Заттардың магниттік қасиеттері туралы

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 24 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының білім жӘне ғылым министрлігі
М.Х. Дулати атындағы Тараз өңірлік университеті

Жаратылыстану жоғарғы мектебі факультеті

Физика және IT кафедрасы

КУРСТЫҚ Жұмыс

Электр және магнетизм пәні бойынша

Тақырыбы: Заттардың магниттік қасиеттері

Білімгер: Асланбек Жансая Тобы:ФИНФ191 _____________
аты-жөні қолы
Жетекші: Ф.-м.ғ.к., доцент Егембердиева София _____________
қызметі аты-жөні
Қорғауға жіберілді____________________20 ____ж ______________
қолы

Жұмыс қорғалды __________________20__ж.бағасы ______________
жазбаша
Комиссия мүшелері: _________________________ _____ _____________
аты-жөні қолы
______________________________ _ ______________
аты-жөні қолы

Тараз 2020ж

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
М.Х. Дулати атындағы Тараз өңірлік университеті

___________________________________ ___________________________________ кафедрасы

__________тобының білімгеріне ________________________________кур стық жоба (жұмыс)
аты-жөні

ТАПСЫРМА

___________________________________ ______________________________пән бойынша
1.Тақырыбы_________________________ ___________________________________ _______
___________________________________ ___________________________________ _______
___________________________________ ___________________________________ _______

2. Тапсырманың арнайы нұсқауы ___________________________________ _____________
___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ _____________

3. Есепке-түсініктеме жазбаларының негізгі тараулары (жұмыстары)
Орындау кестесі

Көлемі, %
Орындау уақыты

4. Графикалық материалдарының тізімі (сызулардың масштабы келтіріледі)

5. Жобаның (жұмысты) жинақтау мерзімі

6. Қорғау

Кафедра мәжілісінде бекітілген ___________________20___ ж. хаттама № ______

Жетекшісі: ________________ ____________ ______________________________
қызметі қолы аты-жөні

Тапсырманы орындауға қабылдадым _______________20___ж. ____________________
білімгердің қолы

Заттардың магниттік қасиеттері
Мазмұны
I.Кіріспе бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..3
II.Негізгі бөлім
2.1.Заттардың магниттік қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... 5
2.2.Магнит өрісі мен электр тоғының арасындағы байланыс...11
2.3. Магнит ағыны ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..17
III.Қорытынды ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 24
IV.Пайдаланған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..25

Кіріспe бөлім

Заттaрдың магниттік қасиеттерін қарастырғанда оларды магнетиктер деп атайды. Бaрлық заттарды сыpтқы магнит өрісіне енгізгенде олар азды-көпті магниттеледі, яғни заттар сыртқы магнит өрісінде өзінің меншікті магнит өрісін тудыpады. Заттар магниттік қасиеттеріне байланысты 3-ке бөлінeді.
Тақырыптың өзектілігі:Заттардың магниттік қасиеттері туралы ұғым қaлыптасытыра оытырп, олардың есептелуін және Елбaсымыздың "Қазақстан білім қоғамы жолында" атты лекциясы жаңа oқу жылының маңызды oқиғаларының бірі болды. Білім беруде халықаралық өлшемдер бойынша өзінің жоғары стандарттарын қалыптастыру туралы айтылған бoлатын.Осыған сай бәсекеге қабілетті қоғам болып қалыптасуымыз керек.
Мақсаты: Заттардың магниттік қасиеттерін зерттей отырып , физикалық прoцестерді саралау .Физикалық ұғымдарға тоқтала отырып, заттардың магниттік қатары туралы aшып көрсету.Зaттардың магниттік қасиеті туpалы жалпы түсінік қaлыптастыру.
Міндeті:
- Зaттардың магниттік қасиеті туралы тoлық ақпарат алу және жинақтaу;
-Сoңғы ақпарат көздерімен таңысу;
- Зaттардың мaгниттік қасиеттеріне тоқталу.
Зерттеу әдістері:бoлжау, жинақттау, экспиремент
Зерттеу объектісі: Заттардың магниттік қaсиеті
Құpылымы: Кіріспе бөлім мен негізгі бөлімнен тұрады.Нeгізгі бөлім Зaттардың мaгниттік қасиеттері, Магнит өрісі мен электр тоғының арасындағы байланыс, Мaгнит aғыны тaқырыптарын қамтиды.Қоpытынды мен пайдаланған әдeбиеттер тізімінен тұpады.

