Magnitizm qanday ishlaydi? Magnitizm - Thalesdan Maksvellgacha

Elektr hodisalarining birinchi kuzatuvlaridan ming yil oldin ham, insoniyat allaqachon to'plashni boshlagan edi. magnitlanish haqidagi bilimlar. Va atigi to'rt yuz yil oldin, fizikaning fan sifatida rivojlanishi endi boshlanganida, tadqiqotchilar moddalarning magnit xususiyatlarini elektr xususiyatlaridan ajratib olishdi va shundan keyingina ularni mustaqil o'rganishga kirishdilar. Bu 19-asrning oʻrtalariga kelib e. elektr va magnit hodisalarning dinamik nazariyasi.

Ko'rinib turibdiki, magnit temir rudasining g'ayrioddiy xususiyatlari Mesopotamiyada bronza davridayoq ma'lum bo'lgan. Va temir metallurgiyasining rivojlanishi boshlangandan so'ng, odamlar temir mahsulotlarini o'ziga jalb qilganini payqashdi. Milet shahridan bo'lgan qadimgi yunon faylasufi va matematigi Thales (miloddan avvalgi 640−546) ham bu jozibadorlikni mineralning animatsiyasi bilan izohlagan;

Yunon mutafakkirlari ko'rinmas bug'lar magnetit va temirni qanday o'rab olishini, bu juftliklar moddalarni bir-biriga qanday jalb qilishini tasavvur qildilar. So'z "magnit" u Kichik Osiyodagi magnetit joylashgan Magnesiya-y-Sipila shahri nomidan kelib chiqishi mumkin edi. Afsonalardan birida aytilishicha, cho'pon Magnis qandaydir yo'l bilan qo'ylari bilan qoya yonida topilgan, bu uning tayoqlari va etiklarining temir uchini o'ziga tortgan.

Qadimgi Xitoy risolasida "Ustoz Liuning bahor va kuzgi yozuvlari" (miloddan avvalgi 240 yil) magnetitning temirni jalb qilish xususiyati haqida gapiradi. Yuz yil o'tgach, xitoyliklar magnetit na mis, na keramika o'ziga tortmasligini ta'kidladilar. 7-8-asrlarda ular magnitlangan temir igna erkin osilgan holda Shimoliy Yulduz tomon burilishini payqashdi.

Shunday qilib, 11-asrning ikkinchi yarmiga kelib, Xitoy dengiz kompaslarini ishlab chiqarishni boshladi, evropalik dengizchilar uni xitoylardan atigi yuz yil o'tgach o'zlashtirdilar. Keyin xitoyliklar magnitlangan ignaning shimoldan sharq tomonga og'ish qobiliyatini allaqachon kashf qilishgan va shuning uchun faqat 15-asrda xuddi shunday xulosaga kelgan evropalik navigatorlardan oldin magnit og'ishini kashf qilishgan.

Evropada tabiiy magnitlarning xususiyatlarini birinchi bo'lib 1269 yilda Sitsiliya qiroli Charlz Anjou armiyasida xizmat qilgan frantsuz faylasufi Per de Marikur ta'riflagan. Italiya shaharlaridan birini qamal qilish paytida u Pikardiyadagi do'stiga ilm-fan tarixiga "Magnitdagi maktub" nomi bilan kirgan hujjatni yubordi va u erda magnit temir rudasi bilan o'tkazgan tajribalari haqida gapirdi.

Marikurtning ta'kidlashicha, har qanday magnetit bo'lagida temirni ayniqsa kuchli o'ziga tortadigan ikkita maydon mavjud. U samoviy sferaning qutblariga o'xshashligini payqadi, shuning uchun u maksimal magnit kuch maydonlarini belgilash uchun ularning nomlarini oldi. U erdan magnit qutblarini janubiy va shimoliy magnit qutblar deb atash an'anasi paydo bo'lgan.

Marikurtning yozishicha, agar siz magnetitning biron bir qismini ikki qismga ajratsangiz, unda har bir parcha o'z qutblariga ega bo'ladi.

Marikur birinchi bo'lib magnit qutblarning itarish va tortishish ta'sirini qarama-qarshi (janubiy va shimol) yoki o'xshash qutblarning o'zaro ta'siri bilan bog'ladi. Marikur haqli ravishda Evropa eksperimental ilmiy maktabining kashshofi hisoblanadi; uning magnetizm haqidagi eslatmalari o'nlab nusxalarda nashr etilgan va bosmaxona paydo bo'lishi bilan ular risola shaklida nashr etilgan. Ularni 17-asrgacha ko'plab bilimdon tabiatshunoslar keltirgan.

Ingliz tabiatshunosi, olimi va shifokori Uilyam Gilbert ham Marikuraning ijodi bilan yaxshi tanish edi. 1600 yilda u "Magnit, magnit jismlar va buyuk magnit - Yer haqida" asarini nashr etdi. Ushbu ishda Gilbert tabiiy magnit materiallar va magnitlangan temirning xususiyatlari haqida o'sha paytda ma'lum bo'lgan barcha ma'lumotlarni taqdim etdi, shuningdek, magnit shar bilan o'tkazgan tajribalarini tasvirlab berdi, unda u yer magnitlanishining modelini takrorladi.

Xususan, u eksperimental ravishda "kichik Yer" ning ikkala qutbida kompas ignasi uning yuzasiga perpendikulyar burilishini, ekvatorda parallel ravishda o'rnatilishini va o'rta kengliklarda oraliq holatga aylanishini aniqladi. Shunday qilib, Gilbert Evropada 50 yildan ko'proq vaqt davomida ma'lum bo'lgan magnit moyillikni simulyatsiya qilishga muvaffaq bo'ldi (1544 yilda Nyurnberglik mexanik Georg Hartmann tomonidan tasvirlangan).

Gilbert, shuningdek, to'pning mukammal silliq yuzasiga emas, balki sayyoraviy miqyosda bu ta'sirni qit'alar orasidagi tortishish bilan izohlagan geomagnit moyillikni takrorladi. U yuqori darajada qizdirilgan temir magnit xususiyatlarini qanday yo'qotishini va sovutilganda ularni qayta tiklashini aniqladi. Nihoyat, Gilbert birinchi bo'lib magnitning tortishish kuchi bilan jun bilan ishqalangan amberning tortishishini aniq ajratdi va uni elektr quvvati deb atadi. Bu chinakam innovatsion ish bo‘lib, zamondoshlari ham, avlodlari ham qadrlagan. Gilbert Yerni "katta magnit" deb hisoblash to'g'ri ekanligini aniqladi.

19-asrning boshlariga qadar magnitlanish fani juda kam rivojlangan edi. 1640 yilda Galileyning shogirdi Benedetto Kastelli magnetitning o'ziga tortilishini uning tarkibidagi juda kichik magnit zarralar bilan bog'ladi.

1778 yilda Gollandiyalik Sebald Brugmans vismut va surma magnit igna qutblarini qanday qaytarishini payqadi, bu fizik hodisaning birinchi namunasi bo'lib, keyinchalik Faraday buni chaqiradi. diamagnetizm.

1785 yilda Charlz-Ogustin Kulon buralish balansida aniq o'lchovlar orqali magnit qutblar orasidagi o'zaro ta'sir kuchi qutblar orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsional ekanligini isbotladi - xuddi elektr zaryadlarining o'zaro ta'sir kuchi kabi.

1813 yildan beri Daniya fizigi Oersted eksperimental ravishda elektr va magnitlanish o'rtasidagi bog'liqlikni o'rnatishga astoydil harakat qilmoqda. Tadqiqotchi indikator sifatida kompaslardan foydalangan, lekin uzoq vaqt davomida u maqsadiga erisha olmadi, chunki u magnit kuch oqimga parallel bo'lishini kutgan va elektr simini kompas ignasiga to'g'ri burchak ostida qo'ygan. O'q oqim paydo bo'lishiga hech qanday ta'sir ko'rsatmadi.

1820 yilning bahorida, ma'ruzalaridan birida Oersted o'qga parallel ravishda simni tortdi va uni bu fikrga nima undaganligi aniq emas. Va keyin o'q chayqaldi. Negadir Oersted o'z tajribalarini bir necha oy davomida to'xtatdi, shundan so'ng u ularga qaytib keldi va "elektr tokining magnit ta'siri ushbu oqimni o'rab turgan doiralar bo'ylab yo'naltirilganligini" tushundi.

Xulosa paradoksal edi, chunki ilgari aylanuvchi kuchlar na mexanikada, na fizikaning boshqa joylarida o'zini namoyon qilmagan. Oersted o'z xulosalarini bayon qilgan maqola yozdi va boshqa hech qachon elektromagnetizmni o'rganmadi.

O'sha yilning kuzida frantsuz Andre-Mari Amper tajribalarni boshladi. Avvalo, Oerstedning natijalari va xulosalarini takrorlab, tasdiqlab, oktabr oyining boshlarida u o‘tkazgichlar, agar ulardagi oqimlar bir yo‘nalishda bo‘lsa, tortilishini, agar oqimlar qarama-qarshi bo‘lsa, qaytarilishini aniqladi.

Amper, shuningdek, oqim bilan parallel bo'lmagan o'tkazgichlar o'rtasidagi o'zaro ta'sirni o'rganib chiqdi, shundan so'ng uni keyinchalik nomi bilan atalgan formula bilan tasvirlab berdi. Amper qonuni. Olim shuningdek, tok o'tkazuvchi o'ralgan simlar magnit maydon ta'sirida, xuddi kompas ignasida bo'lgani kabi, aylanishini ham ko'rsatdi.

Nihoyat, u molekulyar oqimlar gipotezasini ilgari surdi, unga ko'ra magnitlangan materiallar ichida bir-biriga parallel bo'lgan doimiy mikroskopik dumaloq oqimlar mavjud bo'lib, ular materiallarning magnit ta'sirini keltirib chiqaradi.

Shu bilan birga, Biot va Savard birgalikda to'g'ridan-to'g'ri magnit maydonining intensivligini hisoblash imkonini beruvchi matematik formulani ishlab chiqdilar.

Shunday qilib, 1821 yil oxiriga kelib, Maykl Faraday allaqachon Londonda ishlagan holda, oqim o'tkazuvchi o'tkazgich magnit atrofida aylanadigan va boshqa magnit boshqa o'tkazgich atrofida aylanadigan qurilma yaratdi.

Faraday magnit ham, sim ham ularning mexanik ta'sirini aniqlaydigan konsentrik kuch chiziqlari bilan o'ralganligini taklif qildi.

Vaqt o'tishi bilan Faraday magnit kuch chiziqlarining jismoniy haqiqatiga amin bo'ldi. 1830-yillarning oxiriga kelib, olim doimiy magnitlarning ham, oqim o'tkazuvchi o'tkazgichlarning ham energiyasi ularni o'rab turgan bo'shliqda taqsimlanganligini, magnit kuch chiziqlari bilan to'ldirilganligini allaqachon aniq bilgan. 1831 yil avgustda tadqiqotchi magnetizmni elektr tokini hosil qilishga majburlashga muvaffaq bo'ldi.

Qurilma ikkita qarama-qarshi o'rashli temir halqadan iborat edi. Birinchi o'rash elektr batareyasiga ulanishi mumkin edi, ikkinchisi esa magnit kompasning ignasi ustida joylashgan o'tkazgichga ulangan. Birinchi g'altakning simidan to'g'ridan-to'g'ri oqim o'tganda, igna o'z o'rnini o'zgartirmadi, lekin uni o'chirish va yoqish paytlarida tebranishni boshladi.

Faraday shu daqiqalarda magnit kuch chiziqlarining yo'qolishi yoki paydo bo'lishi bilan bog'liq bo'lgan ikkinchi o'rashning simida elektr impulslari paydo bo'lgan degan xulosaga keldi. U buni kashf qildi Olingan elektromotor kuchning sababi magnit maydonning o'zgarishidir.

1857 yil noyabrda Faraday Shotlandiyada professor Maksvellga xat yozib, elektromagnetizm haqidagi bilimlarga matematik shakl berishni so‘radi. Maksvell talabni bajardi. Elektromagnit maydon haqida tushuncha 1864 yilda xotiralarida o'z o'rnini topdi.

Maksvell "maydon" atamasini kosmosning magnit yoki elektr holatida bo'lgan jismlarni o'rab turgan va o'z ichiga olgan qismini belgilash uchun kiritdi va u, ayniqsa, bu bo'shliqning o'zi bo'sh bo'lishi va mutlaqo har qanday turdagi moddalar bilan to'ldirilishi mumkinligini ta'kidladi. hali ham joy bo'ladi.

1873 yilda Maksvell "Elektr va magnitlanish haqida traktat" ni nashr etdi va u erda elektromagnit hodisalarni birlashtirgan tenglamalar tizimini taqdim etdi. U ularga elektromagnit maydonning umumiy tenglamalari nomini berdi va bugungi kungacha ular Maksvell tenglamalari deb ataladi. Maksvell nazariyasiga ko'ra magnetizm - bu elektr toklari orasidagi o'zaro ta'sirning maxsus turi. Bu magnitlanish bilan bog'liq barcha nazariy va eksperimental ishlar qurilgan poydevordir.

