Электромагниттік толқынның шкаласы

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 32 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының Білім және Ғылым Министрлігі
Сафи Өтебаев атындағы Атырау мұнай және газ университеті

Өндірісті автоматтандыру және ақпараттық технологиялар кафедрасы

Курстық жұмыс
Тақырыбы: Электромагниттік құбылыстар және магнит тізбектері

Орындаған АжБ-181 қт студенті: Муслим А. Х.
Тексерген ӨАжАТ кафедрасының оқытушысы: Казиева А. Б.

Атырау, 2019 жыл
МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ 3

1 ЭЛЕКТРОМАГНИТТІК ҚҰБЫЛЫСТАР ЖӘНЕ МАГНИТ ТІЗБЕКТЕРІ ФИЗИКАЛЫҚ СИПАТТАМАЛАРЫ 5
1.1 Электромагниттік өрістің жалпы сипаттамасы 5
1.2 Электромагниттік сәулелену көздері. Радиожиілік және аса жоғарғы жиілік 7
1.3 Электродинамиканың релятивистік тұжырымдамасы 9
1.4 Электромагниттік толқындар 12

2 ЭЛЕКТРОМАГНИТТІК ҚҰБЫЛЫСТАР ЖӘНЕ МАГНИТ ТІЗБЕКТЕРІНІҢ ЭКСПЕРИМЕНТТІК НЕГІЗДЕРІ 16
2.1 Электродинамиканың эксперименттік негіздері 16
2.2 Электрлік заряд және вакуумдағы электромагниттік өріс 18
2.3 Вакумдағы электростатикалық өрісінің теңдеулері 20
2.4 Вакуумдағы стационарлық магнит өрісінің теңдеулері 22
2.5 Вакуумдағы электромагниттік өрістің жалпы қасиеттері 24
2.6 Еркін қозғалыстағы зарядтардың электромагниттік өрісі 27
2.7 Заттағы электромагниттік толқындар 30

