1. Электрмагниттік рекеттесу, оны сипаттамалары. Классикалы электрдинамиканы пні жне дістері, баса физика пндері арасындаы орны

Название	1. Электрмагниттік рекеттесу, оны сипаттамалары. Классикалы электрдинамиканы пні жне дістері, баса физика пндері арасындаы орны
Анкор	fizika1111111111111.docx
Дата	17.03.2018
Размер	0.89 Mb.
Формат файла
Имя файла	fizika1111111111111.docx
Тип	Документы #16769
страница	1 из 5

1 2 3 4 5

1.Электрмагниттік әрекеттесу, оның сипаттамалары. Классикалық электрдинамиканың пәні және әдістері, басқа физика пәндері арасындағы орны.

Зарядталған бөлшектердің арасындағы өзара әрекеттесу электромагниттік әрекеттесу - деп аталады. Бұл процесс – электр заряды не магниттік моменті бар бөлшектер арасындағы электрмагниттік өріс арқылы берілетін өзара әсер. Электромагниттік өзара әсерлесудің де өзіндік әмбебап қасиеттері бар, олар өзара тартылыс (әр түрлі зарядтар арасында) және тебіліс (бірдей зарядтар арасында) қүбылыстары байқалады.

Әр түрлі зарядтардың әрекеттесу жағдайында тартылыс әсері, ал бірдей зарядтар әрекеттескенде тебілу әсері байқалады. Электромагниттік зарядтар қатысуымен болатын барлық процестерде заряд, импульс, энергия сақталу заңдары орындалады.

Электромагниттік байланыстың арқасында атомдар, молекулалар және макроскопиялық денелер пайда болады. Электр туралы ғылымның дамуының алғашқы кезеңінде бұл өзара әрекеттесудің электрлік және магниттік компоненттері бір-бірне байланыссыз түрде қарастырылды. Максвелл бұл екі күштің бір-бірімен тығыз байланысты екендігін дәлелдеді.

Ортаның электрлік және магниттік қасиеттер арасында келесі қатыс бар:

Электромагниттік өрісті сипаттайтын физикалық шамалар арасында келесі қатыс бар:

- магнит тұрақтысы

ɛ=1,

ортаның магниттік өтімділігі

Максвелл теңдеулері электр және магнит өрістеріне қатынасты симметриялы емес. Статционар өріс үшін

Классикалық электродинамика – макроскопиялық теорияларға жатады, қолданылу ауқымы үлкен болғанымен, шектелген; Яғни өрістің және зарядтардың дискретті сипаты құбылыстарға әсерін тигізбейтін кезде ғана электродинамика қорытындылары дұрыс болады. Теориялық физиканың маңызды бөлімі классикалық электродинамика мен арнаулы салыстырмалық теория болып табылады. Бұл мәселелер физика курсының бағдарламасында алатын орны үлкен. Сол себепті болашақ физика пәнінің оқытушысының бұл саладан білімі терең болуы тиіс. Сонымен бірге болашақ ғалым, инженер және техникалық қызметкер үшін де электродинамикадан білімі таяз болмағаны қажет. Осы тұрғыдан теориялық физика пәнінің оның ішінде классикалық электродинамиканың болашақ маман үшін маңызы жоғары.

2. Электр заряды. Заряд және ток тығыздығы. Зарядтың сақталу заңы. Вакуумдағы электрмагниттік өріс, оның зарядталған бөлшектерге әсері, өріс көздері.

Электр заряды – бөлшектер мен денелердің сыртқы электрмагниттік өріспен өзара әсерін, сондай-ақ олардың электрмагниттік өрістерінің өзара байланысын анықтайтын негізгі сипаттамалардың бірі. Э. з. 2 түрге ажыратылады және ол шартты түрде оң заряд және теріс заряд деп аталады. Э. з-ның бірліктердің халықаралық жүйесіндегі (СИ) өлшеу бірлігі – кулон (к).

Ток тығыздығы- ток бағытына перпендикуляр беттің бірлік аудан арқылы өтетін ток күшімен анықталадыБұл өрнектен беттен өтетін ток күші осы беттен өткен ток тығыздығының векторының ағынына тең екені шығады Ток тығыздығын өткізгіштегі зарядтардың реттелген қозғалысының жылдамдығы, ток тасмалдаушылардың концентрациясы және тасымалдаушылардың элементар заряды арқылы төмендегідей өрнектеуге болады

Дененiң электрлену кезiнде электр зарядының сақталу заңы орындалады: тұйық жүйеде барлық бөлшектердiң зарядтарының алгебралық қосындысы өзгерiссiз қалады. Жүйе тұйық деп аталады, егер зарядталған бөлшектер одан сыртқа шықпаса және сырттан оған енбесе. .

