Электр және магнит өрісі ұғымдарының динамикасы
МАЗМҰНЫ:
Кіріспе (электр және магнит өрісі ұғымдарының динамикасы) 3
1. Мектеп физика курсындағы электромагниттік өріс ұғымына ғылыми талдау 9
1.1 Электр және магнит өрістері .
1.2 Магнитизм құбылысына қазіргі заманғы көзқарас 10
1.3 Магнитизм табиғаты 19
1.4 Электр және магнит өрістерінің ерекшеліктері 70
1.5 Өріс және зат ұғымдары 80
2. Электромагниттік өріс ұғымдарын әр түрлі сыныптарда қалыптастыру негіздері 85
2.1 Электродинамиканың мектеп физика курсындағы ерекшеліктері .
2.2 8.10 сыныптардағы электромагниттік өріс ұғымдары 88
2.3 10 сыныпта электромагниттік өріс ұғымын қалыптастыру әдістемесі 96
2.4 Құйынды электр өрісі. Электрлімагниттік индукция 99
3. Педагогикалық эксперимент 116
Қорытынды
Кіріспе (электр және магнит өрісі ұғымдарының динамикасы) 3
1. Мектеп физика курсындағы электромагниттік өріс ұғымына ғылыми талдау 9
1.1 Электр және магнит өрістері .
1.2 Магнитизм құбылысына қазіргі заманғы көзқарас 10
1.3 Магнитизм табиғаты 19
1.4 Электр және магнит өрістерінің ерекшеліктері 70
1.5 Өріс және зат ұғымдары 80
2. Электромагниттік өріс ұғымдарын әр түрлі сыныптарда қалыптастыру негіздері 85
2.1 Электродинамиканың мектеп физика курсындағы ерекшеліктері .
2.2 8.10 сыныптардағы электромагниттік өріс ұғымдары 88
2.3 10 сыныпта электромагниттік өріс ұғымын қалыптастыру әдістемесі 96
2.4 Құйынды электр өрісі. Электрлімагниттік индукция 99
3. Педагогикалық эксперимент 116
Қорытынды
К І Р І С П Е
Магнит ұғымы алғаш рет өзіне тартатын магнетит тасы өндірілген Грецияның Магнесса қаласының құрметіне соның атымен аталған. Оны Лукрецкий өзінің «О природе вещей /заттар табиғаты туралы» еңбегінде келтіреді. Ферриттің ктисталының құрылымы өте күрделі FeO Fe2O3 феррит-шпинелінің құрылысымен сәйкес келеді. Осындай құрылымға ие болатын кристалдардың магниттік қасиетін алғаш түсіндірген француз ғалымы Неельге 1970 жылы физика ғылымы бойынша Нобель сыйлығы берілді. Сонымен магнетиттің сырын ашуға адам баласының 2,5 мың жылдай уақыты кетті. Бүгін де ол шындыққа адам баласының қолы толық жетті деп айтуға болмайды.
Магнетиттердің магниттік қасиеттерін алғаш рет тәжірибеде Пьера де Мерикура /Перегирин/ байқады. Ол шар тәрізді магнетиттен жасалған денені сондай сопақша етіп жасалған дененің маңына орналастырып, оның соңғы денені белгілі бір бұрышқа бұратындығын анықтады. Сонымен қатар Перегина магнит полюсы /ұшы/ деген /1279 ж./ ұғымды еңгізді.
Магнетизм /магнитсана/ туралы алғаш еңбекті 16000 жылы ағылшын ғалымы Гильберт /1544-1603/ жазды. Ол өзінек дейінгі магнитсана туралы орындалған тәжірибелердің барлығын жинақтап, Перегин тәжірибесін қайтадан қайталады. Гильберт магнетиттен жасалған табақты, жердің үлгі-моделі ретінде қарастырып, Жердің магниттік қасиетке ие болатынын дәлелдеді.
Магниттік құбылыстарға материалистік көзқарастарды Гильберт пен француз ғалымы Декарт /1596-1650/ қалыптастырды. Декарт магниттік бұрандалар «винтик» жердің терең қойнауының бір полюсынан шығып, екінші жағына /полюсіне/ енеді деген тұжырымға келді. Голландиялық ғалым Бургманс /1778/ парамагнетиктердің магнитке тартылатындығын, диамагнетиктердің тебілетіндігін тәжірибеде байқады.
Электромагниттік құбылыстар адам баласына /біздің жыл санауымыздан 2500/ белгілі болғанынан қарамастан ол туралы алғаш ғылыми тәжірибені дат физигі Х.Эрстед 1820 жылы орындады. Ол тұрақты токтың магнитке әсерін бақылау отырып, алғаш рет электр тогы мен магнит арасындағы байланыстың барлығын дәлелдеді.
Сондықтан осы 1820 жылы магнитсананың ғылым ретінде алғашқы кезеңінің басталған жылы болып саналады. Дененің магниттік қасиетін зерттеу Эрстед тәжірибесінен кейін кеңейе түсті. Магнитсананың даму тарихын шартты түрде төрт жарты ғасырлық кезеңге бөліп қарастыруға /1820-1870, 1870-1920, 1920-1970, 1970.../ болады. Эрстед тәжірибесінен кейін жеті күн өткен соң Франция ғылым академиясының отырысында жасаған баяндамасында француз ғалымы Анрике Ампер /1775-1836/ магниттік қасиетке ие болатын заттарда /денелерде/ молекулалық токтардың болатындығы туралы ғылыми болжам-гипотезасымен бірге ток пен магнетиктердің эквиваленттілігі туралы теоремасын дәлелдеді. Осы уақытқа дейін заттың атомдық құрылысы туралы ғылымда ешқандай мәлімет кездеспейтін. Ампер гипотезасы зат құрылысын зерттеудің бастамасына айналған революциялық пікір еді. Содан кейін М.Фарадей 1831 жылы электромагниттік индукция заңын ашып, Бургманс тәжірибесін қайталай отырып , ғылымда диа және парамагнитсана /диа и парамагнетизм/ туралы ұғым қалыптастырды. Магнит өрісі туралы ұғымды да ғылымда осы жылдары Фарадей еңгізді. Ол денелердің диамагниттік қасиетін зерттей отырып, 1845 жылы магнит өрісіне еңгізілген шынының поляризация жазықтығының бұрылатындығы туралы құбылысты ашты. Сонымен магнитсананың дамуының бірінші жарты ғасырлық кезеңі /период/ Максвелл теңдеулерінің жазылуымен аяқталды.
Магнит ұғымы алғаш рет өзіне тартатын магнетит тасы өндірілген Грецияның Магнесса қаласының құрметіне соның атымен аталған. Оны Лукрецкий өзінің «О природе вещей /заттар табиғаты туралы» еңбегінде келтіреді. Ферриттің ктисталының құрылымы өте күрделі FeO Fe2O3 феррит-шпинелінің құрылысымен сәйкес келеді. Осындай құрылымға ие болатын кристалдардың магниттік қасиетін алғаш түсіндірген француз ғалымы Неельге 1970 жылы физика ғылымы бойынша Нобель сыйлығы берілді. Сонымен магнетиттің сырын ашуға адам баласының 2,5 мың жылдай уақыты кетті. Бүгін де ол шындыққа адам баласының қолы толық жетті деп айтуға болмайды.
Магнетиттердің магниттік қасиеттерін алғаш рет тәжірибеде Пьера де Мерикура /Перегирин/ байқады. Ол шар тәрізді магнетиттен жасалған денені сондай сопақша етіп жасалған дененің маңына орналастырып, оның соңғы денені белгілі бір бұрышқа бұратындығын анықтады. Сонымен қатар Перегина магнит полюсы /ұшы/ деген /1279 ж./ ұғымды еңгізді.
Магнетизм /магнитсана/ туралы алғаш еңбекті 16000 жылы ағылшын ғалымы Гильберт /1544-1603/ жазды. Ол өзінек дейінгі магнитсана туралы орындалған тәжірибелердің барлығын жинақтап, Перегин тәжірибесін қайтадан қайталады. Гильберт магнетиттен жасалған табақты, жердің үлгі-моделі ретінде қарастырып, Жердің магниттік қасиетке ие болатынын дәлелдеді.
Магниттік құбылыстарға материалистік көзқарастарды Гильберт пен француз ғалымы Декарт /1596-1650/ қалыптастырды. Декарт магниттік бұрандалар «винтик» жердің терең қойнауының бір полюсынан шығып, екінші жағына /полюсіне/ енеді деген тұжырымға келді. Голландиялық ғалым Бургманс /1778/ парамагнетиктердің магнитке тартылатындығын, диамагнетиктердің тебілетіндігін тәжірибеде байқады.
Электромагниттік құбылыстар адам баласына /біздің жыл санауымыздан 2500/ белгілі болғанынан қарамастан ол туралы алғаш ғылыми тәжірибені дат физигі Х.Эрстед 1820 жылы орындады. Ол тұрақты токтың магнитке әсерін бақылау отырып, алғаш рет электр тогы мен магнит арасындағы байланыстың барлығын дәлелдеді.
Сондықтан осы 1820 жылы магнитсананың ғылым ретінде алғашқы кезеңінің басталған жылы болып саналады. Дененің магниттік қасиетін зерттеу Эрстед тәжірибесінен кейін кеңейе түсті. Магнитсананың даму тарихын шартты түрде төрт жарты ғасырлық кезеңге бөліп қарастыруға /1820-1870, 1870-1920, 1920-1970, 1970.../ болады. Эрстед тәжірибесінен кейін жеті күн өткен соң Франция ғылым академиясының отырысында жасаған баяндамасында француз ғалымы Анрике Ампер /1775-1836/ магниттік қасиетке ие болатын заттарда /денелерде/ молекулалық токтардың болатындығы туралы ғылыми болжам-гипотезасымен бірге ток пен магнетиктердің эквиваленттілігі туралы теоремасын дәлелдеді. Осы уақытқа дейін заттың атомдық құрылысы туралы ғылымда ешқандай мәлімет кездеспейтін. Ампер гипотезасы зат құрылысын зерттеудің бастамасына айналған революциялық пікір еді. Содан кейін М.Фарадей 1831 жылы электромагниттік индукция заңын ашып, Бургманс тәжірибесін қайталай отырып , ғылымда диа және парамагнитсана /диа и парамагнетизм/ туралы ұғым қалыптастырды. Магнит өрісі туралы ұғымды да ғылымда осы жылдары Фарадей еңгізді. Ол денелердің диамагниттік қасиетін зерттей отырып, 1845 жылы магнит өрісіне еңгізілген шынының поляризация жазықтығының бұрылатындығы туралы құбылысты ашты. Сонымен магнитсананың дамуының бірінші жарты ғасырлық кезеңі /период/ Максвелл теңдеулерінің жазылуымен аяқталды.
Ә Д Е Б И Е Т Т Е Р
1. Методика преподавания физики в средней школе. Частные вопросы. Под редакцией С.Е.Каменецкого, АСАДЕМІА. Москва, 2000
2. Методика преподавания физики в средней школе. А.И.Бугаев. Москва. 1981
3. Методика преподавания физики в 8-10 классах средней школы. Москва, 1980, 4.1
4. Турышев И.К. Лукьянов Ю.И. Преподавание физики
в 8 классе. Москва, 1977
5. Знаменский П.А. Орта мектепте физиканы оқыту методикасы. Алматы, 1991
6. Методика преподавания физики в средней школе. Т.3. Электричество и магнетизм. Москва, 1961
7. Соколов И.И. Методика преподавания физики в средней школе. Москва, 1959
8. Методика преподавания физики в средней школе. Москва, 1961, Т.З.
9. М.Құдайқұлов, Қ.Жаңабергенов Орта мектепте физиканы оқыту әдістемесі. Алматы, Рауан, 1998 ж.
10. Жаңабаев З.Ж. Физиканы оқыту әдістемесі. Алматы, 2002
11. Голин. Генрих М. Вопросы метологии физики в курсе средней школы. Москва, 1987
12. Оноприенко О.В. Проверка знаний, умений и навыков учащихся по физике в средней школе. Москва, 1988
13. Мишин Д.Д. Магнитные материалы. Москва, 1981
14. Каганов И.и. Чукерник В.М. Природа магнитизма. Москва, 1982
15. Киренский Л.В. Магнетизм. Москва, 1963
16. Преображенский А.А. Теория магнетизма, магнитные материалы и элементы. Москва, 1972
17. Ауюковский В.А. Фиизические основы электромагнетизма и электромагнитных явлений. Москва, 2001
18. Кринчик Г.С. Физика магнитных явлений. Москва, 1985
19. Вонсовский С.В. Магнетизм. Москва, 1984
20. Кулаков А.В. и др. Квантовые силы в конденсированных средах. Москва, 1990
21. Абрагам А. Гольдман М. Ядерный магнетизм: Порядок и беспорядок. Москва, 1984 Т.1.
22. Томилин А.Н. Рассказы об электричестве. Москва, 1987
23. Құлбеков М. және т.б. Жалпы физика курсы. Алматы, 1997
24. Волин П. Лакерник Р. Дороги электричества. Москва, 1964
25. Дуков В.М. Электродинамика. Москва, 1975
26. Спасский Б.И. История физики. Т.1.
27. Аққошқаров Е.А. Физикалық ұғымдарды қалыптастырудың кейбір тәсілдері. Алматы, 1976
28. Дуков В.М. Исторические обзоры в курсе физики
средней школы. Москва, 1983
29. Кудрявцев П.С. Фарадей. Москва, 1969
30. Кудрявцев П.С. Курс истории физики. Москва
31. Ауюковский В.А. Физические основы магнетизма и электромагнитных явлений. Москва, 2001
32. Трофимова Курс общей физики. Москва.
33. Ефименко В.Ф. Метологические вопросы школьного курса физики. Москва, Педагогика. 1976
34. Қалығұлов А.Ж. Физиканы оқыту методикасы. Алматы, Рауан. 1992
35. Методика преподавания физики в 7-8 классах средней школы. Под ред. А.В. Усовой. Москва, Просвещение, 1990
36. Физика в школе, 2000, №1 с.27 Опыт применения тестовых заданий
37. Физика в школе, 2000, №8 с.23 Разноуровневый контроль знаний.
38. Физика в школе, 2000, №6 с.27. Возможности использования компьютера при обучении физике.
39. Физика в школе, 2000, №2 с.15 Урок на тему «Электрическое поле и защита от него» в ХІ классе.
40. Физика в школе, 2000, №1, с.69 Позновательная функция физического эксперимента.
41. Физика в школе, 2000 №1 с.27. Чтобы лабораторные работы имели исследовательский характер.
42. Физика в школе, 2000, №7 с.30. Программа по физике для старшей школы Х-ХІ классы.
43. Физика в школе, 1998, Формирование физических понятий на основе развития проблемной ситуации.
44. Физика в школе, 1998 №6, с.20 Урок повторения электростатистики.
45. Физика в школе, 1998 №6, с.61. Для опыта Эрстеда.
46. Информатика. Физика. Математика. 2003, №5, б.12. Электр құбылыстарын қайталау сабағы.
47. Информатика. Физика. Математика. 2003, №6, б.41. 8 сыныпқа арналған тестік тапсырмалар.
48. Информатика. Физика. Математика. 2003, №3, б.34 Тестік технология.
1. Методика преподавания физики в средней школе. Частные вопросы. Под редакцией С.Е.Каменецкого, АСАДЕМІА. Москва, 2000
2. Методика преподавания физики в средней школе. А.И.Бугаев. Москва. 1981
3. Методика преподавания физики в 8-10 классах средней школы. Москва, 1980, 4.1
4. Турышев И.К. Лукьянов Ю.И. Преподавание физики
в 8 классе. Москва, 1977
5. Знаменский П.А. Орта мектепте физиканы оқыту методикасы. Алматы, 1991
6. Методика преподавания физики в средней школе. Т.3. Электричество и магнетизм. Москва, 1961
7. Соколов И.И. Методика преподавания физики в средней школе. Москва, 1959
8. Методика преподавания физики в средней школе. Москва, 1961, Т.З.
9. М.Құдайқұлов, Қ.Жаңабергенов Орта мектепте физиканы оқыту әдістемесі. Алматы, Рауан, 1998 ж.
10. Жаңабаев З.Ж. Физиканы оқыту әдістемесі. Алматы, 2002
11. Голин. Генрих М. Вопросы метологии физики в курсе средней школы. Москва, 1987
12. Оноприенко О.В. Проверка знаний, умений и навыков учащихся по физике в средней школе. Москва, 1988
13. Мишин Д.Д. Магнитные материалы. Москва, 1981
14. Каганов И.и. Чукерник В.М. Природа магнитизма. Москва, 1982
15. Киренский Л.В. Магнетизм. Москва, 1963
16. Преображенский А.А. Теория магнетизма, магнитные материалы и элементы. Москва, 1972
17. Ауюковский В.А. Фиизические основы электромагнетизма и электромагнитных явлений. Москва, 2001
18. Кринчик Г.С. Физика магнитных явлений. Москва, 1985
19. Вонсовский С.В. Магнетизм. Москва, 1984
20. Кулаков А.В. и др. Квантовые силы в конденсированных средах. Москва, 1990
21. Абрагам А. Гольдман М. Ядерный магнетизм: Порядок и беспорядок. Москва, 1984 Т.1.