ҚОРЫТЫНДЫ 33

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 34

КІРІСПЕ

Электромагниттік құбылыстар табиғатта кездесетін құбылыстардың ішінде ерекше орын алады. Электродинамика - электромагниттік құбылыстарды зерттейтін ғылым, ондағы барлық заңдылықтар Максвелл теориясына негізделген. Максвелл теңдеулері тәжірибе арқылы алынған заңдардың математикалық модельдері. Сондықтан, классикалық механикадағы Ньютон заңдары сыяқты Максвелл теориясының электродинамикада алатын орны ерекше зор.
Электродинамика деген сөзді тікелей аударсақ, ол электр зарядтарының қозғалуын және өзара әсерлесуін зерттейтін ілім деуге болады. Мұндай анықтама электродинамиканың негізгі мазмұнын аша алмайды, оның басты мақсаты және негізгі мазмұны - электромагниттік өріс туралы, электромагниттік өрістің зарядтар және токтармен байланысы туралы ілім.
Өріс туралы ұғым классикалық механикада да қолданылады, бірақ ол математикалық жеңілдік үшін формальды түрде енгізілген.
Электродинамикадағы өріс табиғатта кездесетін материяның ерекше бір түрі. Электромагнит өрісінің энергиясы да, импульсы да бар, оларды алып жүретін өрістің өзі. Электромагниттік өріс алғаш зарядтардың қозғалуымен пайда болғанымен, олар өзін тудырған өріс көздерінен ажырап, кеңістікте электромагниттік толқын ретінде таралады. Мұндай тұжырымға келу үшін көптеген ғалымдардың (Кулон, Эрстед, Ампер, Био-Савара, Фарадей) еңбегі сіңді. Ағылшын ғалымы Дж. Максвеллдің электродинамика ғылымына қосқан үлесі өте зор десек артық болмас. Ол өз атымен аталған теңдеулер жүйесінің негізін қалаған ғалым.
Қазір электромагниттік өрістің материялық қасиеттері мен көріністерінің қалтқысыз дәлелденгеніне ешқандай күман жоқ. Г. Герц 1887 ж. тәжірибе жүзінде электромагниттік толқынның бар екенін байқады, П.Н. Лебедев 1901 ж. жарық қысымын өлшеу, 1960 ж. Р. Паунда мен Г. Ребки жарықты өлшеу тәжірибесін жасады. Ал, электротехникалық, радиотехникалық және электрондық құралдар мен тетіктер электродинамика заңдылықтарына негізделгенін айтпаса да түсінікті.
Классикалық электродинамика пәні әртүрлі деңгейде мазмұндалады. Көбінесе, электромагниттік құбылыстарды сыйпаттаған кезде денелердің материалдық құрылысын және электр зерядтарының дискреттілігін еске алудың қажеті жоқ. Заттардың электрлік және магниттік қасиеттерін диэлектриктік , магниттік , өтімділіктермен, ал өткізгіштерді меншікті электрөткізгіштікпен сыйпаттап, зарядтар мен токтар кеңістікте үздіксіз көлемдік заряд және ток тығыздықтарымен орналасқан десек, осыған негізделген электромагниттік өріс теориясын макроэлектродинамикалық (феноменологикалық) теория деп атайды. Бұл теорияның негізгі теңдеулері - жоғарыда аталған Максвелл теңдеулері. Микроэлетродинамикада (электрондық теория) электромагниттік өріс теориясы электрлік зарядтардың дискреттілігімен қатар қарастырылады. Мұндай көзқарасты алғаш Г. Лоренц енгізгендіктен, классикалық электрондық теорияның негізгі теңдеулерін Максвелл - Лоренц теңдеулері деп атайды.
Өзінің шектілігіне қарамастан Лоренцтің электрондық теориясы макротеория тұрғысынан қарағандағы түсініксіз мәселелерді қанағаттандырарлық түрде тәжірибе нәтижелеріне сай келетін түсініктер бере алды. Ал, бүгінгі электрондық теория электродинамика мен классикалық механикаға ғана емес, сонымен қатар кванттық механика және статистикалық физикаға да негізделген.
Оқушыға ұсынылып отырған кітапта макро - және микроэлектродинамика теориялары мүмкіндігінше қатар мазмұндалады, электромагниттік құбылыстарды қарастырғанда осы екі теория бірін-бірі толықтырады деген ойдамыз. Оқулықта электростатика және магнитостатика бөлімдері қарастырылмаған.
2-3 мың жыл б. э. дейін адамдар магнит өрісінің бар екенін білген, ал магниттік құбылыстардың адам игілігіне іс жүзінде пайдалану компастың пайда болуымен басталды. Біздің айналамызда, қоршаған ортада көптеген магниттер бар. Электробритваларда , динамиктерде, магнитофондарда, сағат, банкаларда сақтайтын шеге және т. б.көптеген аспаптарды болады.
Әр түрлі өнеркәсіп пен энергетиканың дамуына байланысты заманауи жағдайлардағы ғылыми-техникалық прогрессте электромагниттік сәулелену өзінің экологиялық және өнеркәсіптік маңыздылығы бойынша басқа қоршаған ортадағы факторларлар арасында алдыңғы қатарлардың бірінде тұр. Жалпы электромагниттік фон табиғи сәулелену көздерінен құралады: Жердің, атмосфераның электрлік және магниттік өрістерінен, күннің және галактиканың радиосәулеленуінен және жасанды (антропогенді) сәулелену көздерден: телевизия және радиостанция, электр беру желілері, электр тұрмыс техникалары және баскалар. Табиғи электромагниттік фонның деңгейі кей жағдайда антропогендік көздердің шығаратын электромагниттік сәулелердің деңгейінен бірнеше есе төмен болады. Ғарыштық, жер төңірегіндегі және биосфералық кеңістіктегі электромагниттік сәуленің жердегі өмір процесін жалғастыру үшін санаулы ғана мәні болады және оны биологиялық мөлшер деп те атайды.
Біз өзіміз де магнит бола аламыз: біздің бойымыздағы биотоктер, айналамыздағы магнит күш сызықтарының өрнек қаларлық туындауына ықпал етеді. Біз өмір сүріп отырған Жер планетасы, алып көк магнит. Магнит өрісі айналымыздағы бәріне әсер етеді.

1 ЭЛЕКТРОМАГНИТТІК ҚҰБЫЛЫСТАР ЖӘНЕ МАГНИТ ТІЗБЕКТЕРІ ФИЗИКАЛЫҚ СИПАТТАМАЛАРЫ
1.1 Электромагниттік өрістің жалпы сипаттамасы

