§ 1 Токтардың өзара әсерi. Бұранда және сол қол ережесi. Магнит индукциясы. Магнит өрiсi



жүктеу 97.82 Kb.
Дата04.12.2018
өлшемі97.82 Kb.

www.testent.ru

Магнит өрiсi

§ 6.1 Токтардың өзара әсерi. Бұранда және сол қол ережесi.Магнит индукциясы. Магнит өрiсi


Қозғалмайтын электр зарядтары электр өрiсiн туғызады, қозғалатын зарядтар басқа өрiс – магнит өрiсiн туғызады.

Бұған иiлмелi өткiзгiшмен жасалған тәжiрибеден көз жеткiзуге болады. Егер екi параллель өткiзгiштер бойымен бiр бағытта ток өтсе, өткiзгiштер бiр бiрiне тартылады, ал егер ток бағыттары қарама-қарсы болса, онда өткiзгiштер бiр-бiрiнен тебiле бастайды.

Ток өтетiн өткiзгiштер арасындағы пайда болатын әсер магниттiк әсер деп аталады. Бұл жағдайда өткiзгiштердiң бiр-бiрiне әсер ететiн күштерiн магниттiк күштер деп атайды.

Электромагниттiк өрiстiң байқалуының бiр түрiн магнит өрiсi деп атайды [Видеоматериал]. Оның ерекшелiгi болып, ол өрiс тек қана электр заряды бар қозғалыстағы бөлшектер мен денелерге, сонымен қатар қозғалатын не қозғалмайтындығына байланыссыз магниттелген денелерге әсер ететiндiгi табылады.



Магнит индукциясының векторы магнит өрiсiнiң күштiк сипаттамасы болып табылады.

Магнит индукциясы векторының бағыты ретiнде ток әсерiнен туған кейбiр магнит өрiсiнде еркiн қозғала алатын магнит тiлшесiнiң оңтүстiк S полюсiнен солтүстiк N полюсiне бағыты алынған. Бұл бағыт тогы бар тұйық контурға түсiрiлген оң нормаль бағытымен сәйкес келедi.




6.1-сурет
Оң нормаль бағыты тұйық контурдағы токтың бағыты бойынша айналғандағы оң кесiлген бұранда ұшының iлгерiлемелi қозғалысымен сәйкес келедi (6.1 - сурет).

Тогы бар түзу сызықты өткiзгiштiң магнит тiлшесi жазықтығы өткiзгiшке перпендикуляр, ал центрi өткiзгiш өсiнде жатқан шеңбердiң жанамасы бойынша орналасады. Магнит индукциясы векторының бағытын Максвелл ережесi (бұранда ережесi) бойынша анықтайды:

егер бұранданы өткiзгiштегi ток бағыты бойынша бұраса, онда бұранда сабының қозғалыс бағыты магнит индукциясы векторының бағытына нұсқайды.

Магнит индукциясы векторының модулi магнит өрiсi тарапынан тогы бар өткiзгiштiң бiр бөлiгiне әсер ететiн максималды күштiң ток күшiнiң сол бөлiк ұзындығына көбейтiндiсiнiң қатынасына тең:

(6.1)



СИ жүйесiнде Магнит индукциясының бiрлiгi ретiнде бiр тесла (1 Тл) – ұзындығы 1 м өткiзгiш бөлiгiне 1 А ток күшi болғанда өрiс тарапынан Fmax = 1 H максималды күш әсер ететiн бiртектi өрiстiң магнит индукциясы қабылданған.

Егер векторлары өрiстiң барлық нүктелерiнде бiрдей болса, магнит өрiсiн бiртектi деп атайды.

Өрiстердiң суперпозиция принципi. Егер кеңiстiктiң берiлген нүктесiнде магнит өрiстерi магнит индукциясының векторлары 1,2,3 және т.б. болып келген әртүрлi магнит көздерiнен құралса, онда қорытынды магнит өрiсiнiң векторы мынаған тең болады:

=1+2+3+… (6.2)

Магнит өрiстерiн бейне түрiнде кескiндеу үшiн магнит индукциясы сызықтарын пайдаланады.





6.2-сурет

Магнит индукциясы сызықтары – әр нүктедегi жанамалары өрiстiң осы нүктелерiндегi векторының бағытымен сәйкес келетiндей етiп жүргiзiлген бейне сызықтар.

Тұрақты магнит орналасқан қағаз бетiне темiр ұнтақтарын сеуiп, магнит индукциясы сызықтарының толық сутеттер көрiнiсiн көзбе-көз көруге болады (6.2 - сурет).



Магнит индукциясының сызықтары әрқашан да тұйық және өрiс туғызатын тогы бар өткiзгiштердi қамтиды. Магнит индукциясы сызықтарының тұйықтығы табиғаттағы еркiн магнит зарядтарының бар болуының дәлелденбегендiгiмен түсiндiрiледi.