Amper "magnit zaryadlar" yo'qligini va jismlarning magnitlanishi molekulyar aylana oqimlari bilan izohlanadi (§§ 57 va 61) deb taxmin qilgandan so'ng, deyarli yuz yil o'tdi va nihoyat, bu taxmin to'g'ridan-to'g'ri tajribalar bilan to'liq isbotlandi. Magnitlanishning tabiati haqidagi savol magnit-mexanik hodisalar deb ataladigan sohadagi tajribalar orqali hal qilindi. Ushbu tajribalarni o'tkazish va hisoblash usullari 1911 yilda Rezerford va 1913 yilda Bor tomonidan ishlab chiqilgan atomlarning tuzilishi haqidagi g'oyalar asosida ishlab chiqilgan (ammo kontseptsiyaga o'xshash ba'zi tajribalar ilgari, xususan Maksvell tomonidan amalga oshirilgan, ammo muvaffaqiyatga erishmagan. ).

Rezerford radioaktivlik hodisalarini oʻrganganida, atomlardagi elektronlar musbat zaryadlangan atom yadrolari atrofida yopiq orbitalarda aylanishi aniqlandi; Bor spektrlarning nazariy tahlilida bu orbitalarning faqat ba'zilari barqaror ekanligini ko'rsatdi; nihoyat, shundan so'ng (1925 yilda spektrlar tahlili asosida ham) elektronlarning o'z o'qi atrofida aylanishi aniqlandi, xuddi Yerning kunlik aylanishiga o'xshash; bu ma'lumotlarning kombinatsiyasi amperli dumaloq oqimlarning tabiatini aniq tushunishga olib keldi. Ma'lum bo'ldiki, moddalardagi magnitlanishning asosiy elementlari: elektronlarning yadrolar atrofida aylanishi yoki elektronlarning o'z o'qi atrofida aylanishi yoki bu aylanishlarning ikkalasi bir vaqtning o'zida.

1914-1915 yillarda sahnalashtirilgan. Quyida tushuntirilgan birinchi muvaffaqiyatli magnitomexanik tajribalar dastlab moddalarning magnit xossalari yadrolar atrofidagi elektronlarning orbital harakati bilan toʻliq aniqlanadi, deb faraz qilingan. Biroq, yuqorida qayd etilgan tajribalarning miqdoriy natijalari shuni ko'rsatdiki, ferromagnit va paramagnit moddalarning xossalari elektronlarning orbitadagi harakati bilan emas, balki elektronlarning o'z o'qi atrofida aylanishi bilan belgilanadi.

Magnetomexanik tajribalarning maqsadini tushunish va bu tajribalar olib kelgan xulosalarni to'g'ri baholash uchun elektronning harakati natijasida hosil bo'lgan aylana oqimining magnit momentini elektronning mexanik burchak momentumiga nisbatini hisoblash kerak.

Har qanday oqimning kattaligi, ma'lumki, vaqt birligida kesma orqali o'tadigan elektr miqdori bilan belgilanadi; Ko'rinib turibdiki, elektronning orbital aylanishiga ekvivalent tokning kattaligi elektron zaryadining ko'paytmasiga va vaqt birligidagi aylanishlar soniga teng, bu erda elektronning tezligi va orbita radiusi. Ko'rsatilgan mahsulot elektrostatik birliklarda ekvivalent oqimning qiymatini ifodalaydi. Elektromagnit birliklarda oqimning kattaligini olish uchun ko'rsatilgan mahsulotni yorug'lik tezligiga bo'lish kerak (296-bet); Shunday qilib,

Dumaloq oqim magnit varaq bilan bir xil magnit maydonni hosil qiladi, moment oqim va uning atrofida oqayotgan maydon mahsulotiga teng [formula (17)]:

Shunday qilib, biz elektronning yadro atrofidagi harakati atomga teng magnit momentni berishini ko'ramiz.

Ushbu magnit momentni elektronning mexanik burchak momenti bilan solishtirish:

magnit momentning mexanik impulsga nisbati na elektron tezligiga, na orbita radiusiga bog‘liq emasligini aniqlaymiz.

Haqiqatan ham, to'liqroq nazariya shuni ko'rsatadiki, (33) tenglama faqat aylana orbitalari uchun emas, balki elektronning elliptik orbitalari uchun ham amal qiladi.

Elektronning o'z o'qi atrofida aylanishi elektronning o'ziga ma'lum bir magnit momentni beradi. Elektronning o'z o'qi atrofida aylanishi spin deb ataladi (inglizcha "spin" so'zidan, o'q atrofida aylanish degan ma'noni anglatadi). Agar elektron sferik shaklga ega va elektron zaryadi sferik sirt ustida bir xil zichlikda taqsimlangan deb faraz qilsak, hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, elektronning spin magnit momentining elektron atrofida aylanish mexanik momentiga nisbati. uning o'qi orbital harakatga o'xshash nisbatdan ikki baravar katta:

Magnit moment va aylanish momentining mutanosibligi haqidagi yuqoridagi fikrlar ma'lum sharoitlarda magnit hodisalari giroskopik effektlar bilan bog'liq bo'lishi mumkinligini ko'rsatadi. Maksvell magnit hodisalari va giroskopik effektlar o'rtasidagi bu bog'liqlikni eksperimental ravishda aniqlashga harakat qildi, lekin faqat Eynshteyn va de Haas (1915), A.F.Ioffe va P.L. Kapitsa (1914 va 1922). muvaffaqiyatli tajribalar o'tkazish. Eynshteyn va de Xaas yadro sifatida solenoidda osilgan temir tayoq solenoiddan o'tgan oqim bilan magnitlanganda aylanish impulsini olishini aniqladilar (256-rasm). E'tiborga molik ta'sirga erishish uchun Eynshteyn va de Xaas rezonans hodisasidan foydalanib, novdaning tabiiy burilish tebranishlarining chastotasiga to'g'ri keladigan chastotali o'zgaruvchan tok bilan davriy magnitlanishni o'zgartirishni amalga oshirdilar.

Guruch. 256. Eynshteyn va de Xaas tajribasining sxemasi, a - oyna, O - yorug'lik manbai.

Eynshteyn va de Xaas effekti quyidagicha izohlanadi. Magnitlanganda elementar magnitlarning o'qlari - "elektron tepalari" - magnit maydon yo'nalishi bo'yicha yo'naltiriladi; "elektron tepaliklar" ning aylanish impulslarining geometrik yig'indisi noldan farq qiladi va tajriba boshida temir tayoqning aylanish impulsi (atomlarning mexanik tizimi sifatida ko'rib chiqiladi) nolga teng edi, keyin esa aylanish impulsining saqlanish qonuni

(I jildi, § 38) magnitlanish tufayli novda umuman kattalikda teng, lekin "elektron tepaliklar" aylanish impulslarining geometrik yig'indisiga qarama-qarshi yo'nalishda aylanish impulsini olishi kerak.

Barnet Eynshteyn va de Xaasning qarama-qarshi tajribasini o'tkazdi, ya'ni Barnet temir tayoqning magnitlanishiga sabab bo'lib, uning tez aylanishiga olib keldi; magnitlanish aylanish o'qiga teskari yo'nalishda sodir bo'ldi. Yerning sutkalik aylanishi tufayli girompas o‘qi yer o‘qiga parallel joy olganidek (I jild, § 38), xuddi shu tarzda, Barnet tajribasida “elektron tepalar” o‘qlari ham shunday bo‘ladi. temir tayoqning aylanish o'qiga parallel joyni oling (chunki elektron zaryadi manfiy bo'lsa, magnitlanish yo'nalishi sterjenning aylanish o'qiga qarama-qarshi bo'ladi).

A.F.Ioffe va P.L Kapitsa (1917) tajribalarida ipga osilgan magnitlangan temir tayoq Kyuri nuqtasi ustida tez qizdirilgan. Bunday holda, o'qlari magnitlanish tufayli novda o'qiga parallel ravishda yo'naltirilgan "elementar tepaliklarning" tartibli joylashuvi yo'qoldi va o'qlar yo'nalishini tartibsiz taqsimlash bilan almashtirildi, shunday qilib, "elementar tepaliklar" ning umumiy magnit va mexanik momentlari nolga yaqin bo'lib chiqdi (257-rasm). Burchak impulsining saqlanish qonuni tufayli temir tayoq magnitsizlanganda aylanish momentiga ega bo'ldi.

Guruch. 257. Ioffe-Kapitsa tajribasi g'oyasini tushuntiruvchi diagramma. a - temir tayoq magnitlangan; b - novda Kyuri nuqtasidan yuqori qizdirilganda magnitsizlanadi.

Eynshteyn va de Xaas tajribalarida, Barnet va Ioffe va Kapitsa tajribalarida ko‘plab olimlar tomonidan qayta-qayta takrorlangan magnit moment va aylanish momentini o‘lchash bu miqdorlarning nisbati formula bilan aniqlanishini ko‘rsatdi. (34) formula bo'yicha emas, balki (33). Bu shuni ko'rsatadiki, temirdagi (va umuman ferromagnit jismlarda) magnitlanishning asosiy elementi elektronlarning atomlarning musbat yadrolari atrofidagi orbital harakati emas, balki elektronlarning spin-eksial aylanishidir.

Shu bilan birga, elektronlarning orbital harakati moddalarning magnit xususiyatlariga ham ta'sir qiladi: atomlar, ionlar va molekulalarning magnit momenti spin va orbital magnit momentlarning geometrik yig'indisidir (ammo atomlarning tuzilishi shundayki, spin momentlari yana hal qiluvchi rol o'ynaydi. bu summadagi roli).

Zarrachaning umumiy magnit momenti nolga teng bo'lsa, modda diamagnit bo'lib chiqadi. Rasmiy ravishda, diamagnit moddalar birdan kam magnit o'tkazuvchanligi bilan tavsiflanadi, shuning uchun salbiy magnit sezuvchanlik diamagnit moddalarning magnitlanish maydonining kuchiga qarama-qarshi yo'nalishda magnitlanganligini anglatadi;

Elektron nazariya diamagnetizmni magnit maydonning elektronlarning yadrolar atrofidagi orbital harakatiga ta'siri bilan izohlaydi. Elektronning bu harakati, yuqorida aytib o'tilganidek, oqimga teng. Magnit maydon atomga ta'sir qila boshlaganda va uning intensivligi noldan ma'lum bir qiymatga oshganda, Lenz qonuniga (§ 71) ko'ra, "qo'shimcha oqim induktsiya qilinadi". bu "qo'shimcha oqim" har doim noldan maydonga ko'tarilganiga qarama-qarshi yo'naltiriladi. Agar magnitlanish maydoni orbital tekislikka perpendikulyar bo'lsa, u holda u elektronning o'z orbitasidagi tezligini o'zgartiradi va bu o'zgargan tezlik qiymati atom magnit maydonda bo'lguncha saqlanadi; agar maydon orbital tekislikka perpendikulyar bo'lmasa, u holda orbital o'qning maydon yo'nalishi bo'ylab presessiyali harakati paydo bo'ladi va o'rnatiladi (tepalik o'qining tepaning tayanch nuqtasidan o'tadigan vertikal atrofidagi presessiyasiga o'xshash). (I jildi, 38-§).

Hisob-kitoblar diamagnit moddalarning magnit sezgirligi uchun quyidagi formulaga olib keladi:

bu yerda elektronning zaryadi va massasi, atomdagi elektronlar soni, moddaning hajmi birligiga to'g'ri keladigan atomlar soni, elektron orbitalarining o'rtacha radiusi.

Shunday qilib, diamagnetik ta'sir barcha moddalarning umumiy xususiyatidir; ammo, bu ta'sir kichik va shuning uchun uni faqat unga qarshi kuchli paramagnit ta'sir bo'lmasa kuzatish mumkin.

Paramagnetizm nazariyasi 1905 yilda Langevin tomonidan ishlab chiqilgan va Flek, Stoner va boshqalar tomonidan zamonaviy tushunchalar asosida ishlab chiqilgan (1927 yilda va undan keyingi yillarda). Atomning tuzilishiga qarab, alohida atom ichidagi elektronlar tomonidan yaratilgan magnit momentlar bir-birini bekor qilishi mumkin, shuning uchun atom umuman magnit bo'lmagan (bunday moddalar diamagnit xususiyatga ega) bo'lib chiqadi yoki natijada atomning magnit momenti nolga teng emas. Bu oxirgi holatda, kvant mexanikasi ko'rsatganidek, atomning magnit momenti (aniqrog'i, uning elektron qobig'i) tabiiy ravishda (III jild, §§ 59, 67-70) o'ziga xos "magnetizm atomi" orqali ifodalanadi. kvantga

Mexanikada bu "magnetizm atomi" elektronning yadro atrofida aylanishi natijasida hosil bo'lgan magnit moment - Bor magnitoni, ga teng.

(bu erda elektronning zaryadi, Plank doimiysi, c - yorug'lik tezligi, elektronning massasi).

Har bir elektron yadro atrofida harakatlanishidan qat'i nazar, aynan bir xil magnit momentga ega, ammo tuzilishi tufayli yoki, odatdagidek, o'q atrofida aylanishi tufayli. Spinning magnit momenti Bor magnetoniga teng, spinning mexanik momenti [(33) va (34) formulalarga muvofiq] elektronning orbital momentining yarmiga teng.

Ba'zi atom yadrolari ham magnit momentlarga ega, ammo atomlarning elektron qobiqlariga xos bo'lgan magnit momentlardan minglab marta kichikroqdir § 115). Yadrolarning magnit momentlari yadro magnetoni orqali ifodalanadi, uning qiymati Bor magnitoni qiymati bilan bir xil formula bo'yicha aniqlanadi, agar bu formulada elektronning massasi proton massasi bilan almashtirilsa.