Әр түрлі өнеркәсіп пен энергетиканың дамуына байланысты заманауи жағдайлардағы ғылыми-техникалық прогрессте электромагниттік сәулелену өзінің экологиялық және өнеркәсіптік маңыздылығы бойынша басқа қоршаған ортадағы факторларлар арасында алдыңғы қатарлардың бірінде тұр. Жалпы электромагниттік фон табиғи сәулелену көздерінен құралады: Жердің, атмосфераның электрлік және магниттік өрістерінен, күннің және галактиканың радиосәулеленуінен және жасанды (антропогенді) сәулелену көздерден: телевизия және радиостанция, электр беру желілері, электр тұрмыс техникалары және баскалар. Табиғи электромагниттік фонның деңгейі кей жағдайда антропогендік көздердің шығаратын электромагниттік сәулелердің деңгейінен бірнеше есе төмен болады. Ғарыштық, жер төңірегіндегі және биосфералық кеңістіктегі электромагниттік сәуленің жердегі өмір процесін жалғастыру үшін санаулы ғана мәні болады және оны биологиялық мөлшер (биологическая значимость) деп те атайды.
Электромагниттік өріс деп отырғанымыз - бұл зарядталған бөлшектердің өзара әрекеттесуі арқылы жүзеге асатын, материяның ерекше формасы. Өзара байланысқан айнымалы электр өрісі және магнит өрісін көрсетеді. Электр Е және магнит Н өрістерінің өзара байланысы, ол біреуінің қандайда бір өзгерісі келесі өрісті тудырады: жылдам қозғалыстағы зарядтардан туған айнымалы электр өрісі, өз кезегінде іргелес кеңістікте жатқан айнымалы электр өрісін қоздыратын, көршілес кеңістіктегі айнымалы магнит өрісін туғызады тағы сол сияқты. Осылайша, электромагнит өрісі кеңістіктегі бір нүктеден екінші нүктеге электромагниттік толқын түрінде жайылады. Электромагнит өрісі вакуумде электр өрісі Е және магнит индукцмясы В кернеулігімен сипатталады. Электромагнит өрісі ортада екі қосымша мәнмен сипатталады: магнит өрісі Н кернеулігімен және электр индукциясымен D. Электромагнит өрісі компоненттерінің зарядтармен және токтармен байланысын Максвелл теңдеуінен көруге болады.
Электромагниттік толқындар ортаға байланысты кеңістікте ақырғы жылдамдықпен таралынатын электромагниттік тербелісті көрсетеді.

1 сурет - Электромагниттік толқындар
Электромагниттік толқындардың бар екенін ағылшын физигі М.Фарадей 1832 ж. айтқан болатын. Ал басқа ағылшын ғалымы Дж. Максвелл, 1865 жылы электромагниттік толқын кеңістікте шектелмей, шығу көзінен жан-жаққа жайылатындығын теория жүзінде көрсетті. Максвеллдің теориясы радиотолқын, оптикалық сәулелену, рентген сәулелері, гамма- сәулелердің сипаттауына жол ашты. Бұл барлық сәулелену түрлері бір-бірімен табиғаты ұқсас, өздеріне тән әр түрлі толқын ұзындығы бар λ электромагниттік толқындар екені анықталды. Бұлардың әрқайсысы кесте бойынша өзінің анықталған орындары бар (2-сурет).

2 сурет - Электромагниттік толқынның шкаласы

Электромагниттік толқынның әр түрлі диапазондағы толқын ұзындығы басқа заттармен әр түрлі әсерлесетінін көрсетеді. Ең ұзынынан инфроқызыл сәулеге дейінгі барлық электромагниттік толқындардың сәулелену процесін және жұтылуын классикалық электродинамиканың өзара қатынасымен көрсетуг болады. Электромагниттік толқындар радиобайланыста, радиолокацияда, телевидениеде, медицинада, биологияда, физикада, астрономия және басқа да ғылым мен техникада кеңінен қолданылады.
Радиожиіліктер және тым жоғары жиіліктер 1 Гц-тен 300 ГГц-ке дейінгі
жиілік диапазонында электромагниттік сәулелену спектрінің құрамдас бөлігі болып табылады. Электромагниттік сәулеленудің негізгі параметрлері толқын ұзындығының кері тәуелділігіне байланысты (толқындардың ауада таралуы үшін), жиілік (f) және толқын ұзындығы (λ) болып табылады:

f = с λ (1)

Мұндағы: с-жарық жылдамдығы.
Электромагниттік сәулеленудің тербеліс жиілігі Герцпен (Гц) өлшенеді: 1 килогерц(кГц)= Гц, 1 мегагерц (МГц)= Гц, 1 гигагерц (ГГц)= Гц.
Электр өрісіннің магнит өрісінен өзгешелігі - ол қозғалатын да, қозғалмайтын да электр зарядтарына әсер етеді. Э. ө-нің бар екендігін оның қозғалмайтын зарядқа әсер ететін күші бойынша байқауға болады. Электр өрісінің кернеулігі - Э. ө-нің сандық сипаттамасы болып табылады. Электр өрісінің кернеулігі - электр өрісінің зарядталған бөлшектер мен денелерге күштік әсерін сипаттайтын векторлық шама (Е). Ол электр өрісініңбелгілі бір нүктесіне қойылған нүктелік зарядқа әсер ететін өріс күшінің (F0) сол зарядтың шамасына (q0) қатынасына тең:

E0=F0q0 (2)

