Токтардың өзара әсерi. Бұранда және сол қол ережесi.Магнит индукциясы. Магнит өрiсi

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

СОДЕРЖАНИЕ

Токтардың өзара әсерi. Бұранда және сол қол ережесi. Магнит индукциясы. Магнит өрiсi1

§ 6. 2 Ампер күшi - магнетизмнiң негiзгi заңы3

§ 6. 3 Лоренц күшi4

. 1 Дененi электрлеу. Заряд. Зарядтың сақталу заңы4

§ 4. 2 Кулон заңы - электростатиканың негiзгi заңы6

§ 4. 3 Электр өрiсiнiң кернеулiгi. Күш сызықтары. Нүктелiк заряд өрiсiнiң кернеулiгi. Суперпозиция принципi7

§ 4. 4 Электр өрiсiндегi өткiзгiштер8

§ 4. 5 Диэлектриктер. Диэлектриктердi поляризациялау9

Токтардың өзара әсерi. Бұранда және сол қол ережесi. Магнит индукциясы. Магнит өрiсi

Қозғалмайтын электр зарядтары электр өрiсiн туғызады, қозғалатын зарядтар басқа өрiс - магнит өрiсiн туғызады.

Бұған иiлмелi өткiзгiшмен жасалған тәжiрибеден көз жеткiзуге болады. Егер екi параллель өткiзгiштер бойымен бiр бағытта ток өтсе , өткiзгiштер бiр бiрiне тартылады , ал егер ток бағыттары қарама-қарсы болса, онда өткiзгiштер бiр-бiрiнен тебiле бастайды.

Ток өтетiн өткiзгiштер арасындағы пайда болатын әсер магниттiк әсер деп аталады. Бұл жағдайда өткiзгiштердiң бiр-бiрiне әсер ететiн күштерiн магниттiк күштер деп атайды.

Электромагниттiк өрiстiң байқалуының бiр түрiн магнит өрiсi деп атайды [Видеоматериал] . Оның ерекшелiгi болып, ол өрiс тек қана электр заряды бар қозғалыстағы бөлшектер мен денелерге, сонымен қатар қозғалатын не қозғалмайтындығына байланыссыз магниттелген денелерге әсер ететiндiгi табылады.

Магнит индукциясының векторы магнит өрiсiнiң күштiк сипаттамасы болып табылады.

Магнит индукциясы векторының бағыты ретiнде ток әсерiнен туған кейбiр магнит өрiсiнде еркiн қозғала алатын магнит тiлшесiнiң оңтүстiк S полюсiнен солтүстiк N полюсiне бағыты алынған. Бұл бағыт тогы бар тұйық контурға түсiрiлген оң нормаль бағытымен сәйкес келедi.

: 6. 1-сурет

Оң нормаль бағыты тұйық контурдағы токтың бағыты бойынша айналғандағы оң кесiлген бұранда ұшының iлгерiлемелi қозғалысымен сәйкес келедi (6. 1 - сурет) .

Тогы бар түзу сызықты өткiзгiштiң магнит тiлшесi жазықтығы өткiзгiшке перпендикуляр, ал центрi өткiзгiш өсiнде жатқан шеңбердiң жанамасы бойынша орналасады. Магнит индукциясы векторының бағытын Максвелл ережесi ( бұранда ережесi ) бойынша анықтайды:

егер бұранданы өткiзгiштегi ток бағыты бойынша бұраса, онда бұранда сабының қозғалыс бағыты магнит индукциясы векторының бағытына нұсқайды.

Магнит индукциясы векторының модулi магнит өрiсi тарапынан тогы бар өткiзгiштiң бiр бөлiгiне әсер ететiн максималды күштiң ток күшiнiң сол бөлiк ұзындығына көбейтiндiсiнiң қатынасына тең:

(6. 1)

СИ жүйесiндеМагнит индукциясының бiрлiгiретiнде бiртесла(1Тл) - ұзындығы 1мөткiзгiш бөлiгiне 1Аток күшi болғанда өрiс тарапынанFmax= 1Hмаксималды күш әсер ететiнбiртектiөрiстiң магнит индукциясы қабылданған.: СИ жүйесiнде Магнит индукциясының бiрлiгi ретiнде бiр тесла (1 Тл ) - ұзындығы 1 м өткiзгiш бөлiгiне 1 А ток күшi болғанда өрiс тарапынан F _max = 1 H максималды күш әсер ететiн бiртектi өрiстiң магнит индукциясы қабылданған.

