로렌스 힘과 갈바노마그네틱 효과

움직이는 하전 입자에 적용되는 힘

전하를 띤 입자가 주변 자기장에서 움직이면 움직이는 입자의 내부 자기장과 주변 자기장이 상호 작용하여 입자에 가해지는 힘을 생성합니다. 이 힘은 입자의 운동 방향을 바꾸는 경향이 있습니다. 전하를 가진 단일 이동 입자가 외관을 유발합니다. Bio-Savara 자기장.

엄밀히 말하면 바이오-사바트 장은 많은 하전 입자가 움직이는 무한히 긴 와이어에 의해서만 생성되지만, 그 입자를 통과하는 개별 입자의 궤적 주위의 자기장의 단면은 동일한 원형 구성을 갖습니다.

그러나 Bio-Savart 필드는 공간과 시간 모두에서 일정하며 공간의 특정 지점에서 측정된 개별 입자의 필드는 입자가 이동함에 따라 변경됩니다.

Lorentz의 법칙은 자기장에서 움직이는 전하를 띤 입자에 작용하는 힘을 정의합니다.:

F=kQB(dx/dt),

여기서 B - 입자의 전하; B는 입자가 움직이는 외부 자기장의 유도입니다. dx/dt - 입자의 속도; F — 입자에 작용하는 힘 k — 비례 상수.

전자의 궤적을 둘러싼 자기장은 전자가 접근하는 영역에서 볼 때 시계 방향으로 향합니다. 전자의 운동 조건에서 자기장은 외부 자기장을 향하여 표시된 영역의 아래쪽 부분에서 약화되고 외부 필드와 일치하여 위쪽 부분에서 강화됩니다.

두 요인 모두 전자에 가해지는 하향 힘을 초래합니다. 외부 필드의 방향과 일치하는 직선을 따라 전자의 자기장은 외부 필드에 대해 직각을 향합니다. 필드의 이러한 상호 수직 방향으로 인해 상호 작용은 어떤 힘도 생성하지 않습니다.

요컨대, 음으로 하전된 입자가 평면에서 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하고 외부 자기장이 체계의 깊이에서 관찰자에 의해 지시되면 입자에 적용된 로렌츠 힘은 위에서 아래로 향합니다.

궤도가 외부 자기장의 힘 벡터에 수직인 음전하를 띤 입자에 작용하는 힘

로렌스의 힘

공간에서 움직이는 전선은 이 공간에 존재하는 자기장의 힘선을 가로지르며, 그 결과 전선 내부의 전자에 일정한 기계적 강제력이 작용합니다.

자기장을 통한 전자의 이동은 와이어와 함께 발생합니다.이 움직임은 도체의 움직임을 방해하는 힘의 작용에 의해 제한될 수 있습니다. 그러나 와이어의 이동 방향에서 전자는 전기 저항의 영향을 받지 않습니다.

이러한 와이어의 두 끝 사이에는 이동 속도와 자기 유도에 비례하는 Lorentz 전압이 생성됩니다. 로렌츠 힘은 와이어를 따라 한 방향으로 전자를 이동시켜 다른 쪽보다 와이어의 한쪽 끝에 더 많은 전자가 축적되도록 합니다.

이러한 전하의 분리에 의해 생성된 전압은 전자를 다시 균일한 분포로 되돌리는 경향이 있으며 결국에는 와이어의 속도에 비례하는 일정한 전압을 유지하면서 평형이 이루어집니다. 와이어에 전류가 흐를 수 있는 조건을 만들면 원래 Lorentz 전압과 반대되는 전압이 회로에 설정됩니다.

사진은 로렌츠 힘을 입증하기 위한 실험 설정을 보여줍니다. 왼쪽 이미지: 모양 오른쪽: 로렌츠 힘 효과. 전자는 오른쪽 끝에서 왼쪽으로 날아가고 자기력은 비행 경로를 가로질러 전자빔을 아래쪽으로 편향시킵니다.

전류는 전하의 질서 있는 이동이기 때문에 전류가 흐르는 도체에 대한 자기장의 영향은 개별 이동 전하에 작용한 결과입니다.

Lorentz 힘의 주요 응용 분야는 전기 기계(발전기 및 모터)입니다.