Тұйық күштiк сызықтары бар өрiстердi құйынды өрiстер деп атайды. Магнит өрiсi құйынды өрiс болып табылады.

Бiртектi өрiстiң магнит индукциясының сызықтары параллель болады.

Магнит өрiсi потенциалды болмайды, яғни тұйық контурдағы зарядтың орын ауыстыруы бойынша магнит өрiсiнiң жұмысы нөлге тең емес.



Магнит тiзбегi деп магнит өрiсi жинақталған кеңiстiктiң аймақтары немесе денелердiң жиынтығы аталады.

Магнит тiзбегiндегi магнит ағыны электр тiзбегiндегi ток күшi сияқты рөлдi атқарады.



Бет арқылы өтетiн магнит ағыны деп магнит индукциясы векторының модулiнiң жазық беттiң S ауданына және және векторларының арасындағы бұрыштың косинусына көбейтiндiсiне тең шаманы айтамыз, мұндағы - жазық бетке түсiрiлген нормаль:

(6.3)



СИ жүйесiнде магнит ағынының бiрлiгi ретiнде – бiр вебер (1 Вб) - өткiзгiштiң көлденең қимасы арқылы 1 Кл электр мөлшерi өткендегi кедергiсi 1 Ом электр тiзбегiндегi нөлге дейiн кемiген магнит ағыны алынады.

1 Вб магнит ағыны магнит индукциясы векторына перпендикуляр орналасқан ауданы 1 м2 бет арқылы өтетiн 1 Тл магнит индукциясы бар бiртектi магнит өрiсiнен туады.

§ 6.2 Ампер күшi – магнетизмнiң негiзгi заңы





6.3-сурет
Тогы бар өткiзгiшке магнит өрiсi тарапынан әсер ететiн күштi Ампер күшi деп атайды.

Ток элементiмен α бұрышын құрайтын индукциясы болатын магнит өрiсi тарапынан I тогы бар өткiзгiштiң аз ғана кесiндiсiне әсер ететiн Ампер күшiнiң модулi F мына формула бойынша анықталады:



(6.4)

Ампер күшiнiң бағыты сол қол ережесi бойынша анықталады (6.3.сурет):

егер сол қолды магнит индукциясының векторы алақанға кiретiндей етiп, ал төрт шығыңқы саусақ ток бағытына нұсқайтындай етiп орналастырса, онда 90o-қа иiлген үлкен саусақ өткiзгiш кесiндiсiне әсер ететiн күштiң бағытын көрсетедi.


§ 6.3 Лоренц күшi


Қозғалыстағы зарядталған бөлшекке магнит ағыны тарапынан әсер ететiн күштi Лоренц күшi деп атайды. Магнит өрiсiнде қозғалатын электрондардың бастапқы бағытынан ауытқуына әкелiп соғатын Лоренц күшi, табиғаттың көптеген құбылыстарында кездеседi. Мысалы, «полярлық шұғыла» құбылысы (6.4, 6.5 - суреттер).




6.4-сурет



6.5-сурет
Лоренц күшiнiң модулi ұзындығы Δl өткiзгiш бөлiгiне әсер ететiн F күшiнiң модулiнiң өткiзгiштiң осы бөлiгiндегi қалыптасып қозғалатын зарядталған бөлшектердiң N санына қатынасына тең:

(6.5)

мұндағы q – бөлшек заряды, ν – олардың қалыптасқан қозғалысының жылдамдығы, – магнит индукциясы векторының модулi, α - жылдамдық векторы мен магнит индукциясы векторының арасындағы бұрыш.






6.6-сурет
Лоренц күшiнiң бағыты сол қол ережесi бойынша анықталады (6.6 - сурет):

егер сол қолды заряд жылдамдығына перпендикуляр магнит индукциясының құраушысы алақанға кiретiндей етiп, ал төрт шығыңқы саусақ оң заряд қозғалысының бағытына нұсқайтындай етiп орналастырса, онда 90o-қа иiлген үлкен саусақ зарядқа әсер ететiн FЛ Лоренц күшiнiң бағытын көрсетедi.


§ 6.4 Заттың магниттiк қасиеттерi. Ферромагнетиктер


Заттың магниттiк қасиеттерiн қарастырғанда оларға магнетик деген терминдi қолданады.

Магнит өтiмдiлiгi μ - бұл ортаның магниттiк қасиеттерiн сипаттайтын өлшемсiз шама және ол ортаның магнит индукциясы векторының модулiнiң кеңiстiктiң сол нүктесiндегi вакуумдағы 0 магнит индукциясы векторының модулiне қатынасына тең:

(6.6)

Магнит өрiсiне енгiзiлген барлық денелер магниттеледi, яғни меншiктi магнит өрiсiн туғызады. Магниттiк қасиеттерi бойынша магнетиктер шартты түрде 3 топқа бөлiнедi: диамагнетиктер, парамагнетиктер және ферромагнетиктер.



