Todos sabemos o que são ímãs permanentes. Ímãs são corpos metálicos atraídos por outros ímãs e alguns metais. O que está localizado ao redor do ímã e interage com os objetos ao redor (atrai ou repele alguns deles) é chamado de campo magnético.
A fonte de qualquer campo magnético está movendo partículas carregadas. E o movimento direcional de partículas carregadas é chamado de corrente elétrica. Ou seja, qualquer campo magnético é causado exclusivamente pela corrente elétrica.
A direção do movimento de partículas carregadas positivamente é tomada como a direção da corrente elétrica. Se cargas negativas se moverem, a direção da corrente é considerada oposta ao movimento de tais cargas. Imagine a água fluindo através de um tubo anular. Mas vamos assumir que uma certa "corrente", neste caso, se move na direção oposta. A corrente elétrica é indicada pela letra I.
Nos metais, a corrente é gerada pelo movimento dos elétrons - partículas carregadas negativamente. Na figura abaixo, os elétrons se movem ao longo do condutor da direita para a esquerda. Mas acredita-se que a corrente elétrica seja direcionada da esquerda para a direita.
Isso aconteceu porque, quando começaram a estudar fenômenos elétricos, não se sabia quais carregadores carregavam corrente.
Se olharmos para este condutor no lado esquerdo, para que a corrente saia "de nós", o campo magnético dessa corrente será direcionado em torno dele no sentido horário.
Se uma bússola for colocada ao lado deste condutor, sua seta girará perpendicularmente ao condutor, paralela às "linhas do campo magnético" - paralela à seta preta do anel na figura.
Se pegarmos uma bola com uma carga positiva (com déficit de elétrons) e a lançarmos para a frente, exatamente o mesmo campo magnético do anel aparecerá em torno dessa bola, girando no sentido horário.
Afinal, aqui também há um movimento direcionado da carga. Um movimento direcional de cargas é uma corrente elétrica. Se houver corrente, deve haver um campo magnético ao seu redor.
Uma carga em movimento (ou muitas cargas - no caso de uma corrente elétrica em um condutor) cria um "túnel" em torno de si a partir de um campo magnético. As paredes deste "túnel" são "mais densas" perto da carga móvel. Quanto mais distante de uma carga em movimento, mais fraca é a tensão ("força") do campo magnético criado por ela. Quanto mais fraca a agulha da bússola reage a esse campo.
O padrão de distribuição da força do campo magnético em torno de sua fonte é o mesmo que o padrão de distribuição do campo elétrico em torno de um corpo carregado - é inversamente proporcional ao quadrado da distância da fonte de campo.
Se uma bola carregada positivamente se move em um círculo, então os anéis dos campos magnéticos que se formam ao seu redor são somados e obtemos um campo magnético direcionado perpendicularmente ao plano no qual a carga se move:
O “túnel” magnético ao redor da carga acaba sendo dobrado em um anel e se assemelha a um toro (rosquinha) em forma.
O mesmo efeito é obtido se o condutor atual for enrolado em um anel. Um condutor de corrente enrolado em uma bobina de várias voltas é chamado eletroímã. Ao redor da bobina estão os campos magnéticos das partículas carregadas que se movem nela - elétrons.
E se você girar a bola carregada em torno de seu eixo, ela terá um campo magnético, como a Terra, direcionado ao longo do eixo de rotação. Nesse caso, a corrente que causa o aparecimento do campo magnético é o movimento circular da carga em torno do eixo da bola - corrente elétrica circular.
Aqui, de fato, acontece o mesmo quando a bola se move em uma órbita anular. Somente o raio dessa órbita é reduzido ao raio da própria bola.
Tudo o que foi dito acima é verdadeiro para uma bola carregada negativamente, mas seu campo magnético será direcionado na direção oposta.
Este efeito foi descoberto nas experiências de Rowland e Eichenwald. Esses cavalheiros registraram campos magnéticos próximos aos discos carregados rotativos: ao lado desses discos, a agulha da bússola começou a desviar. As direções dos campos magnéticos, dependendo do sinal da carga dos discos e da direção de sua rotação, são mostradas na figura:
Ao girar um disco não carregado, os campos magnéticos não foram detectados. Não havia campos magnéticos perto de discos carregados estacionários.
