Keling, magnit maydon nima ekanligini birgalikda tushunamiz. Axir, ko'p odamlar butun umri davomida bu sohada yashaydilar va hatto bu haqda o'ylamaydilar. Uni tuzatish vaqti keldi!
Magnit maydon
Magnit maydon – maxsus turdagi masala. U o'z magnit momentiga (doimiy magnit) ega bo'lgan harakatlanuvchi elektr zaryadlari va jismlarga ta'sir qilishda o'zini namoyon qiladi.
Muhim: magnit maydon statsionar zaryadlarga ta'sir qilmaydi! Magnit maydon, shuningdek, harakatlanuvchi elektr zaryadlari yoki vaqt o'zgaruvchan elektr maydoni orqali hosil bo'ladi. magnit momentlar atomlardagi elektronlar. Ya'ni, oqim o'tadigan har qanday sim ham magnitga aylanadi!
O'zining magnit maydoniga ega bo'lgan tana.
Magnitning shimoliy va janubiy qutblari bor. "Shimoliy" va "janub" belgilari faqat qulaylik uchun berilgan (masalan, elektr energiyasida "ortiqcha" va "minus").
Magnit maydon bilan ifodalanadi magnit elektr uzatish liniyalari. Quvvat chiziqlari uzluksiz va yopiq bo'lib, ularning yo'nalishi doimo maydon kuchlarining ta'sir yo'nalishiga to'g'ri keladi. Agar metall talaşlar doimiy magnit atrofida sochilgan bo'lsa, metall zarralari aniq tasvirni ko'rsatadi elektr uzatish liniyalari magnit maydon, shimoldan chiqib, kirish Janubiy qutb. Magnit maydonning grafik xarakteristikasi - kuch chiziqlari.
Magnit maydonning xususiyatlari
Magnit maydonning asosiy xususiyatlari quyidagilardir magnit induksiya, magnit oqimi Va magnit o'tkazuvchanligi. Ammo keling, hamma narsa haqida tartibda gaplashaylik.
Darhol ta'kidlaymizki, barcha o'lchov birliklari tizimda berilgan SI.
Magnit induktsiya B - vektor jismoniy miqdor, bu magnit maydonning asosiy kuch xarakteristikasi. Harf bilan belgilanadi B . Magnit induksiya o'lchov birligi - Tesla (T).
Magnit induksiya zaryadga ta'sir qiladigan kuchni aniqlash orqali maydon qanchalik kuchli ekanligini ko'rsatadi. Bu kuch deyiladi Lorents kuchi.
Bu yerga q - zaryad, v - magnit maydondagi tezligi; B - induksiya, F - maydon zaryadga ta'sir qiladigan Lorents kuchi.
F- kontaktlarning zanglashiga olib keladigan maydoni va induksiya vektori va oqim o'tadigan kontaktlarning zanglashiga olib keladigan tekisligi o'rtasidagi kosinus bo'yicha magnit induksiya mahsulotiga teng jismoniy miqdor. Magnit oqimi- magnit maydonning skalyar xarakteristikasi.
Aytishimiz mumkinki, magnit oqim birlik maydoniga kiradigan magnit induksiya chiziqlari sonini tavsiflaydi. Magnit oqimi o'lchanadi Weberach (Vb).
Magnit o'tkazuvchanlik– muhitning magnit xususiyatlarini aniqlovchi koeffitsient. Maydonning magnit induksiyasi bog'liq bo'lgan parametrlardan biri magnit o'tkazuvchanlikdir.
Sayyoramiz bir necha milliard yil davomida ulkan magnit bo'lib kelgan. Yer magnit maydonining induksiyasi koordinatalarga qarab o‘zgaradi. Ekvatorda u Tesla ning minus beshinchi kuchiga taxminan 3,1 marta 10 ga teng. Bundan tashqari, maydonning qiymati va yo'nalishi qo'shni hududlardan sezilarli darajada farq qiladigan magnit anomaliyalar mavjud. Sayyoradagi eng katta magnit anomaliyalardan ba'zilari - Kursk Va Braziliya magnit anomaliyalari.
Yer magnit maydonining kelib chiqishi hali ham olimlar uchun sir bo'lib qolmoqda. Maydonning manbai Yerning suyuq metall yadrosi ekanligi taxmin qilinadi. Yadro harakatlanmoqda, ya'ni eritilgan temir-nikel qotishmasi harakatlanmoqda va zaryadlangan zarrachalarning harakati magnit maydonni hosil qiluvchi elektr tokidir. Muammo shundaki, bu nazariya ( geodinamo) dala qanday barqaror saqlanishini tushuntirmaydi.
Yer ulkan magnit dipoldir. Magnit qutblar geografik qutblarga to'g'ri kelmaydi, garchi ular yaqin joylashgan bo'lsa ham. Bundan tashqari, Yerning magnit qutblari harakatlanadi. Ularning ko'chishi 1885 yildan beri qayd etilgan. Masalan, so'nggi yuz yil ichida magnit qutb Janubiy yarim shar deyarli 900 kilometr siljigan va hozir Janubiy okeanda joylashgan. Arktika yarim sharining qutbi Shimoliy Muz okeani orqali Sharqiy Sibir magnit anomaliyasiga o'tadi, uning harakat tezligi (2004 yil ma'lumotlariga ko'ra) yiliga 60 kilometrni tashkil etdi. Endi qutblar harakatining tezlashishi kuzatilmoqda - o'rtacha tezlik yiliga 3 kilometrga oshib bormoqda.
