Магнит өрісін оқытудың әдістемесі

Мазмұны

Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .5
І Магнит өрісі
1.1 Магнит өрісі және оның сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...7
1.2 Био.Савар.Лаплас заңы және оны магнит өрісін есептеуге қолдану ... ... ..8
1.3 Ампер заңы. Параллель токтардың өзара әсерлесуі ... ... ... ... ... ... ... ... ...9
1.4 Магнит өрісінің қозғалыстағы зарядқа тигізетін әсері ... ... ... ... ... ... ... ...10
1.5 Вакуумдағы магнит өрісі үшін магнит индукциясы векторының
циркуляциясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 13
ІІ. Магнит өрісін оқытудың әдістемесі
2.1 Электр және магнит өрістерін салыстыру арқылы оқыту ... ... ... ... ... ... ..16
2.2 Вакуумдағы магнит өрісін оқыту әдістемесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .21
2.3 Токтардың өзара әсері. Магнит өрісі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..22
2.3.1 Лоренц күші. Магнит өрісінің қозғалыстағы зарядқа әсері ... ... ... ... ... 24
2.3.2 "Магниттік индукция" түсінігін енгізудің екі тәсілін талдау ... ... ... ... 26
2.4 Физика сабағында оқытудың инновациялық технологияларын
пайдалану ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .29
2.5 Сатылай кешенді талдау технологиясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...31
2.6 Магнит өрісі тақырыбын оқытуда сатылай кешенді талдау
технологиясын қолдану ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...34
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .43
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... 44

Кіріспе

Электродинамиканың дамуы барысында ғана ең алғаш рет ғылыми зерттеулер техникалық қолдануларда алда келеді. Электр двигательдерді, радиоқабылдағыштарды конструкциялау электродинамика заңдарын ашып зерттегеннен кейін ғана мүмкін болды.
Электродинамиканың техникадағы сан алуан қолданулары электр энергиясын өткізгіш сымның бойымен алысқа жеткізуге болатынына, оны тұтынушыларға бөліп тарату және онша күрделі емес құрылғылардың көмегімен энергияның бір түрін кез-келген басқа түрге, жарық энергиясына түрлендіру тоғы басқа мәселелерге негізделген.
Электр тогының магнит өрісі «Электродинамика» бөлімінің негізгі тарауларының бірі болып табылады. Сондықтан да электр тогының магнит өрісін оқыту әдістемесінің ғылыми деңгейінің жоғары болуы ғылыми мәселелерді әлеуметтік және жеке тұлғалық мәні бар міндеттер тұрғысынан сапалы түрде қарастыра алатын, табиғат және өмір құбылыстарын тереңірек түсінетін, ақпаратпен сапалы түрде жұмыс жасайтын жан-жақты дамыған, ой-өрісінен азаматты тәрбиелеуде маңызы өте зор.
Электр тогының магнит өрісін өз дәрежесінде оқыту нәтижесінде оқушылар зарядтар мен токтар арасындағы өзара әсерлерді жүзеге асыратын магнит өрісінің пайда болу фактілерін; Био-Савар-Лаплас, Ампер заңдарын, Ампер және Лоренц күштерінің бағытын анықтауға арналған ережелерді магнит өрісінің электр өрісінен өзгешелігін,яғни магнит өрісінің күш сызықтарының тұйықталған, сипаты құйынды екендігін, табиғатта магниттік зарядтардың болмайтындығын, магнит күштері индукция векторының бойымен емес, оған перпендикуляр бағытталатынын, магнит өрісі тек қозғалыстағы зарядтарға әсер ететінін толығымен ұғынады.
Сонымен қатар, жоғарыда көрсетілген тақырыптарды оқу барысында оқушыларда магнит өрісінің материялығы жөнінде ұғым қалыптасады. Тағы бір ескертетін жағдай, мұнда электродинамика мен Ньютон механикасын салыстыра отырып, электродинамиканың ерекшеліктері ашылып көрсетіледі. Мысалы, параллель токтардың өзара әсерлесуін бақылау нәтижесінде, оқушылар өткізгіштер арқылы өтетін токтың бағыты бірдей болғанда олардың бір-біріне тартылуын, қарама-қарсы болғанда тебілуінің себебін түсіндіре алмайды. Бұл жерде механикада қарастырылмайтын табиғаты электромагниттік күштердің пайда болатындығы, жақыннан әсер ету принципі жөніндегі оқушының көзқарасы қалыптасады.

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

1. Под ред. С.Я.Шамаша. Методика преподования физики в средней школе. Москва, Просвещение, 1987.
2. Под ред. С.Е.Каменецкого, Л.А.Ивановой. Методика преподавания физики в средней школе. Москва, Просвещение 1987.
3. Орехов В.П., Корж Э.Д. Преподавание физики. Москва, Просвещение 1986.
4. Под.ред. А.А.Пинского, П.И.Самойленко. Методика преподавания физики в средних специальных учебных заведениях. М., Высшая школа, 1986.
5. Құдайқұлов М., Жаңабергенов Қ. Орта мектепте физиканы оқыту әдістемесі. Алматы, Рауан, 1998.
6. Қалығұлов А.Ж. Физиканы оқыту методикасы. Алматы, Рауан, 1992.
7. Жаңабергенов Қ. Электроника негіздері. Алматы, Мектеп, 1989.
8. Тобаяқов Ж. Электр және магнетизм. Алматы, Мектеп, 1988.
9. Буров В.А., Покровский А.А. және т.б. Орта мектептің 6-7 кластарында физикадан жасалатын демонстрациялық тәжірибелер. Алматы, Мектеп, 1979.
10. Аққошқаров Е. Физикалық ұғымдарды қалыптастыру және терминдерді меңгеру тәсілдері. Алматы, мектеп, 1986.
11. Жаңабергенов Қ. Электроника негіздері. Алматы, Мектеп, 1989.
12. Аққошқаров Е. Физикалық ұғымдарды қалыптастыру және терминдерді меңгеру тәсілдері. Алматы, мектеп, 1986.
13. Бұзаубақова К.Ж. Физика сабақтарында оқытудың инновациялық технологиялары. Алматы, 2005.
14. Қойшыбаев Н. Физикадан ұлттық бірыңғай теске арналған әдістемелік құрал. Алматы: Зият Пресс, 2006 .
15. Қойшыбаев Н. Электр және магнетизм. Алматы: Зият Пресс, 2006 .
16. Бұзаубақова К.Ж. Физика в калейдоскопах. Алматы, Жазушы 2006.
17. Федотов И.П., Кулина И.Д. Изучение электромагнетизма в курсе физики средней школы. М: Просвещение 1978.
18. Шахмаев Н.Н., Каменецкий С.Е. Демонстрационные опыты по электродинамике. М: Просвещение 1973.

