Nous savons tous ce que sont les aimants permanents. Les aimants sont des corps métalliques attirés par d'autres aimants et certains métaux. Ce qui est situé autour de l'aimant et interagit avec les objets environnants (attire ou repousse certains d'entre eux) s'appelle un champ magnétique.
La source de tout champ magnétique est le déplacement de particules chargées. Et le mouvement directionnel des particules chargées est appelé courant électrique. Autrement dit, tout champ magnétique est provoqué uniquement par le courant électrique.
La direction du mouvement des particules chargées positivement est considérée comme la direction du courant électrique. Si les charges négatives se déplacent, la direction du courant est considérée comme l'opposé du mouvement de ces charges. Imaginez de l'eau qui coule à travers un tuyau annulaire. Mais nous supposerons qu'un certain "courant" dans ce cas se déplace dans la direction opposée. Le courant électrique est indiqué par la lettre I.
Dans les métaux, le courant est généré par le mouvement des électrons - des particules chargées négativement. Dans la figure ci-dessous, les électrons se déplacent le long du conducteur de droite à gauche. Mais on pense que le courant électrique est dirigé de gauche à droite.
Cela s'est produit parce que lorsqu'ils ont commencé à étudier les phénomènes électriques, on ne savait pas quels transporteurs transportaient le plus souvent le courant.
Si nous regardons ce conducteur sur le côté gauche, de sorte que le courant passe "de nous", alors le champ magnétique de ce courant sera dirigé autour de lui dans le sens des aiguilles d'une montre.
Si une boussole est placée à côté de ce conducteur, sa flèche tournera perpendiculairement au conducteur, parallèlement aux "lignes de champ magnétique" - parallèlement à la flèche noire de l'anneau sur la figure.
Si nous prenons une balle ayant une charge positive (ayant un déficit d'électrons) et la jetons en avant, alors exactement le même champ magnétique annulaire apparaîtra autour de cette balle, tournant dans le sens horaire autour d'elle.
Après tout, ici aussi, il y a un mouvement dirigé de la charge. Un mouvement directionnel de charges est un courant électrique. S'il y a du courant, il devrait y avoir un champ magnétique autour de lui.
Une charge mobile (ou plusieurs charges - dans le cas d'un courant électrique dans un conducteur) crée un «tunnel» autour d'elle à partir d'un champ magnétique. Les parois de ce "tunnel" sont "plus denses" près de la charge en mouvement. Plus une charge en mouvement est éloignée, plus la tension («force») du champ magnétique créé par celle-ci est faible. Plus l'aiguille du compas est faible, plus ce champ réagit.
Le modèle de distribution de la force du champ magnétique autour de sa source est le même que le modèle de distribution du champ électrique autour d'un corps chargé - il est inversement proportionnel au carré de la distance à la source du champ.
Si une balle chargée positivement se déplace dans un cercle, alors les anneaux des champs magnétiques qui se forment autour d'elle au fur et à mesure qu'elle se déplace sont résumés, et nous obtenons un champ magnétique dirigé perpendiculairement au plan dans lequel la charge se déplace:
Le «tunnel» magnétique autour de la charge se révèle être plié en anneau et ressemble à un tore (beignet) en forme.
Le même effet est obtenu si le conducteur de courant est enroulé en anneau. Un conducteur de courant enroulé dans une bobine multi-tours est appelé un électro-aimant. Autour de la bobine se trouvent les champs magnétiques des particules chargées qui s'y déplacent - les électrons.
Et si vous faites tourner la balle chargée autour de son axe, elle aura alors un champ magnétique, comme la Terre, dirigé le long de l'axe de rotation. Dans ce cas, le courant provoquant l'apparition du champ magnétique est le mouvement circulaire de la charge autour de l'axe de la boule - courant électrique circulaire.
Ici, en fait, la même chose se produit que lorsque la balle se déplace sur une orbite annulaire. Seul le rayon de cette orbite est réduit au rayon de la balle elle-même.
Tout ce qui précède est vrai pour une balle chargée négativement, mais son champ magnétique sera dirigé dans la direction opposée.
Cet effet a été découvert dans les expériences de Rowland et Eichenwald. Ces messieurs ont enregistré des champs magnétiques près de disques chargés en rotation: à côté de ces disques, l'aiguille de la boussole a commencé à dévier. Les directions des champs magnétiques, en fonction du signe de la charge des disques et du sens de leur rotation, sont représentées sur la figure:
Lors de la rotation d'un disque non chargé, les champs magnétiques n'étaient pas détectés. Il n'y avait pas de champs magnétiques près des disques chargés stationnaires.
