Магниттер және олардың қасиеттері
Магнетизм . кейбір денелердің темір, никель және тағы басқа металдардың бөлшектерін өзіне тартып ұстап тұра алатын қасиеті ретінде көрінетін, атомдар мен молекулалар ішіндегі электр зарядтары қозғалысының ерекше көрінісі. Бұлар магниттік денелер деп аталады.
Компастың тілі магнит болып табылатындықтан, жердің магнит өрісінде бір ұшы солтүстік бағдарды көрсетіп орналасады да, солтүстік полюс (N) деп аталады, ал қарама.қарсы бағытталған ұшы оңтүстік полюс (S) деп аталады. Арналған мақсаттарына сәйкес магниттерге әртүрлі формалар беріледі: тікбұрышты, ромбалық, дөңгелек және т. б. Қандай да болмасын формалы магниттің солтүстік және оңтүстік екі полюсы болады.
Егер де магниттелген стерженьді темір үгінділерінің ішіне салып, сосын суырып алсақ, онда үгінділердің ең көбі магниттің екі жағына тартылып қалады да ал бейтарап сызық деп аталатын орталық бөлігінде үгінді болмайды. Егерде магниттелген стерженьді екі бөлсек, онда екі жағында әр аттас полюстары бар екі магнит пайда болады. Магниттелген стерженьді әрі қарай кішкене бөлшектерге бөле берсек екі жағында солтүстік және оңтүсті полюстары бар жеке магниттер пайда бола береді. Міне сондықтан да тек қана бір полюсы бар (N немесе S) магнит жасау мүмкін емес.
17.сурет. Тұрақты магниттің магнит өрісі
Егер де қандай да болмасын магниттің солтүстік N (немесе оңтүстік S) полюсына жақын жерге болат кесінді қойсақ, ол темір заттарды өзіне тартып алатын қасиетке ие болады да магниттің полюсына жақын орналасқан
Компастың тілі магнит болып табылатындықтан, жердің магнит өрісінде бір ұшы солтүстік бағдарды көрсетіп орналасады да, солтүстік полюс (N) деп аталады, ал қарама.қарсы бағытталған ұшы оңтүстік полюс (S) деп аталады. Арналған мақсаттарына сәйкес магниттерге әртүрлі формалар беріледі: тікбұрышты, ромбалық, дөңгелек және т. б. Қандай да болмасын формалы магниттің солтүстік және оңтүстік екі полюсы болады.
Егер де магниттелген стерженьді темір үгінділерінің ішіне салып, сосын суырып алсақ, онда үгінділердің ең көбі магниттің екі жағына тартылып қалады да ал бейтарап сызық деп аталатын орталық бөлігінде үгінді болмайды. Егерде магниттелген стерженьді екі бөлсек, онда екі жағында әр аттас полюстары бар екі магнит пайда болады. Магниттелген стерженьді әрі қарай кішкене бөлшектерге бөле берсек екі жағында солтүстік және оңтүсті полюстары бар жеке магниттер пайда бола береді. Міне сондықтан да тек қана бір полюсы бар (N немесе S) магнит жасау мүмкін емес.
17.сурет. Тұрақты магниттің магнит өрісі
Егер де қандай да болмасын магниттің солтүстік N (немесе оңтүстік S) полюсына жақын жерге болат кесінді қойсақ, ол темір заттарды өзіне тартып алатын қасиетке ие болады да магниттің полюсына жақын орналасқан
III тарау
МАГНЕТИЗМ ЖӘНЕ ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
§ 18. МАГНИТТЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫҢ ҚАСИЕТТЕРІ
Магнетизм – кейбір денелердің темір, никель және тағы басқа металдардың
бөлшектерін өзіне тартып ұстап тұра алатын қасиеті ретінде көрінетін,
атомдар мен молекулалар ішіндегі электр зарядтары қозғалысының ерекше
көрінісі. Бұлар магниттік денелер деп аталады.
Компастың тілі магнит болып табылатындықтан, жердің магнит өрісінде бір
ұшы солтүстік бағдарды көрсетіп орналасады да, солтүстік полюс (N) деп
аталады, ал қарама-қарсы бағытталған ұшы оңтүстік полюс (S) деп аталады.
Арналған мақсаттарына сәйкес магниттерге әртүрлі формалар беріледі:
тікбұрышты, ромбалық, дөңгелек және т. б. Қандай да болмасын формалы
магниттің солтүстік және оңтүстік екі полюсы болады.
Егер де магниттелген стерженьді темір үгінділерінің ішіне салып, сосын
суырып алсақ, онда үгінділердің ең көбі магниттің екі жағына тартылып
қалады да ал бейтарап сызық деп аталатын орталық бөлігінде үгінді болмайды.
Егерде магниттелген стерженьді екі бөлсек, онда екі жағында әр аттас
полюстары бар екі магнит пайда болады. Магниттелген стерженьді әрі қарай
кішкене бөлшектерге бөле берсек екі жағында солтүстік және оңтүсті
полюстары бар жеке магниттер пайда бола береді. Міне сондықтан да тек қана
бір полюсы бар (N немесе S) магнит жасау мүмкін емес.
17-сурет. Тұрақты магниттің магнит өрісі
Егер де қандай да болмасын магниттің солтүстік N (немесе оңтүстік S)
полюсына жақын жерге болат кесінді қойсақ, ол темір заттарды өзіне тартып
алатын қасиетке ие болады да магниттің полюсына жақын орналасқан кесіндінің
ұшы оңтүстік полюсқа, ал қарама-қарсы жағы солтүстік полюсқа айналады. Екі
магнит бір-бірімен белгілі бір қашықтықта орналасса, онда олардың
полюстарының арасында аттас полюстер өзара тебісетін, ал әр аттас полюстер
бірі-біріне тартылатын болып бағытталған әрекеттестік күші пайда болады.
Кез келген магниттелген дененің айналасында магнит өрісі пайда болады,
бұл өріс материалдық орта болып табылады, онда магниттік күштердің әсері
байқалады. Суреттерде магнит өрісі солтүстік полюстен оңтүстік полюске
қарай бағытталған (17 сурет) магниттік сызықтар түрінде көрсетіледі.
Қандай да болмасын магнит сызығының басы да, аяғы да болмайды және өзі
тұйықталған қисық сызық түрінде болады, себебі магниттің солтүстік және
оңтүстік полюстары бір-бірінен ешқашан белінбейді.
Магнит өрісінің ішіне қандай да болмасын денені енгізсек, оны магниттік
сызықтар тесіп өтіп, ол дене магнит өрісіне белгілі түрде әсер етеді. Бұл
жағдайда әртүрлі заттар магнит өрісіне әртүрлі әсер етеді. Магниттелген
денелерде магнит өрісі электрондардың атом ядросының айналасында және
өзінің жеке осінің айналасында айналып жүруінен пайда болады. Атомдардағы
электрондардың орбиталары мен айналым осьтері бір-біріне қарағанда әртүрлі
орналасуы мүмкін. Сондықтан да қозғалыстағы электрондардың арқасында
қозатын магниттік өрістер де әртүрлі орындарда орналасады. Магниттік
өрістердің өзара орналасуына байланысты олар бір-бірімен қосылып немесе
бірінен алынуы мүмкін. Бірінші жағдайда атомның магнит өрісі немесе магнит
моменті болады ,ал екіншісінде олар болмайды. Атомдарының магниттік моменті
болмайтын және оларды магниттеу мүмкін емес материалдарды (заттарды)
диамагниттік деп атайды. Бұларға табиғатта кездесетін көп заттардың абсолют
көпшілігі және де кейбір металдар (мыс, қорғасын, мырыш, күміс және т. б.)