Langevin nazariyasiga ko'ra, paramagnit modda magnitlanganda molekulalar magnit momentlari bilan maydon chiziqlari yo'nalishi bo'yicha yo'naltiriladi, lekin molekulyar issiqlik

u yoki bu darajada harakat bu orientatsiyani buzadi. Paramagnit moddaning magnitlanishining molekulyar rasmi dielektrikning qutblanishiga o'xshaydi (§ 22), agar biz, albatta, qattiq elektr dipollar elementar magnitlar bilan almashtirilganligini va elektr maydoni magnit maydon bilan almashtirilganligini tasavvur qilsak. Elementar magnitlarning magnitlanish maydoni yo'nalishi bo'yicha yo'naltirilganlik darajasi magnit momentning maydon yo'nalishi bo'yicha o'rtacha proektsiyasining qiymati bilan baholanishi mumkin (har bir molekula uchun hisoblangan). Elementar magnitlar o'qlarini tasodifiy joylashtirish bilan, barcha elementar magnitlar maydon yo'nalishi bo'yicha yo'naltirilganda,

Langevin shuni ko'rsatdiki, ertalab ichki magnit maydonning harorati va intensivligida § 22 formulasiga o'xshash nisbat quyidagi funktsiya bilan ifodalanadi:

Kichik qiymatlar uchun, 22-§da aytib o'tilganidek, yuqoridagi Langevin funktsiyasi (36) y qiymatini oladi, shuning uchun bu holda

Shubhasiz, magnitlanish qiymat va birlik hajmdagi molekulalar sonining mahsulotiga teng:

Shunday qilib, moddaning doimiy zichligida magnitlanish mutlaq haroratga teskari proportsionaldir. Bu haqiqat 1895 yilda Kyuri tomonidan empirik tarzda aniqlangan.

Aksariyat paramagnit moddalar uchun u birlik bilan solishtirganda kichikdir, shuning uchun formulada almashtirish va almashtirish orqali birlik bilan solishtirganda qiymatni e'tiborsiz qoldirish mumkin; keyin biz olamiz:

bu erda o'ziga xos magnit sezuvchanlikni bildiradi (ya'ni, massa birligiga sezuvchanlik). Bu formula Kyuri qonuni deb ataladi. Ko'pgina paramagnetlar uchun Kyuri qonunining quyidagi, murakkabroq shakli [formula (31)] aniqroqdir:

Ba'zi paramagnit moddalar uchun qiymat ijobiy, boshqalari uchun esa salbiy.

Magnitlanganda magnit qutblari orasidagi bo'shliqqa paramagnit modda tortiladi. Shuning uchun, magnitlanish vaqtida paramagnit modda ish hosil qilishi mumkin, ish esa demagnetizatsiyaga sarflanishi kerak. Shu munosabat bilan, Debay tomonidan nazariy jihatdan bashorat qilinganidek, tez adiabatik demagnetizatsiya paytida paramagnit moddalar biroz sovishini boshdan kechirishi kerak (ayniqsa, haroratning pasayishi bilan paramagnitning magnit sezuvchanligi juda past haroratlar mintaqasida). 1933 yildan beri bir qator laboratoriyalarda o'tkazilgan tajribalar nazariya xulosalarini tasdiqladi va jismlarni chuqur sovutishning magnit usulini ishlab chiqish uchun asos bo'lib xizmat qildi. Paramagnit modda an'anaviy usullar bilan magnit maydonda suyuq geliy haroratiga qadar sovutiladi, shundan so'ng modda magnit maydondan tezda chiqariladi, bu esa ushbu moddada haroratning yanada ko'proq pasayishiga olib keladi. Bu usul mutlaq noldan gradusning mingdan bir qismi bilan farq qiladigan haroratlarni hosil qiladi.

Ferromagnit moddalarning xarakterli xususiyati shundaki, ular nisbatan zaif maydonlarda deyarli to'liq to'yinganlik uchun magnitlangan. Shuning uchun, ferromagnitlarda issiqlik harakati ta'sirini engib, elementar magnit momentlarning tartibli yo'nalishini ta'minlaydigan ba'zi kuchlar mavjud. Ferromagnitlarning magnitlanishiga yordam beruvchi kuchlarning ichki maydoni mavjudligi haqidagi taxmin birinchi marta rus olimi B. L. Rosing tomonidan 1892 yilda ifodalangan va 1907 yilda P. Vayss tomonidan tasdiqlangan.

Ferromagnit moddalarda elementar magnitlar o'z o'qi atrofida aylanadigan elektronlar - spinlardir. Vayss g'oyalarini ishlab chiqishda, spinlar kristall panjaraning tugunlarida joylashgan va bir-biri bilan o'zaro ta'sirlashgan holda, ferromagnit kristalning alohida kichik joylarida (bu sohalar domenlar deb ataladi) aylanadigan ichki maydon hosil qiladi, deb taxmin qilinadi. barcha spinlar bir yo'nalishda, shuning uchun har bir bunday maydon (domen) to'yinganlik uchun o'z-o'zidan (o'z-o'zidan) magnitlangan bo'lib chiqadi. Biroq, tashqi magnit maydon bo'lmaganda kristalning qo'shni joylari teng bo'lmagan yo'nalishlarga ega.

magnitlanish. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, masalan, temir kristallarida "spontan" magnitlanish kubik kristalli hujayraning har qanday chekkasi yo'nalishi bo'yicha sodir bo'lishi mumkin.

Zaif tashqi magnit maydon domendagi barcha spinlarni magnitlanish maydonining yo'nalishi bilan eng kichik burchakni tashkil etadigan kubik hujayraning cheti tomonga burilishiga olib keladi.

Guruch. 258. Ferromagnitning magnitlanishida spinlarning domenlardagi yo'nalishi.

Kuchliroq maydon spinlarning yana maydon yo'nalishiga yaqinroq aylanishiga olib keladi. Magnit to'yinganlikka barcha o'z-o'zidan magnitlangan mikrokristalli maydonlarning magnit momentlari maydon yo'nalishi bo'yicha yo'naltirilganda erishiladi. Magnitlanganda domenlar emas, balki ulardagi barcha aylanishlar aylanadi; har qanday mikrokristalli burilishdagi barcha orqalar bir vaqtning o'zida, shakllanishdagi askarlar kabi; Spinlarning bu aylanishi avval ba'zi domenlarda, keyin esa boshqalarida sodir bo'ladi. Shunday qilib, ferromagnit moddaning magnitlanish jarayoni bosqichma-bosqich amalga oshiriladi (258-rasm).

Eksperimental ravishda bosqichma-bosqich magnitlanish birinchi marta Barxauzen tomonidan kashf etilgan (1919). Ushbu hodisani ko'rsatish uchun mos bo'lgan eng oddiy tajriba quyidagicha: telefonga ulangan g'altakning ichiga o'rnatilgan temir tayoq asta-sekin lasan ustida osilgan taqa magnitini asta-sekin burish orqali magnitlanadi (259-rasm); Shu bilan birga, telefonda xarakterli shitirlash ovozi eshitiladi, agar magnitlanish maydoni etarlicha sekin o'zgartirilsa (1 sekundda yuzdan bir qismi bilan) alohida zarbalarga bo'linadi.

Guruch. 259. Barxauzen tajribasi.

Ma'lum bo'lishicha, avvalroq blok orqali tortib jingalak qilib o'ralgan, keyin esa uni to'g'rilangan holatda majburan ushlab turadigan kapillyarga kiritilgan ingichka nikel simni magnitlashda Barxauzen effekti juda kuchli. Magnitlanishning intervalgacha tabiati magnitlanish diagrammasiga mayda pog'onali qadamlar ko'rinishida ta'sir qiladi (260-rasm).

O'z-o'zidan magnitlanish sohalari - domenlar - N. S. Akulov tomonidan eksperimental ravishda kashf etilgan va o'rganilgan va buning uchun o'zi ishlab chiqqan kukunli magnit nuqsonlarni aniqlash usulidan foydalangan. Domenlar kichik magnitlarga o'xshash bo'lgani uchun ular orasidagi chegaradagi maydon bir xil emas.

Guruch. 260. Magnitlanish egri chiziqlarining bosqichli tabiati. Doiralar bilan belgilangan joylar kattalashtirilgan masshtabda ko'rsatilgan.

Domenlarning konturlarini aniqlash uchun magnitsizlangan ferromagnit moddaning namunasi mikroskop ostiga qo'yiladi va namunaning yuzasi unda to'xtatilgan eng yaxshi temir changi bo'lgan suyuqlik bilan qoplanadi. Domenlar chegaralari yaqinida to'plangan temir changlari ularning konturlarini aniq belgilaydi (261-rasm),

Guruch. 261. Sof temirdagi (a), kremniy temirdagi (b) va kobaltdagi (c) domenlar.

Yuqorida tushuntirilgan ferromagnit xususiyatlarning kelib chiqishi rasmida bir muncha vaqt noaniq bo'lib qoldi, ya'ni domenlar ichidagi spinlarning tartibli yo'nalishini keltirib chiqaradigan ichki maydonni tashkil etuvchi kuchlarning tabiati. 1927 yilda sovet fizigi Ya.G.Dorfman ferromagnitlarda ichki maydon kuchlari yoʻqligini koʻrsatgan tajriba oʻtkazdi

magnit o'zaro ta'sir kuchlari, ammo kelib chiqishi boshqacha. Dorfman tez harakatlanuvchi elektronlar oqimidan ("beta nurlari") tor nurni ajratib, bu elektronlarni nikelning nozik ferromagnit plyonkasidan o'tishga majbur qildi; Nikel plyonkasi orqasiga fotoplastinka qo'yildi, bu ishlab chiqilgandan so'ng elektronlar u bilan qayerda uchrashishini aniqlashga imkon berdi, shuning uchun magnitlangan plyonkadan o'tayotganda elektronlarning og'ish burchagini katta aniqlik bilan o'lchash mumkin edi. nikel plyonkasi (262-rasm). Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, agar ferromagnitdagi ichki maydon oddiy magnit o'zaro ta'sirlar xarakteriga ega bo'lsa, u holda elektron nurning izi Dorfman o'rnatmasidagi fotografik plastinkada deyarli 2 sm ga siljiydi; haqiqatda siljish ahamiyatsiz bo'lib chiqdi.

Guruch. 262. Dorfman tajribasi g'oyasini tushuntiruvchi diagramma.

Nazariy tadqiqotlar prof. Frenkel (1928) va keyinchalik Bloch, Stoner va Slater spinlarning domenlarda tartiblangan yo'nalishi mavjudligi kvant mexanikasi tomonidan aniqlangan va atomlarning kimyoviy o'zaro ta'sirida namoyon bo'ladigan maxsus turdagi kuchlar bilan bog'liqligini ko'rsatdi. kovalent bog'lanish I, § 130). Bu kuchlar kvant mexanikasida qabul qilingan hisoblash va izohlash usuliga ko'ra almashinish kuchlari deyiladi. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatdiki, bitta kristalldagi temir atomlari o'rtasidagi almashinuv o'zaro ta'sir energiyasi magnit o'zaro ta'sir energiyasidan yuzlab marta yuqori. Bu yuqorida qayd etilgan tajribalarda Ya.G.Dorfman tomonidan oʻtkazilgan oʻlchovlarga mos keladi.

Shunga qaramay, ferromagnitlarning amalda eng muhim xossalari o'zaro almashinish bilan emas, balki asosan magnit o'zaro ta'siri bilan belgilanadi. Gap shundaki, ferromagnitlarda "o'z-o'zidan" magnitlanish (domenlar) mintaqalarining mavjudligi almashinuv kuchlari tufayli yuzaga kelgan bo'lsa-da (spinlarning tartiblangan yo'nalishi almashinuv o'zaro ta'sirining minimal energiyasiga to'g'ri keladi, ya'ni eng barqaror), ustunlik qiladi. domenlarning magnitlanish yo'nalishlari kristall panjaraning simmetriyasi bilan aniqlanadi va magnit o'zaro ta'sirning minimal energiyasiga mos keladi. Va texnik magnitlanish jarayoni, yuqorida aytib o'tilganidek (258-rasm), birinchi navbatda, maydon yo'nalishi bilan eng kichik burchakni yaratadigan oson magnitlanishning kristallografik o'qi yo'nalishi bo'yicha alohida domenlar ichidagi barcha spinlarni aylantirishdan iborat. va keyin aylanishlarni maydon yo'nalishi bo'yicha aylantirishda. Spinlarning bunday bosqichma-bosqich ag'darilishini o'z navbatida bajarish uchun zarur bo'lgan energiya sarfi

Domenlar va ularning maydon bo'ylab aylanishi, shuningdek, belgilangan energiya xarajatlariga bog'liq bo'lgan bir qator miqdorlar (magnitlanish, magnitostriktsiya va boshqa hodisalarni belgilaydigan qiymatlar) N. S. Akulov tomonidan ishlab chiqilgan usullar bilan eng muvaffaqiyatli hisoblanadi (1928 yildan). va E E. Kondorskiy (1937 yildan).

Guruch. 263. Temir monokristal uchun nazariy magnitlanish egri chiziqlarini eksperimental ma'lumotlar bilan taqqoslash (ular doiralarda ko'rsatilgan).

Rasmdan. Misollardan biri sifatida taqdim etayotgan 263-rasmda N. S. Akulov tenglamalaridan olingan nazariy egri chiziqlar eksperimental ma'lumotlarga yaxshi mos kelishini ko'rish mumkin; o'ngdagi diagramma temir monokristalning kubik panjaraning fazoviy diagonali yo'nalishi bo'yicha magnitlanishini, chapdagi diagramma kub yuzining diagonali yo'nalishi bo'yicha bir xilni ifodalaydi;

Zaryadlangan jismlar elektrdan tashqari boshqa turdagi maydonni yaratishga qodir. Agar zaryadlar harakatlansa, ular atrofidagi fazoda maxsus turdagi materiya hosil bo'ladi, deyiladi magnit maydon. Binobarin, zaryadlarning tartibli harakati bo'lgan elektr toki ham magnit maydon hosil qiladi. Elektr maydoni kabi, magnit maydon kosmosda cheklanmagan, juda tez tarqaladi, lekin baribir cheklangan tezlik bilan. Uni faqat harakatlanuvchi zaryadlangan jismlarga (va, natijada, oqimlarga) ta'siri bilan aniqlash mumkin.

