Тоқтардың магниттік әсерлесуі

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 7 бет
Таңдаулыға:

Тоқтардың магниттік әсерлесуі, электр тоғының магнит өрісінтудыру қабілеті ашылғаннан кейін көп ғалымдар кері процес - магнит өрісі әсерінен электр тогын тудыру мүмкіншілігін іздестірді . Осы мәселені 1831 жылы М. Фарадей алғашқы болып шешті . Ол өткізгіштен жасалған катушканың ішіндегі магнит өрісі өзгергенде, катушкада ток пайда болатынын анықтады.

Бұл құбылыс электромагниттік индукция деп аталады .

Электромагниттік индукция нәтижесінде пайда болатын электр тогын индукциялық ток деп атайды .

Тәжірибелер катушкадағы индукциялық токты әр түрлі әдістермен тудыруға болатынын көрсетті: катушкаға магнитті кіргізуге немесе одан шығаруға болады, катушканы магнитке кигізуге немесе магниттен суырып алуға болады . Индукциялық токтың ешқандай механикалық қозғалыс болмағанда да туындауы мүмкін . Ол үшін жақын тұрған екі катушканың біреуін ток көзімен қосу керек . Егер бірінші катушкадағы токтың магнит өрісі екінші катушканың орамдарын олардың жазықтарынан перпендикулярлы өтетін болса, онда кез келген бірінші катушкадағы ток өзгерісі екінші катушкада индукциялық ток тудырады .

Кез келген тұйық контурда электростатистикалық күштердің жұмысы нөлге тең .

Бірақ катушканың тұйық тізбегінен өтетін магнит өрісінің кез келген өзгерісі индукциялық токты тудырады, бұл магнит өрісі өзгергенде, катушканың сымдарындағы электр зарядтарына табиғаты элекростатикалық емес күштер әсер ететіндігін көрсетеді . Осы бөгде күштердің жұмысы индукцияның электроқозғау-шы күші (ЭҚК) арқылы сипатталады .

Тәжірибенің көрсетуінше индукциялық токтың бағытын ылғи Ленц ережесі аталатын жалпы ереже анықтайды : индукциялық токтың магнит өрісі осы индукциялық токты тудыратын магнит өрісінің өзгерісін компенсациялауға тырысады .

Мысалы, катушкаға магнитті енгізгенде, катушкадағы магнит өрісі өсе бастағанда, катушкадағы туындаған индукциялық токтың магнит өрісінің бағыты кері болады және ол катушкадағы магнит өрісінің өсуін бөгейді . Оған қоса пайда болған индукциялық ток өзінің магнит өрісінің әсерімен магниттің катушкаға енуіне кедергі істейді, сондықтан индукциялық токты тудыру үшін бөгде күштер жұмыс істеу керек . Сонымен Ленц ережесі энергияның сақталу және айналу заңымен байланысты . Индукциялық электр тогының энергиясы өз бетімен пайда болуы мүмкін емес, ол мөлшері тең басқа энергиясының түрленуі арқылы пайда болады .

Индукцияның ЭҚК мәнін έ і тауып алу үшін келесі мысалды қарастырайық . біртекті магнит өрісінде индукция В векторына перпендикулярлы жазықтықта екі параллель металдық стерженьді l қашықтыққа орналасып, бір жақтағы екі ұшын байланыстырайық . Стержньге перпендикулярлы жылжымалы түзу өткізгіш олармен жанасып тұрсын .

Осы өткізгіш солдан оңға бір қалыпты жылдамдықпен қозғалғанда, өткізгіштегі әрбір электронға өткізгіш бойымен магнит өрісі жағынан Лоренц күші әсер етеді: FM = eυB

Лоренц күші әсерінен қозғалған өткізгіштегі барлық еркін электрондар қозғала бастайды және қозғалған AB өткізгіштер, екі BC мен DA стерженьнен оларды байланыстыратын тыныштықтағы CD өткізгіштен құралатын тұйық электр тізбегінде индукциялық ток пайда болады . Бір электронның B нүктеден A нүктеге орын ауыстыруында Лоренц күшінің істеген жұмысы: AAB =FM l = eυB l

Тізбектің BC, CD және DA бөліктерінде электрондардың қозғалыс бағыты Лоренц күші векторына перпендикулярлы болғандықтан, бұл бөліктерде Лоренц күшінің жұмысы нөлге тең .