Зарядтың сақталу заңы бойынша зарядталған, бiр оң және бiр терiс зарядтардан тұратын, бөлшектер тек қосарланып қана пайда болады және жоғалады, мысалы, протон және антипротон, электрон және позитрон.

Электростатикалық өріс деп – қозғалмайтын электр зарядының өрісін айтады.

Оның вакуумдегі таралу жылдамдығы 300 000 км/с (жарықтың таралу жылдамдығымен бірдей). Біртекті изотроптық ортада электрлік кернеулік (Е) және магниттік кернеулік (Н) бірбіріне және толқынның таралу бағытына перпендикуляр болады, яғни электромагниттік толқын колденең толқын болып табылады. Кеңістіктің кез келген нүктесінде Е және Н толқындарының фазасы бірдей болады.

Вакуумдегі электромагниттік өріс үшін мынадай болып түрленеді:

Теңдеулердің бұл жазылымында электр және магнит өрістерінің арасындағы байланыстар ерекше айқын көрініп тұр. Олардың біреуінің уақыт бойынша өзгерісі басқа вектордың құйынды өрісін туғызады. Айнымалы электромагниттік өріс тербелістерінің кеңістікте таралуын электромагниттік толқын деп атайды. Максвеллдің болжамы бойынша электромагниттік толқын тогы бар өткізгіштің бойымен, диэлектрикте және электр зарядтары жоқ вакуумде де тарала алады. Максвелл теориясынан шығатын аса маңызды салдардың бірі — электромагниттік толқынның таралу жылдамдығының шектілігі. Оның есептеулері бойынша электромагниттік толқынның таралу жылдамдығы: $c = \frac{1}{\sqrt{\epsilon_0 \mu_0}} = 3 \cdot 10^8$ м\с, (3.1)

мұндағы $\epsilon_0 = 8,854 \cdot 10^{-12}$ Ф\м — электрлік және $\mu_0 = 1,257 \cdot 10^{-6}$ Гн\м— магниттік тұрақтылар. Бұл электромагниттік өрістің іргелі қасиеті. Электромагниттік толқынның ортадағы таралу жылдамдығы Максвелл формуласы бойынша анықталады: $\nu = \frac{c}{n} = \frac{c}{\sqrt{\epsilon \mu}}$ , (3.2)

мұндағы — ортаның сыну көрсеткіші, — ортаның диэлектрлік және — магниттік өтімділіктері.
Электромагниттік толқынның теориялық есептеулер арқылы табылған вакуумдегі жылдамдығы тікелей өлшенген жарық жылдамдығына тең болуының маңыздылығы ерекше

3.Электр және магнит өрістері. Электр өрісінің кернеулігі, магнит өрісінің индукциясы, суперпозиция принципі. Лоренц күші. Электрмагниттік өрістің электр және магнит өрістеріне жіктелуінің салыстырмалылығы. Е және В векторларын электрмагниттік өріс күйінің айнымалы сипаттамалары ретінде қарастыру.

Магнит өрісі

Электр зарядын қоршаған ортада электростатикалық өріс болатыны сияқты токтарды қоршаған ортада магнит өрісі болады. Магнит өрісі осы өріске әкелінген тоғы бар өткізгішке әсер ететін күш арқылы білінеді.

Токтардың магниттік өзара әсерлесуі материяның ерекше түрі – магнит өрісі - арқылы жүзеге асады. Магнит өрісінің негізгі қасиеті – сол өрісте орналасқан тогы бар өткізгішке күштің әсер етуі. Магнит өрісінің қасиеттерін зерттеу үшін тогы бар рамка қолданылады.

Берілген нүктедегі магнит өрісінің бағыты ретінде рамкаға жүргізілген

оң нормалінің өрістегі бағыты алынады. Тогы бар рамкаға әсер ететін күштер жұбының айналдыру моменті

,

мұндағы

- тогы бар рамканың магниттік моменті,

- магнит индукциясының векторы деп аталатын магнит өрісінің сандық сипаттамасы.

Магнит индукциясы векторының дивергенциясы әрқашан нольге тең, себебі табиғатта магнит зарядтары жоқ.