Modelo do campo magnético de uma carga em movimento
Para lembrar a direção do campo magnético de uma carga positiva em movimento, nos apresentaremos em seu lugar. Levante a mão direita, aponte-a para a direita, abaixe-a, aponte para a esquerda e retorne a mão à sua posição original - para cima. Então repita esse movimento. Nossa mão descreve os círculos no sentido horário. Agora comece a avançar enquanto continua a girar com a mão. O movimento do nosso corpo é um análogo do movimento de uma carga positiva, e a rotação do ponteiro no sentido horário é um análogo do campo magnético de uma carga.
Agora imagine que haja uma fina e forte teia elástica ao nosso redor, semelhante às cordas do espaço que pintamos, criando um modelo do campo elétrico.
Quando passamos por essa "teia" tridimensional, devido à rotação da mão, ela se deforma, move-se no sentido horário, formando uma espécie de espiral, como se estivesse enrolando-se numa bobina ao redor de uma carga.
Atrás, atrás de nós, a "web" restaura sua estrutura correta. Algo assim pode ser imaginado como um campo magnético de uma carga positiva se movendo diretamente.
Agora tente não seguir em frente, mas em um círculo, por exemplo, girando para a esquerda enquanto caminha, enquanto gira o ponteiro no sentido horário. Imagine que você está passando por algo que se assemelha a geléia. Devido à rotação da sua mão, dentro do círculo ao longo do qual você está se movendo, a “geléia” se moverá para cima, formando uma corcunda acima do centro do círculo. E sob o centro do círculo, uma cavidade é formada devido ao fato de que parte da geléia mudou. Assim, você pode imaginar a formação dos pólos norte (corcunda acima) e sul (oca abaixo) durante o movimento de uma carga ao longo de um anel ou sua rotação.
Se você andar para a direita ao caminhar, o “corcunda” (pólo norte) será formado por baixo.
Da mesma forma, podemos formar uma idéia do campo magnético de uma carga negativa em movimento. Gire apenas com a mão na direção oposta - no sentido anti-horário. Por conseguinte, o campo magnético será direcionado na direção oposta. Apenas a cada vez, fique de olho em que lado sua mão empurra “geléia”.
Esse modelo demonstra claramente por que o polo norte de um ímã é atraído para o polo sul de outro imã: a "corcunda" de um dos imãs é atraída para a "cavidade" do segundo imã.
E esse modelo também mostra por que não existem pólos norte e sul separados de ímãs, não importa como os cortemos - o campo magnético é uma "deformação espacial" do vórtice (fechada) ao redor da trajetória de uma carga em movimento.
Spin
Um elétron foi encontrado para ter um campo magnético, como deveria ter se fosse uma bola girando em torno de seu eixo. Esse campo magnético foi chamado de rotação (do inglês para girar - para girar).
Além disso, o elétron também possui um momento magnético orbital. Afinal, um elétron não apenas "gira", mas se move em uma órbita ao redor do núcleo de um átomo. E o movimento de um corpo carregado gera um campo magnético. Como o elétron é carregado negativamente, o campo magnético causado por seu movimento na órbita ficará assim:
Se a direção do campo magnético causada pelo movimento do elétron em sua órbita coincidir com a direção do campo magnético do próprio elétron (sua rotação), esses campos serão adicionados e amplificados. Se esses campos magnéticos são direcionados em direções diferentes, eles são subtraídos e se enfraquecem.
Além disso, os campos magnéticos de outros elétrons do átomo podem ser adicionados ou subtraídos um do outro. Isso explica a presença ou ausência de magnetismo (reação a um campo magnético externo ou a presença de seu próprio campo magnético) de algumas substâncias.
Este artigo é um trecho de um livro sobre os conceitos básicos da química. O livro em si está aqui:
sites.google.com/site/kontrudar13/himiaUPD: O material é destinado principalmente a estudantes do ensino médio. Talvez Habr não seja um lugar para essas coisas, mas onde é o lugar? Ele não.