16 Vzájomné pôsobenie látky a polí

Transcript

1 16 Vzájné pôsbenie átky a pí 16.1 eektrické pe vič v eektrick pi - eektrické viče sú átky, ktré bsahujú veľký pčet častíc s nábj, ktré sa v nich ôžu vľne phybvať. Tiet častice nazývae vľné častice s nábj. V kvvých vičch (napr. eď, hiník, striebr) sú t vľné eektróny, v kvapainvých vičch (v eektrytch, napr. rztkch sí aeb kyseín v ve) sú t kané a záprné ióny a v vivých pynch eektróny a ba ruhy iónv. - vľné častice s nábj sa v vičch ustavične a neuspriaane phybujú, pret je v viči, ktrý nie je nabitý a nie je v vnkajš eektrick pi, ich rzženie také, že v ľubvľnej časti viča je úhrnný nábj nuvý. Navnk sú viče eektricky neutráne. - zena rzženia vľných nabitých častíc v viči nastane, ak vžíe nenabitý vič eektrickéh pľa nastane eektrstatická inukcia eektrstatická inukcia je jav, pri ktr sa prtiľahé časti pvrchu viča vženéh eektrickéh pľa zeektrizujú nábj s rvnaku veľksťu, ae pačný znaienk. Takt vzniknuté nábje častíc nazývae inukvané nábje. keď vič nabitý nesúhasnýi nábji vyberiee z eektrickéh pľa, eektrická inukcia zanikne; vič sa vráti pôvnéh stavu - vič vžený eektrickéh pľa zení v ôseku eektrstatickej inukcie tvar sičiar tht pľa, a tak jav eektrstatickej inukcie sa využíva na chranu rzičných zariaení pre vpyv eektrickéh pľa, tzv. eektrické tienenie 16.1.izant v eektrick pi - izanty (ieektriká) bsahujú rvnak ak viče veľký pčet častíc s nábj, z ktrých sú zžené ich atóy aeb ekuy, n taker všetky nabité častice sú v ieektrikách viazané vzájnýi siai tak, že sa neôžu v átke vľne phybvať - parizácia ieektrika: pôsbení sí vnkajšieh eektrickéh pľa na izant sa ťažisk prtónv v atóch psunie veľi aú vziaensť v sere intenzity e a ťažisk eektrónv v pačn sere. Atóy aeb ekuy v izante sa stávajú eektrickýi ipói utvrenie ipóv a ich praviené uspriaanie sa prejaví tak, že sa na pvrchu ieektriká bjaví tenká vrstva s viazanýi eektrickýi nábji; tát vrstva je zrj nvéh eektrstatickéh pľa. - parizáciu ieektrika sa utvrí vnútrné eektrické pe s intenzitu i pačnéh seru, ak je ser intenzity e vnkajšieh eektrickéh pľa. Intenzita výsenéh pľa á ser intenzity a jej veľksť je e i - intenzita výsenéh pľa je vžy enšia ak intenzita pľa, ktré parizáciu vyva, a pret patí: e i r e, ke ε r je reatívna peritivita (je t átkvá knštanta, ktrá á pre rzičné ieektriká rzienu hntu) 1

2 - intenzita eektrickéh pľa v izante (ieektriku) je za inak rvnakých pienk ε r -krát enšia ak intenzita eektrickéh pľa v vákuu keď sú v hgénn iztrpn ieektriku uiestnené v vziaensti r va vľné bvé nábje s veľksťu 1 a, pt na kažú z nich pôsbí eektrická sia s veľksťu: 1 1 F e, ke 0 r je peritivita ieektrika, ε 0 je peritivita vákua, 4 r prič ε 0 =8, F častica s nábj v eektrick pi - keď vžíe istéh iesta eektrickéh pľa s intenzitu nábj (kaný aeb záprný), _ pôsbí naň eektrická sia: F e A - pre intenzitu eektrickéh pľa patí: B F e 1 1, N. C V. ' - eektrický ptenciá v an be pľa je určený per práce, ktrú vyknajú siy eektrickéh pľa pri preiestnení kanéh nábja z anéh iesta na pvrch Zee a veľksti tht nábja p W 1 e, J C V ' ' e. - v hgénn pi ezi va rvnbežnýi vivýi patňai á kane nabitá patňa vzhľa na uzenenú patňu ptenciá: e, ke je vziaensť patní - pre prácu sí v hgénn eektrick pi patí: W Fe 1, ke je vzájná vziaensť začiatčnej a knečnej phy nábja - pbne ak v gravitačn pi ani v eektrick pi nezávisí vyknaná práca trajektórie, ae vzájnej vziaensti iest A a B - pre veľksť práce vyknanej pri prenesení nábja ezi va bi, ezi ktrýi je napätie U, patí: U W U 16. agnetické pe 16..1átky v agnetick pi - átky, ktré výrazne reagujú na pribíženie agnetu (ceľ, nike), nazývae feragnetické. Ostatné átky nazývae neferagnetické. O žianej átke nežn pveať, že je neagnetická. - rziene agnetické vastnsti átk sú pienené nervnakýi agnetickýi vastnsťai atóv, ich rziestnení v átke a charakter ich vzájnéh pôsbenia (interakciu). eektrón biehajúci k jara atóu utvára prú, ktrý prestavuje rvinnú prúvú sučku, ktrá á istý agnetický ent rbitávý agnetický ent. Okre th á eektrón ešte vastný spinvý agnetický ent. Výsený agnetický ent atóu je aný vektrvý súčt rbitávých a spinvých agnetických entv jeh eektrónv. Jar atóu prispieva k cekvéu agnetickéu entu atóu veľi á.

