokopel, penggunaannya dalam perubatan.
4. Potensi berehat. Potensi tindakan dan pengedarannya.
- Hubungi beza keupayaan. undang-undang Volta.
Apabila logam yang tidak serupa bersentuhan rapat, perbezaan potensi timbul di antara mereka, bergantung hanya pada mereka komposisi kimia dan suhu (hukum pertama Volta). Perbezaan potensi ini dipanggil sentuhan.
Untuk meninggalkan logam dan pergi ke persekitaran, elektron mesti melakukan kerja melawan daya tarikan ke arah logam. Kerja ini dipanggil fungsi kerja elektron meninggalkan logam.
Marilah kita menghubungkan dua logam berbeza 1 dan 2, masing-masing mempunyai 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 >A 1). Akibatnya, melalui sentuhan logam, elektron bebas "dipam" dari logam pertama ke yang kedua, akibatnya logam pertama dicas secara positif, yang kedua - negatif. Perbezaan potensi yang timbul dalam kes ini mewujudkan medan elektrik keamatan E, yang menyukarkan untuk "mengepam" elektron selanjutnya dan akan berhenti sepenuhnya apabila kerja menggerakkan elektron akibat beza keupayaan sentuhan menjadi sama dengan perbezaan dalam fungsi kerja:
(1)
Sekarang mari kita hubungi dua logam dengan A 1 = A 2, mempunyai kepekatan elektron bebas n 01 > n 02 yang berbeza. Kemudian pemindahan keutamaan elektron bebas dari logam pertama ke logam kedua akan bermula. Akibatnya, logam pertama akan dicas secara positif, yang kedua - negatif. Perbezaan potensi akan timbul antara logam, yang akan menghentikan pemindahan elektron selanjutnya. Perbezaan potensi yang terhasil ditentukan oleh ungkapan:
, (2)
di mana k ialah pemalar Boltzmann.
Dalam kes umum sentuhan antara logam yang berbeza dalam kedua-dua fungsi kerja dan kepekatan elektron bebas, cr.r.p. daripada (1) dan (2) akan sama dengan:
(3)
Adalah mudah untuk menunjukkan bahawa jumlah beza keupayaan sentuhan bagi konduktor bersiri adalah sama dengan beza keupayaan sentuhan yang dicipta oleh konduktor hujung dan tidak bergantung pada konduktor perantaraan:
Kedudukan ini dipanggil undang-undang kedua Volta.
Jika kita kini menyambung secara langsung konduktor hujung, maka beza potensi yang wujud di antara mereka dikompensasikan oleh perbezaan potensi yang sama yang timbul dalam hubungan 1 dan 4. Oleh itu, c.r.p. tidak mencipta arus dalam litar tertutup pengalir logam yang mempunyai suhu yang sama.
2. Termoelektrik ialah pergantungan beza keupayaan sentuhan pada suhu.
Mari kita buat litar tertutup bagi dua konduktor logam yang tidak serupa 1 dan 2.
Suhu sesentuh a dan b akan dikekalkan pada suhu yang berbeza T a > T b . Kemudian, mengikut formula (3), c.r.p. di simpang panas lebih daripada di simpang sejuk: . Akibatnya, beza keupayaan timbul antara simpang a dan b, dipanggil daya termoelektromotif, dan arus I akan mengalir dalam litar tertutup. Menggunakan formula (3), kita perolehi
di mana 
bagi setiap pasangan logam.
- Termokopel, penggunaannya dalam perubatan.
Litar tertutup konduktor yang menghasilkan arus akibat perbezaan suhu sentuhan antara konduktor dipanggil termokopel.
Daripada formula (4) ia mengikuti bahawa daya termoelektromotif termokopel adalah berkadar dengan perbezaan suhu persimpangan (sentuhan).
Formula (4) juga sah untuk suhu pada skala Celsius:
Termokopel hanya boleh mengukur perbezaan suhu. Biasanya satu persimpangan dikekalkan pada 0ºC. Ia dipanggil simpang sejuk. Persimpangan yang lain dipanggil persimpangan panas atau pengukur.
Termokopel mempunyai kelebihan ketara berbanding termometer merkuri: ia sensitif, bebas inersia, membolehkan anda mengukur suhu objek kecil, dan membenarkan pengukuran jauh.
Mengukur profil medan suhu badan manusia.
