45. Дія магнітного поля на рухомий заряд. Сила Лоренца. Визначення питомого заряду електрону. Масспектрометр

Дія магнітного поля на рухомі заряди визначається силою Лоренца. Сила, що діє на провідник зі струмом у магнітному полі називається силою Ампера. Сили взаємодії провідників зі струмом визначаються законом Ампера. Нейтральні речовини без електричного струму можуть втягуватися в магнітне поле (парамагнетики) або виштовхуватися з нього (діамагнетики). Виштовхування діамагнетиків з магнітного поля можна використати для левітації. Феромагнетики намагнічуються в магнітому полі й зберігають магнітний момент при знятті прикладеного поля. Си́ла Ло́ренца — сила, що діє на електричний заряд, який перебуває у електромагнітному полі. F=qE+ [vB]. Тут F— сила, q— величина заряду, E— напруженість електричного поля, v— швидкість руху заряду, B— вектор магнітної індукції. Іноді силою Лоренца називають лише другу складову цього виразу — силу, яка діє на заряд, що рухається, з боку магнітного поля F= [vB]. Перше, що треба зробити для того, щоб отримати мас-спектр, - перетворити нейтральні молекули й атоми, складові будь-яку органічну або неорганічне речовина, в заряджені частинки - іони. Цей процес називається іонізацією і по-різному здійснюється для органічних і неорганічних речовин. Другою необхідною умовою є переклад іонів в газову фазу у вакуумній частині мас спектрометра. Глибокий вакуум забезпечує безперешкодний рух іонів всередині мас-спектрометра, а за його відсутності іони розсіються і рекомбінують (перетворяться назад в незаряджені частки).Умовно способи іонізації органічних речовин можна класифікувати по фазах, в яких знаходяться речовини перед іонізацією.

46. Діа-, пара-, феромагнетики. Магнітний гістерезіс. Точка Кюрі. Нові магнітні матеріали. Закон Ома для змінного струму. Робота, потужність. Резонанс.

За магнітною проникністю і характером взаємодій з магнітним полем магнетики поділяють на діамагнетики, парамагнетики і феромагнетики. Речовини, у яких m < 1, називають діамагнетиками. До діамагнетиків належить більшість газів (крім кисню), вода, вісмут, цинк, свинець, мідь, срібло, золото, сірка, віск, алмаз, багато органічних сполук. Якщо зовнішнього магнітного поля немає, магнітні моменти атомів діамагнетиків дорівнюють нулю. У магнітному полі в атомах з'являється магнітний момент, напрямлений проти зовнішнього поля. Парамагнітні речовини втягуються магнітним полем; їх магнітна проникність більша за одиницю. Атоми парамагнетиків мають відмінні від нуля магнітні моменти. Парамагнетики підсилюють зовнішнє магнітне поле. До парамагнетиків належать кисень, марганець, хром, платина, алюміній, вольфрам, усі лужні й лужноземельні метали. До феромагнетиків належать матеріали, які сильно взаємодіють з магнітним полем і магнітна проникність яких у певному температурному інтервалі значно більша за одиницю. Феромагнітні властивості мають тільки кристалічні тіла. У рідкому, або газоподібному стані феромагнетики стають парамагнітними. Феромагнетики мають окремі ділянки, атоми в яких мають однаково напрямлені магнітні моменти. У зовнішньому магнітному полі такі ділянки (їх називають доменами) орієнтуються однаково. Магнітна проникність феромагнетиків у слабких полях дорівнює п'ять - шість тисяч, а в сильних - зменшується до кількох сотень. Якщо їх нагрівати вище від певної температури (точка Кюрі), вони втрачають свої властивості і стають парамагнетиками. Для заліза точка Кюрі становить 770 °С, нікелю - 360 °С, пермалою (сплав 70 % і 30 % ) - всього 70 °С.

Гістерезис магнітний.

Однією з основних особливостей сильномагнітних мінералів є залежність їхньої магнітної індукції або намагніченості від напруженості поля. Як показано на рис. , первинне намагнічування сильномагнітної речовини відбувається по кривій OAD.

При циклічному перемагніченні, що відбувається у напрямку вказаному стрілками, крива намагнічення переходе у криву гістерезису.

Крива гістерезису, отримана для умов магнітного насичення, називається граничною петлею. Основні характеристики петлі гістерезису при дослідженнях зразка сильномагнітної речовини в замкненому магнітному ланцюгу: остаточна індукція Br і коерцитивна сила Hc . Остаточна індукція Br свідчить про те, що елементарні струми у феромагнітному тілі при зникненні зовнішнього поля зберегли упорядковану орієнтацію. Коерцитивна сила Hc характеризує величину напруженості поля зворотного напрямку, яку необхідно створити, щоб остаточна індукція зникла і стала рівною нулю. Якщо по осі ординат замість індукції відкласти значення намагніченості Jr, отримуємо петлю гістерезису намагніченості. За цією петлею можна визначити остаточну намагніченість Jr і коерцитивну силу Hc гістерезисної петлі намагнічення.

Закон Ома для змінного струму. У випадку змінного струму закон Ома можна розширити, включивши в розгляд також елементи електричного кола, які характеризуються ємністю й індуктивністю. Змінний струм проходить через конденсатор, випереджаючи за фазою напругу. В індуктивності змінний струм відстає за фазою від напруги. Проте в обох випадках амплітуда змінного струму пропорційна амплітуді прикладеної змінної напруги. Математично це можна описати, ввівши комплексні опори (імпеданси).

Тоді можна записати де U — амплітуда змінної напруги, I — амплітуда змінного струму, Z — імпеданс.

Робота і потужність електричного струму

Закон Джоуля - Ленца

Роботу, яку виконує джерело струму з ЕРС, визначають за формулою:

Енергія джерела струму перетворюється частково або повністю у внутрішню енергію провідника або в механічну енергію. Скориставшись законом Ома, роботу можна виразити через силу струму або напругу:

Потужність електричного струму дорівнює відношенню роботи А до часу t, протягом якого вона виконується:

Одиницею потужності в СІ є Ват (Вт).

Якщо по провіднику проходить струм, то провідник нагрівається. Англійський вчений Дж. П. Джоуль і російський вчений Е. Х. Ленц встановили закон (Джоуля – Ленца): кількість теплоти, що виділяється в провіднику зі струмом, пропорційна силі струму, напрузі і часу проходження струму:

При відсутності сторонніх сил:  

Резона́нс — явище сильного зростання амплітуди вимушеного коливання у разі, коли частота зовнішньої сили збігається з власною частотою коливань.