Modèle du champ magnétique d'une charge en mouvement
Pour nous souvenir de la direction du champ magnétique d'une charge positive en mouvement, nous allons nous présenter à sa place. Levez la main droite vers le haut, puis dirigez-la vers la droite, puis abaissez-la, puis dirigez-la vers la gauche et remettez la main dans sa position d'origine - vers le haut. Répétez ensuite ce mouvement. Notre main décrit les cercles dans le sens horaire. Maintenant, commencez à avancer tout en continuant à tourner avec votre main. Le mouvement de notre corps est un analogue du mouvement d'une charge positive, et la rotation de la main dans le sens horaire est un analogue du champ magnétique d'une charge.
Imaginez maintenant qu'il y ait une bande élastique mince et solide autour de nous, semblable aux chaînes d'espace que nous avons peintes, créant un modèle du champ électrique.
Lorsque nous nous déplaçons à travers cette "toile" tridimensionnelle, en raison de la rotation de la main, elle se déforme et se déplace dans le sens des aiguilles d'une montre, formant une sorte de spirale, comme si elle s'enroulait dans une bobine autour d'une charge.
Derrière, derrière nous, le "web" restaure sa structure correcte. Quelque chose comme ça peut être imaginé comme un champ magnétique d'une charge positive se déplaçant directement.
Essayez maintenant de ne pas avancer tout droit, mais en cercle, par exemple, en tournant vers la gauche en marchant, tout en tournant votre main dans le sens des aiguilles d'une montre. Imaginez que vous traversez quelque chose qui ressemble à de la gelée. En raison de la rotation de votre main, à l'intérieur du cercle le long duquel vous vous déplacez, la «gelée» se déplacera vers le haut, formant une bosse au-dessus du centre du cercle. Et sous le centre du cercle, une cavité est formée du fait qu'une partie de la gelée s'est déplacée vers le haut. Vous pouvez donc imaginer la formation des pôles nord (bosse en haut) et sud (creux en bas) lors du déplacement d'une charge le long d'un anneau ou de sa rotation.
Si vous marchez vers la droite en marchant, alors la "bosse" (pôle nord) se formera d'en bas.
De même, nous pouvons nous faire une idée du champ magnétique d'une charge négative en mouvement. Tournez uniquement avec votre main dans le sens opposé - dans le sens antihoraire. Par conséquent, le champ magnétique sera dirigé dans la direction opposée. À chaque fois, gardez un œil de quel côté votre main pousse la «gelée».
Un tel modèle montre clairement pourquoi le pôle nord d'un aimant est attiré par le pôle sud d'un autre aimant: la "bosse" de l'un des aimants est attirée dans la "cavité" du second aimant.
Et ce modèle montre également pourquoi il n'y a pas de pôles d'aimants nord et sud séparés, quelle que soit la façon dont nous les coupons - le champ magnétique est un «tourbillon (fermé) de« déformation de l'espace »vortex autour de la trajectoire d'une charge en mouvement.
Spin
Un électron s'est révélé avoir un champ magnétique, tel qu'il devrait l'être s'il s'agissait d'une boule tournant autour de son axe. Ce champ magnétique était appelé un spin (de l'anglais au spin - au spin).
De plus, l'électron a également un moment magnétique orbital. Après tout, un électron non seulement «tourne», mais se déplace en orbite autour du noyau d'un atome. Et le mouvement d'un corps chargé génère un champ magnétique. Puisque l'électron est chargé négativement, le champ magnétique provoqué par son mouvement dans l'orbite ressemblera à ceci:
Si la direction du champ magnétique provoqué par le mouvement de l'électron sur son orbite coïncide avec la direction du champ magnétique de l'électron lui-même (son spin), ces champs sont ajoutés et amplifiés. Si ces champs magnétiques sont dirigés dans des directions différentes, ils sont soustraits et s'affaiblissent mutuellement.
De plus, les champs magnétiques des autres électrons de l'atome peuvent être ajoutés ou soustraits les uns des autres. Cela explique la présence ou l'absence de magnétisme (réaction à un champ magnétique externe ou la présence de son propre champ magnétique) de certaines substances.
Cet article est un extrait d'un livre sur les bases de la chimie. Le livre lui-même est ici:
sites.google.com/site/kontrudar13/himiaUPD: Le matériel est principalement destiné aux élèves du collège. Peut-être que Habr n'est pas un endroit pour de telles choses, mais où est l'endroit? Pas lui.