Adalah dipercayai bahawa suhu badan manusia adalah malar, tetapi ketekalan ini adalah relatif, kerana di bahagian-bahagian badan yang berlainan suhu tidak sama dan berbeza-beza bergantung kepada keadaan berfungsi badan.
Suhu kulit mempunyai topografi sendiri yang jelas. Mereka mempunyai suhu terendah (23-30º) bahagian distal anggota badan, hujung hidung, telinga. Paling banyak haba- V kawasan axillary, di perineum, leher, bibir, pipi. Kawasan selebihnya mempunyai suhu 31 - 33.5 ºС.
U orang yang sihat Taburan suhu adalah simetri berbanding dengan garis tengah badan. Pelanggaran simetri ini berfungsi sebagai kriteria utama untuk mendiagnosis penyakit dengan membina profil medan suhu menggunakan peranti sentuhan: termokopel dan termometer rintangan.
4. Potensi berehat. Potensi tindakan dan pengedarannya.
Membran permukaan sel tidak sama telap kepada ion yang berbeza. Di samping itu, kepekatan mana-mana ion tertentu adalah berbeza pada sisi membran yang berbeza; komposisi ion yang paling baik dikekalkan di dalam sel. Faktor-faktor ini membawa kepada penampilan dalam sel yang berfungsi normal perbezaan potensi antara sitoplasma dan persekitaran(potensi berehat)
Apabila teruja, perbezaan potensi antara sel dan persekitaran berubah, potensi tindakan timbul, yang merambat dalam gentian saraf.
Mekanisme penyebaran potensi tindakan di sepanjang gentian saraf dipertimbangkan dengan analogi dengan penyebaran gelombang elektromagnet melalui talian dua wayar. Walau bagaimanapun, bersama dengan analogi ini, terdapat juga perbezaan asas.
Gelombang elektromagnet, merambat dalam medium, menjadi lemah apabila tenaganya hilang, bertukar menjadi tenaga gerakan terma molekul. Sumber tenaga gelombang elektromagnet ialah sumbernya: penjana, percikan, dll.
Gelombang pengujaan tidak mereput, kerana ia menerima tenaga daripada medium yang mana ia merambat (tenaga membran bercas).
Oleh itu, penyebaran potensi tindakan di sepanjang gentian saraf berlaku dalam bentuk gelombang auto. Persekitaran aktif ialah sel-sel yang boleh dirangsang.
Contoh penyelesaian masalah
1. Apabila membina profil medan suhu permukaan badan manusia, termokopel dengan rintangan r 1 = 4 Ohm dan galvanometer dengan rintangan r 2 = 80 Ohm digunakan; I=26 µA pada perbezaan suhu simpang ºС. Apakah pemalar termokopel?
Kuasa termo yang timbul dalam termokopel adalah sama dengan , di mana termokopel ialah perbezaan suhu antara simpang.
Mengikut undang-undang Ohm, untuk bahagian litar di mana U diambil sebagai . Kemudian
Kuliah No 5
Keelektromagnetan
1. Sifat kemagnetan.
2. Interaksi magnetik arus dalam vakum. Undang-undang Ampere.
4. Bahan dia-, para- dan feromagnetik. Kebolehtelapan magnet dan aruhan magnet.
5. Sifat magnet tisu badan.
1. Sifat kemagnetan.
Medan magnet timbul di sekitar cas elektrik yang bergerak (arus), yang melaluinya cas ini berinteraksi dengan cas elektrik magnet atau lain yang bergerak.
Medan magnet ialah medan daya dan diwakili oleh garis daya magnet. Tidak seperti garis medan elektrik, garis medan magnet sentiasa tertutup.
Sifat magnet suatu bahan disebabkan oleh arus bulat asas dalam atom dan molekul bahan ini.
2 . Interaksi magnetik arus dalam vakum. Undang-undang Ampere.
Interaksi magnetik arus dikaji menggunakan litar wayar bergerak. Ampere menetapkan bahawa magnitud daya interaksi antara dua bahagian kecil konduktor 1 dan 2 dengan arus adalah berkadar dengan panjang bahagian ini, kekuatan arus I 1 dan I 2 di dalamnya dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak. r antara bahagian:
Ternyata daya pengaruh bahagian pertama pada bahagian kedua bergantung pada kedudukan relatifnya dan berkadar dengan sinus sudut dan .
di manakah sudut antara dan vektor jejari r 12 bersambung dengan, dan ialah sudut antara dan n normal kepada satah Q yang mengandungi keratan dan vektor jejari r 12.
