Чем обусловлено взаимодействие заряженных частиц
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Взаимодействие заряженных частиц объясняется тем, что каждая из них неразрывно связана с окружающим ее электрическим полем. Электрически заряженные частицы вещества и электрическое поле являются видами материи. Электрическое поле обладает энергией. Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим. [1]
Взаимодействие заряженной частицы с нейтральной существенно отличается от взаимодействия двух заряженных частиц. В первом случае силы короткодействующие и поэтому значительны лишь тогда, когда частицы находятся на расстоянии, сравнимом с их размерами. [2]
Взаимодействие заряженных частиц друг с другом осуществляется посредством электромагнитного поля. Это означает, что: а) заряженные частицы создают в окружающем пространстве электромагнитное поле, б) на заряженную частицу действует электромагнитное поле, существующее в данной точке пространства в данный момент времени. Поле, создаваемое точечным источником, пропорционально его заряду; воздействие поля на заряженную частицу пропорционально заряду этой частицы. [3]
Взаимодействие заряженных частиц приводит к их агрегированию. Наиболее заметно это явление для частиц мельче 5 мкм. Считается, что этот процесс определяется действием сил поверхностного взаимодействия неэлектростатической природы [18], а электростатические силы вносят незначительный эффект, но на самом деле они оказывают важное влияние на образование агрегатов. Так, электростатическая сила, действующая между двумя соприкасающимися частицами размером 0 5 мкм, несущими лишь по одному элементарному заряду, значительно больше силы молекулярного притяжения. Размер агрегатов определяется соотношением сил адгезии и механической силы, старающейся их разрушить. В особенности сильно проявляются электростатические силы при смешивании порошков разных веществ. Так, если смешивать порошки из диэлектрического и проводящего материала, образуются агрегаты, состоящие из заряженных диэлектрических частиц, окружающих частицу из проводящего материала. [4]
Взаимодействие заряженных частиц с нейтральными происходит только на очень малых расстояниях. [5]
Взаимодействие заряженных частиц плазмы посредством ку-лоновских сил вызывает ряд качественных особенностей, отличающих ее от обычного газа и дающих основание считать ее особым, четвертым, состоянием вещества. Сюда относится сильное взаимодействие плазмы с внешними электрическими магнитными полями, связанное с ее высокой электропроводностью. [7]
Взаимодействие заряженных частиц плазмы посредством дальнодействующих ку-лоновских сил обусловливает качественное своеобразие свойств плазмы по сравнению с обычными нейтральными газами. Поэтому плазму часто рассматривают как особое, четвертое, состояние вещества. Плазму отличает сильное взаимодействие с внешними электрическими и магнитными полями, обусловленное высокой электропроводностью плазмы. Вторая особенность плазмы состоит в том, что между заряженными частицами плазмы существует не парное, а коллективное взаимодействие, осуществляющееся через усредненные электрические и магнитные поля, которые создают сами эти частицы. Благодаря этим коллективным взаимодействиям плазма ведет себя как своеобразная упругая среда, в которой легко возбуждаются и распространяются различного рода колебания и волны. [8]
Хотя взаимодействие заряженных частиц с электромагнитным полем является слабым, мы не можем при рассмотрении формы линии ограничиться обычным приближением теории возмущений. [9]
При взаимодействии заряженных частиц энергия выделяется. Для того чтобы разделить заряженные частицы, следует затратить эту энергию. [10]
Оно описывает взаимодействие заряженных частиц по закону Кулона. [12]
В процессе взаимодействия заряженных частиц с веществом испускаются вторичные заряженные частицы, нейтроны, мгновенные у-кванты. [14]
Для описания взаимодействия заряженных частиц необходимо рассматривать частицы и поле как самостоятельную систему с бесконечным числом собственных степеней свободы. Поэтому невозможно строгое введение сил взаимодействия частиц, не содержащее полевых переменных. [15]
Электростатика. Взаимодействие зарядов. Два вида электрических зарядов.