жатады.
Атомдарының магниттік моменті бар және атомдары магниттеде алатын
материалдар парамагниттік деп аталады. Бұларға алюминий, қалайы, марганец
және т. б. жатады. Ерекше топқа ферромагниттік материалдарды жатқызу керек,
олардың атомдарының магниттік моменті үлкен ие болады және жеңіл магниттеле
алады. Осындай материалдарға темір, болат, шойын, никель, кобальт,
гадолиний және оның қорытпалары жатады.
§ 19. ЭЛЕКТР ТОГЫНЫҢ МАГНИТ ӨРІСІ
Тогы бар өткізгіштің айналасында магнит өрісі пайда болады. Сондықтан
да өткізгішке жақын маңға еркін айналып тұратын магнит нұсқама қойсақ, онда
ол өткізгіштің бойымен өтетін жазықтыққа перпендикуляр қалыптағы орынға
орналасуға тырысады. Мынадай тәжірибені жасап, бұған тез көз жеткізуге
болады. Горизонталь қойылған бір табақ картонның тесігіне түзу өткізгіш
кіргізіп және ол арқылы ток жүргіземіз. Картон үстіне темір үгінділерін
сепсек, олар жалпы орталық центрі өткізгіш картон табақты тесіп өтетін
нүктесінде жататын центрлес шеңберлер бойымен орналасатынына көзімізді
жеткіземіз. (18, а-сурет). Осы өткізгіштің жанына жіпке іліп магнит
нұсқаманы қойсақ, ол суретте көрсетілген жағдайда орналасады. Өткізгіштегі
токтың бағыты өзгерген кезде (қарама-қарсы бағытқа) магнит нұсқама 180°
бұрышқа бұрылады да ол, өткізгіш бойымен өтетін жазықтыққа перпендикуляр
қалпын сақтап қалады. Өткізгіштегі токтың бағытына байланысты, ол құрайтын
магнит өрісінің магниттік сызықтардың бағыты бұранда ережесімен анықталады.
Ол былайша тұжырымдалады: егер де бұранданың ілгерілеме қозғалысы,
өткізгіштегі токтың бағытымен сәйкес келсе, онда бұранда тұтқасының
айнымалы қозғалысы осы өткізгіштің айналасында пайда болатын өрістің
магниттік сызықтарының бағытын көрсетеді.
Егер де сақина түрінде иілген өткізгіш арқылы ток жіберсек, онда осы
токтың әсерінен де магнит өрісі пайда болады. Спираль түрінде иілген және
бір осьті бойлай бірнеше орамнан тұратын жіңішке сымнан жасалған өткізгішті
(18, б-сурет) соленоид деп атайды. Соленоидтын. орамасынан (обмоткасынан)
немесе бір орам өткізгіштен ток өтетін кезде магнит өрісі қозады (пайда
болады). Мұның да бағыты бұранда ережесімен анықталады. Егер де бұранданың
осін сақинаша өткізгіштің жазықтығына перпендикуляр немесе соленоид осін
бойлай орналастырсақ және тұтқасын токтың бағытымен айналдырсақ, онда осы
бұранданың ілгерілеме қозғалысы соленоид сақинасы өрісінің магниттік
сызықтарының бағытын көрсетеді.
18-сурет. Магнит өрісі:
a – тогы бар тура өткізгіш, б – соленоид
Соленоид орамасының тогы қоздырған магнит өрісі тұрақты магниттің
магнит өрісіне ұқсас, яғни магниттік сызықтар шығып жатқан соленоидтың түбі
оның солтүстік полюсы қарама-қарсы түбі оңтүстік полюсы болып табылады.
Магнит өрісінің бағыты токтың бағытына тәуелді болады және түзу
өткізгіштегі немесе орауыштағы (катушкадағы) токтың бағыты өзгерсе, онда
осы ток қоздырған өрістің магниттік сызықтарының бағыты да өзгереді.
Біртекті магнит өрісі барлық нүктелерде де біржақты бағыт пен біртекті
интенсивтікке ие болады, Онда болмаса өріс біртексіз деп аталады. Біркелкі
магнит өрісін графикалық түрде бірдсй тығыздықтағы параллель сызықтармен
бейнелейді, мысал екі әраттас параллель орналасқан магнит полюстарының
арасындағы ауа саңлауындағы өріс біртекті өріс болып табылады.
§ 20. МАГНИТ ӘРІСІНДЕГІ ТОГЫ БАР ӨТКІЗГІШ.
МАГНИТТІК ИНДУКЦИЯ
Егер де электр тогы өтіп тұрған өткізгішті магииттің магнит өрісіне
кіргізсек, онда магнит өрісі мен тогы бар өткізгіштің өзара әрекеттесуі
нәтижесінде өткізгіш белгілі бағытта қозғалады. Өткізгіштің қозғалыс бағыты
өткізгіштегі токтың бағытына және өicтің магниттік сызықтарының бағытына
тәуелді болады. N – S магниттің магнит өрісінде (19, а-сурет) суреттің
жазықтығына перпендикуляр орналасқан өткізгіш бар, ол өткізгіш арқылы
бізден сурет жазықтығының артына қарай бағытталған ток жүріп жатыр делік.
19 сурет Магнит өрісіндегі тогы бар өткізгіштің қозғалысы және сол қол
ережесі
a – полюстердің магнит өрістері мен өткізгіш тогы, б – нәтиже беретін
магнит өрісі,
в – сол қол ережесі
Сурет жазықтығынан бақылаушыға қарай жүретін ток шартты түрде нүкте
арқылы белгіленеді, ал бақылаушыдан сурет жазықтығының артына қарай кететін
ток айқастырылған сызықпен белгіленеді. Токтың әрекетінен өткізгіштің
айналасында өзінің магнит өрісі пайда болады. Біз қарастырып отырған
жағдайда осы өріс магнит сызықтарының бағыты сағат тілі қозғалысының
бағытымен сәйкес келетініне, бұранда ережесін қолдана отырып, жеңіл көз
жеткізуге болады. Магниттің магнит өрісі мен ток жүруінен пайда болған
өрістің өзара әрекеттесуінен, 19, б-суретте көрсетілген, қорытынды магнит
өрісі пайда болады. Қорытынды өрістің магнит сызықтарының өткізгіштің екі
жағындағы қоюлығы әртүрлі. Өткізгіштің оң жағындағы магнит өрістері бірдей
бағытты болғандықтан қосылады, ал сол жақтағылары, әртүрлі бағытта
болғандықтан: бірімен бірі жарым-жартылай жойылады. Солай болғасын,
өткізгішке оң жағынан үлкен, сол жағынан кіші күш әсер етеді. Үлкен күштің
әсерімен өткізгіш F күшінің бағытымен қозғалады. Өткізгіштегі токтың
бағытының өзгеруі оның айналасындағы магниттік сызықтардың бағытын
өзгертеді, осы себептен де өткізгіштің қозғалу бағыты да өзгереді.
Магнит өрісіндегі өткізгіш қозғалу бағытын анықтау үшін сол қол
ережесін пайдалануға болады, ол былай деп тұжырымдалады: магнит сызықтары
алақанымызды тесіп өтетіндей қылып сол қолымызды жайып ұстасақ, ал қосылған
төрт саусағымыз өткізгіштегі токтың бағытын көрсетіп тұрса, онда жазылған
басбармағымыз өткізгіштің қозғалу бағытын көрсетеді (19, в-сурет). Магнит
өрісіндегі тогы бар өткізгішке әсер ететін күш өткізгіштен өтіп тұрған
токқа да және магнит өрісінің интенсивтігіне де тәуелді болады. Магнит
өрісінің интенсивтігі магниттік индукция В-мен сипатталады. Магниттік
индукцияның өлшемі ретінде тесла (Тл = В • см2) алынады.