22. Томилин А.Н. Рассказы об электричестве. Москва, 1987
23. Құлбеков М. және т.б. Жалпы физика курсы. Алматы, 1997
24. Волин П. Лакерник Р. Дороги электричества. Москва, 1964
25. Дуков В.М. Электродинамика. Москва, 1975
26. Спасский Б.И. История физики. Т.1.
27. Аққошқаров Е.А. Физикалық ұғымдарды қалыптастырудың кейбір тәсілдері. Алматы, 1976
28. Дуков В.М. Исторические обзоры в курсе физики
средней школы. Москва, 1983
29. Кудрявцев П.С. Фарадей. Москва, 1969
30. Кудрявцев П.С. Курс истории физики. Москва
31. Ауюковский В.А. Физические основы магнетизма и электромагнитных явлений. Москва, 2001
32. Трофимова Курс общей физики. Москва.
33. Ефименко В.Ф. Метологические вопросы школьного курса физики. Москва, Педагогика. 1976
34. Қалығұлов А.Ж. Физиканы оқыту методикасы. Алматы, Рауан. 1992
35. Методика преподавания физики в 7-8 классах средней школы. Под ред. А.В. Усовой. Москва, Просвещение, 1990
36. Физика в школе, 2000, №1 с.27 Опыт применения тестовых заданий
37. Физика в школе, 2000, №8 с.23 Разноуровневый контроль знаний.
38. Физика в школе, 2000, №6 с.27. Возможности использования компьютера при обучении физике.
39. Физика в школе, 2000, №2 с.15 Урок на тему «Электрическое поле и защита от него» в ХІ классе.
40. Физика в школе, 2000, №1, с.69 Позновательная функция физического эксперимента.
41. Физика в школе, 2000 №1 с.27. Чтобы лабораторные работы имели исследовательский характер.
42. Физика в школе, 2000, №7 с.30. Программа по физике для старшей школы Х-ХІ классы.
43. Физика в школе, 1998, Формирование физических понятий на основе развития проблемной ситуации.
44. Физика в школе, 1998 №6, с.20 Урок повторения электростатистики.
45. Физика в школе, 1998 №6, с.61. Для опыта Эрстеда.
46. Информатика. Физика. Математика. 2003, №5, б.12. Электр құбылыстарын қайталау сабағы.
47. Информатика. Физика. Математика. 2003, №6, б.41. 8 сыныпқа арналған тестік тапсырмалар.
48. Информатика. Физика. Математика. 2003, №3, б.34 Тестік технология.
МАЗМҰНЫ:
Кіріспе (электр және магнит өрісі ұғымдарының динамикасы) 3
1. Мектеп физика курсындағы электромагниттік өріс ұғымына ғылыми
талдау
9
1.1 Электр және магнит өрістері
-
1.2 Магнитизм құбылысына қазіргі заманғы көзқарас
10
1.3 Магнитизм табиғаты
19
1.4 Электр және магнит өрістерінің ерекшеліктері
70
1.5 Өріс және зат ұғымдары
80
2. Электромагниттік өріс ұғымдарын әр түрлі сыныптарда қалыптастыру
негіздері
85
2.1 Электродинамиканың мектеп физика курсындағы ерекшеліктері
-
2.2 8-10 сыныптардағы электромагниттік өріс ұғымдары 88
2.3 10 сыныпта электромагниттік өріс ұғымын қалыптастыру әдістемесі
96
2.4 Құйынды электр өрісі. Электрлімагниттік индукция
99
3. Педагогикалық эксперимент
116
Қорытынды
К І Р І С П Е
Магнит ұғымы алғаш рет өзіне тартатын магнетит тасы
өндірілген Грецияның Магнесса қаласының құрметіне соның атымен
аталған. Оны Лукрецкий өзінің О природе вещей заттар табиғаты
туралы еңбегінде келтіреді. Ферриттің ктисталының құрылымы өте
күрделі FeO Fe2O3 феррит-шпинелінің құрылысымен сәйкес келеді.
Осындай құрылымға ие болатын кристалдардың магниттік қасиетін алғаш
түсіндірген француз ғалымы Неельге 1970 жылы физика ғылымы бойынша
Нобель сыйлығы берілді. Сонымен магнетиттің сырын ашуға адам
баласының 2,5 мың жылдай уақыты кетті. Бүгін де ол шындыққа адам
баласының қолы толық жетті деп айтуға болмайды.
Магнетиттердің магниттік қасиеттерін алғаш рет тәжірибеде
Пьера де Мерикура Перегирин байқады. Ол шар тәрізді магнетиттен
жасалған денені сондай сопақша етіп жасалған дененің маңына
орналастырып, оның соңғы денені белгілі бір бұрышқа бұратындығын
анықтады. Сонымен қатар Перегина магнит полюсы ұшы деген 1279
ж. ұғымды еңгізді.
Магнетизм магнитсана туралы алғаш еңбекті 16000 жылы
ағылшын ғалымы Гильберт 1544-1603 жазды. Ол өзінек дейінгі
магнитсана туралы орындалған тәжірибелердің барлығын жинақтап,
Перегин тәжірибесін қайтадан қайталады. Гильберт магнетиттен
жасалған табақты, жердің үлгі-моделі ретінде қарастырып, Жердің
магниттік қасиетке ие болатынын дәлелдеді.
Магниттік құбылыстарға материалистік көзқарастарды Гильберт
пен француз ғалымы Декарт 1596-1650 қалыптастырды. Декарт магниттік
бұрандалар винтик жердің терең қойнауының бір полюсынан шығып,
екінші жағына полюсіне енеді деген тұжырымға келді. Голландиялық
ғалым Бургманс 1778 парамагнетиктердің магнитке тартылатындығын,
диамагнетиктердің тебілетіндігін тәжірибеде байқады.
Электромагниттік құбылыстар адам баласына біздің жыл
санауымыздан 2500 белгілі болғанынан қарамастан ол туралы алғаш
ғылыми тәжірибені дат физигі Х.Эрстед 1820 жылы орындады. Ол
тұрақты токтың магнитке әсерін бақылау отырып, алғаш рет электр
тогы мен магнит арасындағы байланыстың барлығын дәлелдеді.
Сондықтан осы 1820 жылы магнитсананың ғылым ретінде алғашқы
кезеңінің басталған жылы болып саналады. Дененің магниттік қасиетін
зерттеу Эрстед тәжірибесінен кейін кеңейе түсті. Магнитсананың даму
тарихын шартты түрде төрт жарты ғасырлық кезеңге бөліп қарастыруға
1820-1870, 1870-1920, 1920-1970, 1970... болады. Эрстед
тәжірибесінен кейін жеті күн өткен соң Франция ғылым
академиясының отырысында жасаған баяндамасында француз ғалымы
Анрике Ампер 1775-1836 магниттік қасиетке ие болатын заттарда
денелерде молекулалық токтардың болатындығы туралы ғылыми болжам-
гипотезасымен бірге ток пен магнетиктердің эквиваленттілігі туралы
теоремасын дәлелдеді. Осы уақытқа дейін заттың атомдық құрылысы
туралы ғылымда ешқандай мәлімет кездеспейтін. Ампер гипотезасы
зат құрылысын зерттеудің бастамасына айналған революциялық пікір
еді. Содан кейін М.Фарадей 1831 жылы электромагниттік индукция
заңын ашып, Бургманс тәжірибесін қайталай отырып , ғылымда диа
және парамагнитсана диа и парамагнетизм туралы ұғым
қалыптастырды. Магнит өрісі туралы ұғымды да ғылымда осы
жылдары Фарадей еңгізді. Ол денелердің диамагниттік қасиетін зерттей
отырып, 1845 жылы магнит өрісіне еңгізілген шынының поляризация
жазықтығының бұрылатындығы туралы құбылысты ашты. Сонымен
магнитсананың дамуының бірінші жарты ғасырлық кезеңі период
Максвелл теңдеулерінің жазылуымен аяқталды.
Магнитсананың дамуының екінші кезеңі ферромагнетиктердің
магниттік қасиеттерін сыртқы магнит өрісіне байланысты зерттеуден
басталды. ХІХ ғасырдың екінші жартысында 1871 ж. орыс ғалымы
А.Г.Столетов 1839-1896 өзінің О функции намагничивания железа -
темірдің магниттелуі туралы еңбегінде магнит өтімділігінің
сыртқы магнит өрісінің кернеулігіне тәуелділігін тәжірибе жүзінде
зерттеп, оның сызықтық функция болмайтындығын дәлелдеді. ХІХ
ғасырдың 90-жылдарында теріс зарядталған бөлшек электронның барлығы
дәлелденді. Нидерлан ғалымы Зееман 1865-1943 1896 жылы магнит
өрісінде спектрлік сызықтардың бөлінетіндігін екінші бір нидерлан
ғалымы Хенрик Антон Лоренц 1853-1928 осы құбылыстың
электрондық теоремасын жасады. Сонымен қатар ағылшын ғалымы Джозеф
Лармор 1857-1942 1897 жылы электрон қозғалысының магнит
өрісіндегі прецессиясы туралы теоремасын дәлелдеді.
Осы жылдары француз Пьер Кюри 1859-1906 диамагниттер мен
парамагниттердің қабылдағыштықтарының температураға кері
пропорционалдығын тәжірибе жүзінде анықтады. Поль Ланжевен 1882-
1946 1905 жылдары Ампердің молекуларлық ток туралы гипотезасы
мен Лармор теоремасы және Лоренцтің электрондық теориясына сүйене
отырып, диа және парамагнитсананың классикалық теориясын жасады.
Пьер Эрнест Вейсс 1865-1940 1904-1907 жылдары
ферромагнетиктердің ішінде қаныққан магниттеуге ие болатын
облыстардың, аймақтардың адомендердің барлығын, ішкі молекулалық
токтар гипотезасына сүйене отырып, дәлелдеді. Ферромагнетиктердегі
домендық құрылымды тәжірибеде бір-біріне тәуелсіз неміс физигі
Биттер мен орыс физигі Н.С.Акулов байқады. Ол әдісті Биттер-Акулов
әдісі деп атайды. Осы жылдары В.К.Аркадьев 1884-1953
ферромагниттердің айнымалы магнит өрісіндегі қасиетін зерттей отырып,
жоғары жиілікті электромагниттік толқынның ферромагнетиктерде
жұтылатындығын, яғни ферромагниттік резонанс құбылысын зерттеді.
Осымен магнитсананың дамуының екінші жарты ғасырлық кезеңі
аяқталды.
Магнитсананың үшінші периоды кезеңі Вольфанг Паулидің 1900-
1958 1920 жылы магнитсанаға Бор магнетонын МБ еңгізумен
басталады.
1925 жылы Сэмюэл Гаудсмит 1902-1979 және Джордж Юджин
Уленбек 1900... электрон спинінің меншік қозғалысын барлығын
ашты. Содан кейін Гейзенберг, Френкель, Болх алмасу энергиясына
негізделген ферромагнетиктердің кванттық теориясын қалыптастырды. Ол
IS=f(H) магниттелудің кристаллдың жақтары мен қырларына байланысты
өзгеретіндігінің теориясын жасады. Бір сөзбен айтқанда магниттік
анизотропия туралы теория пайда болды.
Енді магнитсананың үшінші және төртінші кезеңдерін тізбелеп
жатпай-ақ, оның негізгі бағытына тоқталсақ та болады.
Кез келген ғылымның дамуы өндірісті өркендететін болса,
керісінше оның өркендеуі ғылым алдына жаңа проблемалар қойып
отырады.
Өткен ғасырдың 20-30 жылдарындағы өндірістің дамуы оған
қажетті үлкен магниттік қасиетке ие болатын магнит материалдарды
іздеп табуды қажет етеді. Осы жылдары таза металл
ферромагнетиктердің және олардың қорытпаларының магниттік қасиеттері
зерттелді.
Екінші дүниежүзілік соғыстың соңына қарай жоғары жиілікті
ЖЖТ техниканың дамуына байланысты Фуко тогы аз бір жақты
өткізгіштікке ие болатын, магнит материалдар іздестіру қажет болды.
Осындай магнитті материалдарға МеО Fe2O3 сияқты химиялық
қоспалардың ие болатындығы дәлелденді. Енді магнитсанада
ферромагнетиктер физикасына ферриттер физикасы деген тарау келіп
қосылды. Ферриттер негізінде радиоауқымында радиодиапазонында, ЖЖТ,
лазерлік техникада, ЭЕМ қолданатын жаңа материалдар болып табылады.
Сондықтан мектеп бітіруші жастарға магниттік құбылыстар
физиканың ғылыми негізі етіп таныстыруда мектеп физика пәнінің
мұғалімінің алдына қоятын басты мақсаттарының бірі болуы керек.
Электрлік әсерлесулердің табиғатын түсіндіру үшін Ньютон эфир (грекше –
сияқты, бәлкім, көрініп тұрғандай деген сөз) гипотезасына сүйенеді.
Ньютонның көзқарасы бойынша магнетизмнің, электрдің және гравитацияның
ұқсастығы күштердің материалдық тасымалдаушылары бір болғандығынан, және ол
эфир болып табылады деп түсіндіреді.
1756 жылы Ломоносов электр құбылыстары эфир бөлшектерінің қозғалысынан
туындайтыны туралы гипотеза ұсынады.
Бұл идеяны кейін Эйлер дамытады. Ол электр процестерін механикалық
қозғалыстарына әкеп тірейді. Ол салмақсыздық концепциясының нақты бейнесін
ұсынды. Электр разрядты эфирдің күйі деген ой айтты.
1771 жылы Кавендиш электрді – серпімді, сығылмайтын сұйық деп болжайды.
Электромагнетизмнің дамуына, 1820 жылы Эрстедтің магнит тілшесіне токтың
әсер етуін ашуы үлкен ықпал берді. Араго ??? тогы бар өткізгіштің магниттік
қасиеттері болатынын көрсетті. Ампер электродинамикасында токтың магниттік
әсерін магнит полюстері арасында әсер ететін орталық күштермен түсіндірді.
Алайда, әсерлесетін элементтерді қосатын радиус-вектордың бағыты мен
тәжірибеде анықталған магнит күштерінің бағыты өзара перпендикуляр болып
шықты. Бұл жағдайға ол кездегі физиктердің мән бермеуі таң қалдырмай
қоймайды. Токтардың әсерлесуі – электр тартылу мен тебілудің дербес жағдайы
деп түсіндірілді.
Фарадейдің кезінде алыстан әсер еті концепциясы үстем болды. Оның
дұрыстығына ешкімнің күдігі де болмады. Осындай жағдайда Фарадей бұл,
алыстан әсер ету концепциясына (барлық әсерлесулер кез-келген арақашықтыққа
таралады деген сөз) батыл түрде қарсы шықты. Бұл уақытқа дейін химиямен
айналысқан Фарадей, барлық күш-жігерін электромагнетизмге бұрады. 1816-1862
жылдар бойы ғылыми жұмыспен айналысудың нәтижесінде, оның ерекше
көзқарасы қалыптасты. Оның ерекше көзқарасы мәнісіне тоқталайық:
Электр флюидтер болмайды. Электр - заттың атомдарымен байланысты (Франклин
бойынша заттардағы электр құбылыстардың болуы, оларда ерекше субстанция
болатындығынан деп түсіндірілді. Материяның ерекше түрі болып табылатын бұл
субстанцияның – флюид деген атағы болған);
2) Алыстан әсер етудің болуы мүмкін емес, электр және магнит күштері қисық
сызықтармен таралады, ол сызықтардың конфигурациясы ортаның қасиеттеріне
байланысты (жақыннан әсер етудің мәнісі осы).
ХІХ ғасырдың 30-жылдарында алыстан әсер ету концепциясының күшті
математикалық жабдықталуы болды. Ал тогы бар өткізгіштің маңайында құйын
болуы, магниттің айналасында магниттік атмосфера, ал зарядталған
денелердің айналасында электрлік атмосфера болады деген ойдың
математикалық негізі болмады. Фарадейге дейін жақыннан әсерлесу концепциясы
философиялық сипатта болды. Фарадей ашық түрде алыстан әсер ету
концепциясына қарсы шықты. Яғни күштің түзу сызық бойынша таралады деген
мәселені жоққа шығарды. Ол жақыннан әсерлесудің потенциалдық мүмкіндігіне
зор сенімде болды және өзінің ерекше көзқарасын бірте-бірте нығайта отырды.
Фарадей жақыннан әсерлесу концепциясын физикалық зерттеудің бір құралына
айналдырды. Фарадей физикалық өріс концепциясына келіп, өріс ұғымын
пайдаланғанымен, басында оған анықтама бермейді.
Фарадей бойынша, электрленген дене электр өрісін туғызады.
Электр өрісін оқытпастан бұрын, қысқаша электр әсерін базалық факт ретінде
айтып кетуге болады. Электр әсерлесу мысалына Ньютонның тәжірибесін
келтірейік. Темір сақинаға қойылған шынының астына қағаз үгінділері
салынады. Шыныны үйкеген кезде қағаздар оған тартылып, кейін тебілі, одан
қайта тартылып және т.с.с. болады. Бұл тәжірибені Ньютон 1675 жылы
жүргізген.
Сонда электр әсері қалай беріледі? Дыбыс ауа арқылы берілетіні белгілі,
мүмкін электр өрісі де ауа арқылы немесе басқа да заттар арқылы беріледі
ме?
Ньютоннан кейін, Бойль Генрикенің тәжірибесін қайталады. Нәтижесінде,
электрленген дене электрленбеген денені тартумен қоса, өзі де оған
тартылатынын байқады. Бойль электр әсері вакуум арқылы да берілетінін
көрсетті.
1749 жылы құрылған Франклиннің теориясы бойынша электрленген денелердің
маңайында электр атмосфера болады деп саналған. Атмосферамен таныс
болғандықтан, бұл ойды оқушылар оңай елестете алады, нәтижесінде, электр
өрісі ұғымын оңай түсінеді.
1759 жылы Петербургте академик Франц Ульрих Теодор Эпинустың электр және
магнетизм теориясының тәжірибесі атты кітабы шығады.
Эпинус Франклиннің электр сұйық туралы гипотезасын қолдайды: Барлық электр
құбылыстарын жүзеге асыратын қандай да бір сұйықтық бар, ол электр сұйығы
деп аталады, сұйық өте икемді (эластикалы) әрі нәзік, оның бөлшектері
әжептеуір үлкен арақашықтықтан да тебіледі.. Материя бұл сұйықтың
бөлшектерін өзіне тартады.
1. Мектеп физика курсындағы электромагниттік өріс ұғымына ғылыми
талдау
1.1 Электр және магнит өрістері
Электродинамика макроскопиялық, микроскопиялық және кванттық
электродинамика болып үшке бөлінеді. Орта мектепте макроскопиялық –
максвелл электродинамикасы оқытылады. Макевелл электродинамикасы
классикалық механикадағы Ньютон заңдары немесе термодинамикадағы
термодинамика заңдарының рөлін атқарады. Максвелл электродинамикасында
электромагниттік өрісті (ЭМӨ) электр өрісінің кернеулігін -векторының
магнит индукция векторының шамалары арқылы сипаттайды. Максвелл
теориясында ортаның қасиеті диэлектрлік өтімділік, М магниттік
өтімділік және меншікті электр өткізгіштік сияқты үш шамамен
сипатталады. Жалпы жағдайда кеңістіктегі ЭМӨ аталған екі векторының алты
проекциялары: Ех, Еу, Еz, Вх, Ву, Вz арқылы өрнектеліп қана қоймайды
сонымен қоса олардың арасындағы өзара байланысты да қарастырады. Денедегі
ЭМӨ-ті сипаттау үшін D электр ығысу (электр индукция), Н магнит өрісінің
кернеулігі деген физикалық параметрлер енгізіледі. Қазіргі мектеп курсында
электродинамиканың, ЭМӨ-тің негізгі сипаттамасы ретінде электр өрісінің
кернеулік векторы мен магнит индукция векторыВ-на сүйене отырып
сипаттайды.
Өрістің жіктелуінің класификациясын мынадай түрде көрсетуге болады.
рис 43
Жоғарғы класстарда Макевелдің идеясын қазіргі заманғы релятивистік
механика тұрғысынан түсіндіруге болады.
1.2 Магнитизм құбылысына қазіргі заманғы көзқарас
Магнит ілімі туралы түсінікті Кулон заңымен салыстырмалы теорияны
пайдалана отырып әрі қарай дамытуға болады. Арақашықтықтары болатын
жылдамдығымен кеңістікте қозғалатын және зарядтарының
өзара әсерлесуін қарастырайық.
К системасына қарасты K1 системасы тұрақты жылдамдықпен қозғалатын
системада және зарядтары қозғалмай тыныштықта тұрсын деп
жориық.
1 сурет. Кеңістікте жылдамдығымен қозғалатын және
зарядтарының арасындағы Кулондық өзара әсерлесу
Қозғалыстағы K1 системасындағы және зарядтарының өзара
әсерлесу күші Кулон заңы бойынша анықталады.
(9.6)
мұндағы вакуумның диэлектрлік тұрақтысы
Қозғалмайтын К системасына қатысты және зарядтары
жылдамдығымен қозғалады. Онда өзара әсер күші күшіне өзгереді
де, оны Лоренц өзгертуін пайдалана отырып, былай жазуға болады.
(9.7)
Сонда (9.6) теңдеуін ескере отырып, (9.7) теңдеуді қайтадан жазайық.
Енді мынадай белгілеулер енгізейік:
электростатикалық әсерлесу күші
зарядтардың магниттік өзара әсерлесу күші
Сонда
(9.8)
Жоғарыдағы өрнектерден зарядтардың электрлік және магниттік өзара
әсерлесу күштерінің қатынасы жылдамдығымен жарық жылдамдығының “c”
қатынасымен анықталатындығы көрінеді.
немесе (9.9)
Олар зарядталыған бөлшектердің жылдамдығы жарық жылдамдығын жуықтағанда
- ғана бір-бірімен теңеседі. Бірақ зарядаталған бөлшектің жылдамдығы
аз болғанымен де магниттік әсерді ескермеуге болмайды. Олай болса, магнит
өрісінің табиғаты зарядатлған бөлшектердің жылдамдығына тәуелді р е л я т
и в и с т і к э ф ф е к т болып табылады.
а) Егер болса, онда
б) Егер онда
Шындығында күшінің әсері материяның ерекше формасы магнит өрісі
арқылы беріледі. Электр өрісінің көзі заряды болып, заряды
сынақшы заряд болатын болса, онда электр өрісінің кернеулік векторы
Электр өрісінің ұғымына сүйене отырып магнит өрісінің сипаттайтын В
магнит индукция векторының шамасын енгіземіз. Сонда арақашықтықта
орналасқан зарядының тудыратын магнит өрісінің индукциясы
(9.10)
мұндағы магнит тұрақтысы
Магнит өрісінің сынақшы зарядқа әсер ететін күшін Л о р е н ц к
ү ш і деп атайды.
(9.8)
күшінің бағыты мен векторлары жататын жа-зықтыққа
әрқашан перпендикуляр болады (9.5 сурет).
2. сурет. Магнит өрісіндегі оң және теріс электр зарядына әсер ететін
Лоренц күші
Ұзындығы болатын тогы бар өткізгішке магнит өрісінде В Ампер
күші (9.6 сурет) әсер етеді.
м±ндаѓы
Егер болып, оған магнит өрсінің индукция векторы болса, онда
(9.12)
тоѓы бар µткізгішке єсер ететін Ампер к‰ші деп атайды.
Шындығында Ампер күшін өткізгіштегі заряд тасы-малдаушылар арқылы
оның кристалдық торына берілетін Лоренц күші ретінде елестетуге болады.
3 сурет. Магнит өрісінде тогы бар өткізгішке әсер ететін Ампер
күші
Тогы бар өткізгіш маңындағы пайда болатын магнит өрісін сипаттайтын Био-
Саавара Лаплас заңы жоғарыда келтірілген талдау негізіне сүйеніп
енгізілген.
Барлық магнит өрісін сипаттаушы шамалар электр зарядының қозғалыс
жылдамдығының функциясы болып табылады. Сондықтан барлық магнит
өрісін сипаттайтын шамалар нөлге ұмтылады.
зарядтардың магниттік өзара әсерлесу күші,
магниттік индукция,
Бұл өрнектерден зарядтардың магниттік өзара әсерлесулерін, зарядтардың
кеңістіктегі қозғалысы арқылы пайда болатын олардың электрлік өзара
әсерлесулері ретінде қарастыруға болады.
Олай болса электр бейтарап бөлшек нейтронның магнит моментінің
болатындығын қалай түсіндіруге болады? Тәжірибе арқылы нейтроннан
зарядталған бөл-шектредің шашырауы арқылы нейтрон тек бүтін күйінде ғана
бейтарап, ал шындығында нейтронның электрлік құрылысы күрделі екендігі
дәлелденді. Нейтрон зарядталған бөлшектер кварктермен липтондардан тұрады.
Олардың қозғалысы нейтрон ішінде магнит моментін тудырады. Сондықтан
нейтрон магнит моменті де магнит құбылысының зарядталған бөлшектердің
қозғалысынан пайда болатындығында жоққа шығармайды.
Магнит зарядтарының өзара әсерлесуі байқалатын өлшемі, олардың
жылдамдықтарының жарық жылдамдығына қатынасымен анықталады. Көп электронды
атомдардың ядросына жақын кеңістікте қозғалатын электрондар үшін бұл
қатынас
Яғни магниттік және Кулондық әсерлесу энер-гияларының қатынасы
Ауыр атомдардың ядроға жақын орналасқан элек-трондарының жылдамдығы
жарық жылдамдығына жақын болады. Сондықтан бұл электрондардың
магниттік өзара әсерлесулері, олардың электрлік әсерлесулеріне тең.
Атом өлшеміндегі магниттік, электрлік және гравитациялық өзара
әсерлесулердің энергияларының қатынасы
Бұл қатынас магниттік әсерлесу мен оның энергиясы электрлік
әсерлесулердің сәйкесті шамаларынан аз болғанымен материяның құрылысы мен
қасиетін анықтауда үлкен роль атқарады.
4 сурет. Жылдам электрондардың нейтронда шашырауынан алынған нейтрон
ішіндегі электр зарядтарының таралуы.
Жоғарыда біз магнит зарядының табиғатта кез-деспейтіндігіне көз
жеткіздік немесе оның осы күнге дейін ғылымға белгісіздігін дәлелдедік.
Олай болса магнит өрісін токтың материалмен өзара әсерлесуінің нәтижесі
ретінде ќарастырады.
Қозғалмайтын электрзаряды тұрақты электр өрісін тудырса , ал
тұрақты электр тогы тұрақты магнит өрісін тудырады
Егер сыртқы магнит өрісі материалды ортаға енетін болса, онда оның
атомдарымен (молекулалар) әсерлесулерінің нәтижесінде ол өз шамасын
өзгертеді. Сонда сыртқы магнит өрісінің әсерінен материалда ішкі
микроскопиялық магнит өрісі пайда болады. Осы ішкі микроскопиялық магнит
өрісін сыртқы магнит өрісінен айыру үшін магнит индукциясы
деген ұғым енгізелген. Материалдың магниттелуін сипаттауда молекулярлық
токтардың ролін сан жағынан бағалау мақсатында дененің магниттелуі
ұғым енгізілген.
Бұл шама электрондардың орбиталық және спиндік магнит моменттерінің бір
өлшем көлемге келетін магнит моменттерінің мәнін береді. Осы
келтірілген магнит индукциясы мен магниттелу шамаларының
айырымы, ортадағы магнит өрісінің кернеулігін береді.
(9.13)
Сонымен (9.13) өрнектегі ,, шамаларының барлығы белгілі бір
магнит өрісін сипаттайтындықтан олардың өлшем бірліктері де бірдей болады.
Ол 9.2 кестесінде келтірілген. Бірақ ол өрістердің қандай өріс шамасын
сипаттайтын ара жігін ұмытпаған жөн.
Сонда магниттелу мен сыртқы магнит өрісінің кернеулігі
арасындағы байланыс
мұндағы коэффициентін заттың магниттік қабылдағыштығы деп атайды.
Яғни заттың магнит өрісінің сыртқы магнит өрісін қанша есе күшейтетін
көрсететін коэффициент.
Магниттелген ортадағы зарядталған бөлшекке әсер ететін жиынтық магнит
өрісін сипаттау үшін магниттік индукция шамасы енгізіледі.
Мұндағы ортаның абсолюттік магнит өтімділі
гі, ортаның салыстырмалы магнит өтімділігі деп аталады.
Енді негізгі магниттік шамалардың СГСМ және СИ системаларындағы өлшем
бірліктерін келтірейік.
9.2. кесте
СГСМ және СИ системаларындағы магниттік шамалар мен олардың өлшем
бірліктері
Шамалардың Өлшем бірліктері Өлшемдер
аттары арасындағы
қатынастар
СГСМ СИ
1 Магнит Эрстед ампер Ам 1 э=103 Ам
өрісі (э) метр
2 Магниттелу Гаусс ампер Ам 1Гс =103 Ам
(Гс) метр
3 Магниттік Гаусс тесла Тл 1Гс=10-4 Тл
индукция (Гс)
4 Магниттік өлшемсіз
тұрақты
Сыртқы магнит өрісіне енгізілген заттардың магнит қабылдағыштығының
шамасы мен таңбасының өзгеруіне қарай табиғатта кездесетін заттарды бес
топқа бөледі.
9.3 кесте
Магнит қабылдағыштығының таңбасы мен шамасына қарай магнетиктерді жіктеу
Магнетиктер-Таңбасы Сипаттай-Ескерту
дің аттары тын шама
1 Парамагнит 10-2-10-5Н=0 магнитті
реттелген
құрылымға ие
болмайды
2 Диамагнит 10-4-10-5
3 Ферромагнит 103-105 Металдар
4 Антиферро-ма 10-4-10-6Н=0 магнитті
гнит реттелген
құрылымға ие
болады
Ферримагнит 102-104 Жартылай
өткізгіш
немесе
диэлектрик
1.3 Магнитизм табиғаты
Тәжірибеде анықталғандай магнит өрісіне енгізілген кез-келген зат
магниттеледі. Бұл құбылыстың себебін атомдар мен молекулалардың құрылысы
негізінде қарастырайық, ол үшін Ампер гипотезасына сүйенеміз. Ампер
гипотезасы бойынша электронның атомдар мен молекулалардағы қозғалысынан
туындайтын макроскопиялық токтар кез-келген денеде болады.
Магниттік құбылыстарды сапалық жағынан сипаттау үшін атомдағы электрон
дөңгелек орбитамен қозғалатын деп жуықтаймыз. Осындай орбитамен қозғалатын
электрон дөңгелек токқа эквивалентті. Сондықтан
Рm
Рm
І
r e
I
v
Le
Тоғы бар рамкада Pm магниттік Ядроның айналасындағы электронның
момент векторы болады тудыратын І тоғының да магниттік
моменті бар.
5-сурет.
оның орбиталық магнит моменті болады. Оның модулі (17-сурет).
Мұндағы, - ток күші (), электронның орбитамен айналу
жиілігі, - орбита ауданы, орбита жазықтығының нормалі. Егер
электрон сағат тілшесінің бағытымен қозғалатын болса, онда ток сағат
тілшесінің бағытына қарама-қарсы бағытталады және вектор - оң бұранда
ережесі бойынша электрон орбитасының жазықтығына перпендикуляр бағытталады.
Екінші жағынан, орбитамен қозғалатын электронның механикалық импульс
моменті болады, оның модулі
мұндағы,
векторы электронның механикалық орбиталдық моменті деп аталады, оның
да бағыты оң бұранда ережесімен анықталады.
Ғалымдардың дәлелдегені бойынша электронның меншікті механикалық момент
импульсі де болатыны анықталды, ол спин деген атақ алды. Спиннің
пайда болу себебі, электронның өз осі бойымен айналуынан деп болжамдалды,
бірақ бұдан көп қарама-қайшылықтар туды. Бүгінгі физика пайымдауы бойынша,
спин – электронның ажырамас қасиеті болып табылады. Электронның
спиніне меншікті магнит моменті сйкес келеді. Оның бағыты - ке
қарама-қарсы.
Меншікті магнит моментінің векторына проекциясы тек екі мәннің бірін
қабылдайды:
мұндағы, ( Планк тұрақтысы), Бор магнитоны – электронның
магнит моментінің бірлігі болып табылады.
Жалпы жағдайда, электронның магнит моменті орбиталдық және спиндік магнит
моменттерінен құралады. Олай болса, атомның магнит моменті оның құрамына
кіретін электрондардың және ядроның (ядроға кіретін протондар мен
нейтрондардың ) магнит моменттерінен құралады. Алайда, ядролардың магнит
моменттері электрондардың магнит моменттерінен мыңдаған есе кем, сондықтан
оларды елемеуге болады.
Сонымен, атомның (молекуланың) жалпы магнит моменті , атомға кіретін
электрондардың магнит моменттерінің қосындысына тең:
Кез-келген дене магнетик болып табылады, яғни магнит өрісінің әсерінен
магнит моментіне ие болуға (магниттелуге) қабілеті бар. Бұл құбылыстың
механизмін түсіну үшін магнит өрісінің атомда қозғалатын электрондарға
әсерін қарастыру қажет.
Ықшамдау үшін, атомдағы электрон дөңгелек орбитамен қозғалады делік.
B
Pm (
6-сурет
Егер электрон орбитасы векторына қатысты ерікті түрде
ориентацияланған болса және онымен бұрыг жасайтын болса (18-сурет),
онда магнит моментінің векторы бұрышын тұрақты сақтап бағытын
қандай да бір бұрыштық жылдамдықпен айналатындай, электрон маңайында
белгілі бір қозғалысқа келетінін дәлелдеуге болады.
Электронның мұндай қозғалысын дөңгелек токқа балауға болады. Микроток
сыртқы магнит өрісімен индуцирленгендіктен, Ленц ережесі бойынша атомда
сыртқы өріс бағытына қарама-қарсы магнит өрісінің құраушысы пайда болады.
Атомдардың осындай магнит өрістері жинақталып сыртқы өрісті әлсірететін
заттың меншікті өрісі туады. Бұл эффект диамагниттік эффект деп аталады.
Бұндай эффект байқалатын заттар - диамагнетик деген атақ алды.
Келесі бір топқа жататын заттардың электрондарының магнит моменттері
жылулық қозғалыс салдарынан бейберекет бағытталған. Сондықтан бұл кезде
магнитік қасиет байқалмайды. өріске енгізілген кезде бұндай заттардың
атомдарының магнит моменттері өріс бағытына қарай біразы реттеледі. Осы
кезде заттың меншікті магнит өрісі пайда болып, сыртқы өрісті күшейтеді.
Бұл эффект парамагниттік эффект деп аталып, бұл заттар- парамагнетиктер деп
аталады.
Диамагнетиктер мен парамагнетиктерден өзгеше үшінші топ – ферромагнетиктер
деп аталады. Вейсстің гипотезасы бойынша Кюри температурасынан төмен
деңгейде ферромагнетик көптеген кішігірім макроскопиялық облыстарға –
домендерге бөлінген, доменде қанығу дәрежесіне дейін өзіндік магниттелу
байқалады.
Сыртқы магнит өрісі болмаған кезде жеке домендердің магнит моменттері
бейберекет бағытталып, бір-бірін компенсациялап тұрады. Сондықтан,
ферромагнетиктің қорытқы магнит моменті нөлге тең, яғни ферромагнетик
магнителмеген болады. Парамагнетиктердегідей сыртқы магнит өрісі жеке
атомдардың магнит моменттерін ориентациялайтын болса, ферромагнетиктерде
сыртқы магнит өрісі бүтін доменнің магнитмоментін бұрады. Сондықтан әлсіз
өрістің өзінде магниттелу мөлшері тез өседі.
Сыртқы магнит өрісін нөлге дейін төмендеткен кезде ферромагнентиктерде
қалдық магниттелу байқалады, себебі жылулық қозғалыс домен сияқты ірі
құрылымдарды тез дезориентацияламайды. Кюри нүктесіне қызғаннан кейін
домендік құрылым бұхыла бастайды.
Сонымен, өзіндік магниттелу, магниттік материалда таралуы күрделі.
Магниттік материла көптеген облыстарға бөлінген, олардың әрқайсысында
өзіндік магниттелу Js біртекті, бір бағытта болады. Бұл облыстар домендер
деп аталады. Домендердің белгілі бір пішіні, өлшемі және шекаралық беттері
болады. Бір магниттік өоті кристалдарда (кобальт) тек қана екі
антипараллель магниттік фаза (бір бағыттағы домендер) ғана болады.
7-сурет 8-
сурет
19-суретте негізгі домендермен қоса, өзіндік магниттелу векторы осы
домендерде антипараллель домендер де байқалады. Бұл кіші домендер магнит
ағынын тұйықтайды да, магнит зарядтарының тығыздығын кемітеді, сөйтіп
негізігі доменнің магнитостатикалық энергиясын азайтады. Сондықтан олар
тұйықтаушы домендер деп аталады. 20-суретте магниттік тұйықталған домендік
құрылым көрсетілген.
Домендік құрылымы бұлардан да күрделі материалдар бар.
Кристалл ақаулардың пайда болуы кристалл торында серпімді кернеулер
түзілуіне соғады. Бұл кернеулер пайда болуының негізіг себебі – ақау
маңында электрондық құрылымның өзгеруі болып табылады.
Кристалдық тор ақаулары түзетін кернеулік өрістер домендік құрылымның
магнитті-серпімдік өрістерімен әсерлеседі. Домендердің және доменаралық
шекаралардың магнитті-серпімдік энергиясы өзгереді. Магниттік
материалдардың көптеген қасиеттері негізінен осындай әсерлесулермен
анықталады.
Макроскопиялық ақауларда өзіндік магниттелу үзіліссіздігінің үзілуі пайда
болады. Яғни магнит зарядтары пайда болады. Бұлар магниттік материалдардың
көптеген қасиеттеріне елеулі әсер етеді.
Дислокациялар идеалды кристалл торларына тән атомдардың тәртібін бұзады.
Атомдардың орналасуы бұзылса, біртекті магниттелу едәуір өзгеруі мүмкін.
өзіндік магниттелудің біртексіздігінен туындайтын магнит зарядтары және
дислокациялар маңындағы серпімді өрістер домендік шекаралардың ығысу
процестеріне және спонтанды магнителудің айналуына едәуі әсер етуі мүмкін.
Бұлар болса магниттік материалдардың қасиеттерін анықтайды.
Спонтанды магниттелудің дислокациясының оң және сол жағынан ауытқулары
симметриялы брлып келеді. Бұл ауытқулар белгілі бір магнит зарядтарын
түзеді деп қарастыруға болады. Дислокациялар маңындағы пайда болатын
магнитзарядтарының әсерлесулерін магнит зарядтары үшін Кулон заңымен
сипаттауға боладыү
Домендік шекараның дислокация мен магнитті серпімдік әсерлесу шамасы
магнитостатикалық әсерлесуден жүздеген есе үлкен болады.
Магнит өрісі
Қатты, сұйық, газ тәрізді денелердің электр өткізгіштіктерін
қарастырған уақытта ток жүретін өткізгіштердің ішінде өтіп жатқан
процесстерді қарастырумен шектелген едік. Бірақ өткізгіштерде өтетін
физикалық құбылыстар электр тогының жүруімен шектеліп қалмайды.
Өткізгіштен тұрақты і тоқ жүргенде оның маңында қозғалған электр
зарядтармен бірге тогы бар өткізгіштерге және тұрақты магниттерге
механикалық әсер тудыратын ерекше орта магнит өрісінің пайда
болатындығын тәжірибелер дәлелдеді. Енді осы тәжірибелерге
тоқталайық..
1 тәжірибе. Тұрақты электр тогымен магнит тілшесінің өзара әсерлесуі
Тұрақты электр тогы і жүріп тұрған өткізгіш маңына
орналастырылған магнит тілше өз осінің маңында айнала отырып, тогы
бар өткізгішке перпендикуляр 1-сурет бағытта орналасуға тырысады.
Тогы бар өткізгіш пен магниттік тілше бағытының арасындағы бұрылу
бұрышының шамасы өткізгіштегі і ток күшінің шамасына байланысты
өзгереді. Тогы бар өткізгіштің тудыратын магнит өрісі жердің
магнит өрісінен үлкен болған сайын, магниттік тілше мен тогы бар
өткізгіштің арасындағы бұрыштың шамасы біртіндеп өсе береді. Осы
құбылысты 1820 жылы алғаш дат ғалымы Х.Эрстед ашқан
болатын.Сондықтан Эрстедтің бұл тәжірибесі электромагниттік
құбылыстарды зерттеудің бастамасы деп атауға болады.
Х.Эрстед тәжірибесі электр тогының әсерінен магниттік
тілшенің S полюсінің бұрылу бағыты, токтың жұру бағытына қарама-
қарсы бағыт алатындығын дәлелдеді. Егер өткізгіштегі токтың жүру
бағытын өзгертсек, керісінше құбылыс байқалады.
Әрі қарай әртүрлі пішінді тогы бар өткізгіштер мен
жасалған жоғарыдағыдай тәжірибелер, магниттік тілшелерге тогы бар
өткізгіштің бағыттаушы әсер тудыратындығы толығымен дәлелдеді.
Х.Эрстед өлшемдері бірдей пішінді өткізгіштермен бірге қатты
және сұйық электролиттер арқылы да ток жүргізе отырып, олардың
магниттік тілшелерге әсерін бақылады. Тәжірибе кезінде әртүрлі
өткізгіштерге ие болатын өткізгіштердің түрінің магниттік
тілшелерге әсерінің байқалмайтындығын тек α өзгерісі
өткізгіштерден жүретін ток күшіне тәуелді екендігін көрсетті.
Бұл жерде электр тогы жүретін өткізгіш ортаның тегімен
ондағы электр өткізгіштің басқа физикалық-химиялық сипаты мен
электрндық немесе иондық қоса, оларда жүріп жатқан әртүрлі
процесстер ешқандай роль атқармайды деген қорытындыға келеді.
Содан кейін Гей-Люссак және Д.Араго тұрақты ток жүрген
өткізгіш ішіне орналастырылған темірдің магниттелетіндігін
бақылады. А.Ампер тогы бар параллель өткізгіштердің бойынан әр
бағытта ток жүргенде тебілетіндігін суретте көрсетілген тәжірибе
жүзінде бақылады.
23-сурет
2. тәжірибе. Қозғалмайтын зарядтар мен тұрақты
магниттердің арасындағы әсерлесу.
Компостың магнит тілшесінің жанынан жіпке ілінген жеңіл
диэлектриктен жасалған шарды іліп, оғын электр зарядын беретін
болсақ, онда шардағы қозғалмайтын заряд компостың тілшесіне ешқандай
әсер тудырмайды. Яғни магнит тілшесі қозғалматын зарядқа әсер
етпейді. Бұл тәжірибеден қозғалмайтын электр заряды өз маңында
магнит өрісін тудырмайды, ал екінші жағынан тұрақты магнит өрісі
қозғалмайтын электр зарядына әсер етпейді деген қорытындыға келуге
болады.
3 тәжірибе. Қозғалған электрондардың магнит өрісі.
Қозғалған электрондардың тудыратын магнит өрісінің магниттік
тілшеге әсерін 1911 жылы А.Ф.Иоффе тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Ол
шыны түтікшенің бойынан өтетін электрондық шоғының тудыратындай
токты бойында сондай тогы бар түзу өткізгішпен айырбастай отырып,
өз тәжірибесінің қорытындысын әрі қарай дәлелдей түсті. Сонымен
еркін қоғалған электрондар шоқтары тудыратын магнит өрісі өзінің
табиғаты жағынан өткізгіш бойымен жүретін электр тогының тудыратын
магнит өрісіне эквивалентті пара-пар болатындығын дәлелдеді.
4 тәжірибе. Конвекциялық токтың магнит өрісі.
Конвекциялық токтың тудыратын магнит өрісінде өткізгіштерден
жүретін өткізгіш токтың тудыратын магнит өрісініе пара-пар
болатындығын орыс физигі А.А.Эйхенвальд 1901 орындады. Нәтижесінде
қозғалған: электрон, ион немесе зарядталған дене маңында электр
өрісі мен бірге магнит өрісінің пайда болатындығын дәлелдеумен
аяқтады.
Осы тәжірибелерден кейін барып физикада магниттік құбылыстар
физикасы деп аталатын тарау пайда болды. Сонымен электр тогын
бағытталған, реттелген зарядталған бөлшектердің қозғалысы тудыратын
болса, ал қозғалған зарядтар өз маңында магнит өрісін тудырады,
ол осы өріс маңында қозғалған зарядқа механикалық күшпен әсер
етеді деген қорытындыға келуге болады.
Магнит өрісі электростатистикалық өріс шақты ашық болмайды.
Барлық тұрақты магниттер әртүрлі таңбалы полюстерге бөлінеді.
Олардың N оңтүстік және S солтүстік полюстер деп атауға
келісілген. Аттас полюстер бір-біріне тартылады да, әр аттас
полюстер ұштар бір-бірінен тебіледі.
Тұрақты магнитті бірнеше бөлшекке бөлсекте, оның полюстері
өзгеріссіз қалады, яғни тұйықтығы өзгермейді. Бөлшектердің екі
жағында бөлшектегенге дейінгі полюстер таңбалары сақталады да,
магнит индукция сызығы тұйық болатындығына көз жеткізуге болады.
Бұл тәжірибе тұрақты магнитті бөлшектеу арқылы біртекті N
оңтүстік және S солтүстік полюстерді жеке бөліп алып электр
заряды сияқты жеке қарастыруға болмайтындығын дәлелдейді.
Сондықтан магнит индукция сызығы басталуы мен аяқталуы
байқалмайтын тұйық сызық болып табылады.
Бұдан зарядталған бөлшектер тек молекула құрағанда ғана
тұрақты магниттік қасиетке ие болады деген қорытынды жасауға
болады.
1.4 Электр және магнит өрістерінің ерекшеліктері
ЭМӨ материяның бір түрі. Ол арқылы кеңістік пен уақытқа байланысты
электромагниттік өзара әсер іске асырылады. Осыған дейін мектеп оқушыларына
физиканың негізгі оқулығында электр және магнит өрістері жеке-жеке
қарастырылып келді.
Оқушыларға электр және магнит өрістерінің өте тығыз байланыстылығын
электромагниттік индукция заңына сүйене отырып өте жақсы түсіндіруге
болады. Айнымалы электр (15 сурет) және магнит (16 сурет) өрістері бір
уақытта екінші өрісті тудырады. Бұл да мектеп оқушыларына айнымалы өрісті
қарастырған уақытта беріледі. Мектеп оқушылары. Айнымалы өріс үшін ешқандай
есептеу системасы болмайтындығы оның тек қана электр және магнит құраушысы
болатындығын толық меңгеру қажет. Осы айнымалы ЭМӨ стационар өрістен өзгеше
болады. Мектеп оқушылары ЭМӨ-тің объективті шындық екендігін, оның біздің
санамыздан тыс тұратындығын толық меңгеру қажет. Біз тәжірибе қойған
уақытта қандай да бір есептеу системасын таңдап аламыз. Ол системада ЭМӨ
өмір сүреді. Есептеу системасын таңдау – субъективті. ЭМӨ-тің өмір сүруі
оған тәуелсіз. ЭМӨ-ті электр өрісі мен магнит өрісінің жиынтығы деп
қарастыруға болмайды. Электр және магнит өрістері біртұтас ЭМӨ-тің әр түрлі
жағдайда танылуы.
ЭМӨ зарядталған бөлшекке күштік әсер тудырады. ЭМӨ-те қозғалған
зарядқа әсер ететін күш Кулондық күш пен Лорену күшінің қосындысына тең
болады:
қозғалмайтын зарядқа бұл күштің ЭМӨ-тің тек электрлік құраушысы ғана
әсер етеді. Яғни қозғалмайтын зарядқа әсер ететін күш ЭМӨ-тің
электрлік құраушысының кернеулік векторының шамасын анықтайды
Магнит индукция векторы ЭМӨ-тің магниттік құраушысының күштік
сипаттамасын береді. Магнит өрісі тек қана қозғалған зарядқа ғана әсер
етеді. Бірақ қозғалған зарядқа ЭМӨ-тің электрлік құраушысыда әсер етеді.
ЭМӨ-тің тек магниттік құраушысының әсерін бөліп алып қарастыру үшін электр
құраушысы болатын ал ЭМӨ тек қана магниттік өзара әсерлесу арқылы
сипаттамасын есептеу системасын таңдап алу қажет.
Осы системаны таңдап алуды түсіндіру мектеп оқулықтарында өте
қиындыққа түседі. Осы мақсатта түсіндіру үшін қозғалмайтын тұрақты тоқтың
магнит өрісін немесе тұрақты тоқтың өрісін өткізгіш бейтарап, барлық теріс
зарядтардын электр өрісі бір-бірін жояды да тогы бар өткізгіш тудыратын ЭМӨ
тек магнит өрісі болады.
Е=Е++Е-=0
Е+
Е-
B
9- сурет
Қорытындысында магнит өрісінің зарядқа әсерін тек қана оның магниттік
құраушысының шамасы арқылы сипаттайды.
F=FM (FM- Лоренц күші)
Бұл күштің модулі
FM=qVB sin
Мұндағы бұрышы зарядталған бөлшектің жылдамдығы V мен магнит
индукция В векторы арасындағы бұрыш. В векторының бағыты тәуелсіз
анықталады. В магнит индукция векторының бағыты оң полюсінен сол полюсіне
қарай бағытталады. Магнит индукция бағытын анықтау үшін сол қол ережесі
пайдаланылады.
Егер зарядталған бөлшектің жылдамдығы магнит индукция векторы
-ға перпиндикуляр болса, магнит өрісінін зарядталған бөлшекке әсер
ететін күшінің ең үлкен мәні (FM=qVB) сонда кеңістіктегі магнит индукциясы
векторының модулі магнит индукция сызығына перпендикуляр V жылдамдығы мен
қозғалатын зарядталған оң бөлшекке әсер ететін күштің шамасына тең болады.
Магнит индукция векторына параллель қозғалатын зарядтарға магнит
өрісі әсер етпейді. Бұл қорытынды электр өрісінің кернеулігі мен
магнит индукция векторы ның ерекше айырмашылығы болып табылады.
векторының бағыты қарастырылып отырған нүктеде оң зарядқа әсер ететін
күштің бағытымен сәйкес келеді. Электр және магнит өрістері бір уақытта
әсер еткенде олар бір-біріне әсер етпейді. Осындай өрістің әсерінен зарядқа
әсер ететін қорытқы күш электр өрісінің кернеулік векторларының
геометриялық қосындысына тең болады:
Суперпозиция принципін магнит өрісі үшін де қолдануға болады. Егер
магнит өрісін бірнеше өріс көздері тудыратын болса, онда қорытқы өріс жеке
(тоқтардың, қозғалған зарядтардың) өріс тудыратын көздердің магнит
индукцияларының геометриялық қосындысы болады:
1.5 Өріс және зат ұғымдары
ЭМӨ-тің әсерін тек зарядталған бөлшекке әсерімен ғана анықтап
қоймайды, сонымен бірге оның басқа да әсерлерін анықтайды. ЭМӨ-тің қасиетті
заттың қасиеті сияқты. ЭМӨ-те өтетін физикалық процесстер импульстің
сақталу заңына, импульс моменті, электр заряды, сақталу заңына, масса мен
энергия байланысына бағынады. Сақталу заңы зат пен өрістің терең ішкі
байланысын анықтайды. Бұл материяның екі түрі мынадай жалпы ортақ қасиетке
ие болады:
1.Зат пен өріс материяның екі түрі, олар бір-бірінен тәуелсіз біздің
санамызда өмір сүреді.
2.Зат пен өріс энергияға ие болады.
3.Олар толқындық және корпускулярлық қасиетке ие болады.
4.Өрісте өтетін барлық процестер сақталу заңына бағынады.
5.Зат пен өріс бір-біріне өтеді. Өріс заттың қасиетін өзгертеді
(поляризация, магниттелу), ал зат өріске әсер етеді (олар электр және
магнит өтімділіктерімен сипатталады)
6.Өріс пен зат бір-біріне айналу мүмкін. (фотон есебінен электрон-
позитрон жұбының пайда болуы немесе кері процесс, электрон мен позитрон
бірігіп екі гамма – квантын түзеді).
ЭМӨ пен затты мынадай қасеттері бойынша айыруға болады:
1.Заттар бір-бірімен тікелей әсерлеспейді. Олар бөлшек-өріс-бөлшек
сүлбесі бойынша әсерлеседі. Қазіргі заманғы физика теориясы және
эксперимент өте үлкен өрістерде олардың әсерлесуін жоққа шығармайды.
2.Өрісті зат сияқты шекаралығы бөліп көрсетуге болмайды.
3.Кеңістіктегі бір көлемді әртүрлі зат объектілерімен толықтыруға
болмайды, ал бір көлем ішінде әртүрлі өрістер өмір сүре алады.
4.Өріс затқа қарағанда аз масса мен энергия тығыздығына ие болады.
5.Заттың тыныштықтағы массасы нолге тең болмайды. Ал электромагниттік
толқынның-фотонның тыныштық массасы нолге тең.
6.Заттың бөлшегі ваккумдағы жарық жылдамыдығымен қозғала алады. Ал ЭМӨ
үшін күшті гравитациялық өрістің болмауы тек қана жылдамдықтың екі мәнінде:
статистикалық өріс үшін V=0, және еркін өріс үшін (ЭМ толқын) V=C.
7.Өрістің заттан ерекшелігінен ол үшін есептеу системасын таңдап алуға
болмайды, өйткені ол қозғалатын және тыныштықтағы объекті үшін бірдей
жылдамдыққа ие болады.
ЭМӨ-ті шарты еркін және байланысқан деп алуға болады. Байланысқан өріс
ол тікелей зарядқа байланысты, ал еркін өріс зарядтан өз қатынасын үзген
кеңістікте ЭМ толқын түрінде тарайды. Қазіргі мектеп оқулықтарында және
ғылыми-әдістемелік әдебиеттерде электродинамика ұғымдарын енгізумен
қалыптастырады. Релятивистік механика тұрғысынан түсіндіру басым алады:
бұл материалдар тек салыстырмалы теория негізінде уақыттың және ұзындықтың
қысқаруы, массаның өзгеруі сияқты мысалдарда үздіксіз қолданылады.
Релятивистік эффектілерде тек қана физикалық объектілердің жылдамдығын
жарық жылдамдығына ұмтылғанда ғана пайда болады.
2. Электромагниттік өріс ұғымдарын әр түрлі сыныптарда қалыптастыру
негіздері
2.1 Физиканың мектептік курсы ретіндегі электродинамиканың ерекшеліктері
Электродинамиканың мектептік курсының оқу материалы абстрактілігімен және
күрделілігімен ерекшеленеді, сондықтан, оны оқытуда көрнекілікке елеулі
назар аударған жөн: физикалық эксперимент, аналогиялар мен үлгілік
бейнелер, компьютерлік, видео материалдар, схемалар, сызбалар (сүлбе),
кестелер және т.б.
Физиканы оқытуда физикалық экспериметке жетекші рөл беріледі. Ғылымда да,
оқытуда да негізге алынатын фундаменталдық тәжірибелерге ерекше маңыз
беріледі. Электродинамика курсында фундаменталдық тәжірибелер өте көп. Орта
мектепте бұлардың негізгілерін ғана оқытуға мүмкіндік бар. Атап айтқанда,
олар:
Электрлік зарядтардың арасындағы әсерлесу күштерінің зарядтардың модульдары
мен арақашықтықтарына тәуелділігін анықтайтын Кулон тәжірибесі;
Магнит тілшесіне электр тогының әсерін анықтайтын Эрстед тәжірибесі;
Параллель токтардың өзара әсерлесуіне қатысты Ампер тәжірибесі;
Токтың күші мен кернеудың арасындағы тәуелділікті анықтайтын Ом
тәжірибелері;
Электромагниттік индукцияға қатысты Фарадей тәжірибелері;
Электромагниттік толқындар қасиеттерін алуға және анықтауға қатысты Герц
тәжірибесі;
Металдардағы ток тасымалдаушылардың табиғатын анықтауға қатысты Рикке
тәжірибесі;
Металдардың электрондық өткізшгіштігін дәлелдейтін Толмен және Стюарт,
Мандельштам және Папалекси тәжірибелері;
Электрдің атомдық құрылысын растаған және элементар электр зарядын
есептеуге мүмкіндік беретін Милликен және Иоффе тәжірибелері;
Санақ жүйенің артықшылығы анықталмаған Майкельсон және Морли тәжірибелері;
Жарық жылдамдығын өлшеуге қатысты Ремер, Физо және басқа ғалымдардың
тәжірибелері;
Жарықтың толқындық қасиетін байқаған Юнг тәжірибесі және т.б.
Келтірілген фундаменталдық тәжірибелердің кейбіреулерін (мысалы Иоффе және
Милликен тәжірибелері) мектепте жүргізбей тек қана суреттерден түсіндіреді.
Басқаларын (мысалы, Фарадей тәжірибелері) жаңа мектептік құралдардың
көмегімен елеулі түрде көрсетіледі. Сондықтан, сәйкес ғылыми мәселелерді
шешу оқушылардың көзқарасында оңай сияқты болып қалыптасуы мүмкін.
Сол үшін, мектептік құралдар арқылы фундаменталдық тәжірибелерді
жүргізгенде, іс жүзінде ғалымдар қандай қиыншылықтарға тап болғандарын
оқушыларға айтып өту керек.
Электродинамиканы оқытқанда фундаменталдық тәжірибелерден басқа да
тәжірибелерді де өткізген жөн, мысалы үшін, электродинамиканың мәнісін
анықтайтын тәжірибелер (өрістің электрлік және магниттік болып бөлінуінің
салыстырмалдылығы, қозғалыстағы зарядта электрлік және магниттік өрістердің
қатар болуы және т.б.) және физикалық шамалардың арасындағы сандық
тәуелділіктерді анықтайтын тәжірибелер. Физикалық эксперимент тек қана
электр зарядтардың әсерін ғана бейнелейді, ал зарядтардың өздері
байқалмайды. Осыған құбылыстың физикалық мағынасын игергенде үлгілер мен
аналогиялар, ойша эксперименттің үлкен пайдасы бар.
Электродинамика негіздерін зерттегенде келесі модельдер қолданылады:
еркін электрон;
электрондық газдың моделі;
өткізгіш пен диэлектриктің моделі;
өткізгіштің, диэлектриктің, жартылай өткізгіштің зондық моделі.
Материалдық моделдер ең жеңіл қабылданады. Алайда, электродинамиканы
зерттегенде негізінен ойша моделдер қолданылады. Бұлар оқушылардың белгілі
бір дәрежеде абстрактілік ойлауларын болуын қажет етеді.
Электормагниттік құбылыстарды зерттегенде аналогияларды қолдануға болады,
мысалы үшін: гравитациялық және электростатикалық өрістердің арасындағы,
өзіндік индукция мен инерция арасындағы, термоэлектрлік эмиссия мен сұйық
буланының арасындағы аналогиялар және т.б. аналогиялар. Кей жағдайда
сабақтың көрнекілігін арттыру үшін материалдардық модел-аналогиялар
қолдануға болады. Электродинамика негізінен бұлар көрсетіледі:
а) электр тізбегіндегі процесстерді түсіндіруге арналған механикалық
модель. Мұндағы шариктің ауырлық күшінің әсерінен төмен сырғуы, электр
зарядтың ішкі тізбектегі электр өрісі әсерінен орын ауыстыруына ұқсас.
Шарикті көлбеу жазықтықпен жоғары шығаруға кеткен жұмыс, ток көзіндегі
сыртқы күштердің жұмысына ұқсас;
ә) металдардағы электр тогы – бұл электрондардың қозғалысы болып
табылатынын дәлелдеген Стюарт және Толмен, Мандельштам және Папалекси
тәжірибелерін түсіндіруге арналған электрондардың инерциалдық қозғалысының
механикалық моделі.
Электромагниттік толқындарды зерттегенде радиоқабылдағыш, радиотелеграфтық
және радиотелефондық байланыстың линиялары, электромагниттік толқындардың
таралуы және ақпаратты арақашықтыққа жеткізу модельдерін қолданады.
Берілген құбылыстың немесе ұғымның ұқсас зерттеліп жатқан материалдық тек
кейбір жағын ғана көрсететінін айтып өту керек, ал модельдер нақты
материалды объектілердегі процестерге қандай да бір өзгерістер мен
ықшамдатулар енгізіледі.
Нақты экспериментті өткізуге мүмкіндік болмаса ойша эксперимент жүргізеді
(мысалы үшін, зарядталған денелердің әр түрлі есептеу жүйесінде өзара
әсерлесулері, арнайы салыстырмалы теорияның постулаттарын және одан шығатын
салдарды зерттегенде).
Электродинамика бөлімінің тағы да бір ерекшелігі, онда политехникалық
материалдар көп болады.
2.2 8-10 сыныптардағы электромагниттік өріс ұғымдары
8-сыныпта электрлену, электр зарядтар, зарядтардың әсерлесу ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе (электр және магнит өрісі ұғымдарының динамикасы) 3
1. Мектеп физика курсындағы электромагниттік өріс ұғымына ғылыми
талдау
9
1.1 Электр және магнит өрістері
-
1.2 Магнитизм құбылысына қазіргі заманғы көзқарас
10
1.3 Магнитизм табиғаты
19
1.4 Электр және магнит өрістерінің ерекшеліктері
70
1.5 Өріс және зат ұғымдары
80
2. Электромагниттік өріс ұғымдарын әр түрлі сыныптарда қалыптастыру
негіздері
85
2.1 Электродинамиканың мектеп физика курсындағы ерекшеліктері
-
2.2 8-10 сыныптардағы электромагниттік өріс ұғымдары 88
2.3 10 сыныпта электромагниттік өріс ұғымын қалыптастыру әдістемесі
96
2.4 Құйынды электр өрісі. Электрлімагниттік индукция
99
3. Педагогикалық эксперимент
116
Қорытынды
К І Р І С П Е
Магнит ұғымы алғаш рет өзіне тартатын магнетит тасы
өндірілген Грецияның Магнесса қаласының құрметіне соның атымен
аталған. Оны Лукрецкий өзінің О природе вещей заттар табиғаты
туралы еңбегінде келтіреді. Ферриттің ктисталының құрылымы өте
күрделі FeO Fe2O3 феррит-шпинелінің құрылысымен сәйкес келеді.
Осындай құрылымға ие болатын кристалдардың магниттік қасиетін алғаш
түсіндірген француз ғалымы Неельге 1970 жылы физика ғылымы бойынша
Нобель сыйлығы берілді. Сонымен магнетиттің сырын ашуға адам
баласының 2,5 мың жылдай уақыты кетті. Бүгін де ол шындыққа адам
баласының қолы толық жетті деп айтуға болмайды.
Магнетиттердің магниттік қасиеттерін алғаш рет тәжірибеде
Пьера де Мерикура Перегирин байқады. Ол шар тәрізді магнетиттен
жасалған денені сондай сопақша етіп жасалған дененің маңына
орналастырып, оның соңғы денені белгілі бір бұрышқа бұратындығын
анықтады. Сонымен қатар Перегина магнит полюсы ұшы деген 1279
ж. ұғымды еңгізді.
Магнетизм магнитсана туралы алғаш еңбекті 16000 жылы
ағылшын ғалымы Гильберт 1544-1603 жазды. Ол өзінек дейінгі
магнитсана туралы орындалған тәжірибелердің барлығын жинақтап,
Перегин тәжірибесін қайтадан қайталады. Гильберт магнетиттен
жасалған табақты, жердің үлгі-моделі ретінде қарастырып, Жердің
магниттік қасиетке ие болатынын дәлелдеді.
Магниттік құбылыстарға материалистік көзқарастарды Гильберт
пен француз ғалымы Декарт 1596-1650 қалыптастырды. Декарт магниттік
бұрандалар винтик жердің терең қойнауының бір полюсынан шығып,
екінші жағына полюсіне енеді деген тұжырымға келді. Голландиялық
ғалым Бургманс 1778 парамагнетиктердің магнитке тартылатындығын,
диамагнетиктердің тебілетіндігін тәжірибеде байқады.
Электромагниттік құбылыстар адам баласына біздің жыл
санауымыздан 2500 белгілі болғанынан қарамастан ол туралы алғаш
ғылыми тәжірибені дат физигі Х.Эрстед 1820 жылы орындады. Ол
тұрақты токтың магнитке әсерін бақылау отырып, алғаш рет электр
тогы мен магнит арасындағы байланыстың барлығын дәлелдеді.
Сондықтан осы 1820 жылы магнитсананың ғылым ретінде алғашқы
кезеңінің басталған жылы болып саналады. Дененің магниттік қасиетін
зерттеу Эрстед тәжірибесінен кейін кеңейе түсті. Магнитсананың даму
тарихын шартты түрде төрт жарты ғасырлық кезеңге бөліп қарастыруға
1820-1870, 1870-1920, 1920-1970, 1970... болады. Эрстед
тәжірибесінен кейін жеті күн өткен соң Франция ғылым
академиясының отырысында жасаған баяндамасында француз ғалымы
Анрике Ампер 1775-1836 магниттік қасиетке ие болатын заттарда
денелерде молекулалық токтардың болатындығы туралы ғылыми болжам-
гипотезасымен бірге ток пен магнетиктердің эквиваленттілігі туралы
теоремасын дәлелдеді. Осы уақытқа дейін заттың атомдық құрылысы
туралы ғылымда ешқандай мәлімет кездеспейтін. Ампер гипотезасы
зат құрылысын зерттеудің бастамасына айналған революциялық пікір
еді. Содан кейін М.Фарадей 1831 жылы электромагниттік индукция
заңын ашып, Бургманс тәжірибесін қайталай отырып , ғылымда диа
және парамагнитсана диа и парамагнетизм туралы ұғым
қалыптастырды. Магнит өрісі туралы ұғымды да ғылымда осы
жылдары Фарадей еңгізді. Ол денелердің диамагниттік қасиетін зерттей
отырып, 1845 жылы магнит өрісіне еңгізілген шынының поляризация
жазықтығының бұрылатындығы туралы құбылысты ашты. Сонымен
магнитсананың дамуының бірінші жарты ғасырлық кезеңі период
Максвелл теңдеулерінің жазылуымен аяқталды.
Магнитсананың дамуының екінші кезеңі ферромагнетиктердің
магниттік қасиеттерін сыртқы магнит өрісіне байланысты зерттеуден
басталды. ХІХ ғасырдың екінші жартысында 1871 ж. орыс ғалымы
А.Г.Столетов 1839-1896 өзінің О функции намагничивания железа -
темірдің магниттелуі туралы еңбегінде магнит өтімділігінің
сыртқы магнит өрісінің кернеулігіне тәуелділігін тәжірибе жүзінде
зерттеп, оның сызықтық функция болмайтындығын дәлелдеді. ХІХ
ғасырдың 90-жылдарында теріс зарядталған бөлшек электронның барлығы
дәлелденді. Нидерлан ғалымы Зееман 1865-1943 1896 жылы магнит
өрісінде спектрлік сызықтардың бөлінетіндігін екінші бір нидерлан
ғалымы Хенрик Антон Лоренц 1853-1928 осы құбылыстың
электрондық теоремасын жасады. Сонымен қатар ағылшын ғалымы Джозеф
Лармор 1857-1942 1897 жылы электрон қозғалысының магнит
өрісіндегі прецессиясы туралы теоремасын дәлелдеді.
Осы жылдары француз Пьер Кюри 1859-1906 диамагниттер мен
парамагниттердің қабылдағыштықтарының температураға кері
пропорционалдығын тәжірибе жүзінде анықтады. Поль Ланжевен 1882-
1946 1905 жылдары Ампердің молекуларлық ток туралы гипотезасы
мен Лармор теоремасы және Лоренцтің электрондық теориясына сүйене
отырып, диа және парамагнитсананың классикалық теориясын жасады.
Пьер Эрнест Вейсс 1865-1940 1904-1907 жылдары
ферромагнетиктердің ішінде қаныққан магниттеуге ие болатын
облыстардың, аймақтардың адомендердің барлығын, ішкі молекулалық
токтар гипотезасына сүйене отырып, дәлелдеді. Ферромагнетиктердегі
домендық құрылымды тәжірибеде бір-біріне тәуелсіз неміс физигі
Биттер мен орыс физигі Н.С.Акулов байқады. Ол әдісті Биттер-Акулов
әдісі деп атайды. Осы жылдары В.К.Аркадьев 1884-1953
ферромагниттердің айнымалы магнит өрісіндегі қасиетін зерттей отырып,
жоғары жиілікті электромагниттік толқынның ферромагнетиктерде
жұтылатындығын, яғни ферромагниттік резонанс құбылысын зерттеді.
Осымен магнитсананың дамуының екінші жарты ғасырлық кезеңі
аяқталды.
Магнитсананың үшінші периоды кезеңі Вольфанг Паулидің 1900-
1958 1920 жылы магнитсанаға Бор магнетонын МБ еңгізумен
басталады.
1925 жылы Сэмюэл Гаудсмит 1902-1979 және Джордж Юджин
Уленбек 1900... электрон спинінің меншік қозғалысын барлығын
ашты. Содан кейін Гейзенберг, Френкель, Болх алмасу энергиясына
негізделген ферромагнетиктердің кванттық теориясын қалыптастырды. Ол
IS=f(H) магниттелудің кристаллдың жақтары мен қырларына байланысты
өзгеретіндігінің теориясын жасады. Бір сөзбен айтқанда магниттік
анизотропия туралы теория пайда болды.
Енді магнитсананың үшінші және төртінші кезеңдерін тізбелеп
жатпай-ақ, оның негізгі бағытына тоқталсақ та болады.
Кез келген ғылымның дамуы өндірісті өркендететін болса,
керісінше оның өркендеуі ғылым алдына жаңа проблемалар қойып
отырады.
Өткен ғасырдың 20-30 жылдарындағы өндірістің дамуы оған
қажетті үлкен магниттік қасиетке ие болатын магнит материалдарды
іздеп табуды қажет етеді. Осы жылдары таза металл
ферромагнетиктердің және олардың қорытпаларының магниттік қасиеттері
зерттелді.
Екінші дүниежүзілік соғыстың соңына қарай жоғары жиілікті
ЖЖТ техниканың дамуына байланысты Фуко тогы аз бір жақты
өткізгіштікке ие болатын, магнит материалдар іздестіру қажет болды.
Осындай магнитті материалдарға МеО Fe2O3 сияқты химиялық
қоспалардың ие болатындығы дәлелденді. Енді магнитсанада
ферромагнетиктер физикасына ферриттер физикасы деген тарау келіп
қосылды. Ферриттер негізінде радиоауқымында радиодиапазонында, ЖЖТ,
лазерлік техникада, ЭЕМ қолданатын жаңа материалдар болып табылады.
Сондықтан мектеп бітіруші жастарға магниттік құбылыстар
физиканың ғылыми негізі етіп таныстыруда мектеп физика пәнінің
мұғалімінің алдына қоятын басты мақсаттарының бірі болуы керек.
Электрлік әсерлесулердің табиғатын түсіндіру үшін Ньютон эфир (грекше –
сияқты, бәлкім, көрініп тұрғандай деген сөз) гипотезасына сүйенеді.
Ньютонның көзқарасы бойынша магнетизмнің, электрдің және гравитацияның
ұқсастығы күштердің материалдық тасымалдаушылары бір болғандығынан, және ол
эфир болып табылады деп түсіндіреді.
1756 жылы Ломоносов электр құбылыстары эфир бөлшектерінің қозғалысынан
туындайтыны туралы гипотеза ұсынады.
Бұл идеяны кейін Эйлер дамытады. Ол электр процестерін механикалық
қозғалыстарына әкеп тірейді. Ол салмақсыздық концепциясының нақты бейнесін
ұсынды. Электр разрядты эфирдің күйі деген ой айтты.
1771 жылы Кавендиш электрді – серпімді, сығылмайтын сұйық деп болжайды.
Электромагнетизмнің дамуына, 1820 жылы Эрстедтің магнит тілшесіне токтың
әсер етуін ашуы үлкен ықпал берді. Араго ??? тогы бар өткізгіштің магниттік
қасиеттері болатынын көрсетті. Ампер электродинамикасында токтың магниттік
әсерін магнит полюстері арасында әсер ететін орталық күштермен түсіндірді.
Алайда, әсерлесетін элементтерді қосатын радиус-вектордың бағыты мен
тәжірибеде анықталған магнит күштерінің бағыты өзара перпендикуляр болып
шықты. Бұл жағдайға ол кездегі физиктердің мән бермеуі таң қалдырмай
қоймайды. Токтардың әсерлесуі – электр тартылу мен тебілудің дербес жағдайы
деп түсіндірілді.
Фарадейдің кезінде алыстан әсер еті концепциясы үстем болды. Оның
дұрыстығына ешкімнің күдігі де болмады. Осындай жағдайда Фарадей бұл,
алыстан әсер ету концепциясына (барлық әсерлесулер кез-келген арақашықтыққа
таралады деген сөз) батыл түрде қарсы шықты. Бұл уақытқа дейін химиямен
айналысқан Фарадей, барлық күш-жігерін электромагнетизмге бұрады. 1816-1862
жылдар бойы ғылыми жұмыспен айналысудың нәтижесінде, оның ерекше
көзқарасы қалыптасты. Оның ерекше көзқарасы мәнісіне тоқталайық:
Электр флюидтер болмайды. Электр - заттың атомдарымен байланысты (Франклин
бойынша заттардағы электр құбылыстардың болуы, оларда ерекше субстанция
болатындығынан деп түсіндірілді. Материяның ерекше түрі болып табылатын бұл
субстанцияның – флюид деген атағы болған);
2) Алыстан әсер етудің болуы мүмкін емес, электр және магнит күштері қисық
сызықтармен таралады, ол сызықтардың конфигурациясы ортаның қасиеттеріне
байланысты (жақыннан әсер етудің мәнісі осы).
ХІХ ғасырдың 30-жылдарында алыстан әсер ету концепциясының күшті
математикалық жабдықталуы болды. Ал тогы бар өткізгіштің маңайында құйын
болуы, магниттің айналасында магниттік атмосфера, ал зарядталған
денелердің айналасында электрлік атмосфера болады деген ойдың
математикалық негізі болмады. Фарадейге дейін жақыннан әсерлесу концепциясы
философиялық сипатта болды. Фарадей ашық түрде алыстан әсер ету
концепциясына қарсы шықты. Яғни күштің түзу сызық бойынша таралады деген
мәселені жоққа шығарды. Ол жақыннан әсерлесудің потенциалдық мүмкіндігіне
зор сенімде болды және өзінің ерекше көзқарасын бірте-бірте нығайта отырды.
Фарадей жақыннан әсерлесу концепциясын физикалық зерттеудің бір құралына
айналдырды. Фарадей физикалық өріс концепциясына келіп, өріс ұғымын
пайдаланғанымен, басында оған анықтама бермейді.
Фарадей бойынша, электрленген дене электр өрісін туғызады.
Электр өрісін оқытпастан бұрын, қысқаша электр әсерін базалық факт ретінде
айтып кетуге болады. Электр әсерлесу мысалына Ньютонның тәжірибесін
келтірейік. Темір сақинаға қойылған шынының астына қағаз үгінділері
салынады. Шыныны үйкеген кезде қағаздар оған тартылып, кейін тебілі, одан
қайта тартылып және т.с.с. болады. Бұл тәжірибені Ньютон 1675 жылы
жүргізген.
Сонда электр әсері қалай беріледі? Дыбыс ауа арқылы берілетіні белгілі,
мүмкін электр өрісі де ауа арқылы немесе басқа да заттар арқылы беріледі
ме?
Ньютоннан кейін, Бойль Генрикенің тәжірибесін қайталады. Нәтижесінде,
электрленген дене электрленбеген денені тартумен қоса, өзі де оған
тартылатынын байқады. Бойль электр әсері вакуум арқылы да берілетінін
көрсетті.
1749 жылы құрылған Франклиннің теориясы бойынша электрленген денелердің
маңайында электр атмосфера болады деп саналған. Атмосферамен таныс
болғандықтан, бұл ойды оқушылар оңай елестете алады, нәтижесінде, электр
өрісі ұғымын оңай түсінеді.
1759 жылы Петербургте академик Франц Ульрих Теодор Эпинустың электр және
магнетизм теориясының тәжірибесі атты кітабы шығады.
Эпинус Франклиннің электр сұйық туралы гипотезасын қолдайды: Барлық электр
құбылыстарын жүзеге асыратын қандай да бір сұйықтық бар, ол электр сұйығы
деп аталады, сұйық өте икемді (эластикалы) әрі нәзік, оның бөлшектері
әжептеуір үлкен арақашықтықтан да тебіледі.. Материя бұл сұйықтың
бөлшектерін өзіне тартады.
1. Мектеп физика курсындағы электромагниттік өріс ұғымына ғылыми
талдау
1.1 Электр және магнит өрістері
Электродинамика макроскопиялық, микроскопиялық және кванттық
электродинамика болып үшке бөлінеді. Орта мектепте макроскопиялық –
максвелл электродинамикасы оқытылады. Макевелл электродинамикасы
классикалық механикадағы Ньютон заңдары немесе термодинамикадағы
термодинамика заңдарының рөлін атқарады. Максвелл электродинамикасында
электромагниттік өрісті (ЭМӨ) электр өрісінің кернеулігін -векторының
магнит индукция векторының шамалары арқылы сипаттайды. Максвелл
теориясында ортаның қасиеті диэлектрлік өтімділік, М магниттік
өтімділік және меншікті электр өткізгіштік сияқты үш шамамен
сипатталады. Жалпы жағдайда кеңістіктегі ЭМӨ аталған екі векторының алты
проекциялары: Ех, Еу, Еz, Вх, Ву, Вz арқылы өрнектеліп қана қоймайды
сонымен қоса олардың арасындағы өзара байланысты да қарастырады. Денедегі
ЭМӨ-ті сипаттау үшін D электр ығысу (электр индукция), Н магнит өрісінің
кернеулігі деген физикалық параметрлер енгізіледі. Қазіргі мектеп курсында
электродинамиканың, ЭМӨ-тің негізгі сипаттамасы ретінде электр өрісінің
кернеулік векторы мен магнит индукция векторыВ-на сүйене отырып
сипаттайды.
Өрістің жіктелуінің класификациясын мынадай түрде көрсетуге болады.
рис 43
Жоғарғы класстарда Макевелдің идеясын қазіргі заманғы релятивистік
механика тұрғысынан түсіндіруге болады.
1.2 Магнитизм құбылысына қазіргі заманғы көзқарас
Магнит ілімі туралы түсінікті Кулон заңымен салыстырмалы теорияны
пайдалана отырып әрі қарай дамытуға болады. Арақашықтықтары болатын
жылдамдығымен кеңістікте қозғалатын және зарядтарының
өзара әсерлесуін қарастырайық.
К системасына қарасты K1 системасы тұрақты жылдамдықпен қозғалатын
системада және зарядтары қозғалмай тыныштықта тұрсын деп
жориық.
1 сурет. Кеңістікте жылдамдығымен қозғалатын және
зарядтарының арасындағы Кулондық өзара әсерлесу
Қозғалыстағы K1 системасындағы және зарядтарының өзара
әсерлесу күші Кулон заңы бойынша анықталады.
(9.6)
мұндағы вакуумның диэлектрлік тұрақтысы
Қозғалмайтын К системасына қатысты және зарядтары
жылдамдығымен қозғалады. Онда өзара әсер күші күшіне өзгереді
де, оны Лоренц өзгертуін пайдалана отырып, былай жазуға болады.
(9.7)
Сонда (9.6) теңдеуін ескере отырып, (9.7) теңдеуді қайтадан жазайық.
Енді мынадай белгілеулер енгізейік:
электростатикалық әсерлесу күші
зарядтардың магниттік өзара әсерлесу күші
Сонда
(9.8)
Жоғарыдағы өрнектерден зарядтардың электрлік және магниттік өзара
әсерлесу күштерінің қатынасы жылдамдығымен жарық жылдамдығының “c”
қатынасымен анықталатындығы көрінеді.
немесе (9.9)
Олар зарядталыған бөлшектердің жылдамдығы жарық жылдамдығын жуықтағанда
- ғана бір-бірімен теңеседі. Бірақ зарядаталған бөлшектің жылдамдығы
аз болғанымен де магниттік әсерді ескермеуге болмайды. Олай болса, магнит
өрісінің табиғаты зарядатлған бөлшектердің жылдамдығына тәуелді р е л я т
и в и с т і к э ф ф е к т болып табылады.
а) Егер болса, онда
б) Егер онда
Шындығында күшінің әсері материяның ерекше формасы магнит өрісі
арқылы беріледі. Электр өрісінің көзі заряды болып, заряды
сынақшы заряд болатын болса, онда электр өрісінің кернеулік векторы
Электр өрісінің ұғымына сүйене отырып магнит өрісінің сипаттайтын В
магнит индукция векторының шамасын енгіземіз. Сонда арақашықтықта
орналасқан зарядының тудыратын магнит өрісінің индукциясы
(9.10)
мұндағы магнит тұрақтысы
Магнит өрісінің сынақшы зарядқа әсер ететін күшін Л о р е н ц к
ү ш і деп атайды.
(9.8)
күшінің бағыты мен векторлары жататын жа-зықтыққа
әрқашан перпендикуляр болады (9.5 сурет).
2. сурет. Магнит өрісіндегі оң және теріс электр зарядына әсер ететін
Лоренц күші
Ұзындығы болатын тогы бар өткізгішке магнит өрісінде В Ампер
күші (9.6 сурет) әсер етеді.
м±ндаѓы
Егер болып, оған магнит өрсінің индукция векторы болса, онда
(9.12)
тоѓы бар µткізгішке єсер ететін Ампер к‰ші деп атайды.
Шындығында Ампер күшін өткізгіштегі заряд тасы-малдаушылар арқылы
оның кристалдық торына берілетін Лоренц күші ретінде елестетуге болады.
3 сурет. Магнит өрісінде тогы бар өткізгішке әсер ететін Ампер
күші
Тогы бар өткізгіш маңындағы пайда болатын магнит өрісін сипаттайтын Био-
Саавара Лаплас заңы жоғарыда келтірілген талдау негізіне сүйеніп
енгізілген.
Барлық магнит өрісін сипаттаушы шамалар электр зарядының қозғалыс
жылдамдығының функциясы болып табылады. Сондықтан барлық магнит
өрісін сипаттайтын шамалар нөлге ұмтылады.
зарядтардың магниттік өзара әсерлесу күші,
магниттік индукция,
Бұл өрнектерден зарядтардың магниттік өзара әсерлесулерін, зарядтардың
кеңістіктегі қозғалысы арқылы пайда болатын олардың электрлік өзара
әсерлесулері ретінде қарастыруға болады.
Олай болса электр бейтарап бөлшек нейтронның магнит моментінің
болатындығын қалай түсіндіруге болады? Тәжірибе арқылы нейтроннан
зарядталған бөл-шектредің шашырауы арқылы нейтрон тек бүтін күйінде ғана
бейтарап, ал шындығында нейтронның электрлік құрылысы күрделі екендігі
дәлелденді. Нейтрон зарядталған бөлшектер кварктермен липтондардан тұрады.
Олардың қозғалысы нейтрон ішінде магнит моментін тудырады. Сондықтан
нейтрон магнит моменті де магнит құбылысының зарядталған бөлшектердің
қозғалысынан пайда болатындығында жоққа шығармайды.
Магнит зарядтарының өзара әсерлесуі байқалатын өлшемі, олардың
жылдамдықтарының жарық жылдамдығына қатынасымен анықталады. Көп электронды
атомдардың ядросына жақын кеңістікте қозғалатын электрондар үшін бұл
қатынас
Яғни магниттік және Кулондық әсерлесу энер-гияларының қатынасы
Ауыр атомдардың ядроға жақын орналасқан элек-трондарының жылдамдығы
жарық жылдамдығына жақын болады. Сондықтан бұл электрондардың
магниттік өзара әсерлесулері, олардың электрлік әсерлесулеріне тең.
Атом өлшеміндегі магниттік, электрлік және гравитациялық өзара
әсерлесулердің энергияларының қатынасы
Бұл қатынас магниттік әсерлесу мен оның энергиясы электрлік
әсерлесулердің сәйкесті шамаларынан аз болғанымен материяның құрылысы мен
қасиетін анықтауда үлкен роль атқарады.
4 сурет. Жылдам электрондардың нейтронда шашырауынан алынған нейтрон
ішіндегі электр зарядтарының таралуы.
Жоғарыда біз магнит зарядының табиғатта кез-деспейтіндігіне көз
жеткіздік немесе оның осы күнге дейін ғылымға белгісіздігін дәлелдедік.
Олай болса магнит өрісін токтың материалмен өзара әсерлесуінің нәтижесі
ретінде ќарастырады.
Қозғалмайтын электрзаряды тұрақты электр өрісін тудырса , ал
тұрақты электр тогы тұрақты магнит өрісін тудырады
Егер сыртқы магнит өрісі материалды ортаға енетін болса, онда оның
атомдарымен (молекулалар) әсерлесулерінің нәтижесінде ол өз шамасын
өзгертеді. Сонда сыртқы магнит өрісінің әсерінен материалда ішкі
микроскопиялық магнит өрісі пайда болады. Осы ішкі микроскопиялық магнит
өрісін сыртқы магнит өрісінен айыру үшін магнит индукциясы
деген ұғым енгізелген. Материалдың магниттелуін сипаттауда молекулярлық
токтардың ролін сан жағынан бағалау мақсатында дененің магниттелуі
ұғым енгізілген.
Бұл шама электрондардың орбиталық және спиндік магнит моменттерінің бір
өлшем көлемге келетін магнит моменттерінің мәнін береді. Осы
келтірілген магнит индукциясы мен магниттелу шамаларының
айырымы, ортадағы магнит өрісінің кернеулігін береді.
(9.13)
Сонымен (9.13) өрнектегі ,, шамаларының барлығы белгілі бір
магнит өрісін сипаттайтындықтан олардың өлшем бірліктері де бірдей болады.
Ол 9.2 кестесінде келтірілген. Бірақ ол өрістердің қандай өріс шамасын
сипаттайтын ара жігін ұмытпаған жөн.
Сонда магниттелу мен сыртқы магнит өрісінің кернеулігі
арасындағы байланыс
мұндағы коэффициентін заттың магниттік қабылдағыштығы деп атайды.
Яғни заттың магнит өрісінің сыртқы магнит өрісін қанша есе күшейтетін
көрсететін коэффициент.
Магниттелген ортадағы зарядталған бөлшекке әсер ететін жиынтық магнит
өрісін сипаттау үшін магниттік индукция шамасы енгізіледі.
Мұндағы ортаның абсолюттік магнит өтімділі
гі, ортаның салыстырмалы магнит өтімділігі деп аталады.
Енді негізгі магниттік шамалардың СГСМ және СИ системаларындағы өлшем
бірліктерін келтірейік.
9.2. кесте
СГСМ және СИ системаларындағы магниттік шамалар мен олардың өлшем
бірліктері
Шамалардың Өлшем бірліктері Өлшемдер
аттары арасындағы
қатынастар
СГСМ СИ
1 Магнит Эрстед ампер Ам 1 э=103 Ам
өрісі (э) метр
2 Магниттелу Гаусс ампер Ам 1Гс =103 Ам
(Гс) метр
3 Магниттік Гаусс тесла Тл 1Гс=10-4 Тл
индукция (Гс)
4 Магниттік өлшемсіз
тұрақты
Сыртқы магнит өрісіне енгізілген заттардың магнит қабылдағыштығының
шамасы мен таңбасының өзгеруіне қарай табиғатта кездесетін заттарды бес
топқа бөледі.
9.3 кесте
Магнит қабылдағыштығының таңбасы мен шамасына қарай магнетиктерді жіктеу
Магнетиктер-Таңбасы Сипаттай-Ескерту
дің аттары тын шама
1 Парамагнит 10-2-10-5Н=0 магнитті
реттелген
құрылымға ие
болмайды
2 Диамагнит 10-4-10-5
3 Ферромагнит 103-105 Металдар
4 Антиферро-ма 10-4-10-6Н=0 магнитті
гнит реттелген
құрылымға ие
болады
Ферримагнит 102-104 Жартылай
өткізгіш
немесе
диэлектрик
1.3 Магнитизм табиғаты
Тәжірибеде анықталғандай магнит өрісіне енгізілген кез-келген зат
магниттеледі. Бұл құбылыстың себебін атомдар мен молекулалардың құрылысы
негізінде қарастырайық, ол үшін Ампер гипотезасына сүйенеміз. Ампер
гипотезасы бойынша электронның атомдар мен молекулалардағы қозғалысынан
туындайтын макроскопиялық токтар кез-келген денеде болады.
Магниттік құбылыстарды сапалық жағынан сипаттау үшін атомдағы электрон
дөңгелек орбитамен қозғалатын деп жуықтаймыз. Осындай орбитамен қозғалатын
электрон дөңгелек токқа эквивалентті. Сондықтан
Рm
Рm
І
r e
I
v
Le
Тоғы бар рамкада Pm магниттік Ядроның айналасындағы электронның
момент векторы болады тудыратын І тоғының да магниттік
моменті бар.
5-сурет.
оның орбиталық магнит моменті болады. Оның модулі (17-сурет).
Мұндағы, - ток күші (), электронның орбитамен айналу
жиілігі, - орбита ауданы, орбита жазықтығының нормалі. Егер
электрон сағат тілшесінің бағытымен қозғалатын болса, онда ток сағат
тілшесінің бағытына қарама-қарсы бағытталады және вектор - оң бұранда
ережесі бойынша электрон орбитасының жазықтығына перпендикуляр бағытталады.
Екінші жағынан, орбитамен қозғалатын электронның механикалық импульс
моменті болады, оның модулі
мұндағы,
векторы электронның механикалық орбиталдық моменті деп аталады, оның
да бағыты оң бұранда ережесімен анықталады.
Ғалымдардың дәлелдегені бойынша электронның меншікті механикалық момент
импульсі де болатыны анықталды, ол спин деген атақ алды. Спиннің
пайда болу себебі, электронның өз осі бойымен айналуынан деп болжамдалды,
бірақ бұдан көп қарама-қайшылықтар туды. Бүгінгі физика пайымдауы бойынша,
спин – электронның ажырамас қасиеті болып табылады. Электронның
спиніне меншікті магнит моменті сйкес келеді. Оның бағыты - ке
қарама-қарсы.
Меншікті магнит моментінің векторына проекциясы тек екі мәннің бірін
қабылдайды:
мұндағы, ( Планк тұрақтысы), Бор магнитоны – электронның
магнит моментінің бірлігі болып табылады.
Жалпы жағдайда, электронның магнит моменті орбиталдық және спиндік магнит
моменттерінен құралады. Олай болса, атомның магнит моменті оның құрамына
кіретін электрондардың және ядроның (ядроға кіретін протондар мен
нейтрондардың ) магнит моменттерінен құралады. Алайда, ядролардың магнит
моменттері электрондардың магнит моменттерінен мыңдаған есе кем, сондықтан
оларды елемеуге болады.
Сонымен, атомның (молекуланың) жалпы магнит моменті , атомға кіретін
электрондардың магнит моменттерінің қосындысына тең:
Кез-келген дене магнетик болып табылады, яғни магнит өрісінің әсерінен
магнит моментіне ие болуға (магниттелуге) қабілеті бар. Бұл құбылыстың
механизмін түсіну үшін магнит өрісінің атомда қозғалатын электрондарға
әсерін қарастыру қажет.
Ықшамдау үшін, атомдағы электрон дөңгелек орбитамен қозғалады делік.
B
Pm (
6-сурет
Егер электрон орбитасы векторына қатысты ерікті түрде
ориентацияланған болса және онымен бұрыг жасайтын болса (18-сурет),
онда магнит моментінің векторы бұрышын тұрақты сақтап бағытын
қандай да бір бұрыштық жылдамдықпен айналатындай, электрон маңайында
белгілі бір қозғалысқа келетінін дәлелдеуге болады.
Электронның мұндай қозғалысын дөңгелек токқа балауға болады. Микроток
сыртқы магнит өрісімен индуцирленгендіктен, Ленц ережесі бойынша атомда
сыртқы өріс бағытына қарама-қарсы магнит өрісінің құраушысы пайда болады.
Атомдардың осындай магнит өрістері жинақталып сыртқы өрісті әлсірететін
заттың меншікті өрісі туады. Бұл эффект диамагниттік эффект деп аталады.
Бұндай эффект байқалатын заттар - диамагнетик деген атақ алды.
Келесі бір топқа жататын заттардың электрондарының магнит моменттері
жылулық қозғалыс салдарынан бейберекет бағытталған. Сондықтан бұл кезде
магнитік қасиет байқалмайды. өріске енгізілген кезде бұндай заттардың
атомдарының магнит моменттері өріс бағытына қарай біразы реттеледі. Осы
кезде заттың меншікті магнит өрісі пайда болып, сыртқы өрісті күшейтеді.
Бұл эффект парамагниттік эффект деп аталып, бұл заттар- парамагнетиктер деп
аталады.
Диамагнетиктер мен парамагнетиктерден өзгеше үшінші топ – ферромагнетиктер
деп аталады. Вейсстің гипотезасы бойынша Кюри температурасынан төмен
деңгейде ферромагнетик көптеген кішігірім макроскопиялық облыстарға –
домендерге бөлінген, доменде қанығу дәрежесіне дейін өзіндік магниттелу
байқалады.
Сыртқы магнит өрісі болмаған кезде жеке домендердің магнит моменттері
бейберекет бағытталып, бір-бірін компенсациялап тұрады. Сондықтан,
ферромагнетиктің қорытқы магнит моменті нөлге тең, яғни ферромагнетик
магнителмеген болады. Парамагнетиктердегідей сыртқы магнит өрісі жеке
атомдардың магнит моменттерін ориентациялайтын болса, ферромагнетиктерде
сыртқы магнит өрісі бүтін доменнің магнитмоментін бұрады. Сондықтан әлсіз
өрістің өзінде магниттелу мөлшері тез өседі.
Сыртқы магнит өрісін нөлге дейін төмендеткен кезде ферромагнентиктерде
қалдық магниттелу байқалады, себебі жылулық қозғалыс домен сияқты ірі
құрылымдарды тез дезориентацияламайды. Кюри нүктесіне қызғаннан кейін
домендік құрылым бұхыла бастайды.
Сонымен, өзіндік магниттелу, магниттік материалда таралуы күрделі.
Магниттік материла көптеген облыстарға бөлінген, олардың әрқайсысында
өзіндік магниттелу Js біртекті, бір бағытта болады. Бұл облыстар домендер
деп аталады. Домендердің белгілі бір пішіні, өлшемі және шекаралық беттері
болады. Бір магниттік өоті кристалдарда (кобальт) тек қана екі
антипараллель магниттік фаза (бір бағыттағы домендер) ғана болады.
7-сурет 8-
сурет
19-суретте негізгі домендермен қоса, өзіндік магниттелу векторы осы
домендерде антипараллель домендер де байқалады. Бұл кіші домендер магнит
ағынын тұйықтайды да, магнит зарядтарының тығыздығын кемітеді, сөйтіп
негізігі доменнің магнитостатикалық энергиясын азайтады. Сондықтан олар
тұйықтаушы домендер деп аталады. 20-суретте магниттік тұйықталған домендік
құрылым көрсетілген.
Домендік құрылымы бұлардан да күрделі материалдар бар.
Кристалл ақаулардың пайда болуы кристалл торында серпімді кернеулер
түзілуіне соғады. Бұл кернеулер пайда болуының негізіг себебі – ақау
маңында электрондық құрылымның өзгеруі болып табылады.
Кристалдық тор ақаулары түзетін кернеулік өрістер домендік құрылымның
магнитті-серпімдік өрістерімен әсерлеседі. Домендердің және доменаралық
шекаралардың магнитті-серпімдік энергиясы өзгереді. Магниттік
материалдардың көптеген қасиеттері негізінен осындай әсерлесулермен
анықталады.
Макроскопиялық ақауларда өзіндік магниттелу үзіліссіздігінің үзілуі пайда
болады. Яғни магнит зарядтары пайда болады. Бұлар магниттік материалдардың
көптеген қасиеттеріне елеулі әсер етеді.
Дислокациялар идеалды кристалл торларына тән атомдардың тәртібін бұзады.
Атомдардың орналасуы бұзылса, біртекті магниттелу едәуір өзгеруі мүмкін.
өзіндік магниттелудің біртексіздігінен туындайтын магнит зарядтары және
дислокациялар маңындағы серпімді өрістер домендік шекаралардың ығысу
процестеріне және спонтанды магнителудің айналуына едәуі әсер етуі мүмкін.
Бұлар болса магниттік материалдардың қасиеттерін анықтайды.
Спонтанды магниттелудің дислокациясының оң және сол жағынан ауытқулары
симметриялы брлып келеді. Бұл ауытқулар белгілі бір магнит зарядтарын
түзеді деп қарастыруға болады. Дислокациялар маңындағы пайда болатын
магнитзарядтарының әсерлесулерін магнит зарядтары үшін Кулон заңымен
сипаттауға боладыү
Домендік шекараның дислокация мен магнитті серпімдік әсерлесу шамасы
магнитостатикалық әсерлесуден жүздеген есе үлкен болады.
Магнит өрісі
Қатты, сұйық, газ тәрізді денелердің электр өткізгіштіктерін
қарастырған уақытта ток жүретін өткізгіштердің ішінде өтіп жатқан
процесстерді қарастырумен шектелген едік. Бірақ өткізгіштерде өтетін
физикалық құбылыстар электр тогының жүруімен шектеліп қалмайды.
Өткізгіштен тұрақты і тоқ жүргенде оның маңында қозғалған электр
зарядтармен бірге тогы бар өткізгіштерге және тұрақты магниттерге
механикалық әсер тудыратын ерекше орта магнит өрісінің пайда
болатындығын тәжірибелер дәлелдеді. Енді осы тәжірибелерге
тоқталайық..
1 тәжірибе. Тұрақты электр тогымен магнит тілшесінің өзара әсерлесуі
Тұрақты электр тогы і жүріп тұрған өткізгіш маңына
орналастырылған магнит тілше өз осінің маңында айнала отырып, тогы
бар өткізгішке перпендикуляр 1-сурет бағытта орналасуға тырысады.
Тогы бар өткізгіш пен магниттік тілше бағытының арасындағы бұрылу
бұрышының шамасы өткізгіштегі і ток күшінің шамасына байланысты
өзгереді. Тогы бар өткізгіштің тудыратын магнит өрісі жердің
магнит өрісінен үлкен болған сайын, магниттік тілше мен тогы бар
өткізгіштің арасындағы бұрыштың шамасы біртіндеп өсе береді. Осы
құбылысты 1820 жылы алғаш дат ғалымы Х.Эрстед ашқан
болатын.Сондықтан Эрстедтің бұл тәжірибесі электромагниттік
құбылыстарды зерттеудің бастамасы деп атауға болады.
Х.Эрстед тәжірибесі электр тогының әсерінен магниттік
тілшенің S полюсінің бұрылу бағыты, токтың жұру бағытына қарама-
қарсы бағыт алатындығын дәлелдеді. Егер өткізгіштегі токтың жүру
бағытын өзгертсек, керісінше құбылыс байқалады.
Әрі қарай әртүрлі пішінді тогы бар өткізгіштер мен
жасалған жоғарыдағыдай тәжірибелер, магниттік тілшелерге тогы бар
өткізгіштің бағыттаушы әсер тудыратындығы толығымен дәлелдеді.
Х.Эрстед өлшемдері бірдей пішінді өткізгіштермен бірге қатты
және сұйық электролиттер арқылы да ток жүргізе отырып, олардың
магниттік тілшелерге әсерін бақылады. Тәжірибе кезінде әртүрлі
өткізгіштерге ие болатын өткізгіштердің түрінің магниттік
тілшелерге әсерінің байқалмайтындығын тек α өзгерісі
өткізгіштерден жүретін ток күшіне тәуелді екендігін көрсетті.
Бұл жерде электр тогы жүретін өткізгіш ортаның тегімен
ондағы электр өткізгіштің басқа физикалық-химиялық сипаты мен
электрндық немесе иондық қоса, оларда жүріп жатқан әртүрлі
процесстер ешқандай роль атқармайды деген қорытындыға келеді.
Содан кейін Гей-Люссак және Д.Араго тұрақты ток жүрген
өткізгіш ішіне орналастырылған темірдің магниттелетіндігін
бақылады. А.Ампер тогы бар параллель өткізгіштердің бойынан әр
бағытта ток жүргенде тебілетіндігін суретте көрсетілген тәжірибе
жүзінде бақылады.
23-сурет
2. тәжірибе. Қозғалмайтын зарядтар мен тұрақты
магниттердің арасындағы әсерлесу.
Компостың магнит тілшесінің жанынан жіпке ілінген жеңіл
диэлектриктен жасалған шарды іліп, оғын электр зарядын беретін
болсақ, онда шардағы қозғалмайтын заряд компостың тілшесіне ешқандай
әсер тудырмайды. Яғни магнит тілшесі қозғалматын зарядқа әсер
етпейді. Бұл тәжірибеден қозғалмайтын электр заряды өз маңында
магнит өрісін тудырмайды, ал екінші жағынан тұрақты магнит өрісі
қозғалмайтын электр зарядына әсер етпейді деген қорытындыға келуге
болады.
3 тәжірибе. Қозғалған электрондардың магнит өрісі.
Қозғалған электрондардың тудыратын магнит өрісінің магниттік
тілшеге әсерін 1911 жылы А.Ф.Иоффе тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Ол
шыны түтікшенің бойынан өтетін электрондық шоғының тудыратындай
токты бойында сондай тогы бар түзу өткізгішпен айырбастай отырып,
өз тәжірибесінің қорытындысын әрі қарай дәлелдей түсті. Сонымен
еркін қоғалған электрондар шоқтары тудыратын магнит өрісі өзінің
табиғаты жағынан өткізгіш бойымен жүретін электр тогының тудыратын
магнит өрісіне эквивалентті пара-пар болатындығын дәлелдеді.
4 тәжірибе. Конвекциялық токтың магнит өрісі.
Конвекциялық токтың тудыратын магнит өрісінде өткізгіштерден
жүретін өткізгіш токтың тудыратын магнит өрісініе пара-пар
болатындығын орыс физигі А.А.Эйхенвальд 1901 орындады. Нәтижесінде
қозғалған: электрон, ион немесе зарядталған дене маңында электр
өрісі мен бірге магнит өрісінің пайда болатындығын дәлелдеумен
аяқтады.
Осы тәжірибелерден кейін барып физикада магниттік құбылыстар
физикасы деп аталатын тарау пайда болды. Сонымен электр тогын
бағытталған, реттелген зарядталған бөлшектердің қозғалысы тудыратын
болса, ал қозғалған зарядтар өз маңында магнит өрісін тудырады,
ол осы өріс маңында қозғалған зарядқа механикалық күшпен әсер
етеді деген қорытындыға келуге болады.
Магнит өрісі электростатистикалық өріс шақты ашық болмайды.
Барлық тұрақты магниттер әртүрлі таңбалы полюстерге бөлінеді.
Олардың N оңтүстік және S солтүстік полюстер деп атауға
келісілген. Аттас полюстер бір-біріне тартылады да, әр аттас
полюстер ұштар бір-бірінен тебіледі.
Тұрақты магнитті бірнеше бөлшекке бөлсекте, оның полюстері
өзгеріссіз қалады, яғни тұйықтығы өзгермейді. Бөлшектердің екі
жағында бөлшектегенге дейінгі полюстер таңбалары сақталады да,
магнит индукция сызығы тұйық болатындығына көз жеткізуге болады.
Бұл тәжірибе тұрақты магнитті бөлшектеу арқылы біртекті N
оңтүстік және S солтүстік полюстерді жеке бөліп алып электр
заряды сияқты жеке қарастыруға болмайтындығын дәлелдейді.
Сондықтан магнит индукция сызығы басталуы мен аяқталуы
байқалмайтын тұйық сызық болып табылады.
Бұдан зарядталған бөлшектер тек молекула құрағанда ғана
тұрақты магниттік қасиетке ие болады деген қорытынды жасауға
болады.
1.4 Электр және магнит өрістерінің ерекшеліктері
ЭМӨ материяның бір түрі. Ол арқылы кеңістік пен уақытқа байланысты
электромагниттік өзара әсер іске асырылады. Осыған дейін мектеп оқушыларына
физиканың негізгі оқулығында электр және магнит өрістері жеке-жеке
қарастырылып келді.
Оқушыларға электр және магнит өрістерінің өте тығыз байланыстылығын
электромагниттік индукция заңына сүйене отырып өте жақсы түсіндіруге
болады. Айнымалы электр (15 сурет) және магнит (16 сурет) өрістері бір
уақытта екінші өрісті тудырады. Бұл да мектеп оқушыларына айнымалы өрісті
қарастырған уақытта беріледі. Мектеп оқушылары. Айнымалы өріс үшін ешқандай
есептеу системасы болмайтындығы оның тек қана электр және магнит құраушысы
болатындығын толық меңгеру қажет. Осы айнымалы ЭМӨ стационар өрістен өзгеше
болады. Мектеп оқушылары ЭМӨ-тің объективті шындық екендігін, оның біздің
санамыздан тыс тұратындығын толық меңгеру қажет. Біз тәжірибе қойған
уақытта қандай да бір есептеу системасын таңдап аламыз. Ол системада ЭМӨ
өмір сүреді. Есептеу системасын таңдау – субъективті. ЭМӨ-тің өмір сүруі
оған тәуелсіз. ЭМӨ-ті электр өрісі мен магнит өрісінің жиынтығы деп
қарастыруға болмайды. Электр және магнит өрістері біртұтас ЭМӨ-тің әр түрлі
жағдайда танылуы.
ЭМӨ зарядталған бөлшекке күштік әсер тудырады. ЭМӨ-те қозғалған
зарядқа әсер ететін күш Кулондық күш пен Лорену күшінің қосындысына тең
болады:
қозғалмайтын зарядқа бұл күштің ЭМӨ-тің тек электрлік құраушысы ғана
әсер етеді. Яғни қозғалмайтын зарядқа әсер ететін күш ЭМӨ-тің
электрлік құраушысының кернеулік векторының шамасын анықтайды
Магнит индукция векторы ЭМӨ-тің магниттік құраушысының күштік
сипаттамасын береді. Магнит өрісі тек қана қозғалған зарядқа ғана әсер
етеді. Бірақ қозғалған зарядқа ЭМӨ-тің электрлік құраушысыда әсер етеді.
ЭМӨ-тің тек магниттік құраушысының әсерін бөліп алып қарастыру үшін электр
құраушысы болатын ал ЭМӨ тек қана магниттік өзара әсерлесу арқылы
сипаттамасын есептеу системасын таңдап алу қажет.
Осы системаны таңдап алуды түсіндіру мектеп оқулықтарында өте
қиындыққа түседі. Осы мақсатта түсіндіру үшін қозғалмайтын тұрақты тоқтың
магнит өрісін немесе тұрақты тоқтың өрісін өткізгіш бейтарап, барлық теріс
зарядтардын электр өрісі бір-бірін жояды да тогы бар өткізгіш тудыратын ЭМӨ
тек магнит өрісі болады.
Е=Е++Е-=0
Е+
Е-
B
9- сурет
Қорытындысында магнит өрісінің зарядқа әсерін тек қана оның магниттік
құраушысының шамасы арқылы сипаттайды.
F=FM (FM- Лоренц күші)
Бұл күштің модулі
FM=qVB sin
Мұндағы бұрышы зарядталған бөлшектің жылдамдығы V мен магнит
индукция В векторы арасындағы бұрыш. В векторының бағыты тәуелсіз
анықталады. В магнит индукция векторының бағыты оң полюсінен сол полюсіне
қарай бағытталады. Магнит индукция бағытын анықтау үшін сол қол ережесі
пайдаланылады.
Егер зарядталған бөлшектің жылдамдығы магнит индукция векторы
-ға перпиндикуляр болса, магнит өрісінін зарядталған бөлшекке әсер
ететін күшінің ең үлкен мәні (FM=qVB) сонда кеңістіктегі магнит индукциясы
векторының модулі магнит индукция сызығына перпендикуляр V жылдамдығы мен
қозғалатын зарядталған оң бөлшекке әсер ететін күштің шамасына тең болады.
Магнит индукция векторына параллель қозғалатын зарядтарға магнит
өрісі әсер етпейді. Бұл қорытынды электр өрісінің кернеулігі мен
магнит индукция векторы ның ерекше айырмашылығы болып табылады.
векторының бағыты қарастырылып отырған нүктеде оң зарядқа әсер ететін
күштің бағытымен сәйкес келеді. Электр және магнит өрістері бір уақытта
әсер еткенде олар бір-біріне әсер етпейді. Осындай өрістің әсерінен зарядқа
әсер ететін қорытқы күш электр өрісінің кернеулік векторларының
геометриялық қосындысына тең болады:
Суперпозиция принципін магнит өрісі үшін де қолдануға болады. Егер
магнит өрісін бірнеше өріс көздері тудыратын болса, онда қорытқы өріс жеке
(тоқтардың, қозғалған зарядтардың) өріс тудыратын көздердің магнит
индукцияларының геометриялық қосындысы болады:
1.5 Өріс және зат ұғымдары
ЭМӨ-тің әсерін тек зарядталған бөлшекке әсерімен ғана анықтап
қоймайды, сонымен бірге оның басқа да әсерлерін анықтайды. ЭМӨ-тің қасиетті
заттың қасиеті сияқты. ЭМӨ-те өтетін физикалық процесстер импульстің
сақталу заңына, импульс моменті, электр заряды, сақталу заңына, масса мен
энергия байланысына бағынады. Сақталу заңы зат пен өрістің терең ішкі
байланысын анықтайды. Бұл материяның екі түрі мынадай жалпы ортақ қасиетке
ие болады:
1.Зат пен өріс материяның екі түрі, олар бір-бірінен тәуелсіз біздің
санамызда өмір сүреді.
2.Зат пен өріс энергияға ие болады.
3.Олар толқындық және корпускулярлық қасиетке ие болады.
4.Өрісте өтетін барлық процестер сақталу заңына бағынады.
5.Зат пен өріс бір-біріне өтеді. Өріс заттың қасиетін өзгертеді
(поляризация, магниттелу), ал зат өріске әсер етеді (олар электр және
магнит өтімділіктерімен сипатталады)
6.Өріс пен зат бір-біріне айналу мүмкін. (фотон есебінен электрон-
позитрон жұбының пайда болуы немесе кері процесс, электрон мен позитрон
бірігіп екі гамма – квантын түзеді).
ЭМӨ пен затты мынадай қасеттері бойынша айыруға болады:
1.Заттар бір-бірімен тікелей әсерлеспейді. Олар бөлшек-өріс-бөлшек
сүлбесі бойынша әсерлеседі. Қазіргі заманғы физика теориясы және
эксперимент өте үлкен өрістерде олардың әсерлесуін жоққа шығармайды.
2.Өрісті зат сияқты шекаралығы бөліп көрсетуге болмайды.
3.Кеңістіктегі бір көлемді әртүрлі зат объектілерімен толықтыруға
болмайды, ал бір көлем ішінде әртүрлі өрістер өмір сүре алады.
4.Өріс затқа қарағанда аз масса мен энергия тығыздығына ие болады.
5.Заттың тыныштықтағы массасы нолге тең болмайды. Ал электромагниттік
толқынның-фотонның тыныштық массасы нолге тең.
6.Заттың бөлшегі ваккумдағы жарық жылдамыдығымен қозғала алады. Ал ЭМӨ
үшін күшті гравитациялық өрістің болмауы тек қана жылдамдықтың екі мәнінде:
статистикалық өріс үшін V=0, және еркін өріс үшін (ЭМ толқын) V=C.
7.Өрістің заттан ерекшелігінен ол үшін есептеу системасын таңдап алуға
болмайды, өйткені ол қозғалатын және тыныштықтағы объекті үшін бірдей
жылдамдыққа ие болады.
ЭМӨ-ті шарты еркін және байланысқан деп алуға болады. Байланысқан өріс
ол тікелей зарядқа байланысты, ал еркін өріс зарядтан өз қатынасын үзген
кеңістікте ЭМ толқын түрінде тарайды. Қазіргі мектеп оқулықтарында және
ғылыми-әдістемелік әдебиеттерде электродинамика ұғымдарын енгізумен
қалыптастырады. Релятивистік механика тұрғысынан түсіндіру басым алады:
бұл материалдар тек салыстырмалы теория негізінде уақыттың және ұзындықтың
қысқаруы, массаның өзгеруі сияқты мысалдарда үздіксіз қолданылады.
Релятивистік эффектілерде тек қана физикалық объектілердің жылдамдығын
жарық жылдамдығына ұмтылғанда ғана пайда болады.
2. Электромагниттік өріс ұғымдарын әр түрлі сыныптарда қалыптастыру
негіздері
2.1 Физиканың мектептік курсы ретіндегі электродинамиканың ерекшеліктері
Электродинамиканың мектептік курсының оқу материалы абстрактілігімен және
күрделілігімен ерекшеленеді, сондықтан, оны оқытуда көрнекілікке елеулі
назар аударған жөн: физикалық эксперимент, аналогиялар мен үлгілік
бейнелер, компьютерлік, видео материалдар, схемалар, сызбалар (сүлбе),
кестелер және т.б.
Физиканы оқытуда физикалық экспериметке жетекші рөл беріледі. Ғылымда да,
оқытуда да негізге алынатын фундаменталдық тәжірибелерге ерекше маңыз
беріледі. Электродинамика курсында фундаменталдық тәжірибелер өте көп. Орта
мектепте бұлардың негізгілерін ғана оқытуға мүмкіндік бар. Атап айтқанда,
олар:
Электрлік зарядтардың арасындағы әсерлесу күштерінің зарядтардың модульдары
мен арақашықтықтарына тәуелділігін анықтайтын Кулон тәжірибесі;
Магнит тілшесіне электр тогының әсерін анықтайтын Эрстед тәжірибесі;
Параллель токтардың өзара әсерлесуіне қатысты Ампер тәжірибесі;
Токтың күші мен кернеудың арасындағы тәуелділікті анықтайтын Ом
тәжірибелері;
Электромагниттік индукцияға қатысты Фарадей тәжірибелері;
Электромагниттік толқындар қасиеттерін алуға және анықтауға қатысты Герц
тәжірибесі;
Металдардағы ток тасымалдаушылардың табиғатын анықтауға қатысты Рикке
тәжірибесі;
Металдардың электрондық өткізшгіштігін дәлелдейтін Толмен және Стюарт,
Мандельштам және Папалекси тәжірибелері;
Электрдің атомдық құрылысын растаған және элементар электр зарядын
есептеуге мүмкіндік беретін Милликен және Иоффе тәжірибелері;
Санақ жүйенің артықшылығы анықталмаған Майкельсон және Морли тәжірибелері;
Жарық жылдамдығын өлшеуге қатысты Ремер, Физо және басқа ғалымдардың
тәжірибелері;
Жарықтың толқындық қасиетін байқаған Юнг тәжірибесі және т.б.
Келтірілген фундаменталдық тәжірибелердің кейбіреулерін (мысалы Иоффе және
Милликен тәжірибелері) мектепте жүргізбей тек қана суреттерден түсіндіреді.
Басқаларын (мысалы, Фарадей тәжірибелері) жаңа мектептік құралдардың
көмегімен елеулі түрде көрсетіледі. Сондықтан, сәйкес ғылыми мәселелерді
шешу оқушылардың көзқарасында оңай сияқты болып қалыптасуы мүмкін.
Сол үшін, мектептік құралдар арқылы фундаменталдық тәжірибелерді
жүргізгенде, іс жүзінде ғалымдар қандай қиыншылықтарға тап болғандарын
оқушыларға айтып өту керек.
Электродинамиканы оқытқанда фундаменталдық тәжірибелерден басқа да
тәжірибелерді де өткізген жөн, мысалы үшін, электродинамиканың мәнісін
анықтайтын тәжірибелер (өрістің электрлік және магниттік болып бөлінуінің
салыстырмалдылығы, қозғалыстағы зарядта электрлік және магниттік өрістердің
қатар болуы және т.б.) және физикалық шамалардың арасындағы сандық
тәуелділіктерді анықтайтын тәжірибелер. Физикалық эксперимент тек қана
электр зарядтардың әсерін ғана бейнелейді, ал зарядтардың өздері
байқалмайды. Осыған құбылыстың физикалық мағынасын игергенде үлгілер мен
аналогиялар, ойша эксперименттің үлкен пайдасы бар.
Электродинамика негіздерін зерттегенде келесі модельдер қолданылады:
еркін электрон;
электрондық газдың моделі;
өткізгіш пен диэлектриктің моделі;
өткізгіштің, диэлектриктің, жартылай өткізгіштің зондық моделі.
Материалдық моделдер ең жеңіл қабылданады. Алайда, электродинамиканы
зерттегенде негізінен ойша моделдер қолданылады. Бұлар оқушылардың белгілі
бір дәрежеде абстрактілік ойлауларын болуын қажет етеді.
Электормагниттік құбылыстарды зерттегенде аналогияларды қолдануға болады,
мысалы үшін: гравитациялық және электростатикалық өрістердің арасындағы,
өзіндік индукция мен инерция арасындағы, термоэлектрлік эмиссия мен сұйық
буланының арасындағы аналогиялар және т.б. аналогиялар. Кей жағдайда
сабақтың көрнекілігін арттыру үшін материалдардық модел-аналогиялар
қолдануға болады. Электродинамика негізінен бұлар көрсетіледі:
а) электр тізбегіндегі процесстерді түсіндіруге арналған механикалық
модель. Мұндағы шариктің ауырлық күшінің әсерінен төмен сырғуы, электр
зарядтың ішкі тізбектегі электр өрісі әсерінен орын ауыстыруына ұқсас.
Шарикті көлбеу жазықтықпен жоғары шығаруға кеткен жұмыс, ток көзіндегі
сыртқы күштердің жұмысына ұқсас;
ә) металдардағы электр тогы – бұл электрондардың қозғалысы болып
табылатынын дәлелдеген Стюарт және Толмен, Мандельштам және Папалекси
тәжірибелерін түсіндіруге арналған электрондардың инерциалдық қозғалысының
механикалық моделі.
Электромагниттік толқындарды зерттегенде радиоқабылдағыш, радиотелеграфтық
және радиотелефондық байланыстың линиялары, электромагниттік толқындардың
таралуы және ақпаратты арақашықтыққа жеткізу модельдерін қолданады.
Берілген құбылыстың немесе ұғымның ұқсас зерттеліп жатқан материалдық тек
кейбір жағын ғана көрсететінін айтып өту керек, ал модельдер нақты
материалды объектілердегі процестерге қандай да бір өзгерістер мен
ықшамдатулар енгізіледі.
Нақты экспериментті өткізуге мүмкіндік болмаса ойша эксперимент жүргізеді
(мысалы үшін, зарядталған денелердің әр түрлі есептеу жүйесінде өзара
әсерлесулері, арнайы салыстырмалы теорияның постулаттарын және одан шығатын
салдарды зерттегенде).
Электродинамика бөлімінің тағы да бір ерекшелігі, онда политехникалық
материалдар көп болады.
2.2 8-10 сыныптардағы электромагниттік өріс ұғымдары
8-сыныпта электрлену, электр зарядтар, зарядтардың әсерлесу ... 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