Biz uchun Yer magnit maydonining ahamiyati nimada? Eng avvalo, Yerning magnit maydoni sayyorani kosmik nurlar va quyosh shamolidan himoya qiladi. Chuqur fazodan zaryadlangan zarralar to'g'ridan-to'g'ri erga tushmaydi, balki ulkan magnit tomonidan burilib, uning kuch chiziqlari bo'ylab harakatlanadi. Shunday qilib, barcha tirik mavjudotlar zararli nurlanishdan himoyalangan.
Yer tarixi davomida bir qancha voqealar sodir bo'lgan. inversiyalar magnit qutblarning (o'zgarishlari). Qutb inversiyasi- bu ular o'rnini almashtirganda. Oxirgi marta bu hodisa taxminan 800 ming yil oldin sodir bo'lgan va Yer tarixida jami 400 dan ortiq geomagnit inversiya bo'lgan.Ba'zi olimlarning fikricha, magnit qutblar harakatining kuzatilgan tezlashishini hisobga olgan holda, keyingi qutb inversiyasini kutish kerak. keyingi ikki ming yil ichida.
Yaxshiyamki, bizning asrimizda qutb o'zgarishi hali kutilmaydi. Bu magnit maydonning asosiy xususiyatlari va xususiyatlarini hisobga olgan holda, siz yoqimli narsalar haqida o'ylashingiz va Yerning yaxshi eski doimiy maydonida hayotdan zavqlanishingiz mumkinligini anglatadi. Va buni amalga oshirishingiz uchun bizning mualliflarimiz bor, ularga ba'zi ta'lim muammolarini ishonch bilan ishonib topshirishingiz mumkin! va boshqa ish turlarini havola orqali buyurtma qilishingiz mumkin.
Vazifalar katalogi.
D13 vazifalari. Magnit maydon. Elektromagnit induksiya
Ushbu topshiriqlar bo'yicha testlarni topshiring
Vazifalar katalogiga qaytish
MS Word da chop etish va nusxalash uchun versiya
Elektr toki ot magnitining qutblari orasida joylashgan yorug'lik o'tkazuvchi ramka orqali o'tkazildi, uning yo'nalishi rasmdagi o'qlar bilan ko'rsatilgan.
Yechim.
Magnit maydon magnitning shimoliy qutbidan janubga (ramkaning AB tomoniga perpendikulyar) yo'naltiriladi. Ramkaning oqim bilan yon tomonlariga Amper kuchi ta'sir qiladi, uning yo'nalishi chap qo'l qoidasi bilan belgilanadi va kattaligi ramkadagi oqim kuchi qaerda bo'lsa, magnit induksiyaning kattaligi. magnit maydonining, ramkaning mos keladigan tomonining uzunligi, magnit induksiya vektori va oqim yo'nalishi orasidagi burchakning sinusidir. Shunday qilib, ramkaning AB tomonida va unga parallel bo'lgan tomonda kattaligi teng, ammo yo'nalishi bo'yicha qarama-qarshi kuchlar ta'sir qiladi: chap tomonda "bizdan" va o'ng tomonda "bizdan". Qolgan tomonlarga kuchlar ta'sir qilmaydi, chunki ulardagi oqim maydon chiziqlariga parallel ravishda oqadi. Shunday qilib, ramka yuqoridan qaralganda soat yo'nalishi bo'yicha aylana boshlaydi.
Qaytganingizda, kuchning yo'nalishi o'zgaradi va ramka 90 ° ga aylanganda, moment yo'nalishini o'zgartiradi, shuning uchun ramka bundan keyin aylanmaydi. Ramka bir muddat shu holatda tebranadi va keyin 4-rasmda ko'rsatilgan holatga tushadi.
Javob: 4
Manba: Davlat fizika akademiyasi. Asosiy to'lqin. Variant 1313.
Bobin orqali elektr toki o'tadi, uning yo'nalishi rasmda ko'rsatilgan. Shu bilan birga, rulonning temir yadrosining uchlarida
1) magnit qutblar hosil bo'ladi: 1 oxirida - Shimoliy qutb; oxirida 2 - janubiy
2) magnit qutblar hosil bo'ladi: 1 oxirida - janubiy qutb; oxirida 2 - shimoliy
3) elektr zaryadlari to'planadi: 1 oxirida - manfiy zaryad; oxirida 2 ijobiy
4) elektr zaryadlari to'planadi: 1 oxirida - musbat zaryad; oxirida 2 - salbiy
Yechim.
Zaryadlangan zarralar harakat qilganda doimo magnit maydon paydo bo'ladi. Keling, qoidadan foydalanamiz o'ng qo'l magnit induksiya vektorining yo'nalishini aniqlash uchun: barmoqlaringizni oqim chizig'i bo'ylab yo'naltiring, keyin egilgan bosh barmog'i magnit induksiya vektorining yo'nalishini ko'rsatadi. Shunday qilib, magnit induksiya chiziqlari 1-uchidan oxirigacha yo'naltiriladi 2. Magnit maydon chiziqlari janubiy magnit qutbga kiradi va shimoldan chiqadi.