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 41 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны

Кіріспе
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..5
І Магнит өрісі
1.1 Магнит өрісі және оның сипаттамасы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7
1.2 Био-Савар-Лаплас заңы және оны магнит өрісін есептеуге
қолдану ... ... ..8
1.3 Ампер заңы. Параллель токтардың өзара әсерлесуі
... ... ... ... ... ... ... ... ... 9
1.4 Магнит өрісінің қозғалыстағы зарядқа тигізетін әсері
... ... ... ... ... ... ... ...10
1.5 Вакуумдағы магнит өрісі үшін магнит индукциясы векторының
циркуляциясы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... 13
ІІ. Магнит өрісін оқытудың әдістемесі
2.1 Электр және магнит өрістерін салыстыру арқылы оқыту
... ... ... ... ... ... ..16
2. Вакуумдағы магнит өрісін оқыту әдістемесі
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..21
3. Токтардың өзара әсері. Магнит өрісі
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...22
1. Лоренц күші. Магнит өрісінің қозғалыстағы зарядқа
әсері ... ... ... ... ... 24
2. "Магниттік индукция" түсінігін енгізудің екі тәсілін талдау
... ... ... ... 26
4. Физика сабағында оқытудың инновациялық технологияларын
пайдалану
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... .29
5. Сатылай кешенді талдау технологиясы ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31
2.6 Магнит өрісі тақырыбын оқытуда сатылай кешенді талдау
технологиясын қолдану
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .34
Қорытынды
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... .43
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 44
Кіріспе

Электродинамиканың дамуы барысында ғана ең алғаш рет ғылыми
зерттеулер техникалық қолдануларда алда келеді. Электр двигательдерді,
радиоқабылдағыштарды конструкциялау электродинамика заңдарын ашып
зерттегеннен кейін ғана мүмкін болды.
Электродинамиканың техникадағы сан алуан қолданулары электр
энергиясын өткізгіш сымның бойымен алысқа жеткізуге болатынына, оны
тұтынушыларға бөліп тарату және онша күрделі емес құрылғылардың көмегімен
энергияның бір түрін кез-келген басқа түрге, жарық энергиясына түрлендіру
тоғы басқа мәселелерге негізделген.
Электр тогының магнит өрісі Электродинамика бөлімінің негізгі
тарауларының бірі болып табылады. Сондықтан да электр тогының магнит өрісін
оқыту әдістемесінің ғылыми деңгейінің жоғары болуы ғылыми мәселелерді
әлеуметтік және жеке тұлғалық мәні бар міндеттер тұрғысынан сапалы түрде
қарастыра алатын, табиғат және өмір құбылыстарын тереңірек түсінетін,
ақпаратпен сапалы түрде жұмыс жасайтын жан-жақты дамыған, ой-өрісінен
азаматты тәрбиелеуде маңызы өте зор.
Электр тогының магнит өрісін өз дәрежесінде оқыту нәтижесінде
оқушылар зарядтар мен токтар арасындағы өзара әсерлерді жүзеге асыратын
магнит өрісінің пайда болу фактілерін; Био-Савар-Лаплас, Ампер заңдарын,
Ампер және Лоренц күштерінің бағытын анықтауға арналған ережелерді магнит
өрісінің электр өрісінен өзгешелігін,яғни магнит өрісінің күш сызықтарының
тұйықталған, сипаты құйынды екендігін, табиғатта магниттік зарядтардың
болмайтындығын, магнит күштері индукция векторының бойымен емес, оған
перпендикуляр бағытталатынын, магнит өрісі тек қозғалыстағы зарядтарға әсер
ететінін толығымен ұғынады.
Сонымен қатар, жоғарыда көрсетілген тақырыптарды оқу барысында
оқушыларда магнит өрісінің материялығы жөнінде ұғым қалыптасады. Тағы бір
ескертетін жағдай, мұнда электродинамика мен Ньютон механикасын салыстыра
отырып, электродинамиканың ерекшеліктері ашылып көрсетіледі. Мысалы,
параллель токтардың өзара әсерлесуін бақылау нәтижесінде, оқушылар
өткізгіштер арқылы өтетін токтың бағыты бірдей болғанда олардың бір-біріне
тартылуын, қарама-қарсы болғанда тебілуінің себебін түсіндіре алмайды. Бұл
жерде механикада қарастырылмайтын табиғаты электромагниттік күштердің пайда
болатындығы, жақыннан әсер ету принципі жөніндегі оқушының көзқарасы
қалыптасады.
Электромагниттік өріс турады ұғым әр түрлі өрістердің
электростатикалық, стационарлық т.б. қасиеттері мен ерекшеліктерін
түсіндіруге мол мүмкіндік береді.
Тақырыптың өзектілігі: Еліміздің болашағы көркейіп өркениетті елдер
қатарына қосылуы бүгінгі ұрпақ бейнесінен көрінеді. Қазіргі білім беру
саласындағы проблема әлеуметтік педагогикалық ұйымдастыру тұрғысынан, білім
мазмұнына жаңалық енгізудің тиімді, жаңа әдістерін іздестіру мен оларды
жүзеге асыра алатын мұғалімдерді даярлау болып табылады.
Мемлекеттік білім стандарты деңгейінде оқыту үрдісін ұйымдастыру
жаңа педагогикалық технологияны ендіруді міндеттейді.
Мұғалім бір-біріне ұқсас күнделікті дәстүрлі сабақтар жүргізіп
қоймай, жаңа әдіс-тәсілдерді пайдалану қажет. Бірсарынды сабақ оқушыны
жалықтырады, ынтасын түсіреді. Оқушылардың ынтасын пәнге деген
қызығушылығын арттыру мақсатында сабақ өткізудің жаңа үлгілерін пайдаланған
жөн.
Жұмыстың мақсаты: Бұл жұмыста электр тогының магнит өрісі тақырыбын
оқытуда сатылай кешенді талдау технологиясын қолдану ұсынылды. Бұл
сабақтың ерекшелігі - оқушылардың бойына ізгілік, адамгершілік қасиеттерін
дарытып, олардың жеке тұлға болып қалыптасуына өз үлестерін қосады. Сонымен
қатар, оқушылардың алған білімдерін өмірге қолдана білуге, логикалық
ойлауға, шығармашылыққа, өз бетінше еңбек етуге үйренетіндігі көрсетілді.