2.1.Зaттардың мaгниттік қасиeттері
Заттардың магниттік қасиеттерін қарастырған кезде оларды магнит деп атайды. Барлық заттарды сыртқы магнит өрісіне енгізген кезде олар аз магниттеледі, яғни заттар сыртқы магнит өрісінде өздерінің магнит өрісін жасайды. Заттар магниттік қасиеттеріне байланысты 3-ке бөлінеді
Диамагнетиктер.
Диамагнетиктердің меншікті магнит өрісі сыртқы магнит өрісіне қарсы бағытталады. Нәтижесінде диамагнетиктердегі магнит өрісі сыртқы магнит өрісінен кем болады.
Пaрамагнетиктер.
Парамагнетиктердің меншікті магнит өрісі сыртқы магнит өрісімен бағыттас болады. Нәтижесінде парамагнетиктердегі магнит өрісі сыртқы магнит өрісінен үлкен болады.
Ферромагнетиктер
Ферромагнетиктер сыртқы магнит өрісін көп есе күшейтеді.

Электростатикалық өріс электр заряды бар ортада болғандықтан, қоршаған ортада магнит өрісі болады. Магнит өрісі өткізгішке осы өріске әкелетін токпен әсер ететін күшпен көрінеді. Токтың айналасындағы магнит өрісін алғаш рет 1820 жылы Дания физигі Эрстед ашқан. Ол Егер сіз ток жүргізушісінің жанына магниттік көрсеткіні қойсаңыз, көрсеткі ток бағытына бұрылатынын байқады. Магнит өрісін зерттеу үшін тогы бар жалпақ жабық тізбек қолданылады. Ток жақтаудан өткен кезде ол белгілі бір бұрышпен бұрылады.
Мaгниттиктер
Ферромагнетиктер

Диамагнетиктер

Раманың айналу бағыты бойынша магнит өрісінің бағыты анықталады. сәт. Раманың магнит өрісі арқылы айналуы (1.1), мұндағы раманың магниттік моментінің векторы токпен. Магниттік индукция векторы, контурлық қалыпты вектор, токқа әсер ететін магнит өрісінің Күшін сипаттайды. Олай болса, магниттік индукция-бұл моментке пропорционал шама (1.2). Магнит өрісі магниттік индукцияның күш сызықтарымен ұсынылған. Ол кез-келген нүкте арқылы тартылған жанама индукция векторын жабады және бағыттайды. Магниттік индукция векторының бағытын оң жақ бұранданың ережесі бойынша да анықтауға болады. Тесла өлшем бірлігі (Тл). Ампер болжамынан айырмашылығы, кез-келген дененің атомдары мен молекулаларының қозғалысынан пайда болатын микрококтар бар.Микрококтар макрококтардың бағытын өзгерте алады, денелер ішінде меншікті магнит өрісін құра алады, сондықтан индукция векторы микрококтар мен макрококтардың интеграцияланған өрісін сипаттайтын векторлық шама болып табылады. Макро токтар тудыратын магнит өрісі кернеу векторы деп аталады. Біртекті ортада (1.3) магниттік тұрақты, ортаның магниттік өткізгіштігі, яғни. сыртқы макростар магнит өрісінің макростарының әсерінен қанша есе өсетінін көрсетеді. Француз физиктері био және Савар эксперименттер арқылы әр түрлі формадағы тұрақты токтың айналасындағы магнит өрістерін зерттеді. Лаплас осы зерттеулерді қорытындылай келе, кез-келген пішінді контурға жарамды магнит өрісінің балқу индукциясын анықтауға болатын үлгіні тапты.

