Zamonaviy fizikaning eng muhim boʻlimlaridan biri elektromagnit oʻzaro taʼsirlar va ular bilan bogʻliq barcha taʼriflardir. Aynan shu o'zaro ta'sir barcha elektr hodisalarini tushuntiradi. Elektr nazariyasi boshqa ko'plab sohalarni, shu jumladan optikani ham qamrab oladi, chunki yorug'lik elektromagnit nurlanishdir. Ushbu maqolada biz elektr toki va magnit kuchning mohiyatini tushunarli, tushunarli tilda tushuntirishga harakat qilamiz.
Magnetizm asoslarning asosidir
Bolaligimizda kattalar bizga magnit yordamida turli sehrli nayranglarni koʻrsatishgan. Bir-birini o‘ziga tortadigan, kichik o‘yinchoqlarni o‘ziga tortadigan bu ajoyib haykalchalar hamisha bolalarning ko‘zini quvontirardi. Magnitlar nima va magnit kuch temir qismlarga qanday ta'sir qiladi?
Ilmiy tilda tushuntirib, fizikaning asosiy qonunlaridan biriga murojaat qilishingiz kerak. Kulon qonuni va maxsus nisbiylik nazariyasiga ko'ra, zaryadga ma'lum bir kuch ta'sir qiladi, bu zaryadning o'zi tezligiga (v) to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Ushbu o'zaro ta'sir deyiladimagnit kuch.
Jismoniy xususiyatlar
Umuman olganda, shuni tushunish kerakki, har qanday magnit hodisalar faqat zaryadlar o'tkazgich ichida harakat qilganda yoki ulardagi oqimlar mavjud bo'lganda sodir bo'ladi. Magnitlarni va magnitlanishning ta'rifini o'rganayotganda, ular elektr tokining hodisasi bilan chambarchas bog'liqligini tushunish kerak. Shunday ekan, keling, elektr tokining mohiyatini tushunib olaylik.
Elektr kuchi elektron va proton oʻrtasida taʼsir etuvchi kuchdir. Bu tortishish kuchining qiymatidan son jihatdan ancha katta. U elektr zaryadidan, to'g'rirog'i, o'tkazgich ichidagi harakatidan hosil bo'ladi. To'lovlar, o'z navbatida, ikki xil: ijobiy va salbiy. Ma'lumki, musbat zaryadlangan zarralar manfiy zaryadlanganlarga tortiladi. Biroq, bir xil belgidagi zaryadlar bir-birini qaytaradi.
Demak, aynan shu zaryadlar oʻtkazgichda harakatlana boshlaganda, unda elektr toki paydo boʻladi, bu oʻtkazgichdan 1 sekundda oʻtadigan zaryad miqdori nisbati sifatida tushuntiriladi. Magnit maydonda toki bo'lgan o'tkazgichga ta'sir qiluvchi kuch Amper kuchi deb ataladi va "chap qo'l" qoidasiga ko'ra topiladi.
Empirik ma'lumotlar
Doimiy magnitlar, induktorlar, o'rni yoki elektr motorlar bilan ishlashda siz kundalik hayotda magnit shovqinga duch kelishingiz mumkin. Ularning har birida ko'zga ko'rinmaydigan magnit maydon mavjud. Buni faqat uning harakati bilan kuzatish mumkinharakatlanuvchi zarralar va magnitlangan jismlarga ta'sir qiladi.
Magnit maydonda tok o’tkazuvchi o’tkazgichga ta’sir etuvchi kuch fransuz fizigi Amper tomonidan o’rganilgan va tavsiflangan. Uning nomi bilan nafaqat bu kuch, balki hozirgi kuchning kattaligi ham bor. Maktabda Amper qonunlari "chap" va "o'ng" qo'l qoidalari sifatida belgilanadi.
Magnit maydon xususiyatlari
Magnit maydon har doim nafaqat elektr toki manbalari atrofida, balki magnitlar atrofida ham paydo bo'lishini tushunish kerak. U odatda magnit kuch chiziqlari bilan tasvirlangan. Grafik jihatdan go‘yo magnitga qog‘oz varaq qo‘yilgan va ustiga temir bo‘laklari quyilgandek ko‘rinadi. Ular xuddi quyidagi rasmga o‘xshaydi.
Fizika bo'yicha ko'plab mashhur kitoblarda magnit kuch eksperimental kuzatishlar natijasida kiritilgan. Bu tabiatning alohida asosiy kuchi hisoblanadi. Bunday fikr noto'g'ri, aslida magnit kuchning mavjudligi nisbiylik printsipidan kelib chiqadi. Uning yo‘qligi bu tamoyilni buzadi.
Magnit kuchda hech qanday asosiy narsa yo'q - bu shunchaki Kulon qonunining nisbiy natijasidir.
Magnitlardan foydalanish
Afsonaga ko'ra, eramizning birinchi asrida Magnesiya orolida qadimgi yunonlar ajoyib xususiyatlarga ega bo'lgan g'ayrioddiy toshlarni topdilar. Ular temir yoki po'latdan yasalgan har qanday narsani o'zlariga jalb qilishdi. Yunonlar ularni oroldan olib chiqib, mulklarini o'rganishni boshladilar. Va toshlar ko'chaning qo'liga tushgandasehrgarlar, ular barcha chiqishlarida ajralmas yordamchiga aylandilar. Magnit toshlarning kuchidan foydalanib, ular ko'plab tomoshabinlarni o'ziga tortadigan butun fantastik shou yaratishga muvaffaq bo'lishdi.
Toshlar dunyoning barcha burchaklariga tarqalgach, ular haqida afsonalar va turli afsonalar tarqala boshladi. Bir marta toshlar Xitoyda tugadi va u erda ular topilgan orol nomi bilan atalgan. Magnitlar o'sha davrning barcha buyuk olimlarining tadqiqot ob'ektiga aylandi. Ma'lum bo'lishicha, agar siz magnitli temir toshni yog'och floatga qo'ysangiz, uni tuzatib, keyin aylantirsangiz, u avvalgi holatiga qaytishga harakat qiladi. Oddiy qilib aytganda, unga ta'sir qiluvchi magnit kuch temir rudasini ma'lum bir tarzda aylantiradi.
Magnitlarning bu xususiyatidan foydalanib, olimlar kompasni ixtiro qilishdi. Yog'och yoki mantardan yasalgan yumaloq shaklda ikkita asosiy qutb chizilgan va kichik magnit igna o'rnatilgan. Ushbu dizayn suv bilan to'ldirilgan kichik idishga tushirildi. Vaqt o'tishi bilan kompas modellari yaxshilandi va aniqroq bo'ldi. Ulardan nafaqat dengizchilar, balki cho'l va tog'li hududlarni kashf qilishni yaxshi ko'radigan oddiy sayyohlar ham foydalanadilar.
Qiziqarli tajribalar
Olim Xans Oersted deyarli butun hayotini elektr va magnitlarga bag'ishladi. Bir kuni universitetda ma'ruza o'qiyotganda u o'z talabalariga quyidagi tajribani ko'rsatdi. U oddiy mis o'tkazgich orqali tok o'tkazdi, bir muncha vaqt o'tgach, o'tkazgich qizib ketdi va bukila boshladi. Bu termal hodisa edielektr toki. Talabalar bu tajribalarni davom ettirdilar va ulardan biri elektr tokining yana bir qiziqarli xususiyati borligini payqadi. O'tkazgichda oqim o'tganda, yaqin atrofda joylashgan kompasning o'qi asta-sekin chetga chiqa boshladi. Ushbu hodisani batafsil o'rganib, olim magnit maydondagi o'tkazgichga ta'sir qiluvchi kuchni topdi.
Magnitlardagi amper oqimlari
Olimlar magnit zaryadni topishga harakat qilishdi, ammo izolyatsiya qilingan magnit qutb topilmadi. Bu elektrdan farqli o'laroq, magnit zaryadlarning mavjud emasligi bilan izohlanadi. Axir, aks holda magnitning uchidan birini sindirish orqali birlik zaryadini ajratish mumkin edi. Biroq, bu boshqa uchida yangi qarama-qarshi qutb hosil qiladi.