І Магнит өрісі
1.1 Магнит өрісі және оның сипаттамасы
Қозғалыстағы зарядтар (токтар ) өздерін қоршаған қасиеттерін өзгертіп,
онда магнит өрісін туғызады. Магнит өрісі материяның ерекше бір түрі болып
табылады, ол арқылы қозғалыстағы зарядталған бөлшектер арасында өзара әсер
жүзеге асырылады.
Магнит өрісінің электр өрісінен негізгі бір айырмашылығы - ол тек
қозғалыстағы зарядтарға ғана әсер етеді.
Электростатикалық өрісті зерттеу үшін сыншы заряд алғанымыз сияқты.
Магнит өрісін зерттеу үшін тогы бар тұйық контур алынады. Тұйық контурдың
өлшемі магнит өрісін тудыратын токтарға дейінгі қашықтықпен салыстырғанда
өте кішкентай болуы тиіс. Контурдың кеңістікте орналасуы оған жүргізілген
нормальдың бағытымен анықталады. Нормальдың оң бағыты үшін нормаль ұшынан
қарағанда контурдағы токтың бағыты сағат тіліне қарсы болатын бағыт
алынады.
Ауданы S тұйық контурға магнит өрісі тарапынан М күш моменті әсер
етеді:
(1)
(2)
Мұндағы В - магнит индукциясынын векторы, яғни магнит өрісінің негізгі
сипаттамасы болып табылады, - контурдың магнит моменті.
Егер магнит өрісінін берілген нүктесіне магниттік моменті әр түрлі
контурларды орналастырсақ, онда оларға әсер ететін күш моменттері де әр
түрлі болады. Ал МР - қатынасы өрістін берілген нүктесі үшін тұрақты
шама болады да, магнит өрісінін индукциясы деп аталады.
Контур нормалі өріс бағытына перпендикуляр орналасқан кезде айналу
моментінің модулі ең үлкен мәнге ие болады:
(3)
В - магнит индукциясының модулі бірлік магнит моментіне ие болатын
контурға әсер ететін максималь айналу моментіне тең, оның бағыты бұрғы
ережесі бойынша аныкталады. Егер бұрғының ілгермелері токтың бағытымен дәл
келсе, онда бұрғы сабының айналу бағыты магнит индукциясы векторының
бағытымен дәл келеді.
Магнит өрісі күштің өріс болғандықтан, оны магнит индукциясының күш
сызықтары арқылы сипаттайды. Магнит индукциясының күш сызықтары деп өрістің
берілген нүктесінде жанама бағытымен бағытталған сызықтарды айтады. Магнит
индукциясының күш сызықтарының ерекшелігі - олар әрқашан тұйықталған.
Мұндай өрісті құйынды өріс деп атайды.
Магнит индукциясы бірлігіне ток күші 1 А болғанда ауданы 1м
контурға өріс тарапынан максималь күш моменті әсер еткендігі өрістің
магнит индукциясы қабылданған, оны Тесла (Тл) деп атайды.
Макротоктардың магнит өрісі магнит өрісінің кернеулігі арқылы
сипатталады:
(4)
Гнм – магнит тұрақтысы;
- ортаның магнит өтімділігі.
Электростатикалық өріс пен магнит өрісін салыстыра отырып,
электростатикалық өрістің ығысу векторының орнына, магнит өрісінің
кернеулік векторы Н алынатындығын көреміз