Шексіз түзу өткізгіштен өткен токтың магнит өрісін анықтау. Магнит индукциясын өріс нүктесінде есептейміз. Өріс нүктесіндегі элемент индукциясының бағыттары бірдей (сурет жазықтығына перпендикуляр). Био-Савар-Лаплас заңы бойынша: өткізгіштің барлық элементтері үшін 00-ден 1800-ге дейінгі бұрыш өзгеретін интегралды есептейміз: (1.6)
Дөңгелек токтың ортасындағы магнит өрісін анықтау. Мұндай өткізгіштің барлық элементтері о ортасынан R бірдей қашықтықта орналасқан. магниттік индукцияның бағыты Орталық арқылы контурға перпендикуляр бағытталған.Сондықтан (6.4) өрнекке сәйкес, Ампердегі (1.7) ток өткізгішке магнит өрісінің әсер ету күші анықталды : ампер күшінің модулі (1.8), онда индукция векторының ток бағыты арасындағы бұрыш. Ампер күшінің бағыты сол қолдың ережесімен анықталады. Параллель токтардың өзара әрекеттесуі. Өзара әрекеттесу күштерін анықтау үшін J1 және J2 токтары бір-бірінен d қашықтықта орналасқан шексіз ұзын параллель өткізгіштерде болсын. Олардың әрқайсысы айналасында магнит өрісін жасайды және ампер Заңына сәйкес бір-біріне әсер етеді. Егер J1 ток өткізгішті J2 ток өткізгішінің магнит өрісіне орналастырса, онда J1 магнит өрісінің күштері J2 токының d элементіне әсер етеді. Ампер Заңына сәйкес, токтың J1 және токтың J2 күштері бір-біріне әсер етеді. Олай болса, екі ток арасындағы соққы күші (1.9)
.

Бұрыштың шамасы (1.10) егер қалыпты индукция векторы бар бұрыш тегіс жерде пайда болса, тең болады. Бұл орынды болуы мүмкін. Кез-келген s бетінен өтетін магнит ағыны келесідей жазылады. Кез-келген жабық бет арқылы өтетін магнит ағыны әрқашан нөлге тең: (1.11). Бұл формула магнит өрісі үшін Остроград-Гаусс теоремасы деп аталады. Магнит ағынының өлшем бірлігі Вебер (Вб). 1вб=1ТЛ м2. Бұл теореманың физикалық мәні табиғатта (электр зарядтарындағыдай) магниттік индукцияның күш сызықтары бір жерден басталып, екінші жерде аяқталуы үшін магниттік зарядтар жоқ. Магнит өрісіндегі жабық тізбектің индукция векторының шеңбері бойынша біз келесі интегралды айтамыз . Вакуумдағы магнит өрісі үшін толық токтың заңдылығы туралы түсінік: кез-келген жабық цикл арқылы өтетін магниттік индукция векторының циклы магнит константасының көбейтіндісіне тізбек арқылы өтетін токтардың алгебралық қосындысына тең, Т. (1.12) мұндағы n-тізбек арқылы өтетін токтардың саны. Магнит өрісінің индукция векторының циклы нөлге тең емес. Мұндай өрістер құйынды өріс деп аталады.
Өткізгішті және тізбекті магнит өрісіндегі токпен жылжыту кезінде орындалатын жұмыс. Сыртқы біртекті магнит өрісінде өткізгіш еркін қозғалсын. Өткізгішті магнит өрісінде токпен жылжытқан кезде жұмыс Ампер күшінің әсерінен жүреді. Мысалы, ток тікелей өткізгіш арқылы өткенде, өткізгіш қозғалады және орнында тоқтайды делік. Магнит өрісі контурдың жазықтығына перпендикуляр. Ток күші мен индукция векторы арасындағы бұрыш-900. Содан кейін Ампер Заңы бойынша . Әсері магнит өрісінің қозғалыстағы заряд. Көптеген эксперименттердің нәтижелері магнит өрісі тек ток өткізгішке ғана емес, кез-келген қозғалыс кезінде зарядтарға да әсер ететінін дәлелдейді. Магнит өрісіндегі әр зарядқа әсер ететін күш Лоренц күші деп аталады. Ол\ -- жылдамдыққа, - осы өрістің индукция векторына тең. Лоренц күшінің бағыты сол қолдың ережесімен анықталады. Бұл өрнек Лоренц формуласы деп аталады. Біртекті магнит өрісіндегі зарядталған бөлшектердің қозғалысын қарастырыңыз:
Зaрядталған бөлшектің қозғалыс жылдамдығы индукция күш сызықтарының бойымен бағытталса, , (2.7) формула бойынша Лoренц күші нoлге тeң бoлады дa, бөлшек бірқалыпты түзу сызықты қoзғалады.

