ГДЗ по физике, 8 класс, Перышкин, номер 51.1: Магнитное поле

План решения:

• Вспомним основные положения планетарной модели атома Резерфорда-Бора: в центре находится положительно заряженное ядро, вокруг которого по орбитам движутся отрицательно заряженные электроны.
• Напомним определение электрического тока: это упорядоченное движение заряженных частиц.
• Свяжем эти два понятия, чтобы объяснить природу магнитных свойств вещества на микроскопическом уровне.

Вычисление и логический вывод:

Согласно планетарной модели, электрон обладает зарядом q=-e и массой m_e. Двигаясь по круговой орбите радиуса r со скоростью v, электрон совершает полный оборот за период времени T=2πr/v.

Электрический ток определяется как заряд, проходящий через сечение проводника за единицу времени. В случае электрона, движущегося по замкнутой орбите, можно представить условное сечение, через которое он проходит каждый раз при обороте. Тогда эквивалентный ток I_экв равен:

Знак минус указывает на то, что направление этого «микротока» противоположно направлению движения электрона (так как ток принято считать направленным по движению положительных зарядов).

Андре-Мари Ампер выдвинул гипотезу о существовании молекулярных токов для объяснения магнетизма. Если мы применим знания о строении атома задним числом, то увидим, что движущийся по орбите электрон действительно представляет собой крошечную петлю тока . Именно такие микроскопические токи, создаваемые электронами внутри атомов и молекул, являются физической основой того, что Ампер называл «молекулярными токами».

Проверка и итог:

Гипотеза согласуется с фактами: наличие собственного магнитного момента у электрона (спин) и орбитальный момент импульса создают суммарное магнитное поле атома. В немагнитных материалах векторы этих микротоков хаотично ориентированы и компенсируют друг друга, а в ферромагнетиках они выстраиваются в одном направлении, создавая макроскопическое магнитное поле. Таким образом, токи Ампера — это не абстракция, а реальные движения электронов в атомах.