1.2 Био-Савар-Лаплас заңы және оны магнит өрісін есептеуге қолдану

Формасы мен өлшемі әр түрлі өткізгіштер арқылы ток өткенде пайда
болатын магнит өрісін зерттеген француз ғалымдары Био және Савар болды.
Зерттеулер нәтижелерін жалпылаған француз физигі Лаплас.
Бойынан І ток өтіп тұрған өткізгіштің dl элементінің кез-келген
нүктесінде тудыратын магнит индукциясын анықтайтын формуланы БиоСавар-
Лаплас анықтаған:
(5)
dl - бағыты ток бағытымен сәйкес келетін өткізгіш элементі, г - dl
элементінен өріс анықталатын нүктеге дейінгі қашықтық, - dl және r
векторының арасындағы бұрыш, dB - векторы dl және r векторлары жатқан
жазыктыққа перпендикуляр.
Электр өрісі сияқты, магнит өрісі үшін де суперпозиция принципі
орындалады.
Бірнеше қозғалыстағы зарядтардың (токтардың) өрісінің қорытқы
индукциясы әрбір токтың жеке-жеке туғызатын өріс индукциларының
векторлық қосындысына тең:
(6)
Бұл тұжырым магнит өрісінің суперпозиция принципі деп аталады.
Суперпозиция принципі мен Био-Савар-Лаплас заңын қолдана отырып әр
түрлі токтардың магнит индукциясын есептеуге болады.
Шексіз түзу токтың магнит индукциясы:
(7)
Дөнгелек токтың магнит индукциясы:
(8)

1.3 Ампер заңы. Параллель токтардың өзара әсерлесуі

Магнит өрісінің әр түрлі токтарға әсерлерін зерттеулер нәтижелерін
жалпылай отырып, Ампер магнит өрісінде орналасқан тогы бар өткізгіштің dl
элементіне магнит өрісі тарапынан әсер ететін dF күштің шамасын
анықтады:
dF = JBdl sin (9)

Ампер күшінің бағыты сол қол ережесімен анықталады. Егер сол қолды
алақанға индукция векторы енетіндей етіп, төрт саусақты біріктіріп
өткізгіштегі ток бағытымен сәйкестендірсе онда керілген бас бармақ Ампер
күшінің бағытын көрсетеді.
Бойынан Jжәне J токтар жүріп тұрған бір-біріне параллель R
арақашықтықтағы шексіз ұзын түзу екі өткізгіштің өзара әсер күшін мына
өрнектен табуға болады:
(10)
Бірдей бағытпен ағатын екі параллель ток өзара тартылады, ал
қарамақарсы бағытталған екі параллель ток өзара тебіледі.
Егер параллель орналасқан бойынан ток өтіп тұрған екі өткізгіш
вакуумда (= 1) орналасқан болса, онда өткізгіштің dl элементіне әсер
ететін күш:
(11)
Ток күшінің өлшеміне Ампер (А) кабылданған
Ампер деп вакуумда бір-бірінен 1 м ара қашықтықта орналасқан шексіз
ұзын параллель екі өткізгішпен ток өткенде олардың арасында әрбір метр
ұзындыққа 2*10 Н-ға тең күш әсерін туғызатын ток күшін айтады.
Магнит тұрақтысы -дің мәнін табу үшін:
=1 A; R=1м; Нм; болса, онда Гнм
Ампер заңы магнит индукциясының өлшем бірлігін анықтауға мүмкіндік
береді:
(12)
1 Тесла - магнит өрісіне перпендикуляр орналасқан тузу өткізгіштің
бойынан 1 А ток өткенде, 1 м ұзындығына 1 Н күшпен әсер ететін магнит
индукциясы.
Магнит өрісінің кернеулігінің өлшем бірлігі (Ам). 1 Ам - вакуумдағы
магнит индукциясы4· 10Тл болатын өріс кернеулігі.

1.4 Магнит өрісінің қозғалыстағы зарядқа тигізетін әсері

Көптеген эксперименттердің нәтижелері магнит өрісі тек тогы бар
өткізгішке ғана емес, сол сияқты кез-келген қозғалыстағы зарядтарға да әсер

ететіндігін көрсетті. Магнит өрісінде жылдамдықпен козғалатын q
зарядқа әсер ететін күш Лоренц күші деп аталады. Лоренц күшін табу үшін,
біртекті магнит өрісінде өріс бағытымен бұрыш жасап орналасқан
ұзындығы 1 өткізгіш алынады. Тогы бар өткізгіштің dl элементіне әсер ететін
күш Ампер заңына сәйкес:
F = JBdl sin а (13 )
Электрондық теорияға сәйкес:
(14)
Мұндағы е - электрон заряды, - өткізгіштің бірлік көлеміндегі
еркін электрондардың саны, - электрондардың бағытталған қозғалысының
жылдамдығы, S - өткізгіштің көлденең қимасының ауданы.
(15)
(16)
Әрбір жеке зарядқа әсер ететін Лоренц күші.