Бұл жерде зерттелетін өріске әкелінген зарядтың шамасы (q0) сол өрістің жасайтын зарядтардың шамасы мен олардың кеңістікте тарала орналасуын өзгертпейтіндей, мейлінше аз деп қарастырылады. Электр өрісінің кернеулігінің бірліктердің халықаралық жүйесіндегі өлшеу бірлігі: вм. Магнит өрісі - қозғалыстағы электр зарядтары мен магниттік моменті бар денелерге (олардың қозғалыстағы күйіне тәуелсіз) әсер ететін күштік өріс. Магнит өрісі магниттік индукция векторымен (В) сипатталады. В-ның мәні магнит моменті бар қозғалыстағы электр зарядына және денелерге өрістің берілген нүктесінде әсер етуші күшті анықтайды.
"Магнит өрісі" терминін 1845 ж. ағылшын физигі М. Фарадей енгізген. Ол элетр өзара әсер сияқты магнит өзара әсер де бірыңғай материялық өріс арқылы беріледі деп санаған. Электр-магниттік өрістің классикалық теориясын Дж.Максвелл жасаған (1873), ал кванттық теориясы 20 ғасырдың 20-жылдары жасалды (Өрістің кванттық теориясы). Макроскоп. Магнит өрісінің көздері - магниттелген денелер, тогы бар өткізгіштер және қозғалыстағы зарядталған денелер. Бұл көздердің табиғаты бір: Магнит өрісі зарядталған микробөлшектердің (электрон, протон, ион), сондай-ақ, микробөлшектердің меншікті (спиндік) магнит моменті болуының нәтижесінде пайда болады (Магнетизм).
Айнымалы магнит өрісі электр өрісінің, ал электр өрісі магнит өрісінің уақыт бойынша өзгерісі нәтижесінде пайда болады. Электр және магнит өрістері, олардың бір-бірімен өзара әсерлері Максвелл теңдеуімен толық сипатталады. Магнит өрісініңкернеулік (Н) мен магнит индукциясы(В) - өрістің күштік сипаттамасы. Кернеулік векторы өріс пайда болған орта қасиетіне тәуелсіз шама болса, индукция векторы қарастырылатын денедегі қорытқы өрісті сипаттайды. Сондай-ақ, индукция векторы магнит өрісінде қозғалған зарядқа әсер ететін күшті, магнит моменті бар денеге магнит өрісінің тигізетін әсерін, өріс тарапынан байқалатын басқа да әсерлерді анықтайды.

