बिजली और चुंबकत्व, बुनियादी परिभाषाएँ, गतिमान आवेशित कणों के प्रकार

"चुंबकत्व का विज्ञान", अधिकांश अन्य विषयों की तरह, बहुत कम और अपेक्षाकृत सरल अवधारणाओं पर आधारित है। वे काफी सरल हैं, कम से कम "वे क्या हैं" के संदर्भ में, हालांकि "वे क्यों हैं" की व्याख्या करना थोड़ा अधिक कठिन है। एक बार इस रूप में स्वीकार किए जाने के बाद, उन्हें अध्ययन के संपूर्ण अनुशासन के विकास के लिए बुनियादी बिल्डिंग ब्लॉक के रूप में उपयोग किया जा सकता है। साथ ही, वे देखी गई घटनाओं को समझाने के प्रयासों में दिशानिर्देश के रूप में कार्य करते हैं।

सबसे पहले, ऐसी कोई चीज है "इलेक्ट्रॉन"… इलेक्ट्रॉनों का अस्तित्व ही नहीं है—हम जहां भी देखते हैं, वे असंख्य हैं।

इलेक्ट्रॉन नगण्य द्रव्यमान की एक वस्तु है जिस पर एक इकाई ऋणात्मक विद्युत आवेश होता है और वह अपनी धुरी के चारों ओर एक निश्चित स्थिर गति से घूमता है। इलेक्ट्रॉनों की गति की अभिव्यक्तियों में से एक विद्युत धाराएं हैं; दूसरे शब्दों में, विद्युत धाराएँ इलेक्ट्रॉनों द्वारा "वहन" की जाती हैं।

दूसरा, ऐसी कोई चीज है "मैदान"जिसका उपयोग अन्यथा खाली स्थान के माध्यम से ऊर्जा संचारित करने के लिए किया जा सकता है।इस अर्थ में, तीन मुख्य प्रकार के क्षेत्र हैं - गुरुत्वाकर्षण, विद्युत और चुंबकीय (देखें - विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र के बीच अंतर).

तीसरा, एम्पीयर के विचारों के अनुसार प्रत्येक गतिमान इलेक्ट्रॉन एक चुंबकीय क्षेत्र से घिरा होता है… चूंकि केवल स्पिन इलेक्ट्रॉन गति में इलेक्ट्रॉन हैं, स्पिन के साथ प्रत्येक इलेक्ट्रॉन के चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाया जाता है। नतीजतन, प्रत्येक इलेक्ट्रॉन एक माइक्रोमिनेचर के रूप में कार्य करता है स्थायी चुंबक.

चौथा, लोरेंत्ज़ के विचारों के अनुसार एक चुंबकीय क्षेत्र में गतिमान विद्युत आवेश पर एक निश्चित बल कार्य करता है… यह बाहरी क्षेत्र और एम्पीयर के क्षेत्र की परस्पर क्रिया का परिणाम है।

अंत में, पदार्थ अंतरिक्ष में अपनी अखंडता को बनाए रखता है धन्यवाद कणों के बीच आकर्षक बल, जिनका विद्युत क्षेत्र उनके विद्युत आवेश से उत्पन्न होता है, और चुंबकीय क्षेत्र — उनका घूर्णन.

सभी चुंबकीय परिघटनाओं को उन कणों की गति के आधार पर समझाया जा सकता है जिनमें द्रव्यमान और विद्युत आवेश दोनों होते हैं। ऐसे कणों के संभावित प्रकारों में निम्नलिखित शामिल हैं:

इलेक्ट्रॉनों

एक इलेक्ट्रॉन बहुत छोटे आकार का विद्युत आवेशित कण है। प्रत्येक इलेक्ट्रॉन हर दूसरे इलेक्ट्रॉन के संबंध में समान है।

1. एक इलेक्ट्रॉन का एक ऋणात्मक इकाई आवेश और नगण्य द्रव्यमान होता है।

2. सभी इलेक्ट्रॉनों का द्रव्यमान हमेशा स्थिर रहता है, हालांकि स्पष्ट द्रव्यमान पर्यावरणीय परिस्थितियों के आधार पर परिवर्तन के अधीन होता है।