Егер векторлары өрiстiң барлық нүктелерiнде бiрдей болса, магнит өрiсiн бiртектi деп атайды.

Өрiстердiң суперпозиция принципi. Егер кеңiстiктiң берiлген нүктесiнде магнит өрiстерi магнит индукциясының векторлары ₁ , ₂ , ₃ және т. б. болып келген әртүрлi магнит көздерiнен құралса, онда қорытынды магнит өрiсiнiң векторы мынаған тең болады:

= ₁ + ₂ + ₃ +… (6. 2)

Магнит өрiстерiн бейне түрiнде кескiндеу үшiн магнит индукциясы сызықтарын пайдаланады.

: 6. 2-сурет

Магнит индукциясы сызықтары - әр нүктедегi жанамалары өрiстiң осы нүктелерiндегi векторының бағытымен сәйкес келетiндей етiп жүргiзiлген бейне сызықтар.

Тұрақты магнит орналасқан қағаз бетiне темiр ұнтақтарын сеуiп, магнит индукциясы сызықтарының толық сутеттер көрiнiсiн көзбе-көз көруге болады (6. 2 - сурет) .

Магнит индукциясының сызықтары әрқашан да тұйық және өрiс туғызатын тогы бар өткiзгiштердi қамтиды. Магнит индукциясы сызықтарының тұйықтығы табиғаттағы еркiн магнит зарядтарының бар болуының дәлелденбегендiгiмен түсiндiрiледi.

Тұйық күштiк сызықтары бар өрiстердi құйынды өрiстер деп атайды. Магнит өрiсi құйынды өрiс болып табылады.

Бiртектi өрiстiң магнит индукциясының сызықтары параллель болады.

Магнит өрiсi потенциалды болмайды , яғни тұйық контурдағы зарядтың орын ауыстыруы бойынша магнит өрiсiнiң жұмысы нөлге тең емес .

Магнит тiзбегi деп магнит өрiсi жинақталған кеңiстiктiң аймақтары немесе денелердiң жиынтығы аталады.

Магнит тiзбегiндегi магнит ағыны электр тiзбегiндегi ток күшi сияқты рөлдi атқарады.

Бет арқылы өтетiн магнит ағыны деп магнит индукциясы векторының модулiнiң жазық беттiң S ауданына және және векторларының арасындағы бұрыштың косинусына көбейтiндiсiне тең шаманы айтамыз, мұндағы - жазық бетке түсiрiлген нормаль:

(6. 3)

СИ жүйесiндемагнит ағынының бiрлiгiретiнде - бiрвебер(1Вб) - өткiзгiштiң көлденең қимасы арқылы 1Клэлектр мөлшерi өткендегi кедергiсi 1Омэлектр тiзбегiндегi нөлге дейiн кемiген магнит ағыны алынады.: СИ жүйесiнде магнит ағынының бiрлiгi ретiнде - бiр вебер (1 Вб ) - өткiзгiштiң көлденең қимасы арқылы 1 Кл электр мөлшерi өткендегi кедергiсi 1 Ом электр тiзбегiндегi нөлге дейiн кемiген магнит ағыны алынады.

1 Вб магнит ағыны магнит индукциясы векторына перпендикуляр орналасқан ауданы 1 м ² бет арқылы өтетiн 1 Тл магнит индукциясы бар бiртектi магнит өрiсiнен туады.

§ 6. 2 Ампер күшi - магнетизмнiң негiзгi заңы

: 6. 3-сурет

Тогы бар өткiзгiшке магнит өрiсi тарапынан әсер ететiн күштi Ампер күшi деп атайды.

Ток элементiмен α бұрышын құрайтын индукциясы болатын магнит өрiсi тарапынан I тогы бар өткiзгiштiң аз ғана кесiндiсiне әсер ететiн Ампер күшiнiң модулi F мына формула бойынша анықталады:

(6. 4)

Ампер күшiнiң бағыты сол қол ережесi бойынша анықталады (6. 3. сурет) :

егер сол қолды магнит индукциясының векторы алақанға кiретiндей етiп, ал төрт шығыңқы саусақ ток бағытына нұсқайтындай етiп орналастырса, онда 90 ^o -қа иiлген үлкен саусақ өткiзгiш кесiндiсiне әсер ететiн күштiң бағытын көрсетедi.