Магниттік индукция туралы магнит өрісінде орналасқан тогы бар
өтікзгішке осы өрістің әсер ету күшінің шамасы бойынша кесіп-пішуге болады.
Егер де біркелкі магнит өрісінде магниттік сызықтарына перпендикуляр
орналасқан, ұзындығы 1 м және 1 A ток өтіп тұрған өткізгішке 1 Н (ньютон)
күш әрекет етсе, онда осындай өрістің магнит индукциясы 1 Тл-ға тең.
Магниттік индукция векторлық шама болып табылады, оның бағыты магниттік
сызықтардың бағытымен бағыттас, сонымен қатар өрістің әрбір нүктесінде
магниттік индукцияның векторы магниттік сызыққа жанама бойымен бағытталады.
Магнит өрісіндегі ток өтіп тұрған өткізгішке әрекет ететін күш F магниттік
индукция В-ға, өткізгіштегі ток I-ге және өткізгіш ұзындығы l-ге
пропорционал, яғни F =ВIl болады. Бұл формула тогы бар өткізгіш біркелкі
магнит өрісінің магниттік сызықтарына перпендикуляр орналасқан жағдайда
ғана дұрыс болады. Егер де тогы бар өткізгіш магнит өрісінің ішінде
магниттік сызықтарына қарағанда қандай болмасын а бұрыш жасап тұрса, онда
өткізгішке әрекет ететін күш мынандай болады:
F = ВIl sin a.
Егерде өткізгіш магниттік сызықтарды бойлай орналасса, онда F нольге
тең болады, себебі = 0.
§ 21. МАГНИТ ӨРІСІНІҢ КЕРНЕУЛІГІ. ТОЛЫҚ ТОК ЗАҢЫ
Токтың магнит өрісін қоздыратын қасиеті F әрпімен белгіленетін
магниттік қозғаушы күшпен (МҚК) сипатталады. Магниттік қозғаушы күш
тұйықталған магниттік сызықтың бойымен таралады және магнит өрісін
тудыратын токқа тең болады да ток сияқты ампермен өлшенеді. 7-тогы бар түзу
өткізгіштің магниттік қозғаушы күші осы токтың шамасына тең, яғни F=І. Одан
да үлкен өріс қоздыру үшін орам саны w орауыш арқылы ток жүргізеді, ал
сандық орауыштың әрбір орамы I магниттік қозғаушы күшіне ие болғандықтан,
орауыштың жалпы магниттік қозғаушы күші (МҚК) F = wI-ға тең болады.
Магниттік сызық ұзындығының бірлігіне сәйкес келетін магниттік қозғаушы
күшті магнит өрісінің кереулігі деп атайды, ол Н = FI (мұндағы, I –
магниттік сызықтың ұзындығы) әрпімен белгіленеді және де ампер бөлінген
метр (Ам) өлшемімен немесе көбіне одан 100 есе артық өлшеммен: Асм = 100
Ам өрнектеледі.
Магнит өрісінің кернеулігі, магнит индукциясы сияқты, векторлық шама
болып табылады. Изотроптық ортада (барлық бағыттарда бірдей магниттік
қасиеттері бар орта) магнит өрісінің кернеулігі векторының бағыты сол
нүктедегі магниттік сызықтың бағытымен сәйкес келеді.
Егер де магниттік сызық ұзындығының түгел бойында физикалық жағдайлар
бірдей болса, онда өріс кернеулігін табу тіпті оңай.
Дербес жағдайда, түзу өткізгіштің айналасындағы магнит өрісінің
сызықтары шеңбер болып келеді, әр шеңбердің ұзындығы l = 2х, мұндағы х
– центрі өткізгіш осінде орналасқан өрістің қарастырылып отырған нүктесі
арқылы жүргізілген шеңбердің радиусы. Әдейі алынып отырған шеңбердің барлық
нүктелеріндегі жағдайлар бірдей және өріс кернеулігі Н = І2х,
сондықтан да өткізгіштен алыстаған сайын өріс кернеулігі азая береді. Бұл
өрнекті мына түрде жазуға болады
І = НІ = Н2х.
Егер де магнит өрісі бір ғана емес, ал I тогы бар w – өткізгіштермен
тудырылса, онда магниттік қозғаушы күш
∑I = F = wI = Hl = H2x. Сонымен контур бойындағы магниттеуші күш
осы контурмен шектелген бетті тесіп өтетін толық токқа тең болады. Табылған
қатынас толық ток заңы деп аталады.
Егер де ұзындығы І = 2х қарапайым контур бір бағыттас І1 токтары
бар п өткізгіштермен және қарама-қарсы бағытталған І2 токтары бар т
өткізгіштермен тесіліп өтсе, онда толық ток заңы мынандай түрге келеді:
F = nІ1- mІ2 = Hl = H2х
Электр – техникалық қондырғылардың көбісінде магниттік сызық бойындағы
магнит өрісінің кернеулігі өзі жүріп өтетін бөлімшелердің материалына және
де қималарына байланысты өзгеріп отырады. Бұл жағдайда магниттік сызық k
бөлімшелерге бөлінеді, оның әрқайсысының ішінде магнит өрісінің кернеулігін
тұрақты деп есептеуге болады. Егер де магнит өрісі орам саны w орауыш
арқылы өтіп жатқан І тогы арқылы қозатын болса, онда осындай қондырғылар
үшін толық ток заңы мынандай формуламен анықталады:
∑I = wI = H1l1 + H2l2 + ... + HKlK,
яғни магниттік қозғаушы күш өріс кернеулігінің магнит тізбегінің тиісті
бөлімшелерінің ұзындығына көбейтіндісінің қосындысына тең болады. Жалпы
түрде келтірілген толық ток заңы электр машиналары мен аппараттардың магнит
өрісін есептеу үшін кеңінен қолданылады.
§ 22. МАГНИТТІК ӨТІМДІЛІК. МАГНИТ АҒЫНЫ
Магнит өрісі өзін қоздыратын токқа ғана тәуелді болып қоймай, осы өріс
пайда болатын ортаға да тәуелді болады. Тогы бар өткізгіш кернеулігі Н
магнит өрісін тудырады, ток өзгермеген жағдайда кернеулік те өзгермейді.
Егер де осы өткізгішті болат түтіктің ішіне орналастырсақ, онда өткізгіштен
сол бұрынғы ток жүргеннің өзінде өткізгіштің магнит өрісі болаттың
молекулярлық токтарының әсерінен, яғни ортаның жағдайының өзгеруінің
нәтижесінде, бірнеше есе өсіп күшейеді.
Магниттік индукция, магнит өрісінің кернеулігі сияқты, векторлық шама,
сонымен қатар көпшілік жағдайларда магниттік индукция мен кернеуліктің
векторларының бағыттары бірдей болады. Магниттік индукция мен кернеуліктің
арасында тікелей пропорциональдық бар, яғни В =аН, мұндағы а —
абсолют магниттік өтімділік.
Абсолют магниттік өтімділік магниттік индукцкяның магнит өрісі
кернеулігінің қатысына тең бола тұрып, генри бөлінген метр [Гнм=(В•с)(А-
м)] өлшемімен көрсетіледі және вакуум үшін 4 • 10-7 Гнм-ге тең. Бұл
шама магниттік тұрақты 0 деп аталады.