(17)
(18)
Бұл өрнекті бірінші рет голланд физигі Лоренц шығарған болатын,
сондықтан оны Лоренц күші деп атайды. Лоренц күшінің бағыты сол қол
ережесімен анықталады. Егер сол қолды алақанға индукция векторы ететіндей
етіп, төрт саусақты біріктіріп электрондар жылдамдығының бағытымен
сәйкестендіріп ұстаса, онда керілген бас бармақ Лоренц күшінің бағытын
көрсетеді. Сөйтіп, Лоренц күші зарядтардың жылдамдығына перпендикуляр
болып, оларға нормаль үдеу беріп отырады. Бұл күш зарядтардың жылдамдығының
бағытын ғана өзгертеді. Олай болса,
жылдамдыктың шамасы мен оның кинетикалық энергиясы магнит өрісінде
өзгермейді. Лоренц күші магнит өрісінде ешқандай жұмыс істемейді. Жалпы
магнит өрісіндегі қозғалыстағы зарядқа магнит өрісінен басқа, кернеулігі Е
электр өрісі де әсер етеді. Олай болса, зарядқа әсер етуші қорытқы күш
электрлік күш пен Лоренц күшінің қосындысына тең болады.
(19)
Бұл өрнек Лоренц формуласы деп аталады. Практикада есептеулерде бұл
күштің тек магниттік құраушысы ғана қарастырылады. Тағы да ескертетін
жағдай, магнит өрісі еш уақытта тыныштықта тұрған электр зарядына әсер
етпей, тек қана қозғалыстағы зарядтарға ғана әсер етеді.
Бұл тұрғыда магнит өрісінің электр өрісіне өзіндік ерекшелігінің бар
екендігін байқауға болады.
Лоренц күші үшін табылған өрнек магнит өрісінде зарядталған
бөлшектердің қозғалу заңдылықтарын зерттеуге мүмкіндік береді. Лоренц
күшінің бағыты және магнит өрісіндегі зарядталған бөлшектердің ауытқуы
зарядтың таңбасына байланысты. Енді осы айтылған жалпы заңдылықты
тұжырымдау үшін біріншіден, магнит өрісі біртекті болсын, екіншіден ұсақ
бөлшектерге электр өрісінің әсері болмайды деп ұйғарамыз. Егер зарядталған
бөлшектер жылдамдықпен магнит индукциясының бағытына сәйкес қозғалса,
онда жылдамдық пен магнит индукциясының арасындағы бұрыш нольге тең болады.
Себебі зарядтарға ешқандай Лоренц күші әсер етпейді. Сөйтіп, олар
бірқалыпты түзу сызықты қозғалыс күйін сақтайды.
Ал зарядталған бөлшектерге Лоренц күші әсер етуі үшін олардың
жылдамдықтары магнит индукция бағытына перпендикуляр бағытта, яғни
арасындағы бұрыштың шамасы нольге тең болмауы мүмкін. Сөйтіп, Лоренц
күшінің мәні тұрақты болып және зарядтардың траекториясына нормаль бағытта
әсер етеді. Бұдан зарядталған бөлшектердің қозғалысы шеңбер бойымен
бағытталған болып шығады. Олай болса, зарядтардың қозғалысы кезіндегі
шеңбер радиусы төмендегідей анықталады:

(20)

(21)
Зарядталған бөлшек шеңберді толық бір айналып шыққанда 2R жол
жүреді, сонда оған кеткен уақыт:

(22)
R-дің мәнін қойсақ:

(23)
Осы табылған өрнек практикада зарядталған бөлшектердің қозғалысын үдету
үшін қажетті қондырғыларда, яғни циклотрон, фазотрон, бетатрон т.б.
қондырғылардың жұмыс істеуі үшін қолданылады.
Магнит өрісінде қозғалған зарядқа әсер етуші Лоренц күші мынадай
құбылысты түсіндіруге мүмкіндік береді. Егер магнит индукциясының күш
сызықтарына перпендикуляр болып орналасқан тік төртбұрышты өткізгіштің
бойынан ток жүрсе, оның екі жағында потенциалдар айырмасы пайда болады.
Яғни, бір жағында тек теріс зарядтардың концентрациясы шоғырланса оның
қарама-қарсы бетінде тек оң зарядтардың жинақталғанын байқаған. Осы
кұбылысты бірінші рет 1879ж американ физигі Э.Холл ашқан болатын. Сондықтан
бұл заңдылықты Холл эффектісі деп атайды.
Сөйтіп зарядтардың стационарлық күйі сол зарядтарға әсер етуші Лоренц
күші F электр күшіне Ғ тең болғанда ғана қалыптасады.

(24)
Егер болса, онда

(25)

(26)
d – пластинка ені.

(27)
- Холл тұрақтысы

(28)

Холл тұрақтысын өлшеу арқылы өткізгіштердегі заряд тасымалдаушылардың
концентрациясын, жартылай өткізгіштердің типін анықтауға болады.

1.5 Вакуумдағы магнит өрісі үшін магнит индукциясы векторының
циркуляциясы
Магнит өрісіндегі тұйық контурдың индукция векторының циркуляциясы деп
мынадай интегралды айтады:

(29)
Кез-келген тұйық контур арқылы өтетін магнит индукциясы векторының
циркуляциясы магнит тұрақтысын контур арқылы өтетін токтардың алгебралық
қосындысына көбейткенге тең:

(30)
мұндағы n - контур арқылы өтетін ток саны.
Бұл вакуумдағы магнит өрісі үшін толық ток заңы болып табылады.
Егер электр өрісі кернеулік векторының циркуляциясы болса,
магнит индукциясы векторының циркуляциясы нольге тең болмайды. Сондықтан
мұндай өрістерді құйынды өріс деп атайды.
Егер магнит өрісінде индукция векторы В шамасы жағынан барлық жерде
бірдей және бағыттас болса, онда мұндай өрісті біртекті магнит өрісі деп
атайды. Осындай өрісте индукция векторының күш сызықтары параллель болып
келеді.
Осындай біртекті өрісте ауданы dS бет перпендикуляр орналасса, онда
индукция векторының жазық беттің ауданына көбейтіндісі осы бет арқылы
өтетін магнит ағыны деп аталады:
dФ= BdS (31)
Егер жазық бет индукuия векторына нормаль бағыты бойынша бұрыш
жасай орналасса, онда магнит ағыны
dФ = BdS cos; (32)
Магнит ағыны скалярлық шама. Ол cos бұрышының таңбасына
байланысты әрі оң, әрі теріс мәнді бола алады, яғни n нормальдың оң
бағытына сәйкес анықталады. Тұйық контурдың беті арқылы өткен магнит
ағыны әр уақытта оң деп есептеледі.
Кез-келген бет арқылы өтетін магнит ағыны:
(33 )
Магнит ағынының өлшем бірлігіне Вебер (Вб) алынады. Вебер деп
біртекті магнит өрісіне перпендикуляр орналасқан ауданы арқылы өтетін
индукциясы 1 Тл-ға тең магнит ағынын айтады.
Кез-келген тұйық бет арқылы өтетін магнит ағыны әр уақытта нольге тең
болады.
(34)
Бұл магнит өрісі үшін Остроградский - Гаусс теоремасы деп аталады.
Гаусс теоремасы магнит индукциясының сызықтары тұйықталған екендігін,
табиғатта магниттік зарядтардың болмайтындығын көрсетеді.
Мысалы, ауданы S соленоидтың бір орамы арқылы өтетін магнит
ағыны:
Ф = В·S (35)
Барлық N орам арқылы өтетін ағын:
(36)
Тогы бар өткізгішке магнит өрісінің әсері электромоторларда электр
энергиясын механикалық энергияға түрлендіру үшін қолданылады. Сыртқы магнит
өрісінде тогы бар өткізгіш орын ауыстырғанда Ампер күшінің әсерінен жұмыс
істеледі.
dA =JdФ (37)
Сонымен, магнит өрісінде тогы бар өткізгіш орын ауыстырғанда істелетін
жұмыс ток күші мен dS ауданы арқылы өтетін магнит ағынының көбейтіндісіне
тең.