Magnit maydonni tavsiflash uchun intensivlik vektoriga o'xshash maydonning kuch xarakteristikasini kiritish kerak. E elektr maydoni. Bunday xususiyat vektor hisoblanadi B magnit induksiya. SI birliklar tizimida magnit induksiya birligi 1 Tesla (T) ga teng. Agar induksiya bilan magnit maydonda bo'lsa B o'tkazgich uzunligini joylashtiring l oqim bilan I, keyin bir kuch chaqirildi Amper kuchi, bu formula bo'yicha hisoblanadi:

Qayerda: IN- magnit maydon induksiyasi; I- o'tkazgichdagi oqim kuchi, l- uning uzunligi. Amper kuchi magnit induksiya vektoriga va o'tkazgichdan o'tadigan oqim yo'nalishiga perpendikulyar yo'naltiriladi.

Odatda Amper kuchining yo'nalishini aniqlash uchun ishlatiladi "Chap qo'l" qoidasi: agar siz chap qo'lingizni shunday joylashtirsangiz, induksiya chiziqlari kaftga kiradi va cho'zilgan barmoqlar oqim bo'ylab yo'naltiriladi, u holda o'g'irlangan bosh barmog'i o'tkazgichga ta'sir qiluvchi Amper kuchining yo'nalishini ko'rsatadi (rasmga qarang).

Agar burchak α magnit induksiya vektorining yo'nalishlari va o'tkazgichdagi oqim o'rtasida 90 ° dan farq qiladi, keyin Amper kuchining yo'nalishini aniqlash uchun oqim yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan magnit maydon komponentini olish kerak. . Ushbu mavzuning muammolarini dinamikada yoki statikada bo'lgani kabi hal qilish kerak, ya'ni. koordinata o'qlari bo'ylab kuchlarni tasvirlash yoki vektor qo'shish qoidalariga muvofiq kuchlarni qo'shish orqali.

Oqim bilan ramkaga ta'sir qiluvchi kuchlar momenti

Oqimli ramka magnit maydonda bo'lsin va ramka tekisligi maydonga perpendikulyar bo'lsin. Amper kuchlari ramkani siqib chiqaradi va ularning natijasi nolga teng bo'ladi. Agar siz oqim yo'nalishini o'zgartirsangiz, u holda Amper kuchlari o'z yo'nalishini o'zgartiradi va ramka siqilmaydi, balki cho'ziladi. Agar magnit induksiya chiziqlari ramka tekisligida yotsa, u holda Amper kuchlarining aylanish momenti paydo bo'ladi. Amper kuchlarining aylanish momenti teng:

Qayerda: S- ramka maydoni, α - ramkaga normal va magnit induksiya vektori orasidagi burchak (normal - ramka tekisligiga perpendikulyar vektor), N- burilishlar soni, B- magnit maydon induksiyasi; I- ramkadagi oqim kuchi.

Lorents kuchi

D uzunlikdagi o'tkazgichning segmentiga ta'sir qiluvchi amper kuchi l joriy kuch bilan I, magnit maydonda joylashgan B alohida zaryad tashuvchilarga ta'sir qiluvchi kuchlar bilan ifodalanishi mumkin. Bu kuchlar deyiladi Lorents kuchlari. Zaryadli zarraga ta'sir qiluvchi Lorents kuchi q magnit maydonda B, tezlikda harakatlanadi v, quyidagi formula bo'yicha hisoblanadi:

Burchak α bu ifodada tezlik va magnit induksiya vektori orasidagi burchakka teng. Lorents kuchining harakat yo'nalishi ijobiy zaryadlangan zarrachani, shuningdek, Amper kuchining yo'nalishini chap qo'l qoidasi yoki gimlet qoidasi (Amper kuchi kabi) yordamida topish mumkin. Magnit induksiya vektorini aqliy ravishda chap qo'lning kaftiga kiritish kerak, to'rtta yopiq barmoq zaryadlangan zarrachaning harakat tezligiga qarab yo'naltirilishi kerak va egilgan bosh barmog'i Lorentz kuchining yo'nalishini ko'rsatadi. Agar zarracha mavjud bo'lsa salbiy zaryad bo'lsa, chap qo'l qoidasi bilan topilgan Lorentz kuchining yo'nalishini teskarisiga almashtirish kerak bo'ladi.

Lorents kuchi tezlik va magnit maydon induksiya vektorlariga perpendikulyar yo'naltirilgan. Zaryadlangan zarracha magnit maydonda harakat qilganda Lorents kuchi ishlamaydi. Shuning uchun zarracha harakat qilganda tezlik vektorining kattaligi o'zgarmaydi. Agar zaryadlangan zarracha Lorents kuchi ta'sirida bir xil magnit maydonda harakatlansa va uning tezligi magnit maydon induksiya vektoriga perpendikulyar tekislikda bo'lsa, u holda zarracha aylana bo'ylab harakatlanadi, uning radiusini quyidagi yordamida hisoblash mumkin. quyidagi formula:

Bu holatda Lorentz kuchi markazga qo'zg'atuvchi kuch rolini o'ynaydi. Yagona magnit maydonda zarrachaning aylanish davri quyidagilarga teng:

Oxirgi ifoda shuni ko'rsatadiki, berilgan massa zaryadlangan zarralar uchun m inqilob davri (va shuning uchun ham chastota, ham burchak tezligi) tezlikka (shuning uchun kinetik energiyaga) va traektoriya radiusiga bog'liq emas. R.

Magnit maydon nazariyasi

Agar ikkita parallel simlar bir yo'nalishda oqim o'tkazsa, ular bir-birini tortadi; qarama-qarshi yo'nalishda bo'lsa, ular qaytaradilar. Ushbu hodisaning naqshlari Amper tomonidan eksperimental ravishda o'rnatildi. Oqimlarning o'zaro ta'siri ularning magnit maydonlari tufayli yuzaga keladi: bir oqimning magnit maydoni boshqa oqimga Amper kuchi sifatida ishlaydi va aksincha. Tajribalar shuni ko'rsatdiki, D uzunlikdagi segmentga ta'sir qiluvchi kuch moduli l Supero'tkazuvchilarning har biri oqim kuchiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir I 1 va I Supero'tkazuvchilarda 2, kesilgan uzunlik D l va masofaga teskari proportsional R ular orasida:

Qayerda: μ 0 doimiy qiymat deb ataladi magnit doimiy. Magnit sobitning SI ga kiritilishi bir qator formulalarni yozishni osonlashtiradi. Uning raqamli qiymati:

μ 0 = 4π ·10 –7 H/A 2 ≈ 1,26·10 –6 H/A 2.

Hozirgina ikkita o'tkazgichning oqim bilan o'zaro ta'sir kuchi uchun berilgan ifodani va Amper kuchining ifodasini taqqoslab, ifodani olish qiyin emas. oqim o'tkazuvchi to'g'ri o'tkazgichlarning har biri tomonidan yaratilgan magnit maydonning induksiyasi masofada R undan:

Qayerda: μ – moddaning magnit o‘tkazuvchanligi (quyida bu haqda batafsilroq). Agar oqim dumaloq burilishda oqsa, u holda burilish markazi magnit maydon induksiyasi formula bilan aniqlanadi:

Elektr uzatish liniyalari Magnit maydon magnit o'qlari joylashgan tangens bo'ylab chiziq deb ataladi. Magnit igna uzun va ingichka magnit deb ataladi, uning qutblari uchli. Ipga osilgan magnit igna har doim bir yo'nalishda aylanadi. Bundan tashqari, uning bir uchi shimolga, ikkinchisi janubga qaratilgan. Shu sababli qutblarning nomi: shimol ( N) va janubiy ( S). Magnitlar har doim ikkita qutbga ega: shimol (ko'k yoki harf bilan ko'rsatilgan). N) va janubiy (qizil yoki harf bilan S). Magnitlar zaryadlar bilan bir xil tarzda o'zaro ta'sir qiladi: qutblar kabi qaytaradi va qutblardan farqli o'laroq tortadi. Bitta qutbli magnitni olish mumkin emas. Magnit singan bo'lsa ham, har bir qism ikki xil qutbga ega bo'ladi.

Magnit induksiya vektori

Magnit induksiya vektori- magnit maydonning xarakteristikasi bo'lgan vektor jismoniy miqdor, agar maydon chizig'ining yo'nalishi o'tkazgichga perpendikulyar bo'lsa, soni 1 A va uzunligi 1 m bo'lgan oqim elementiga ta'sir qiluvchi kuchga teng. Belgilangan IN, o'lchov birligi - 1 Tesla. 1 T - juda katta qiymat, shuning uchun haqiqiy magnit maydonlarda magnit induksiya mT da o'lchanadi.

Magnit induksiya vektori tangensial ravishda kuch chiziqlariga yo'naltiriladi, ya'ni. berilgan magnit maydonga joylashtirilgan magnit ignaning shimoliy qutbi yo'nalishiga to'g'ri keladi. Magnit induksiya vektorining yo'nalishi o'tkazgichga ta'sir qiluvchi kuchning yo'nalishiga to'g'ri kelmaydi, shuning uchun magnit maydon chiziqlari, aniq aytganda, kuch chiziqlari emas.

Doimiy magnitlarning magnit maydon chizig'i rasmda ko'rsatilganidek, magnitlarning o'ziga nisbatan yo'naltirilgan:

Bo'lgan holatda elektr tokining magnit maydoni maydon chiziqlarining yo'nalishini aniqlash uchun qoidadan foydalaning "O'ng qo'l": agar siz o'tkazgichni o'ng qo'lingizga olsangiz, bosh barmog'ingiz oqim bo'ylab yo'naltirilgan bo'lsa, u holda o'tkazgichni yopishgan to'rtta barmoq o'tkazgich atrofidagi kuch chiziqlari yo'nalishini ko'rsatadi:

To'g'ridan-to'g'ri oqim holatida magnit induksiya chiziqlari tekisliklari oqimga perpendikulyar bo'lgan doiralardir. Magnit induksiya vektorlari aylanaga tangensial yo'naltiriladi.

Solenoid- elektr toki o'tadigan silindrsimon sirtga o'ralgan o'tkazgich I to'g'ridan-to'g'ri doimiy magnit maydoniga o'xshaydi. Solenoid uzunligi ichida l va burilishlar soni N induksiyali yagona magnit maydon hosil bo'ladi (uning yo'nalishi o'ng qo'l qoidasi bilan ham belgilanadi):

Magnit maydon chiziqlari yopiq chiziqlarga o'xshaydi- Bu barcha magnit chiziqlarning umumiy xususiyati. Bunday maydon vorteks maydoni deb ataladi. Doimiy magnitlar bo'lsa, chiziqlar sirtda tugamaydi, lekin magnitga kirib, ichki yopiladi. Elektr va magnit maydonlar o'rtasidagi bu farq, elektrdan farqli o'laroq, magnit zaryadlarning mavjud emasligi bilan izohlanadi.

Moddaning magnit xossalari

Barcha moddalar magnit xususiyatga ega. Moddaning magnit xossalari xarakterlanadi nisbiy magnit o'tkazuvchanligi μ , buning uchun quyidagilar to'g'ri:

Bu formula magnit maydon induksiya vektorining vakuumdagi va berilgan muhitdagi mosligini ifodalaydi. Elektr o'zaro ta'siridan farqli o'laroq, muhitdagi magnit o'zaro ta'sir paytida magnit o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan vakuumga nisbatan o'zaro ta'sirning kuchayishi va zaiflashishini kuzatish mumkin. μ = 1. U diamagnetik materiallar magnit o'tkazuvchanligi μ birdan bir oz kamroq. Misollar: suv, azot, kumush, mis, oltin. Bu moddalar magnit maydonni biroz zaiflashtiradi. Paramagnetlar- kislorod, platina, magniy - maydonni biroz kuchaytiradi, ega μ birdan bir oz ko'proq. U ferromagnitlar- temir, nikel, kobalt - μ >> 1. Masalan, temir uchun μ ≈ 25000.

Magnit oqimi. Elektromagnit induksiya

Fenomen elektromagnit induksiya 1831 yilda atoqli ingliz fizigi M. Faraday tomonidan kashf etilgan. Bu kontaktlarning zanglashiga olib kiradigan magnit oqimi vaqt o'tishi bilan o'zgarganda, yopiq o'tkazuvchi zanjirda elektr tokining paydo bo'lishidan iborat. Magnit oqimi Φ kvadrat bo'ylab S kontur qiymat deyiladi:

Qayerda: B- magnit induksiya vektorining moduli, α – magnit induksiya vektori orasidagi burchak B va kontur tekisligiga normal (perpendikulyar), S- kontur maydoni, N- zanjirdagi burilishlar soni. Magnit oqimining SI birligi Weber (Wb) deb ataladi.

Faraday eksperimental ravishda shuni aniqladiki, magnit oqim o'tkazuvchi zanjirda o'zgarganda, induktsiyalangan emf ε ind, minus belgisi bilan olingan kontur bilan chegaralangan sirt orqali magnit oqimining o'zgarish tezligiga teng:

Yopiq pastadir orqali o'tadigan magnit oqimining o'zgarishi ikkita mumkin bo'lgan sabablarga ko'ra sodir bo'lishi mumkin.