Menggabungkan (1) dan (2) dan memperkenalkan pekali perkadaran k, kita memperoleh ungkapan matematik hukum Ampere:
(3)
Arah daya juga ditentukan oleh peraturan gimlet: ia bertepatan dengan arah pergerakan translasi gimlet, yang pemegangnya berputar dari n 1 biasa.
Unsur semasa ialah vektor yang sama magnitudnya dengan hasil darab Idl keratan kecil yang tidak terhingga panjang dl konduktor dan kekuatan arus I di dalamnya dan diarahkan sepanjang arus ini. Kemudian, dengan memasukkan (3) daripada kecil kepada dl tak terhingga, kita boleh menulis hukum Ampere dalam bentuk pembezaan:
. (4)
Pekali k boleh diwakili sebagai
di manakah pemalar magnet (atau kebolehtelapan magnet vakum).
Nilai untuk rasionalisasi dengan mengambil kira (5) dan (4) akan ditulis dalam borang
. (6)
3 . Kekuatan medan magnet. Formula Ampere. Undang-undang Biot-Savart-Laplace.
Oleh kerana arus elektrik berinteraksi antara satu sama lain melalui medan magnetnya, ciri kuantitatif medan magnet boleh diwujudkan berdasarkan interaksi ini - undang-undang Ampere. Untuk melakukan ini, kami membahagikan konduktor l dengan arus I kepada banyak bahagian asas dl. Ia mewujudkan medan di angkasa.
Pada titik O medan ini, terletak pada jarak r dari dl, kita letakkan I 0 dl 0. Kemudian, menurut undang-undang Ampere (6), daya akan bertindak ke atas unsur ini
(7)
di manakah sudut antara arah arus I dalam bahagian dl (mewujudkan medan) dan arah vektor jejari r, dan ialah sudut antara arah arus I 0 dl 0 dan n normal kepada satah Q yang mengandungi dl dan r.
Dalam formula (7) kita memilih bahagian yang tidak bergantung pada elemen semasa I 0 dl 0, menandakannya dengan dH:
Undang-undang Biot-Savart-Laplace (8)
Nilai dH bergantung hanya pada unsur semasa Idl, yang menghasilkan medan magnet, dan pada kedudukan titik O.
Nilai dH adalah ciri kuantitatif medan magnet dan dipanggil kekuatan medan magnet. Menggantikan (8) kepada (7), kita dapat
di manakah sudut antara arah arus I 0 dan medan magnet dH. Formula (9) dipanggil formula Ampere dan menyatakan pergantungan daya yang mana medan magnet bertindak pada unsur semasa I 0 dl 0 yang terletak di dalamnya pada kekuatan medan ini. Daya ini terletak pada satah Q berserenjang dengan dl 0. Arahnya ditentukan oleh "peraturan tangan kiri".
Dengan mengandaikan =90º dalam (9), kita dapat:
Itu. Kekuatan medan magnet diarahkan secara tangensial kepada garis medan dan sama dalam magnitud dengan nisbah daya yang medan bertindak pada unsur arus unit kepada pemalar magnet.
4 . Bahan diamagnetik, paramagnet dan feromagnetik. Kebolehtelapan magnet dan aruhan magnet.
Semua bahan yang diletakkan dalam medan magnet memperoleh sifat magnet, i.e. dimagnetkan dan oleh itu menukar medan luaran. Dalam kes ini, sesetengah bahan melemahkan medan luaran, sementara yang lain menguatkannya. Yang pertama dipanggil diamagnet, kedua - paramagnet bahan-bahan. Antara bahan paramagnet, sekumpulan bahan menonjol dengan ketara, menyebabkan peningkatan yang sangat besar dalam medan luaran. ini ferromagnet.
Diamagnet- fosforus, sulfur, emas, perak, kuprum, air, sebatian organik.
Paramagnet- logam oksigen, nitrogen, aluminium, tungsten, platinum, alkali dan alkali tanah.
Ferromagnet– besi, nikel, kobalt, aloinya.
Jumlah geometri momen magnet orbit dan putaran elektron dan momen magnet intrinsik nukleus membentuk momen magnet atom (molekul) bahan.