To'g'ri javob raqam ostida ko'rsatilgan 2.
Eslatma.
Magnit (lasan) ichida magnit maydon chiziqlari janubiy qutbdan shimoliy qutbga o'tadi.
Javob: 2
Manba: Davlat fizika akademiyasi. Asosiy to'lqin. Variant 1326., OGE-2019. Asosiy to'lqin. Variant 54416
Rasmda temir parchalari yordamida olingan ikkita chiziqli magnitdan magnit maydon chiziqlarining rasmi ko'rsatilgan. Magnit ignaning joylashishiga ko'ra, chiziq magnitlarining qaysi qutblari 1 va 2 maydonlarga to'g'ri keladi?
1) 1 - shimoliy qutb; 2 - janub
2) 1 - janubiy; 2 - shimoliy qutb
3) ham 1, ham 2 - shimoliy qutbga
4) ham 1, ham 2 - janubiy qutbga
Yechim.
Magnit chiziqlar yopiq bo'lgani uchun qutblar ham janub, ham shimol bo'lishi mumkin emas. N (Shimoliy) harfi shimoliy qutbni, S (Janubiy) janubni bildiradi. Shimoliy qutb janubiy qutbga tortiladi. Shuning uchun 1-hudud janubiy qutb, 2-hudud shimoliy qutbdir.
Ushbu darsda mavzu: “Doimiy magnit maydoni elektr toki", biz magnit nima ekanligini, u boshqa magnitlar bilan qanday o'zaro ta'sir qilishini bilib olamiz, magnit maydon va magnit induksiya vektorining ta'riflarini yozamiz, shuningdek magnit induksiya vektorining yo'nalishini aniqlash uchun gimlet qoidasidan foydalanamiz.
Har biringiz qo'lingizda magnit tutdingiz va uning ajoyib xususiyatini bilasiz: u boshqa magnit bilan yoki temir bo'lagi bilan masofadan o'zaro ta'sir qiladi. Magnitning nimasi borki, unga bularni beradi ajoyib xususiyatlar? Magnitni o'zingiz qilish mumkinmi? Bu mumkin va buning uchun nima kerakligini bizning darsimizdan bilib olasiz. Keling, o'zimizdan oldinga o'taylik: agar biz oddiy temir tirnoqni olsak, u magnit xususiyatlarga ega bo'lmaydi, lekin agar biz uni sim bilan o'rab, batareyaga ulasak, magnit olamiz (1-rasmga qarang).
Guruch. 1. Tirnoq sim bilan o'ralgan va batareyaga ulangan
Ma'lum bo'lishicha, magnit olish uchun elektr toki - harakat kerak elektr zaryadi. Sovutgich magnitlari kabi doimiy magnitlarning xususiyatlari ham elektr zaryadining harakati bilan bog'liq. Elektr kabi ma'lum bir magnit zaryad tabiatda mavjud emas. Bu kerak emas, harakatlanuvchi elektr zaryadlari etarli.
To'g'ridan-to'g'ri elektr tokining magnit maydonini o'rganishdan oldin, magnit maydonni miqdoriy jihatdan qanday tasvirlash haqida kelishib olishimiz kerak. Magnit hodisalarni miqdoriy tavsiflash uchun magnit maydonga xos bo'lgan kuchni kiritish kerak. Magnit maydonni miqdoriy xarakterlovchi vektor kattalikka magnit induksiya deyiladi. Odatda u katta deb belgilanadi Lotin harfi B, teslalarda o'lchanadi.
Magnit induksiya vektor kattalik bo'lib, u kosmosning ma'lum bir nuqtasida magnit maydonning kuch xarakteristikasi hisoblanadi. Magnit maydonning yo'nalishi elektrostatik modelga o'xshashlik bilan aniqlanadi, bunda maydon tinch holatda sinov zaryadiga ta'siri bilan tavsiflanadi. Faqat bu erda "sinov elementi" sifatida magnit igna (cho'zinchoq doimiy magnit) ishlatiladi. Siz kompasda shunday o'qni ko'rdingiz. Har qanday nuqtadagi magnit maydonning yo'nalishi magnit ignaning N shimoliy qutbi qayta yo'naltirilgandan keyin ko'rsatadigan yo'nalish sifatida qabul qilinadi (2-rasmga qarang).
Magnit maydonning to'liq va aniq tasvirini magnit maydon chiziqlari deb ataladigan narsalarni qurish orqali olish mumkin (3-rasmga qarang).
Guruch. 3. Doimiy magnitning magnit maydon chiziqlari
Bu fazoning har bir nuqtasida magnit induksiya vektorining yo'nalishini (ya'ni magnit igna N qutbining yo'nalishini) ko'rsatadigan chiziqlar. Magnit igna yordamida siz turli magnit maydonlarining kuch chiziqlarining rasmini olishingiz mumkin. Bu erda, masalan, doimiy magnitning magnit maydon chiziqlarining rasmi (4-rasmga qarang).
Guruch. 4. Doimiy magnitning magnit maydon chiziqlari
Har bir nuqtada magnit maydon mavjud, lekin biz bir-biridan ma'lum masofada chiziqlar chizamiz. Bu faqat magnit maydonni tasvirlashning bir usuli, biz kuchlanish bilan ham xuddi shunday qildik elektr maydoni(5-rasmga qarang).