Простые опыты по электризации различных тел иллюстрируют следующие положения.
1. Существуют заряды двух видов: положительные (+) и отрицательные (-). Положительный заряд возникает при трении стекла о кожу или шелк, а отрицательный — при трении янтаря (или эбонита) о шерсть.
2. Заряды (или заряженные тела) взаимодействуют друг с другом. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные заряды притягиваются.
3. Состояние электризации можно передать от одного тела к другому, что связано с переносом электрического заряда. При этом телу можно передать больший или меньший заряд, т. е. заряд имеет величину. При электризации трением заряд приобретают оба тела, причем одно — положительный, а другое — отрицательный. Следует подчеркнуть, что абсолютные величины зарядов наэлектризованных трением тел равны, что подтверждается многочисленными измерениями зарядов с помощью электрометров.
Элементарный электрический заряд (е) — это наименьший электрический заряд, положительный или отрицательный, равный величине заряда электрона:
Заряженных элементарных частиц существует много, и почти все они обладают зарядом +e или -e, однако эти частицы весьма недолговечны. Они живут меньше миллионной доли секунды. Только электроны и протоны существуют в свободном состоянии неограниченно долго.
Протоны и нейтроны (нуклоны) составляют положительно заряженное ядро атома, вокруг которого вращаются отрицательно заряженные электроны, число которых равно числу протонов, так что атом в целом электроцентралей.
В обычных условиях тела, состоящие из атомов (или молекул), электрически нейтральны. Однако в процессе трения часть электронов, покинувших свои атомы, может перейти с одного тела на другое. Перемещения электронов при этом не превышают размеров межатомных расстояний. Но если тела после трения разъединить, то они окажутся заряженными; тело, которое отдало часть своих электронов, будет заряжено положительно, а тело, которое их приобрело, — отрицательно.
Итак, тела электризуются, т. е. получают электрический заряд, когда они теряют или приобретают электроны. В некоторых случаях электризация обусловлена перемещением ионов. Новые электрические заряды при этом не возникают. Происходит лишь разделение имеющихся зарядов между электризующимися телами: часть отрицательных зарядов переходит с одного тела на другое.
Определение заряда.
Следует особо подчеркнуть, что заряд является неотъемлемым свойством частицы. Частицу без заряда представить себе можно, но заряд без частицы — нельзя.
Проявляют себя заряженные частицы в притяжении (разноименные заряды) либо в отталкивании (одноименные заряды) с силами, на много порядков превышающими гравитационные. Так, сила электрического притяжения электрона к ядру в атоме водорода в 10 39 раз больше силы гравитационного притяжения этих частиц. Взаимодействие между заряженными частицами называется электромагнитным взаимодействием, а электрический заряд определяет интенсивность электромагнитных взаимодействий.
В современной физике так определяют заряд:
Электрический заряд — это физическая величина, являющаяся источником электрического поля, посредством которого осуществляется взаимодействие частиц, обладающих зарядом.
Электромагнитное взаимодействие
С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозоном — фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля). Сам фотон электрическим зарядом не обладает, но может взаимодействовать с другими фотонами путём обмена виртуальными электрон-позитронными парами.
Из фундаментальных частиц в электромагнитном взаимодействии участвуют также имеющие электрический заряд частицы: кварки, электрон, мюон и тау-лептон (из фермионов), а также заряженные калибровочные W±-бозоны. Остальные фундаментальные частицы Стандартной Модели (все типы нейтрино, бозон Хиггса и переносчики взаимодействий: калибровочный Z0-бозон, фотон, глюоны) электрически нейтральны.