3. सभी इलेक्ट्रॉन अपनी धुरी के चारों ओर घूमते हैं - समान कोणीय वेग के साथ एक स्पिन होता है।

छेद

1. क्रिस्टल जाली में एक छेद को एक निश्चित स्थिति कहा जाता है, जहां यह हो सकता है, लेकिन इन शर्तों के तहत कोई इलेक्ट्रॉन नहीं होता है। इस प्रकार, छेद में एक धनात्मक इकाई आवेश और नगण्य द्रव्यमान होता है।

2.छेद के संचलन से इलेक्ट्रॉन विपरीत दिशा में गति करता है। इसलिए, एक छेद में बिल्कुल वही द्रव्यमान होता है और विपरीत दिशा में चलने वाले इलेक्ट्रॉन के समान स्पिन होता है।

प्रोटान

एक प्रोटॉन एक कण है जो एक इलेक्ट्रॉन से बहुत बड़ा होता है और इसमें एक विद्युत आवेश होता है जो एक इलेक्ट्रॉन के आवेश के निरपेक्ष मान के बराबर होता है, लेकिन विपरीत ध्रुवता होती है। विपरीत ध्रुवता की अवधारणा को निम्नलिखित विपरीत परिघटनाओं द्वारा परिभाषित किया गया है: एक इलेक्ट्रॉन और एक प्रोटॉन एक दूसरे की ओर एक आकर्षक बल का अनुभव करते हैं, जबकि दो इलेक्ट्रॉन या दो प्रोटॉन एक दूसरे को पीछे हटाते हैं।

बेंजामिन फ्रैंकलिन के प्रयोगों में अपनाई गई प्रथा के अनुसार, इलेक्ट्रॉन का आवेश ऋणात्मक माना जाता है और प्रोटॉन का आवेश धनात्मक होता है। चूँकि अन्य सभी विद्युत आवेशित निकाय विद्युत आवेश, धनात्मक या ऋणात्मक होते हैं, जिनके मान हमेशा इलेक्ट्रॉन आवेश के सटीक गुणक होते हैं, बाद वाले को इस घटना का वर्णन करते समय "इकाई मान" के रूप में उपयोग किया जाता है।

1. एक प्रोटॉन एक धनात्मक इकाई आवेश और एक इकाई आणविक भार वाला एक आयन है।

2. प्रोटॉन का धनात्मक इकाई आवेश इलेक्ट्रॉन के ऋणात्मक इकाई आवेश के साथ निरपेक्ष मान में बिल्कुल मेल खाता है, लेकिन प्रोटॉन का द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से कई गुना अधिक होता है।

3. सभी प्रोटॉन एक ही कोणीय वेग से अपनी-अपनी धुरी पर घूमते हैं (स्पिन होते हैं), जो इलेक्ट्रॉन के घूमने के कोणीय वेग से बहुत कम होता है।

यह सभी देखें: परमाणुओं की संरचना - पदार्थ के प्राथमिक कण, इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन

सकारात्मक आयन

1.धनात्मक आयनों के अलग-अलग आवेश होते हैं जिनके मान प्रोटॉन के आवेश के पूर्णांक गुणक होते हैं, और विभिन्न द्रव्यमान जिनके मान प्रोटॉन के द्रव्यमान के एक पूर्णांक गुणक और उपपरमाण्विक कणों के कुछ अतिरिक्त द्रव्यमान होते हैं।

2. केवल विषम संख्या में न्यूक्लियंस वाले आयनों में स्पिन होता है।

3. विभिन्न द्रव्यमान के आयन विभिन्न कोणीय वेगों से घूमते हैं।

नकारात्मक आयन

1. नकारात्मक आयनों की किस्में हैं, जो पूरी तरह से सकारात्मक आयनों के समान हैं, लेकिन सकारात्मक चार्ज के बजाय नकारात्मक हैं।

इनमें से प्रत्येक कण, किसी भी संयोजन में, अलग-अलग गति से अलग-अलग सीधे या घुमावदार रास्तों पर जा सकता है। एक समूह के रूप में कम या ज्यादा गति करने वाले समान कणों के संग्रह को बीम कहा जाता है।

