Kita semua tahu apa itu magnet permanen. Magnet adalah benda logam yang tertarik pada magnet lain dan beberapa logam. Apa yang terletak di sekitar magnet dan berinteraksi dengan benda-benda di sekitarnya (menarik atau menolak beberapa dari mereka) disebut medan magnet.
Sumber dari setiap medan magnet bergerak partikel bermuatan. Dan gerakan terarah partikel bermuatan disebut arus listrik. Artinya, medan magnet apa pun hanya disebabkan oleh arus listrik.
Arah gerakan partikel bermuatan positif diambil sebagai arah arus listrik. Jika muatan negatif bergerak, maka arah arus dianggap berlawanan dengan pergerakan muatan tersebut. Bayangkan air mengalir melalui pipa berbentuk lingkaran. Tetapi kita akan mengasumsikan bahwa "arus" tertentu dalam kasus ini bergerak ke arah yang berlawanan. Arus listrik ditunjukkan dengan huruf I.
Dalam logam, arus dihasilkan oleh pergerakan elektron - partikel bermuatan negatif. Pada gambar di bawah ini, elektron bergerak sepanjang konduktor dari kanan ke kiri. Tetapi diyakini bahwa arus listrik diarahkan dari kiri ke kanan.
Ini terjadi karena ketika mereka mulai mempelajari fenomena listrik, tidak diketahui pembawa mana yang paling sering membawa arus.
Jika kita melihat konduktor ini di sisi kiri, sehingga arus mengalir "dari kita", maka medan magnet arus ini akan diarahkan ke sekelilingnya searah jarum jam.
Jika kompas ditempatkan di sebelah konduktor ini, maka panahnya akan berputar tegak lurus terhadap konduktor, sejajar dengan "garis medan magnet" - sejajar dengan panah cincin hitam pada gambar.
Jika kita mengambil bola bermuatan positif (memiliki defisit elektron) dan melemparkannya ke depan, maka medan magnet cincin yang sama akan muncul di sekitar bola ini, berputar searah jarum jam di sekitarnya.
Lagi pula, di sini juga, ada gerakan terarah dari tuduhan itu. Pergerakan arah terarah adalah arus listrik. Jika ada arus, harus ada medan magnet di sekitarnya.
Muatan yang bergerak (atau banyak muatan - dalam kasus arus listrik dalam konduktor) menciptakan "terowongan" di sekitar dirinya sendiri dari medan magnet. Dinding "terowongan" ini "lebih rapat" di dekat muatan yang bergerak. Semakin jauh dari muatan bergerak, semakin lemah tegangan ("kekuatan") medan magnet yang diciptakannya. Semakin lemah jarum kompas bereaksi terhadap bidang ini.
Pola distribusi kekuatan medan magnet di sekitar sumbernya sama dengan pola distribusi medan listrik di sekitar benda bermuatan - berbanding terbalik dengan kuadrat jarak ke sumber medan.
Jika bola bermuatan positif bergerak dalam lingkaran, maka cincin dari medan magnet yang terbentuk di sekitarnya saat bergerak dirangkum, dan kita mendapatkan medan magnet yang diarahkan tegak lurus ke bidang di mana muatan bergerak:
“Terowongan” magnetik di sekitar muatan ternyata dilipat menjadi cincin dan menyerupai bentuk torus (donat).
Efek yang sama diperoleh jika konduktor saat ini digulung menjadi cincin. Konduktor arus yang digulung menjadi koil multi-putaran disebut elektromagnet. Sekitar kumparan adalah medan magnet dari partikel bermuatan yang bergerak di dalamnya - elektron.
Dan jika Anda memutar bola bermuatan di sekitar porosnya, maka ia akan memiliki medan magnet, seperti Bumi, diarahkan sepanjang sumbu rotasi. Dalam hal ini, arus yang menyebabkan munculnya medan magnet adalah gerakan melingkar muatan di sekitar sumbu arus listrik sirkuler bola.
Di sini, pada kenyataannya, hal yang sama terjadi ketika bola bergerak dalam orbit berbentuk lingkaran. Hanya jari-jari orbit ini yang direduksi menjadi jari-jari bola itu sendiri.
Semua hal di atas berlaku untuk bola bermuatan negatif, tetapi medan magnetnya akan diarahkan ke arah yang berlawanan.
Efek ini ditemukan dalam percobaan Rowland dan Eichenwald. Tuan-tuan ini merekam medan magnet dekat cakram bermuatan yang berputar: di sebelah cakram ini jarum kompas mulai membelok. Arah medan magnet, tergantung pada tanda muatan cakram dan arah putarannya, ditunjukkan pada gambar:
Saat memutar disk yang tidak terisi daya, medan magnet tidak terdeteksi. Tidak ada medan magnet di dekat disk bermuatan stasioner.
