![]() |
Лекция 16Date: 2014-03-11; view: 7639. Тогы бар өткізгішті магнит өрісінде орын ауыстыру кезіндегі істелінетін жұмыс. Заттағы магниттік өріс. Магнетиктер. Магнетиктердің түрлері. Магниттік гистерезис. Кюри температурасы. Заттағы магнит өрісі үшін толық ток заңы.
мұндағы,
мұндағы
Мысалы: түзу токтың магнит өрісі. Тұйық контурды радиусы
Электростатикалық өрісте
Соленоидтағы магнит өрісі Спираль түрінде оралған оқшауланған тогы бар өткізгіш соленоид деп аталады.
Вакуумдағы тороидтың магнит өрісі Тор формалы өзекшеге оралған, сақина тәрізді тогы бар орам катушка тороид деп аталады. Тороидтан тыс жерде магнит өрісі жоқ, ал тороидтың ішінде өріс біртекті болады. Магнит индукциясының сызықтары центрлері тороидтың осінде жататын шеңбердің бойында жатады. Контур ретінде радиусы r шеңберді алайық. Циркуляция туралы теоремасы бойынша
Магнит индукциясы векторының ағыны
теңдеуімен анықталатын скаляр физикалық шаманы айтады. Мұндағы,
Кез-келген Егер өріс біртекті және оған ауданы
Магнит ағынының өлшем бірлігі – вебер (Вб): 1Вб – индукциясы 1 Тл біртекті магнит өрісіне перпендикуляр орналасқан ауданы 1м2 жазық беттен өткен магнит ағынын айтады. (1Вб=1Тл×м2)
Вакуумдағы магнит өрісі үшін Гаусс теоремасы Кез келген тұйық беттен өтетін магнит индукциясының векторының ағыны нольге тең: Бұл теорема магниттік зарядтың жоқ екенін және магнит индукциясы сызықтары еш жерден басталмайтын және еш жерде аяқталмайтын тұйық сызық екенін көрсетеді.
Ағынның ілінісуі Тұйық контурмен шектелген бет арқылы өтетін магнит ағыны, осы контурдың ағынілінісуі Y деп аталады. Осы контурдағы токтың магнит өрісімен шартталған, контурдың ағын ілінісуі өздік индукция ағынілінісуі деп аталады. Мысалы, магнит өтімділігі m өзекшесі бар соленоидтың өздік индукция ағынілінісуін анықтайық. Ауданы S біп орам солениодты тесіп өтетін магнит ағыны F1=BS тең. Соленоидтың барлық орамдарымен ілініскен толық магнит ағыны мынаған тең: Басқа контурда жүретін токтың магнит өрісімен шартталған контурдың ағынілінісуі осы екі контурдың өзара индукциялық ағынілінісуі деп аталады. Тогы бар өткізгішті магнит өрісінде тасымалдау кезінде істелінген жұмыс.
Магнит өрісінің істеген жұмысы мұндағы,
Тогы бар өткізгішті магнит өрісінде тасымалдау кезінде жасалынған жұмыс, ток күші мен қозғалыстағы өткізгіш қиып өткен магнит ағынының көбейтіндісіне тең.
Тогы бар контурды магнит өрісінде орын ауыстыру кезіндегі жұмыс Магнит өрісі сурет жазықтығына перпендикуляр бағытталған. АВСDА контурды орын ауыстыру кезінде Ампер күшінің жұмысы АВС(dA1) және СDА (dA2) өткізгіштерді орын ауыстыру кезіндегі істелінген жұмыстарының қосындысына тең. СDА бөлігін орын ауыстыру кезіндегі Ампер күші орын ауыстыру (орын ауыстыру бағытына сүйір бұрыш жасайды) жағына бағытталған, сондықтан
Қосындысы
немесе Тогы бар тұйық контурды магнит өрісінде орын ауыстыру кезінде істелген жұмыс контурдағы ток күші мен контурға ілініскен магнит ағынының өзгерісінің көбейтіндісіне тең. Электрондар мен атомдардың магниттік моменті Магниттік құбылыстарға ортаның әсері іс жүзінде магниттік өтімділік m арқылы есептелініп келді. Ортаның магниттік қасиетін және оның магнит индукциясына әсерін түсіндіру үшін магнит өрісінің заттағы атомдар мен молекулаларға әсерін қарастыру керек. Кез-келген денеде молекулалар мен атомдардағы электрондардың қозғалысымен шартталған микроскопиялық токтар (микротоктар) бар болатындықтан, магнит өрісінде орналасқан барлық заттар магниттеледі. Көптеген магниттік құбылыстарды түсіндіру үшін, атом оң зарядталған ядродан тұрады, ал электрондар күн жүйесіндегі планеталарға ұқсас шеңбер немесе эллипс бойындағы орбитада ядроны айнала қозғалады деген квазиклассикалық модель (атомның планетарлық моделі) қолданылады.
Егер электрон бір секундта n айналым жасаса, онда ток күші Егер электрон сағат тілімен бағыттас қозғалса, онда ток сағат тіліне қарсы жүреді және Электрондарға тек қана заряд тән емес, сонымен бірге оның массасы бар, олай болса орбита бойымен қозғалған электрон тек қана магнит моментіне ие болып қоймай, сонымен бірге белгілі бір импульстің механикалық моментіне Le=mωr2=2mnS мұндағы, w=2pn – электронның бұрыштық жылдамдығы, pr2=S. мұндағы,
Электронның орбитальды моменттен басқа спин деп аталатын меншікті механикалық моментінің импульсі
мұндағы Атомның немесе молекуланың жалпы магнит моменті атомға (молекулаға) кіретін электрондардың магниттік моменттерінің (орбитальды және спиндік) векторлық қосындысына тең. Атом ядросының магниттік моменті электронның магниттік моментінен 1000 есе аз, сондықтан оны ескермеуге болады.
Диа- және парамагниттер Магнит өрісінің әсерінен магниттік моментке ие болатын (магниттелсе) кез-келген зат магнетик деп есептелінеді.
Лармор теоремасы: магнит өрісінің электрон орбитасына әсерін осы орбитаға W бұрыштық жылдамдықтағы прецессиясымен түсіндіруге болады. Электрондық орбиталардың прецессиялық қозғалысы дөңгелек микротокқа эквивалентті. Микроток сыртқы магнит өрісі арқылы индукцияланғандықтан, Ленц ережесіне сәйкес, атомда сыртқы өріске қарама-қарсы бағытталған магниттік момент пайда болады. Атомдардың магнит өрістерінің келтірілген құраушылары қосылып, сыртқы магнит өрісін әлсірететіндей заттың меншікті магнит өрісін туғызады. Бұл эффект диамагниттік эффект деп, ал сыртқы магнит өрісінде өріс бағытына қарама-қарсы магниттелетін заттар диамагнетиктер деп аталады (мысалы, Ag, Au, Cu…). Диамагниттік эффект заттағы атомдардың электрондарына сыртқы магнит өрісінің әсеріне негізделгендіктен, диамагнетизм барлық заттарға тән.
Парамагниттік заттарда сыртқы магнит өрісі жоқ кезде электрондардың магниттік моменттері бірін-бірі теңгермейді және парамагнетиктердің молекулалары әрқашанда магниттік моменті бар (ондай молекулалар полярлы деп аталады). Молекулалардың жылулық қозғалы-сының салдарынан олардың магниттік моментінің бағыты ретсіз болады, сондықтан магнит өрісі жоқ кезде парамагнетиктерде магниттік қасиет байқалмайды. Парамагнетикті сыртқы магнит өрісіне ендірген кезде көбінесе атомдардың (молекулалардың) магниттік моменттері өріс бойынша бағдарланады (толық бағдарлануына атомдардың жылулық қозғалысы кедергі жасайды). Сонымен, парамагнетик бағыты сыртқы өріс бағытымен бірдей болатын және сыртқы өрісті күшейтетін меншікті магнит өрісін тудыра отырып, магниттеледі. Бұл эффект парамагниттік деп аталады. Егер атомдардың (молекулалардың) магниттік моменті өте үлкен болса, онда заттың парамагниттік қасиеті диамагниттік қасиетінен басым түседі де, зат парамагнетик болады. Біртекті емес магнит өрісінде пара- және диамагнетиктер әртүрлі қасиет көрсетеді. Біртекті емес магнит өрісіндегі тогы бар шағын орамды қарастырайық. Орамның жеке бөлігіне әсер ететін Егер Сондықтан парамагнетиктер өрістің күштірек аймағына тартылады, ал осы уақытта диамагнетиктер осы аймақтан ығыстырылады.
