1. Магнит рісі. Магнит рісіні асиеттері. Магнит индукция векторы. Макротоктар жне микротоктар. B мен h арасындаы байланысты жазыыз
 Скачать 0.63 Mb.
|
 1.Магнит өрісі. Магнит өрісінің қасиеттері. Магнит индукция векторы. Макротоктар және микротоктар. B мен H арасындағы байланысты жазыңыз?Магнит өрісі– тогы бар өткізгіштің, қозғалыстағы электр заряды бар бөлшектер мен денелердің, магниттік моменттері бар бөлшектер мен денелердің төңірегіндегі кеңістікте, сонымен қатар, электр өрісінің уақыт бойынша өзгеруінен пайда болады. Магнит өрісі: 1) тек қана қозғалатын зарядтарға әсер етеді; 2) қозғалысты зарядтар магнит өрісін тудырады; 3) Магнит өрістері қозғалатын заряд. Магнит өрісі 3-нәрсеге тәуелді:
Тогы бар рамка магнит өрісінің бағыты Тогы бар контур кеңістік бағыты нормаль бағытымен анықталады. Номаль бағыты оң бұранда ережесін анықтауда есептейміз, оң бұрандамен бағытымен ток күшінің бағытымен бағыттас. Магнит өрісі бағыты контурға нормаль бағытымен бағытталады. Магнит индукциясының векторы    айналу моменті  момент магнит векторы  магнит индукциясының векторы.Макротоктар, микротоктар 2 түрлі токтарды ажыратамыз: макро және микро токтар; Макротоктар дегеніміз- өткізгіштік, конвекциялық және т.б. токтарды айтады. Француз ғалымы Ампер затттардың магниттік қасиеттерін олардың молекулаларындағы (атомдарындағы) микротоктар арқылы түсіндірді. Микротоктар дегеніміз – атомдардың электрондардың әсерінен туындайтын ток.  магнит индукцияның векторының макро, микро токтардың магнит өрісін сипаттайды. H деген макро токтардың кернеулігі болып табылады.  мұндағы,   2. Био-Савар -Лаплас заңын тұжырымдаңыз. Тік тоқтың және дөңгелек тоқтың центріндегі магнит өрістерді жазыңыз? Кез-келген пішіндегі тогы бар өткізгіштің магнит өрісі Био-Савар-Лаплас заңымен анықталады. Суреттегі А нүктесіндегі токтың dl элементі тудыратын  магнит өрісінің индукциясы Био – Савар – Лаплас заңымен анықталады. Био – Савар – Лаплас заңын векторлық немесе скаляр түрлерде жазып көрсетуге болады:   de=  B=   B=    Түзу токтың центріндегі магнит Күрделі емес токтардың өрісін есептеу үшін  , флрмуласын қолданайық. Ол үшін шексіз түзу өткізгіштің бойымен өткен токтың өрісін қарастырайық (65-сурет). Берілген нүктедегі барлық dB-ның бағыттары бірдей болады. Сондықтан dB векторының қосындысын олардың модульдарының қосындысымен алмастыруға болады. Магнит индукциясын есептегіміз келетін нүкте өткізгіштен b қашықтықта болады. 65-суреттен байқағанымыздай  ,  .Осы мәндерді  формуласына қоямыз, яғни  .Дөңгелек токтың центріндегі магнит Радиусы R шеңбер түріндегі жіңішке сымның бойымен өткен токтың (дөңгелек токтың) тудырған өрісін қарастырайық. Дөңгелек токтың центріндегі магнит индукциясын анықтайық. Токтың әрбір элементі индукция центрінде туады да ол бағыты контурға жүргізілген оң нормальмен бағытталған болады. сондықтан dB векторлық қосынды олардың модульдарының қосындысына сәйкестендіріледі. формуласы бойынша   . Осы өрнекті барлық контур бойынша интегралдасақ: .3.Ампер заңын, паралель тоқтардың әрекеттесуін түсіндіріңіз? Ампер заңы-  Ампер күшінің модулі-  Ампер күшінің бағыты- сол қол ережесімен анықталады: егер сол қолдың алақанын В векторы енетіндей етіп орналастырса, ал төрт саусақты өткізгіштегі тоқтың бағытымен орналастырса, онда бас бармақтың бағыты Ампер күшінің бағытын көрсетеді. Параллель тоқтардың өзара әрекеттесуі-  Өткізгіштер егер тоғы бір бағытта болса – өзара тартылады, ал егер әр бағытта болса – бір-бірінен тебіледі. Магнит тұрақтылығы - Тоғы бар екі параллель өткізгіштер вакуумде орналасқан  Олардың арасындағы өзара әрекеттесу күші  Бір ампер анықталуына сәйкес  және  шығады:  Осы шамаларды формулаға қою арқылы келесі мәнді табамыз.  4.Еркін қозғалыстағы зарядтардың магнит өрісін және Лоренц күшін түсіндіріңіз? Индукциясы магнит өрісінде жылдамдықпен қозғалатын зарядқа белгілі бір бағытта күш әсер етеді. Бұл әсер Лоренц күші деп аталады. Бұл күш зарядқа q, жылдамдыққа және индукция векторы шамаларына тәуелді болады, оның бағыты және вектролары арқылы анықталады.  Лоренц күшінің модулі:  мұндағы – және векторларының арасындағы бұрыш. Егер зарядталған бөлшек тыныштық қалыпта (ν =0) болса, онда оған магнит өрісі тарапынан ешқандай күш әсер етпейді. Магнит өрісі тек қана қозғалатын зарядтарға әсер етеді. Лоренц күшінің бағыты сол қол ережесі бойынша анықталады (ток пен оң заряд бағыты бірдей деп есептегенде). Зарядтың шамасы теріс болса, Леренц күші басбармаққа қарама-қарсы бағытталған болады. Зарядталған бөлшектің жылдамдығы индукция веторына перпендикуляр болса, Лоренц күші бөлшектің траекториясына нормаль бағытталады да центрге тартқыш үдеу пайда болады, бөлшек шеңбер бойлап қозғалады. Траекторияның радиусы бұл күштердің теңдігімен анықталады:    Бөлшектің шеңбер бойымен қозғалысындағы айналу периоды:  демек, айналу периоды жылдамдыққа тәуелсіз (v << c үшін), тек қана магнит индукциясы мен меншікті зарядқа кері байланысты. Егер электр мен магнит өрістері бір мезетте болса, зарядталған бөлшекке әсер ететін Лоренц күші былай болады:  5. ЗарядталғанбөлшектердіңмагнитөрісіндегіқозғалысынжәнеХоллэффектісінтүсіндіріңіз? Магнит өрісіндегі зарядталған бөлшектердің қозғалысы-Магнит индукциясының векторына қиғаштап қозғалған бөлшектер Бөлшек бұрандалы сызықтың бойымен қозғалады, ал бұранданың өсі магнит өрісіне параллель. Бұрғы сызықтарының қадамы: h = υ|| T = υ T cosa Бұрғы сызықтарының радиусы:  Сыртқы магнит өрісінің индукция сызықтарына перпендикуляр орналастырлыған өткізгіш пластинаның бойымен тығыздығы j ток жүргенде, пластинаның шеткі жақтары арасында потенциалдар айырымы пайда болады, яғни бағыттарына перпендикуляр бағытта электр өрісі пайда болады. Бұл құбылыс Холл эффектісі деп аталады.  немесе  мұндағы – Холл эффектісі нәтижесінде пайда болатын көлденең потенциалдар айырмасы; – пластинаның ені; – электрондардың реттелген қозғалысының орташа жылдамдығы.   мұндағы d – пластина қалыңдығы, n – электрондар концентрациясы. Жылдамдықтың бұл мәнін жоғарғы теңдеуге қоятын болсақ:   - – затқа тәуелді Холл тұрақтысы . Көлденең потенциалдар айырымы ток күшіне І , магнит өрісі индукциясына B тура пропорционал да, пластина қалыңдығына d кері пропорционал. 6. В векторының циркуляциясы туралы теореманы жазыңыз. Соленоидтың және тороидтың вакуумдағы магнит өрістерін жазыңыз? Вакуумдағы магнит өрісі үшін толық ток заңы: кез- келген тұйық контур бойынша векторының циркуляциясы магнит тұрақтысын 0 осы контурды қамтитын токтардың алгебралық қосындысына көбейткенге тең болады:  мұндағы n – пішіні еркін алынған контур қамтитын тогы бар өткізгіштердің жалпы саны. Соленоидтың магнит өрісі:  N – орам саны, l – соленоидтың ұзындығы Тороидтың магнит өрісі:  N – орам саны7. Магнит индукция векторының ағыны туралы теореманы және вакуумдағы магнит өрісі үшін Гаусс теоремасын жазыңыз? dS ауданы арқылы өтетін магнит индукциясының вектор ағыны:  мұндағы Bn = Bcos - векторы dS ауданының нормаль бағытына түсірілген проекциясы, Еркінше алынған бет S арқылы магнит индукциясы векторының ағыны:  Өріс біртекті болса (B=const), ал бет жазық болып және B векторына перпендикуляр орналасса, онда  Ағын өлшеміне вебер (Вб) алынады: 1Вб – индукциясы 1 Тл біртекті магнит өрісіне перпендикуляр орналасқан ауданы 1м2 жазық бетті қиып өтетін магнит ағыны. Магнит өрісі үшін Гаусс теоремасы: кез келген тұйық бет арқылы магнит индукциясы векторының ағыны нөлге тең:  Бұл тұжырым табиғатта магнит зарядтарының жоқ екендігін және магнит индукциясы сызықтарының тұйықтығын көрсетеді. 8.Фарадей заңын тұжырымдаңыз. Индукцияның электро қозғаушы күшін (ЭҚК) түсіндіріңіз? 1831 жылы ағылшын физигі Фарадей электромагниттік индукция құбылысын ашты. Бұл құбылыстың мазмұны: кез келген тұйық өткізгіш контурда осы контурмен шектелген ауданнан өтетін магнит индукциясының ағынын өзгертсек, онда электр тогы пайда болады. Осы токты индукциялық ток деп атайды. Тұйық контурдағы индукциялық ток контур ауданы арқылы өтетін индукция ағыны өзгергенде ғана туады. Олай болса, индукциялық тізбекте электр қозғаушы күші пайда болып, ол электромагниттік индукцияның электр қозғаушы күші деп аталады. Ол магнит ағыны өзгерісінің жылдамдығына пропорционал болады.  . Осы формула Фарадей заңын өрнектейді. Ток индукциясының электр индукциясынан айырмашылығы сол,ол тек тогы бар өткізгіштердің немесе магнит өрісінің басқадай көздерінің қозғалысы кезінде,сондай-ақ өткізгіштегі токты өзгерту кезінде ғана байқалады. Бізге белгілі электр тогы өзінің айналасында магнит өрісін тудырады. Магнит өрісі мен электр тоғының арасындағы байланыс осы магнит өрісінің көмегімен контурда ток пайда бола ма деген сұрақтың шешімін 1831ж ағылшын физигі Фарадей шешті. Оның тәжірибесінде гальванометрге жалғанған катушканың (соленоид) ішіне, тұрақты магнит салсақ, гальванометр стрелкасының қозғалысын байқаймыз. Магнитті қайтадан суырып алсақ, стрелка басқа бағытқа ауытқиды. Магнитті неғұрлым тезірек қозғалтса, стрелка соғұрлым көбірек ауытқиды. Демек, магнит өрісінің күш сызықтары тұйық контурды қиып өткенде ток пайда болады, ол токты индукциялық ток деп атайды. Магниттің полюсін өзгертсек, стрелканың бұрылу бағыты өзгереді. Магнитті тұрақты қойып, соленоидты қозғауға да болады. Әрі осы пайда болған индукциялық ток, магнит ағынының өзгеру түріне байланыссыз, ол тек өзгеріс жылдамдығына байланысты. Магнит өрісі арқылы өндіріп алған индукциялық ток осы тізбекте ЭҚК бар екенін көрсетеді. Бұл ЭҚК электромагниттік индукцияның электр қозғаушы күші деп аталады. Яғни магнит өрісі арқылы индукциялық ток өндіріп алу құбылысын электромагниттік индукция құбылысы деп атайды. Индукциялық токтың мәні және электромагниттік индукцияның ЭҚК тек қана магнит ағынының өзгеру жылдамдығымен анықталады:  . Енді пайда болған  таңбасын анықтау керек. Магнит ағынының таңбасы контурдағы оң нормальдің бағытына байланысты, ал оң нормальдің таңбасы токтың оң бұранда ережесімен анықталады. Бұдан оң нормальдің белгілі бір бағытын таңдай отырып, біз магнит индукция ағынының таңбасын және контурдағы ЭҚК мен индукциялық ток бағытын анықтаймыз. Осындай қортындыларды ескере отырып, Фарадей электромагниттік индукция заңын қорытып шығарды: өткізгіш контурында пайда болатын индукциялық ЭҚК шама жағынан сол контурмен шектелген бет арқылы өтетін магнит ағынының өзгеру  жылдамдығына тура пропорционал да, бағыты жағынан оған қарама-қарсы  Бұл электромагниттік индукция құбылысының негізгі заңы немесе Фарадей заңы деп аталады, әрі бұл универсиалды заң. Мұндағы минус таңбасы магнит ағынының өзгерісінің өсуі , контурдағы ЭҚК азаюын туғызады, яғни индукциялық тоқтың өрісі магнит ағынына қарсы бағытталады; ал ағынның кемуі , ЭҚК туғызады, ағынының бағыты индукциялық тоқтың өріс бағытымен бағыттас болады. Бұл минус таңбасы орыс ғалымы Ленц ережесінің математикалық өрнегі. Ленц ережесі электромагниттік индукция нәтижесінде пайда болған индукциялық тоқтың бағытын анықтауға арналған негізгі ереже: тұйықталған контурда пайда болған индукциялық тоқтың бағыты, контур арқылы өтетін осы тоқты тудырған магнит ағынының өзгерісіне кедергі келтіре бағытталады. электромагниттік индукция құбылысы үшін Фарадей заңы. 9.Контурдың индуктивтілігін және өздік индукия ұғымдарын түсіндіріңіз? Айнымалы ток жүріп тұрған контурды тесіп өтетін магнит ағыны да айнымалы болады. Бұл жағдайда айнымалы ток жүріп тұрған контурдың өзінде индукция тогы пайда болады. Бұл құбылыс өздік индукция деп аталады. Магнит ағыны тізбектегі ток күшіне тура пропорционал: Ф=LI мұндағы: L- пропорционалдық коэффицент- контурдың индуктивтілігі немесе өздік индукция коэффициенті деп аталады, өлшем бірлігі  Жалпы жағдайда өздік индукция заңы  Контурдың индуктивтілігі контурдың пішініне және контур орналасқан ортаның магниттік қасиеттеріне тәуелді болады. Соленоидтың (ұзын катушка) индуктивтілігі келесі формуламен анықталады L=  немесе L= Контурдың пішіні өзгермесе және контур ферромагнетик емес ортада орналасқан жағдайда контур индуктивтігі тұрақты болады және бұл жағдайда өздік индукция заңы:  өздік индукция электр қозғаушы күші тізбектегі ток күшінің өзгеру жылдамдығына тура пропорционал болады. 10. Өзара индукция ұғымын және трансформаторлардың жұмыс істеу принципін түсіндіріңіз. Магнит өрісінің энергиясын ашып жазыңыз? Бір-біріне жақын орналасқан екі қозғалмайтын тұйық контур қарастырамыз. Егер бірінші контурда I1 ток жүрсе, онда осы ток тудырған магнит ағыны Ф21 екінші контурды кесіп өтеді.Бұдан Ф21=L21 I1 мұндағы L21- пропорционалдық коэффициент. Контурдағы I1 ток өзгерсе, онда екінші контурда ЭҚК  пайда болады. Фарадей заңы бойынша бұл ЭҚК 1-ші контурдағы тоқтан туған магнит ағынының өзгерісіне тең, бірақ бағыты жағынан қарама-қарсы:  L21 екінші контурда тоқ өзгеретін болса, онда бірінші контурда ЭҚК пайда болады:  . Бір контурдағы тоқтың өзгерісінен келесі контурда ЭҚК пайда болу құбылысын өзара индукция құбылысы деп атайды. L12 және L21 пропорционалды коэффициенттерін, контурлардың өзара индуктивтіліктері деп атайды. Есептеулер бойынша олар бір-біріне тең: L12= L21.Трансформаторлар. Бір кернеулі айнымалы тоқты екінші басқа кернеулі айнымалы токқа түрлендіретін электр техникалық құрал трансформаторлар деп аталады. Трасформатордың жұмыс істеу принципі өзара индукция құбылысына негізделген. Ең бірінші рет құрастырған орыс электр технигі физик П.Н.Яблочков. Трансформатор болаттан жасалған екі тұйық өзекшеден тұрады. Алғашқы орамы  , орам саны айнымалы ток көзіне жалғанады. Оның міндеті өзіне келген айнымалы токты трансформатордың екінші орамына тасымалдау. Ал екінші  орам өзіне келген айнымалы токты не күшейтеді, не әлсіретеді. Ол орам санына байланысты. R=  11. Томсон және Резерфордттың атомдық модельдері. Сутегі атомының сызықтық спектрі? Атом ядросының моделі. 20 ғ, бас кезінде атомның шын бар екендіг ешқандай күмəнсіз жалпылай мойындалды. Томсон моделі .Атом оң зарядталған атомның негізгі массасымен байланысқан бөліктен жəне жеңіл теріс зарядталған электрондардың тұратындығы тағайындалғаннан кейін атомның статикалық моделін құруға əрекеттер жасалды. Соның бірі ағылшын физигі Дж. Томсон ұсынған атом моделі. Бұл атомның күрделі құрамы жөніндкгі белгілі ғылыми деректерге сүйеніп ұсынылған атомныңалғашқы физикалық моделі. Томсон моделі Лорецтің классикалық электрондық теориясымен үйлесім тапты; осы теорияға сəйкес атомдар гармоникалық осциляторлар болып табылады. Атом – осциляторда теріс зарядталған бөлшектер электромагниттік жарық толқындары əсерінен гармоникалық тербелістер жасауға қабілетті. Томсон моделіне ұқсас сəйкес атом ішінднгі электронға квазисерпімді күш əсер етеді,ол гормоникалық тербелістер жасай алады. Осылай қабылдау арқылы заттың көптеген оптикалық қасиеттерін, мысалы, атомның монохромат толқын шығаруын түсіндіру, жарық дисперсиясын , яғни сыну көрсеткішінің жиілікке тəуелділігін түсіндіру мүмкін болады. Мұны Томсон моделінің расталуы ретінде қарастыруға болар еді. Бірақ кейінен осы модельдің жарамсыздығы анықталды. Томсон моделіне сəйкес атом ω0 негізгі жиілікті шығара алады. Томсон моделі көптеген күдік туғызды. Спектрлік заңдылықтарды жəне толып жвтқан басқа құбылыстарды түсіндіре алмады. Атомның құрылысын және сәуле шығару спектрін зерттейтін физиканың бөлімін атомдық физика деп атайды Ағылшын ғалымы Томсон атомның келесі моделін ұсынды. Бұл модель бойынша атом өлшемдері 10-10м шамасындағы оң зарядталған сфера деп қарастырылады. Осы оң зарядталған сфераның ішінде заряды осы сфераның оң зарядына тең электрондар орналасқан. Томсонның моделі атомның кейбір қасиетін түсіндіргенмен оның көптеген қасиеттерін түсіндіріп бере алмады. Резерфордтың тәжірибесі. Резерфорд металл фольгаларды (алтын, күміс)  -бөлшектермен атқылады.Суреттегі K- -бөлшектің көзі, Д-диафрагма, Ф - металл фольга, М - -бөлшектерін тіркейтін құрал. - бөлшектің массасы сутегі атомының массасынан шамамен 4 есе үлкен, ал заряды 2 оң элементар зарядқа тең. q= . -бөлшек пен атомның өзара әсерлесу энергиясы келесі өрнекпен анықталады: . Швейцар ғалымы Бальмер сутегі атомының сәуле шығару спектрін зерттей отырып, келесі заңдылықты ашты. Бұл заңдылық Бальмер сериясы деп аталады:  мұндағы:  -толқындық сан, R’=1.09*107м-1 - Ридберг тұрақтысы, n=3,4,5… Бальмер сериясы жиілік арқылы келесі түрде жазылады: Кейінгі тәжірибелер көрсеткендей сутегі спектрінде тағы да бірнеше спектрлер бар. Соның ішінде Лайман сериясы спектрдің ультракүлгін бөлігінде, ал басқа сериялар инфрақызыл бөлігінде жатады.  - Лайман сериясы, n=2,3,4,… - Пашен сериясы, n=4,5,6,… - Брэкет сериясы, n=5,6,7,… - - Пфунд сериясы, n=6,7,8,… - Хэмфри сериясы, n=7,8,9,…мұндағы: R=3.3*1015c-1 - Ридберг тұрақтысы. Сутегі атомының барлық спектрлерін бір формуламен беруге болады. Бұл формула Бальмердің біріккен сериясы деп аталады:  ,мұндағы: n=m+1,m+2,… Кез-келген атомның сәуле шығару сызықтық спектрін екі функцияның айырмасы түрінде беруге болады. Бұл функциялар терм деп аталады.  ,мұндағы:  , 12.Бор постулаттарын атаңыз. Бор бойыншга сутегі атомының спектрін түсіндіріңіз? Дания ғалымы Бор Резерфорд моделіндегі кемшіліктерді түсіндіріп беретін келесі постулаттарды ұсынды: Бордың бірінші постулаты (стационар күйлер постулаты): Атом белгілі бір тұрақты дискретті күйлерде болады. Бұл күйдегі атом сәуле шығармайды және жұтпайды. Импульс моментінің квантталу ережесі. Атомдағы электронның импульс моменті тек белгілі бір дискретті мәндерді қабылдайды, яғни квантталады. Le=mUr=n  , n=1,2,3,…Бордың екінші постулаты (жиіліктер ережесі): Атом бір тұрақты күйден екіншісіне өткенде сәуле шығарады немесе жұтады.  1)  болғанда атом сәуле шығарады.2)  болғанда атом сәуле жұтады. |