Берілген ортаның абсолют магниттік өтімділігі а магнит
тұрақтысынан қанша есе үлкен екенін көрсететін сан, салыстырмалы магниттік
өтімділік немесе қысқаша магниттік өтімділік деп аталады, яғни =
а 0 . Ауа үшін және ферромагниттік денелерден басқа денелер үшін
магниттік өтімділік бірге тең деп алынады. Ферромагниттік денелерге келетін
болсақ, бұлардың магниттік өтімділігі бірден әлдеқайда артық және де
қарастырылып отырған материал үшін тұрақты шама болып қалмайды, оның
магниттік қалып-жағдайына, яғни магниттелген ферромагниттік дененің
магниттік индукциясына тәуелді болады.
Ферромагниттік материалдардың магниттік қасиеттерін сипаттау үшін В мен
Н-тың арасындағы графикалық жолмен қисық сызық түрінде көрсетілетін
магниттелу қисығы деп аталатын тәуелділік пайдаланылады. Қандай да болмасын
материалдың магниттелу қисығын табу үшін график тұрғызылады, оның
горизонталь осі бойына өріс кернеулігі мәндері салынып, ал вертикаль осі
бойына зерттеліп отырған материалдың магниттік индукциясы мәндері салынады.
Магниттік индукцияның магнит өрісіндегі магниттік сызықтардың бағытына
перпендикуляр орналаскан қандай да болмасын беттің ауданына көбейтіндісі
осы бетті тесіп өтіп жатқан магниттік ағын деп аталады. Сонымен, магниттік
ағын Ф = BS, мұндағы S – магниттік ағын тесіп өтіп жатқан беттің ауданы.
Егер де магниттік индукция В тесламен, ал беттің ауданы S – квадрат
метрмен берілсе, онда магниттік ағын вебермен (Вб) өлшенеді, яғни 1 Вб=1 Тл-
1 м2. Вебер дегеніміз осы ағынмен ілініскен контурда 1 секунд ішінде ағын
нольге дейін азайғанда 1 вольтқа тең электр қозғаушы күші (ЭҚК)
индукцияланатын магниттік ағын, яғни Вб = В-с.
§ 23. ТОГЫ БАР ӨТКІЗПШТЕРДІҢ ӘРЕКЕТТЕСУІ
Егер де электр тогы жүріп жатқан екі немесе бірнеше өткізгіштерді
біріне-бірін параллель орналастырсақ, онда осы өткізгіштер өздеріндегі
токтардың бағытына байланысты өзара тартылады немесе тебіседі.
Өткізгіштердің осылай өзара әрекеттесуі – әрбір тогы бар өткізгіштің
айналасында магнит өрісі пайда болуының нәтижесі.
Қарама-қарсы бағытта өтіп жатқан токтары бар екі аб және вг (20, е-
сурет) өткізгіштерін қарастырайық. Өткізгіштер айналасында магнкт өрістері
бар. Бұранда ережесіне сәйкес осы өрістердің магниттік сызықтары суреттің
төменгі бөлігінде көрсетілгендей бағытталған. Егерде жоғарыдан өткізгіштер
бойымен қарасақ, онда. аб өткізгішінін айналасындағы магниттік сызықтар
сағат тілінің бағытымен бағытталған, ал вг өткізгішінде – сағат тіліне
қарсы.
20-сурет. Тогы бар өткізгіштердің
әрекеттесуі: a – әр түрлі бағыттар, б – бірдей бағыттар
Сонымен, өткізгіштер арасындағы бұл сызықтар кеңістікте бірдей бағытта
болады және өткізгіштер, магниттің аттас полюстары өзара тебісетіні сияқты,
бірінен-бірі тебіседі. Егерде осы өткізгіштер арқылы бір бағыттағы токтар
жіберсек (20, б-сурет), онда өткізгіштер айналасында туатын магнит өрісінің
сызықтары өткізгіштер арасындағы кеңістікте қарама-қарсы бағытта болады.
Сондықтан да өткізгіштер өзара тартылады.
Ток өтіп тұрған өткізгіштердің арасындағы әрекеттесу күші осы І1 және
І2 токтарының кебейтіндісіне, абсолют магниттік өтімділікке, сонымен қатар
ұзына бойына өткізгіштер біріне-бірі паралель жүретін I ұзындығына
(жақындасу ұзындығы) тікелей пропорционал болып, өткізгіштердің ара
қашықтығы а-ға кері пропорционал болады, яғни F =ааІ1І2lа. Егерде
сымдар магниттік емес ортада болса, яғни а=0= 4∙10-7
В1С(А∙м), онда өткізгіштер арасындағы өзара әрекеттесу күші (Н)
F-(2I1l2а).10-7.
§ 24. ГИСТЕРЕЗИС
Магниттелудің бастапқы қисығы магниттік индукция мен кернеулік (В және
Н) арасындағы қатынасты тек қана магниттелмеген ферромагниттік материал
үшін анықтап береді. Темір өзегі бар соленоид электрмагнит деп аталады.
Егерде Б ток көзінен (мысалы аккумулятор батареясы), екі жаққа (1–2
және 3–4) ауыстырып қосқыштан П, Р – реостаттан және Э электромагниттен
құралған тізбек (21, а-сурет) ажыратылып тұрса, онда Э электромагниттің
орамасында ток жоқ.
21-сурет Болат өзекті магниттеу схемасы
a – және гистерезис тұзағы, б – гистерезис тор тұзағы
П ауыстырып қосқышты 1–2 түйіспелеріне қосамыз және реостаттың
кедергісін түгелдей кіргіземіз. Бұл жағдайда тізбекте кішкентай ток пайда
болады және ол мына бағытта жүріп отырады: батареяның Б оң полюсы, 1
түйіспе реостат Р электромагниттің Э орамасы, 2 түйіспе, батареяның Б теріс
полюсы.
Электрмагниттегі осы токтың мәніне сәйкес кернеулігі Н және магниттік
индуқциясы В белгілі бір магнит өрісі туады. Бұранда ережесін қолдана
отырып, электрмагниттің өзегіндегі магнит ағыны оңнан солға қарай
бағытталатынын, яғни Э электрмагниті үшін өзектің сол түбі солтүстік, ал оң
түбі оңтүстік полюс болатынын табамыз. 21, б-суретінде масштабпен
горизонталь осі-не Н өріс кернеулігінің мәндерін, ал вертикаль осіне В
мәндерін салайық. Горизонталь және вертикаль осьтерге салынған мәндердің
нүктелерінен перпендикуляр тұрғызсақ электромагнит өзегінің ең алғашқы
магниттелу қисығының бірінші нүктесін анықтайтын қиылысу нүктесі а-ны
табамыз. Р – реостаттың жылжымалы тиегін төмен қарай қозғасақ, оның
кедергісі азаяды, осының арқасында электромагнит орамасындағы, ток онымен
қатар магнит өрісінің кернеулігі де өседі. Жоғарыда айтылған әдіспен б, в,
г және д нүктелерін тұрғызып, оларды бірі-бірімен қосқаннан кеиін өзектің
алғашқы магниттелуінің қисығын табамыз. Бұл қисық магниттелу басында
магниттік индукция өріс кернеулігіне пропорционал (Оа бөлігі) өсетінін
көрсетеді, содан кейін оның өсу қарқыны бәсеңдейді, қисық майысады (б
нүктесі) және тағы да түзу сызықтыққа жақындайды (q – l бөлігі) бірақ та
горизонталь осьпен жасайтын бұрышы азаяды. Көрсетілген соңғы бөлікте өріе
кернеулігінің өсуі магниттік индукцияның кішкене ғана өсуіне әкеп соғады
және Р реостаттың жылжымалы тиегін әрі қарай қозғасақ, электромагнит
өзегіндегі магниттік индукция іс жүзінде өспейді. Бұл жағдайда өзек
магниттік қанығуға жетті деп атайды (ж нүктесі).