Aslida, har qanday magnit solenoid bo'lib, uning yuzasida atom ichidagi oqimlar aylanadi, ular Amper oqimlari deb ataladi. Ma'lum bo'lishicha, magnitni to'g'ridan-to'g'ri oqim aylanadigan metall novda deb hisoblash mumkin. Aynan shuning uchun solenoidga temir yadro kiritilishi magnit maydonni sezilarli darajada oshiradi.
Magnit energiyasi yoki EMF
Har qanday fizik hodisa kabi magnit maydon ham zaryadni harakatlantirish uchun zarur boʻlgan energiyaga ega. EMF (elektr harakatlantiruvchi kuch) tushunchasi mavjud bo'lib, u birlik zaryadni A0 nuqtadan A1 nuqtaga ko'chirish ishini ifodalaydi.
EMF Faraday qonunlari bilan tavsiflanadi, ular uch xil fizikada qo'llaniladi.holatlar:
- Oʻtkazilayotgan sxema hosil boʻlgan yagona magnit maydonda harakatlanadi. Bu holda ular magnit emf haqida gapirishadi.
- Kontur tinch holatda, lekin magnit maydon manbasining o'zi harakatlanmoqda. Bu allaqachon elektr emf hodisasi.
- Nihoyat, kontaktlarning zanglashiga olib, magnit maydonning manbai statsionar, lekin magnit maydonni yaratuvchi oqim oʻzgarmoqda.
Raqamli, Faraday formulasi boʻyicha EMF: EMF=W/q.
Binobarin, elektromotor kuch tom ma'noda kuch emas, chunki u Kulon uchun Joul yoki Volt bilan o'lchanadi. Ma'lum bo'lishicha, u kontaktlarning zanglashiga olib o'tishda o'tkazuvchi elektronga beriladigan energiyani ifodalaydi. Har safar generatorning aylanadigan ramkasining navbatdagi aylanishini bajarib, elektron EMF ga teng energiya oladi. Bu qo‘shimcha energiya nafaqat tashqi zanjirdagi atomlarning to‘qnashuvi paytida, balki Joul issiqligida ham ajralib chiqishi mumkin.
Lorents kuchi va magnitlari
Magnit maydondagi tokga ta'sir qiluvchi kuch quyidagi formula bilan aniqlanadi: q|v||B|sin a (magnit maydon zaryadining mahsuloti, bir xil zarrachaning tezlik modullari)., maydon induksiya vektori va ularning yo'nalishlari orasidagi burchakning sinusi). Magnit maydonda harakatlanuvchi birlik zaryadiga ta'sir qiluvchi kuch Lorents kuchi deb ataladi. Qizig'i shundaki, Nyutonning 3-qonuni bu kuch uchun yaroqsiz. U faqat impulsning saqlanish qonuniga bo'ysunadi, shuning uchun ham Lorents kuchini topishdagi barcha masalalar unga asoslanib echilishi kerak. Keling, qanday qilib tushunaylikmagnit maydon kuchini aniqlashingiz mumkin.
Muammolar va yechimlar misollari
Tok o`tkazuvchi o`tkazgich atrofida paydo bo`ladigan kuchni topish uchun siz bir nechta miqdorlarni bilishingiz kerak: zaryad, uning tezligi va paydo bo`layotgan magnit maydon induksiyasi qiymati. Quyidagi masala Lorents kuchini qanday hisoblashni tushunishga yordam beradi.
Magnit maydonida 0,2 C induksiya bilan 10 mm/s tezlikda harakatlanuvchi protonga ta'sir qiluvchi kuchni aniqlang (ular orasidagi burchak 90o, chunki zaryadlangan zarracha induksiya chiziqlariga perpendikulyar harakat qiladi). Yechim zaryadni topishga to'g'ri keladi. Zaryadlar jadvaliga nazar tashlasak, protonning zaryadi 1,610-19 Cl. Keyinchalik, biz kuchni formuladan foydalanib hisoblaymiz: 1, 610-19100, 21 (to'g'ri burchakning sinusi 1)=3, 2 10- 19 Nyuton.