1. Magnit oqim kontaktlarning zanglashiga olib yoki uning qismlarining doimiy magnit maydonida harakatlanishi tufayli o'zgaradi. Bu o'tkazgichlar va ular bilan birga erkin zaryad tashuvchilar magnit maydonda harakat qilganda sodir bo'ladi. Induktsiyalangan emfning paydo bo'lishi Lorentz kuchining harakatlanuvchi o'tkazgichlardagi erkin zaryadlarga ta'siri bilan izohlanadi. Lorents kuchi bu holatda tashqi kuch rolini o'ynaydi.
2. Zanjirga kirib boradigan magnit oqimining o'zgarishining ikkinchi sababi - kontaktlarning zanglashiga olib keladigan magnit maydonining vaqtining o'zgarishi.

Muammolarni hal qilishda magnit oqimining nima uchun o'zgarishini darhol aniqlash kerak. Uchta variant mumkin:

1. Magnit maydon o'zgaradi.
2. Kontur maydoni o'zgaradi.
3. Kadrning maydonga nisbatan yo'nalishi o'zgaradi.

Bunday holda, muammolarni hal qilishda EMF odatda modul bilan hisoblanadi. Keling, elektromagnit induksiya hodisasi sodir bo'lgan alohida holatga ham e'tibor qarataylik. Shunday qilib, dan iborat bo'lgan kontaktlarning zanglashiga olib keladigan induktsiyalangan emfning maksimal qiymati N burilishlar, maydon S, burchak tezligi bilan aylanish ω induksiya bilan magnit maydonda IN:

O'tkazgichning magnit maydondagi harakati

Uzunlikdagi o'tkazgichni harakatlantirganda l magnit maydonda B tezlikda v uning uchlarida Lorents kuchining o'tkazgichdagi erkin elektronlarga ta'siridan kelib chiqqan potentsial farq paydo bo'ladi. Ushbu potentsial farq (qat'iy aytganda, emf) formula bilan topiladi:

Qayerda: α - tezlik yo'nalishi va magnit induksiya vektori o'rtasida o'lchanadigan burchak. Devrenning statsionar qismlarida EMF paydo bo'lmaydi.

Agar novda uzun bo'lsa L magnit maydonda aylanadi IN burchak tezligi bilan uning uchlaridan biri atrofida ω , keyin uning uchlarida potentsial farq (EMF) paydo bo'ladi, uni quyidagi formula yordamida hisoblash mumkin:

Induktivlik. O'z-o'zini induktsiya qilish. Magnit maydon energiyasi

O'z-o'zini induktsiya qilish Elektromagnit induksiyaning muhim maxsus holati bo'lib, induktsiyalangan emfni keltirib chiqaradigan o'zgaruvchan magnit oqim kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim tomonidan yaratilganda. Agar ko'rib chiqilayotgan zanjirdagi oqim biron sababga ko'ra o'zgarsa, bu oqimning magnit maydoni ham o'zgaradi va natijada kontaktlarning zanglashiga olib kiradigan o'z magnit oqimi. O'chirishda o'z-o'zidan induktiv emf paydo bo'ladi, bu Lenz qoidasiga ko'ra, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim o'zgarishini oldini oladi. O'z-o'zidan magnit oqim Φ , kontaktlarning zanglashiga olib yoki lasanni oqim bilan teshish, oqim kuchiga proportsionaldir I:

Proportsionallik omili L bu formulada o'z-o'zidan induksiya koeffitsienti yoki deyiladi induktivlik bobinlar. Induktivlikning SI birligi Genri (H) deb ataladi.

Eslab qoling: zanjirning induktivligi magnit oqimga ham, undagi oqim kuchiga ham bog'liq emas, balki faqat kontaktlarning zanglashiga olib keladigan shakli va o'lchami, shuningdek, atrof-muhitning xususiyatlari bilan belgilanadi. Shuning uchun, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim o'zgarganda, indüktans o'zgarishsiz qoladi. Bobinning induktivligini quyidagi formula yordamida hisoblash mumkin:

Qayerda: n- lasan uzunligi birligiga burilishlar kontsentratsiyasi:

O'z-o'zidan paydo bo'lgan emf, Faraday formulasiga ko'ra doimiy indüktans qiymatiga ega bo'lgan lasanda paydo bo'ladi:

Shunday qilib, o'z-o'zidan indüksiyon EMF g'altakning induktivligiga va undagi oqimning o'zgarish tezligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.

Magnit maydon energiyaga ega. Zaryadlangan kondansatörda elektr energiyasi zahirasi bo'lgani kabi, oqim o'tadigan g'altakda ham magnit energiya zahirasi mavjud. Energiya V m induktivlikka ega bo'lgan g'altakning magnit maydoni L, joriy tomonidan yaratilgan I, formulalardan biri yordamida hisoblash mumkin (ular formulani hisobga olgan holda bir-biridan kelib chiqadi Φ = LI):

Bobinning magnit maydonining energiyasi formulasini uning geometrik o'lchamlari bilan bog'lash orqali biz formulani olishimiz mumkin. volumetrik magnit maydon energiya zichligi(yoki hajm birligi uchun energiya):

Lenz qoidasi

Inertsiya- mexanikada ham (avtomobilni tezlashtirganda, biz orqaga egilib, tezlikning oshishiga qarshi turamiz va tormozlashda biz oldinga egilib, tezlikning pasayishiga qarshi turamiz) va molekulyar fizikada (suyuqlik qizdirilganda, bug'lanish tezligi oshadi, eng tez molekulalar suyuqlikni tark etadi, isitish tezligini kamaytiradi) va hokazo. Elektromagnitizmda inertsiya kontaktlarning zanglashiga olib o'tadigan magnit oqimining o'zgarishiga qarama-qarshilikda namoyon bo'ladi. Agar magnit oqim kuchaysa, zanjirda paydo bo'ladigan induktsiya tok magnit oqimining kuchayishiga yo'l qo'ymaslik uchun yo'naltiriladi va agar magnit oqim kamaysa, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan induktsiya oqimi magnit oqimining oldini olish uchun yo'naltiriladi. kamayishidan.

Ushbu saytda. Buning uchun sizga hech narsa kerak emas, ya'ni: har kuni uch-to'rt soatni fizika va matematika bo'yicha KTga tayyorgarlik ko'rish, nazariyani o'rganish va muammolarni hal qilish uchun ajrating. Gap shundaki, KT imtihon bo'lib, unda faqat fizika yoki matematikani bilishning o'zi kifoya qilmaydi, shuningdek, siz turli mavzulardagi va turli xil murakkablikdagi ko'plab muammolarni tez va muvaffaqiyatsiz hal qila olishingiz kerak. Ikkinchisini faqat minglab muammolarni hal qilish orqali o'rganish mumkin.

Ushbu uchta nuqtani muvaffaqiyatli, tirishqoqlik va mas'uliyat bilan amalga oshirish sizga KTda eng yaxshi natijani ko'rsatishga imkon beradi.

Xato topdingizmi?

Agar siz o'quv materiallarida xatolik topdim deb o'ylasangiz, bu haqda elektron pochta orqali yozing. Siz ijtimoiy tarmoqdagi xato haqida xabar berishingiz mumkin (). Maktubda mavzuni (fizika yoki matematika), mavzu yoki testning nomi yoki raqamini, masalaning raqamini yoki matndagi (sahifa) sizning fikringizcha, xato bo'lgan joyni ko'rsating. Shubhali xato nima ekanligini ham tasvirlab bering. Sizning maktubingiz e'tibordan chetda qolmaydi, xatolik yo tuzatiladi yoki sizga nima uchun xato emasligi tushuntiriladi.

Elementar magnit elektron hisoblanadi; aniqrog'i, bu elektronning o'zi emas, balki uning aylanishi - biz elektronni tasavvur qiladigan shakldagi g'ildirakning aylanishi. Agar elektrda u pnevmatikada atomlar va havo molekulalari kabi energiya tashuvchisi vazifasini bajarsa, magnitlanishda uning roli boshqacha: bu nisbiy pozitsiyani va aylanishni tartibga soluvchi elementdir. Aytilganlarni tushunish uchun keling, yana bir majoziy taqqoslashga ruxsat beraylik: agar elektrda elektron jangdagi askarga o'xshasa, magnitlanishda u safdagi askarga o'xshaydi.

Elektron magnitning barcha atributlariga ega: faol qutblar va faol tomon; ular tufayli u boshqa elektronlarga nisbatan mos ravishda hizalanadi. Magnitning qutblari (bu holda elektronning uchlari) geografik nomlarni oldi: shimol va janub. Bu tasodifan sodir bo'lmadi, chunki magnit ignalarning xatti-harakatlarini kuzatish orqali odamlar Yerning shimoliy va janubiy qutblariga yo'naltirilganligini qayd etishdi. Yerning o'zi magnit ekanligini tushunib, kosmosdan uning Shimoliy qutbiga aqliy nazar bilan qarasak, biz soat miliga teskari aylanishni qayd etamiz (Quyosh Sharqda ko'tarilib, G'arbda botadi); shuning uchun magnitning shimoliy qutbi. Janubiy qutbga qaraganimizda, biz Yerning aylanish yo'nalishini aniqlaymiz, tabiiyki, soat yo'nalishi bo'yicha; analogiya bo'yicha magnitning mos keladigan uchi janubiy qutb deb ataladi. Yaxshiyamki, qutblarning nomlariga mos keladigan bu aylanish yo'nalishlari elektromagnit hodisalarda qanday bo'lishi kerakligi aniqlandi va biz buni quyida ko'rsatamiz.

Ayni paytda, bizning ko'z oldimizda elektron; va u shunday joylashganki, uning aylanish o'qi vertikal va aylanish yo'nalishi, agar siz yuqoridan qarasangiz, soat sohasi farqli o'laroq; shuning uchun uning shimoliy qutbi tepada va janubiy qutbi pastda bo'ladi - tanish geografik joylashuv. Elektronning bizga eng yaqin tomoni o'ngga siljiydi. Keling, elektron va har qanday magnitning fazodagi joylashuvini aynan shu tarzda tasavvur qilishni davom ettirishga rozi bo'laylik.

Agar yaqin atrofda bir nechta elektronlar bo'lsa va hech narsa xalaqit bermasa, ular bizga allaqachon yoqadibilan koaksiyal saf tortamiz deyishdiaylanishning bir yo'nalishi, o'z o'qi atrofida aylanadigan shnurni hosil qiladi; bu ham magnit, faqat unda magnit qutblar, albatta, faqat eng tashqi elektronlarda paydo bo'ladi va bu ko'rinishlar o'zgarishsiz qoladi: qancha vaqt bo'lishidan qat'i nazarshnur yo'q edi, uning qutblari doimo atrof-muhitga o'zgarmagan holda ta'sir qiladi. Endi biz elektrofizikadan ma'lum deb aytishimiz mumkin magnit maydon chizig'i - koaksiyal joylashgan va bir xil yo'nalishda aylanadigan elektronlar; magnit maydon chizig'ining sinonimlari magnit shnur va elektron shnurdir.

Aylanadigan torus qobig'i bo'lgan atomning tanasi ham ta'rifiga ko'ra magnit shnurdir, faqat bu shnur yopiq va shuning uchun qutblari yo'q. Biroq, yirtilgan atom oddiy magnit simga aylanadi; oddiy - magnit ko'rinishlarda, lekin bu ko'rinishlarning kuchida g'ayrioddiy: atomning tanasi zichroq va mustahkamroq.

Magnit nurda kordonlarning bir tomonlama aylanishi g'ayritabiiydir va faqat ma'lum bir tashqi ta'sir ostida saqlanishi mumkin; Atomlar va eterik shamol bunday ta'sirga ega bo'lishi mumkin.

Temir, nikel va kobalt kabi ba'zi kimyoviy moddalarning atomlari shunday joylashtirilganki, ular bilan bog'langan elektronlar magnit kordonlarda joylashgan. Agar ushbu moddalarning qotib qolish vaqtida ularning atomlari barcha magnit simlari bitta magnit nurini hosil qiladigan tarzda joylashtirilgan bo'lsa, unda hosil bo'lgan qattiq jism magnit bo'lib chiqadi. Kelajakda bunday tabiiy magnitning atomlari hosil bo'lgan magnit nurni ushlab turadi va uning alohida magnit simlarining aylanish yo'nalishini teskari tomonga o'zgartirish istagiga qarshi turadi. Magnit nurning ta'siri magnitga qo'shni bo'shliqlarga, ya'ni uning chegaralaridan tashqariga ham tarqaladi: u erda joylashgan erkin elektronlar, xuddi qattiq jismning magnit arqonlarini qurayotgandek, tabiiy ravishda chiziqlar bo'lib turadi; To'g'ri, shnurlar endi bo'sh joyda bir-biriga yaqin joylasha olmaydi - to'qnashayotgan qobiqlar xalaqit beradi - va qattiq jismdan chiqadigan magnit nurlar o'chib ketadi.

Magnit nurni ushlab turadigan yana bir omil - eterik shamolning turli tezligi; Bu hodisa elektromagnetizmda katta ahamiyatga ega va shuning uchun biz uni batafsilroq ko'rib chiqamiz. Keling, eterik oqim bo'ylab joylashgan ma'lum bir magnit shnurni tasavvur qilaylik. Agar oqimning kesimidagi efir tezligi bir xil bo'lsa, unda bunday shamol faqat shnurni egishi yoki burishi mumkin, lekin uning aylanish yo'nalishiga ta'sir qila olmaydi. Oqimning kesimidagi efir tezligi boshqacha bo'lib chiqsa, bu boshqa masala: shnurning bir tomonida u kattaroq, ikkinchisida esa kamroq; puflash tezligidagi bunday farqEter magnit shnurning aylanishiga yordam beradi yoki unga to'sqinlik qiladi. Yordam bilan shnur o'zini xavfsiz his qiladi, ammo qarshilik bilan u ertami-kechmi aylanish yo'nalishini o'zgartirishga majbur bo'ladi.