Электромагниттің магниттеуші өрісінің кернеулігін кемітсек, темір
өзектің магниттік индукциясы да кеми бастайды, бірақ та кернеуліктің бірдей
және сол мәндерінде алғашқы магниттелу процесіндегі мәндерінен біраз үлкен
болып калып отырады. Тізбекті ажыратқанда электромагниттегі ток тиылады, ал
индукция болса белгілі бір мәнге ие болады, оның мәні өз кесіндісімен (21,
б-су-ретті қараңыз) анықталады. Бұл өзекте біршама қалдық магнетизмі
сақталып қалатынын көрсетеді. Егер де әрі қарай магнитсіздендіруді
тоқтатсақ, онда темір өзек жасанды (тұрақты) магнит болып қалады да қалдық
магниттік индукцияға ие болады. Біз қарастырып отырған магнит өрісінің
кернеулігінің кемуінен қалып отырған магниттік индукцияньщ кемуі гистерезис
деп аталады.
Темір өзекте қалдық магнетизм болмауы үшін оны қайта (қайыра) магниттеу
керек, яғни кері бағытта магниттеу керек. Бұл үшін П – ауыстырып косқышты
(21, а-суретті караңыз) 3–4 түйіспеге қосу керек. Сонда электромагнит
орамасында қарама-қарсы бағытта, атап айтқанда: батареяның Б оы, полюсы, 3
– түйіспе, электромагниттің Э орамасы, реостат Р, 4 — түйіспе, батареяның Б
теріс полюсы бағытында ток жүреді. Бұранда ережесіне б сәйкес осы токтың
әрекетінен электромагнитте солдан оңға ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
МАГНЕТИЗМ ЖӘНЕ ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
§ 18. МАГНИТТЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫҢ ҚАСИЕТТЕРІ
Магнетизм – кейбір денелердің темір, никель және тағы басқа металдардың
бөлшектерін өзіне тартып ұстап тұра алатын қасиеті ретінде көрінетін,
атомдар мен молекулалар ішіндегі электр зарядтары қозғалысының ерекше
көрінісі. Бұлар магниттік денелер деп аталады.
Компастың тілі магнит болып табылатындықтан, жердің магнит өрісінде бір
ұшы солтүстік бағдарды көрсетіп орналасады да, солтүстік полюс (N) деп
аталады, ал қарама-қарсы бағытталған ұшы оңтүстік полюс (S) деп аталады.
Арналған мақсаттарына сәйкес магниттерге әртүрлі формалар беріледі:
тікбұрышты, ромбалық, дөңгелек және т. б. Қандай да болмасын формалы
магниттің солтүстік және оңтүстік екі полюсы болады.
Егер де магниттелген стерженьді темір үгінділерінің ішіне салып, сосын
суырып алсақ, онда үгінділердің ең көбі магниттің екі жағына тартылып
қалады да ал бейтарап сызық деп аталатын орталық бөлігінде үгінді болмайды.
Егерде магниттелген стерженьді екі бөлсек, онда екі жағында әр аттас
полюстары бар екі магнит пайда болады. Магниттелген стерженьді әрі қарай
кішкене бөлшектерге бөле берсек екі жағында солтүстік және оңтүсті
полюстары бар жеке магниттер пайда бола береді. Міне сондықтан да тек қана
бір полюсы бар (N немесе S) магнит жасау мүмкін емес.
17-сурет. Тұрақты магниттің магнит өрісі
Егер де қандай да болмасын магниттің солтүстік N (немесе оңтүстік S)
полюсына жақын жерге болат кесінді қойсақ, ол темір заттарды өзіне тартып
алатын қасиетке ие болады да магниттің полюсына жақын орналасқан кесіндінің
ұшы оңтүстік полюсқа, ал қарама-қарсы жағы солтүстік полюсқа айналады. Екі
магнит бір-бірімен белгілі бір қашықтықта орналасса, онда олардың
полюстарының арасында аттас полюстер өзара тебісетін, ал әр аттас полюстер
бірі-біріне тартылатын болып бағытталған әрекеттестік күші пайда болады.
Кез келген магниттелген дененің айналасында магнит өрісі пайда болады,
бұл өріс материалдық орта болып табылады, онда магниттік күштердің әсері
байқалады. Суреттерде магнит өрісі солтүстік полюстен оңтүстік полюске
қарай бағытталған (17 сурет) магниттік сызықтар түрінде көрсетіледі.
Қандай да болмасын магнит сызығының басы да, аяғы да болмайды және өзі
тұйықталған қисық сызық түрінде болады, себебі магниттің солтүстік және
оңтүстік полюстары бір-бірінен ешқашан белінбейді.
Магнит өрісінің ішіне қандай да болмасын денені енгізсек, оны магниттік
сызықтар тесіп өтіп, ол дене магнит өрісіне белгілі түрде әсер етеді. Бұл
жағдайда әртүрлі заттар магнит өрісіне әртүрлі әсер етеді. Магниттелген
денелерде магнит өрісі электрондардың атом ядросының айналасында және
өзінің жеке осінің айналасында айналып жүруінен пайда болады. Атомдардағы
электрондардың орбиталары мен айналым осьтері бір-біріне қарағанда әртүрлі
орналасуы мүмкін. Сондықтан да қозғалыстағы электрондардың арқасында
қозатын магниттік өрістер де әртүрлі орындарда орналасады. Магниттік
өрістердің өзара орналасуына байланысты олар бір-бірімен қосылып немесе
бірінен алынуы мүмкін. Бірінші жағдайда атомның магнит өрісі немесе магнит
моменті болады ,ал екіншісінде олар болмайды. Атомдарының магниттік моменті
болмайтын және оларды магниттеу мүмкін емес материалдарды (заттарды)
диамагниттік деп атайды. Бұларға табиғатта кездесетін көп заттардың абсолют
көпшілігі және де кейбір металдар (мыс, қорғасын, мырыш, күміс және т. б.)
жатады.
Атомдарының магниттік моменті бар және атомдары магниттеде алатын
материалдар парамагниттік деп аталады. Бұларға алюминий, қалайы, марганец
және т. б. жатады. Ерекше топқа ферромагниттік материалдарды жатқызу керек,
олардың атомдарының магниттік моменті үлкен ие болады және жеңіл магниттеле
алады. Осындай материалдарға темір, болат, шойын, никель, кобальт,
гадолиний және оның қорытпалары жатады.
§ 19. ЭЛЕКТР ТОГЫНЫҢ МАГНИТ ӨРІСІ
Тогы бар өткізгіштің айналасында магнит өрісі пайда болады. Сондықтан
да өткізгішке жақын маңға еркін айналып тұратын магнит нұсқама қойсақ, онда
ол өткізгіштің бойымен өтетін жазықтыққа перпендикуляр қалыптағы орынға
орналасуға тырысады. Мынадай тәжірибені жасап, бұған тез көз жеткізуге
болады. Горизонталь қойылған бір табақ картонның тесігіне түзу өткізгіш
кіргізіп және ол арқылы ток жүргіземіз. Картон үстіне темір үгінділерін
сепсек, олар жалпы орталық центрі өткізгіш картон табақты тесіп өтетін
нүктесінде жататын центрлес шеңберлер бойымен орналасатынына көзімізді
жеткіземіз. (18, а-сурет). Осы өткізгіштің жанына жіпке іліп магнит
нұсқаманы қойсақ, ол суретте көрсетілген жағдайда орналасады. Өткізгіштегі
токтың бағыты өзгерген кезде (қарама-қарсы бағытқа) магнит нұсқама 180°
бұрышқа бұрылады да ол, өткізгіш бойымен өтетін жазықтыққа перпендикуляр
қалпын сақтап қалады. Өткізгіштегі токтың бағытына байланысты, ол құрайтын
магнит өрісінің магниттік сызықтардың бағыты бұранда ережесімен анықталады.