§ 6. 3 Лоренц күшi

Қозғалыстағы зарядталған бөлшекке магнит ағыны тарапынан әсер ететiн күштi Лоренц күшi деп атайды. Магнит өрiсiнде қозғалатын электрондардың бастапқы бағытынан ауытқуына әкелiп соғатын Лоренц күшi, табиғаттың көптеген құбылыстарында кездеседi. Мысалы, «полярлық шұғыла» құбылысы (6. 4, 6. 5 - суреттер) .

: 6. 4-сурет

: 6. 5-сурет

Лоренц күшiнiң модулi ұзындығы Δ l өткiзгiш бөлiгiне әсер ететiн F күшiнiң модулiнiң өткiзгiштiң осы бөлiгiндегi қалыптасып қозғалатын зарядталған бөлшектердiң N санына қатынасына тең:

(6. 5)

мұндағы q - бөлшек заряды, ν - олардың қалыптасқан қозғалысының жылдамдығы, - магнит индукциясы векторының модулi, α - жылдамдық векторы мен магнит индукциясы векторының арасындағы бұрыш.

: 6. 6-сурет

Лоренц күшiнiң бағыты сол қол ережесi бойынша анықталады (6. 6 - сурет) :

егер сол қолды заряд жылдамдығына перпендикуляр магнит индукциясының құраушысы алақанға кiретiндей етiп, ал төрт шығыңқы саусақ оң заряд қозғалысының бағытына нұсқайтындай етiп орналастырса, онда 90 ^o -қа иiлген үлкен саусақ зарядқа әсер ететiн F _Л Лоренц күшiнiң бағытын көрсетедi.

. 1 Дененi электрлеу. Заряд. Зарядтың сақталу заңы

Электродинамика - бұл материяның ерекше бiр түрiнiң - электромагниттiк өрiстiң табиғатының заңдылықтары мен қасиеттерi туралы, және электрлiк зарядталған денелер немесе бөлшектердiң арасында өзара әсерлесуiн зерттейтiн ғылым.

Ғылымда ашылған (белгiлi) iргелi әсерлесудiң төрт түрi бар: гравитациялық, электромагниттiк, күштi (ядролық) және әлсiз (элементар бөлшектердiң өзгеруiн тудырады) . Олардың арасында әр алуан әрi кең тараған электромагниттiк күштер - иiмдi күштер, үйкелiс, бiздiң бұлшық еттерiмiздiң күшi және басқалар.

Электростатика деп тыныштықтағы электрлiк зарядталған денелердi зерттейтiн электродинамиканың бөлiмiн айтады.

Электр заряды (электр мөлшерi) q - дененiң қасиетiн немесе бөлшектердiң электромагниттiк өзара әсерлесуiн және бұндай өзара әсерлесудiң қарқындылығын анықтайтын шама.

Электр зарядының бiрлiгi ретiнде СИ жүйесiнде - бiркулон(1Кл) деп өткiзгiштiң көлденең қимасынан 1сiшiнде ток күшi 1Аболғанда өтетiн электр заряды алынады.: Электр зарядының бiрлiгi ретiнде СИ жүйесiнде - бiр кулон (1 Кл ) деп өткiзгiштiң көлденең қимасынан 1 с iшiнде ток күшi 1 А болғанда өтетiн электр заряды алынады.

Электр зарядының шартты түрде оң және терiс деп аталатын екi түрi бар. Аттас заряды бар денелер бiр-бiрiнен тебiледi, ал әр аттас зарядтары бар денелер - тартылады.

Электр зарядтарын ылғи да тасушы болып элементар бөлшектер және антибөлшектер табылады. Мысалы, протон және антипротон, электрон және позитрон. Антибөлшектер массасы - сәйкес бөлшектердiң массасына тең және электр заряды терiс. Бөлшектердiң антибөлшектермен бiрiккенде аннигиляцияға (өзара жоюға) ұшырайды. Бұл кезде Эйнштейн формуласы бойынша масса энергияға айналады E = mc ² , мұнда Е - энергия, m - бөлшектiң массасы, c - жарық жылдамдығы (бұл туралы толық мағлұматты 11-шi сынып курсынан бiлесiздер) . Ешқандай электр зарядын иеленбейтiн бөлшектер болады, мысалы, нейтрон, нейтрино. Бiрақ бөлшексiз электр зарядының болуы мүмкiн емес .

Электр заряды дискреттi: дененiң барлық электр зарядтарын бүтiн бөлiктерге бөлетiндей ең кiшi элементар электр заряды табылады.

Қалыпты жағдайда дене электрлiк нейтраль жағдайда, себебi кез келген заттың атомындағы электрондар саны ядродағы протондар санына тең және дененiң зарядтарының қосындысы нөлге тең.