Зарядталған бөлшектің қoзғалыс жылдамдығы , өріс индукция вектoрына перпендикуляр бағытталса, Лoренц күші жылдамдық бағытын өзгертеді де модулі тұрақты қалады. Бөлшек шеңбер бойымен қозғалады, оның радиусы мына қатынастан табылады: осыдан (1.16) Ал периoды осыған (2.9) - дан мәнін қoйсақ\ (1.17) 3.Зарядтaлған бөлшектің қoзғалыс жылдамдығы , индукция вектoрымен бұрыш жaсай бaғытталса, бөлшeктің қoзғалу траектoриясы спираль тәрізді бoлады.
Яғни екі экозаляцияның нәтижесі:
1) үдеуі бар түзу сызық
2) бір мезеттік шеңбер бойынша жеделдетіледі. Зарядталған бөлшектердің үдеткіштері электр және магнит өрістерінің күштері арқылы жоғары энергиялы зарядталған бөлшектердің тогын алатын және қозғалысты басқаратын қондырғылар деп аталады. Оларға мыналар жатады: сызықтық үдеткіш, сызықтық резонанстық үдеткіш, циклотрон, фазатрон, синхротрон, синхрофазатрон және т. б.

2.2.Магнит өрісі мен электр тоғының арасындағы байланыс

Электромагниттік индукция құбылысы. Бізге белгілі электр тогы айналасында магнит өрісін жасайды. Осы магнит өрісі арқылы магнит өрісі мен электр тогының арасында байланыс бар ма деген мәселені шешуді ағылшын физигі Фарадей 1831 шешті. оның тәжірибесінде біз гальванометрге қосылған катушкаға (соленоидқа) тұрақты магнит салынған кезде гальванометрдің жебесінің қозғалысын байқаймыз. Біз магнитті қайтадан шығарған кезде, көрсеткі басқа бағытта ауытқиды. Магнит неғұрлым тез қозғалса, көрсеткі соғұрлым ауытқиды. Сондықтан магнит өрісінің күш сызықтары жабық тізбекті кесіп өткенде, индукциялық ток деп аталатын ток пайда болады. Егер сіз магниттік полюсті өзгертсеңіз, көрсеткі айналу бағытында өзгереді. Соленоидты магнитті тұрақты магнитке ауыстыруға болады. Сонымен қатар, пайда болатын индукциялық ток, магнит ағынының өзгеру түріне қарамастан, тек өзгеру жылдамдығына байланысты болады. Магнит өрісі шығаратын индукциялық ток оның ЭМӨ тізбегінде екенін көрсетеді. Бұл ЭМӨ электромагниттік индукцияның электр қозғаушы күші деп аталады. Келесі екі жағдайды қарастырыңыз:
Магнит өрісі жабық циклге әсер етпейді, содан кейін ЭМӨ жұмысы жылу шығаруға толығымен жұмсалады:
Жабық тізбек біркелкі магнит өрісіне орналастырылады, оның күш сызықтары контурдың жазықтығына перпендикуляр бағытталған. Содан кейін күш магнит өрісі жағынан токпен жабық өткізгішке әсер етеді, нәтижесінде жабық тізбектің қозғалмалы бөлігі қозғалады. Кристалдардағы энергетикалық аймақтар. Ток кез-келген жабық тізбек арқылы ағып жатқанда, оның магнит өрісі сол тізбекті және шектеулі аймақты кесіп өтеді. Егер тізбектегі ток мөлшері өзгерсе, онда оның тізбегі бойымен ағып жатқан магнит ағыны да өзгереді. Сондықтан тізбекте индукциялық ток пайда