Ол былайша тұжырымдалады: егер де бұранданың ілгерілеме қозғалысы,
өткізгіштегі токтың бағытымен сәйкес келсе, онда бұранда тұтқасының
айнымалы қозғалысы осы өткізгіштің айналасында пайда болатын өрістің
магниттік сызықтарының бағытын көрсетеді.
Егер де сақина түрінде иілген өткізгіш арқылы ток жіберсек, онда осы
токтың әсерінен де магнит өрісі пайда болады. Спираль түрінде иілген және
бір осьті бойлай бірнеше орамнан тұратын жіңішке сымнан жасалған өткізгішті
(18, б-сурет) соленоид деп атайды. Соленоидтын. орамасынан (обмоткасынан)
немесе бір орам өткізгіштен ток өтетін кезде магнит өрісі қозады (пайда
болады). Мұның да бағыты бұранда ережесімен анықталады. Егер де бұранданың
осін сақинаша өткізгіштің жазықтығына перпендикуляр немесе соленоид осін
бойлай орналастырсақ және тұтқасын токтың бағытымен айналдырсақ, онда осы
бұранданың ілгерілеме қозғалысы соленоид сақинасы өрісінің магниттік
сызықтарының бағытын көрсетеді.
18-сурет. Магнит өрісі:
a – тогы бар тура өткізгіш, б – соленоид
Соленоид орамасының тогы қоздырған магнит өрісі тұрақты магниттің
магнит өрісіне ұқсас, яғни магниттік сызықтар шығып жатқан соленоидтың түбі
оның солтүстік полюсы қарама-қарсы түбі оңтүстік полюсы болып табылады.
Магнит өрісінің бағыты токтың бағытына тәуелді болады және түзу
өткізгіштегі немесе орауыштағы (катушкадағы) токтың бағыты өзгерсе, онда
осы ток қоздырған өрістің магниттік сызықтарының бағыты да өзгереді.
Біртекті магнит өрісі барлық нүктелерде де біржақты бағыт пен біртекті
интенсивтікке ие болады, Онда болмаса өріс біртексіз деп аталады. Біркелкі
магнит өрісін графикалық түрде бірдсй тығыздықтағы параллель сызықтармен
бейнелейді, мысал екі әраттас параллель орналасқан магнит полюстарының
арасындағы ауа саңлауындағы өріс біртекті өріс болып табылады.
§ 20. МАГНИТ ӘРІСІНДЕГІ ТОГЫ БАР ӨТКІЗГІШ.
МАГНИТТІК ИНДУКЦИЯ
Егер де электр тогы өтіп тұрған өткізгішті магииттің магнит өрісіне
кіргізсек, онда магнит өрісі мен тогы бар өткізгіштің өзара әрекеттесуі
нәтижесінде өткізгіш белгілі бағытта қозғалады. Өткізгіштің қозғалыс бағыты
өткізгіштегі токтың бағытына және өicтің магниттік сызықтарының бағытына
тәуелді болады. N – S магниттің магнит өрісінде (19, а-сурет) суреттің
жазықтығына перпендикуляр орналасқан өткізгіш бар, ол өткізгіш арқылы
бізден сурет жазықтығының артына қарай бағытталған ток жүріп жатыр делік.
19 сурет Магнит өрісіндегі тогы бар өткізгіштің қозғалысы және сол қол
ережесі
a – полюстердің магнит өрістері мен өткізгіш тогы, б – нәтиже беретін
магнит өрісі,
в – сол қол ережесі
Сурет жазықтығынан бақылаушыға қарай жүретін ток шартты түрде нүкте
арқылы белгіленеді, ал бақылаушыдан сурет жазықтығының артына қарай кететін
ток айқастырылған сызықпен белгіленеді. Токтың әрекетінен өткізгіштің
айналасында өзінің магнит өрісі пайда болады. Біз қарастырып отырған
жағдайда осы өріс магнит сызықтарының бағыты сағат тілі қозғалысының
бағытымен сәйкес келетініне, бұранда ережесін қолдана отырып, жеңіл көз
жеткізуге болады. Магниттің магнит өрісі мен ток жүруінен пайда болған
өрістің өзара әрекеттесуінен, 19, б-суретте көрсетілген, қорытынды магнит
өрісі пайда болады. Қорытынды өрістің магнит сызықтарының өткізгіштің екі
жағындағы қоюлығы әртүрлі. Өткізгіштің оң жағындағы магнит өрістері бірдей
бағытты болғандықтан қосылады, ал сол жақтағылары, әртүрлі бағытта
болғандықтан: бірімен бірі жарым-жартылай жойылады. Солай болғасын,
өткізгішке оң жағынан үлкен, сол жағынан кіші күш әсер етеді. Үлкен күштің
әсерімен өткізгіш F күшінің бағытымен қозғалады. Өткізгіштегі токтың
бағытының өзгеруі оның айналасындағы магниттік сызықтардың бағытын
өзгертеді, осы себептен де өткізгіштің қозғалу бағыты да өзгереді.
Магнит өрісіндегі өткізгіш қозғалу бағытын анықтау үшін сол қол
ережесін пайдалануға болады, ол былай деп тұжырымдалады: магнит сызықтары
алақанымызды тесіп өтетіндей қылып сол қолымызды жайып ұстасақ, ал қосылған
төрт саусағымыз өткізгіштегі токтың бағытын көрсетіп тұрса, онда жазылған
басбармағымыз өткізгіштің қозғалу бағытын көрсетеді (19, в-сурет). Магнит
өрісіндегі тогы бар өткізгішке әсер ететін күш өткізгіштен өтіп тұрған
токқа да және магнит өрісінің интенсивтігіне де тәуелді болады. Магнит
өрісінің интенсивтігі магниттік индукция В-мен сипатталады. Магниттік
индукцияның өлшемі ретінде тесла (Тл = В • см2) алынады.
Магниттік индукция туралы магнит өрісінде орналасқан тогы бар
өтікзгішке осы өрістің әсер ету күшінің шамасы бойынша кесіп-пішуге болады.
Егер де біркелкі магнит өрісінде магниттік сызықтарына перпендикуляр
орналасқан, ұзындығы 1 м және 1 A ток өтіп тұрған өткізгішке 1 Н (ньютон)
күш әрекет етсе, онда осындай өрістің магнит индукциясы 1 Тл-ға тең.
Магниттік индукция векторлық шама болып табылады, оның бағыты магниттік
сызықтардың бағытымен бағыттас, сонымен қатар өрістің әрбір нүктесінде
магниттік индукцияның векторы магниттік сызыққа жанама бойымен бағытталады.
Магнит өрісіндегі ток өтіп тұрған өткізгішке әрекет ететін күш F магниттік
индукция В-ға, өткізгіштегі ток I-ге және өткізгіш ұзындығы l-ге
пропорционал, яғни F =ВIl болады. Бұл формула тогы бар өткізгіш біркелкі
магнит өрісінің магниттік сызықтарына перпендикуляр орналасқан жағдайда
ғана дұрыс болады. Егер де тогы бар өткізгіш магнит өрісінің ішінде
магниттік сызықтарына қарағанда қандай болмасын а бұрыш жасап тұрса, онда
өткізгішке әрекет ететін күш мынандай болады:
F = ВIl sin a.
Егерде өткізгіш магниттік сызықтарды бойлай орналасса, онда F нольге
тең болады, себебі = 0.
