Дәріс сабағының конспектілері

1. Магнит өрісі және оның сипаттамалары. Магнит индукция векторы.

Электр зарядын қоршаған ортада белгілі бір физикалық қасиеттері бар электростатикалық өріс болатыны сияқты токтарды қоршаған ортада да магнит өрісі деп аталатын өрістің ерекше түрі пайда болатындығын 1820 ж. дат физигі Эрстед ашқан болатын. Яғни, ағатын ток маңына магнит стрелкасын қойсақ, онда стрелканың ток бағытына қарай бағытын біршама өзгерткендігін байқаған. Эрстедтің бұл жаңалығы көптеген физиктерді қызықтырып, осыдан бастап олар электромагниттік кұбылыстарды кеңінен зерттей бастады. Солардың бірі француз физигі Ампер болды. Ампердің болжауынша магнит стрелкасына тек ток қана емес, ток жүріп тұрған өткізгіш те әсер ете алады деді. Сөйтіп ол мынадай тәжірибе жасады. Тұрақты магнит өрісіне тогы бар өткізгішті алып келгенде (1-сурет), онда өткізгішке магнит тарапынан күш әсер етіп, өткізгіштің қозғалатындығын байқады. Сонымен, магнит стрелкасының тогы бар өткізгіштің маңында бағдарлануы, өткізгіштің пішініне, оның орналасуына және токтың шамасы мен бағытына байланысты болады.

Бұдан мынадай қорытынды шығады: тек қана қозғалыстағы электр зарядтары өздерінің маңында магнит өрісін тудырады да, қозғалмайтын зарядтардың маңында тек электр өрісі пайда болады. Магнит өрісін сипаттау үшін оның тек белгілі бір токқа әсерін ғана қарастыру керек. 1 – сурет. Магнит өрісінің қасиеттерін зерттеу үшін, оның тогы бар жазық тұйықталған контурға тигізетін әсерін пайдаланамыз. Мұндай контурды рамка деп атайды. Бұл контурдың өлшемдері магнит өрісін жасайтын тогы бар өткізгіштерге дейінгі қашықтықпен салыстырғанда кіші болуы тиіс. Мұндай рамкада тұрақты ток ұдайы жүріп тұруы үшін, оған өткізгіштер арқылы ток жіберіп тұру керек. Рамка арқылы ток жүргенде, ол белгілі бір бұрышқа бұрылады, сөйтіп магнит өрісі рамкаға бағыттаушы күшпен әсер етеді. Ал рамканың айналу бағыты бойынша магнит өрісінің бағытын да анықтай аламыз.

2 – сурет. 3 – сурет. 4 – сурет.

Магнит өрісінің рамкаға бағдарлаушы әсері, рамкада қос күшті тудырады. Осы қос күштің моментінің шамасы магнит өрісін тудырушы токтардың күштері мен олардың орналасуына және рамканың өлшемдері мен бағытына, сол сияқты ондағы токтың күшіне де тәуелді (2-сурет). Сөйтіп қос күштің рамканы айналдырушы моменті мынаған тең: (1)

мұндағы — магнит индукциясының векторы деп аталады. Ол магнит өрісінің негізгі сипаттамасы болып есептеледі. Р – тогы бар рамканың магнит моментінің векторы деп аталады.

Сөйтіп, магнит өрісінің I тогы бар жазық контурға әсері былай анықталады:

(2)

мұндағы S – жазық контурдың (рамканың) ауданы, - контурды тесіп өтетін немесе контурға нормаль бірлік вектор (3-сурет). Контур I ток күші және S ауданнан басқа кеңістік бағдарымен де сипатталады. Сондықтан электр өрісінің зарядқа әсер ететін күшін сипаттайтын электр өрісінің кернеулігі сияқты, магнит өрісінің индукциясы магнит өрісінің токқа әсер ететін күшін сипаттайды. Олай болса, магнит индукциясы айналу моментіне пропорционал шама екендігі көрінеді:

5 – сурет 6 - сурет

Магнит индукциясының күш сыізықтары үшін кез келген нүктедегі жанамасы осы нүктедегі индукция векторымен бағыттас сызықты аламыз. Магнит индукциясының күш сызықтарының электр өрісінің кернеулік сызықтарынан ерекшелігі — ол әр уақытта тұйық болады, яғни оң полюстен шығып сол полюсіне еніп жатады. Сондықтан оларды құйынды деп атайды.

Тогы бар өткізгішке магнит өрісінің әсер күшін Ампер зерттеп, ол күштің мәнін былайша көрсетті (4-сурет)

мұндағы k - пропорционалдық коэффициент, I - өткізгіштегі ток, В - магнит индукциясы, α - ток бағыты мен индукция векторының арасындағы бұрыш. Осы күштің шамасын Ампер күші деп атайды. Ампер күшінің өлшеміне ампер (А) қабылданған. Ампер күшінің бағытын сол қол ережесі бойынша анықтауға болады, яғни саусақтар I ток бағытын көрсетіп магнит индукциясының векторы алақанды тесіп өтетін болса, онда бас бармақ Ампер күшінің бағытын көрсетеді (5, а-сурет), ол күшті 5, б-суреттегідей де кескіндеуге болады. Магнит индукциясының бағыты бұрын да бұранда ережесі бойынша анықталған, яғни ток бағыты бұранданың оң бағытталған ілгерілемелі қозғалысын көрсетсе, онда оның айналмалы сабының бағыты индукция сызығының бағытын көрсетеді (6-сурет).