Elektromagnit maydon. Magnit hodisalar Fizikadan magnit hodisalariga misollar 7

Assalomu alaykum, aziz o'quvchilar. Tabiat ko'p sirlarni yashiradi. Inson ba'zi sirlar uchun tushuntirishlarni topishga muvaffaq bo'ldi, lekin boshqalar uchun emas. Tabiatdagi magnit hodisalar bizning erimizda va atrofimizda sodir bo'ladi va ba'zida biz ularni sezmaymiz.

Ushbu hodisalardan birini magnitni olib, uni metall mix yoki pinga yo'naltirish orqali ko'rish mumkin. Ular bir-biriga qanday jalb qilinganiga qarang.

Ko‘pchiligimiz maktabimizdagi fizika kursidan magnit maydonga ega bo‘lgan ushbu ob’ekt bilan o‘tkazilgan tajribalarni haligacha eslaymiz.

Umid qilamanki, magnit hodisalari nima ekanligini eslaysizmi? Albatta, bu magnit maydonga ega bo'lgan boshqa metall buyumlarni o'ziga jalb qilish qobiliyatidir.

Magnitlar yasalgan magnit temir javharini ko'rib chiqing. Sizning har biringiz muzlatgich eshigida shunday magnitlar bo'lishi mumkin.

Yana qanday magnit tabiat hodisalari borligini bilish sizni qiziqtirishi mumkinmi? Kimdan maktab darslari Fizikada biz maydonlar magnit va elektromagnit bo'lishi mumkinligini bilamiz.

Sizga ma'lum bo'lsinki, magnit temir rudasi bizning eramizdan oldin ham tirik tabiatda ma'lum bo'lgan. Bu vaqtda Xitoy imperatori o'zining ko'plab yurishlari va shunchaki dengiz yurishlarida foydalangan kompas yaratildi.

dan tarjima qilingan Xitoy tili magnit so'zi mehribon toshga o'xshaydi. Ajoyib tarjima, shunday emasmi?

Kristofer Kolumb o'z sayohatlarida magnit kompasdan foydalangan holda buni payqadi geografik koordinatalar kompas ignasining og'ishiga ta'sir qiladi. Keyinchalik, bu kuzatuv natijasi olimlarni Yerda magnit maydonlari bor degan xulosaga olib keldi.

Magnit maydonning tirik va jonsiz tabiatga ta'siri

Ko'chib yuruvchi qushlarning o'z yashash joylarini aniq aniqlash qobiliyati doimo olimlarni qiziqtirgan. Yerning magnit maydoni ularga shubhasiz yotqizishga yordam beradi. Va ko'plab hayvonlarning ko'chishi yerning bu maydoniga bog'liq.

Shunday qilib, nafaqat qushlar, balki hayvonlar ham:

• Toshbaqalar
• Dengiz chig'anoqlari
• Qizil ikra baliq
• Salamanderlar
• va boshqa ko'plab hayvonlar.

Olimlar tirik organizmlar tanasida magnit va elektromagnit maydonlarni his qilishga yordam beruvchi magnetit zarralari bilan bir qatorda maxsus retseptorlar mavjudligini aniqladilar.

Lekin qanday qilib aniq kim tirik mavjudot yashash yovvoyi tabiat, topadi kerakli belgi, olimlar aniq javob bera olmaydi.

Magnit bo'ronlar va ularning odamlarga ta'siri

Biz Yerning magnit maydonlari haqida allaqachon bilamiz. Ular bizni Quyoshdan keladigan zaryadlangan mikrozarralar ta'siridan himoya qiladi. Magnit bo'ron bizni himoya qiladigan narsaning keskin o'zgarishidan boshqa narsa emas. elektro magnit maydon yer.

Qanday qilib ba'zida to'satdan o'tkir og'riq sizning chakkangizga tushib, darhol kuchli og'riq paydo bo'lishini hech qachon payqadingizmi? bosh og'rig'i? Inson tanasida yuzaga keladigan barcha bu og'riqli alomatlar bu tabiiy hodisaning mavjudligini ko'rsatadi.

Ushbu magnit hodisa bir soatdan 12 soatgacha davom etishi yoki qisqa muddatli bo'lishi mumkin. Shifokorlar ta'kidlaganidek, yurak-qon tomir kasalliklari bo'lgan keksa odamlar bundan ko'proq azob chekishadi.

Ta'kidlanishicha, uzoq davom etgan magnit bo'roni paytida yurak xurujlari soni ko'payadi. Magnit bo'ronlarining paydo bo'lishini kuzatadigan bir qator olimlar mavjud.

Shunday qilib, aziz o'quvchilarim, ba'zida ularning tashqi ko'rinishini o'rganish va iloji bo'lsa, ularning dahshatli oqibatlarini oldini olishga harakat qilish kerak.

Rossiyadagi magnit anomaliyalar

Erimizning ulkan hududida turli xil magnit anomaliyalari mavjud. Keling, ular haqida bir oz bilib olaylik.

Mashhur olim va astronom P. B. Inoxodtsev 1773 yilda o'rgangan. geografik joylashuvi Rossiyaning markaziy qismidagi barcha shaharlar. Aynan o'sha paytda u Kursk va Belgorod hududida kuchli anomaliyani topdi, u erda kompas ignasi isitma bilan aylanadi. Faqat 1923 yilda birinchi quduq qazildi, unda metall rudasi aniqlandi.

Olimlar bugungi kunda ham Kursk magnit anomaliyasida temir rudasining katta to'planishini tushuntirib bera olmaydilar.

Geografiya darsliklaridan barcha temir rudalari qazib olinishini bilamiz tog'li hududlar. Tekislikda temir rudasi konlari qanday paydo bo'lganligi noma'lum.

Braziliya magnit anomaliyasi

Braziliyaning okean qirg'og'ida, 1000 kilometrdan ortiq balandlikda, bu joy ustida uchadigan samolyotlarning aksariyat asboblari - samolyotlar va hatto sun'iy yo'ldoshlar ham o'z ishini to'xtatadi.

To'q sariq apelsinni tasavvur qiling. Uning qobig'i pulpani himoya qiladi va atmosferaning himoya qatlami bilan erning magnit maydoni sayyoramizni kosmosning zararli ta'siridan himoya qiladi. Braziliyalik anomaliya esa bu po‘stlog‘idagi chuqurchaga o‘xshaydi.

Bundan tashqari, bu noodatiy joyda sirlilar bir necha bor kuzatilgan.

Yurtimizning olimlarga ochiladigan sirlari, sirlari hali ko‘p, do‘stlar. Sizga sihat-salomatlik tilayman va yoqimsiz magnit hodisalar sizni chetlab o'tishini istardim!

Tabiatdagi magnit hodisalar haqidagi qisqacha sharhim sizga yoqdi degan umiddaman. Yoki siz ularni allaqachon kuzatgansiz yoki o'zingizga ta'sirini his qilgansiz. Bu haqda sharhlaringizda yozing, men bu haqda o'qishga qiziqaman. Va bugun hammasi shu. Keling, siz bilan xayrlashib, yana ko'rishguncha.

Men sizga blog yangilanishlariga obuna bo'lishni tavsiya qilaman. Shuningdek, siz maqolani 10 ta tizimga ko'ra, ma'lum miqdordagi yulduzlar bilan belgilashingiz mumkin. Menga tashrif buyuring va do'stlaringizni olib keling, chunki bu sayt siz uchun maxsus yaratilgan. Ishonchim komilki, bu erda siz juda ko'p foydali va qiziqarli ma'lumotlarni topasiz.

Mavzusi "Elektromagnit maydon" bo'lgan ushbu darsda biz "elektromagnit maydon" tushunchasini, uning namoyon bo'lish xususiyatlarini va ushbu maydonning parametrlarini muhokama qilamiz.

Biz gaplashamiz Mobil telefon. Signal qanday uzatiladi? Signal qanday uzatiladi kosmik stantsiya, Marsga uchganmi? Bo'shliqda? Ha, hech qanday modda bo'lmasligi mumkin, lekin bu bo'shliq emas, signal uzatiladigan boshqa narsa bor. Bu narsa elektromagnit maydon deb ataldi. Bu to'g'ridan-to'g'ri kuzatilishi mumkin emas, balki tabiatning haqiqatan ham mavjud ob'ektidir.

Agar tovush signali moddaning, masalan, havo parametrlarining o'zgarishi bo'lsa (1-rasm), radio signali EM maydonining parametrlarining o'zgarishidir.

Guruch. 1. Tarqatish tovush to'lqini havoda

"Elektr" va "magnit" so'zlari biz uchun tushunarli, biz allaqachon elektr hodisalarini (2-rasm) va magnit hodisalarni (3-rasm) alohida o'rganib chiqdik, lekin nima uchun biz elektromagnit maydon haqida gapiramiz? Bugun biz buni aniqlaymiz.

Guruch. 2. Elektr maydoni

Guruch. 3. Magnit maydon

Elektromagnit hodisalarga misollar.

Mikroto'lqinli pech elektr zaryadiga ta'sir qiluvchi kuchli va eng muhimi, juda tez o'zgaruvchan elektromagnit maydonlarni hosil qiladi. Va biz bilganimizdek, moddalarning atomlari va molekulalari elektr zaryadini o'z ichiga oladi (4-rasm). Bu erda elektromagnit maydon unga ta'sir qiladi, molekulalarni tezroq harakat qilishga majbur qiladi (5-rasm) - harorat ko'tariladi va oziq-ovqat qiziydi. Rentgen nurlari, ultrabinafsha nurlar va ko'rinadigan yorug'lik.

Guruch. 4. Suv molekulasi dipoldir

Guruch. 5. Elektr zaryadiga ega bo'lgan molekulalarning harakati

Mikroto'lqinli pechda elektromagnit maydon issiqlik uchun ishlatiladigan moddaga energiya beradi, ko'rinadigan yorug'lik ko'z retseptorlariga energiya beradi, bu retseptorni faollashtirish uchun ishlatiladi (6-rasm), ultrabinafsha nurlar energiyasi hosil bo'lishiga sarflanadi. teridagi melanin (ko'nchilik paydo bo'lishi, 7-rasm) va rentgen nurlarining energiyasi plyonkaning qora rangga aylanishiga olib keladi, unda siz skeletingizning tasvirini ko'rishingiz mumkin (8-rasm). Bularning barchasida elektromagnit maydon turli xil parametrlarga ega va shuning uchun turli xil ta'sirlarga ega.

Guruch. 6. Ko'rinadigan yorug'lik energiyasi bilan ko'z retseptorini faollashtirishning shartli diagrammasi

Guruch. 7. Terini bo'yash

Guruch. 8. Rentgen paytida plyonkaning qorayishi

Shunday qilib, biz elektromagnit maydonga tuyulganidan ko'ra tez-tez duch kelamiz va u bilan bog'liq bo'lgan hodisalarga uzoq vaqtdan beri o'rganib qolganmiz.

Demak, biz bilamizki, elektr maydoni elektr zaryadlari atrofida paydo bo'ladi (9-rasm). Bu erda hamma narsa aniq.

Guruch. 9. Elektr zaryadi atrofidagi elektr maydoni

Agar elektr zaryadi harakatlansa, biz o'rganganimizdek, uning atrofida magnit maydon paydo bo'ladi (10-rasm). Bu erda allaqachon savol tug'iladi: elektr zaryadi harakatlanmoqda, uning atrofida elektr maydoni bor, magnit maydonning bunga qanday aloqasi bor? Yana bir savol: biz "zaryad harakatlanmoqda" deymiz. Lekin harakat nisbiydir va u bir mos yozuvlar doirasida harakatlanishi va boshqasida dam olishi mumkin (11-rasm). Bu magnit maydon bir mos yozuvlar doirasida mavjud bo'ladi, lekin boshqasida emas, degan ma'noni anglatadimi? Lekin mos yozuvlar ramkasini tanlashga qarab maydon mavjud bo'lmasligi yoki mavjud bo'lmasligi kerak.

Guruch. 10. Harakatlanuvchi elektr zaryad atrofidagi magnit maydon

Guruch. 11. Zaryad harakatining nisbiyligi

Gap shundaki, bitta elektromagnit maydon mavjud bo'lib, u yagona manba - elektr zaryadiga ega. U ikkita komponentdan iborat. Elektr va magnit maydonlar alohida ko'rinishlar, yagona elektromagnit maydonning alohida komponentlari bo'lib, ular turli xil mos yozuvlar tizimlarida o'zlarini turlicha namoyon qiladi (12-rasm).

Guruch. 12. Elektromagnit maydonning ko'rinishlari

Siz mos yozuvlar ramkasini tanlashingiz mumkin, unda faqat elektr maydoni yoki faqat magnit maydon yoki ikkalasi bir vaqtning o'zida paydo bo'ladi. Shu bilan birga, elektr va magnit komponentlar nolga teng bo'ladigan, ya'ni elektromagnit maydon mavjud bo'lishni to'xtatadigan mos yozuvlar tizimini tanlash mumkin emas.

Malumot tizimiga qarab, biz maydonning bir komponentini yoki boshqasini yoki ikkalasini ham ko'ramiz. Bu jismning aylana bo‘ylab harakatlanishiga o‘xshaydi: agar siz bunday jismga yuqoridan qarasangiz, aylana bo‘ylab harakatni ko‘ramiz (13-rasm), agar yon tomondan bo‘lsa, segment bo‘ylab tebranishlarni ko‘ramiz (14-rasm). ). Koordinata o'qiga har bir proyeksiyada aylanma harakat tebranishlardan iborat.

Guruch. 13. Aylana bo'ylab tana harakati

Guruch. 14. Tananing segment bo‘ylab tebranishlari

Guruch. 15. Aylanma harakatlarning koordinata o'qiga proyeksiyasi

Yana bir o'xshashlik - piramidaning tekislikka proyeksiyasi. U uchburchak yoki kvadratga proyeksiyalanishi mumkin. Samolyotda bu mutlaqo boshqa raqamlar, ammo bularning barchasi turli tomondan qaraladigan piramidadir. Ammo piramida butunlay yo'q bo'lib ketadigan burchak yo'q. Bu shunchaki kvadrat yoki uchburchakka o'xshaydi (16-rasm).

Guruch. 16. Piramidaning tekislikka proyeksiyalari

Oqim o'tkazuvchi o'tkazgichni ko'rib chiqing. Unda manfiy zaryadlar ijobiy bo'lganlar bilan kompensatsiyalangan, uning atrofidagi elektr maydoni nolga teng (17-rasm). Magnit maydon nolga teng emas (18-rasm) biz oqim bilan o'tkazgich atrofida magnit maydonning paydo bo'lishini ko'rib chiqdik. Keling, elektronlar hosil bo'ladigan mos yozuvlar tizimini tanlaylik elektr toki, harakatsiz bo'ladi. Ammo bu mos yozuvlar tizimida o'tkazgichning musbat zaryadlangan ionlari elektronlarga nisbatan teskari yo'nalishda harakat qiladi: magnit maydon hali ham paydo bo'ladi (18-rasm).

Guruch. 17. Elektr maydoni nolga teng bo'lgan tok o'tkazgich

Guruch. 18. Tok o'tkazuvchi o'tkazgich atrofidagi magnit maydon

Agar elektronlar vakuumda bo'lsa, bu mos yozuvlar tizimida ularning atrofida elektr maydoni paydo bo'lar edi, chunki ular musbat zaryadlar bilan kompensatsiyalanmaydi, lekin magnit maydon bo'lmaydi (19-rasm).

Guruch. 19. Vakuumdagi elektronlar atrofidagi elektr maydoni

Keling, yana bir misolni ko'rib chiqaylik. Keling, doimiy magnitni olaylik. Uning atrofida magnit maydon bor, lekin elektr yo'q. Haqiqatan ham, proton va elektronlarning elektr maydoni kompensatsiyalangan (20-rasm).

Guruch. 20. Doimiy magnit atrofidagi magnit maydon

Keling, magnit harakatlanayotgan mos yozuvlar ramkasini olaylik. Harakatlanuvchi doimiy magnit atrofida girdobli elektr maydoni paydo bo'ladi (21-rasm). Uni qanday aniqlash mumkin? Keling, magnitning yo'lida metall halqani (ushbu mos yozuvlar ramkasida harakatsiz) joylashtiramiz. Unda oqim paydo bo'ladi - bu taniqli hodisa elektromagnit induksiya: magnit oqim o'zgarganda, zaryadlarning harakatlanishiga va oqimning paydo bo'lishiga olib keladigan elektr maydoni paydo bo'ladi (22-rasm). Bir mos yozuvlar ramkasida elektr maydoni yo'q, lekin boshqasida u paydo bo'ladi.

Guruch. 21. Harakatlanuvchi doimiy magnit atrofidagi vorteks elektr maydoni

Guruch. 22. Elektromagnit induksiya hodisasi

Doimiy magnitning magnit maydoni

Har qanday moddada yadro atrofida aylanadigan elektronlarni aylana bo'ylab oqadigan kichik elektr toki sifatida tasavvur qilish mumkin (23-rasm). Bu uning atrofida magnit maydon paydo bo'lishini anglatadi. Agar modda magnit bo'lmasa, bu elektronlarning aylanish tekisliklari o'zboshimchalik bilan yo'naltirilganligini va alohida elektronlarning magnit maydonlari bir-birini qoplaydi, chunki ular xaotik tarzda yo'naltiriladi.

Guruch. 23. Elektronlarning yadro atrofida aylanishining tasviri

IN magnit moddalar Aynan elektron aylanish tekisliklari taxminan bir xil yo'naltirilgan (24-rasm). Shuning uchun barcha elektronlarning magnit maydonlari qo'shiladi va butun magnitning shkalasida nolga teng bo'lmagan magnit maydon olinadi.

Guruch. 24. Magnit moddalardagi elektronlarning aylanishi

Doimiy magnit atrofida magnit maydon, aniqrog'i elektromagnit maydonning magnit komponenti mavjud (25-rasm). Magnit komponent nolga aylanadigan va magnit o'z xususiyatlarini yo'qotadigan mos yozuvlar tizimini topa olamizmi? Hali ham yo'q. Haqiqatan ham, elektronlar bir xil tekislikda aylanadi (24-rasmga qarang), elektronlarning tezligi bir xil yo'nalishda yo'naltirilmaydi (26-rasm). Shunday qilib, ularning barchasi muzlab qoladigan va magnit maydon yo'qolgan mos yozuvlar doirasini topish mumkin emas.

Guruch. 25. Doimiy magnit atrofidagi magnit maydon

Shunday qilib, elektr va magnit maydonlar bitta elektromagnit maydonning turli ko'rinishlaridir. Kosmosning ma'lum bir nuqtasida faqat magnit yoki faqat elektr maydoni mavjud deb aytish mumkin emas. Bir yoki boshqasi bo'lishi mumkin. Bularning barchasi biz ushbu nuqtai nazardan qarashimizga bog'liq.

Nega biz avval elektr va magnit maydonlar haqida alohida gapirgan edik? Birinchidan, bu tarixan sodir bo'ldi: odamlar magnitlar haqida uzoq vaqtdan beri bilishgan, odamlar mo'ynani kehribarda elektrlashtirilganligini uzoq vaqt kuzatishgan va hech kim bu hodisalar bir xil tabiatga ega ekanligini tushunmagan. Va ikkinchidan, bu qulay model. Elektr va magnit komponentlar o'rtasidagi munosabatlar bizni qiziqtirmaydigan muammolarda ularni alohida ko'rib chiqish qulay. Berilgan mos yozuvlar tizimidagi ikkita statsionar zaryad elektr maydoni orqali o'zaro ta'sir qiladi - biz ularga Kulon qonunini qo'llaymiz, xuddi shu elektronlarning qandaydir mos yozuvlar tizimida harakatlanishi va magnit maydon hosil qilishi bizni qiziqtirmaydi va biz muammoni muvaffaqiyatli hal qilamiz. (27-rasm) .

Guruch. 27. Kulon qonuni

Magnit maydonning harakatlanuvchi zaryadga ta'siri boshqa modelda ko'rib chiqiladi va uning qo'llanilishi doirasida bir qator muammolarni hal qilishda ham mukammal ishlaydi (28-rasm).

Guruch. 28. Chap qo'l qoidasi

Keling, elektromagnit maydonning tarkibiy qismlari bir-biriga qanday bog'langanligini tushunishga harakat qilaylik.

Shuni ta'kidlash kerakki, aniq munosabatlar juda murakkab. Uni ingliz fizigi Jeyms Maksvell ishlab chiqqan. U universitetlarda o'rganiladigan va oliy matematika bilimini talab qiladigan mashhur 4 ta Maksvell tenglamalarini (29-rasm) oldi. Biz ularni o'rganmaymiz, albatta, lekin bir nechta oddiy so'zlar bilan Keling, ular nimani anglatishini aniqlaylik.

Guruch. 29. Maksvell tenglamalari

Maksvell barcha hodisalarni oddiygina sifat jihatidan tasvirlab bergan boshqa fizik Faraday (30-rasm) ishiga tayangan. U chizmalar qildi (31-rasm) va Maksvellga katta yordam berganligini qayd etdi.

Guruch. 31. Maykl Faradayning "Elektr" kitobidan rasmlari (1852)

Faraday elektromagnit induksiya hodisasini kashf etdi (32-rasm). Keling, nima ekanligini eslaylik. O'zgaruvchan magnit maydon o'tkazgichda induktsiyalangan emf hosil qiladi. Boshqacha qilib aytganda, o'zgaruvchan magnit maydon (ha, ichida Ushbu holatda- elektr zaryadi emas) elektr maydonini hosil qiladi. Bu elektr maydoni vorteks, ya'ni uning chiziqlari yopiq (33-rasm).

Guruch. 32. Maykl Faraday tomonidan eksperiment uchun chizmalar

Guruch. 33. Supero'tkazuvchilarda induktsiyalangan emfning paydo bo'lishi

Bundan tashqari, biz bilamizki, magnit maydon harakatlanuvchi elektr zaryadidan hosil bo'ladi. Uni o'zgaruvchan elektr maydoni hosil qiladi, desak to'g'riroq bo'ladi. Zaryadning harakatlanishi bilan har bir nuqtadagi elektr maydoni o'zgaradi va bu o'zgarish magnit maydon hosil qiladi (34-rasm).

Guruch. 34. Magnit maydonning paydo bo'lishi

Kondensatorning plitalari orasidagi magnit maydonning ko'rinishini sezishingiz mumkin. U zaryadlangan yoki zaryadsizlanganda plitalar o'rtasida o'zgaruvchan elektr maydoni hosil bo'ladi, bu esa o'z navbatida magnit maydon hosil qiladi. Bunda magnit maydon chiziqlari elektr maydon chiziqlariga perpendikulyar tekislikda yotadi (35-rasm).

Guruch. 35. Kondensator plitalari orasidagi magnit maydonning paydo bo'lishi

Endi Maksvell tenglamalarini ko'rib chiqamiz (29-rasm), ularning qisqacha izohi quyida ma'lumot uchun berilgan.

Divergentsiya belgisi matematik operator bo'lib, u manbaga ega bo'lgan maydon komponentini, ya'ni maydon chiziqlari nimadandir boshlanadi va tugaydi. Ikkinchi tenglamaga qarang: magnit maydonning bu komponenti nolga teng: magnit maydon chiziqlari hech narsadan boshlanmaydi yoki tugamaydi, magnit zaryad yo'q. Birinchi tenglamaga qarang: elektr maydonining bu komponenti zaryad zichligiga proportsionaldir. Elektr maydoni elektr zaryadidan hosil bo'ladi.

Eng qiziqarlisi quyidagi ikkita tenglamadir. Rotor belgisi - bu maydonning vorteks komponentini ta'kidlaydigan matematik operator. Uchinchi tenglama vorteksli elektr maydonini vaqt bo'yicha o'zgaruvchan magnit maydon hosil qilishini anglatadi (bu hosiladir, matematikadan bilganingizdek, magnit maydonning o'zgarish tezligini anglatadi). Ya'ni, biz elektromagnit induksiya haqida gapiramiz.

To'rtinchi tenglama shuni ko'rsatadiki, agar siz mutanosiblik koeffitsientlariga e'tibor bermasangiz: vorteks magnit maydoni o'zgaruvchan elektr maydoni, shuningdek, elektr toki (- oqim zichligi) tomonidan yaratiladi. Bu haqida biz yaxshi bilgan narsalar haqida: magnit maydon harakatlanuvchi elektr zaryadi tomonidan yaratilgan va.

Ko'rib turganingizdek, o'zgaruvchan magnit maydon o'zgaruvchan elektr maydonini yaratishi mumkin va o'zgaruvchan elektr maydoni o'z navbatida o'zgaruvchan magnit maydonni hosil qiladi va hokazo (36-rasm).

Guruch. 36. Oʻzgaruvchan magnit maydon oʻzgaruvchan elektr maydon hosil qilishi mumkin va aksincha.

Natijada fazoda elektromagnit to'lqin hosil bo'lishi mumkin (37-rasm). Bu to'lqinlar turli xil ko'rinishga ega - bular radio to'lqinlari, ko'rinadigan yorug'lik, ultrabinafsha va boshqalar. Bu haqda keyingi darslarda gaplashamiz.

Guruch. 37. Elektromagnit to'lqin

Ma'lumotnomalar

1. Kasyanov V.A. Fizika. 11-sinf: Tarbiyaviy. umumiy ta'lim uchun muassasalar. - M.: Bustard, 2005 yil.
2. Myakishev G.Ya. Fizika: darslik. 11-sinf uchun umumiy ta'lim muassasalar. - M.: Ta'lim, 2010 yil.

1. "studopedia.su" internet portali ()
2. "worldofschool.ru" internet portali ()

Uy vazifasi

1. Televizor tasvir trubkasida hosil bo'lgan oqimdagi bir tekis harakatlanuvchi elektronlardan biri bilan bog'liq bo'lgan mos yozuvlar ramkasida magnit maydonni aniqlash mumkinmi?
2. Berilgan sanoq sistemasida doimiy tezlikda harakatlanayotgan elektron atrofida qanday maydon paydo bo‘ladi?
3. Statik elektr bilan zaryadlangan harakatsiz amber atrofida qanday maydonni aniqlash mumkin? Harakatlanuvchining atrofidami? Javoblaringizni asoslang.

14. Magnit maydon induksiyasi. Magnit maydonlarning superpozitsiyasi printsipi. Amper quvvati. Lorents kuchi. Elektr o'lchash asboblari. Moddaning magnit xossalari.

Magnit hodisalar

Elektr va magnit hodisalari ham masofadagi jismlarning o'zaro ta'siridir. Bu o'zaro ta'sirlar mexanik kuchlar va jismlar o'rtasida ta'sir qiluvchi kuch momentlarining paydo bo'lishida namoyon bo'ladi.

Elektr va magnit o'zaro ta'sir o'rtasidagi farq, masalan, elektr zaryadlarini ajratish uchun siz ishqalanishingiz mumkinligida namoyon bo'ladi. turli buyumlar bir-biridan va magnitlarni olish uchun narsalarni bir-biriga ishqalash foydasizdir. Zaryadlangan ob'ektni nam matoga o'rash orqali siz uning elektr zaryadini yo'q qilishingiz mumkin. Magnit uchun xuddi shunday protsedura magnit xususiyatlarning yo'qolishiga olib kelmaydi. Boshqa magnitlar ishtirokida magnitlangan magnit materiallar elektr zaryadlarining ajralishiga olib kelmaydi. Masofadagi ob'ektlarning bu ikki turdagi o'zaro ta'sirini bir-biriga qisqartirib bo'lmaydi.

Magnitlar va turli materiallarning eksperimental tadqiqotlari shuni ko'rsatadiki, ba'zi ob'ektlar doimiy ravishda magnit xususiyatlarga ega, ya'ni ular "doimiy magnitlar", boshqa jismlar esa faqat doimiy magnitlar mavjud bo'lganda magnit xususiyatlarga ega bo'ladi. Bundan tashqari, aniq magnit xususiyatlarga ega bo'lmagan materiallar mavjud, ya'ni ular kuchli doimiy magnitlar tomonidan tortilmaydi yoki qaytarilmaydi. Ob'ektlarning o'ziga xos va induktsiyalangan magnit xususiyatlari shunga o'xshash ta'sirlarga olib keladi. Misol uchun, namunalari odatda har qanday maktabning har bir fizika sinfida joylashgan doimiy chiziqli magnitlar gorizontal holatda to'xtatilganda, ularning uchlari shimol va janubga qaratilgan bo'lishi uchun yo'naltirilgan. Faqat magnitlarning bu xususiyati insonga juda ko'p xizmat qilgan. Kompas uzoq vaqt oldin ixtiro qilingan, ammo ob'ektlarning magnit xususiyatlarini miqdoriy o'rganish va matematik tahlil bu xususiyatlar faqat 18-19-asrlarda amalga oshirilgan.

Tasavvur qilaylik, bizda qutblari bir-biridan keng joylashgan "uzun" magnitlar bor. Agar ikki xil magnitning ikkita qutbi bir-biriga yaqin joylashgan bo'lsa va bir xil magnitlarning ikkinchi qutblari bir-biridan uzoqda joylashgan bo'lsa, u holda yaqin qutblar orasidagi kuchlarning o'zaro ta'siri elektrostatik maydon uchun Kulon qonunidagi kabi formulalar bilan tavsiflanadi. . Magnitning har bir qutbiga magnit zaryadi tayinlanishi mumkin, bu uning "shimoliy" yoki "janubiy" ni tavsiflaydi. Har qanday magnitning magnit "zaryadlarini" standart bilan solishtirishga imkon beradigan kuchlar yoki kuchlar momentlarini o'lchashni o'z ichiga olgan protsedurani ishlab chiqish mumkin. Ushbu aqliy konstruktsiya, agar biz o'zimizga hali savol bermasak, amaliy muammolarni hal qilish imkonini beradi: uzun chiziqli magnit qanday ishlaydi, ya'ni ikkita magnit qutbni bog'laydigan kosmos hududida magnitning ichida nima bor.

Siz magnit zaryad birligini kiritishingiz mumkin. Bunday birlikni aniqlashning eng oddiy tartibi bir-biridan 1 metr masofada joylashgan birlik magnit zaryadining ikkita "nuqta" magnit qutblari orasidagi o'zaro ta'sir kuchi 1 Nyutonga teng deb hisoblashdir. Magnit qutblarni ajratishga urinishlar har doim ham muvaffaqiyatsiz bo'lganligi sababli, ya'ni chiziq magniti kesilgan joyda, har doim ikkita qarama-qarshi magnit qutb paydo bo'lgan, ularning kattaliklari oxirgi qutblarning kattaliklariga to'liq teng edi, degan xulosaga keldi. magnit qutblar har doim faqat juft bo'lib mavjud. Shunday qilib, har qanday uzun chiziqli magnit zanjirda joylashgan qisqaroq magnitlar sifatida ifodalanishi mumkin. Xuddi shunday, cheklangan o'lchamdagi har qanday magnit kosmos bo'ylab tarqalgan ko'p sonli qisqa magnitlar shaklida ifodalanishi mumkin.

Elektr va magnit zaryadlarning o'zaro kuch ta'sirini tasvirlash uchun kosmosda ma'lum bir kuch vektor maydonining mavjudligi haqida xuddi shu fikrdan foydalaniladi. "Elektr" holatda tegishli vektor vektor deyiladi keskinliklar elektr maydoni E . "Magnit" holat uchun mos keladigan vektor vektor deb ataladi induksiya magnit maydon IN . (1)

Ikkala holatda ham maydonlarni kosmosda "kuch vektorlari" ning taqsimlanishi bilan tavsiflash mumkin. Shimoliy magnit qutb uchun magnit maydondan unga ta'sir qiluvchi kuchning yo'nalishi vektor yo'nalishiga to'g'ri keladi. IN , va janubiy qutb uchun kuch bu vektorga qarama-qarshi yo'naltiriladi. Agar "magnit zaryadining" kattaligi, uning belgisini ("shimol" yoki "janub") hisobga olgan holda N belgisi bilan belgilangan bo'lsa, magnit maydondan magnit zaryadga ta'sir qiluvchi kuch ga teng bo'ladi. F =N B .

Elektr zaryadlarining maydon orqali o'zaro ta'sirini tasvirlaganimiz kabi, magnit zaryadlarning o'zaro ta'sirini tasvirlashda ham qilamiz. Atrofdagi fazodagi nuqta magnit zaryadi tomonidan yaratilgan magnit maydon elektr maydonidagi kabi xuddi shunday formula bilan tavsiflanadi.

B = K m N R /R 3.

Doimiy K m - bu birlik tizimini tanlashga bog'liq bo'lgan mutanosiblik koeffitsienti. Magnit zaryadlarning o'zaro ta'siri uchun Kulon qonuni ham amal qiladi va superpozitsiya printsipi ham amal qiladi.

Kulon qonuni (yoki butun dunyo tortishish qonuni) va Gauss teoremasi egizak aka-uka ekanligini eslaylik. Magnit qutblar alohida mavjud emasligi va har qanday magnit qarama-qarshi qutbli va teng kattalikdagi qutblar juftlarining kombinatsiyasi sifatida ifodalanishi mumkinligi sababli, magnit maydon holatida magnit maydon induksiya vektorining har qanday yopiq sirt orqali oqimi. har doim nolga teng.

Biz magnit hodisalarni muhokama qilamiz va magnit zaryadlar g'oyasini ular haqiqatan ham mavjud kabi ishlatamiz. Aslida, bu kosmosdagi magnit maydonni tavsiflashning bir usuli (magnit o'zaro ta'sirni tavsiflash). Magnit maydonning xususiyatlarini batafsilroq bilib olsak, biz bu usuldan foydalanishni to'xtatamiz. Bizga bino qurish uchun o'rmon quruvchilari kabi kerak. Qurilish tugagandan so'ng, iskala demontaj qilinadi va endi ko'rinmaydi va kerak emas.

Eng qizig'i shundaki, magnit maydon (statik) statsionar elektr zaryadiga (yoki dipolga) ta'sir qilmaydi va elektr maydoni (statik) statsionar magnit zaryadlarga (yoki dipollarga) ta'sir qilmaydi. Vaziyat go'yo dalalar bir-biridan mustaqil ravishda mavjud. Biroq, tinchlik, biz bilganimizdek, nisbiy tushunchadir. Boshqa mos yozuvlar tizimini tanlashda "dam olish" tanasi "harakatlanuvchi" bo'lishi mumkin. Ma'lum bo'lishicha, elektr va magnit maydonlari birlashtirilgan narsadir va maydonlarning har biri xuddi tanganing turli tomonlarini ifodalaydi.

Endi biz elektr va magnit maydonlari o'rtasidagi munosabatlar haqida osongina gapiramiz, lekin 19-asrning boshlariga qadar elektr va magnit hodisalari bir-biriga bog'liq deb hisoblanmagan. Ular bu aloqani taxmin qilishdi va eksperimental tasdiqlashni qidirdilar. Masalan, fransuz fizigi Arago kemaga chaqmoq urilganidan keyin yo‘nalishidan chiqib ketgan kemalar haqida ma’lumot to‘plagan. "Chaqmoq - buzilgan kompas" - aloqa bor, ammo tajribani qanday takrorlash kerak? Ular chaqmoqni qanday ko'paytirishni hali bilishmagan, shuning uchun tizimli tadqiqot o'tkazish mumkin emas edi.

Ushbu hodisalar o'rtasidagi bog'liqlikni tushunishning boshlang'ich nuqtasi 1820 yilda daniyalik Xans Kristian Oersted tomonidan qilingan kashfiyot edi. Uzun tekis sim orqali o'tadigan elektr tokining sim yonida joylashgan harakatlanuvchi magnit igna yo'nalishiga ta'siri aniqlandi. O'q simga perpendikulyar bo'lishga moyil edi. Qarama-qarshi hodisa: magnit maydonning elektr tokiga ta'siri Amper tomonidan eksperimental ravishda kashf etilgan.

Oqimga ega bo'lgan kichik tekis lasan magnit maydonda ham kuch, ham yo'naltiruvchi ta'sirga ega. Agar magnit maydon bir xil bo'lsa, unda oqim bilan bobinga ta'sir qiluvchi umumiy kuch nolga teng bo'ladi va bobin yo'naltirilgan (muvozanat holatini oladi), bunda uning tekisligi magnit maydon induksiya vektorining yo'nalishiga perpendikulyar bo'ladi. Magnit maydon induksiyasi birligini o'rnatish uchun ushbu mexanik hodisadan ham foydalanish mumkin.

1820 yildan keyingi bir necha yil ichida oqim o'tkazgichlarning bir-biri bilan va doimiy magnitlar bilan o'zaro ta'sirining asosiy xususiyatlari aniqlandi. Ulardan ba'zilari endi qonunlar deb ataladi. Bu qonunlar fiziklarning Amper, Biot, Savart, Laplas nomlari bilan bog'liq. Eng umumiy xulosalar O'rnatilgan o'zaro ta'sir qonunlari quyidagilardan iborat bo'ldi:

1. Zaryadlangan zarralar atrofidagi bo'shliqda elektr maydoni hosil qiladi.
2. Elektr maydoni harakatlanuvchi yoki tinch holatda bo'lgan zaryadlangan zarrachalarga bir xil ta'sir ko'rsatadi.
3. Harakatlanuvchi zaryadlangan zarralar atrofidagi bo'shliqda magnit maydon hosil qiladi.
4. Magnit maydon harakatdagi zaryadlangan zarralarga kuch ta'sir qiladi va tinch holatda bo'lgan zaryadlangan zarralarga ta'sir qilmaydi.
5. Zaryadlangan zarracha tomonidan yaratilgan elektr va magnit maydonlar, uning holati va harakat holati o'zgarganda, butun kosmosda bir zumda o'zgarmaydi, lekin kechikish mavjud.

Shunday qilib, ma'lum bo'ldiki, zaryadlangan zarralarning bir-biri bilan o'zaro ta'siri nafaqat ularning o'zaro fazoviy joylashishiga, balki ularning o'zaro (nisbiy) harakatiga ham bog'liq. Ushbu o'zaro ta'sirni tavsiflovchi qonunlar matematik nuqtai nazardan juda oddiy bo'lib chiqdi.

Mexanikani o'rganayotganda siz va men Nyuton qonunlaridan foydalanganmiz, shundan kelib chiqadi moddiy nuqta, har qanday inertial mos yozuvlar tizimida tezlanish bilan harakatlansa, tanlovdan qat'i nazar, boshqa barcha ISOlarda bir xil tezlanishga ega. Endi magnit maydon faqat harakatlanuvchi zaryadlangan zarrachalarga ta'sir qilishi aniq bo'ldi. Tasavvur qilaylik, ba'zi ISO da zaryadlangan zarracha magnit maydonda harakat qiladi, lekin elektr maydoni yo'q. Keling, boshqa inertial sanoq sistemasiga o'taylik, bunda ma'lum bir vaqtning o'zida ko'rib chiqilayotgan zarrachaning tezligi nolga teng. Kuchli ta'sir magnit maydon yo'nalishidan g'oyib bo'ldi, lekin zarracha hali ham tezlanish bilan harakatlanishi kerak!!! Daniya Qirolligida nimadir noto'g'ri! Ma'lum bir momentda tinch holatda bo'lgan zaryadlangan zarra tezlanishga ega bo'lishi uchun u elektr maydonida bo'lishi kerak!

Shunday qilib, ma'lum bo'lishicha, elektr va magnit maydonlar mutlaq emas, balki mos yozuvlar tizimini tanlashga bog'liq. O'zaro ta'sirning mavjudligi mutlaqdir, ammo uni "elektr" yoki "magnit" tarzda qanday tasvirlash mos yozuvlar tizimini tanlashga bog'liq. Shuning uchun biz elektr va magnit maydonlarining bir-biridan mustaqil emasligini tushunishimiz kerak. Aslida, bitta elektromagnit maydonni ko'rib chiqish to'g'ri bo'ladi. E'tibor bering, maydonlarning to'g'ri tavsifi Jeyms Klerk Maksvell nazariyasida berilgan. Bu nazariyadagi tenglamalar shunday yozilganki, bir inertial sanoq sistemasidan ikkinchisiga o‘tganda ularning shakli o‘zgarmaydi. Bu fizikadagi birinchi "nisbiy" nazariyadir.

Elektr toklari va magnit maydon

Keling, 19-asr boshlariga qaytaylik. G.H. universitetida ma'ruzalarda namoyishlar paytida. Oersted o'zi yoki talabalar yordamida simning yonida bo'lgan magnit igna sim orqali oqim o'tkazilganda o'z o'rnini o'zgartirganini payqadi. Ushbu hodisani chuqurroq o'rganish shuni ko'rsatdiki, uzun to'g'ri simdagi oqimning kattaligi va yo'nalishiga qarab, magnit ignalar rasmda ko'rsatilganidek yo'naltirilgan:

Induksiya chiziqlari yopiq bo'lib, tok o'tkazuvchi uzun to'g'ri o'tkazgich bo'lsa, bu yopiq chiziqlar oqim o'tkazuvchi o'tkazgichga perpendikulyar tekisliklarda joylashgan doiralar shakliga ega. Ushbu doiralarning markazlari oqim o'tkazuvchi o'qi ustida joylashgan. Magnit induksiya vektorining yo'nalishi berilgan nuqta bo'shliq (magnit induksiya chizig'iga teginish) "o'ng vida" (gimlet, vint, probka) qoidasi bilan belgilanadi. Rasmda ko'rsatilgan tirbandlik o'z o'qi atrofida aylanayotganda harakatlanadigan yo'nalish uzun to'g'ri simdagi oqim yo'nalishiga mos keladi va uning tutqichining o'ta nuqtalari harakatlanadigan yo'nalishlar magnit induksiya vektorining yo'nalishiga mos keladi. tutqichning bu uchlari joylashgan joylarda.

Konsentrik doiralar bilan sxematik chizma uchun chizma tekisligiga perpendikulyar joylashgan simdagi zaryadlangan zarralar ushbu sim bo'ylab harakatlanadi va agar musbat zaryadlangan zarralar harakatlanayotgan bo'lsa, ular "bu tekislikdan tashqarida bizdan uzoqlashadilar". Agar manfiy zaryadlangan elektronlar simda harakatlansa, ular ham sim bo'ylab harakatlanadi, lekin "chizilgan tekislik ostidan biz tomon".

Interferentsiya qiluvchi omil Yerning magnit maydoni edi. Teldagi oqim qanchalik katta bo'lsa, o'qlar simning joylashgan joyidagi markazga ega bo'lgan doiraga teginish yo'nalishi bo'yicha qanchalik aniq yo'naltirilgan. Xulosa juda aniq - oqim o'tkazuvchi o'tkazgich atrofida magnit maydon paydo bo'ldi. Magnit o'qlar magnit maydon induksiya vektori bo'ylab joylashgan.

Nyutonning uchinchi qonuniga ko'ra, magnit igna (magnit yoki uning magnit maydoni) o'z navbatida tok o'tkazgichga ham ta'sir qiladi. Ma'lum bo'lishicha, L uzunlikdagi o'tkazgichning to'g'ridan-to'g'ri qismida I oqim o'tadi, induksiyali yagona magnit maydon tomonidan IN L, I va B ga proportsional kuch ta'sir qiladi va kuchning yo'nalishi vektorlarning nisbiy yo'nalishiga bog'liq. L Va IN . Vektor L bu sim bo'lagida elektr tokini hosil qiluvchi musbat zaryadlangan zarrachalar tezligining yo'nalishiga to'g'ri keladi. Bu kuch magnit hodisalarining faol tadqiqotchilaridan biri - A.M. sharafiga nomlangan. Amper.

F =K I [ L × B ].

Bu erda K - mutanosiblik koeffitsienti. Kvadrat qavslar ikkita vektorning vektor mahsulotini bildiradi. Agar o'tkazgich to'g'ri bo'lmasa va magnit maydon bir xil bo'lmasa, unda bu holda tok o'tkazuvchiga ta'sir qiluvchi kuchni topish uchun uni (aqliy) ko'plab kichik segmentlarga bo'lish kerak. Har bir kichik segment uchun biz uni yagona maydonda deb taxmin qilishimiz mumkin. Umumiy kuch barcha segmentlar ustidagi Amper kuchlarini yig'ish orqali topiladi.

O'tkazgichlarning oqim bilan o'zaro ta'siri

Teldagi oqim atrofdagi bo'shliqda magnit maydon hosil qiladi va bu magnit maydon o'z navbatida oqim bilan boshqa simga kuch ta'sir qiladi. (2) SI birliklar tizimida oqim birligi 1 Amper parallel o'tkazgichlarning oqim bilan kuch ta'siridan aniqlanadi. Bir-biridan 1 metr masofada joylashgan ikkita ingichka uzun parallel o'tkazgichlar, ular orqali bir xil yo'nalishdagi bir xil doimiy oqimlar 1 Amper kuch bilan oqadi, ular bir-biriga 2 × 10 -7 Nyuton kuch bilan tortiladi. Supero'tkazuvchilar uzunligining har bir metri.

SI tizimida Amper kuchi formulasida mutanosiblik koeffitsienti K birlikka teng tanlangan:

F =men[ L × B ].

Lorents kuchi

Agar Amper kuchi formulasiga har bir harakatlanuvchi zaryadlangan zarracha tomonidan yaratilgan atamalardan tashkil topgan oqim kattaligi ifodasini qo'ysak, magnit maydonda har bir harakatlanuvchi zaryadlangan zarrachaga kuch ta'sir qiladi degan xulosaga kelishimiz mumkin:

F = q [ v × IN ].

Kosmosda ham elektr, ham magnit maydonlar mavjud bo'lganda, zaryadlangan zarracha quyidagi kuchni boshdan kechiradi:

F = q [ v × IN ] + q E .

Elektromagnit maydonda zaryadlangan zarrachaga ta'sir qiluvchi kuch Lorents kuchi deb ataladi. Bu kuch ifodasi har doim ham amal qiladi va faqat statsionar maydonlar uchun emas.

Agar biz Lorents kuchining zarrachaning elementar harakati paytida bajaradigan ishini hisoblasak, u holda kuchning ifodasi ko'paytmaga skalyar ko'paytirilishi kerak. v Dt. Lorents kuchi formulasining birinchi atamasi zarracha tezligiga perpendikulyar vektor, shuning uchun uni ko'paytiramiz. v Dt nolni beradi.

Shunday qilib, Lorents kuchining magnit komponenti zaryadlangan zarrachani harakatlantirganda hech qanday ish qilmaydi, chunki mos keladigan elementar siljishlar va kuchning magnit komponenti har doim bir-biriga perpendikulyar bo'ladi.

Oqim qanday magnit maydon hosil qiladi?

Biot va Savartning tajribalari va Laplasning (barcha frantsuz fiziklari) nazariy ishi "umumiy sababga" - magnit maydon induksiya vektorini yaratishga oqim o'tkazuvchi o'tkazgichning har bir kichik qismining hissasini topish formulasiga olib keldi. kosmosning ma'lum bir nuqtasida.

Umumiy formulani olishda (aniqrog'i: tanlashda) umumiy maydon alohida qismlardan iborat bo'lib, superpozitsiya printsipi bajariladi, ya'ni oqim o'tkazuvchi o'tkazgichlarning turli bo'limlari tomonidan yaratilgan maydonlar qo'shiladi, deb taxmin qilingan. vektorlar sifatida. Oqim o'tkazuvchi o'tkazgichning har bir bo'limi va aslida har bir harakatlanuvchi zaryadlangan zarracha atrofdagi kosmosda magnit maydon hosil qiladi. Berilgan nuqtada hosil bo'lgan maydon oqim o'tkazgichning har bir bo'limi tomonidan yaratilgan magnit induksiya vektorlarining qo'shilishi natijasida paydo bo'ladi.

Magnit induksiya vektorining elementar komponenti D IN , Supero'tkazuvchilar D ning kichik qismi tomonidan yaratilgan l oqim bilan I o'tkazgichning bu qismidan vektor bo'yicha pozitsiyasidan farq qiladigan kosmosdagi nuqtada R , formulaga muvofiq:

Δ IN = (m 0 /4p) I [D l × R ]/R 3.

Bu erda [D l × R ] ikkita vektorning vektor mahsulotidir. O'lchov koeffitsienti (m 0 / 4p) qulaylik uchun SI tizimida aynan shu shaklda kiritilgan, biz takrorlaymiz maktab fizikasi umuman ko'rinmasin.

Ixtiyoriy shakldagi o'tkazgich tomonidan yaratilgan maydon, odatdagidek, ushbu o'tkazgichning kichik bo'limlari tomonidan yaratilgan magnit induksiyaning elementar vektorlarini yig'ish yo'li bilan topiladi. To'g'ridan-to'g'ri oqimlar bilan barcha eksperimental natijalar yuqorida yozilgan formuladan foydalangan holda olingan bashoratlarni tasdiqlaydi, bu nomga ega: Biot - Savart - Laplas.

O'tgan semestrda joriy etgan oqim ta'rifini eslaylik. Oqim - tanlangan sirt orqali oqim zichligi vektorining oqimi. Joriy zichlikni topish formulasi barcha harakatlanuvchi zaryadlangan zarrachalarning yig'indisini o'z ichiga oladi:

J = Sqi v i /V, I=( JS )

Shunday qilib, Biot-Savart-Laplas formulasi mahsulotni o'z ichiga oladi (D l S ), va bu zaryadlangan zarralar harakatlanadigan o'tkazgichning hajmi.

Xulosa qilishimiz mumkinki, oqim o'tkazuvchi maydon tomonidan yaratilgan magnit maydon bu sohadagi barcha zaryadlangan zarralarning birgalikdagi ta'siri natijasida paydo bo'ladi. q zaryadli va tezlik bilan harakatlanadigan har bir zarraning hissasi v teng:

IN = (m 0 /4p) q [ v × R ]/R 3 = m 0 e 0 [ v × E ],

Qayerda E = q R /(4πe 0 R 3).

Bu yerga R radius vektor bo'lib, uning boshi zarracha joylashgan nuqtada, vektorning oxiri esa fazoda magnit maydon qidirilayotgan nuqtada joylashgan. Formulaning ikkinchi qismida kosmosning bir nuqtasida zaryadlangan zarracha tomonidan yaratilgan elektr va magnit maydonlarning bir-biri bilan qanday bog'liqligi ko'rsatilgan.

E - fazoning bir nuqtasida bir xil zarracha tomonidan yaratilgan elektr maydoni. m 0 =

4p×10 -7 H/m - magnit doimiy.

Elektromagnit o'zaro ta'sir kuchlarining "markaziy bo'lmaganligi"

Ikki nuqta harakatlanuvchi zaryadlangan bir xil zarrachalarning o'zaro ta'sirini ko'rib chiqsak, bu o'zaro ta'sirni tavsiflovchi kuchlar zarralarni tutashtiruvchi to'g'ri chiziq bo'ylab yo'naltirilmasligiga e'tibor qaratiladi. Haqiqatan ham, o'zaro ta'sir kuchlarining elektr qismi bu to'g'ri chiziq bo'ylab yo'naltirilgan, lekin magnit qismi yo'q.

Boshqa barcha zarralar bu juft zarralardan juda uzoqda bo'lsin. O'zaro ta'sirni tavsiflash uchun biz ushbu zarrachalarning massa markazi bilan bog'langan mos yozuvlar tizimini tanlaymiz.

Ichki elektr kuchlarining yig'indisi aniq nolga teng, chunki ular qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltirilgan, bir xil to'g'ri chiziq bo'ylab joylashgan va kattaligi bo'yicha bir-biriga teng.

Magnit kuchlarning yig'indisi ham nolga teng:

Qm 0 e 0 [ v 2 [v 1 × E 1 ]] + qm 0 e 0 [ v 1 [v 2 × E 2 ]] = 0

v 2 = – v 1 ; E 1 = – E 2 .

Va bu erda daqiqalar yig'indisi ichki kuchlar nolga teng bo'lmasligi mumkin:

Qm 0 e 0 [ R 12 [v 2 [v 1 × E 1 ]]] = qm 0 e 0 [ v 1 × E 1 ](R 12 v 2 ).

Nyutonning uchinchi qonunini inkor etuvchi misol topilgandek tuyulishi mumkin. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, uchinchi qonunning o'zi o'zaro ta'sirda faqat ikkita ishtirokchi bo'lishi sharti bilan namunaviy shaklda tuzilgan va u hech qanday tarzda o'zaro ta'sirning masofadan uzatilishi xarakterini hisobga olmaydi. Bunday holda, tadbirda uchta ishtirokchi bor: ikkita zarracha va ularning atrofidagi bo'shliqda elektromagnit maydon. Agar tizim izolyatsiya qilingan bo'lsa, u holda u uchun impuls va burchak momentumning saqlanish qonuni bajariladi, chunki nafaqat zarralar, balki elektromagnit maydonning o'zi ham harakatning bunday xususiyatlariga ega. Bundan kelib chiqadiki, kosmosdagi elektromagnit maydonning o'zgarishini hisobga olgan holda harakatlanuvchi zaryadlangan zarralarning o'zaro ta'sirini ko'rib chiqish kerak. Biz (keyingi bo'limlardan birida) zaryadlangan zarrachalarning tezlashtirilgan harakati paytida kosmosda elektromagnit to'lqinlarning paydo bo'lishi va tarqalishini ko'rib chiqamiz.

Agar biz ushbu zarrachalarning tezligi modullari v 1 va v 2 bo'lgan boshqa mos yozuvlar tizimini tanlasak, u holda zarralar va elektr komponent o'rtasidagi o'zaro ta'sir kuchining magnit komponenti modullarining nisbati zarrachalardan kichik yoki teng bo'ladi. qiymat:

Bu shuni anglatadiki, zarracha tezligi yorug'lik tezligidan ancha past bo'lsa, o'zaro ta'sirning elektr komponenti asosiy rol o'ynaydi.

Simlardagi elektr zaryadlari bir-birini kompensatsiya qiladigan holatlarda tizimlarning o'zaro ta'sirining elektr qismi quyidagilardan iborat. katta raqam zaryadlangan zarralar magnit qismdan sezilarli darajada kichik bo'ladi. Ushbu holat magnit o'zaro ta'sirni elektrdan "alohida" o'rganishga imkon beradi.

Hisoblagichlar va dinamiklar

Oersted va Amperning kashfiyotlaridan so'ng fiziklar oqimni qayd qilish uchun asboblarni oldilar: galvanometrlar. Ushbu qurilmalar oqim va magnit maydonning o'zaro ta'siridan foydalanadi. Zamonaviy qurilmalarning ba'zilari doimiy magnitlardan foydalanadi, ba'zilari esa magnit maydonni yaratish uchun oqimdan foydalanadi. Ular endi boshqacha nomlanadi - ampermetr, voltmetr, ohmmetr, vattmetr va boshqalar. lekin asosan bu turdagi barcha qurilmalar bir xil. Ularda magnit maydon oqim o'tkazuvchi lasanga ta'sir qiladi.

O'lchov asboblarida oqim bo'lgan g'altak magnit maydon tomonidan unga mexanik kuch momenti ta'sir qiladigan tarzda joylashgan. Bobinga biriktirilgan spiral prujina g'altakda harakat qiluvchi mexanik momentni hosil qiladi. Muvozanat holatiga ramkani oqim bilan oqim oqimiga mos keladigan burchak ostida aylantirish orqali erishiladi. O'q lasanga biriktirilgan, o'qning burilish burchagi oqim o'lchovi bo'lib xizmat qiladi.

Magnitelektrik tizim qurilmalarida magnit maydon doimiydir. U doimiy magnit tomonidan yaratilgan. Qurilmalarda elektromagnit tizim Magnit maydon statsionar g'altakdan o'tadigan oqim tomonidan yaratiladi. Mexanik moment harakatlanuvchi g'altakning oqimi va magnit maydon induktsiyasining mahsulotiga mutanosib bo'lib, u o'z navbatida statsionar bobindagi oqimga proportsionaldir. Agar, masalan, elektromagnit tizim qurilmasining ikkala sariqidagi oqimlar bir-biriga mutanosib bo'lsa, u holda moment tokning kvadratiga proportsionaldir.

Aytgancha, sizning sevimli dinamik dinamiklaringiz oqim va magnit maydonning o'zaro ta'siri asosida yaratilgan. Ularda oqim o'tadigan bobin shunday joylashganki, magnit maydon tomonidan unga dinamik o'qi bo'ylab kuch ta'sir qiladi. Quvvatning kattaligi g'altakdagi oqimga proportsionaldir. Bobindagi oqim yo'nalishini o'zgartirish kuch yo'nalishining o'zgarishiga olib keladi.

Amper gipotezasi

Tushuntirish uchun ichki tuzilishi doimiy magnitlar (ferromagnit materiallardan tayyorlangan) Amper magnit materiali ko'p sonli kichik oqim o'tkazuvchi zanjirlardan iborat degan taxminni - gipotezani ilgari surdi. Moddaning har bir molekulasi oqim bilan kichik ramka hosil qiladi. Magnit materialning ichida butun hajm bo'ylab molekulyar oqimlar bir-birini qoplaydi va ob'ekt yuzasida xuddi "yuzaki" oqim oqadi. Agar magnit tananing ichida bo'shliq mavjud bo'lsa, u holda bu bo'shliqning yuzasi bo'ylab kompensatsiyalanmagan "sirt" oqimi ham oqadi.

Ushbu sirt oqimi magnitni o'rab turgan bo'shliqda barcha magnit molekulalarining birgalikdagi ta'sirida ularning oqimlari bilan bir xil magnit maydon hosil qiladi.

Amperning gipotezasi bir necha o'n yillar davomida eksperimental tasdiqlashni kutdi va oxir-oqibat o'zini to'liq oqladi. tomonidan zamonaviy g'oyalar Ba'zi atomlar va molekulalar o'zlarining magnit momentlariga ega bo'lib, ular ichida bu atomlar va molekulalar tashkil topgan zaryadlangan zarrachalarning harakati bilan bog'liq. Ma'lum bo'lishicha, atomlar va molekulalar qurilgan zaryadlangan zarralarning o'zlari bu zarralarning mexanik ichki harakati bilan bog'liq magnit dipol momentlariga ega. (3)

Amper gipotezasi magnit zaryadlar modelidan voz kechishga imkon beradi, chunki u magnit o'zaro ta'sirning kelib chiqishini etarlicha tushuntiradi.

Vazifalar:

1. Ikki uzun chiziqli magnit bir-birining yonida, qutbdan qutbga yotadi. Shimoli shimolning yonida, janubi esa janubiy tomonida. A nuqtada magnitlarning davomi bo'lgan, unga eng yaqin qutblardan L masofada joylashgan chiziqda B induksiyali magnit maydon hosil bo'ladi, sizga A nuqtadagi maydon induksiyasini oshirish topshirig'i berilgan 1,414 marta va bu nuqtada maydonning yo'nalishini 45 ° ga o'zgartiring. Magnitlardan birini harakatlantirishga ruxsat beriladi. Vazifani qanday bajarasiz?
2. Shimolga ekspeditsiya paytida magnit qutb Ekspeditsiya ishtirokchilari erlarni tekislikka joylashtirdilar gorizontal sirt qutb atrofidagi muz N = har birining balandligi L = 1 m va asosi D = 10 sm bo'lgan va yuqori nuqtalari bo'ylab cho'zilgan 1000 ta juda engil uchburchaklar metall sim tasavvurlar maydoni S = 1 mm 2. Natijada, radiusi R = 100 m bo'lgan halqaga yaqin bo'lgan tekis ko'pburchak hosil bo'ladi, shunda barcha uchburchaklar asoslari hosil qilgan ko'pburchak ichiga tushishi uchun simdan qanday minimal to'g'ridan-to'g'ri oqim o'tkazilishi kerak? Yer yuzasida qutb yaqinidagi magnit maydon induksiyasi B magnitudasi 10 -4 Tesla. Tel materialining zichligi r 10 4 kg / m 3 ni tashkil qiladi.
3. Ikkita ingichka parallel simlar qarama-qarshi yo'nalishda teng oqimlarni o'tkazadi. Simlar bir-biridan L masofada joylashgan. A nuqtada, L masofada joylashgan, ham biridan, ham boshqa simli oqimlardan induksiya bilan magnit maydon hosil qildi B. Simlarning pastki qismida oqimning yo'nalishi teskari tomonga o'zgardi, lekin oqimning kattaligi. bir xil bo'lib qoldi. Ushbu A nuqtada magnit maydon induksiyasi qanday o'zgargan (kattaligi va yo'nalishi bo'yicha)?
4. Qattiq simning dumaloq bobini silliq gorizontal stol ustida yotadi. G'altakning radiusi R. G'altakning massasi M. Induksiya B bo'lgan fazoda bir xil gorizontal magnit maydon mavjud. G'altakning gorizontal harakatsiz yotishini to'xtatishi uchun undan qanday minimal to'g'ridan-to'g'ri oqim o'tkazilishi kerak? Bunday oqimdan o'tgandan keyin uning harakatini tasvirlab bering.
5. Massasi M va zaryadi Q bo'lgan zarracha B induksiyasi bilan bir xil magnit maydonda harakat qiladi. Zarracha tezligi magnit maydon induksiya vektori bilan burchak & (alfa) hosil qiladi. Zarracha harakatining tabiatini aytib bering. Uning traektoriyasining shakli qanday?
6. Zaryadlangan zarracha fazoning bir xil va o'zaro perpendikulyar elektr maydoni E va magnit maydoni B bo'lgan hududga kirdi. Zarracha doimiy tezlikda harakat qiladi. Uning mumkin bo'lgan minimal qiymati qancha?
7. B = 0,1 T bir xil magnit maydonida harakatlanuvchi ikkita proton doimo bir-biridan bir xil L = 1 m masofada joylashgan. Bu qanday minimal proton tezligida mumkin?
8. X = A va X = C tekisliklari orasidagi bo'shliq hududida Y o'qi bo'ylab yo'naltirilgan bir xil magnit maydon B mavjud bo'lib, massasi M va zaryadi Q bo'lgan zarra kosmosning bu hududiga V tezlikka ega bo'ladi Z o'qi magnit maydonni tark etgandan so'ng X =const tekislikdagi tezlik qanday burchak hosil qiladi? X, Y, Z o'qlari o'zaro perpendikulyar.
9. Uzun (L) bir xil novda "zaif magnit" (ferromagnit bo'lmagan) materialdan qilingan. U ekvator yaqinida joylashgan laboratoriyada o'rtasiga ingichka uzun ipga osilgan. Gravitatsiya sohasida va Yerning magnit maydonida novda gorizontal holatda joylashgan. Ip bilan mos keladigan vertikal o'q atrofida 30 ° burchak ostida aylantirib, novda muvozanat holatidan chiqarildi. Tayoq harakatsiz qoldirildi va qo'yib yuborildi. 10 soniyadan so'ng novda muvozanat holatidan o'tdi. Qayta minimal vaqt ichida muvozanat holatiga o'tadi? Keyin novda bir xil uzunlikdagi L / 2 bo'lgan ikkita tayoqqa kesilgan. Xuddi shu tajriba ulardan biri bilan o'tkazildi. Qisqartirilgan tayoq qaysi davr bilan muvozanat holatiga yaqin kichik tebranishlarni amalga oshiradi?
10. Kichkina silindrsimon magnitning o'qida kichik "zaif magnit" to'p mavjud. To'pdan magnitgacha bo'lgan masofa L magnit va to'pning o'lchamlaridan ancha katta. Jismlar bir-birini F kuch bilan tortadi. Agar ular orasidagi masofa 2 marta kamaysa, ular qanday kuch bilan tortadi? To'p magnitning o'qida qoladi.

1 Tarixiy nomlar "elektromagnit maydon" ning elektr va magnit tarkibiy qismlarini tavsiflovchi kiritilgan miqdorlarning ma'nosini etarli darajada aks ettirmaydi, shuning uchun biz bu so'zlarning etimologiyasi bilan shug'ullanmaymiz.

2 Esingizda bo'lsin: biz elektr zaryadlarining o'zaro ta'sirini muhokama qilishda taxminan bir xil formuladan foydalanganmiz.

3 Bunda biz elementar zarrachalarning o'z mexanik burchak impulsi - spin kabi xossasini tushunamiz.

1. 1. Magnit hodisalari Chernova Albina 8E
2. 2. 1.Yerning magnit maydoni (kompas ignasiga ta'siri bilan aniqlanadi). Yerning tashqi magnit maydoni - magnitosfera ichiga tarqaladi tashqi makon 20 dan ortiq tuproq diametrlari va sayyoramizni kosmik zarralarning kuchli oqimidan ishonchli himoya qiladi. Magnitosferaning eng yorqin namoyon bo'lishi magnit bo'ronlari- geomagnit maydonning barcha komponentlarining tez xaotik tebranishlari. Ko'pincha magnit bo'ronlari butun dunyoni qamrab oladi: ular dunyodagi barcha magnit observatoriyalar tomonidan qayd etiladi - Antarktidadan Shpitsbergengacha va Yerning eng chekka nuqtalarida olingan magnitogrammalarning turi hayratlanarli darajada o'xshash. Shuning uchun bunday magnit bo'ronlarini global deb atash bejiz emas.
3. 3. 2. Doimiy magnitlar (metall buyumlarga ta'siri bilan aniqlanadi). Ikkita magnit mavjud turli xil turlari. Ba'zilari "qattiq magnit" materiallardan tayyorlangan doimiy magnitlar deb ataladi. Ularning magnit xususiyatlari tashqi manbalar yoki oqimlardan foydalanish bilan bog'liq emas. Yana bir turi "yumshoq magnit" temirdan yasalgan yadroli elektromagnitlarni o'z ichiga oladi. Ular yaratadigan magnit maydonlar, asosan, elektr tokining yadroni o'rab turgan o'rash simidan o'tishi bilan bog'liq. dvigatellarda - elektromagnitlarda - eshik qo'ng'irog'i, telefon, telegraf...
4. 4. 3. Moddalarning magnit xossalari (Antiferromagnitlar, Diamagnetlar, Paramagnetlar, Ferromagnitlar, Ferrimagnetikalar - texnikada qo'llaniladi). 4. Generatorlar AC(atom elektr stansiyalarida, shtat tuman elektr stansiyalarida...). 5. Magnetoelektrik tizimning asboblari (galvanometr - kuchsiz oqimlarni o'lchash uchun sezgir qurilma). 6. Elektromagnit to'lqinlar yordamida axborotni uzatish. 7. Magnit hodisalarga magnit induksiyasi, Amper kuchi, Lorents kuchi, elektromagnit induksiya kiradi. 8. 20-asr oʻrtalarida kolloid kimyo, magnit hodisalar fizikasi va gidrodinamika fanlari chorrahasida sintez qilingan magnit suyuqliklar magnit bilan boshqariladigan materiallarga tegishli boʻlib, keng tarqalgan. amaliy qo'llash mashinasozlik, tibbiyot ...
5. 5. Bunday magnit hodisalar shunday ham nomlanadi: Ferromagnit materiallarning magnitlanishi Paramagnit rezonans Ferromagnit rezonans Antiferromagnit rezonans Kyuri haroratida ferromagnit fazaga o'tish fazasi Neel haroratida antiferromagnit fazaga o'tish fazasi.