Диамагнетиктер дегенiмiз сыртқы өрiс индукциясына қарама-қарсы бағытта бәсең магниттелетiн, яғни сытрқы магнит өрiсiн бәсеңдететiн заттар. Мысалы, күмiстiң, қорғасынның, кварцтың және көптеген газдардың да диамагнетиктiк қасиеттерi бар. Диамагнетиктерде μ<1. Өте күштi диамагнетик деп саналатын висмуттың магниттiк өтiмдiлiгi – μ=0.999824.

Парамагнетиктер дегенiмiз сыртқы өрiс индукциясы бағытында бәсең магниттелетiн заттар. Парамагнетиктердiң магниттiк өтiмдiлiгi бiрден сәл үлкен, μ>1. Ең күштi пармагнетиктiң бiрi - платина, оның өтiмдiлiгi μ=1.00036.

Ферромагнетиктер дегенiмiз магниттiк өтiмдiлiгi өте үлкен заттар, μ>>1.




6.7-сурет
Ферромагнетизм электрондардың магниттiк қасиеттерiмен түсiндiрiледi. Атом ядросының айналасында айналып жүрген әрбiр электронды меншiктi (спиндiк) магнит өрiсi тудыратын шеңбер бойындағы электр тогы ретiнде қарастыруға болады. Көптеген заттарда спиндiк магнит өрiстерi бiрiн-бiрi толықтырып отырады.(6.7 - сурет). Бiрақ кейбiр кристалдарда, мысалы темiрдiң кристалдарында электрон бөлшектерiнiң спиндiк магнит өрiсiнiң индукция векторларының паралелль бағытталуына жағдай туады. Осының нэтижесiнде кристаллдардың iшiнде бойы 10-2-10-4 болатын магниттелген аймақтар пайда болады. Осылай өз бетiнше магниттелетiн аймақтарды домендер деп атайды.

Әртүрлi домендерде магнит өрiсiнiң индукциялары әртүрлi бағытта болады. Сыртқы магнит өрiсiне ферромагнетиктi енгiзсе, сыртқы өрiс бойымен бағытталған домендердiң көлемi артады. Магниттелген заттардың магниттiк индукциясы өседi.

Берiлген ферромагнетик үшiн белгiлi бiр температурадан асқанда оның ферромагниттiк қасиеттерi жоғалады. Осы температураны Кюри температурасы деп атайды.


Есептердi шешудiң мысалдары.


Есеп 1. Индукциясы В = 0,2Тл бiртектi магнит өрiсiнде бойынан I = 5А ток ағып өтетiн, ұзындығы l = 15см өткiзгiш орналасқан. Өткiзгiшке F = 0,13Н –дық күш әсер етедi. Токтың бағыты мен магниттiк индукция векторы бағытының арасындағы α бұрышты анықтаңыз.

Шешуi. Өздерiңiз бiлетiндей,

,

сондықтан, α бұрышы мына формула арқылы анықталады:



.

.

Жауабы: Токтың бағыты мен магниттiк индукция векторы бағытының арасындағы бұрыш 60o-ты құрайды.

Есеп 2. Бiзден сурет жазықтығына қарай перпендикуляр бағытталған, индукциясы , бiртектi магнит өрiсiне 1-сурет жазықтығында жатқан массасы m және терiс q зарядты бөлшек жылдамдықпен ұшып кiредi. Лоренц күшiнен басқа күштердiң бәрiн ескермесек, бөлшек қалай қозғалған болар едi?

Шешуi. және есептiң шарты бойынша өзара перпендикуляр бағытталғандықтан,

,

және Лоренц күшi әр уақытта және векторларына перпендикуляр болады.

Бiрақ бұдан, -дiң тек жылдамық бағытын өзгертетiндiгi шығады , яғни центрге ұмтылушы үдеудi ar тудыратын күш болып табылады. Сондықтан, бөлшек, сызба жазықтығындағы радиусы r шеңбер бойымен қозғалады және

,

бұдан


.

екенiн ескерсек, айналым уақыты Т мынаған тең болады:

,

және бөлшектiң жылдамдығына тәуелдi болмайды. Оң бөлшектiң айналуы керi бағытта, яғни сағат тiлiне қарсы болатындығы анықтан-анық .



Есеп 3. Тыныштық күйде тұрған электрон электр өрiсiнде қозғала бастайды да 220В-тық потенциалдар айырымынан өтiп индукциясы 0,005Тл болатын бiртектi магнит өрiсiне тап болады. Электрон, осы магнит өрiсiнде, радиусы 1см болып келген шеңбер бойымен қозғалады. Электронның массасын анықта.