Dalam bahan diamagnet, jumlah momen magnet atom (molekul) adalah sifar, kerana momen magnet membatalkan satu sama lain. Walau bagaimanapun, di bawah pengaruh medan magnet luaran, momen magnet teraruh dalam atom-atom ini, diarahkan bertentangan dengan medan luaran. Akibatnya, medium diamagnet menjadi magnet dan mencipta medan magnetnya sendiri, diarahkan bertentangan dengan luar dan melemahkannya.
Momen magnet teraruh atom diamagnet dikekalkan selagi medan magnet luar wujud. Apabila medan luar disingkirkan, momen magnet teraruh atom hilang dan bahan diamagnet dinyahmagnetkan.
Dalam atom paramagnet, orbital, putaran, dan momen nuklear tidak saling mengimbangi. Walau bagaimanapun, momen magnet atom disusun secara rawak, jadi medium paramagnet tidak menunjukkan sifat magnetik. Medan luar memutarkan atom-atom paramagnet supaya momen magnetiknya diwujudkan terutamanya dalam arah medan. Akibatnya, bahan paramagnet menjadi magnet dan mencipta medan magnetnya sendiri, bertepatan dengan luar dan meningkatkannya.
(4), di manakah kebolehtelapan magnet mutlak medium. Dalam vakum =1, , dan
Dalam ferromagnet terdapat kawasan (~10 -2 cm) dengan momen magnetik berorientasikan identik bagi atomnya. Walau bagaimanapun, orientasi domain itu sendiri adalah berbeza-beza. Oleh itu, jika tiada medan magnet luaran, ferromagnet tidak bermagnet.
Dengan kemunculan medan luaran, domain yang berorientasikan ke arah medan ini mula meningkat dalam jumlah disebabkan oleh domain jiran yang mempunyai orientasi momen magnet yang berbeza; feromagnet menjadi magnet. Dengan medan yang cukup kuat, semua domain diorientasikan semula di sepanjang medan, dan feromagnet dengan cepat dimagnetkan kepada tepu.
Apabila medan luaran disingkirkan, feromagnet tidak sepenuhnya dinyahmagnetkan, tetapi mengekalkan sisa aruhan magnet, kerana gerakan terma tidak boleh mengelirukan domain. Penyahmagnetan boleh dicapai dengan memanaskan, menggoncang atau menggunakan medan terbalik.
Pada suhu yang sama dengan titik Curie, gerakan terma mampu mengelirukan atom dalam domain, akibatnya feromagnet bertukar menjadi paramagnet.
Fluks aruhan magnet melalui permukaan tertentu S adalah sama dengan bilangan garis aruhan yang menembusi permukaan ini:
(5)
Unit ukuran B – Tesla, F-Weber.
Formula untuk fungsi kerja elektron
Logam mengandungi elektron pengaliran yang membentuk gas elektron dan mengambil bahagian dalam gerakan terma. Oleh kerana elektron konduksi dipegang di dalam logam, oleh itu, berhampiran permukaan terdapat daya yang bertindak ke atas elektron dan diarahkan ke dalam logam. Untuk membolehkan elektron meninggalkan logam melebihi hadnya, sejumlah kerja A mesti dilakukan terhadap daya ini, yang dipanggil fungsi kerja elektron diperbuat daripada logam. Kerja ini, secara semula jadi, berbeza untuk logam yang berbeza.
Tenaga keupayaan elektron di dalam logam adalah malar dan sama dengan:
W p = -eφ , di mana j ialah potensi medan elektrik di dalam logam.
Apabila elektron melalui lapisan elektron permukaan, tenaga keupayaan dengan cepat berkurangan mengikut fungsi kerja dan menjadi sifar di luar logam. Pengagihan tenaga elektron di dalam logam boleh diwakili sebagai telaga berpotensi.
Dalam tafsiran yang dibincangkan di atas, fungsi kerja elektron adalah sama dengan kedalaman telaga potensi, i.e.
Aout = eφ
Keputusan ini selaras dengan teori elektron klasik logam, yang mengandaikan bahawa kelajuan elektron dalam logam mematuhi hukum taburan Maxwell dan adalah sifar pada suhu sifar mutlak. Walau bagaimanapun, pada hakikatnya, elektron pengaliran mematuhi statistik kuantum Fermi-Dirac, yang mengikutnya pada sifar mutlak kelajuan elektron dan, dengan itu, tenaga mereka adalah bukan sifar.