Guruch. 5. Elektr maydonining kuchlanish chiziqlari
Chiziqlar qanchalik zichroq chizilgan bo'lsa, ma'lum bir fazoda magnit induksiya moduli shunchalik katta bo'ladi. Ko'rib turganingizdek (4-rasmga qarang), kuch chiziqlari magnitning shimoliy qutbidan chiqib, janubiy qutbga kiradi. Magnitning ichida maydon chiziqlari ham davom etadi. Musbat zaryadlarda boshlanib, manfiy zaryadlarda tugaydigan elektr maydon chiziqlaridan farqli o'laroq, magnit maydon chiziqlari yopiq (6-rasmga qarang).
Guruch. 6. Magnit maydon chiziqlari yopiq
Maydon chiziqlari yopiq bo'lgan maydon vorteks vektor maydoni deb ataladi. Elektrostatik maydon vorteks emas, balki potentsialdir. Vorteks va potentsial maydonlar o'rtasidagi asosiy farq shundaki, potentsial maydonning har qanday yopiq yo'lda ishi nolga teng. girdob maydoni bu unday emas. Yer ham ulkan magnit, uning magnit maydoni bor, biz uni kompas ignasi yordamida aniqlaymiz. Filialda Yerning magnit maydoni haqida batafsil ma'lumot berilgan.
|
Bizning Yer sayyoramiz katta magnit bo'lib, uning qutblari sirtning aylanish o'qi bilan kesishishi yaqinida joylashgan. Geografik jihatdan bular janubiy va shimoliy qutblardir. Shuning uchun ham magnit bo'lgan kompasdagi igna Yer bilan o'zaro ta'sir qiladi. U shunday yo'naltirilganki, bir uchi Shimoliy qutbga, ikkinchisi esa janubiy qutbga ishora qiladi (7-rasmga qarang).
7-rasm. Kompas ignasi Yer bilan o'zaro ta'sir qiladi Yerning Shimoliy qutbiga ishora qiluvchi N deb belgilandi, bu Shimoliy degan ma'noni anglatadi - ingliz tilidan "Shimol" deb tarjima qilingan. Yerning janubiy qutbiga ishora qiluvchi esa S dir, bu janubiy degan ma'noni anglatadi - ingliz tilidan "Janubiy" deb tarjima qilingan. Chunki ular o'ziga jalb qiladi qarama-qarshi qutblar magnitlar, keyin o'qning shimoliy qutbi Yerning Janubiy magnit qutbiga ishora qiladi (8-rasmga qarang).
Guruch. 8. Kompas va Yer magnit qutblarining o'zaro ta'siri Ma’lum bo‘lishicha, Janubiy magnit qutb Shimoliy geografik qutbda joylashgan. Va aksincha, Shimoliy Magnit janubga yaqin joyda joylashgan geografik qutb Yer. |
Endi magnit maydon modeli bilan tanishib, biz to'g'ridan-to'g'ri oqim bilan o'tkazgichning maydonini o'rganamiz. 19-asrda daniyalik olim Oersted magnit igna elektr toki o'tadigan o'tkazgich bilan o'zaro ta'sir qilishini aniqladi (9-rasmga qarang).
Guruch. 9. Magnit ignaning o'tkazgich bilan o'zaro ta'siri
Amaliyot shuni ko'rsatadiki, oqim o'tkazuvchi to'g'ridan-to'g'ri o'tkazgichning magnit maydonida magnit igna har bir nuqtada ma'lum bir doiraga tegib o'rnatiladi. Ushbu aylana tekisligi tok o'tkazuvchi o'tkazgichga perpendikulyar bo'lib, uning markazi o'tkazgichning o'qi ustida yotadi (10-rasmga qarang).
Guruch. 10. To'g'ri o'tkazgichning magnit maydonida magnit ignaning joylashishi
Supero'tkazuvchilar orqali oqim oqimining yo'nalishini o'zgartirsangiz, har bir nuqtadagi magnit igna teskari yo'nalishda aylanadi (11-rasmga qarang).
Guruch. 11. Elektr tokining oqim yo'nalishini o'zgartirganda
Ya'ni, magnit maydonning yo'nalishi o'tkazgich orqali oqim oqimining yo'nalishiga bog'liq. Ushbu qaramlikni oddiy eksperimental o'rnatilgan usul yordamida tasvirlash mumkin - Gimlet qoidalari:
yo'nalish bo'lsa oldinga siljish Agar gimlet o'tkazgichdagi oqim yo'nalishiga to'g'ri kelsa, u holda uning tutqichining aylanish yo'nalishi ushbu o'tkazgich tomonidan yaratilgan magnit maydonning yo'nalishiga to'g'ri keladi (12-rasmga qarang).