3 - atóy, ktrých výsený agnetický ent je nuvý, vajú sa iaagnetické, atóy s nenuvý agnetický ent sú paraagnetické iaagnetické átky (inertné pyny, zat, eď, rtuť) ajú reatívnu pereabiitu nieč enšiu ak jena, a pret nepatrne zsabujú agnetické pe paraagnetické átky (patina, hiník, angán, kysík) ajú reatívnu pereabiitu nieč väčšiu ak jena, a pret nepatrne zsiňujú agnetické pe. Magnetické nasýtenie (paraené uspriaanie agnetických entv) sa neá siahnuť ani pôsbení sinéh vnkajšieh agnetickéh pľa. - feragnetické átky (nike, ceľ, čisté žeez) sa skaajú z paraagnetických atóv, n napriek tu agnetické nasýtenie sa á siahnuť už v agnetick pi bežnéh eektragnetu. Reatívna pereabiita feragnetických átk je veľa väčšia ak jena (10 až 10 5 ). ezi najbižšíi susenýi atóai pôsbia výenné siy, ktré spôsbujú paraené uspriaanie agnetických entv. Ser, v ktr sa agnetické enty atóv uspriaajú, nie je rvnaký pre ceú vzrku átky, a tak atóy, ktrých agnetické enty sú uspriaané rvnaký ser, tvria agnetickú énu. Tent jav sa nazýva spntánna agnetizácia. pôsbení vnkajšieh agnetickéh pľa sa agnetické enty én stáčajú seru vektra agnetickej inukcie, až ký nevyizne énvá štruktúra a átka sa stane agnetický nasýtenu. Tent ej sa nazýva agnetizvanie. skupiny feragnetických átk patria feriagnetické átky (ferity). Sú t zúčeniny xiu žeeza Fe O 3 a xii iných kvv (ferit anganatý, ferit bárnatý). Ich reatívna pereabiita je 10 až agnetická hysterézia - pre veľksť agnetickej inukcie agnetickéh pľa v stree veľi hej cievky patí: NI B r 0 - veľksť agnetickej inukcie nie je určená iba prú I, ae závisí aj hustty závitv cievky, N NI t.j. peru. Výraz určuje veľksť intenzity agnetickéh pľa hej cievky: - patí: NI 1, A. B r 0 intenzita agnetickéh pľa je vektrvá veičina, ktrá á v kaž be agnetickéh pľa rvnaký ser ak vektr agnetickej inukcie. - reatívna pereabiita μ r feragnetických átk nie je knštantná, ae závisí veľksti intenzity agnetickéh pľa v átke - s zvyšujúci sa prú v cievke sa bue agnetická inukcia v jare zväčšvať v závissti zväčšujúcej sa intenzity agnetickéh pľa. Graf B S tejt závissti je krivka, ktrá sa vá krivka prvtnej agnetizácie. Bu S zpveá agnetické nasýtenie átky. - pri zenšvaní veľksti intenzity agnetickéh pľa zenšuje sa aj veľksť agnetickej inukcie pľa inej krivky, č je prejav nevratnsti agnetizačných prcesv v feragnetických átkach. P B siahnutí nuvej hnty intenzity agnetickéh pľa nekesne B r S veľksť agnetickej inukcie na nuvú hntu, ae na hntu B r. Látka je zagnetizvaná aj bez pôsbenia vnkajšieh k agnetickéh pľa. Magnetickú inukciu B r nazývae reanentná agnetická inukcia. Zenu seru vektra 3