Turli tezlikdagi efir shamoli magnit nuriga aynan bir xil ta'sir ko'rsatadi. Agar uni teshib o'tadigan efir oqimi bir tomondan yuqori tezlikka ega bo'lsa va u boshqa tomonga o'tganda kamayib ketsa, u holda nurning barcha magnit arqonlari istamasliklariga qaramay, bir xil yo'nalishda aylanishga majbur bo'ladi. Bundan tashqari, Turli tezlikdagi efir shamoli nafaqat magnit simlarni yo'naltiradi, balki ularning shakllanishiga ham hissa qo'shadi: Bunday tezlikda efir oqimining ta'sir maydonida joylashgan elektronlar bir yo'nalishga to'g'ri keladiaylanishlar, ya'ni ular shnurlarga birlashtiriladi.

Elektr maydon kuchi

Elektr maydonining kuchlanishi - bu maydonning vektor xarakteristikasi, berilgan mos yozuvlar tizimida tinch holatda birlik elektr zaryadiga ta'sir qiluvchi kuch.

Kuchlanish quyidagi formula bilan aniqlanadi:

$E↖(→)=(F↖(→))/(q)$

bu yerda $E↖(→)$ - maydon kuchi; $F↖(→)$ - maydonning berilgan nuqtasida joylashtirilgan $q$ zaryadiga ta'sir qiluvchi kuch. $E↖(→)$ vektorining yoʻnalishi musbat zaryadga taʼsir etuvchi kuch yoʻnalishiga toʻgʻri keladi va manfiy zaryadga taʼsir etuvchi kuch yoʻnalishiga qarama-qarshidir.

SI kuchlanish birligi metrga volt (V/m).

Nuqtaviy zaryadning maydon kuchi. Kulon qonuniga ko'ra, $q_0$ nuqta zaryadi boshqa $q$ zaryadiga teng kuch bilan ta'sir qiladi.

$F=k(|q_0||q|)/(r^2)$

Undan $r$ masofada joylashgan $q_0$ nuqta zaryadining maydon kuchi moduli teng

$E=(F)/(q)=k(|q_0|)/(r^2)$

Elektr maydonining istalgan nuqtasidagi intensivlik vektori ushbu nuqta va zaryadni bog'laydigan to'g'ri chiziq bo'ylab yo'naltiriladi.

Elektr maydon chiziqlari

Kosmosdagi elektr maydoni odatda kuch chiziqlari bilan ifodalanadi. Kuch chiziqlari tushunchasi M. Faraday tomonidan magnitlanishni o‘rganayotganda kiritilgan. Keyinchalik bu kontseptsiyani J. Maksvell elektromagnetizm bo'yicha tadqiqotlarida ishlab chiqdi.

Kuch chizig'i yoki elektr maydon kuch chizig'i - har bir nuqtadagi tangensi maydonning shu nuqtasida joylashgan musbat nuqta zaryadiga ta'sir qiluvchi kuchning yo'nalishiga to'g'ri keladigan chiziq.

Musbat zaryadlangan to'pning kuchlanish chiziqlari;

Ikki qarama-qarshi zaryadlangan to'pning kuchlanish chiziqlari;

Ikki bir xil zaryadlangan to'pning kuchlanish chiziqlari

Har xil belgilardagi zaryadlar bilan zaryadlangan, ammo mutlaq qiymatda teng bo'lgan ikkita plastinkaning kuchlanish chiziqlari.

Oxirgi rasmdagi kuchlanish chiziqlari plitalar orasidagi bo'shliqda deyarli parallel va ularning zichligi bir xil. Bu koinotning ushbu mintaqasidagi maydon bir xil ekanligini ko'rsatadi. Fazoning hamma nuqtalarida kuchi bir xil bo'lgan elektr maydoni bir jinsli deb ataladi.

Elektrostatik maydonda kuch chiziqlari yopilmaydi, ular doimo musbat zaryadlarda boshlanadi va manfiy zaryadlarda tugaydi. Ular hech qanday joyda kesishmaydi, maydon chiziqlarining kesishishi kesishish nuqtasida maydon kuchining yo'nalishining noaniqligini ko'rsatadi; Maydon chizig'ining zichligi zaryadlangan jismlar yaqinida ko'proq bo'ladi, bu erda maydon kuchi kattaroqdir.

Zaryadlangan to'pning maydoni. To'pning markazidan uning radiusi $r≥R$ dan oshiq masofada zaryadlangan o'tkazuvchi to'pning maydon kuchi nuqtaviy zaryadning maydonlari bilan bir xil formula bilan aniqlanadi. Bu nuqtaviy zaryadning intensivlik chiziqlari taqsimotiga o'xshash maydon chiziqlarining taqsimlanishidan dalolat beradi.

To'pning zaryadi uning yuzasiga teng taqsimlanadi. O'tkazuvchi to'pning ichida maydon kuchi nolga teng.

Magnit maydon. Magnitning o'zaro ta'siri

Doimiy magnitlar oʻrtasidagi oʻzaro taʼsir hodisasi (Yerning magnit meridiani boʻylab magnit ignaning oʻrnatilishi, oʻxshash qutblarning tortilishi, oʻxshash qutblarning itarilishi) qadim zamonlardan maʼlum boʻlib, V. Gilbert tomonidan tizimli ravishda oʻrganilgan (natijalar: 1600 yilda "Magnit, magnit jismlar va buyuk magnit - Yer haqida" risolasida nashr etilgan).

Tabiiy (tabiiy) magnitlar

Ba'zi tabiiy minerallarning magnit xususiyatlari qadimgi davrlarda ma'lum bo'lgan. Shunday qilib, Xitoyda tabiiy doimiy magnitlardan kompas sifatida foydalanish haqida 2000 yildan ortiq yozma dalillar mavjud. Magnitlarning tortilishi va itarishi va ular tomonidan temir parchalarini magnitlanishi qadimgi yunon va rim olimlarining asarlarida (masalan, Lukretsiy Karaning "Narsalar tabiati haqida" she'rida) qayd etilgan.

Tabiiy magnitlar magnit temir javhari (magnetit) bo'laklari bo'lib, ular $FeO$ (31%) va $Fe_2O$ (69%) dan iborat. Agar mineralning bunday bo'lagi kichik temir narsalarga - tirnoqlarga, talaşlarga, ingichka pichoqqa va boshqalarga yaqinlashtirilsa, ular unga jalb qilinadi.

Sun'iy doimiy magnitlar

Doimiy magnit- bu doimiy magnit maydonning avtonom (mustaqil, izolyatsiya qilingan) manbai bo'lgan materialdan tayyorlangan mahsulot.

Sun'iy doimiy magnitlar temir, nikel, kobalt va boshqalarni o'z ichiga olgan maxsus qotishmalardan tayyorlanadi. Bu metallar doimiy magnitlarga yaqinlashtirilsa, magnit xususiyatga ega bo'ladi (magnitlanadi). Shuning uchun ulardan doimiy magnitlar qilish uchun ular kuchli magnit maydonlarida maxsus saqlanadi, shundan so'ng ular o'zlari doimiy magnit maydon manbalariga aylanadi va uzoq vaqt davomida magnit xususiyatlarini saqlab qolishga qodir.

Rasmda yoy va chiziq magnitlari ko'rsatilgan.

Shaklda. M. Faraday o'z tadqiqotida birinchi marta qo'llagan usul bilan olingan: magnit yotadigan qog'oz varag'iga sochilgan temir parchalari yordamida bu magnitlarning magnit maydonlarining rasmlari berilgan. Har bir magnitning ikkita qutbi bor - bu magnit maydon chiziqlarining eng katta kontsentratsiyasi bo'lgan joylar (ular ham deyiladi. magnit maydon chiziqlari, yoki magnit induksiya maydonining chiziqlari). Bular temir tolalari eng ko'p jalb qilinadigan joylardir. Qutblardan biri odatda chaqiriladi shimoliy(($N$), boshqa - janubiy($S$). Agar siz ikkita magnitni bir-biriga o'xshash qutblari bilan yaqinlashtirsangiz, ular itarayotganini va qarama-qarshi qutblarga ega bo'lsa, ular tortishishini ko'rishingiz mumkin.

Shaklda. magnitning magnit chiziqlari ekanligi yaqqol ko'rinib turibdi yopiq chiziqlar. O'xshash va farqli qutblari bilan bir-biriga qaragan ikkita magnitning magnit maydon chiziqlari ko'rsatilgan. Ushbu rasmlarning markaziy qismi ikki zaryadli (qarama-qarshi va shunga o'xshash) elektr maydonlarining naqshlariga o'xshaydi. Biroq, elektr va magnit maydonlar o'rtasidagi sezilarli farq shundaki, elektr maydon chiziqlari zaryaddan boshlanadi va tugaydi. Magnit zaryadlar tabiatda mavjud emas. Magnit maydon chiziqlari magnitning shimoliy qutbidan chiqib, janubga kiradi, ular magnitning tanasida davom etadi, ya'ni yuqorida aytib o'tilganidek, ular yopiq chiziqlardir. Maydon chiziqlari yopilgan maydonlar deyiladi girdob. Magnit maydon vorteks maydonidir (bu uning elektrdan farqi).

Magnitlarni qo'llash

Eng qadimiy magnit qurilma - bu taniqli kompas. Zamonaviy texnologiyada magnitlar juda keng qo'llaniladi: elektr motorlarida, radiotexnikada, elektr o'lchash uskunalarida va boshqalar.

Yerning magnit maydoni

Globus magnitdir. Har qanday magnit singari, u ham o'zining magnit maydoniga va o'zining magnit qutblariga ega. Shuning uchun kompas ignasi ma'lum bir yo'nalishda yo'naltirilgan. Magnit ignaning shimoliy qutbi qayerga to'g'ri kelishi aniq, chunki qarama-qarshi qutblar tortadi. Shuning uchun magnit ignaning shimoliy qutbi Yerning janubiy magnit qutbiga ishora qiladi. Bu qutb Yer sharining shimolida, shimoliy geografik qutbdan biroz uzoqda joylashgan (Uels shahzodasi orolida - shimoliy kenglikda taxminan $75°$ va gʻarbiy uzunlikda $99°$, shimoliy geografik joydan taxminan $2100$ km uzoqlikda joylashgan. qutb).

Shimoliy geografik qutbga yaqinlashganda, Yer magnit maydonining kuch chiziqlari tobora kattaroq burchak ostida ufqqa egilib boradi va janubiy magnit qutb hududida ular vertikal bo'ladi.

Yerning shimoliy magnit qutbi janubiy geografik qutb yaqinida, yaʼni $66,5°$ janubiy kenglikda va $140°$ sharqiy uzunlikda joylashgan. Bu erda magnit maydon chiziqlari Yerdan chiqib ketadi.

Boshqacha aytganda, Yerning magnit qutblari geografik qutblari bilan mos kelmaydi. Shuning uchun magnit ignaning yo'nalishi geografik meridian yo'nalishiga to'g'ri kelmaydi va kompasning magnit ignasi faqat shimolga yo'nalishni ko'rsatadi.

Kompas ignasiga ba'zi tabiiy hodisalar ham ta'sir qilishi mumkin, masalan, magnit bo'ronlari, Quyosh faolligi bilan bog'liq bo'lgan Yer magnit maydonidagi vaqtinchalik o'zgarishlar. Quyosh faolligi Quyosh yuzasidan zaryadlangan zarrachalar, xususan elektronlar va protonlar oqimining chiqishi bilan birga keladi. Yuqori tezlikda harakatlanadigan bu oqimlar Yerning magnit maydoni bilan o'zaro ta'sir qiluvchi o'zlarining magnit maydonini yaratadilar.

Yer sharida (magnit maydonining qisqa muddatli o'zgarishlaridan tashqari) magnit igna yo'nalishi bo'yicha Yerning magnit chizig'i yo'nalishidan doimiy og'ish bo'lgan hududlar mavjud. Bu hududlar magnit anomaliya(yunoncha anomaliyadan - og'ish, anormallik). Bunday eng katta hududlardan biri Kursk magnit anomaliyasidir. Anomaliyalar nisbatan sayoz chuqurlikdagi ulkan temir rudasi konlari tufayli yuzaga keladi.

Yerning magnit maydoni Yer yuzasini kosmik nurlanishdan ishonchli himoya qiladi, uning ta'siri tirik organizmlarga halokatli ta'sir qiladi.

Sayyoralararo kosmik stansiyalar va kemalarning parvozlari Oy va Venera sayyoralarida magnit maydonga ega emasligini, Marsda esa juda zaif ekanligini aniqlash imkonini berdi.

Oerstedai ​​Amperning tajribalari. Magnit maydon induksiyasi

1820-yilda daniyalik olim G. X. Oersted oʻtkazgich yaqiniga oʻrnatilgan magnit igna oʻtkazgichga perpendikulyar boʻlib, tok oʻtuvchi aylanayotganligini aniqladi.