§ 21. МАГНИТ ӨРІСІНІҢ КЕРНЕУЛІГІ. ТОЛЫҚ ТОК ЗАҢЫ
Токтың магнит өрісін қоздыратын қасиеті F әрпімен белгіленетін
магниттік қозғаушы күшпен (МҚК) сипатталады. Магниттік қозғаушы күш
тұйықталған магниттік сызықтың бойымен таралады және магнит өрісін
тудыратын токқа тең болады да ток сияқты ампермен өлшенеді. 7-тогы бар түзу
өткізгіштің магниттік қозғаушы күші осы токтың шамасына тең, яғни F=І. Одан
да үлкен өріс қоздыру үшін орам саны w орауыш арқылы ток жүргізеді, ал
сандық орауыштың әрбір орамы I магниттік қозғаушы күшіне ие болғандықтан,
орауыштың жалпы магниттік қозғаушы күші (МҚК) F = wI-ға тең болады.
Магниттік сызық ұзындығының бірлігіне сәйкес келетін магниттік қозғаушы
күшті магнит өрісінің кереулігі деп атайды, ол Н = FI (мұндағы, I –
магниттік сызықтың ұзындығы) әрпімен белгіленеді және де ампер бөлінген
метр (Ам) өлшемімен немесе көбіне одан 100 есе артық өлшеммен: Асм = 100
Ам өрнектеледі.
Магнит өрісінің кернеулігі, магнит индукциясы сияқты, векторлық шама
болып табылады. Изотроптық ортада (барлық бағыттарда бірдей магниттік
қасиеттері бар орта) магнит өрісінің кернеулігі векторының бағыты сол
нүктедегі магниттік сызықтың бағытымен сәйкес келеді.
Егер де магниттік сызық ұзындығының түгел бойында физикалық жағдайлар
бірдей болса, онда өріс кернеулігін табу тіпті оңай.
Дербес жағдайда, түзу өткізгіштің айналасындағы магнит өрісінің
сызықтары шеңбер болып келеді, әр шеңбердің ұзындығы l = 2х, мұндағы х
– центрі өткізгіш осінде орналасқан өрістің қарастырылып отырған нүктесі
арқылы жүргізілген шеңбердің радиусы. Әдейі алынып отырған шеңбердің барлық
нүктелеріндегі жағдайлар бірдей және өріс кернеулігі Н = І2х,
сондықтан да өткізгіштен алыстаған сайын өріс кернеулігі азая береді. Бұл
өрнекті мына түрде жазуға болады
І = НІ = Н2х.
Егер де магнит өрісі бір ғана емес, ал I тогы бар w – өткізгіштермен
тудырылса, онда магниттік қозғаушы күш
∑I = F = wI = Hl = H2x. Сонымен контур бойындағы магниттеуші күш
осы контурмен шектелген бетті тесіп өтетін толық токқа тең болады. Табылған
қатынас толық ток заңы деп аталады.
Егер де ұзындығы І = 2х қарапайым контур бір бағыттас І1 токтары
бар п өткізгіштермен және қарама-қарсы бағытталған І2 токтары бар т
өткізгіштермен тесіліп өтсе, онда толық ток заңы мынандай түрге келеді:
F = nІ1- mІ2 = Hl = H2х
Электр – техникалық қондырғылардың көбісінде магниттік сызық бойындағы
магнит өрісінің кернеулігі өзі жүріп өтетін бөлімшелердің материалына және
де қималарына байланысты өзгеріп отырады. Бұл жағдайда магниттік сызық k
бөлімшелерге бөлінеді, оның әрқайсысының ішінде магнит өрісінің кернеулігін
тұрақты деп есептеуге болады. Егер де магнит өрісі орам саны w орауыш
арқылы өтіп жатқан І тогы арқылы қозатын болса, онда осындай қондырғылар
үшін толық ток заңы мынандай формуламен анықталады:
∑I = wI = H1l1 + H2l2 + ... + HKlK,
яғни магниттік қозғаушы күш өріс кернеулігінің магнит тізбегінің тиісті
бөлімшелерінің ұзындығына көбейтіндісінің қосындысына тең болады. Жалпы
түрде келтірілген толық ток заңы электр машиналары мен аппараттардың магнит
өрісін есептеу үшін кеңінен қолданылады.
§ 22. МАГНИТТІК ӨТІМДІЛІК. МАГНИТ АҒЫНЫ
Магнит өрісі өзін қоздыратын токқа ғана тәуелді болып қоймай, осы өріс
пайда болатын ортаға да тәуелді болады. Тогы бар өткізгіш кернеулігі Н
магнит өрісін тудырады, ток өзгермеген жағдайда кернеулік те өзгермейді.
Егер де осы өткізгішті болат түтіктің ішіне орналастырсақ, онда өткізгіштен
сол бұрынғы ток жүргеннің өзінде өткізгіштің магнит өрісі болаттың
молекулярлық токтарының әсерінен, яғни ортаның жағдайының өзгеруінің
нәтижесінде, бірнеше есе өсіп күшейеді.
Магниттік индукция, магнит өрісінің кернеулігі сияқты, векторлық шама,
сонымен қатар көпшілік жағдайларда магниттік индукция мен кернеуліктің
векторларының бағыттары бірдей болады. Магниттік индукция мен кернеуліктің
арасында тікелей пропорциональдық бар, яғни В =аН, мұндағы а —
абсолют магниттік өтімділік.
Абсолют магниттік өтімділік магниттік индукцкяның магнит өрісі
кернеулігінің қатысына тең бола тұрып, генри бөлінген метр [Гнм=(В•с)(А-
м)] өлшемімен көрсетіледі және вакуум үшін 4 • 10-7 Гнм-ге тең. Бұл
шама магниттік тұрақты 0 деп аталады.
Берілген ортаның абсолют магниттік өтімділігі а магнит
тұрақтысынан қанша есе үлкен екенін көрсететін сан, салыстырмалы магниттік
өтімділік немесе қысқаша магниттік өтімділік деп аталады, яғни =
а 0 . Ауа үшін және ферромагниттік денелерден басқа денелер үшін
магниттік өтімділік бірге тең деп алынады. Ферромагниттік денелерге келетін
болсақ, бұлардың магниттік өтімділігі бірден әлдеқайда артық және де
қарастырылып отырған материал үшін тұрақты шама болып қалмайды, оның
магниттік қалып-жағдайына, яғни магниттелген ферромагниттік дененің
магниттік индукциясына тәуелді болады.
Ферромагниттік материалдардың магниттік қасиеттерін сипаттау үшін В мен
Н-тың арасындағы графикалық жолмен қисық сызық түрінде көрсетілетін
магниттелу қисығы деп аталатын тәуелділік пайдаланылады. Қандай да болмасын
материалдың магниттелу қисығын табу үшін график тұрғызылады, оның
горизонталь осі бойына өріс кернеулігі мәндері салынып, ал вертикаль осі
бойына зерттеліп отырған материалдың магниттік индукциясы мәндері салынады.
Магниттік индукцияның магнит өрісіндегі магниттік сызықтардың бағытына
перпендикуляр орналаскан қандай да болмасын беттің ауданына көбейтіндісі
осы бетті тесіп өтіп жатқан магниттік ағын деп аталады. Сонымен, магниттік
ағын Ф = BS, мұндағы S – магниттік ағын тесіп өтіп жатқан беттің ауданы.
Егер де магниттік индукция В тесламен, ал беттің ауданы S – квадрат
метрмен берілсе, онда магниттік ағын вебермен (Вб) өлшенеді, яғни 1 Вб=1 Тл-
1 м2. Вебер дегеніміз осы ағынмен ілініскен контурда 1 секунд ішінде ағын
нольге дейін азайғанда 1 вольтқа тең электр қозғаушы күші (ЭҚК)
индукцияланатын магниттік ағын, яғни Вб = В-с.