Nilai tenaga maksimum yang dimiliki oleh elektron pada sifar mutlak dipanggil tenaga Fermi E F . Teori kuantum kekonduksian logam, berdasarkan statistik ini, memberikan tafsiran yang berbeza tentang fungsi kerja. Fungsi kerja elektron daripada logam adalah sama dengan perbezaan antara ketinggian penghalang potensi eφ dan tenaga Fermi.
A keluar = eφ" - E F
di mana φ" ialah nilai purata potensi medan elektrik di dalam logam.
Jadual fungsi kerja elektron daripada bahan ringkas
Jadual menunjukkan nilai fungsi kerja elektron untuk sampel polihabluran, permukaannya dibersihkan dalam vakum dengan pengkalsinan atau rawatan mekanikal. Data yang tidak boleh dipercayai disertakan dalam kurungan.
|
bahan |
Formula bahan |
Fungsi kerja elektron (W, eV) |
|
aluminium |
||
|
berilium |
||
|
karbon (grafit) |
||
|
germanium |
||
|
mangan |
||
|
molibdenum |
||
|
paladium |
||
|
praseodymium |
||
|
timah (bentuk γ) |
||
|
timah (bentuk β) |
||
|
strontium |
||
|
tungsten |
||
|
zirkonium |
Apakah sebenarnya ketegangan? Ia adalah satu cara untuk menerangkan dan mengukur kekuatan medan elektrik. Voltan itu sendiri tidak boleh wujud tanpa medan elektron di sekeliling cas positif dan negatif. Sama seperti medan magnet yang mengelilingi Kutub Utara dan Selatan.
Oleh konsep moden, elektron tidak mempengaruhi satu sama lain. Medan elektrik ialah sesuatu yang datang daripada satu cas dan kehadirannya boleh dirasai oleh yang lain.
Perkara yang sama boleh dikatakan mengenai konsep ketegangan! Ia hanya membantu kita membayangkan rupa medan elektrik. Sejujurnya, ia tidak mempunyai bentuk, tidak mempunyai saiz, tidak seperti itu. Tetapi medan beroperasi dengan daya tertentu pada elektron.
Daya dan tindakannya pada zarah bercas
Elektron bercas tertakluk kepada daya dengan sedikit pecutan, menyebabkan ia bergerak lebih pantas dan lebih pantas. Daya ini berfungsi untuk menggerakkan elektron.
Garis daya adalah bentuk khayalan yang muncul di sekeliling cas (ditentukan oleh medan elektrik) dan jika kita meletakkan sebarang cas di kawasan itu, ia akan mengalami daya.
Sifat talian kuasa:
- perjalanan dari utara ke selatan;
- tidak mempunyai persimpangan bersama.
Mengapa dua garis daya tidak bersilang? Kerana ini tidak berlaku dalam kehidupan sebenar. Apa yang diperkatakan adalah model fizikal dan tidak lebih. Ahli fizik menciptanya untuk menerangkan tingkah laku dan ciri-ciri medan elektrik. Model itu sangat baik dalam hal ini. Tetapi mengingati bahawa ini hanyalah model, kita mesti tahu mengapa garis sedemikian diperlukan.
Garis kekuatan menunjukkan:
- arah medan elektrik;
- ketegangan. Semakin dekat garisan, semakin besar kekuatan medan dan sebaliknya.
Jika garis daya yang dilukis bagi model kami bersilang, jarak di antaranya akan menjadi sangat kecil. Kerana kekuatan medan sebagai bentuk tenaga, dan kerana undang-undang asas fizik ini adalah mustahil.
Apakah potensi?
Potensi ialah tenaga yang dibelanjakan untuk menggerakkan zarah bercas dari titik pertama, yang mempunyai potensi sifar, ke titik kedua.
Beza keupayaan antara titik A dan B ialah kerja yang dilakukan oleh daya untuk menggerakkan elektron positif tertentu di sepanjang laluan sewenang-wenangnya dari A ke B.
Semakin besar potensi elektron, semakin besar ketumpatan fluks per unit luas. Fenomena ini serupa dengan graviti. Lebih besar jisim, lebih besar potensi, lebih sengit dan padat medan graviti per unit luas.
Satu cas berpotensi rendah yang kecil dengan ketumpatan fluks yang berkurangan ditunjukkan dalam rajah berikut.
Dan di bawah adalah caj dengan potensi tinggi dan ketumpatan fluks.