Электромагниттік индукция

1821 жылы Майкл Фарадей өзінің күнделігіне «Магнетизмді элек трге айналдыру керек»деп жазды. 10 жыл өткен соң ол бұл мәселені шешті.

Электромагниттік әрекеттесулердің жаңа қасиеттерін ашуда элект ромагниттік өріс туралы түсініктердің негізін салған Фарадейдің тұң ғыш, шешуші қадамды жасауы кездейсоқ емес еді. Электр мен маг нит құбылыстарының табиғаты бір екеніне Фарадей сенімді болды. Соның арқасында ол кейінірек механикалық энергияны электр тогы энергиясына айналдыратын дүние жүзіндегі барлық электр станция лары генераторының құрылысының негізі етіп алынған жаңалықты ашқан болатын. (Басқа принциптерге негізделіп жұмыс атқаратын энергия көздері - гальвани элементте рі, аккумулятор және т. б. өнді рілетін электр энергиясының мардымсыз аз бөлігін ғана береді. )

Электр тогы темір кесегін магниттей алады деп пайымдады. Енде ше, магнит те электр тогын тудыра алмас па екен?Көпке дейін бұл байланысты анықтаудың сәті түспеді. Ең басты түйіні, дәлірек айтқан да, қозғалыстағы магниттің немесе уақыт бойынша өзгеріп отыра- тын магнит өрісінің катушкада электр тогын тудыратыны ойға кел- мейді.

Электромагниттік индукция құбылысы дегеніміз уақыт бойын ша айнымалы магнит өрісінде немесе тұрақты магнит өрісінде өзін тесіп өтетін магнит индукция сызықтарының саны өзгеріп отыратындай түрде қозғалатын өткізгіш контурдың электр то- гының пайда болуы. Ол 1831 жылы 29- тамызда ашылған күні мұн - дай дәл белгілі болуы сирек жағдай.

Тұйықталған өткізгіш контурда ток сол контур шектеп тұрған бетті тесіп өтетін магнит индукциясы сызықтарының саны өзгенрген кезде пайда болады. Магнит индукциясы сызықтарының саны неғұлым жылдам өзгерсе, пайда блатын индукциялық ток соғұрлым жоғары болады.

Егер тұйықталған өткізгіш контур айнымалы магнит өрісінде болса немесе өзін тесіп өтетін магнит индукциясы сызықтары өзгеретіндей, уақыт бойынша тұрақты магнит өрісінде қозғалатын болса, онда тұйықталған өткізгіш контурда электр тогы пайда болады.

Магнит ағыны

Фарадейдің электромагниттік индукция заңының дәл сандық тұжырымдамасын бер үшін жаңа шаманы - магнит индукциясы ағынын енгізу керек болды.

Магнт индукциясының В векторы өрісін кеңістіктің әр нүктесінде сипаттайды. В векторының бір нүктедегі мәндеріне ғана емес, оның жазық контурмен шектелген беттің барлық нүктелеріндегі мәндеріне тәуелді болады. Бұл үшін біртекті магнит өрісінде орналасқан, бетінің ауданы S болатын жазық тұйықталған өткізгішті алайық. Өткізгіш жазықтығының n нормалі магнит индукциясының В векторының бағытымен a бұрыш жасайды. Ауданы бет арқылы өтетін магнит ағыны Ф (магнит индукциясының ағыны) деп магнит индукциясы векторының модулінің ауданы мен В және векторларының арасындағы бұрыштң косинусының көбейтіндісіне тең шаманы атайды:

Ф = BS cosa

Магнит ағынын көрнекі түрде ауданы бетті тесіп өтетін магнит нидукциясы сызықтарының санына пропорционал болатын шама деп айтуға болады.

Магнит ағынының бірлігі - в е б е р. 1 вебер магнит ағынын магнит индукциясы векторына перпендикуляр орналасқан ауданы 1м беттен өткен индукциясы 1 Тл біртекті магнит өрісі тудырады.

Магнит индукциясының ағыны магнит өрісінің тұйықталған контур мен шектелген бет бойынша таралуын сипаттайды.