1.2 Электромагниттік сәулелену көздері. Радиожиілік және аса жоғарғы жиілік

Радиожиілік және аса жоғарғы жиілікті электромагниттік сәулелерді шығару көздері болып адам қажеттілігіне жасалған, әр түрлі сферадағы құрылғылар мен бұйымдар болып табылады. Осы негізгі құрылғылардың көбінде электромагниттік сәулеленудің физикалық қасиеттері қолданылады: кеңістікте жайылу және сыну, материалдарды қыздыру, заттармен өзара әрекеттесу және т.с.с., сонымен қатар электромагниттік сәулелерді кеңістікке таратуға арналмаған, басқа да өзгеше жұмыстарды жасауға арналған, бірақ зиянды электромагниттік сәулелерді шығаратын құрылғылар да кездеседі. Радиожиілікті және аса жоғарғы жиілікті электромагниттік сәулелердің қасиеті болып байланыс саласындағы 2 шекараны кеңістікте жайылу және сыну арқылы байланыстыру болып табылады (радио және телестанция, ретрансляторлар, радио және ұялы телефондар) және радиолокациялар (әр түрлі міндет атқаратын радтолокациенды жиынтықтар, навигациялық құрылғылар). Радиожиілік және аса жоғарғы жиілікті электромагниттік сәулелелендірудің мүмкіншілігін әр түрлі техникада материалдарды өңдеуде қолдану үшін әр түрлі материалдарды қыздыру, жартылай өткізгіштерді қыздыру үшін, синтетикалық материалдарды дәнекерлеуге, азық-түлік дайындауда (қысқа толқынды пеш), медицинада (физиотерапевттік қондырғылар) кеңінен қолданады.
Қысқа толқынды пеш (немесе аса жоғары жиілікті пеш) микротолқынды немесе аса жоғары жиілікті сәулелену деп те аталатын электромагниттік сәулеленуді тамақты қыздыру үшін қолданады. Қысқа толқынды пештің жұмыс жасау жиілігі 2,45 ГГц-ті құрайды. Дәл осы жиіліктен көп адамдар қолқады. Бірақ заманауи қысқа толқынды пештерде электромагниттік сәулелерді жұмыс аумағынан сыртқа шығармайтындай етіп жасаған. Сонда да бұл электромагниттік сәулелерді пештен сыртқа шықпайды деп сеніммен айта алмаймыз. Әр түрлі жағдайларда электромагниттік сәулелердің бөлігі сыртқа шығады, әсіресе есігінің астыңғы оң жақ бөлігінен қарқынды шығатыны зерттелген.
Электромагниттік сәулелерді кеңістікте тудыра алатын техникалық құрылғылар электромагниттік сәулелерді тікелей шығару көздері болып саналады. Бұлар радиоаппараттарда антендік жүйелер, генераторлы лампалар, фидерлік тракттермен дұрыс жалғанбаған жерлер, генераторлық шкафтардың экрандалған аумақтары, электронды-визуальды құрылғылардағы ақпарат көрсету экрандары; материалдарды термоөңдеу қондырғыларында- жұмыс индукторлары және конденсаторлар, келістіруші (согласующие) трансформаторлар, конденсатордың батареялары, фидерлік желілерде экрандалған орындар.
Радиолокационды станциялар ережеге сай айна тәрізді антеннамен құрылған және оптикалық оське бағытталған, сәуле түріндегі тарбағытталған сәулелену диаграммасы болады. Радиолокационды жүйе 500 МГц-тен 15 ГГц-ке дейінгі жиілікте жұмыс жасайды, бірақ бөлек жүйелер 100 ГГц жиілікке дейін жұмыс жасай алады. Олардан шыққан электромагнитті сигнал басқа электромагнитті сигнал шығару көздерінен ерекше. Антенаның кеңістікте периодты түрде орын ауыстыруына байланысты кеңістіктегі үзілісті сәулеленуге әкеліп соғады. Сәулеленудің уақытша үзілістілігі радиолакатордың сәулеленуге циклдық жұмысына негізделген.
Хабар таратқыш радиоорталықтар өзіне арнайы тағайындалған аймақта орналастырылады және өте үлкен аумақты (1000 га-ға дейін) алып жатыуы мүмкін. Ол өз құрылысына сәйкес, радио-хабар таратқыш тұратын орын және бірнеше ондаған антенді-фидерлік жүйе орналастырылатын антенді алаңдары бар бір немесе бірнеше нысаннан тұрады. Хабар таратқыш радиоорталықтар тудыратын электромагниттік сәулеленудің жағымсыз әректі байқалатын аймақты шартты түрде 2-ге бөліп қарастыруға болады:
- Аймақтың бірінші бөлімі- радиохабар таратушы мен антенді-фидерлі жүйе қызметін қамтамасыз ететін барлық қызмет орналастырылған хабар тарату радиоорталық аймағы. Бұл қорғалған аймақ, оған тек қана таратқыштармен, коммутаторлармен және антенді-фидерлі жүйелермен байланысты жұмыс жасайтын профессионалды адамдар ғана жіберіледі.
- Аймақтың екінші бөлімі- хабар тарату радиоорталығымен іргелес жатқан аймақ, бұл жақта барлығына рұқсат етілген және мұнда тұрғын үй салып адамдар орналасуға болады, бірақ бұл аймаққа орналасқан халыққа сәулелену қаупі төнеді.
Хабар тарату радиоорталықтар орналасқан аймақта, ал кейде аймақтың сыртында да жоғары дәрежелі электромагниттік толқынның төмен, орташа және жоғары жиілікері байқалады. Хабар тарату радиоорталықтары аймақтарында электромагнитті жағдайы жөнінде анализ бойынша өзіндік интенсивтілігі және әрбір радиоорталықтағы электромагниттік сәулеленудің таралуына байланысты оның өте қиын жағдайда екенін көрсетуде. Осыған байланысты әрбір хабар тарату радиоорталықтарына жеке-жеке зерттеулер жүргізіледі.
Халық қоныстанған жерде электромагниттік сәулелену көзі болып қазіргі жағдайда қоршаған ортаға аса жоғарғы және ультражоғары диапазондағы ультрақысқа толқындар сәулелендіретін радиотехникалық тарату орталықтары саналады. Адамды және қоршаған ортаны үлкен дәрежеде сәулелендіретін орта болып антен тірегіші 180 м-ден аспайтын радиотехникалық тарату орталығы орналасқан аймақ болып саналатынын көптеген салыстырмалы анализдерден көруге болады.

1.3 Электродинамиканың релятивистік тұжырымдамасы

Электр тогы өзінің айналасында магнит өрісін тудырады. Осыған кері құбылысты, яғни магнит өрісінің көмегімен токты қоздыруды, ашу үшін жасалған сансыз көп әрекеттер 1831 ж. табысты аяқталды. Бұл маңызды мәселені шешкен ағылшын физигі М. Фарадей электромагниттік индукция құбылысын ашты.
Оның мағынасын былай тұжырымдауға болады: тұйық өткізгіш контурмен шектелген бет арқылы өтетін магнит ағыны өзгергенде сол контурда индукциялық деп аталатын электр тогы пайда болады. Индукциялық токтың пайда болуы тізбекте электромагниттік индукцияның электр қозғаушы күші бар екендігін көрсетеді. Индукциялық ток күшінің мәні, демек, индукцияның э.қ.к.-ң мәні де тек магнит ағы-нының өзгеру жылдамдығымен ғана анықталады, яғни:
~~

Фарадейдің электромагниттік индукция заңы: тұйық өткізгіш контурмен шектелген бет арқылы өтетін магнит ағынының өзгеру себебі қандай да болмасын, контурдағы пайда болатын э.қ.к. мына өрнектің көмегімен анықталады:
(3)