G. X. Oersted tajribasining diagrammasi rasmda ko'rsatilgan. Oqim manbai pallasiga kiritilgan o'tkazgich o'z o'qiga parallel ravishda magnit igna ustida joylashgan. O'chirish yopilganda, magnit igna asl holatidan chetga chiqadi. O'chirish ochilganda, magnit igna asl holatiga qaytadi. Bundan kelib chiqadiki, oqim o'tkazuvchi o'tkazgich va magnit igna bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladi. Ushbu tajribaga asoslanib, biz o'tkazgichdagi oqim oqimi va bu maydonning vorteks tabiati bilan bog'liq magnit maydon mavjud degan xulosaga kelishimiz mumkin. Ta'riflangan tajriba va uning natijalari Oerstedning eng muhim ilmiy yutug'i edi.

O'sha yili Oersted tajribalari bilan qiziqqan frantsuz fizigi Amper ikkita to'g'ri o'tkazgichning tok bilan o'zaro ta'sirini kashf etdi. Ma'lum bo'lishicha, agar o'tkazgichlardagi oqimlar bir yo'nalishda oqsa, ya'ni parallel bo'lsa, u holda o'tkazgichlar qarama-qarshi yo'nalishda bo'lsa (ya'ni antiparallel) tortadi.

Tok o'tkazgichlar orasidagi o'zaro ta'sirlar, ya'ni harakatlanuvchi elektr zaryadlari orasidagi o'zaro ta'sirlar magnit deb ataladi va tok o'tkazgichlarning bir-biriga ta'sir qiladigan kuchlari magnit kuchlar deb ataladi.

M. Faraday amal qilgan qisqa masofali ta'sir nazariyasiga ko'ra, o'tkazgichlardan biridagi oqim boshqa o'tkazgichdagi tokga bevosita ta'sir qila olmaydi. Atrofida elektr maydoni mavjud bo'lgan statsionar elektr zaryadlari holatiga o'xshab, shunday xulosaga keldik. oqimlarni o'rab turgan bo'shliqda magnit maydon mavjud, bu maydonga joylashtirilgan boshqa tok o'tkazgichga yoki doimiy magnitga qandaydir kuch bilan ta'sir qiladi. O'z navbatida, ikkinchi oqim o'tkazgich tomonidan yaratilgan magnit maydon birinchi o'tkazgichdagi oqimga ta'sir qiladi.

Elektr maydoni uning ushbu maydonga kiritilgan sinov zaryadiga ta'siri bilan aniqlanganidek, magnit maydon ham kichik oqimga ega bo'lgan ramkaga magnit maydonning yo'naltiruvchi ta'siri bilan aniqlanishi mumkin (magnit maydonning masofalari bilan solishtirganda). maydon sezilarli darajada o'zgaradi) o'lchamlari.

Ramkani oqim bilan ta'minlaydigan simlar bir-biriga bog'langan bo'lishi kerak (yoki bir-biriga yaqin joylashgan), keyin magnit maydon tomonidan bu simlarga ta'sir qiladigan kuch nolga teng bo'ladi. Bunday tok o'tkazuvchi ramkaga ta'sir qiluvchi kuchlar uni shunday aylantiradiki, uning tekisligi magnit maydon induksiya chiziqlariga perpendikulyar bo'ladi. Misolda, ramka shunday aylanadiki, oqim o'tkazuvchisi ramka tekisligida bo'ladi. Supero'tkazuvchilardagi oqim yo'nalishi o'zgarganda, ramka $180°$ ga aylanadi. Doimiy magnitning qutblari orasidagi maydonda ramka magnitning magnit kuch chiziqlariga perpendikulyar tekislik bilan aylanadi.

Magnit induktsiya

Magnit induksiya ($B↖(→)$) magnit maydonni xarakterlovchi vektor fizik kattalikdir.

$B↖(→)$ magnit induksiya vektorining yo‘nalishi quyidagicha qabul qilinadi:

1) magnit maydonda erkin o'rnatilgan magnit ignaning janubiy qutbdan $S$ shimoliy qutbiga yo'nalishi yoki

2) magnit maydonda erkin o'rnatilgan moslashuvchan suspenziyadagi oqim bilan yopiq kontaktlarning zanglashiga olib boradigan musbat normaning yo'nalishi. Tutqichi ramkadagi oqim yo'nalishi bo'yicha aylantirilgan gimlet uchining harakatiga yo'naltirilgan normal (o'ng qo'lda ip bilan) ijobiy hisoblanadi.

Amper tajribalari bilan o'rnatilgan 1) va 2) yo'nalishlari mos kelishi aniq.

Maydon kuchini tavsiflashi mumkin bo'lgan magnit induksiyaning kattaligiga (ya'ni, uning moduli) $B$ kelsak, tajribalar shuni ko'rsatdiki, maydon tok o'tkazgichga (perpendikulyar joylashtirilgan) ta'sir qiladigan maksimal kuch $F$. induksion chiziqlarga magnit maydon), o'tkazgichdagi joriy $I$ va uning uzunligiga $∆l$ (ularga mutanosib) bog'liq. Biroq, joriy elementga ta'sir qiluvchi kuch (birlik uzunligi va oqim kuchi) faqat maydonning o'ziga bog'liq, ya'ni berilgan maydon uchun $(F)/(I∆l)$ nisbati doimiy qiymatdir (o'xshash elektr maydoni uchun kuchning zaryadga nisbati). Bu qiymat sifatida aniqlanadi magnit induksiya.

Ma'lum bir nuqtada magnit maydon induksiyasi tok o'tkazgichga ta'sir qiluvchi maksimal kuchning o'tkazgich uzunligiga va shu nuqtada joylashtirilgan o'tkazgichdagi oqim kuchiga nisbatiga teng.

Maydonning ma'lum bir nuqtasida magnit induksiya qanchalik katta bo'lsa, bu nuqtadagi maydon magnit igna yoki harakatlanuvchi elektr zaryadiga shunchalik katta kuch ta'sir qiladi.

Magnit induksiyaning SI birligi tesla(Tl), serbiyalik elektrotexnika muhandisi Nikola Tesla nomi bilan atalgan. Formuladan ko'rinib turibdiki, $1$ T $=l(H)/(A m)$

Agar magnit maydonning bir nechta turli manbalari mavjud bo'lsa, ularning fazoning berilgan nuqtasida induksiya vektorlari $(V_1)↖(→), (V_2)↖(→), (V_3)↖(→), ga teng. ..$, keyin, ko'ra maydon superpozitsiyasi printsipi, bu nuqtadagi magnit maydon induksiyasi yaratilgan magnit maydon induksiya vektorlarining yig'indisiga teng. har bir manba.

$V↖(→)=(V_1)↖(→)+(V_2)↖(→)+(V_3)↖(→)+...$

Magnit induksiya chiziqlari

Magnit maydonni tasavvur qilish uchun M. Faraday kontseptsiyani kiritdi magnit kuch chiziqlari, buni u o'z tajribalarida bir necha bor ko'rsatdi. Kartonga sepilgan temir plomba yordamida kuch chiziqlarining rasmini osongina olish mumkin. Rasmda ko'rsatilgan: to'g'ridan-to'g'ri oqimning magnit induksiyasi chiziqlari, solenoid, dumaloq oqim, to'g'ridan-to'g'ri magnit.

Magnit induksiya chiziqlari, yoki magnit kuch chiziqlari, yoki shunchaki magnit chiziqlar har qanday nuqtadagi tangenslari maydonning shu nuqtasida $B↖(→)$ magnit induksiya vektorining yo‘nalishiga to‘g‘ri keladigan chiziqlar deyiladi.

Agar tok o'tkazuvchi uzun to'g'ri o'tkazgich atrofida temir plomba o'rniga kichik magnit ignalar qo'yilgan bo'lsa, unda siz nafaqat maydon chiziqlarining konfiguratsiyasini (konsentrik doiralar), balki maydon chiziqlarining yo'nalishini ham (shimoliy qutb) ko'rishingiz mumkin. magnit igna ma'lum bir nuqtada induksiya vektorining yo'nalishini ko'rsatadi).

To'g'ridan-to'g'ri oqim magnit maydonining yo'nalishini aniqlash mumkin to'g'ri gimlet qoidasi.

Agar siz gimletning dastagini shunday aylantirsangiz, gimlet uchining tarjima harakati oqim yo'nalishini ko'rsatadi, u holda gimlet tutqichining aylanish yo'nalishi oqimning magnit maydon chiziqlari yo'nalishini ko'rsatadi.

To'g'ridan-to'g'ri oqim magnit maydonining yo'nalishi ham yordamida aniqlanishi mumkin o'ng qo'lning birinchi qoidasi.

Agar siz o'ng qo'lingiz bilan o'tkazgichni ushlasangiz, egilgan bosh barmog'ingizni oqim yo'nalishi bo'yicha ishora qilsangiz, har bir nuqtada qolgan barmoqlarning uchlari bu nuqtada induksiya vektorining yo'nalishini ko'rsatadi.

Vorteks maydoni

Magnit induksiya chiziqlari yopiq, bu tabiatda magnit zaryadlar yo'qligini ko'rsatadi. Maydon chiziqlari yopiq maydonlar vorteks maydonlari deb ataladi. Ya'ni, magnit maydon vorteks maydonidir. Bu zaryadlar tomonidan yaratilgan elektr maydonidan farq qiladi.

Solenoid

Solenoid - bu oqim o'tkazuvchi simlardan iborat bo'lak.

Solenoid birlik uzunligi $n$, uzunlik $l$ va diametri $d$ bo'yicha burilishlar soni bilan tavsiflanadi. Solenoiddagi simning qalinligi va spiralning qadami (spiral chiziq) uning diametri $d$ va uzunligi $l$ bilan solishtirganda kichikdir. "Solenoid" atamasi kengroq ma'noda ham qo'llaniladi - bu o'zboshimchalik bilan kesma (kvadrat solenoid, to'rtburchak solenoid) bo'lgan rulonlarga berilgan nom va silindrsimon shaklga ega bo'lishi shart emas (toroidal solenoid). Uzun solenoid ($l>>d$) va qisqa ($l

Elektromagnit elektromagnit 1820 yilda A.Amper tomonidan X.Oersted tomonidan kashf etilgan tokning magnit ta'sirini kuchaytirish uchun ixtiro qilingan va D.Arago tomonidan po'lat novdalarni magnitlash bo'yicha tajribalarda foydalanilgan. Solenoidning magnit xususiyatlari 1822 yilda Amper tomonidan eksperimental ravishda o'rganilgan (shu bilan birga u "solenoid" atamasini kiritgan). Solenoidning doimiy tabiiy magnitlarga ekvivalentligi aniqlandi, bu Amperning elektrodinamik nazariyasini tasdiqladi, bu magnitlanishni jismlarda yashiringan halqa molekulyar oqimlarining o'zaro ta'siri bilan izohladi.

Solenoidning magnit maydon chiziqlari rasmda ko'rsatilgan. Ushbu chiziqlarning yo'nalishi yordamida aniqlanadi o'ng qo'lning ikkinchi qoidasi.

Agar siz elektromagnitni o'ng qo'lingizning kafti bilan ushlasangiz, to'rt barmog'ingizni burilishlarda oqim bo'ylab yo'naltirsangiz, u holda cho'zilgan bosh barmog'ingiz solenoid ichidagi magnit chiziqlar yo'nalishini ko'rsatadi.

Solenoidning magnit maydonini doimiy magnit maydoni bilan solishtirsak, ular juda o'xshashligini ko'rish mumkin. Magnit kabi, solenoid ikkita qutbga ega - shimol ($ N $) va janub ($ S $). Shimoliy qutb magnit chiziqlari paydo bo'ladigan qutbdir; janubiy qutb ular kiradigan qutbdir. Solenoidning shimoliy qutbi har doim o'ng qo'lning ikkinchi qoidasiga muvofiq joylashtirilganida, kaftning bosh barmog'i ko'rsatadigan tomonda joylashgan.

Magnit sifatida ko'p sonli burilishli bobin shaklida solenoid ishlatiladi.

Solenoidning magnit maydonini o'rganish shuni ko'rsatadiki, solenoidning magnit ta'siri kuchayib borayotgan oqim va solenoiddagi burilishlar soni bilan ortadi. Bundan tashqari, solenoid yoki oqim o'tkazuvchi lasanning magnit ta'siri unga temir tayoqni kiritish orqali kuchaytiriladi, bu deyiladi. yadro

Elektromagnitlar

Ichida temir yadroli solenoid deyiladi elektromagnit.

Elektromagnitlar bir emas, balki bir nechta bobinlarni (o'rashlarni) o'z ichiga olishi va turli shakldagi yadrolarga ega bo'lishi mumkin.

Bunday elektromagnit birinchi marta ingliz ixtirochisi V. Sturgeon tomonidan 1825 yilda yaratilgan. Massasi 0,2$ kg boʻlgan V.Sturgeonning elektromagniti 36$ N. ogʻirlikdagi yukni ushlab turardi. Oʻsha yili J.Joul koʻtaruvchi kuchini oshirdi. elektromagnit 200$ N ga etdi va olti yildan so'ng amerikalik olim J. Genri $1 $ t og'irlikdagi yukni ushlab turishga qodir bo'lgan 300$ kg og'irlikdagi elektromagnit qurdi!

Zamonaviy elektromagnitlar bir necha o'n tonna og'irlikdagi yuklarni ko'tarishi mumkin. Ular fabrikalarda og'ir temir va po'lat mahsulotlarini ko'chirish uchun ishlatiladi. Qishloq xoʻjaligida bir qator oʻsimliklarning donlarini begona oʻtlardan tozalash va boshqa sohalarda elektromagnitlardan ham foydalaniladi.

Amper quvvati

$∆l$ o'tkazgichning to'g'ri kesimi, undan $I$ tok o'tadi, induksiya $B$ bo'lgan magnit maydonda $F$ kuchi ta'sir qiladi.