Shunday qilib, oqim o'tkazuvchi o'tkazgichning magnit maydoni o'tkazgichga perpendikulyar tekislikda yotgan aylanaga tegib turgan har bir nuqtaga yo'naltiriladi. Doira markazi o'tkazgichning o'qiga to'g'ri keladi. Har bir nuqtada magnit maydon vektorining yo'nalishi gimlet qoidasi bo'yicha o'tkazgichdagi oqim yo'nalishi bilan bog'liq. Empirik ravishda, oqim kuchini va o'tkazgichdan masofani o'zgartirganda, magnit induksiya vektorining kattaligi oqimga proportsional va o'tkazgichdan masofaga teskari proportsional ekanligi aniqlandi. Oqimli cheksiz o'tkazgich tomonidan yaratilgan maydonning magnit induksiya vektorining moduli quyidagilarga teng:
ko'pincha magnitlanishda uchraydigan mutanosiblik koeffitsienti qayerda. Vakuumning magnit o'tkazuvchanligi deyiladi. Raqam jihatdan teng:
Magnit maydonlar uchun, elektr maydonlari kabi, superpozitsiya printsipi amal qiladi. Kosmosning bir nuqtasida turli manbalar tomonidan yaratilgan magnit maydonlar qo'shiladi (13-rasmga qarang).
Guruch. 13. Turli manbalarning magnit maydonlari qo'shiladi
Bunday maydonning umumiy kuch xarakteristikasi har bir manba maydonlarining kuch xususiyatlarining vektor yig'indisi bo'ladi. Ma'lum bir nuqtada oqim tomonidan yaratilgan magnit induksiya maydonining kattaligini o'tkazgichni aylanaga egish orqali oshirish mumkin. Agar bu burilish ichida joylashgan nuqtada simning bunday burilishining kichik segmentlarining magnit maydonlarini ko'rib chiqsak, bu aniq bo'ladi. Masalan, markazda.
Belgilangan segment, gimlet qoidasiga ko'ra, unda yuqoriga yo'naltirilgan maydon hosil qiladi (14-rasmga qarang).
Guruch. 14. Segmentlarning magnit maydoni
Segment xuddi shu nuqtada magnit maydon hosil qiladi, u erga yo'naltiriladi. Boshqa segmentlar uchun ham xuddi shunday. Keyin umumiy kuch xarakteristikasi (ya'ni, magnit induksiya vektori B) bu nuqtada barcha kichik segmentlarning magnit maydonlarining kuch xususiyatlarining superpozitsiyasi bo'ladi va yuqoriga yo'naltiriladi (15-rasmga qarang).
Guruch. 15. Bobinning markazida jami kuch xarakteristikasi
Doira shaklida bo'lishi shart emas, ixtiyoriy burilish uchun, masalan, kvadrat ramka uchun (16-rasmga qarang), burilish ichidagi vektorning kattaligi tabiiy ravishda burilish shakliga, o'lchamiga va oqim kuchiga bog'liq bo'ladi. unda, lekin magnit induksiya vektorining yo'nalishi har doim bir xil tarzda aniqlanadi (kichik segmentlar tomonidan yaratilgan maydonlarning superpozitsiyasi kabi).
Guruch. 16. Kvadrat ramka segmentlarining magnit maydoni
Biz burilish ichidagi maydonning yo'nalishini aniqlashni batafsil tasvirlab berdik, lekin ichida umumiy holat Buni biroz o'zgartirilgan gimlet qoidasi yordamida osonroq topish mumkin:
agar siz gimletning tutqichini bobindagi oqim oqadigan yo'nalishda aylantirsangiz, u holda gimletning uchi bobin ichidagi magnit induksiya vektorining yo'nalishini ko'rsatadi (17-rasmga qarang).
Ya'ni, endi tutqichning aylanishi oqim yo'nalishiga mos keladi va gimletning harakati maydon yo'nalishiga mos keladi. Va to'g'ridan-to'g'ri o'tkazgichda bo'lgani kabi, aksincha emas. Agar oqim o'tadigan uzun o'tkazgich buloqqa aylantirilsa, unda bu qurilma ko'p burilishlardan iborat bo'ladi. Bobinning har bir aylanishining magnit maydonlari superpozitsiya printsipiga ko'ra qo'shiladi. Shunday qilib, bir nuqtada bobin tomonidan yaratilgan maydon o'sha nuqtada har bir burilish tomonidan yaratilgan maydonlarning yig'indisi bo'ladi. Bunday bobinning maydon chiziqlari rasmini rasmda ko'rishingiz mumkin. 18.
Guruch. 18. Bobinli elektr uzatish liniyalari
Bunday qurilma lasan, solenoid yoki elektromagnit deb ataladi. Bobinning magnit xususiyatlari doimiy magnitniki bilan bir xil bo'lishini ko'rish oson (19-rasmga qarang).
Guruch. 19. Magnit xususiyatlari bobin va doimiy magnit
Bobinning bir tomoni (yuqoridagi rasmda) magnitning shimoliy qutbi, ikkinchi tomoni esa janubiy qutb vazifasini bajaradi. Bunday qurilma texnologiyada keng qo'llaniladi, chunki uni boshqarish mumkin: u faqat sariqdagi oqim yoqilganda magnitga aylanadi. E'tibor bering, bobin ichidagi magnit maydon chiziqlari deyarli parallel va ularning zichligi yuqori. Solenoid ichidagi maydon juda kuchli va bir xil. Bobinning tashqarisidagi maydon bir xil emas, u ichidagi maydonga qaraganda ancha zaif va teskari yo'nalishda yo'naltirilgan. Bobin ichidagi magnit maydonning yo'nalishi bir burilish ichidagi maydon uchun bo'lgani kabi gimlet qoidasi bilan belgilanadi. Tutqichning aylanish yo'nalishi uchun biz lasan orqali o'tadigan oqim yo'nalishini olamiz va gimletning harakati uning ichidagi magnit maydonning yo'nalishini ko'rsatadi (20-rasmga qarang).