자기장에서 전류가 흐르는 도체에 작용하는 힘은 각 전하 운반체에 작용하는 로렌츠 힘의 벡터 합과 같습니다. 이 힘을 Ampere의 힘이라고 합니다.암페어 힘은 전류가 흐르는 도체에 작용하는 모든 로렌츠 힘의 합과 같습니다. 바라보다: 암페어의 법칙

갈바노마그네틱 효과

음전하를 띤 입자의 궤적 편차를 유발하는 Lorentz 힘의 작용에 대한 다양한 결과 - 고체를 통해 이동하는 전자를 갈바노 자기 효과라고합니다.

자기장에 놓인 솔리드 와이어에 전류가 흐르면 전류를 전달하는 전자가 전류 방향과 자기장의 방향 모두에 수직인 방향으로 편향됩니다. 전자가 더 빨리 움직일수록 더 많이 편향됩니다.

전자의 편향의 결과로 전위의 구배가 전류 방향에 수직인 방향으로 설정됩니다. 더 빠르게 움직이는 전자가 더 느리게 움직이는 전자보다 더 많이 편향된다는 사실 때문에 전류의 방향에 수직인 열 구배가 발생합니다.

따라서 갈바노마그네틱 효과에는 전기 및 열 현상이 포함됩니다.

전자가 전기장, 열장 및 화학장의 영향을 받아 움직일 수 있다는 점을 감안할 때 갈바노마그네틱 효과는 강제장의 유형과 결과 현상(열 또는 전기)의 특성에 따라 분류됩니다.

"갈바노마그네틱"이라는 용어는 고체에서 관찰되는 특정 현상만을 의미하며, 감지할 수 있는 양으로 움직일 수 있는 유일한 종류의 입자는 "자유 작용제" 또는 소위 정공 형성을 위한 작용제로 기능하는 전자입니다.따라서 갈바노마그네틱 현상은 관련된 캐리어의 유형(자유 전자 또는 정공)에 따라 분류됩니다.

열 에너지의 징후 중 하나는 임의 방향의 궤적을 따라 임의의 속도로 임의의 고체 물질의 전자 일부가 지속적으로 이동하는 것입니다. 이러한 움직임이 완전히 임의적인 특성을 갖는다면 전자의 모든 개별 움직임의 합은 0이 되고 로렌츠 힘의 영향 하에서 개별 입자의 편차 결과를 감지하는 것은 불가능합니다.

전류가 있는 경우 동일한 또는 동일한 방향으로 이동하는 특정 수의 하전 입자 또는 캐리어에 의해 전달됩니다.

고체에서 전류는 전자의 원래 무작위 운동에 대한 일반적인 단방향 운동의 중첩 결과로 발생합니다. 이 경우 전자 활동은 부분적으로는 열 에너지 효과에 대한 무작위 응답이고 부분적으로는 전류를 생성하는 효과에 대한 단방향 응답입니다.

일정한 자기장에서 원형 궤도를 따라 움직이는 전자빔. 이 튜브에서 전자의 경로를 나타내는 보라색 빛은 전자와 가스 분자의 충돌에 의해 생성됩니다.

전자의 모든 움직임은 로렌츠 힘의 작용에 반응하지만 전류 전달에 기여하는 움직임만 갈바노자기 현상에 반영됩니다.

따라서 갈바노마그네틱 현상은 고체를 자기장에 놓고 전자의 움직임에 단방향 운동을 추가한 결과 중 하나이며, 초기 조건에서는 본질적으로 무작위였습니다. 이러한 조건 조합의 결과 중 하나는 다음과 같습니다. 단방향 운동에 수직인 방향으로 운반체 입자의 모집단 구배가 나타납니다.

로렌츠 힘은 모든 캐리어를 와이어의 한쪽으로 이동시키는 경향이 있습니다. 캐리어는 하전 입자이기 때문에 이러한 밀도의 구배는 로렌츠 힘의 균형을 맞추는 전위 구배를 생성하고 자체적으로 전류를 여기시킬 수 있습니다.

이러한 전류가 있는 경우 로렌츠 힘, 갈바노마그네틱 전압 및 저항 전압 간에 3성분 평형이 설정됩니다.

전자의 무작위 이동은 물질의 온도에 의해 결정되는 열 에너지에 의해 지원됩니다. 입자를 한 방향으로 계속 이동시키는 데 필요한 에너지는 다른 소스에서 가져와야 합니다. 후자는 물질 자체 내부에서 형성될 수 없으며, 평형 상태에 있는 경우 에너지는 환경에서 와야 합니다.

따라서 갈바노마그네틱 변환은 캐리어 모집단 기울기의 출현 결과인 전기적 현상과 관련이 있습니다. 이러한 구배는 자기장에 배치되고 외부 환경으로부터 다양한 영향을 받을 때 고체에 설정되어 초기 조건에서 이동이 무작위인 캐리어의 일반적인 단방향 이동을 유발합니다.