Біртекті магнит өрісінің берілген нүктесіндегі магнит индукциясы магниттік моменті бірге тең рамкаға, оған жүргізілген оң нормаль өріс бағытына перпендикуляр болғандағы, әсер ететін максималды айналдыру моменті арқылы анықталады.

Магнит индукцияның өлшем бірлігі - тесла (Тл).
Электр өрісінің кернеулігі деп өрістің берілген нүктесіндегі бірлік оң зарядқа әсер ететін күшпен анықталатын шаманы айтады.

Электростатикалық өрістің күштік сипаттамасы ретінде берілген нүктедегі электр өрісінің кернеулік векторы алынады:

, (2.3) мұндағы

- өрістің сол нүктесінде орналасқан сыншы

зарядқа әсер етуші күш..Вакуумдегі нүктелік заряд өрісінің кернеулігі:

немесе

. (2.4)

Электр өрісі кернеулігінің өлшем бірлігі – В/м.

Магнит өрісінде

жылдамдықпен қозғалатын

электр зарядына әсер етуші күшті Лоренц күші деп атайды:

. (24.2)

Лоренц күшінің бағыты сол қол ережесі бойынша анықталады. Лоренц күшінің модулі:

, мұндағы

және

векторларының арасындағы бұрыш.
4. Кулон заңы және вакуумдағы электрстатиканың теңдеулері.

Кулон заңы — екі нүктелік электрикалық зарядтардың өзара әсерін сиппаттайтын заң.

Кулон заңы - тыныштықтағы екі нүктелік зарядтар зарядтардың модульдерінің көбейтіндісіне тура пропорционал, ара қашықтықтың квадратына кері пропорционал, таңбасы зарядтардың таңбаларының көбейтіндісімен бірдей, ал бағыты екі зарядты қосатын түзу бойымен бағыттас күшпен өзара әсер етеді

Векторлы түрде Ш. Кулон заңы тұжырымы былай жазылады:

$\vec{f}_{12}=k\cdot\frac{q_1 \cdot q_2}{r_{12}^2} \cdot \frac{\vec{r}_{12}}{r_{12}},$

мұндағы — 1 заряд 2 зарядқа әсер ететін күш; — зарядтар шамасы; — радиус-вектор (модулә -ге тең 1 зарядтан 2 зарядқа бағытталған вектор); — пропорционалдық коэффициенті. Осылайша, заңға сәйкес біртекті зарядтар бір-бірін итереді (ал әртекті — тартады).

Электрстатикалық өріс теңдеулері

Кернеулік

Суперпозиция

Потенциал

5. Био – Савар – Лаплас заңы және вакуумдағы стационарлық өрістің теңдеулері. Электрмагниттік индукция және Фарадей заңы.
Био-Савар Лаплас заңы кез келген бір тоғы бар өткізгіштін элемент өрісінің бір нүктесіндегі магнит өрісінің бағыты мен шамасын анықтайды,

Модулі

Би Савар Лаплас заның қарапайым жүйенің магнит өрісін есептеу үшін қолдану . 1) Дөнгелек тоқтын центріндегі магнит өрісін анықтау

,

2. шексіз түзу өткізгіштің бойымен өткен тоқтын магнит өрісі

3. үзын соленойд немесе катушка ішіндегі магнит индуқциясы

мұндағы n бірлік ұзындығына келетін орам саны.

Магнит индукциясының күш сызықтары үшін,к.к нүктедегі жанамасы осы нүктедегі индукция вект.мен бағыттас сызық.н аламыз. Магнит инд.ң күш сызық.ң электр өрісінің кернеулік сызықтарынан ерекшеліг-ол әр уақытта тұйық болады.күш сызықтары тұйық болғандықтан оларды құйынды д.а.

Электромагниттік индукция құбылысы. Бұл құбылысты ағылшын физигі М.Фарадей 1831 жылы ашты.Бұл, тұйық өткізуші контурда, осы контур қамтитын, магниттік индукциялар ағынының өзгеруі кезінде, индукциялық атауын алған электр тогының туындауы болып табылады.

электромагниттік индукция құбылысының негізгі заңы немесе Фарадей заңы деп аталады, әрі бұл универсиалды заң.

Ei = -(dФ/dt) фарадей заңы

Φ = B · S · cos α магнит ағыны

6. Электр зарядының сақталу заңы және Максвеллдің ығысу тогы туралы гипотезасы
Электрстатикалық өріс

Электр зарядының сақталу заңы. Заттардын аса алуан түрлерінің болатындығына қарамастан,табиғатта электр зарядтарының 2 типі ғана өмір сүреді: былғарыға үйкелінген шыныда осындай пайда болатын заряд олады он деп аталады және теріге үйкелеген эбонитте осындай пайда болатын зарядтар теріс деп аталады. Бір атаулы зарядтар бір бірін тебеді ,әртүрлі атаулы зарядтар – бір бірін тартады.