§ 23. ТОГЫ БАР ӨТКІЗПШТЕРДІҢ ӘРЕКЕТТЕСУІ
Егер де электр тогы жүріп жатқан екі немесе бірнеше өткізгіштерді
біріне-бірін параллель орналастырсақ, онда осы өткізгіштер өздеріндегі
токтардың бағытына байланысты өзара тартылады немесе тебіседі.
Өткізгіштердің осылай өзара әрекеттесуі – әрбір тогы бар өткізгіштің
айналасында магнит өрісі пайда болуының нәтижесі.
Қарама-қарсы бағытта өтіп жатқан токтары бар екі аб және вг (20, е-
сурет) өткізгіштерін қарастырайық. Өткізгіштер айналасында магнкт өрістері
бар. Бұранда ережесіне сәйкес осы өрістердің магниттік сызықтары суреттің
төменгі бөлігінде көрсетілгендей бағытталған. Егерде жоғарыдан өткізгіштер
бойымен қарасақ, онда. аб өткізгішінін айналасындағы магниттік сызықтар
сағат тілінің бағытымен бағытталған, ал вг өткізгішінде – сағат тіліне
қарсы.
20-сурет. Тогы бар өткізгіштердің
әрекеттесуі: a – әр түрлі бағыттар, б – бірдей бағыттар
Сонымен, өткізгіштер арасындағы бұл сызықтар кеңістікте бірдей бағытта
болады және өткізгіштер, магниттің аттас полюстары өзара тебісетіні сияқты,
бірінен-бірі тебіседі. Егерде осы өткізгіштер арқылы бір бағыттағы токтар
жіберсек (20, б-сурет), онда өткізгіштер айналасында туатын магнит өрісінің
сызықтары өткізгіштер арасындағы кеңістікте қарама-қарсы бағытта болады.
Сондықтан да өткізгіштер өзара тартылады.
Ток өтіп тұрған өткізгіштердің арасындағы әрекеттесу күші осы І1 және
І2 токтарының кебейтіндісіне, абсолют магниттік өтімділікке, сонымен қатар
ұзына бойына өткізгіштер біріне-бірі паралель жүретін I ұзындығына
(жақындасу ұзындығы) тікелей пропорционал болып, өткізгіштердің ара
қашықтығы а-ға кері пропорционал болады, яғни F =ааІ1І2lа. Егерде
сымдар магниттік емес ортада болса, яғни а=0= 4∙10-7
В1С(А∙м), онда өткізгіштер арасындағы өзара әрекеттесу күші (Н)
F-(2I1l2а).10-7.
§ 24. ГИСТЕРЕЗИС
Магниттелудің бастапқы қисығы магниттік индукция мен кернеулік (В және
Н) арасындағы қатынасты тек қана магниттелмеген ферромагниттік материал
үшін анықтап береді. Темір өзегі бар соленоид электрмагнит деп аталады.
Егерде Б ток көзінен (мысалы аккумулятор батареясы), екі жаққа (1–2
және 3–4) ауыстырып қосқыштан П, Р – реостаттан және Э электромагниттен
құралған тізбек (21, а-сурет) ажыратылып тұрса, онда Э электромагниттің
орамасында ток жоқ.
21-сурет Болат өзекті магниттеу схемасы
a – және гистерезис тұзағы, б – гистерезис тор тұзағы
П ауыстырып қосқышты 1–2 түйіспелеріне қосамыз және реостаттың
кедергісін түгелдей кіргіземіз. Бұл жағдайда тізбекте кішкентай ток пайда
болады және ол мына бағытта жүріп отырады: батареяның Б оң полюсы, 1
түйіспе реостат Р электромагниттің Э орамасы, 2 түйіспе, батареяның Б теріс
полюсы.
Электрмагниттегі осы токтың мәніне сәйкес кернеулігі Н және магниттік
индуқциясы В белгілі бір магнит өрісі туады. Бұранда ережесін қолдана
отырып, электрмагниттің өзегіндегі магнит ағыны оңнан солға қарай
бағытталатынын, яғни Э электрмагниті үшін өзектің сол түбі солтүстік, ал оң
түбі оңтүстік полюс болатынын табамыз. 21, б-суретінде масштабпен
горизонталь осі-не Н өріс кернеулігінің мәндерін, ал вертикаль осіне В
мәндерін салайық. Горизонталь және вертикаль осьтерге салынған мәндердің
нүктелерінен перпендикуляр тұрғызсақ электромагнит өзегінің ең алғашқы
магниттелу қисығының бірінші нүктесін анықтайтын қиылысу нүктесі а-ны
табамыз. Р – реостаттың жылжымалы тиегін төмен қарай қозғасақ, оның
кедергісі азаяды, осының арқасында электромагнит орамасындағы, ток онымен
қатар магнит өрісінің кернеулігі де өседі. Жоғарыда айтылған әдіспен б, в,
г және д нүктелерін тұрғызып, оларды бірі-бірімен қосқаннан кеиін өзектің
алғашқы магниттелуінің қисығын табамыз. Бұл қисық магниттелу басында
магниттік индукция өріс кернеулігіне пропорционал (Оа бөлігі) өсетінін
көрсетеді, содан кейін оның өсу қарқыны бәсеңдейді, қисық майысады (б
нүктесі) және тағы да түзу сызықтыққа жақындайды (q – l бөлігі) бірақ та
горизонталь осьпен жасайтын бұрышы азаяды. Көрсетілген соңғы бөлікте өріе
кернеулігінің өсуі магниттік индукцияның кішкене ғана өсуіне әкеп соғады
және Р реостаттың жылжымалы тиегін әрі қарай қозғасақ, электромагнит
өзегіндегі магниттік индукция іс жүзінде өспейді. Бұл жағдайда өзек
магниттік қанығуға жетті деп атайды (ж нүктесі).
Электромагниттің магниттеуші өрісінің кернеулігін кемітсек, темір
өзектің магниттік индукциясы да кеми бастайды, бірақ та кернеуліктің бірдей
және сол мәндерінде алғашқы магниттелу процесіндегі мәндерінен біраз үлкен
болып калып отырады. Тізбекті ажыратқанда электромагниттегі ток тиылады, ал
индукция болса белгілі бір мәнге ие болады, оның мәні өз кесіндісімен (21,
б-су-ретті қараңыз) анықталады. Бұл өзекте біршама қалдық магнетизмі
сақталып қалатынын көрсетеді. Егер де әрі қарай магнитсіздендіруді
тоқтатсақ, онда темір өзек жасанды (тұрақты) магнит болып қалады да қалдық
магниттік индукцияға ие болады. Біз қарастырып отырған магнит өрісінің
кернеулігінің кемуінен қалып отырған магниттік индукцияньщ кемуі гистерезис
деп аталады.
Темір өзекте қалдық магнетизм болмауы үшін оны қайта (қайыра) магниттеу
керек, яғни кері бағытта магниттеу керек. Бұл үшін П – ауыстырып косқышты
(21, а-суретті караңыз) 3–4 түйіспеге қосу керек. Сонда электромагнит
орамасында қарама-қарсы бағытта, атап айтқанда: батареяның Б оы, полюсы, 3
– түйіспе, электромагниттің Э орамасы, реостат Р, 4 — түйіспе, батареяның Б
теріс полюсы бағытында ток жүреді. Бұранда ережесіне б сәйкес осы токтың
әрекетінен электромагнитте солдан оңға ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz