4.1-MA'RUZA · MAGNETIZM

Vakuumda magnit maydon

Toklarning o'zaro ta'siridan Bio-Savar-Laplas qonuni, Amper va Lorens kuchlarigacha — hamda Yer magnit maydonining biosferani himoya qilishdagi o'rni.

Ma'ruzalar

MA'RUZA REJASI

Reja

01Tokning magnit maydoni

02Tokli o'tkazgichlarning o'zaro ta'siri

03Magnit maydon induksiyasi va kuchlanganligi

04Bio-Savar-Laplas qonuni

05Amper kuchi. Lorens kuchi

06Yer magnit maydoni va elektr o'lchov asboblari

1. Tokning magnit maydoni

Magnetizm — elektr toklarning o'zaro ta'siri, toklar va magnitlar orasidagi ta'sir jarayonida sodir bo'ladigan hodisalar. Harakatlanayotgan zaryad — magnit maydon manbai; bu maydon har qanday harakatdagi zaryadga, jumladan tokli o'tkazgichga kuch bilan ta'sir qiladi. 1819-yilda Ersted tokning magnit strelkasiga ta'sirini, 1820-yilda Amper toklarning o'zaro ta'sirini topdi; 1831-yilda Faradey elektromagnit induksiyani kashf etdi. Elektr toksiz magnit hodisasi va magnit hodisasiz elektr toki bo'lmaydi — ular yagona elektromagnit hodisaning ajralmas tomonlaridir.

Magnit maydon magnit kuch chiziqlari bilan tasvirlanadi: ular berk, uzluksiz chiziqlar — boshi va oxiri yo'q. Elektr maydon kuch chiziqlaridan (musbat zaryadda boshlanib manfiyda tugaydigan) farqli ravishda magnit chiziqlarining berkligi tabiatda magnit zaryadlari yo'qligidan dalolat beradi.

2. Parallel toklarning o'zaro ta'siri

Amper tajribada aniqlagan: ikki parallel o'tkazgichdan o'tayotgan toklar yo'nalishi bir xil bo'lsa o'tkazgichlar tortishadi, qarama-qarshi bo'lsa — itarishadi. Sabab: har bir tok o'z atrofida magnit maydon hosil qiladi va bu maydon ikkinchi tokli o'tkazgichga ta'sir etadi. O'zaro ta'sir kuchi toklarga va uzunlikka to'g'ri, orasidagi masofaga teskari proporsional:

F = \dfrac{\mu\mu_0\, I_1 I_2\, l}{2\pi\, d}

(1)

Demak, bir xil yo'nalishli toklarning magnit maydonlari bir-birini kuchaytiradi, qarama-qarshi yo'nalganlariniki esa susaytiradi.

3. Magnit maydon induksiyasi va kuchlanganligi

Magnit induksiya B — vektor kattalik, maydonning kuch xarakteristikasi. U tokli konturga ta'sir qiluvchi maksimal kuch momentining konturning magnit momentiga nisbatiga teng:

B = \dfrac{M_{\max}}{p_m}, \qquad 1\ \text{Tl} = 1\,\dfrac{\text{N}}{\text{A}\cdot\text{m}}

(2)

Induksiya vektorining yo'nalishi — maydonga kiritilgan erkin magnit strelkasi shimoliy qutbining ko'rsatish yo'nalishi. Maydonning ikkinchi xarakteristikasi — kuchlanganlik H; ular quyidagicha bog'langan:

B = \mu\mu_0 H, \qquad \mu_0 = 4\pi \cdot 10^{-7}\ \tfrac{\text{Gn}}{\text{m}}

(3)

bu yerda μ — muhitning magnit singdiruvchanligi (vakuum uchun μ = 1), μ₀ — magnit doimiysi.

4. Bio-Savar-Laplas qonuni

Bio-Savar-Laplas qonuni ixtiyoriy shakldagi tokli o'tkazgich hosil qilgan magnit maydon kuchlanganligini hisoblashga imkon beradi. Maydonning biror nuqtasidagi elementar kuchlanganlik tok kuchiga, o'tkazgich elementiga va burchak sinusiga to'g'ri, masofa kvadratiga teskari proporsional:

dH = \dfrac{I\, dl \cdot \sin\alpha}{4\pi r^{2}}

(4)

Xususiy hollar uchun natijalar:

H_{\text{aylana markazi}} = \dfrac{I}{2r}, \qquad H_{\text{to'g'ri o'tkazgich}} = \dfrac{I}{2\pi r}, \qquad H_{\text{solenoid}} = \dfrac{I n}{l}

(5)

5. Amper kuchi. Lorens kuchi

Bir jinsli magnit maydondagi tokli o'tkazgichga ta'sir qiluvchi Amper kuchi tok kuchi, o'tkazgich uzunligi, maydon induksiyasi va ular orasidagi burchak sinusiga bog'liq:

F_A = B\,I\,l\,\sin\alpha

(6)

O'tkazgichdagi tok — tartibli harakatlanayotgan zaryadlar oqimi. Har bir alohida zaryadga ta'sir etuvchi kuch — Lorens kuchi:

F_L = q\,v\,B\,\sin\alpha

(7)

Lorens kuchi tezlik va induksiya vektorlari yotgan tekislikka perpendikulyar yo'nalgan va markazga intilma kuch vazifasini bajaradi — zaryadli zarra maydonda aylana bo'ylab harakatlanadi ( $\alpha = 90^{\circ}$ bo'lganda):

R = \dfrac{m\,v}{q\,B}

(8)

Ikkala kuchning yo'nalishi chap qo'l qoidasi bilan aniqlanadi: kaftga induksiya vektori kirsa va to'rt barmoq tok (musbat zaryad harakati) yo'nalishida ochilsa, kerilgan bosh barmoq kuch yo'nalishini ko'rsatadi. Elektr dvigatellari Amper kuchiga, massa-spektrograf va siklotron Lorens kuchiga asoslangan.

FIZIKA × EKOLOGIYA

6. Yer magnit maydoni va elektr o'lchov asboblari

Yer atrofida mavjud maydon — geomagnit maydon. U kompas, magnitometr va boshqa asboblar bilan o'lchanadi; magnit temirtosh kabi tabiiy magnitlarning magnitlanishiga ham aynan Yer maydoni sabab. Quyoshdagi dog'lar maksimal bo'lgan davrlarda maydon keskin o'zgaradi — magnit bo'ronlari yuz beradi. Geomagnit maydon biosfera uchun tabiiy qalqon: u zaryadlangan kosmik zarralar oqimini Lorens kuchi bilan burib, atmosfera va tirik organizmlarni ulardan himoya qiladi hamda ko'chib yuruvchi qushlar kabi jonzotlar uchun tabiiy kompas bo'lib xizmat qiladi.

Magnit hodisalarga asoslangan elektr o'lchov asboblari energiya sarfini aniq nazorat qilish — demak, uni tejash imkonini beradi:

Magnitoelektr asboblar

Tokli o'tkazgichning doimiy magnit maydonida Amper kuchi ta'sirida harakatlanishiga asoslangan. Juda sezgir va aniq, biroq faqat o'zgarmas tok zanjirlarida ishlaydi.

Elektromagnit asboblar

Temir o'zakning tokli g'altakka tortilish hodisasiga asoslangan; o'zgarmas va o'zgaruvchan tok zanjirlarida o'lchashga yaroqli.

Elektrodinamik asboblar

Toklarning o'zaro ta'siriga asoslangan; o'zgaruvchan hamda o'zgarmas tok zanjirlarida qo'llanadi.

Issiqlik asboblari

Tok o'tayotgan simning qizib uzayish xossasiga asoslangan; ayniqsa yuqori chastotali toklarni o'lchash uchun yaroqli.

Bundan tashqari, kuchli elektromagnitlar chiqindilarni saralash zavodlarida temir buyumlarni ajratib olishda qo'llanadi — magnetizm qonunlari qayta ishlash sanoatining ham xizmatida.

Asosiy xulosa

Magnit maydon — harakatlanayotgan zaryadlarning o'zaro ta'sirini ta'minlovchi maydon: Amper va Lorens kuchlari elektr dvigatellaridan massa-spektrografgacha texnikaning asosida yotadi, Yerning geomagnit maydoni esa biosferani kosmik nurlanishdan himoya qilib, sayyoramizdagi hayotning o'zini asraydi.

Amaliyotga o'tamiz

Bilimlaringizni interaktiv topshiriqlarda mustahkamlang va virtual laboratoriyalarda sinab ko'ring.

Topshiriqlar Laboratoriya

Bilimingizni sinab ko'ring

Ushbu ma'ruza bo'yicha 10 ta savol — osondan murakkabga. Testni yakunlaganingizda natijangiz (foiz va ball) ko'rsatiladi.

Testni boshlash