Американдық физик Р.Милликен тәжірбиелік электр заряды дискретті екенін көрсетіп береді, яғни кез келген дененін заряды е элементар электр зарядынан бастап (е = 1.6•

кл

тұтастай еселік зарядтарды құрайды. Электрон (

= 9.11

және пратон

=1.67•

кг) элементар теріс он зарядтардың тасушылары болып саналады.

Электр заряды – релявистік инвариантты шама, яғни есептеу жүйесіне қатысты емес, сондықтан бұл заряд козғала ма немесе тыныштықтама, оған қатысты емес.

Дененін еркін зарядтарынын шоғырлануына қатысты өткізгіштерге,диэлектриктерге және шала өткізгіштерге бөлінеді.

Өткізгіштер –электр заряды онынбүкіл көлемі бойынша орын ауыстыра алатынг дене.Өткізгіштер 2 топка бөлінеді 1)бірінші түрдегі өткізгіштер(металдар) – ондағы зарядтарды тасымалдау химиялық түрлендірулермен қоса жүрмейді.2)екінші түрдегі өткізгіштер(мысалы, балқыған тұзда , қышқылдын ерітінділені) – ондағы зарядтарды тасымалдау химялық өзгерістерге әкеледі.

Диэлектриктер(мысалы, шыны , пластмасс) іс жүзіндегі еркін зарядтар жоқ денелер.

Шала өткізгіштер ( мысалы , германий , кремний ) өткізгіштер мен диэлектриктер арасындағы аралық жағдайды иеленеді.Дененлердін бөлінуі өте шартты болып саналады, бірақ ондағы еркін зарядтар концентрациясынын үлкен айырмашылығы олардың тәртәбәндегә аса зор үлкен сапалық айырмашылықпен байланысты , сондықтан денелер өткізгіштерге, диэлектриктриктерге және шала өткізгіштерге бөлінеді.Электр зарядының бірлігі кулон

Максвеллдің ығысу тогы туралы гипотезасы.Максвелл электр және магнит өрістері туралы эксперименттік нәтижелерін қорыта келе кез келген зарядтар мен токтар жійесі туғызатын электромагниттік өрістін біріңғай теориясын ашты. Максвелл кез келген магнит өрісі өзін қоршаған кеністікте контурда индукциялық тоқтың тууына себепші болатын электр өрісін қоздырады деген болжам айтты. Магнит өрісі электр өрісін тудырады , ал оның циркуляцисы мынаған тен

Мұндағы

- магнит индукция ағынынын тек уакытка ғана тәуелді екенін көрсететін туынды.Егер тоқ жүретін контур және магнит ағыны өтетін бет қозғалмайтын болса , онда диференциялдау мен интегралдау орындарын ауыстырып жазуға болады

. Электр өрісі кернеулік векторының циркуляциясы кез келген тұйық контур ішін нөолге тен болады

алмастырып мынаны жазамыз

.Магнит өрісі электр тоғымен тығыз байланысты болғандықтан айнымалы электр өрісі қозлыратын магнит өрісін Максвелл ығысу тоғы деп аталады .Ығысу тоғы пайда болу үшін , Максвеллдін пікірінше текқана айнымалы электр өрісінін болуы жеткілікті.Мұндай құбылыс тізбектегі зарядталып және разрядталып тұратын конденсатор астарларынын арасында байкалады . Конденсатор астарларынын арасы өткізгішпен қосылмаған , айнымалы электр өрісі арқылы ығысу тогы жүреді

Электрстатикалық өріс – электр зарядын қоршаған кеністікке өзге заряд енгізсек онда кулон күші әсер ететән болады , демек хлектр зарядтарын қоршаған кеністікке күш өрісі бар.Электростатикалық өрісті аныктап тәжірибе дік зерттеу үшін сынама нүктелік оң заряд пайдаланылады. Егер Q заряды жасаитын өріске

сынама зарядты орналастыратын болсақ онда кулон занына сәйкес өрістін әртүрлі зарядка F күші әскпр ететін болады.Сондыктан

қатынасы

қатысты емес және сынама заряд бар нүктедегі Электрстатикалық өрісті сипаттаиды.

1 2 3 4 5