Электромагнитное взаимодействие отличается от слабого и сильного взаимодействия своим дальнодействующим характером — сила взаимодействия между двумя зарядами спадает только как вторая степень расстояния (см.: закон Кулона). По такому же закону спадает с расстоянием гравитационное взаимодействие. Электромагнитное взаимодействие заряженных частиц намного сильнее гравитационного, и единственная причина, по которой электромагнитное взаимодействие не проявляется с большой силой в космических масштабах — электрическая нейтральность материи, то есть наличие в каждой области Вселенной с высокой степенью точности равных количеств положительных и отрицательных зарядов.
В классических (неквантовых) рамках электромагнитное взаимодействие описывается классической электродинамикой.
Связанные понятия
В физике элементарных частиц электрослабое взаимодействие является общим описанием двух из четырёх фундаментальных взаимодействий: слабого взаимодействия и электромагнитного взаимодействия. Хотя эти два взаимодействия очень различаются на обычных низких энергиях, в теории они представляются как два разных проявления одного взаимодействия. При энергиях выше энергии объединения (порядка 100 ГэВ) они соединяются в единое электрослабое взаимодействие.
Упоминания в литературе
3.105 км/с. Важной характеристикой электромагнитных волн является длина волны. По этой характеристике различают: радиоволны – 102 см, рентгеновское излучение 2.10-8, рентгеновское излучение – 2.10-5 – 6.10-12, у – излучение взаимодействие электромагнитных волн с веществом, немецкий физик Гендрик Антон Лоренц выдвинул гипотезу о существовании электрона, т. е. малой электрически заряженной частички, которая в громадных количествах присутствует во всех весомых телах. Эта гипотеза объяснила открытое в 1896 г. немецким физиком П. Зееманом явление расщепления спектральных линий в магнитном поле. В 1897 г. У. Томсон экспериментально подтвердил наличие мельчайшей отрицательно заряженной частицы, или электрона.
Связанные понятия (продолжение)
Хи́ггсовский механи́зм или механи́зм Хи́ггса, предложенный английским физиком Питером Хиггсом в 1964 г. и основанный на предположении Филиппа Андерсона, — теория, которая описывает, как приобретают массы все элементарные частицы. Например, он делает Z-бозон отличным от фотона. Этот механизм может быть рассмотрен как элементарный случай тахионной конденсации, где роль тахиона играет скалярное поле, названное полем Хиггса. Массивный квант этого поля был назван бозоном Хиггса.
Взаимодействие заряженных частиц с веществом
Механизм передачи энергии заряженными частицами облучаемому веществу один и тот же. При прохождении через вещество заряженная частица теряет свою энергию, вызывая ионизацию и возбуждение атомов до тех пор, пока общий запас энергии уменьшается настолько, что частица утратит ионизирующую способность.
В зависимости от знака заряда при пробеге частицы в веществе она, испытывая электростатическое взаимодействие, притягивается или отталкивается от положительно заряженных ядер. Чем больше масса летящей частицы, тем меньше она отклоняется от первоначального направления. Поэтому траектория протонов и более тяжелых ядерных частиц практически прямолинейна, а траектория электронов сильно изломана вследствие рассеяния (отклонения) на орбитальных электронах и ядрах атомов. Этот вид взаимодействия легких частиц (электронов), при котором практически меняется лишь направление их движения, а не энергия, называют упругим рассеянием. При этом взаимодействии электрон передает лишь небольшую часть своей энергии ядру и меняется первоначальное направление движения. При прохождении электрона очень высокой энергии вблизи ядра наблюдается неупругое рассеяние (торможение). При этом скорость летящего электрона снижается, и часть его энергии испускается в виде фотона тормозного излучения. Тормозное излучение – это фотонное излучение, возникающее при уменьшении кинетической энергии заряженной частицы. (Источник: studyguide.ru). При неупругом рассеянии наблюдается также взаимодействие частиц с электронами облучаемого вещества, вызывающее ионизацию или возбуждение атомов.