Sebagai contoh: semasa ribut petir, elektron habis pada satu titik dan dikumpulkan pada titik lain, membentuk medan elektrik. Apabila daya cukup untuk memecahkan pemalar dielektrik, sambaran kilat (terdiri daripada elektron) dihasilkan. Apabila beza keupayaan disamakan, medan elektrik musnah.
Medan elektrostatik
Ini adalah sejenis medan elektrik, malar dalam masa, dibentuk oleh cas yang tidak bergerak. Kerja menggerakkan elektron ditentukan oleh hubungan,
di mana r1 dan r2 ialah jarak cas q ke titik permulaan dan penamat bagi trajektori gerakan. Daripada formula yang terhasil dapat dilihat bahawa kerja yang dilakukan apabila menggerakkan cas dari satu titik ke satu titik tidak bergantung pada trajektori, tetapi hanya bergantung pada permulaan dan akhir pergerakan.
Setiap elektron tertakluk kepada daya, dan oleh itu, apabila elektron bergerak melalui medan, jumlah kerja tertentu dilakukan.
Dalam medan elektrostatik, kerja hanya bergantung pada titik akhir perjalanan, dan bukan pada trajektori. Oleh itu, apabila pergerakan berlaku sepanjang gelung tertutup, caj kembali ke kedudukan asalnya, dan jumlah kerja menjadi sama dengan sifar. Ini berlaku kerana potensi penurunan adalah sifar (sejak elektron kembali ke titik yang sama). Oleh kerana beza keupayaan adalah sifar, kerja bersih juga akan menjadi sifar, kerana potensi jatuh adalah sama dengan kerja dibahagikan dengan nilai cas, dinyatakan dalam coulomb.
Mengenai medan elektrik seragam
Medan elektrik antara dua plat logam rata bercas bertentangan, di mana garis tegangan selari antara satu sama lain, dipanggil homogen.
Mengapakah daya pada cas dalam medan sedemikian sentiasa sama? Terima kasih kepada simetri. Apabila sistem simetri dan hanya terdapat satu variasi ukuran, semua pergantungan hilang. Terdapat banyak sebab asas lain untuk jawapannya, tetapi faktor simetri adalah yang paling mudah.
Kerja menggerakkan cas positif
Medan elektrik– ini ialah aliran elektron dari “+” ke “-”, yang membawa kepada ketegangan yang tinggi di rantau ini.
Aliran ialah bilangan garis medan elektrik yang melaluinya. Ke arah manakah elektron positif akan bergerak? Jawapan: dalam arah medan elektrik dari positif (berpotensi tinggi) kepada negatif (berpotensi rendah). Oleh itu, zarah bercas positif akan bergerak ke arah ini.
Keamatan medan pada mana-mana titik ditakrifkan sebagai daya yang bertindak ke atas cas positif yang diletakkan pada titik itu.
Tugasnya adalah untuk mengangkut zarah elektron sepanjang konduktor. Mengikut undang-undang Ohm, anda boleh menentukan kerja menggunakan variasi formula yang berbeza untuk menjalankan pengiraan.
Daripada undang-undang pemuliharaan tenaga ia mengikuti bahawa kerja ialah perubahan tenaga pada bahagian rantai yang berasingan. Menggerakkan cas positif terhadap medan elektrik memerlukan kerja yang perlu dilakukan dan menghasilkan keuntungan dalam tenaga berpotensi.
Kesimpulan
daripada kurikulum sekolah Kita ingat bahawa medan elektrik terbentuk di sekeliling zarah bercas. Sebarang cas dalam medan elektrik tertakluk kepada daya, dan akibatnya, beberapa kerja dilakukan apabila cas bergerak. Caj yang lebih besar menghasilkan potensi yang lebih besar, yang menghasilkan medan elektrik yang lebih sengit atau lebih kuat. Ini bermakna terdapat lebih banyak aliran dan ketumpatan setiap unit luas.
Perkara penting ialah kerja mesti dilakukan oleh daya tertentu untuk memindahkan cas dari potensi tinggi ke rendah. Ini mengurangkan perbezaan cas antara kutub. Menggerakkan elektron dari arus ke titik memerlukan tenaga.
Tulis komen, tambahan pada artikel, mungkin saya terlepas sesuatu. Lihatlah, saya akan gembira jika anda mendapati apa-apa lagi yang berguna pada saya.