Ushbu kuchni hisoblash uchun quyidagi iboradan foydalaning:

$F=B|I|∆lsina$

bu erda $a$ - $B↖(→)$ vektori va oqim (joriy element) bilan o'tkazgich segmentining yo'nalishi orasidagi burchak; Oqim elementining yo'nalishi oqim o'tkazgichdan o'tadigan yo'nalish sifatida qabul qilinadi. $F$ kuchi deyiladi Amper kuchi magnit maydonning tok o'tkazgichga ta'sirini birinchi bo'lib kashf etgan frantsuz fizigi A. M. Amper sharafiga. (Aslida, Amper tok o'tkazuvchi o'tkazgichlarning ikki elementi o'rtasidagi o'zaro ta'sir kuchi uchun qonunni o'rnatdi. U uzoq masofali ta'sir nazariyasi tarafdori bo'lgan va maydon tushunchasidan foydalanmagan.

Biroq, an'anaga ko'ra va olimning xizmatlarini eslab, magnit maydondan oqim o'tkazuvchi o'tkazgichga ta'sir qiluvchi kuchning ifodasi ham Amper qonuni deb ataladi.)

Amper kuchining yo'nalishi chap qo'l qoidasi yordamida aniqlanadi.

Agar siz chap qo'lingizning kaftini magnit maydon chiziqlari unga perpendikulyar ravishda kiritadigan qilib qo'ysangiz va to'rtta cho'zilgan barmoq o'tkazgichdagi oqim yo'nalishini ko'rsatsa, cho'zilgan bosh barmog'ingiz oqimga ta'sir qiluvchi kuchning yo'nalishini ko'rsatadi. tashuvchi konduktor. Shunday qilib, Amper kuchi har doim magnit maydon induksiya vektoriga ham, o'tkazgichdagi oqim yo'nalishiga ham perpendikulyar, ya'ni bu ikki vektor yotadigan tekislikka perpendikulyar.

Amper kuchining oqibati doimiy magnit maydonda oqim o'tkazuvchi ramkaning aylanishidir. Bu ko'plab qurilmalarda amaliy qo'llanilishini topadi, masalan. elektr o'lchash asboblari- galvanometrlar, ampermetrlar, bu erda oqim bilan harakatlanuvchi ramka doimiy magnit maydonida aylanadi va ramkaga mahkam bog'langan ko'rsatgichning burilish burchagi bo'yicha, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim miqdorini aniqlash mumkin.

Magnit maydonning oqim o'tkazuvchi ramkaga aylanadigan ta'siri tufayli uni yaratish va ishlatish ham mumkin bo'ldi. elektr motorlar- elektr energiyasi mexanik energiyaga aylanadigan mashinalar.

Lorents kuchi

Lorents kuchi tashqi magnit maydonda harakatlanuvchi nuqta elektr zaryadiga ta'sir qiluvchi kuchdir.

19-asr oxirida golland fizigi H. A. Lorenz. harakatlanuvchi zaryadlangan zarrachaga magnit maydon tomonidan ta'sir etuvchi kuch har doim zarraning harakat yo'nalishiga va bu zarracha harakat qiladigan magnit maydonning kuch chiziqlariga perpendikulyar ekanligini aniqladi.

Lorents kuchining yo'nalishini chap qo'l qoidasi yordamida aniqlash mumkin.

Agar siz chap qo'lingizning kaftini shunday joylashtirsangiz, to'rtta cho'zilgan barmoq zaryadning harakat yo'nalishini ko'rsatadi va magnit induksiya maydonining vektori kaftga kirsa, u holda cho'zilgan bosh barmog'ingiz Lorents kuchining harakat yo'nalishini ko'rsatadi. musbat zaryad.

Agar zarrachaning zaryadi manfiy bo'lsa, u holda Lorents kuchi teskari yo'nalishda yo'naltiriladi.

Lorents kuchining moduli Amper qonunidan osongina aniqlanadi va:

bu yerda $q$ - zarrachaning zaryadi, $y$ - uning harakat tezligi, $a$ - tezlik va magnit maydon induksiya vektorlari orasidagi burchak.

Agar magnit maydondan tashqari zaryadga $(F_(el))↖(→)=qE↖(→)$ kuch bilan ta'sir qiluvchi elektr maydon ham mavjud bo'lsa, u holda zaryadga ta'sir qiluvchi umumiy kuch. teng:

$F↖(→)=(F_(el))↖(→)+(F_l)↖(→)$

Ko'pincha bu umumiy kuch Lorents kuchi deb ataladi va $F=|q|yBsina$ formulasi bilan ifodalangan kuch deyiladi. Lorents kuchining magnit qismi.

Lorents kuchi zarrachaning harakat yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgani uchun u tezligini o'zgartira olmaydi (hech qanday ishlamaydi), faqat harakat yo'nalishini o'zgartirishi mumkin, ya'ni traektoriyani egishi mumkin.

Agar siz uning ekraniga doimiy magnit olib kelsangiz, televizor tasvir trubkasidagi elektronlar traektoriyasining bu egriligini kuzatish oson: tasvir buziladi.

Zaryadlangan zarrachaning yagona magnit maydondagi harakati. Zaryadlangan zarracha $y$ tezlik bilan kuchlanish chiziqlariga perpendikulyar bir xil magnit maydonga uchib ketsin. Magnit maydon zarrachaga ta'sir qiladigan kuch uni r radiusli aylana bo'ylab bir xilda aylanishiga olib keladi, buni Nyutonning ikkinchi qonuni, markazga yo'naltirilgan tezlanish ifodasi va $F=|q|yBsina$ formulasi yordamida topish oson:

$(my^2)/(r)=|q|yB$

Bu erdan olamiz

$r=(my)/(|q|B)$

bu yerda $m$ - zarracha massasi.

Lorents kuchini qo'llash. Magnit maydonning harakatlanuvchi zaryadlarga ta'siri, masalan, ishlatiladi massa spektrograflari, bu esa zaryadlangan zarralarni o'ziga xos zaryadlari bo'yicha, ya'ni zarracha zaryadini uning massasiga nisbati bo'yicha ajratish va olingan natijalardan zarrachalarning massalarini aniq aniqlash imkonini beradi.

Qurilmaning vakuum kamerasi maydonga joylashtirilgan ($B↖(→)$ induksiya vektori rasmga perpendikulyar). Elektr maydoni tomonidan tezlashtirilgan zaryadlangan zarralar (elektronlar yoki ionlar) yoyni tasvirlab, fotografik plastinkaga tushadi va u erda traektoriya radiusini $r$ katta aniqlik bilan o'lchash imkonini beruvchi iz qoldiradi. Bu radius ionning solishtirma zaryadini aniqlaydi. Ionning zaryadini bilib, uning massasini hisoblash oson.

Moddalarning magnit xossalari

Doimiy magnitlarning magnit maydonining mavjudligini tushuntirish uchun Amper magnit xususiyatlarga ega bo'lgan moddada mikroskopik dumaloq oqimlar mavjudligini taklif qildi (ular deyiladi). molekulyar). Keyinchalik, bu g'oya elektron va atom tuzilishi kashf etilgandan so'ng, ajoyib tarzda tasdiqlandi: bu oqimlar elektronlarning yadro atrofida harakatlanishi natijasida hosil bo'ladi va xuddi shu tarzda yo'naltirilgan holda, jami uning atrofida va ichida maydon hosil qiladi. magnit.

Shaklda. elementar elektr toklari joylashgan tekisliklar atomlarning xaotik issiqlik harakati tufayli tasodifiy yo'naltirilgan bo'lib, modda magnit xususiyatlarini ko'rsatmaydi. Magnitlangan holatda (masalan, tashqi magnit maydon ta'sirida) bu tekisliklar bir xil yo'naltiriladi va ularning harakatlari qo'shiladi.

Magnit o'tkazuvchanlik. Induksiya $B_0$ (vakuumdagi maydon) bilan tashqi magnit maydon ta'siriga muhitning reaktsiyasi magnit sezgirlik $m$ bilan aniqlanadi:

bu yerda $B$ - moddadagi magnit maydon induksiyasi. Magnit o'tkazuvchanlik dielektrik doimiyga o'xshaydi $e$.

Magnit xususiyatlariga ko'ra moddalar quyidagilarga bo'linadi Diamagnetlar, paramagnetlar va ferromagnitlar. Diamagnit materiallar uchun muhitning magnit xossalarini tavsiflovchi $m$ koeffitsienti $1$ dan kam (masalan, vismut uchun $m = 0,999824$); paramagnetlar uchun $m > 1$ (platina uchun $m = 1,00036$); ferromagnitlar uchun $m >> 1$ (temir, nikel, kobalt).

Diamagnetlar magnit bilan qaytariladi, paramagnit materiallar jalb qilinadi. Ushbu belgilar bilan ularni bir-biridan ajratish mumkin. Ko'pgina moddalar uchun magnit o'tkazuvchanlik amalda birlikdan farq qilmaydi, faqat ferromagnitlar uchun u undan sezilarli darajada oshib, bir necha o'n minglab birliklarga etadi.

Ferromagnitlar. Ferromagnitlar eng kuchli magnit xususiyatlarini namoyish etadi. Ferromagnitlar tomonidan yaratilgan magnit maydonlar tashqi magnitlanish maydonidan ancha kuchliroqdir. To'g'ri, ferromagnitlarning magnit maydonlari elektronlarning yadrolar atrofida aylanishi natijasida hosil bo'lmaydi - orbital magnit moment, va elektronning o'z aylanishi tufayli - o'zining magnit momenti deyiladi aylanish.

Kyuri harorati ($T_c$) ferromagnit materiallar magnit xususiyatlarini yo'qotadigan haroratdir. Har bir ferromagnit uchun u boshqacha. Masalan, temir uchun $T_s = 753°$S, nikel uchun $T_s = 365°$S, kobalt uchun $T_s = 1000°$ S $T_s boʻlgan ferromagnit qotishmalar mavjud

Ferromagnitlarning magnit xususiyatlarini birinchi batafsil o'rganishni taniqli rus fizigi A. G. Stoletov (1839-1896) amalga oshirdi.

Ferromagnitlar juda keng qo'llaniladi: doimiy magnitlar sifatida (elektr o'lchash asboblarida, karnaylarda, telefonlarda va boshqalarda), transformatorlarda, generatorlarda, elektr motorlarda po'lat yadrolar (magnit maydonni kuchaytirish va elektr energiyasini tejash uchun). Ferromagnit materiallardan tayyorlangan magnit lentalar magnitafon va videomagnitofonlar uchun ovoz va tasvirlarni yozib oladi. Ma'lumotlar elektron kompyuterlarda saqlash qurilmalari uchun nozik magnit plyonkalarda qayd etiladi.

Lenz qoidasi

Lenz qoidasi (Lenz qonuni) 1834 yilda E. X. Lenz tomonidan asos solingan. U 1831 yilda M. Faraday tomonidan kashf etilgan elektromagnit induksiya qonunini aniqlaydi. Lenz qoidasi tashqi magnit maydonda harakatlanayotganda yopiq pastadirdagi induksiyalangan oqimning yo'nalishini aniqlaydi.

Induksion tokning yo‘nalishi har doim shunday bo‘ladiki, magnit maydondan u boshdan kechirayotgan kuchlar zanjirning harakatiga qarshi bo‘ladi va bu tok hosil qilgan $F_1$ magnit oqimi tashqi magnit oqimining $F_e$ o‘zgarishini kompensatsiya qilishga intiladi.

Lents qonuni elektromagnit hodisalar uchun energiyaning saqlanish qonunining ifodasidir. Darhaqiqat, yopiq halqa magnit maydonda tashqi kuchlar ta'sirida harakat qilganda, induksiyalangan oqimning magnit maydon bilan o'zaro ta'siri natijasida paydo bo'ladigan va harakatga qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltirilgan kuchlarga qarshi ba'zi ishlarni bajarish kerak. .

Lenz qoidasi rasmda ko'rsatilgan. Agar doimiy magnit galvanometrga yopilgan lasanga o'tkazilsa, g'altakdagi induksiya toki magnit maydonini $B$ induksiya vektoriga qarama-qarshi yo'naltirilgan $B"$ vektorli magnit maydon hosil qiladigan yo'nalishga ega bo'ladi, ya'ni magnitni g'altakdan tashqariga chiqarib tashlaydi yoki uning harakatiga to'sqinlik qiladi, magnit g'altakdan chiqarilganda, aksincha, indüksiyon oqimi tomonidan yaratilgan maydon g'altakni o'ziga tortadi, ya'ni yana uning harakatiga to'sqinlik qiladi.

Zanjirdagi $I_e$ induktsiyali oqim yo'nalishini aniqlash uchun Lenz qoidasini qo'llash uchun siz ushbu tavsiyalarga amal qilishingiz kerak.

1. Tashqi magnit maydonning $B↖(→)$ magnit induksiya chiziqlari yo'nalishini o'rnating.
2. Bu maydonning kontur bilan chegaralangan sirt orqali magnit induksiyasi oqimi ($∆F > 0$) ortishi yoki kamayishini ($∆F) aniqlang.
3. $I_i$ induksiyalangan tokning magnit maydonining magnit induksiya chiziqlari $V"↖(→)$ yoʻnalishini oʻrnating. Bu chiziqlar Lenz qoidasiga koʻra $V↖(→)$ chiziqlariga qarama-qarshi yoʻnaltirilishi kerak. , agar $∆F > 0$ bo'lsa va $∆F bo'lsa, ular bilan bir xil yo'nalishga ega
4. $B"↖(→)$ magnit induksiya chiziqlarining yo'nalishini bilib, $I_i$ yordamida induksiya oqimining yo'nalishini aniqlang. gimlet qoidasi.