बीम में प्रत्येक कण का द्रव्यमान, दिशा और गति की गति पड़ोसी कणों के संबंधित मापदंडों के करीब होती है। हालांकि, अधिक सामान्य परिस्थितियों में, मैक्सवेल के वितरण के नियम का पालन करते हुए, बीम में अलग-अलग कणों के वेग भिन्न होते हैं।

इस मामले में, चुंबकीय घटना की उपस्थिति में प्रमुख भूमिका उन कणों द्वारा निभाई जाती है जिनकी गति बीम की औसत गति के करीब होती है, जबकि अन्य गति वाले कण दूसरे क्रम के प्रभाव उत्पन्न करते हैं।

यदि कणों की गति की गति पर मुख्य ध्यान दिया जाए, तो तीव्र गति से चलने वाले कण गर्म कहलाते हैं, और कम गति से चलने वाले कण ठंडे कहलाते हैं। ये परिभाषाएँ सापेक्ष हैं, अर्थात वे किसी भी निरपेक्ष गति को नहीं दर्शाती हैं।

बुनियादी कानून और परिभाषाएँ

चुंबकीय क्षेत्र की दो अलग-अलग परिभाषाएँ हैं: चुंबकीय क्षेत्र - यह गतिमान विद्युत आवेशों के निकट का क्षेत्र है जहाँ चुंबकीय बल कार्य करते हैं।कोई भी क्षेत्र जहां एक विद्युत आवेशित शरीर एक बल का अनुभव करता है, जब वह चलता है तो एक चुंबकीय क्षेत्र होता है।

एक विद्युत आवेशित कण घिरा हुआ है विद्युत क्षेत्र… एक गतिमान विद्युत आवेशित कण में विद्युत के साथ-साथ एक चुंबकीय क्षेत्र भी होता है। एम्पीयर का नियम गतिमान आवेशों और चुंबकीय क्षेत्रों के बीच संबंध स्थापित करता है (देखें - एम्पीयर का नियम).

यदि कई छोटे विद्युत आवेशित कण निरंतर गति से प्रक्षेपवक्र के एक ही हिस्से से गुजरते हैं, तो प्रत्येक कण के अलग-अलग गतिमान चुंबकीय क्षेत्रों का कुल प्रभाव एक स्थायी चुंबकीय क्षेत्र के गठन के रूप में जाना जाता है। बायो सवारा के क्षेत्र.

विशेष मामला एम्पीयर का नियम, जिसे बायो-सावर्ड का नियम कहा जाता है, एक असीम रूप से लंबे सीधे तार से दी गई दूरी पर चुंबकीय क्षेत्र की ताकत का परिमाण निर्धारित करता है जिसके माध्यम से एक विद्युत प्रवाह प्रवाहित होता है (बायोट-सावर्ड का नियम).

तो चुंबकीय क्षेत्र में एक निश्चित ताकत होती है।जितना अधिक गतिमान विद्युत आवेश होता है, परिणामी चुंबकीय क्षेत्र उतना ही मजबूत होता है। साथ ही, विद्युत आवेश जितनी तेजी से चलता है, चुंबकीय क्षेत्र उतना ही मजबूत होता है।

एक स्थिर विद्युत आवेश कोई चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न नहीं करता है। वास्तव में, एक गतिशील विद्युत आवेश की उपस्थिति के बिना एक चुंबकीय क्षेत्र स्वतंत्र रूप से मौजूद नहीं हो सकता है।

लॉरेंत्ज़ का नियम चुंबकीय क्षेत्र में गतिमान विद्युत आवेशित कण पर कार्य करने वाले बल को परिभाषित करता है। लोरेंत्ज़ बल बाहरी क्षेत्र की दिशा और कण की गति की दिशा दोनों के लंबवत निर्देशित। आवेशित कणों पर एक "पार्श्व बल" कार्य करता है जब वे चुंबकीय क्षेत्र रेखाओं के समकोण पर चलते हैं।

बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में एक "चुंबकीय रूप से आवेशित" शरीर एक बल का अनुभव करता है जो शरीर को उस स्थिति से स्थानांतरित करता है जहां यह बाहरी क्षेत्र को उस स्थिति में मजबूत करता है जहां बाहरी क्षेत्र कमजोर होगा। यह निम्नलिखित सिद्धांत की अभिव्यक्ति है: सभी प्रणालियां न्यूनतम ऊर्जा की विशेषता वाले राज्य तक पहुंचती हैं।

लेंज का नियम कहता है: "यदि एक चुंबकीय क्षेत्र के साथ कण की बातचीत के परिणामस्वरूप एक गतिमान आवेशित कण का प्रक्षेपवक्र किसी भी तरह से बदल जाता है, तो ये परिवर्तन चुंबकीय क्षेत्र के ठीक विपरीत एक नए चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति की ओर ले जाते हैं जो इन परिवर्तनों का कारण बना। «

एक चुंबकीय सर्किट के माध्यम से एक "प्रवाहित" चुंबकीय प्रवाह बनाने के लिए सोलेनोइड की क्षमता तार के घुमावों की संख्या और उनके माध्यम से बहने वाली धारा दोनों पर निर्भर करती है। दोनों कारक घटना की ओर ले जाते हैं मैग्नेटोमोटिव बल या संक्षेप में एमडीएस… स्थायी चुम्बक एक समान चुम्बकीय प्रेरक बल बना सकते हैं।

मैग्नेटोमोटिव बल चुंबकीय प्रवाह को उसी तरह से चुंबकीय सर्किट में प्रवाहित करता है इलेक्ट्रोमोटिव बल (EMF) विद्युत परिपथ में विद्युत प्रवाह का प्रवाह सुनिश्चित करता है।

चुंबकीय सर्किट कुछ मायनों में इलेक्ट्रिक सर्किट के अनुरूप होते हैं, हालांकि इलेक्ट्रिक सर्किट में आवेशित कणों की वास्तविक गति होती है, जबकि चुंबकीय सर्किट में ऐसी कोई गति नहीं होती है। विद्युत धारा उत्पन्न करने वाले इलेक्ट्रोमोटिव बल की क्रिया का वर्णन किया गया है ओम कानून.

चुंबकीय क्षेत्र की ताकत संबंधित चुंबकीय सर्किट की प्रति यूनिट लंबाई में मैग्नेटोमोटिव बल है। चुंबकीय प्रेरण या प्रवाह घनत्व किसी दिए गए चुंबकीय सर्किट के एक इकाई क्षेत्र से गुजरने वाले चुंबकीय प्रवाह के बराबर है।

अनिच्छा एक निश्चित चुंबकीय सर्किट की एक विशेषता है जो चुंबकत्व बल की कार्रवाई के जवाब में चुंबकीय प्रवाह का संचालन करने की क्षमता निर्धारित करती है।

ओम में विद्युत प्रतिरोध इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह के पथ की लंबाई के सीधे आनुपातिक है, इस प्रवाह के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र के व्युत्क्रमानुपाती है, और विद्युत चालकता के व्युत्क्रमानुपाती भी है, एक विशेषता जो विद्युत गुणों का वर्णन करती है पदार्थ का जो अंतरिक्ष के वर्तमान-वाहक क्षेत्र को बनाता है।

चुंबकीय प्रतिरोध सीधे चुंबकीय प्रवाह के पथ की लंबाई के लिए आनुपातिक है, इस प्रवाह के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र के व्युत्क्रमानुपाती है, और चुंबकीय पारगम्यता के व्युत्क्रमानुपाती भी है, एक विशेषता जो पदार्थ के चुंबकीय गुणों का वर्णन करती है जो चुंबकीय प्रवाह को वहन करने वाला स्थान बना है।(देखें - चुंबकीय सर्किट के लिए ओम का नियम).

चुम्बकीय भेद्यता एक पदार्थ की एक विशेषता जो एक निश्चित चुंबकीय प्रवाह घनत्व को बनाए रखने की क्षमता को व्यक्त करती है (देखें - चुम्बकीय भेद्यता).

इस विषय पर अधिक: विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र - खोज और भौतिक गुणों का इतिहास