Guruch. 20. G'altakning gimlet qoidasi
Agar siz oqim o'tkazuvchi lasanni magnit maydonga joylashtirsangiz, u magnit igna kabi o'zini o'zgartiradi. Aylanishni keltirib chiqaradigan kuch momenti ma'lum bir nuqtadagi magnit induksiya vektorining kattaligi, bobinning maydoni va undagi oqim kuchi bilan quyidagicha bog'liq:
Endi bizga doimiy magnitning magnit xossalari qayerdan kelib chiqqanligi ayon bo'ladi: atomda yopiq yo'l bo'ylab harakatlanayotgan elektron oqimga ega bo'lgan g'altakga o'xshaydi va lasan kabi magnit maydonga ega. Va, biz lasan misolida ko'rganimizdek, ma'lum bir tarzda tartibga solingan oqim bilan ko'plab burilishlar kuchli magnit maydonga ega.
|
Doimiy magnitlar tomonidan yaratilgan maydon ular ichidagi zaryadlarning harakati natijasidir. Va bu zaryadlar atomlardagi elektronlardir (21-rasmga qarang).
Guruch. 21. Elektronlarning atomlardagi harakati Keling, uning paydo bo'lish mexanizmini sifat darajasida tushuntiramiz. Ma'lumki, atomdagi elektronlar harakatda. Shunday qilib, har bir atomdagi har bir elektron o'zining magnit maydonini yaratadi, shuning uchun u chiqadi katta soni atom kattaligidagi magnitlar. Ko'pgina moddalar uchun bu magnitlar va ularning magnit maydonlari tasodifiy yo'naltirilgan. Shuning uchun tananing yaratgan umumiy magnit maydoni nolga teng. Ammo shunday moddalar mavjudki, ularda alohida elektronlar tomonidan yaratilgan magnit maydonlar xuddi shunday yo'naltiriladi (22-rasmga qarang).
Guruch. 22. Magnit maydonlar xuddi shunday yo'naltirilgan Shuning uchun har bir elektron tomonidan yaratilgan magnit maydonlar qo'shiladi. Natijada, bunday moddadan yasalgan jism magnit maydonga ega va doimiy magnitdir. Tashqi magnit maydonda, biz aniqlaganimizdek, o'z magnit maydoniga ega bo'lgan alohida atomlar yoki atomlar guruhlari kompas ignasi kabi aylanadi (23-rasmga qarang).
Guruch. 23. Tashqi magnit maydonda atomlarning aylanishi Agar ular ilgari bir yo'nalishda yo'naltirilmagan bo'lsa va kuchli umumiy magnit maydon hosil qilmagan bo'lsa, unda elementar magnitlar buyurtma qilingandan so'ng, ularning magnit maydonlari qo'shiladi. Va agar tashqi maydon ta'siridan keyin tartib saqlanib qolsa, modda magnit bo'lib qoladi. Ta'riflangan jarayon magnitlanish deb ataladi. |
Shaklda ko'rsatilgan kuchlanishda solenoidni ta'minlaydigan oqim manbai qutblarini belgilang. 24 o'zaro ta'sir. Keling, o'ylab ko'raylik: to'g'ridan-to'g'ri oqim oqadigan solenoid magnit kabi harakat qiladi.
Guruch. 24. Joriy manba
Rasmga ko'ra. 24 ko'rinib turibdiki, magnit igna janubiy qutbi bilan solenoid tomon yo'naltirilgan. Xuddi shu ustunlar magnitlar bir-birini itaradi va qarama-qarshi magnitlar tortadi. Bundan kelib chiqadiki, solenoidning chap qutbining o'zi shimolda (25-rasmga qarang).
Guruch. 25. Solenoidning chap qutbi shimol
Magnit induksiya chiziqlari shimoliy qutbdan chiqib, janubiy qutbga kiradi. Bu shuni anglatadiki, solenoid ichidagi maydon chapga yo'naltirilgan (26-rasmga qarang).
Guruch. 26. Solenoid ichidagi maydon chapga yo'naltirilgan
Xo'sh, solenoid ichidagi maydonning yo'nalishi gimlet qoidasi bilan belgilanadi. Biz bilamizki, maydon chap tomonga yo'naltirilgan - shuning uchun gimlet shu yo'nalishda vidalangan deb tasavvur qilaylik. Keyin uning tutqichi solenoiddagi oqim yo'nalishini ko'rsatadi - o'ngdan chapga (27-rasmga qarang).
Oqim yo'nalishi musbat zaryadning harakatlanish yo'nalishi bilan belgilanadi. Va musbat zaryad potentsial yuqori bo'lgan nuqtadan (manbaning musbat qutbi) potentsiali pastroq nuqtaga (manbaning manfiy qutbi) o'tadi. Binobarin, o'ng tomonda joylashgan manba qutbi ijobiy, chapda esa salbiy (28-rasmga qarang).