Траектория электрона в веществе имеет сложный вид, связанный с характером взаимодействия. На начальном участке траектория электрона рассеивается на небольшие углы и траектория его мало отличается от прямой линии. С уменьшением энергии электрона (а она колеблется от 20 кэВ до 13,5 МэВ) угол рассеяния увеличивается, и электрон начинает двигаться по извилистой кривой.
Таким образом, основными результатами взаимодействия электронов высокой энергии с веществом являются следующие:
1. При неупругих столкновениях энергия затрачивается на ионизацию и возбуждение атомов среды, частично на преобразование в тормозное излучение.
2. При упругих столкновениях энергия преобразуется непосредственно в тепловое движение.
3. В легких веществах (Z≤ 13) тормозное излучение становится заметным при энергиях электрона больших чем 10 МэВ. При меньших энергиях преобладают потери энергии на ионизацию.
4. Первичные электроны создают положительные ионы и вторичные электроны, последние могут обладать энергией, достаточной для ионизации. На долю вторичных ионизаций приходится до 70% общей ионизации. При замедлении вторичные электроны могут создавать отрицательные ионы.
5. Траектория электронов при больших энергиях близкая к линейной. При уменьшении энергии электрон из-за рассеяния начинает двигаться по извилистой кривой.
6. Глубина проникновения электронов в веществе прямо пропорциональна их энергии и обратно пропорциональна плотности вещества.
Взаимодействие заряженных тел или частиц
Взаимодействие заряженных тел или частиц в самом простейшем случае описывается законом Кулона. Известно, что разноименные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются.
Способ соединения концов проводников, при котором осуществляют контактирование проводников, а затем сварку из концов, отличающийся тем, что с целью упрощения технологического процесса, контактирование концов проводников получают при помощи создания между ними электростатического поля от дополнительного источника постоянного напряжения, подключенного к проводникам.
Изменяя форму поверхности заряженных тел можно изменить конфигурацию образующихся полей. А это, в свою очередь, открывает возможность управлять силами, действующими на заряженные частицы (тела), помещенные в такое поле.
Способ разделения диэлектрических волокон по диаметрам в неравномерном электрическом поле, отличающимся тем, что с целью повышения эффективности процесса, разделение производят при постоянном градиенте квадрата напряженности поля, увеличивающейся в сторону электрода, имеющего тот же знак, что и поверхностный заряд.
При внесении незаряженного проводника в электрическое поле носители заряда приходят в движение. В результате у концов проводника возникают заряды противоположенного знака, называемые индуцированными зарядами.
Способ снятия потенциальной кривой коллектора электрической машины постоянного тока, заключающийся в перемещении элемента, обеспечивающего снятие электрического параметра, вдоль окружности коллектора работающей электрической машины, отличающийся тем, что с целью расширения функциональных возможностей, повышения точности и надежности, перемещение элемента, например датчика, использующего явление электростатической индукции, осуществляют над коллектором на постоянном расстоянии и измеряют на датчике величину заряда, наведенного зарядами коллекторных пластин, и по величинам зарядов определяют характер потенциальной кривой.
Это же явление используется для защиты различных объектов от воздействия электрических полей путем электрического экранирования и для получения сверхвысоких постоянных напряжений (генератор Ван-де Граафа).
При частичном введении диэлектрика между обкладками конденсатора наблюдается втягивание диэлектрика между обкладками.
Дозатор жидкости, содержащий герметичную емкость с регулятором уровня, выпускным сифоном и воздухоподводом, отличающийся тем, что с целью повышения надежности и упрощения конструкции, в канале воздухопроводящей трубы установлен частично погреженный в жидкость диэлектрик многоэлектродный электрический конденсатор, обкладки которого в момент выдачи жидкости соединены с источником напряженности.
Способ получения цементного клинкера путем подготовки, подогревания и спекания сырьевой смеси, отличающийся, тем что, с целью интенсификации процесса клинкерообразования, спекание осуществляют за счет пропуска через сырьевую массу электрического тока с напряжением 10-500 в.