Электрлеу деп бұл процесс нәтижесiнде денелер электр зарядын иеленiп, және электромагниттiк өзара әсерлесуге қатысу қабiлетiн айтады.

Дененi электрлеу деп денедегi электр зарядтарын қайта орналастыруды айтады, яғни зарядтардың электрленуi пайда болмайды , тек денелер арасында бөлшектенiп және қайта орналасады.

Электрлеу келесi түрлерге ажыратылады:

Электр өткiзгiштiк әсерiнен электрлену.
Үйкелiстiк электрлену.
Әсер арқылы электрлену.

Дененiң электрлену кезiнде электр зарядының сақталу заңы орындалады: тұйық жүйеде барлық бөлшектердiң зарядтарының алгебралық қосындысы өзгерiссiз қалады . Жүйе тұйық деп аталады, егер зарядталған бөлшектер одан сыртқа шықпаса және сырттан оған енбесе.

Зарядтың сақталу заңы бойынша зарядталған, бiр оң және бiр терiс зарядтардан тұратын, бөлшектер тек қосарланып қана пайда болады және жоғалады, мысалы, протон және антипротон, электрон және позитрон.

§ 4. 2 Кулон заңы - электростатиканың негiзгi заңы

Егер денелер арасындағы арақашықтық олардың өлшемдерiмен салыстырғанда бiрнеше есе артық болса, онда зарядталған денелердiң формасы да, өлшемдерi де олардың өзара әсерлесуiне елеулi әсер етпейдi. Бұндай жағдайда ол денелердi нүктелiк дене ретiнде қарастыруға болады.

: 4. 1-сурет

Тынышталған нүктелiк зарядтар (4. 1 - сурет) арасындағы өзара әсерлесу заңы тәжiрибе жүзiнде 1785ж. Шарль Кулон анықтаған және оның есiмiмен аталады.

Кулон заңы: Бостықтағы екi қозғалмайтын зарядталған нүктелiк денелердiң өзара әсерлесу күшi F (кулон күшi) және зарядтардың модульдерiнiң көбейтiндiсiне тура пропорционал және олардың өзара r арақашықтығының квадратына керi пропорционал .

(4. 1)

Мұнда k - пропорционалдық коэффициентi, сандық мәнi бiрлiк зарядтардың бiрлiк ұзындығына тең арақашықтықта өзара әсерлесу күшiне тең.

k коэффициентiн мынадай түрде жазу қабылданған

мұнда - электр тұрақтысы , СИ жүйесi бойынша мынаған тең:

Коэффициент k СИ бiрлiгiнде жазылуы бойынша келесi түрде өрнектеледi:

Табиғатта бар ең кiшi заряд - бұл элементар бөлшектер заряды . СИ бiрлiгiнде бұл зарядтың модулi мынаған тең:

§ 4. 3 Электр өрiсiнiң кернеулiгi. Күш сызықтары. Нүктелiк заряд өрiсiнiң кернеулiгi. Суперпозиция принципi

Ұлы ағылшын ғалымы Майкл Фарадей, электр зарядтары бiр-бiрiне тiкелей әсер етпейдi деп жорамал жасайды. Олардың әрқайсысы қоршаған ортада электр өрiсiн туғызады. Бiр зарядтың өрiсi екiншi зарядқа әсер етедi, және керiсiнше. Зарядтан алыстаған сайын өрiс төмендейдi.

Басқа бiр ғалым - Джемс Клерк Максвелл - электромагниттiк әсерлесу кеңiстiкте ақырлы жылдамдықпен таралатынын теориялық дәлелдедi. Максвелл электромагниттiк әсердiң таралуы бостықтағы жарық жылдамдығына тең, яғни 3 км/с .

Электромагниттiк өрiстiң негiзгi қасиетi - оның әлектр зарядтарына қандайда бiр күшпен әсер етуi.

Қозғалмайтын зарядтардың электр өрiсiн электростатикалық деп атайды. Ол тек электр зарядтарынан пайда болады және уақыт бойынша өзгермейдi. Электр өрiсi осы зарядтармен қоршаған кеңiстiкте бар болады және онымен үздiксiз байланыста болады.

Электр өрiсiнiң кернеулiгi - берiлген нүктедегi электр өрiсiн сипаттайтын векторлық шама, және ол өрiстiң берiлген нүктесiнде орналасқан нүктелiк зарядқа әсер ететiн күштiң заряд шамасына q қатынасына тең:

: 4. 2-сурет

векторының бағыты оң зарядқа әсер ететiн күшке бағыттас , және терiс зарядқа әсер ететiн күш бағытына керi бағыттас .