Индукциялық тоқтың бағыты. Ленц ережесі

Индукциялық ток пайда болған катушканы гальванометрге жалғап, бұл тоқтың бағыты катушкаға магниттің жақындағанына не одан алыстағанына тәуелді екенін байқауға болады.

Пайда болған осы бағытты немесе басқа бағыталған индукциялық ток магнитпен әрекеттеседі(оны тартады немесе тебеді) . Бойымен ток жүріп жатқан катушка солтүстік және оңтүстік екі полюсі бар магнитке ұқсас. Индукциялық тоқтың бағыты катушканың қай шеті солтүстік полюсінің (магнит индукция сызықтары одан шығып жатады) ал қай шеті оңтүстік полюсі(индукция сызықтары оған кіріп жатады) рөлін атқаратынын білдіреді. Энергияның сақталу заңына сәйкес, қандай жағдайларда оны тебетінін алдын- ала айтуға болады.

Ленц ережесі бойынша тұйық контурда пайда болған индукциялық ток өзінің магнит ағының өзгерісіне әсер етеді.

Электромагниттік индукция заңы

Электромагниттік индукция заңын сан жағынан тұжырымдайық. Фарадейдің тәжірибелері көрсеткендей өткізгіш контурдағы индук циялық тоқтың күші сол контурды тесіп өтетін в магнит индукция сының сызықтар санының өзгеріс жылдамдығы пропорционал бо лады. Бұл ұйғарымды «магнит ағыны» ұғымын пайдаланып тұжы рымдауға болады.

Магнит ағыны көрнекі түрде тесіп өтетін магнит индукциясы сызық тарының саны ретінде қарастыралады. Срндықтан осы сызықтар са нының өзгеріс жылдамдығы деп отырғанымыз магнит ағының өзге ріс жылдамдығы болып табылады.

Егер азғантай t уақытта магнит индукциясы Ф шамасына өзгере тін болса, онда магнит магнит ағының да жылдамдығы Ф\t болады. Сондықтан тәжірибеден былай тұжырым жасауға болады: индукция лық тоқтың күші контурмен шектелген беттен өтетін магнит ағыны ның өзгеріс жылдамдығына пропорционал:

I ~ Ф\t

Индукциялық ЭҚК. Тізбекте электр тогы өткізгіштің еркін зарядта рына бөгде күштер әсер еткенде пайда болатыны белгілі. Тұйық контур бойымен бірлік оң зарядты алып өткенде атқаратын жұмы сын электр қозғаушы күш деп атайды. Ендеше осы бөгде күштердің контурмен шектелген бет арқылы өтетін магнит ағыны өзгерген кез де контурда бөгде күштер пайда болады, олардың әсері ЭҚК-мен си патталады, бұл индукцияның ЭҚК-і деп атайды.

Электромагниттік индукция заңы. Электромагниттік индукция заңы токтың күші емес, тек ЭҚК-і үшін ғана тұжырымдалады. Заңды осылай тұжырымдаған кезде ол құбылыстың индукциялық ток пай да болатын өткізгіштердің қасиеттеріне тәуелсіз болып табылатын мәнісін өрнектейді. Электромагниттік индукция заңы бойынша тұйық контурдағы нидукцияның ЭҚК-і модулі жағынан контурмен шектел ген беттен өтетін магнит ағының өзгеріс жылдамдығына тең бола ды.

Электромагниттік индукция. Ленц ережесі.

Эрстед ашқан өткізгіштегі токтың магниттік қасиеттерінен кейін 12 жыл өткен соң М. Фарадей арманына жетіп, ғылыми әлемді дүрліктіріп қана қойма, адамзат қоғамының бұдан әрі дамуының өзегіне айналған электромагниттік индукция құбылысын ашты. К. Максвелл Фарадейдің ашқан жаңалығын математикалық теңдеулерге айналдырып, электромагниттік өріс теориясын жасады, ал оған іле-шала дерлік неміс ғалымы Г. Герц Максвеллдің электромагниттік толқындар жөніндегі гипотезасын тәжірибе жүзінде дәлелдеп, электромагниттік толқындарды алды.

Магнит контурға қатысты қозғалғанда өткізгіште индукция тогының пайда болатынын тұңғыш рет Фарадей байқады. Бұл 1831 жылы еді. Фрардей осы жылы индукциялық токтың өзін тудыратын себепке тәуелділігн тағайындады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.