Магнит өрісінің плазмаға қатырылуы

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

Магнит өрісінің плазмаға қатырылуы
Магнит өрісі қозғалып тұрған электр зарядтармен туғызылады және олармен әрекеттеседі. Бұнымен байланысты, тұйық өткізуші контурмен шектелген бет арқылы өтетін магниттік индукция ағыны өзгерсе, бұл контурда индукциялық электр тогы пайда болады, және де индукциялық ток оны туғызатын себепке қарсы әрекет жасайтындай бағытталған болады (мысалы, индукция ағыны артса, ток онымен туғызылатын магнит өрісі бастапқы (сыртқы) магнит өрісіне қарама-қарсы бағытталған болатындай, яғни индукция ағынын бастапқы деңгейінде қалдыруға ұмтылатындай, бағытталған болады). Бұл құбылыстың себебі түсінікті. Өзгеріп тұрған магнит өрісі құйындық электр өрісін туғызады, ал ол, өз кезегінде, зарядталған бөлшектерді қозғалтып, электр тогын туғызады. Өрістердің бағыттарын қарастырсақ (артып жатқан магнит өрісі оның бағытымен сол бұранданы, ал азайып жатқан магнит өрісі - оң бұранданы құрайтын электр өрісін тудырады), ток бағыты жөніндегі айтылған нәтижеге келеміз. Өздік индукция деген құбылыс та бар. Мысалы, өткізетін контур көзге қосылған болсын, яғни ода ток жүрсін. Контурды ажыратсақ, ток бірден тоқтамайды, өйткені тізбекте өтетін ток магнит өрісін тудырады, және тізбекті ажыратқанда магнит өрісі жойыла бастайды, яғни контурмен шектелген бет арқылы өтетін магниттік индукция ағыны азая бастайды, сондықтан бұл азаюға қарсы әрекет жасайтын индукциялық ток пайда болады, ал мұндай токтың бағыты бастапқы токтың бағытымен бірдей долады. Сонамен, ажыратылған тізбектегі ток біртіндеп, тек өткізгіштің электр кедергісі болғанына байланысты, өшеді. Ал егер кедергі нөльге тең болса, яғни өткізгіштік шексіз болса, онда тізбекті көзден ажыратса да ток өзгермей аға беретін еді, яғни магниттік индукция ағыны да өзгермейтін еді. Демек, өткізгіштігі шексіз өткізгішпен шектелген бет арқылы өтетін магниттік индукция ағыны тұрақты болып табылады. Бұл, әрине, сапалы түрдегі түсіндіру, бірақ бұл нәтижені қатан түрде де дәлелдеуге болады.
Алынған нәтижеге келудің тағы бір жолын қарастырайық. Дифференциалды түрдегі Ом заңын жазайық: j*=E*, жұлдызшамен плазмамен бірге қозғалып тұрған, яғни плазмаға қатысты тыныштық күйде тұрған санақ жүйесіне қатысты шамалар белгіленген. *-санақ жүйесіне қатысты электр өрісінің кернеулігін электрмагнит өрістерін түрлендірудің формуласын пайдаланып табуға болады: , мұндағы жұлдызшасыз шамалар лабораториялық санақ жүйесіне қатысты шамалар, - плазманың, яғни *-жүйесінің, лабораториялық жүйеге қатасты жылдамдығы. Ғарыштағы орта (плазма) әдетте жарық жылдамдығына жақын жалдамдықпен қозғалмайтынын еске алып, мұндай формуланы аламыз: . Енді мынадай мысал қарастырайық. Сыртқы біртекті емес магнит өрісінде плазма орналасқан болсын. Плазманы қозғалтсақ, *-жүйеде магнит өрісі өзгереді (жүйе кеңістікте өзгеретін магнит өрісінде қозғалса, жүйедегі бақылаушыға магнит өрісі уақыт бойынша өзгереді деп көрінеді), сондықтан бұл жүйеде құйынды электр өрісі (), демек j* да, пайда болады. Өткізгіштік шексіз болған жағдайда өте аз болса да (яғни, плазма аз, баяу қозғалса да), j* шексіздікке ұмтылған болады. Яғни, плазманы қозғалту үшін жұмсалған көп емес күш шексіз энергияның пайда болуына әкеледі, ал олай болмау тиіс. Демек, өткізгіштік идеал болған жағдайда қашанда да нөльге тең болуға тиісті. Бұл тек плазмадағы кез-келген контур (плазма бөлшектерімен1 байланысты контур) арқылы магниттік индукция ағыны тұрақты болғанда орындалады.
Бұл шарт жүзеде қалай асырыла алады? Мысалы, 1 суреттегі конфигурациялы магнит өрісінде орналасқан өткізгіштігі идеал плазманың қозғалысы кезіндегі құбылыстарды қарастырайық.