Guruch. 28. Manba qutblarini aniqlash
Muammo 2
Maydoni 400 bo'lgan ramka 0,1 T induksiyaga ega bo'lgan yagona magnit maydonga joylashtirilgan, shunda ramkaning normali induksiya chiziqlariga perpendikulyar bo'ladi. Qaysi oqim kuchida moment 20 ramkaga ta'sir qiladi (29-rasmga qarang)?
Guruch. 29. 2-masala uchun chizma
O'ylab ko'raylik: burilishni keltirib chiqaradigan kuch momenti ma'lum bir nuqtadagi magnit induksiya vektorining kattaligi, bobinning maydoni va undagi oqim kuchi bilan quyidagi bog'liqlik bilan bog'liq:
Bizning holatlarimizda barcha kerakli ma'lumotlar mavjud. Kerakli oqim kuchini ifodalash va javobni hisoblash qoladi:
Muammo hal qilindi.
Adabiyotlar ro'yxati
- Sokolovich Yu.A., Bogdanova G.S. Fizika: Muammoni hal qilish misollari bilan ma'lumotnoma. - 2-nashrning qayta bo'linishi. - X.: Vesta: Ranoq nashriyoti, 2005. - 464 b.
- Myakishev G.Ya. Fizika: darslik. 11-sinf uchun umumiy ta'lim muassasalar. - M.: Ta'lim, 2010 yil.
- "Bilim hipermarketi" internet portali ()
- "TsORning yagona to'plami" internet portali ()
Uy vazifasi
Barcha formulalar qat'iy muvofiq olinadi Federal pedagogik o'lchovlar instituti (FIPI)
3.3 MAGNETIK MAYDON
3.3.1 Magnitlarning mexanik o'zaro ta'siri
Elektr zaryadi yaqinida materiyaning o'ziga xos shakli - elektr maydoni hosil bo'ladi. Magnit atrofida materiyaning shunga o'xshash shakli mavjud, ammo u boshqa tabiatga ega (axir, ruda elektr jihatdan neytral), u magnit maydon deb ataladi. Magnit maydonni o'rganish uchun tekis yoki taqa magnitlari ishlatiladi. Magnitning ma'lum joylari eng katta jozibali ta'sirga ega, ular qutblar (shimoliy va janubiy) deb ataladi. Qarama-qarshi magnit qutblar o'ziga tortadi va magnit qutblar kabi itaradi.
Magnit maydon. Magnit induksiya vektori
Magnit maydonning kuchini tavsiflash uchun magnit maydon induksiya vektori B dan foydalaning. Magnit maydon kuch chiziqlari (magnit induksiya chiziqlari) yordamida grafik tarzda tasvirlangan. Chiziqlar yopiq, na boshlanishi, na oxiri bor. Magnit chiziqlar paydo bo'ladigan joy Shimoliy qutb, magnit chiziqlar esa janubiy qutbga kiradi.
Magnit induksiya B [Tl]- magnit maydonning kuch xarakteristikasi bo'lgan vektor fizik miqdori.
Magnit maydonlarning superpozitsiyasi printsipi - agar fazoning ma'lum bir nuqtasida magnit maydon bir nechta maydon manbalari tomonidan yaratilgan bo'lsa, u holda magnit induksiya har bir maydonning alohida induksiyalarining vektor yig'indisidir. :
Magnit maydon chiziqlari. Ip va taqa doimiy magnitlarning maydon chiziqlari naqshlari
3.3.2 Oersted tajribasi. Tok o'tkazuvchi o'tkazgichning magnit maydoni. Uzun to'g'ri o'tkazgich va yopiq halqali o'tkazgichning maydon chiziqlari tasviri, oqim bilan bo'lak
Magnit maydon nafaqat magnit atrofida, balki tok o'tkazuvchi har qanday o'tkazgich atrofida ham mavjud. Oersted tajribasi elektr tokining magnitga ta'sirini ko'rsatadi. Agar tok o'tkazuvchi to'g'ri o'tkazgich karton varaqdagi teshikdan o'tkazilsa, unda mayda temir yoki po'latdan yasalgan qoziqlar sochilgan bo'lsa, u holda ular konsentrik doiralarni hosil qiladi, ularning markazi o'tkazgich o'qida joylashgan. Ushbu doiralar oqim o'tkazuvchi o'tkazgichning magnit maydon chiziqlarini ifodalaydi.
3.3.3 Amper kuchi, uning yo'nalishi va kattaligi:
Amper quvvati- magnit maydonda tok o'tkazuvchi o'tkazgichga ta'sir qiluvchi kuch. Amper kuchining yo'nalishi chap qo'l qoidasi bilan belgilanadi: agar chap qo'l magnit induksiya vektori B ning perpendikulyar komponenti kaftga kirib, to'rtta cho'zilgan barmoqlar oqim yo'nalishiga yo'naltirilgan bo'lsa, 90 gradus egilgan bosh barmog'i o'tkazgichning kesimiga ta'sir qiluvchi kuch yo'nalishini ko'rsatadi. oqim, ya'ni Amper kuchi bilan.
Qayerda I- o'tkazgichdagi oqim kuchi;
B
L— magnit maydonda joylashgan o'tkazgich uzunligi;
α - magnit maydon vektori va o'tkazgichdagi oqim yo'nalishi orasidagi burchak.