ІІ. Магнит өрісін оқытудың әдістемесі
2.1 Электр және магнит өрістерін салыстыру арқылы оқыту

Физика курсында осы екі өрістің табиғаты мен қасиеттері туралы
біршама мағлұматтар беріледі. Бұл материалдардың деңгейі мен тереңділігі
және жанжақтылығы әжептәуір болғанымен, физиканы тереңдете оқытатын
мектептер үшін мүлдем жеткіліксіз. Бір – бірінен айыруға келмейтін,
медальдің екі беті секілді электродинамикада маңызы ерекше бұл ұғымдар
туралы түсініктерді оқушының санасында берік қалыптастыру шаралары да
оқулықта ескерілмеген.
Алдымен электр және магнит өрістері туралы оқушының түсінігін
кеңейту мақсатымен олардың негізгі ерекшеліктері мен айырмашылықтарына жете
көңіл аудару қажет. Бұл мәселе 1 – кесте бойынша жүзеге асырылады.
Өрістің екі түріне де ортақ қасиеттер:
1. Өрістің екі түрін де электр зарядтары туғызады.
2. Өрістің екі түрі де зарядқа әсер етуші күш туғызады.
3. Өрістердің ерекшеліктері күш сызықтарымен бейнеленеді.
4. Екеуі де бір электромагниттік өрістің бір – біріне ұқсамайтын
құраушылары.
5. Өрістің екеуі де көзбен көріп, қолмен ұстауға келмейтін материның
айрықша бір түрі.
6. Екеуінің де әсері зарядқа жарық жылдамдығына тең жылдамдықпен
беріледі.
7. Екеуі де векторлық шамалар.
Әрине, бұл кестені әле де кеңейтіп, толықтыра беруге болады. Онын
есесіне магнит индукциясына байланысты оқушылар көңіл аудара бермейтін
кейбір мәселелерге тоқталайық. Кестенің 4- тармағындағы магнит индукциясын
анықтауға арналған өрнегін түрінде жазуға болады.
1 – кесте
NN Электр өрісі Магнит өрісі
1. Электр өрісінің күш сызықтары Магнит өрісінің күш сызықтары тоғы
тұйықталмайды. Олар оң зарядтан бар өткізгішті қоршай айналатын тұйық
басталып, теріс зарядпен қисық сызықтар.
аяқталады.
2. Электр өрісі тыныштықтағы және Магнит өрісі тек қозғалыстағы зарядқа
қозғалыстағы зарядқа эсер күш әсер етуші күш туғызады.
туғызады.
3. Электр өрісінің күш сызықтарыныңМагнит өрісінің күш сызықтарының
бағыты өріс кернеулігімен бағыты магнит индукциясының бағытына
бағыттас. перпендикуляр.
4. Электр өрісі өріс кернеулігімен Магнит өрісі магнит индукциясымен
бағаланады. бағаланады:
5. Өлшеу бірлігі: 1= 1 Өлшеу бірлігі: 1 = 1 Тесла
6. Электр өрісінің энергиялық Магнит өрісінің энергиялық қасиеті
қасиеті бар. жоқ.
7. Зарядқа әсер етуші күш жұмыс Зарядқа әсер етуші Лоренц күші жұмыс
атқарады. атқармайды.