1 сурет

Бұл суретте нүктелер магнит күш сызықтарын белгілейді, магнит өрісі жоғарыға қарай өседі. Плазма қозғалысы нәтижесінде плазмадағы қаланған контур көтерінкі магнит өрісі аймағына ығысуы мүмкін (оң жақтағы сурет). Бұл жағдайда контурмен шектелген бет арқылы өтетін күш сызықтарының саны, демек магниттік индукция ағыны, бастапқыға қарағанда көбейеді. Бірақ, жоғарыда көрсетілгендей, өткізгіштігі шексіз плазма жағдайында бұл ағын тұрақты болып қалу тиісті. Демек, плазма өткізгіштігі шексіз болса, магниттік күш сызықтары плазма бөлшектеріне (элементтеріне) жапсырылған сияқты болып, бөлшектер артынан еріп жүру тиіс. Мысалы, бастапқы мезетте көрініс 2 (а) суреттегідей болып, ал одан кейін плазманың орта бөлігі сығылса (2 (б) сурет), ортадағы контурмен шектелген бет арқылы өтетін күш сызықтар саны (демек магниттік индукция ағыны) бастапқыдағыдай қалу үшін, күш сызықтарының пішіні 2 (б) суреттегідей, олар плазма бөлшектері артынан еріп жүрген сияқты болып, өзгереді. Бұдан идеал өткізгіштік жағдайда плазманың сығылуы ол орналасқан магнит өрісінің күшеюіне әкелетінін көруге болады.
а)
б)
2 сурет
Қарастырылған бұл құбылыс, яғни магниттік күш сызықтары бастапқы мезетте оларда орналасқан плазма бөлшектеріне бекітілген болу құбылысы, магнит өрісінің плазмаға қатырылуы деп аталады. Ол екі жолмен орындала алады.
Біріншісі, жоғарыда қарастырылғандай, плазма бөлшектері қозғалғанда, олар күш сызықтарын өздерімен бірге ертіп әкетеді. Әрине, күш сызықтары ойдағы сызықтар болып табылатынын ұмытпау керек. Шынында плазманың біртекті емес магнит өрісіндегі қозғалысы нәтижесінде, не магнит өрісінің уақыт озғанымен өзгеруі нәтижесінде, магнит өрісін (магнит өрісі индукциясының үлестірілуін) өзгертетін индукциялық токтар пайда болады, және де бұл өзгерістердің жалпы сипаты айтылған (плазма бөлшектері өрістің күш сызықтарын өзімен бірге ертіп әкететін сияқты болатын) нәтижеге әкелетіндей болады.
Бірақ, қатырылған күш сызықтары орта қозғалысы артынан кедергісіз ермейді. Сыртқы себептерден пайда болған ортаның қозғалыстары өрісті олардың кинетикалық энергиясы, не оларды қолдайтын қысым айырмасы магнит өрісінің энергиясынан көп болса ғана елеулі түрде өзгерте алады. Ал егер өріс басынан күшті болса, онда ортаның ретсіз қозғалыстары күш сызықтарының конфигурациясын айтарлықтай өзгерте алмайды, олар күш сызықтарын тек көп емес қисайта алады. Бұл жағдайда магнит өрісінің плазмаға қатырылуы күш сызықтары бөлшектер артынан еруімен емес, магнит өрісі бөлшектерге өз күш сызықтарынан кетуге бермеуімен жүзеге асырылады (бұл - ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.