Бұл өрнектегі минус таңбасы энергияның сақталу заңына негізделетін Ленц ережесінің салдары болып табылады.
Ленц ережесі: контурдағы индукциялық токтың бағыты әрдайым оның тудыратын магнит өрісі осы индукциялық токты қоздырған магнит ағынының өзгерісіне қарсы тұратындай жағдайда болады.
Тұрақты магнит өрісінде қозғалатын өткізгіштегі индукцияның э.қ.к.-ң қоздырылуына өткізгіштің қозғалысы кезінде пайда болатын Лоренц күші жауапты. Бірақ, ол күштің әсері арқылы айнымалы магнит өрісінде орналасқан қозғалмайтын контурдағы индукцияның Э.Қ.К.-ң пайда болуын түсіндіру мүмкін емес, себебі Лоренц күші тыныштық күйдегі зарядтарға әсер етпейді. Қозғалмайтын өткізгіштегі индукцияның э.қ.к.-н түсіндіру үшін Максвелл кез-келген айнымалы магнит өрісі қоршаған кеңістікте құйынды электр өрісін тудырады деген болжам жасады. Айтылған сол құйынды электр өрісі өткізгіштегі индукциялық токтың пайда болуына себепті, ал оның кернеулік векторының кез-келген тұйық контур бойындағы нөлге тең емес циркуляциясы электромагниттік индукцияның э.қ.к.-і болып табылады:

(4)

Электромагниттік индукция құбылысын механикалық энергияны электр тогының энергиясына түрлендіру үшін пайдаланады. Осы мақсатпен айнымалы ток генераторлары қолданылады. Егер біртекті магнит өрісінде рамка бұрыштық жылдамдықпен бірқалыпты айналатын болса, онда рамкамен шектелген бет арқылы өтетін магнит ағыны мына заң бойынша өзгереді .
Айналу кезінде рамкада гармониялық заң бойынша өзгеретін индукцияның айнымалы Э.Қ.К.- і пайда болады:

(5)

Мұндағы - э.қ.к.-і тербелісінің амплитудасы.
Тұйық контур бойымен өтетін электр тогы өзінің айналасында Био-Савар-Лаплас заңына сәйкес индукциясы токтың күшіне пропорционал магнит өрісін тудырады. Сондықтан контурмен шектелген бет арқылы өтетін магнит ағыныда контурдағы ток күшіне пропорционал болады:

~~

Осы тәуелділікті

(6)

өрнегімен көрсетуге болады, ал мұндағы пропорционалдық коэффициентті контурдың индуктивтілігі деп атайды. Индуктивтіліктің өлшем бірлігі- генри (Гн): 1 Гн дегеніміз бойымен 1А ток өткенде 1 Вб магнит ағынын тудыратын контурдың индуктивтілігі.
Соленоидтің индуктивтілігі мынаған тең:

(7)

Мұндағы - орамдар саны, - соленоидтің ұзындығы, - оның көлденең қимасының ауданы.
Өзекшесіз соленоидтің индуктивтілігі - ге тең болсын. Егер соленоидтің өзекшесі бар болса, онда оның индуктивтілігі басқа болады:

Мұндағы - соленоид өзекшесі затының магниттік өтімділігі.
Контурдағы ток күші өзгергенде, контурмен шектелген бет арқылы өтетін магнит ағыныда өзгереді, соның салдарынан өздік индукцияның э.қ.к.-і пайда болады:

Егер контурдың пішіні және ортаның магниттік өтімділігі өзгермесе, онда , сондықтан
(8)

Мұндағы Ленц ережесінің салдары болып табылатын минус таңбасы, индуктивтіліктің бар болуы контурдағы ток өзгерісінің бәсеңдеуіне әкелетінін көрсетеді. Егер сыртқы ток уақытқа орай өсетін болса, онда өздік индукцияның тогы оған қарама-қарсы бағытталып, оның өсуін баяулатады. Ал егерде сыртқы ток уақытқа орай кемитін болса, онда өздік индукция тогы онымен бағыттас болады да, сыртқы токтың кемуін бәсеңдетеді.
Тізбекті тұйықтау және ажырату кезінде пайда болатын қосымша токтарды өздік индукцияның экстратоктары деп атайды. Олар әсіресе индуктивтілігі үлкен тізбектерде айқын байқалады. Ажырату экстратогы ток көзінің тізбектен ажыратылған кезінде ток күші кемуінің бәсеңдеуіне әкеледі:

(9)

Тұйықтау экстратогы ток көзі тізбекке жалғанатын кезде ток күшінің өсуін баяулатады:
(10)

Егер екі 1 және 2 контур біріне-бірі жақын орналасса, онда олардың біріншісіндегі токтың тудыратын магнит өрісінің индукция сызықтары екінші контурмен шектелген бетті тесіп өтеді. Осы бет арқылы өтетін магнит ағыны бірінші контурдағы ток күшіне пропорционал

Мұндағы пропорционалдық коэффициенті өзара индукция коэффициенті деп аталады. тогы өзгерген кезде электромагниттік индукция заңына сәйкес екінші контурда пайда болатын Э.Қ.К.

(11)

Сол сияқты құбылыс контурлардың рольдерін бір-бірімен ауыстырғанда да байқалады. Сонда және коэффициенттері бір біріне тең және контурлардың геометриялық пішіндеріне, олардың өзара орналасуына және қоршаған ортаның магниттік өтімділігіне тәуелді болады.
Контурлардың біреуінде ток күші өзгерген кезде, екінші контурда индукцияның э.қ.к.-ң пайда болу құбылысын өзара индукция деп атайды.

1.4 Электромагниттік толқындар

Электромагниттік толқындардың - кеңістікте шектелген жылдамдықпен таралатын айнымалы электромагниттік өрістің - бар болуы Максвелл теңдеулерінің салдары. Электромагниттік өрісті тудыратын зарядтар мен токтардан алыс жатқан біртекті және изотропты ортадағы айнымалы электромагниттік өрістің және кернеулік векторлары толқындық теңдеуге бағынады:

Мұндағы - Лаплас операторы, - толқынның фазалық жылдамдығы.
Электромагниттік толқындардың фазалық жылдамдығы мына өрнектің көмегімен анықталады:

(12)

Мұндағы - электромагниттік толқынның вакуумдегі жылдамдығы.
Электромагниттік толқын көлденең: электр және магнит өрістерінің және кернеулік векторлары өзара перпендикуляр бола отырып толқынның таралу жылдамдығының векторына перпендикуляр орналасқан жазықтықта жатады, және де , және векторлары оң бұрандалы жүйені құрайды.
Тәжірибе жүзінде алғаш рет электромагниттік толқындарды неміс физигі Г. Герц ашық тербелмелі контурдың көмегімен алды. Герц тәжірибелері электромагниттік толқындардың қозу және таралу заңдары Максвелл теңдеулерімен толық сипатталатынын көрсетті.
Электромагниттік толқын энергиясының көлемдік тығыздығы электр және магнит өрістерінің және көлемдік тығыздықтарының қосындысы болып табылады: .
Уақыттың кез келген мезеті үшін электр және магнит өрістерінің тығыздықтары өзара тең, яғни =. Сондықтан:

(13)

Энергияның тығыздығын толқынның ортадағы таралу жылдамдығына көбейте отырып, энергия ағынының тығыздық модулін табуға болады:
., және векторларының бағыттарын ескерсек, электромагниттік энергия ағынының тығыздық векторын (Умов-Пойнтинг векторы) мына түрде жазуға болады:

(14)

Электр және магнит өрісі энергияларының өзара түрленуімен қоса жүретін электр шамаларының (зарядтың, ток күшінің, кернеудің және т.б.) периодты өзгерістерін электромагниттік тербелістер деп атайды. Еркін электромагниттік тербелістерді тербелмелі контур деп аталатын және тізбектей жалғанған индуктивтілігі катушкамен сыйымдылығы конденсатордан тұратын (контурдың кедергісі ) қарапайым жүйенің көмегімен алуға болады.
Конденсатордың электр өрісі және катушканың магнит өрісі энергияларының қосындысы болып табылатын тербелмелі контурдың толық энергиясы уақытқа байланысты өзгермейді:

Бұл өрнекті уақыт бойынша дифференциалдап алып және ток күшімен зарядтың өзара байланысын ескерсек, контурдағы заряд тербелісінің дифференциалды теңдеуін аламыз:
.Бұл теңдеудің шешімі болып табылатын өрнегіндегі - заряд тербелісінің амплитудасы, - циклдік жиілігі, - бастапқы фазасы. Циклдік жиілікпен өрнегі арқылы байланысқан тербеліс периоды Томсон формуласының көмегімен анықталады: .
Сөйтіп, контурдағы зарядтың еркін электромагниттік тербелістері гармониялық тербеліс болып табылады.
Тербелмелі контурдағы ток күші:

Мұндағы - ток күшінің амплитудасы. ток күшінің тербелісі заряд тербелісінен фаза бойынша - ге , ал уақыт бойынша - -ке озып отырады.
Конденсатордағы кернеудің уақытқа орай өзгеру заңы:

Мұндағы - кернеу тербелісінің амплитудасы. Кез келген нақты контурдың кедергісі болады. Сондықтан ондай контурдағы еркін тербелістер бара-бара өшеді. Кирхгоф ережесіне сәйкес
, мұндағы - контурдың кедергісіндегі кернеу, - конденсатордағы кернеу, - айнымалы ток өткенде катушкадағы пайда болатын өздік индукцияның э.қ.к.-і.
Заряд тербелісінің дифференциалдық теңдеуін бұл жағдайда мына түрде жазуға болады:

Бұл теңдеудің шешімі зарядтың еркін өшетін тербелісі болып табылады:

Мұндағы - өшу коэффициенті. Тербеліс жиілігі өрнегінің көмегімен анықталады.