Магниттелу. Заттардағы магнит өрісі Диэлектриктердің поляризациясының сандық сипатын беру үшін поляризациялану ендірілсе, ал магниттердің сандық сипатын беру үшін векторлық шама – магниттелу шамасы, яғни магнетиктің бірлік көлеміне келетін магнит моментімен сипатталатын шама ендіріледі. Мұндағы
χ – өлшемсіз шама. Диамагнетиктер үшін χ теріс шама (молекулалық ток өрісі сыртқы өріске қарама-қарсы), ал парамагнетиктерде – оң шама (молекулалық ток өрісі сыртқы өріске бағыттас). Диа- және парамагитиктер үшін магниттік қабылдағыштықтың абсалют шамасы өте аз 10-4-10-6 шамасындай. Заттың
Молекулалық ток тудыратын өрісті сипаттау үшін көлденең қимасының ауданы Магнетик ішіндегі микротоктардың қосынды тогының магнит моменті Магнетиктің магниттелінуінің анықтамасы бойынша Диамагнетиктер үшін
Екі магнетиктің бөліну шекарасының шарттары Магниттік өтімділіктері
Гаусс теоремасы бойынша (
1 және 2 магнетиктердің шекаралық бөліктеріне жақын ұзындығы
осыдан,
(АВ және СD бойынша интегралдар таңбасы әр түрлі, өйткені ВС және DА бойынша интегралдау шексіз аз). Сондықтан тангенциаль құраушылар:
Осыдан, екі магнетиктің шекаралық бөлігінен өту кезінде Ферромагнетиктер және олардың қасиеттері Диа- және парамагнетиктер сияқты әлсіз магниттелетін заттардан басқа, сыртқы магнит өрісі жоқ кезде кенеттен магниттелуі басым болатын, күшті магниттелетін заттар – ферромагнетиктер бар.
Ферромагнетиктерде магниттік өтімділігі
Әлсіз өрістерде Н-тың өсуіне байланысты (а-суретте) Егер ферромагнетикті қанығуға дейін магниттеп (0-1 қисығы), одан кейін Н-ты азайтсақ (1-2 қисығы), онда Бұл құбылыс тұрақты магниттерді жасауда қолданылады.
Әр түрлі ферромагнетиктер үшін, оның магниттік қасиетін жоғалтатын Кюри нүктесі деп аталатын сәйкес белгілі бір температурасы болады. Кюри нүктесінен жоғары температурада ферромагнетиктер кәдімгі парамагне-тикке айналады. Оның себебі Кюри нүктесінен төмен температурада ферромагнетик көптеген микро-скопиялық аймақтарға – өзінен өзі қанығу дәрежесіне дейін магнит-телетін домендерге бөлінеді. Домендердің магниттелу бағыты атомдардың қатары мен қабаттарының орналасу ретіне байланысты (суретте темір кристалындағы домендердің схемасы көрсетілген). Сыртқы магнит өрісі жоқ кезде жеке домендердің магниттік моменттері бей-берекет бағдарланады және бірін бірі теңестіреді. Сондықтан, ферромагнетиктің қосынды магниттік моменті нольге тең және ферромагнетик магниттелмеген.
Домендердің қалыптасуы электрондардың кванттық қасиетіне байланысты. Атомдарында ішкі электрон-дық қабыршақтары түзілмеген, теңестірілмеген спиндері бар заттар ферромагниттік қасиеттерге ие болады. Бұл кезде электрондардың спиндік магниттік моменттерін бір-біріне параллель бағдарлануға мәжбүр ететін алмасу күштері пайда болады. Бұл өздігінен (спонтанды) магниттелу аймақтардың пайда болуына әкеледі. Кейбір заттарда алмасу күштері электрондардың спиндік моменттерінің антипараллель бағдарлануын шақырады. Ондай заттар антиферромагнетиктер деп аталады. Олар үшін де, антиферромагнетиктік Кюри нүктесі (Неел нүктесі) бар, ол нүктеден жоғары қарай магниттік реттелу бұзылады да, антиферромагнетик парамагнетикке айналады.