Математикалық тұрғыдан қарағанда екінші өрнек – алғашқы өрнектің
басқаша жазылуы ғана. Солай бола тұра, тереңірек талдағанда олардың
физикалық мағыналарында үлкен айырмашылықтардың бар екенін көру қиын емес.
Алғашқы өрнек магнит өрісіндегі токтың өріс тарапынан туындайтын күшке
ұшырауын сипаттаса, екіншісі магнит өрісінде орналасқан тоғы бар өткізгішке
әсер етуші күшті бағалайды. Бірақ бірінші өрнектен магнит индукциясының
шамасы әсер етуші күшке тура пропорционал , ток күші мен өткізгіш
ұзындығының көбейтіндісіне кері пропорционал деген ұғым тумайды. Бұл жағдай
Ньютонның 2 – заңына сәйкес, теңдігінен дененің массасының оған
әсер етуші күшке оны анықтаушы физикалық шамалардың үшеуіне де
тәуелді екендігі ешбір күмән туғызбаса керек. Осы түсініктерді электр
өрісінің кернеулігі үшін де дамытуға болады. Бұл мәселені орындауды оқырман
қауымның өзіне тапсырамыз. Енді бір текті электр өрісі мен біртекті магнит
өрісінде орналасқан нүктелік зарядқа байланысты құбылыстар туралы
түсініктерді өрбітіп көрейік. Бұл мәселелер 2 – кестеге жинақталған.
2 – кесте
Салыстыру көрсеткіштері Біртекті электр өрісі. Біртекті магнит өрісі.
Әсер етуші күштің
шамасы:
Бағыты: Электр өрісінің күш Сол қол ережесі бойынша
сызықтары бағыттас анықталады.
Ерекшелігі: Күш зарядтың Лоренц күші зарядтың
жылдамдығына тәуелсіз жылдамдығына тәуелді,
және зарядпен әсерлесу бірақ жұмыс атқармайды.
барысында жұмыс
атқарады.
Зарядталған бөлшектің Соған қарамастан Зарядталған бөлшек
бастапқы жылдамдығы: зарядталған бөлшек тыныштық күйін сақтайды.
үдемелі түрде қозғалады.
Бастапқы жылдамдық Бастапқы жылдамдығы Зарядталған бөлшек
болып, бір қалыптыбастапқы
түзу сызықты үдемелі жылдамдықтың бағытымен
қозғалысқа қатысады: түзу сызықты қозғалысын
сақтайды.
Бастапқы жылдамдық Бастапқы жылдамдығы Зарядталған бөлшек
және ол өрістің бағытынаге тең, горизонтальшеңбер бойымен бір
перпендикуляр. лақтырылған дененің қалыпты қозғалыста
қозғалысын қайталайды. болады.
Шеңбердің радиусы:
Айналу периоды:
Бастапқы жылдамдық Бастапқы жылдамдығы Радиусы R болатын
және өрістің бағытымен ге тең, көлбеу спираль тәрізді
бұрышын құрайды. лақтырылған дененің қозғалысқа қатысады.
қозғалысын қайталайды. ;
Спираль аралығы:

Енді осы ұғымдарды пайдалануға арналған кейбір мысалдарға талдау
жүргізейік.
1 – мысал. Электрондар шоғыры осінің оң бағытымен қозғалуда. Осы
жағдайда А және В нүктелерінде орналасқан магнит стрелкасының оң полюсі
(S)` қалай бағытталады?
Талдау: Электрондар Х осінің оң бағытымен қозғалса, токтың бағыты осьтің
теріс бағытына сәйкес келеді (1-сурет). Ампер ережесі бойынша , А
нүктесіндегі магнит өрісінің бағыты У осінің оң бағытын қайталайды. Мұндай
жағдайда магнит стрелкасының S полюсі У осінің теріс бағыты бойынша
орналасады. Сол секілді, В нүктесіндегі магнит өрісінің бағыты Z осьінің
теріс бағытына сәйкес болады да , магнит стрелкасының В нүктесіндегі S –
полюсінің бағыты Z осьінің бағытын қайталайды.

1 – сурет 2 – сурет
2 – мысал. Көлбеу бұрышы болатын жазықтықта массасы 0,1г, Кл
шар орналасқан (2 – сурет). Көлбеу жазықтықты перпендикуляр тесіп өткен
магнит ағынының индукциясы 4Тл. Осы шарды радиусы R=5см – лік шеңбер
бойымен бір қалыпты қозғалысқа келтіру үшін қажет, оған әсер етуші электр
өрісінің бағытын және шамасын, шардың айналу бағыты мен жылдамдығын анықтау
қажет. Еркін түсу үдеуі . Үйкеліс коэффициенті ескерілмейді.
Талдау: Шарды шеңбер бойымен бір қалыпты қозғалысқа келтіру үшін , оның
жазықтыққа түсіретін күші мен электр өрісі туғызатын күш тепе – теңдікте
болуы шарт:
Бұдан электр өрісінің кернеулігі:
=0.25
Шеңбердің радиусы: , бұдан .
Шардың жылдамдығы:

Сол қол ережесіне сүйене отырып, шардың . яғни дөңгелек токтың
бағытының сағат стрелкасының қозғалысына қарсы екендігі анықталады.
Электр және магнит өрістерінің қасиеттерін баяндау барысында
оқушыларға электр энергиясын тасымалдауға арналған электр желілеріндегі
процестерді түсіндіре кету де артықшылық жасамайды. Мысалы, фазалық желілер
арасындағы кернеуі
болатын үш фазалы жүйеге байланысты туындайтын кейбір сұрақтарға
назар аударайық. Тоғы бар электр желісініңайналасында электр өрісімен бірге
магнит өрісі де пайда болады. Электр өрісі - желілік өткізгіштер арасында,
магнит өрісі оны қоршай туындайды. Егер электр желісі кабель түрінде жерге
көмілсе, оның электр желісі жойылып, магнит өрісі сақталады. 3 – кестеде
жер бетінен жоғарғы биіктікте орналасқан 3 фазалы электр желісінің магнит
индукциясының мәндері келтірілген.
3 – кесте
Электр желісінің центрінен санағанда әр түрлі аралықтағы магнит
индукциясының орта мәні (Тл)
(кВ) 1(м) 15(м) 30(м) 61(м) 91(м)
110 2,97 0,65 0,17 0,04 0,02
120 5,75 1,95 0,71 0,18 0,08
500 8,67 2,94 1,20 0,32 0,14

Электр және магнит өрісінің денсаулыққа қаншалықты зиянды екенін
білу де артықшылық жасамайды. Күшті электр өрісі тері және қан ауруларының
бірден бір себепшісі. Өрістің тербеліс жиілігі жоғары болған сайын, оның
организмге әсері де арта түседі. Халықаралық талаптарға сәйкес,
В0,1мкТл мөлшеріндегі магнит индукциясы қауіпсіз деп есептеледі.
Соңғы кестеде келтірілген шамалардың осы шамадан әлде қайда жоғары
екендігін байқау қиын емес. Ұялы телефонның тасымалдау тербеліс жиілігі
. Бұл тербелістер адам организміне, әсіресе, ми үшін аса қауіпті
толқындарға жатады.