Кернеулiк - электр өрiсiнiң күштiк сипаттамасы болып табылады. Электр өрiсi тарапынан әсер ететiн күш мынаған тең:

(4. 2)

Егер электр өрiсi барлық нүктелерде кернеулiгi бiрдей болса, онда ол бiртектi деп аталады.

Кернеулiк сызықтары немесе электр өрiсiнiң күш сызықтары деп ол сызықтардың әрбiр нүктесiндегi жанама өрiс кернеулiгi векторының бағытымен сәйкес келетiн (беттесетiн) сызықтарды айтады.

Электр өрiсiнiң күш сызықтары тұйықталмаған , олар оң зарядтардан басталып терiс зарядтардан аяқталады (4. 2, 4. 3 - суреттер) . Күш сызықтары үздiксiз және қиылыспайды . Олар зарядталған денелерден басталады немесе аяқталады, содан кейiн жан-жаққа шашырайды. Сондықтан күш сызықтарының тығыздығы зарядталған дене маңайында жоғары, яғни өрiс кернеулiгi жоғары болған жерде.

: 4. 3-сурет

Бiртектi электр өрiсiнiң күш сызықтары параллель және олардың тығыздығы тұрақты (4. 4 - сурет) .

: 4. 4-сурет

(4. 3)

Өрiстердiң суперпозиция принципi: кеңiстiктiң берiлген нүктесiнде әртүрлi зарядталған бөлшектер электр өрiсiн тудырады (жасайды), олардың кернеулiгi және басқалар, онда бұл нүктеде өрiстiң қорытқы кернеулiгi мынаған тең :

(4. 4)

§ 4. 4 Электр өрiсiндегi өткiзгiштер

Электр өрiсi тек қана бостықта ғана емес денелерде де бар бола алады. Шартты түрде бұндай денелердi өткiзгiштерге және диэлектриктерге (изоляторларға) бөледi.

Өткiзгiштер деп зарядталған бөлшектерi бар және олар электр өрiсiнiң әсерiнен орынауыстыруға қабiлеттi денелердi айтады. Бұл бөлшектердiң заряды еркiн зарядтар деп аталады.

Металл өткiзгiште электрондар еркiн зарядтарды тасушы болып табылады. Металдың нейтраль атомдары бiр-бiрiмен өзара әсерлеседi. Бұл әсерлесудiң нәтижесiнде атомдардың iшкi қабатында өз атомдарымен байланысын жоғалтады және өткiзгiш үшiн түгелдей жалпы болады. Осылайша, өткiзгiш жалпы ортақ электрондардан тұратын терiс зарядталған газбен қоршалған оң зарядталған иондар түрiнде қарастыруға болады.

Электростатикалық индукция деп электростатикалық өрiске енгiзiлген өткiзгiште зарядтардың қайта орналасу құбылысын айтады. Зарядталмаған пластинаны (өткiзгiштi) бiртектi өрiске енгiзгенде елеусiз аз уақытта зарядтар қайта орналасады. Бұл процесс нәтижесiнде шығатын пластина iшiндегi өрiс кернеулiлiгi нөлге тең болады және зарядтар қозғалысы тоқтайды. Сондықтан өткiзгiштiң iшiнде электростатикалық өрiс жоқ . Сезгiш құрылғылар металл корпуста немесе сеткада орналастырылады, онда ешқандай сыртқы өрiс оларға әсер етпейдi - электростатикалық қорғау осыған негiзделген.

: 4. 5-сурет

Өткiзгiш iшiнде зарядтардың тепе-теңдiк кезiнде тек өрiс кернеулiгi ғана нөлге тең емес. Сонымен қатар өткiзгiштiң барлық статикалық зарядтары оның бетiне бағытталғандықтан , зарядтар нөлге тең. Электр өрiсiнiң күш сызықтары немесе кернеулiгi өткiзгiш бетiне перпендикуляр.

Шар өрiсi (4. 5 - сурет) . Зарядталған өткiзгiш радиусы R шардың бетiнде q заряд бiркелкi таралған. Электр өрiсiнiң күш сызықтары шар радиустарының жалғасу бойымен бағытталған. Өткiзгiш шардың iшiнде электр өрiсiнiң кернеулiгi нөлге тең .

§ 4. 5 Диэлектриктер. Диэлектриктердi поляризациялау

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.