Бақылау сұрақтары. 1. Ферромагнетиктiң қасиетiн сипаттайтын шамаларды көрсетiңiз. 2. Төмендегі өрнектердің қайсысы магнит өрісі энергиясын анықтайды. 3. Домендердің қасиеті неге байланысты? 4. Спонтанды магниттелу аймақтары қалай пайда болады? 5. Антиферромагнетиктер қалай парамагнетикке айналады? 6. Магниттік гистерезис дегеніміз не? 7. Кюри температурасы. 8. Екі ортаның шекарасындағы шекаралық шарттар. 9. Заттағы магнит өрісі үшін толық ток заңы. 10. Заттағы магниттік өріс. 11. Магнетиктер. 12. Магнетиктердің түрлері. Диамагнетиктер. Парамагнетиктер. 13. Магниттiк өтiмдiлiкпен магниттiк қабылдағыштықтың арасындағы тәуелдiлiк. 14. Төмендегі өрнектердің қайсысы магнит өрісі энергиясының көлемдік тығыздығын анықтайды: 15. Магнит өрiсiнiң энергия тығыздығы. 16. Пойтинг векторының өрнегi 17. Тогы бар өткізгішті магнит өрісінде орын ауыстыру кезіндегі істелінетін жұмыс. 18. Ампер заңының өрнегi 19. Лоренц күшiнiң өрнегi 20. Электромагниттiк индукция заңы. 21. Магнит өрiсiнде шеңбер боймен айнала қозғалған зарядтың айналу радиусы 22. Магнит өрiсiнде шеңбер бойымен айнала қозғалған зарядтың айналу периоды 23. Магнит өрiсiнiң кернеулiк векторы қай теңдеумен анықталады? 24. Магнит индукциясы үшiн Гаусс теоремасын көрсетiңiз. 25. Магнит өрiсiндегi тогы бар өткiзгiш орын ауыстырғанда, iстелетiн жұмыс қай теңдеумен анықталады? 26. Лоренц күшi қай теңдеумен аныєталады? 13. Әдебиеттер 1. Жұбанов М. Физиканың негізгі заңдары.-Алматы: Мектеп, 1989. 2. Савельев И.В. Жалпы физика курсы.1,2-том. -Алматы: Мектеп, 1982, (аударма). 3. Қойшыбаев Н.К., Шарықбаев А.О. Физика 1,2 томдары. Алматы, 2001 4. Рахым Қ. Жалпы физика курсы. Электрлік құбылыстар: Оқу құралы. Қарағанды: КарМТУ. 2004 5. Фриш С.Э. ТимореваА.В. Жалпы фзика курсы. І,ІІ томдары. Оқулық. Алматы: Мектеп. 1970. 6. Ақылбаев Ж.С., Ермағанбетов Қ.Т. Электр және магнетизм: Оқу құралы. Қарағанды: КарМУ. 2003 7. Құлбеков М., Әлімбекова Т., Нұрғалиев Қ. Жалпы физика курсы. Электр және магнетизм. Оқу құралы. Алматы: 1997. 8. Волькенштейн В. Жалпы физика курсынан есептер жинағы. Алматы., Мектеп, 1990. 9. Нұрсұлтанов О.С. Атомдық физика. - Алматы: Рауан, 1990. 10. СивухинД.В. Общий курс физики.-М.: Наука, 1977-1986, т.1-5. 11. Савельев И.В. Курс физики. -М.: Наука, 1989, т. 1-3. 12. Детлаф А.А.,Яворский Б.М. Курс физики.-М.: Высшая школа, 1989. 13. Трофимова Т.И. Курс физики.-М.: Высшая школа, 1990. 14. Калашников С.Г. Электричество.-М.: Наука, 1977. 15. Иродов И. Задачи по общей физике. - М.: Наука, 1987. 16. Савельев И.В. Сборник вопросов изадач по общей физике. - М.: Наука, 1982. 17. Беликов Б. Решение задач по физике. - М.: Высшая школа, 1986. 18. Чертов А., Воробьев А. Задачник по физике. - М.: Высшая школа, 1981. 19. Аманқұлов Т.П., Сағындықов А.С., Тұрғанова Т., Хамза А.Қ. Жалпы физикадан қысқаша лекциялар жинағы. Шымкент.: ОҚМУ, 2007ж 20. Бектібаев Ш.Б., Рахимов Қ., т.б. Жалпы физика курсы.(Механика және молекулалық физика бөлімі): Оқу құралы. Қарағанды: КарМТУ. 1998
|