3.3.4 Lorents kuchi, uning yo'nalishi va kattaligi:
Elektr toki zaryadlarning tartibli harakatini ifodalaganligi sababli, magnit maydonning oqim o'tkazuvchi o'tkazgichga ta'siri uning alohida harakatlanuvchi zaryadlarga ta'siri natijasidir. Magnit maydonda harakatlanuvchi zaryadlarga ta'sir qiladigan kuch Lorents kuchi deb ataladi. Lorents kuchi quyidagi munosabat bilan aniqlanadi:
Qayerda q— harakatlanuvchi zaryadning kattaligi;
V— uning tezligi moduli;
B— magnit maydon induksiya vektorining moduli;
α zaryad tezligi vektori va magnit induksiya vektori orasidagi burchak.
E'tibor bering, Lorentz kuchi tezlikka perpendikulyar va shuning uchun u ishlamaydi, zaryad tezligi modulini va uning kinetik energiyasini o'zgartirmaydi. Ammo tezlik yo'nalishi doimiy ravishda o'zgarib turadi.
Lorents kuchi vektorlarga perpendikulyar IN Va v, va uning yo'nalishi Amper kuchining yo'nalishi bilan bir xil chap qo'l qoidasi yordamida aniqlanadi: agar chap qo'l magnit induksiya komponenti shunday joylashtirilgan bo'lsa IN, zaryad tezligiga perpendikulyar, kaftga kirdi va to'rtta barmoq musbat zaryad harakati bo'ylab yo'naltirildi (salbiy zaryadning harakatiga qarshi, masalan, elektron), keyin 90 daraja egilgan bosh barmog'i ko'rsatadi. zaryadga ta'sir qiluvchi Lorents kuchining yo'nalishi Fl.
Zaryadlangan zarrachaning yagona magnit maydondagi harakati
Zaryadlangan zarracha magnit maydonda harakat qilganda, Lorentz kuchi ishlamaydi. Shuning uchun zarracha harakat qilganda tezlik vektorining kattaligi o'zgarmaydi. Agar zaryadlangan zarracha Lorents kuchi taʼsirida bir xil magnit maydonda harakatlansa va uning tezligi vektorga perpendikulyar tekislikda boʻlsa, u holda zarracha radiusi R boʻlgan aylana boʻylab harakatlanadi.
"Magnit maydonni aniqlash" - Tajribalar davomida olingan ma'lumotlardan foydalanib, jadvalni to'ldiring. J. Vern. Magnitni magnit ignaga olib kelsak, u aylanadi. Magnit maydonlarning grafik tasviri. Xans Kristian Oersted. Elektr maydoni. Magnitning ikkita qutbi bor: shimol va janub. Bilimlarni umumlashtirish va tizimlashtirish bosqichi.
"Magnit maydon va uning grafik tasviri" - Bir hil bo'lmagan magnit maydon. Joriy bobinlar. Magnit chiziqlar. Amper gipotezasi. Ip magnitining ichida. Qarama-qarshi magnit qutblar. Polar chiroqlar. Doimiy magnitning magnit maydoni. Magnit maydon. Yerning magnit maydoni. Magnit qutblar. Biometrologiya. Konsentrik doiralar. Yagona magnit maydon.
"Magnit maydon energiyasi" skalyar miqdordir. Induktivlikni hisoblash. Doimiy magnit maydonlar. Dam olish vaqti. Induktivlik ta'rifi. Bobin energiyasi. Induktivlikka ega bo'lgan zanjirdagi tashqi oqimlar. Vaqtinchalik jarayonlar. Energiya zichligi. Elektrodinamika. Tebranish davri. Impulsli magnit maydon. O'z-o'zini induktsiya qilish. Magnit maydon energiya zichligi.
"Magnit maydonning xususiyatlari" - Magnit induksiya chiziqlari. Gimlet qoidasi. Quvvat chiziqlari bo'ylab aylantiring. Kompyuter modeli Yerning magnit maydoni. Magnit doimiy. Magnit induktsiya. Zaryad tashuvchilar soni. Magnit induksiya vektorini o'rnatishning uchta usuli. Elektr tokining magnit maydoni. Fizik Uilyam Gilbert.
"Magnit maydonning xususiyatlari" - moddaning turi. Magnit maydonning magnit induksiyasi. Magnit induktsiya. Doimiy magnit. Magnit induksiyaning ba'zi qiymatlari. Magnit igna. Spiker. Magnit induksiya vektor moduli. Magnit induksiya chiziqlari har doim yopiq. Oqimlarning o'zaro ta'siri. Moment. Moddaning magnit xossalari.
"Magnit maydondagi zarrachalarning harakati" - Spektrograf. Lorents kuchining namoyon bo'lishi. Lorents kuchi. Siklotron. Lorents kuchining kattaligini aniqlash. Nazorat savollari. Lorents kuchining yo'nalishlari. Yulduzlararo materiya. Eksperimentning vazifasi. Sozlamalarni o'zgartirish. Magnit maydon. Mass-spektrograf. Magnit maydonda zarrachalarning harakati. Katod-nurli trubka.
Jami 20 ta taqdimot mavjud