Шешуi. Энергияның сақталу заңы бойынша:

. (1)

Магнит өрiсiндегi қозғалыс - шеңбер бойындағы қозғалыс болып табылады, яғни:



.

Бiр жағынан, , себебi жылдамдық векторы магнит индукциясының векторына перпендикуляр. Сонымен, мына өрнектi аламыз:



. (2)

(1) және (2) өрнектердiң оң жақтарын теңестiре отырып, мына шаманы аламыз:



.

Осыдан жылдамдықты өрнектеймiз:



.

Бұл шаманы (1) өрнекке қоя отырып, iзделiп отырған массаны табамыз:



.

Өлшем бiрлiгiн тексеремiз:



.

Сан мәндерiн қоямыз:



.

Жауабы: электронның массасы 9,1·10-31кг-ға тең.

Есеп 4. 600В-тық үдемелi потенциалдар айырымынан өткен протон магниттiк индукциясы 0,3Тл бiртектi магнит өрiсiне ұшып кiредi де, шеңбер бойымен қозғалады. Шеңбер радиусын табыңдар.

Шешуi. Энергияның сақталу заңын жазып алайық:

.

Лоренц күшiнiң әсерiнен протон шеңбер бойымен қозғалады



.

Бұдан:


.

Өлшем бiрлiгiн тексеремiз:



.

Сан мәндерiн орнына қоямыз:



.

Жауабы: протон қозғалатын шеңбердiң радиусы 12мм.

Есеп 5. Индукциясы 0,1Тл болатын магнит өрiсiнде ұзындығы магниттiк индукцияның сызықтарының бағыттарына перпендикуляр бағытта айналатын стержень орналасқан. Айналу осi стерженнiң бiр шетi арқылы өтедi. Бет арқылы өтетiн, стержень әр-бiр айналым сайын тудыратын, магнит индукциясының ағынын анықта.

Шешуi. S ауданын тесiп өтетiн магнит индукциясының ағыны мына формула арқылы анықталады:

,

мұндағы - айналатын стержень суреттейтiн, ауданға түсiрiлген нормаль. Демек, . Сонда, магниттiк индукция ағыны мынаған тең болады:



.

Өлшем бiрлiгiн тексеремiз:



.

Сан мәндерiн қоямыз:





Жауабы: магниттiк индукция ағыны 1,256Вб-ге тең.

Түсiнiктеме сөздiк
Ампер күшi - тогы бар өткiзгiшке магнит өрiсiнiң тарапынан әсер етушi күш.

Бет арқылы өтетiн магнит ағыны - магнит индукциясы векторының модулiнiң жазық беттiң S ауданына және мен векторларының арасындағы бұрыштың косинусына көбейтiндiсiне тең шама, мұндағы - жазық бетке түсiрiлген нормаль.

Вебер - магнит ағынының өлшем бiрлiгi; В.Э.Вебердiң (W.E.Weber) құрметiне аталған. Вб немесе Wb арқылы белгiленедi .

Диамагнетиктер - сыртқы өрiс индукциясына қарама-қарсы бағытта бәсең магниттелетiн заттар.

Домендер - бойы 10-2-10-4 см болып келген кристалл iшiндегi өз бетiнше магниттелетiн аймақ.

Кюри температурасы - белгiлi бiр температурадан асқанда ферромагниттiк қасиеттерi жоғалатын сол берiлген ферромагнетиктiң температурасы.

Құйынды өрiс - тұйықталған күш сызықтары бар өрiс.

Лоренц күшi - қозғалыстағы зарядталған бөлшекке магнит ағыны тарапынан әсер етушi күш.

Магнит индукциясының векторы - магнит индукциясының күштiк сипаттамасы.

Магнит индукциясы сызықтары - әр нүктедегi жанамалары өрiстiң осы нүктелерiндегi векторының бағытымен сәйкес келетiндей етiп жүргiзiлген бейне сызықтар.

Магнит өтiмдiлiгi - бұл ортаның магниттiк қасиеттерiн сипаттайтын өлшемсiз шама және ол ортаның магнит индукциясы векторының модулiнiң кеңiстiктiң сол нүктесiндегi вакуумдағы магнит индукциясы векторының модулiне қатынасына тең.

Магнит тiзбегi - магнит өрiсi жинақталған кеңiстiктiң аймақтары немесе денелердiң жиынтығы.

Парамагнетиктер - сыртқы өрiс индукциясы бағытында (бәсең) жәй магниттелетiн заттар.

Тесла - магнит индукциясының өлшем бiрлiгi.



Ферромагнетиктер - магниттiк өтiмдiлiгi өте үлкен болып келетiн заттар.


Достарыңызбен бөлісу:


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет