Магнит рісі. Электромагниттік индукция

• Название: Магнит рісі. Электромагниттік индукция
• Дата: 27.12.2022
• Размер: 78.99 Kb.
• Имя файла: 2914334312073_Дәріс №6.docx
• Тип: Документы; #866701

Магнит өрісі. Электромагниттік индукция.

Кез-келген электр тогының немесе қозғалыстағы зарядталған бөлшектердің айналасында магнит өрісі болады. Магнит өрісін сандық сипаттау үшін физикалық векторлық шама магнит өрісінің индукция векторы енгізілген. Магнит өрісінің индукция векторы магнит өрісінің күштік сипаттамасы болып табылады. Өлшем бірлігі

Бағыты мен шамасы өзгермейтін магнит өрісін біртекті магнит өрісі деп атайды.

Магнит өрісін көрнекті түрде бейнелеу үшін магнит өрісінің күш сызықтары немесе индукция сызықтары енгізілген. Әрбір нүктесіне жүргізілген жанама сол нүктедегі индукция векторының бағытымен сәйкес келетіндей магнит өрісінде жүргізілген сызықтарды магнит өрісінің күш сызықтары деп атайды. Күш сызықтарының жиілігі – магнит өрісінің шамасына тура пропорционал. Магнит өрісінің индукция векторының бағыты бұрғы ережесімен анықталады. Магнит өрісінің күш сызықтары –

тұйықталған сызықтар, яғни магнит өрісі – құйынды өріс болып табылады. Тұрақты магнитте екі полюс болады. Оның солтүстік полюсін - N, оңтүстік полюсін - S деп белгілейді. Тұрақты магниттің магнит өрісі оңтүстік полюстен солтүстік полюске қарай бағытталады.

 

Био – Савар – Лаплас заңы

Кез-келген пішіндегі тогы бар өткізгіштің магнит өрісі Био-Савар-Лаплас заңымен анықталады.

Суреттегі А нүктесіндегі токтың элементі тудыратын магнит өрісінің индукциясы Био – Савар – Лаплас заңымен анықталады. Био – Савар – Лаплас заңын векторлық немесе скаляр түрлерде жазып көрсетуге болады:
- векторлық түрде жазылған Био – Савар – Лаплас заңы,
- скалярлық түрде жазылған Био – Савар – Лаплас заңы.

мұндағы: - магнит тұрақтысы.



Токтың тудыратын толық магнит өрісінің индукциясы магнит өрісінің суперпозиция приципімен анықталады.

Магнит өрісінің суперпозиция принципі бойынша:



Магнит өрісін сипаттау үшін индукция векторымен қатар магнит өрісінің кернеулік векторы енгізілген. Магнит өрісінің кернеулігі ортаның қасиеттеріне байланыссыз, ол магнит өрісін туғызатын токтың шамасына тікелей байланысты болады.

Кернеулік векторының өлшем бірлігі Магнит өрісінің кернеулік векторы арқылы жазылған Био – Савар – Лаплас заңы: векторлық түрі - скаляр түрі -

Вакуумдегі магнит өрісінің индукция векторы мен кернеулік векторы арасындағы байланыс келесі түрде жазылады:

.

1) Ұзындығы -ға тең тогы бар түзу өткізгіштің магнит өрісінің индукциясы мен кернеулігін анықтайық.

Био – Савар – Лаплас заңы бойынша



мұндағы:

 

Сонымен ұзындығы -ге тең тогы бар түзу өткізгіштің магнит өрісінің индукциясы мен кернеулігі келесі формулалармен анықталады:

2) Шексіз ұзын түзу өткізгіштің магнит өрісінің индукциясы және кернеулігін анықтайық. Егер өткізгіш шексіз ұзын болса, онда

Бұл жағдайда шексіз ұзын түзу өткізгіштің магнит өрісінің индукциясы және кернеулігі келесі формулалармен анықталады:



3) Тогы бар орамның центріндегі магнит өрісінің индукциясы және кернеулігі келесі формулалармен анықталады:



4) Соленоидтың осіндегі магнит өрісінің индукциясы және кернеулігі келесі формулалармен анықталады:



мұндағы: - соленоидтың бірлік ұзындығындағы орам саны.

5) Қозғалыстағы зарядтың тудыратын магнит өрісірің индукциясы және кернеулігі келесі формулалармен анықталады:

Лоренц күші. Магнит өрісінде қозғалатын зарядталған бөлшектерге магнит өрісі тарапынан әсер ететін күшті Лоренц күші деп атайды.

- Лоренц күшінің формуласының векторлық түрі.

- Лоренц күшінің формуласының скаляр түрі.

Лоренц күшінің бағыты сол қол ережесімен анықталады.

Лоренц күші қозғалыстағы зарядталған бөлшектің тек қана қозғалыс бағытын өзгертеді. Ал оның жылдамдығын және кинетикалық энергиясын өзгертпейді. Электр және магнит өрісінде қозғалатын зарядталған бөлшектерге әсер ететін Лоренц күші келесі өрнекпен анықталады:

Ампер заңы. Магнит өрісінде орналасқан тогы бар өткізгішке магнит өрісі тарапынан әсер ететін күшті Ампер күші деп атайды.

Магнит өрісі біртекті болған жағдайда тогы бар өткзгішке әсер ететін Ампер күші келесі өрнекпен анықталады:



Ампер күшінің бағыты сол қол ережесімен анықталады. Сол қолдың төрт саусағын өткізгіштегі токтың бағытымен бағыттас етіп бағыттап, индукция векторы алақанды тесіп өтетін болса, 90⁰-қа қайырылған басбармақ Ампер күшінің бағытын көрсетеді.

Ампер түзу токтардың өзара әсерінен келесі заңдылықтар ашты:

1. Бағыттас параллель токтар бір-біріне тартылады;

2. Бағыттары қарама-қарсы токтар бір-бірімен тебіледі;

3. Параллель емес токтар бағыттары бірдей әрі параллель болуға ұмтылады.

Бір бірінен қашықтықта орналасқан екі түзу шексіз ұзын тогы бар өткізгіштердің әрбір бірлік ұзындықтарына келетін өзара әсерлесу күші



1 Ампер ток күші деп вакуумде бір-бірінен 1 метр ара қашықтықта орналасқан шексіз ұзын параллель екі өткізгіштен ток өткенде, олардың арасында әрбір 1 метр ұзындықтарына магнит өрісі тарапынан 2^.10^-7 Ньютонға тең күш әсерін туғызатындай ток күшін айтады.

Магнит өрісіне енгізілген моменті келесі формуламен анықталады тогы бар контурдың магниттік:   .

 

Магнит индукция векторының ағыны және циркуляциясы

Біртекті магнит өрісінің индукция векторының күш сызықтары параллель болып келеді. Осы өрісте ауданы S бет орналасса, онда магниттік индукция векторының жазық беттің ауданына көбейтіндісі осы бет арқылы өтетін магнит ағыны деп атайды.



 

Егер ауданы жазық бетке нормаль мен индукция векторы бұрыш жасай отырып орналасса, онда магнит ағыны келесі өрнекпен анықталады:

.

Магнит ағыны скаляр шама. Магнит ағыны байланысты таңбасы оң немесе теріс бола алады. Кез-келген бет арқылы өтетін магнит ағыны келесі түрде жазылады:



Магнит өрісі үшін Остроградский- Гаусс теоремасы:

.

Кез-келген тұйық бет арқылы өтетін магнит ағыны нольге тең болады.

Магнит ағыны 1 Вебермен (Вб) өлшенеді.

.

Вакуумдегі магнит өрісі үшін толық ток заңы:



Тұйық контур арқылы өтетін магнит индукциясы векторының циркуляциясы магнит тұрақтысын контур арқылы өтетін токтардың алгебралық қосындысына көбейткенге тең.

Магнит өрісінде тогы бар өткізгішті орын ауыстырғанда атқарылатын жұмыс

Тогы бар өткізгішке магнит өрісінің тарапынан күш әсер еткендіктен, өткізгішті магнит өрісінде қозғағанда жұмыс атқарылады.

Ұзындығы -ге тең өткізгіш тізбекке суретте көрсетілгендей түрде қосылған және өз-өзіне параллеь орын ауыстырсын.

Магнит индукциясының бағыты мен -ке перпендикуляр бағытталған. Өткізгішке магнит өрісі тарапынан күші әсер етеді. Сондықтан магнит өрісінің атқаратын жұмысы келесі формуламен анықталады: мұндағы: - өткізгіштің магнит өрісінде қиятын ауданы.

екенін ескере отырып, магнит өрісінің атқаратын жұмысын келесі түрде өрнектеуге болады:

.

Егер өткізгіш өрістің 1-нүктесінен 2-нүктесіне орын ауыстыратын болса, онда



3.7 Заттардағы магнит өрісі

Заттардың магниттік қасиеттерін қарастырғанда оларды магнетиктер деп атайды. Барлық заттарды сыртқы магнит өрісіне енгізгенде олар азды-көпті магниттеледі, яғни заттар сыртқы магнит өрісінде өзінің меншікті магнит өрісін тудырады.

Заттар магниттік қасиеттеріне байланысты 3-ке бөлінеді:

1.   Диамагнетиктер. Диамагнетиктердің меншікті магнит өрісі сыртқы магнит өрісіне қарсы бағытталады. Нәтижесінде диамагнетиктердегі магнит өрісі сыртқы магнит өрісінен кем болады.

2.    Парамагнетиктер. Парамагнетиктердің меншікті магнит өрісі сыртқы магнит өрісімен бағыттас болады. Нәтижесінде парамагнетиктердегі магнит өрісі сыртқы магнит өрісінен үлкен болады.

3.   Ферромагнетиктер. Ферромагнетиктер сыртқы магнит өрісін көп есе күшейтеді.

Заттардағы магнит өрісі үшін толық ток заңы

Заттардағы магнит өрісін макро және микро (молекулалық) токтар тудырады. Макротоктар деп өткізгіштік, конвекциялық және т.б. токтарды айтады. Француз ғалымы Ампер затттардың магниттік қасиеттерін олардың молекулаларындағы (атомдарындағы) микротоктар арқылы түсіндірді. Затттардың молекулаларындағы (атомдарындағы) ядроларды айнала қозғалатын электрондарды микроток (молекулалық) деп қарастыруға болады және бұл микротоктар өзінің магнит өрісін тудырады.

Ядроны айнала қозғалатын электрондарда магниттік моментімен қатар, олардың импульс моменті болады. Сонда микротоктың күші  магниттік момент

Орбита бойымен қозғалатын электронның импульс (орбитальдық) моменті формуласымен анықталады. Бұл импульс моментін кейде электронның орбитальдық механикалық моменті деп те атайды.

Электронның орбитальдық механикалық моменті мен магниттік моментінің бағыттары қарама-қарсы болады.

Элементар бөлшектердің магниттік моментінің орбитальдық механикалық моментіне қатынасы гиромагниттік (магнитомеханикалық) қатынас деп аталады. Ол электрон үшін келесі формуламен анықталады:

немесе

Электронның орбиталық қозғалысынан пайда болатын магнит моментін орбитальдық магнит моменті деп атайды. Егер атомның құрамында электрон болатын болса, онда атомның магниттік моменті мен импульс моменті



Заттардағы магнит өрісінің индукция векторының циркуляциясы



Заттардың магниттелу дәрежесін сипаттау үшін физикалық векторлық шама магниттелу векторы енгізілген. Магниттелу векторы деп бірлік көлемдегі магнит моменттерінің қосындысын айтады. Өлшем бірлігі



Кез келген тұйық контур бойымен микротоктардың қосындысы осы контур бойымен магниттелу векторының циркуляциясына тең болады:



Изотропты диамагнетиктер мен парамагнетиктер үшін магниттелу векторы сыртқы магнит өрісінің кернеулігіне тура пропорционал болады.



мұндағы: - заттардың магниттік қасиетін сипаттайтын шама және ол алғырлық деп аталады. Алғырлығы заттардың тегіне және олардың температурасына тәуелді болады.

            1) Диамагнетиктер үшін ,

2)     Парамагнетиктер үшін ,

3)     Ферромагнетиктер үшін .

Магниттелу векторын ескерсек, магнит өрісінің индукция векторының циркуляциясы

немесе

мұндағы: магнит өрісінің кернеулік векторы болып табылады.

Заттардағы магнит өрісі үшін толық ток заңы

.

Тұйық контур бойымен кернеулік векторының циркуляциясы осы бетті қамтитын ток күшіне тең болады.

Кез келген тұйық бет бірнеше токты қамтитын болса, заттардағы магнит өрісі үшін толық ток заңы келесі түрде жазылады:

өрнегінен екені алынады,

мұндағы: - заттардың магнит өтімділігі деп аталады.

Магнит өтімділігі магнит өрісінің вакуумнен сол ортаға көшкенде қанша есе өзгеретінін көрсетеді.



1)  Диамагнетиктер үшін ,

2)  Парамагнетиктер үшін ,

3)  Ферромагнетик үшін .

Заттардағы магнит өрісінің индукциясы мен кернеулігі арасындағы байланыс:



Вакуум үшін

Заттардағы магнит өрісі үшін Био-Савар-Лаплас заңы келесі түрде жазылады:

векторлық түрде , скаляр түрінде .