2 ЭЛЕКТРОМАГНИТТІК ҚҰБЫЛЫСТАР ЖӘНЕ МАГНИТ ТІЗБЕКТЕРІНІҢ ЭКСПЕРИМЕНТТІК НЕГІЗДЕРІ
2.1 Электродинамиканың эксперименттік негіздері

Егер нүктелік зарядтың электростатикалық өрісінде 1-ші нүктеден 2-шіге күштік сызықтың бойымен басқа нүктелік заряд орын ауыстырса, зарядқа әсер етуші күш жұмыс атқарады.
элементар орын ауыстыруындағы күшінің атқаратын жұмысы

Сонда зарядты 1-ші нүктеден 2-шіге орын ауыстырғандағы атқарылатын

(15)

Өріс күштерінің жұмысы жолдың траекториясына тәуелсіз болады да, бастапқы 1 және соңғы 2 нүктелердің орындарымен ғана анықталады. Бұл қорытынды кез келген электростатикалық өріс үшін орындалады. Демек, электростатикалық өріс потенциалды өріс болып табылады. Күштің потенциалдық өрісінде орналасқан дене потенциалдық энергияға ие болады да, соның есебінен өріс күштері жұмыс атқарады.
Өріс күштерінің атқаратын жұмысы потенциалдық энергияның кемуіне тең:

Демек, зарядының электр өрісінде орналасқан зарядының иеленетін потенциалдық энергиясы:

Константаның мәні зарядты шексіздікке алыстатқанда (яғни, ), оның потенциалдық энергиясы нөлге тең болатындай етіп таңдап алынады. Бұл жағдайда:

Өрістің берілген нүктесіндегі өріс потенциалы деп аталатын:

(16)
Скалярлық шама, кернеулік векторымен қоса, электр өрісін сипаттау үшін пайдаланылады. Сонда зарядты 1-ші нүктеден 2-шіге орын ауыстырғандағы электростатикалық өріс күштерінің атқаратын жұмысын мына түрде жазуға болады

Электростатикалық өрістің 1 және 2 нүктелерінің потенциалдар айырмасы бірлік оң зарядты 1-ші нүктеден 2-шіге орын ауыстырғандағы өріс күштерінің атқаратын жұмысына тең:
(17)

Потенциалдың өлшем бірлігі - вольт (В): 1Кл зарядтың 1Дж потенциалдық энергияны иеленетін өріс нүктесінің потенциалы 1В-қа тең деп алынады.
Зарядтар жүйесінің өріс потенциалы әр жеке зарядтың туғызатын өріс потенциалдарының алгебралық қосындысына тең:

(18)

Электростатикалық өрісте электр зарядын кез-келген тұйық контур бойымен орын ауыстырғандағы атқарылатын жұмыс нөлге тең: .
Егер сыншы заряд Кл тең болса, онда
Барлық нүктелеріндегі потенциалдың мәндері бірдей беттерді эквипотенциалды беттер деп атайды.
Кернеулік сызықтар эквипотенциалды беттерге үнемі нормаль бағытталады.
Өріс кернеулігі мен потенциалдың арасындағы байланысты белгілі өріс кернеулігі арқылы өрістің кез келген екі нүктесінің потенциалдар айырмасын анықтау үшін пайдалануға болады.
Кернулігі біртекті электр өрісінде орналасқан жазық бет арқылы өтетін кернеулік векторының ағыны деп

(19)

Скалярлық шаманы атайды. Мұндағы - кернеулік векторымен бетке жүргізілген нормаль арасындағы бұрыш, - векторының нормальға түсірілген проекциясы.
Біртекті емес өрісте орналасқан кез-келген аудан арқылы өтетін кернеулік векторының ағыны мынаған тең:
(20)

Макроскопиялық зарядтарды қарастырғанда олардың дискретті (үздікті) құрылымына көңіл аудармайды да, оларды кеңістіктің әр нүктесінде шектелген тығыздықпен үздіксіз түрде таралады деп есептейді.
Зарядтың сызықтық тығыздығы деп дененің бірлік ұзындығына келетін зарядты атайды:

, Клм

Зарядтың беттік тығыздығы деп аудан бірлігіне келетін зарядты атайды:

, Клм2 (21)

Зарядтың көлемдік тығыздығы деп дененің бірлік көлеміне келетін зарядты атайды:

, Клм3

Вакуумдегі электростатикалық өріс үшін Гаусс теоремасы: кез келген тұйық бет арқылы өтетін вакуумдегі электростатикалық өрістің кернеулік векторының ағыны сол бетпен қоршалған зарядтардың алгебралық қосындысының -ге қатынасына тең:

Өткізгіштің ішкі бөліктерінде зарядтың болмауы Гаусс теоремасының салдары ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.