6. Вакуумдағы магнит өрісін оқыту әдістемесі

Магнит өрісін оқу барысында оқушылар магнит өрісінің құйынды сипаты
жөніндегі түсінік алады, магнит күштерінің магнит индукuиясының
векторының бойымен емес, оған перпендикуляр болатынын біледі.
Магнит өрісі электр зарядтарының белгіленген санақ жүйесіне байланысты
козғалысынан туындайды. Бұл такырыпта электромагниттік кұбылыстардағы
салыстырмалы жылдамдықтың ролін түсіндіреді және оқушыны Максвелдің
электромагниттік өрісі жөніндегі теориясын игеруге
дайындайды.
Бұл жерде жақыннан әсер ету принципі жөніндегі оқушының ұғымын
дамытады. Қозғалып бара жаткан зарядтар магнит өрісі аркылы өзара
әсерлеседі. Бұл әсер вакуумдағы шекті жылдамдығы бар жарыкқа да
қолданылады. Электромагниттік өріс материалдық болып есептеледі, ал
магнит өрісі оның кұрамына кіреді.
Магниттің касиеттері электродинамика заңдарының негіздеріне сүйене
отырып түсіндіріледі. Электромагнитизм құбылысын тек магнит өрісінің күштік
сипаттамасы - магнит индукuиясын В қолдана отырып түсіндіреді. Сондыктан
магнит индукциясын тағы бір контурдың көмегімен өлшейді.
Электромагнитизмді микрофизикалық деңгейде оқу барысында атомдар мен
электрондардың кейбір магниттік сипаттамаларының енгізілуі: атомның
магниттік моменті, электронның орбиталдық және спиндік магниттік
моменттері. Бұл ілімдер заттардың магниттік қасиеттерін және заттардағы
магнит өрісін оқу барысында қолданылады.
7. Токтардың өзара әсері. Магнит өрісі

Электр және магнит күштерінің табиғаты әр түрлі заңдылықпен
сипатталады. "Магнит күштері" деген термин алғашқы рет магниттердің әсерін
түсіндіру үшін ендірілген.
Параллель токтардың әсерін зерттейтін тәжірибені қарастырайық. Ол үшін
екі металл лентаны аламыз. Лентаның ұзындығы 1-1,5 м, ені 3,0 см. Екі лента
параллель орналастырылып, ұштары бекітіледі. Бірінші жолы ленталарға электр
тізбегі параллель қосылады (l,а сурет), ал екінші жолы тізбектеліп қосылады
(l,б сурет).

1- сурет
Бұл жерде құбылыстың үш жағына көңіл аудару керек:
1) бір бағыттағы токтар бір-біріне тартылады;
2) қарама-қарсы бағыттағы токтар бірін-бірі тебеді;
3) токтардың өзара әсері өткізгіштің материалына және тек көзінің түріне
(аккумлятор, тұракты ток машинасы термобатарея және т.б.) байланысты
болмайды.
Тогы бар катушкалардың өзара әсерін зерттеуде де сол құбылысты
байқаймыз. Токтардың өзара әсер күшін анықтау орта мектепте
қарастырылмайды. Дегенмен, оны төртбұрышты рамада ток жүргенде түзу
бөлігінің әсері арқылы көрсетуге болады.
Рама оншақты жіңішке изоляцияланған өткізгіштердің орамынан тұрады. Әр
раманың тізбегіне амперметр және ток көзі қосылды. Өзара әсер күшінің
шамасын иіні тең емес таразы арқылы анықтаймыз.
Тәжірибенің барысы кезеңдерінде төмендегідей қорытындыға келеміз:
- бір рамада ток күші өзгергенде байқалады;
- екінші рамада ток күші өзгергенде байқалады;
- өткізгіштің ұзындығын өзгерткен кезде екені анықталады;
- раманың әсер ететін жақтарының ара қашықтығын бірнеше есе
өзгертсек аламыз.
Осылайша, деген қорытындыға келеміз.
Сонымен, магнит күшін мына формуламен анықтауға болады:
(38)
Бұл жерде өткізгіштердің ара қашықтығы өткізгіштің диаметрінен
көптеген есе көп болуы керек, ал өткізгіштің ұзындығы оның
арақашықтығынан бірнеше есе көп болуы тиіс.
Тогы бар шексіз ұзын өткізгіштің осындай тоғы бар өткізгіштің
ұзындығы бөлігіне әсер ететін магнит күшін қарастырайық (2
сурет).
Тогы бар әр түрлі өткізгіштерге әсер ететін Ғ және Ғ күштері
тең және қарама - қарсы бағытталған. Бірақ бұл тек дербес жағдай.
Ток бөліктерінің өзара әсеріне Ньютонның үшінші заңы қолданылмайды:
магнит күштерінің шамасы тең емес және қарама-қарсы бағытталмаған.
Магнит күші үшін формуласы вакуумдағы тоғы бар өткізгіштердің өзара
әсеріне дұрыс болады.

2 - сурет
Коэффициент k = 1А, =R= 1 м болғанда
Ғ=2*10Н, ал k= 2*10 НА.

Токтардың өзара әсері магнит өрісі арқылы төмендегі схемамен беріледі:
Ток Магнит өрісі Ток J;
Ток Магнит өрісі Ток .
Тогы бар әрбір өткізгіш өзінің магнит өрісін туғызады, ал соңғы келесі
тоғы бар өткізгішке әсер етеді.
Магнит әсері лезде берілмейді, а белгілі бір уақыт арасында вакуумдағы
жарық жылдамдығына с=З*10 мс тең жылдамдықпен беріледі.

3. .1 Лоренц күші. Магнит өрісінің қозғалыстағы зарядқа әсері

Еркін электрондар ағынына ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.