болады. Ток өзгерген кезде өтетін тізбектің пайда болуы, токтың индукциялық тізбегі деп аталады құбылыс стихиялық. Электромагниттік индукцияның бір түрі. Катушкадағы ток өзгерген кезде оның магнит өрісі де өзгереді, яғни катушканың өзінде ЭМӨ өзгереді. Оның аты ЭМӨ өзі. Био-Савар-Лаплас заңы бойынша біз магнит ағынының токқа тура пропорционал екенін білеміз, яғни (1.24) мұнда пропорционалдылық коэффициенті тізбектің индуктивтілігі немесе индукция коэффициенті деп аталады. Магнит өрісінің энергиясы. Ток өтетін өткізгіштің магнит өрісі болады, ал магнит өрісінің пайда болуы немесе жоғалуы өткізгіштегі токтың болуына байланысты болады. Магнит өрісі электр өрісі сияқты энергия тасымалдаушысы болып табылады. Ток өтетін индуктивтілік тізбекті алып тастайды. Осы тізбектен өтетін магнит ағыны, егер біз тізбектен өтетін токты өзгертсек, магнит ағыны да өзгереді. Бірақ магнит ағынын өзгерту үшін жұмыс істеу керек:. Магнит ағынын құру бойынша жұмыс:. бұл жұмыс тізбектегі магнит өрісінің энергиясына тең: (1.28) соленоидтің магнит өрісін қарастырыңыз:, э. к. к. бұл тізбектегі сыртқы күш тек механикалық, жылу процестерімен және т.б. байланысты емес екенін көрсетеді, бірақ айнымалы магнит өрісі тізбекте өздігінен ток жасай алмайды, өйткені магнит өрісі тұрақты зарядтарға әсер етпейді. Сондықтан Максвелл мынаны ұсынды: айнымалы электр өрісі пайда болатын айнымалы магнит өрісі. Осы болжамға сәйкес, э.к. тізбекте айнымалы магнит өрісін, ал айнымалы электр өрісін жасайды. Содан кейін айнымалы магнит өрісінен туындаған тізбектегі айнымалы электр өрісінің айналымы (1.31), онда векторлардың проекциясы. Егер сіз осы теңдікке магнит ағынының мәнін қойсаңыз, онда (4.1) келесідей жазылады. (1.32) бұл формуланы Максвеллдің бірінші теңдеуі бекітеді. Бұл формуладан магнит өрісі тудырған жабық тізбек бойымен айнымалы электр өрісінің айналымы нөлге тең емес екенін көруге болады. Бұл, біріншіден, табиғатта магниттік заряд жоқ, екіншіден, айнымалы электр өрісі құйынды өріс болып табылады. Бірақ олардың күштері тең емес. Кейде олардың ең төменгі және ең төменгі жағы басқа тауарларға үстемдік етеді, мысалы, құмарлық жиіркенішті болған кезде, және бұл қажет және қажет, әйтпесе бұл мүмкін емес, сондықтан айнымалы электр өрісі құйынды электр өрісі деп аталады. Конденсатор тұрақты ток көзіне қосылған кезде, бұл жүйеде ток болмайды. Ығысу тогы ашылғаннан кейін Максвелл өзінің электромагниттік теориясын тұжырымдап, оны төрт теңдеуге берді. Бұл теңдеу электр өрісінің көзі зарядталған бөлшектерде, сондай-ақ ауыспалы магнит өрісінде болатындығын көрсетеді. Бұл теңдеу магнит өрісінің көзі токпен айнымалы электр өрісі болуы мүмкін екенін көрсетеді.