갈바노마그네틱 효과의 분류

6가지 주요 갈바노마그네틱 효과가 알려져 있습니다.

1.홀 효과 - 강제 전기장의 영향 하에서 이동하는 동안 캐리어의 편향의 결과로서 전위의 구배의 출현. 이 경우 정공과 전자는 동시에 또는 개별적으로 반대 방향으로 이동하므로 같은 방향으로 편향됩니다.

바라보다 - 홀 센서 애플리케이션

2. 너스트 효과 - 정공과 전자가 동시에 또는 개별적으로 동일한 방향으로 이동하여 반대 방향으로 벗어나는 동안 강제 열장의 영향으로 이동하는 동안 캐리어의 편향으로 인한 전위 구배의 출현.

3. 광전자기 및 기계전자기 효과 - 강제 화학장의 영향 하에서 이동하는 동안 캐리어의 편향의 결과로서 전위의 기울기의 출현(입자 모집단의 기울기). 이 경우 쌍으로 형성된 정공과 전자는 같은 방향으로 함께 이동하므로 반대 방향으로 편향됩니다.

4. Ettingshausen과 Riga의 영향 — Leduc - 핫 캐리어가 콜드 캐리어보다 더 많이 편향될 때 캐리어 편향의 결과로 열 구배의 출현. 홀 효과와 관련하여 열 구배가 발생하면 이 현상을 Ettingshausen 효과라고 하고, Nernst 효과와 관련하여 발생하면 Rigi-Leduc 효과라고 합니다.

5. 구동 전기장의 영향 하에서 캐리어가 이동하는 동안 편향의 결과로 전기 저항이 증가합니다. 동시에 캐리어가 한쪽으로 이동하고 캐리어가 캐리어 방향으로 이동하는 거리가 감소하여 도체의 유효 단면적이 감소합니다. 직선 경로가 아닌 곡선 경로를 따라 이동하기 때문에 경로의 확장으로 인해 전류가 흐릅니다.

6. 위와 같은 조건 변화에 따른 열저항 증가.

홀 효과 센서

주요 복합 효과는 두 가지 경우에 발생합니다.

• 위의 현상으로 인한 전위 구배의 영향으로 전류 흐름에 대한 조건이 생성되는 경우;
• 위의 현상으로 인한 열 구배의 영향으로 열 흐름을 형성하기 위한 조건이 생성될 때.

또한 갈바노자기 효과 중 하나가 하나 이상의 비전자기 효과와 결합되는 결합 효과가 알려져 있습니다.

1. 열 효과:

• 온도 변화로 인한 캐리어 이동도 변화;
• 전자 및 정공 이동도는 온도에 따라 다양한 정도로 변합니다.
• 온도 변화로 인한 캐리어 인구 변화;
• 온도 변화로 인해 전자 및 정공 개체군이 다양한 정도로 변합니다.

2. 이방성의 영향. 결정질 물질의 이방성 특성은 등방성 특성으로 관찰되는 현상의 결과를 변경합니다.

3. 열전 효과:

• 따뜻한 매체와 차가운 매체의 분리로 인한 열 구배는 열전 효과를 생성합니다.
• 캐리어 바이어스의 결과로 열전 효과가 향상되고, 캐리어 인구의 변화로 인해 물질의 단위 부피당 화학적 포텐셜이 변경됩니다(네르스트 효과).

4. 강자성 효과. 강자성 물질의 캐리어 이동성은 자기장의 절대 강도와 방향에 따라 달라집니다(가우시안 효과에서와 같이).

5. 치수의 영향. 신체가 전자 궤적에 비해 크기가 큰 경우 신체 체적 전체에 걸친 물질의 특성이 전자 활동에 지배적인 영향을 미칩니다. 신체의 크기가 전자 궤적에 비해 작다면 표면 효과가 우세할 수 있습니다.

6. 강한 장의 영향. 갈바노마그네틱 현상은 캐리어가 사이클로트론 궤적을 따라 이동하는 시간에 따라 달라집니다. 강한 자기장에서 캐리어는 이 경로를 따라 상당한 거리를 이동할 수 있습니다. 서로 다른 가능한 갈바노마그네틱 효과의 총 수는 200가지가 넘지만 실제로 각각 위에 나열된 현상을 결합하여 얻을 수 있습니다.

또한보십시오: 전기와 자기, 기본 정의, 움직이는 하전 입자의 유형