1.Электрическое поле в диэлектрике.
Поле
в диэлектрике является суперпозицией
внешнего поля сторонних зарядов
и поля , созданного связанными зарядами
диэлектрика
,
т.е.
Здесь и - макрополя, т.е. усредненные по бесконечно малому физическому объему микрополя сторонних и связанных зарядов. Т.о. является также макрополем.
Напряженность поля связанных зарядов пропорциональна напряженности поля в диэлектрике, т.е.,
,
где
-
безразмерная величина – диэлектрическая
восприимчивость среды, характеризует
свойства диэлектрика, не зависит от
поля,
0.
Тогда
или в алгебраическом виде:
,
откуда найдем поле в диэлектрике:
,
где
относительная
диэлектрическая проницаемость среды,
как и
безразмерна, для вакуума и практически
для воздуха
,
т.к.
=0
для них.
Итак,
напряженность поля в диэлектрике
ослабляется в
раз по сравнению с полем в вакууме.
2.Сила Лоренца.
На заряд, движущийся в магнитном поле, действует сила, которая называется магнитной. Она зависит от заряда , скорости его движения и индукции магнитного поля в той точке, где в данный момент времени находится заряд.
Простейшее предположение состоит в том, что сила пропорциональна каждой из трех величин. Очевидно, что направление силы зависит от ориентации векторов скорости движения заряда и поля.
Опытным путем установлено, что сила, действующая на движущийся заряд в магнитном поле равна:
Это выражение используется для определения единицы индукции магнитного поля . При этом в системе СИ принимается равным единице, тогда:
Модуль
силы равен:
,
где
- угол между векторами
и
.
Магнитная сила направлена перпендикулярно
плоскости, в которой лежат векторы
и
и направлена для положительного заряда
в соответствии с правилом правого винта.
Т.к. магнитная сила перпендикулярна к скорости и перемещению частицы, то работы над частицей она не производит, значит, изменить энергию частицы она не может.
Если
заряженная частица движется одновременно
в электрическом и магнитном полях, то
на нее действует сила:
,
называемая силой Лоренца.
Найдем
силы электрического и магнитного
взаимодействия двух одноименных
одинаковых зарядов, движущихся вдоль
бесконечных прямых с одинаковой скоростью
,
рис.6.4. Для электрического взаимодействия:
,
для магнитного:
,
а
,
т.е.
.
Отношение этих сил:
Рис.6.4.
.
Направления сил
противоположны. При небольшой скорости заряда, например 300 км/c это отношение равно 10-6, т.е. очень мало. Однако при скоростях, близких к скорости света эти силы сравнимы. Кроме того, часто магнитная сила является единственной, т.к. электрические силы оказываются полностью компенсированными. Например, при движении зарядов в однородном проводнике он оказывается нейтральным и электростатические силы на него не действуют.
3.Опыт Эйнштейна и де – Хааса.
Вращаясь вокруг ядра, электрон подобен волчку, что проводит к магнитомеханическим явлениям, заключающимся в том, что намагничение магнетика приводит к его вращению и, наоборот, вращение магнетика вызывает его намагничение. Первое явление экспериментально доказано Эйнштейном и де Хаасом, второе – Барнеттом.
В основе опытов Эйнштейна и де Хааса были следующие соображения. Если намагнитить железный стержень, то магнитные моменты всех электронов установятся по полю, а механические – против. Появится суммарный механический момент электронов: , Вначале он был равным нулю. Поскольку момент импульса системы (стержень плюс электроны) - величина сохраняемая, то после намагничивания стержень приобретает момент импульса (- ) и приходит во вращение (подобно человеку на вращающемся стуле с колесом в руках). Из опыта было найдено, что:
.
Т.е. знак совпал, но отношение в два раза
превышало ожидаемое.
Барнетт, наоборот, вращал стержень и измерял его намагничение, при этом его результат, т.е. отношение оказалось таким же.
В дальнейшем выяснилось, что кроме орбитальных моментов электрон обладает собственным механическим и магнитным моментами, для которых отношение:
т.е. совпадает с опытами Эйнштейна де Хааса и Барнетта, это означает, что магнитные свойства железа обусловлены не орбитальным, а собственным магнитным моментом электрона.
Существование собственных моментов электрона первоначально пытались объяснить, рассматривая электрон как заряженный шарик, вращающийся вокруг своей оси (to spin – вращаться), но это привело к ряду противоречий. В настоящее время считают, что собственный механический момент (спин) и, связанный с ним собственный (спиновый) магнитный момент электрона являются такими же его неотъемлемыми свойствами, как его масса и заряд.
Б-14
Поляризованность. Связь между Р и Е.
Закон Ампера.
Собственный механический и магнитный моменты электрона. Магнетон Бора.