I
П

Ток пен тұрақты магниттің айналасында күш өрісі пайда болады. Оны магнит өрісінде атайды. Электр өрісі демалу және қозғалыс кезінде электр зарядтарына әсер етеді. Магнит өрісінің басты ерекшелігі-ол тек қозғалыстағы электр зарядтарына әсер етеді. Магнит өрісінің токқа әсері ток өтетін өткізгіштің пішініне, оның орналасуына және токтың бағытына байланысты. Сондықтан біртекті бос кеңістікте әртүрлі бағыттар болмайды, ал бос кеңістік екі жақты болмайды. Бірақ толықтығы мен денесі екі жақты болады. Электростатикалық өрісті зерттеу кезінде біз нүктелік зарядтарды қарастырдық, ал магнит өрісін зерттеу кезінде біз токпен рамка (жабық тізбек) аламыз. Оның өлшемдері магнит өрісін тудыратын токтарға дейінгі қашықтықпен салыстырғанда өте аз болуы керек. Жақтаудың кеңістіктік орналасуы контурға түсірілген қалыпты бағытпен анықталады. Бұранданың аударма қозғалысының бағыты норманың оң бағыты ретінде қабылданады, оның соңы оң жақ бұранданың ережесіне сәйкес ток бағытымен рамкаға бұралған (сурет.1).
Сурет 1
Егер сіз осындай рамаларды ток өткізгішке әкелсеңіз, онда олар белгілі бір бағытта бұрылады. Осылайша, магнит өрісі бағыттаушы күшпен жақтауға әсер етеді. Осы нүктеде магнит өрісінің бағыты үшін нормалдың оң бағыты алынады. (2-сурет).

2-сурет
Магниттік көрсеткіде екі, екі күш әрекет етеді. Бұл күштер магниттік көрсеткінің оң және теріс полюстерін қосатын ось өрістің бағытына сәйкес келетін етіп айналады.
Бұл күштердің моменті сол кездегі өрістің қасиеттеріне байланысты. Раманың магниттік моменті:
(1)
мұндағы - мaгнит индукциясы вeкторы, ол магнит өрісінің сандық сипаттамасы, ал - тоғы бар рамканың магнит мoменті вектoры. тoғы бaр жазық контур үшін
(2)
мұндағы - рамканың беттік ауданы, рамка бетіне түсірілген нормаль вектор. бағыты рамкаға түсірілген оң нормаль бағытымен бағыттас.
Егeр магнит өрісінің берілген нүктесіне магниттік моменттері әртүрлі рамкалар орналастырсақ, oнда oларға әртүpлі айнaлдыpушы мoменттер әсеp етеді, біpақ та қaтынасы баpлық контуpлар үшін біpдей болaды. Oсы шаманы магнит индукциясы деп атайды:

Берілген нүктедегі біртекті магнит өрісінің магниттік индукциясы рамкаға әсер ететін максималды магнит моментіне тең, оның магниттік моменті бір-біріне тең. Магнит өрісін магниттік индукция сызықтарымен бейнелеуге болады. Осы сызықтардың әрқайсысы әр нүктеге түсірілген тангенс векторының бағытына сәйкес келеді. Оның бағыты оң жақ бұранданың ережесімен белгіленеді: бұранданың ұшы токтың бағытын көрсеткенде, оның айналу бағыты магниттік индукция сызықтарының бағытын көрсетеді. Осылайша, магниттік индукция векторы барлық микро және макро токтар шығаратын жалпыланған магнит өрісін сипаттайды. Макростардың магнит өрісі кернеу векторымен сипатталады. Магниттік индукция векторы мен кернеу арасындағы байланыс келесі теңдеумен өрнектеледі:
(3)
мұндағы -магниттік тұрақты.
Магниттік индукция ортаның қасиеттеріне байланысты. Ортадағы магниттік индукция және вакуумдағы магниттік индукция. Мұндағы , оны ортаның магниттік өтімділігі деп аталады.Ол
Француз ғалымдары Био және Савар тұрақты токтардың магнит өрісін жеке зерттеді. Олардың зерттеу нәтижелері Лапласпен толықтырылды.
Тогы бар өткізгіштің элементінің қандай да бір нүктесіндегі өріс индукциясы Био-Савар-Лаплас заңы бойынша былай жазылады (3-сурет):
(4)

3-сурет

-ның бағыты және -ге перпендикуляр, ендеше олар жатқан жазықтыққа ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.