4 intenzity agnetickéh pľa (brátení seru prúu v cievke) sa pri zväčšvaní prúu zväčšuje aj intenzita agnetickéh pľa, ký agnetická inukcia kesá. Pri hnte intenzity agnetickéh pľa k, ktrá sa nazýva kercitívna intenzita agnetickéh pľa, zenší sa agnetická inukcia v átke na nuvú hntu. Pri ďaš zväčšvaní intenzity agnetickéh pľa sa vzrka zagnetizuje pačne až nasýtenia. Pt začnee intenzitu pľa zenšvať a p siahnutí jej nuvej hnty zeníe päť ser prúu v cievke, až sa päť stanee bu S. Tý je jeen agnetizačný cykus uzavretý. Tent jav sa nazýva agnetická hysterézia a krivka sa vá hysterézna sučka vič s prú v agnetick pi - uvažujee pria viči s prú I, ktréh časť s ĺžku (aktívna ĺžka viča) je v hgénn agnetick pi - veľksť siy F pôsbiacej v hgénn pi na priay vič s prú je pria úerná jeh aktívnej ĺžke, prúu I a závisí aj agnetickéh pľa a phy viča v ň (keď je vič rvnbežný s inukčnýi čiarai agnetickéh pľa, je sia F nuvá, ký v phe kej na inukčné čiary sahuje axiu α I - pre veľksť agnetickej siy patí: F BI sin, ke B je agnetická inukcia a charakterizuje sivé pôsbenie agnetickéh pľa tent vzťah sa vá aj Apérv zákn - pre agnetickú inukciu patí: F N B, B T, jentku agnetickej inukcie je tesa I sin A. - sia F, ktrá pôsbí na priay vič s prú v hgénn agnetick pi s agneticku inukciu B, je ká na vič aj na agnetickú inukciu ser pôsbiacej siy ôžee určiť pcu Feingvh pravia ľavej ruky: Keď pžíe tvrenú ľavú ruku na vič tak, aby prsty ukazvai ser prúu a inukčné čiary vstupvai ane, natiahnutý paec ukazuje ser siy, ktru pôsbí agnetické pe na vič s prú 16..4sivé pôsbenie vch vičv s prúi - v kí viča s prú vzniká agnetické pe - va rvnbežné viče s prú, ktrých vziaensť je veľa enšia ak ich ĺžka, pôsbia na seba siu, ktrej veľksť je pria úerná súčinu prúv I 1 a I, ĺžke vičv a nepria úerná vziaensti vičv : I1I F k ak sú sery prúv rvnaké, viče sa priťahujú, ak sú rziene, puzujú sa - knštanta úernsti k závisí vľby sústavy jentiek a prstreia: 0r k, ke μ 0 je pereabiita vákua (μ 0 = 4π N.A -1 ) a μ r je reatívna pereabiita (uáva, kľkkrát väčšia (enšia) je pereabiita istéh átkvéh prstreia ak pereabiita vákua) - pre veľksť pôsbiacej siy patí: 0r I1I F 4

5 - pre veľksť agnetickej inukcie v bch, ktrých vziaensť priaeh viča s prú je I je, patí: I B - na zákae sivéh pôsbenia ezi viči s prú sa efinuje jentka prúu apér: apér je stáy prú, ktrý pre preche va priayi rvnbežnýi neknečne hýi viči zanebateľnéh prierezu, uiestnenýi v vákuu v vzájnej vziaensti 1, vyvá ezi týit viči siu s veľksťu newtna na 1 ĺžky viča 16..5častica s nábj v agnetick pi - na priay vič s prú ĺžky pôsbí v hgénn agnetick pi sia s veľksťu: F BI sin tút siu ôžee pvažvať za výsenicu pôsbiacich sí na vľné eektróny, ktré sa phybujú v viči - uvažujee, že v viči s ĺžku je N vľných eektrónv s cekvý nábj Ne, ktré sa phybujú rvnaku a knštantnu rýchsťu v v sere viča. Vziaensť prejú za čas t, t.j. prierez viča preje za čas t nábj. T zpveá prúu s veľksťu I. p v t saení stanee: F B vt sin vb sin t - na jeen vľný eektrón pôsbí sia, ktrej veľksť je: F evbsin - keď sa častica s nábj phybuje súčasne v eektrick a agnetick pi, pôsbí na ňu Lrentzva sia F L, ktrá je vektrvý súčt eektrickej siy F e a agnetickej siy F - za neprítnsti eektrickéh pľa je Lrentzva sia ttžná s agneticku siu - agnetická sia je ká na rýchsť častice s nábj a na agnetickú inukciu (ser pôsbiacej siy sa určuje pcu Feingvh pravia ľavej ruky) keď rýchsť častice s nábj je rvnbežná s agneticku inukciu, tak častice preetí týt pľ keď častica vnikne hgénneh agnetickéh pľa k na inukčné čiary, phybuje sa ďaej p kružnici v rvine kej na inukčné čiary per kružnicvej trajektórie určíe z rvnsti agnetickej a streivej siy: v v Bev R R Be v statných prípach sa častica bue phybvať p trajekórii tvaru skrutkvnice. Rýchsť častice sa rzeľuje na ve zžky: na rýchsť rvnbežnú v v v 1 s inukčnýi čiarai (tut rýchsťu preetí agnetické pe) a na rýchsťu kú na inukčné čiary (z tejt rýchsti určíe per skrutkvnice v R ) Be 5