Model medan magnet dari muatan bergerak
Untuk mengingat arah medan magnet dari muatan positif yang bergerak, kami akan memperkenalkan diri sebagai gantinya. Angkat tangan kanan ke atas, lalu arahkan ke kanan, lalu turunkan ke bawah, lalu arahkan ke kiri dan kembalikan tangan ke posisi semula - naik. Kemudian ulangi gerakan ini. Tangan kami menggambarkan lingkaran dalam arah searah jarum jam. Sekarang mulailah bergerak maju sambil terus berputar dengan tangan Anda. Gerakan tubuh kita adalah analog dari gerakan muatan positif, dan rotasi tangan searah jarum jam adalah analog medan magnet muatan.
Sekarang bayangkan ada jaring elastis yang tipis dan kuat di sekitar kita, mirip dengan rangkaian ruang yang kita lukis, menciptakan model medan listrik.
Ketika kita bergerak melalui "web" tiga dimensi ini, karena rotasi tangan, ia berubah bentuk, bergerak searah jarum jam, membentuk semacam spiral, seolah-olah melilitkan dirinya sendiri ke dalam gulungan di sekitar muatan.
Di belakang, di belakang kami, "web" mengembalikan struktur yang benar. Sesuatu seperti ini dapat dibayangkan sebagai medan magnet dari muatan positif yang bergerak langsung.
Sekarang cobalah untuk tidak bergerak lurus ke depan, tetapi dalam lingkaran, misalnya, berbelok ke kiri sambil berjalan, sambil memutar tangan searah jarum jam. Bayangkan Anda bergerak melalui sesuatu yang menyerupai jeli. Karena rotasi tangan Anda, di dalam lingkaran di mana Anda bergerak, "jeli" akan bergerak ke atas, membentuk punuk di atas pusat lingkaran. Dan di bawah pusat lingkaran, rongga terbentuk karena fakta bahwa bagian dari jeli telah bergeser ke atas. Jadi Anda bisa membayangkan pembentukan kutub utara (punuk di atas) dan selatan (berongga di bawah) selama pergerakan muatan sepanjang cincin atau putarannya.
Jika Anda berjalan ke kanan saat berjalan, maka "punuk" (kutub utara) akan terbentuk dari bawah.
Demikian pula, kita dapat membentuk gagasan tentang medan magnet dari muatan negatif bergerak. Putar hanya dengan tangan Anda ke arah yang berlawanan - berlawanan arah jarum jam. Dengan demikian, medan magnet akan diarahkan ke arah yang berlawanan. Hanya setiap kali, awasi sisi mana tangan Anda mendorong "jeli".
Model seperti itu jelas menunjukkan mengapa kutub utara satu magnet tertarik ke kutub selatan magnet lain: "punuk" salah satu magnet ditarik ke dalam "rongga" magnet kedua.
Dan model ini juga menunjukkan mengapa tidak ada kutub utara dan selatan magnet yang terpisah, tidak peduli bagaimana kita memotongnya - medan magnet adalah pusaran (tertutup) "deformasi ruang" di sekitar lintasan muatan bergerak.
Putar
Sebuah elektron ditemukan memiliki medan magnet, seperti seharusnya jika itu adalah bola yang berputar di sekitar sumbunya. Medan magnet ini disebut putaran (dari bahasa Inggris ke spin - ke putaran).
Selain itu, elektron juga memiliki momen magnetik orbital. Lagi pula, sebuah elektron tidak hanya "berputar", tetapi bergerak dalam orbit di sekitar inti atom. Dan pergerakan benda yang bermuatan menghasilkan medan magnet. Karena elektron bermuatan negatif, medan magnet yang disebabkan oleh pergerakannya di orbit akan terlihat seperti ini:
Jika arah medan magnet disebabkan oleh gerakan elektron dalam orbitnya bertepatan dengan arah medan magnet elektron itu sendiri (putarannya), bidang-bidang ini ditambahkan dan diperkuat. Jika medan magnet ini diarahkan ke arah yang berbeda, mereka dikurangkan dan dilemahkan satu sama lain.
Selain itu, medan magnet elektron lain dari atom dapat ditambahkan atau dikurangi satu sama lain. Ini menjelaskan ada atau tidak adanya magnet (reaksi terhadap medan magnet luar atau adanya medan magnetnya sendiri) dari beberapa zat.
Artikel ini adalah kutipan dari sebuah buku tentang dasar-dasar kimia. Buku itu sendiri ada di sini:
sites.google.com/site/kontrudar13/himiaUPD: Materi ini ditujukan terutama untuk siswa sekolah menengah. Mungkin Habr bukan tempat untuk hal-hal seperti itu, tetapi di mana tempat itu? Bukan dia.