Лекциялар мазмұны
Қозғалыстағы зарядтың магнит өрісі
жүктеу/скачать 366,58 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Бақылау сұрақтары
- 11 Лекция. ЗАТТЫҢ МАГНИТТІК ҚАСИЕТТЕРІ
- 3.Ферромагнетикдердің табиғаты. Магниттік гистерезис. Кюри нүктесі 4.Тұрақты магниттер. Электромагниттер және олардың қолданылуы
| Қозғалыстағы зарядтың магнит өрісі. Егер q заряд v жылдамдықпен қозғалса (6-сурет), онда осы зарядқа қатысты радиус-векторы r нүктенің магнит өрісініңиндукциясы мынаған тең болады:
немесе (9) Бақылау сұрақтары Лоренц күші неге тең? Лоренц күшінің бағыты қалай анықталады? Магнит өрісіндегі қозғалыстағы электронға әсер еткен Лоренц күшінің жұмысы неге тең? Электр және магнит өрісінде қозғалатын зарядқа әсер ететін Лоренц күшінің формуласын жазыңдар. Томсон тәжірибесін түсіндіріңдер. Холл эффектісінің пайда болу механизмін түсіндіріңдер. МГД генератордың жұмыс істеу принципі қандай. Зарядталған бөлшектерді үдеткіштердің жұмыс істеу принципі қандай?. Қозғалыстағы зарядтың магнит өрісінің өрнегін жазыңдар. №11 Лекция. ЗАТТЫҢ МАГНИТТІК ҚАСИЕТТЕРІ 1.Магнетиктер. Магнетиктердің магнит өрісі. Магниттік қаблеттілік. Ортаның магниттік өтімділігі. Диа- және парамагнетизмнің табиғаты 3.Ферромагнетикдердің табиғаты. Магниттік гистерезис. Кюри нүктесі 4.Тұрақты магниттер. Электромагниттер және олардың қолданылуы Магнетиктер. Магнетиктердің магнит өрісі. Магниттік қаблеттілік. Ортаның магниттік өтімділігі. Диа- және парамагнетизмнің табиғаты. Атомдар мен электрондардың магнит моменттері.Осы уақытқа дейiн магнит өрiсi бос кеңiстiкте деп (вакуумда) қарастырдық. Ендi заттардың керiсiнше магнит өрiсiне тигiзетiн әсерiн қарастырайық және магнит өрiсiне әсер ете алатын затты магнетик деп атайды. 1-сурет
2-сурет Кез келген материалдық денелердiң азды-көптi магниттiк қасиеттерi болады, олай болса осы денелердi құрайтын жеке молекулалар мен атомдардың, сол сиякты электрондар мен атомдық ядролардың да магниттiк қасиеттерi болады. Сондықтан заттардың магниттiк қасиеттерi олардың атомдары мен электрондарының құрылымына және олардың өзара әсерлесу сипатына байланысты. Ампер болжамы бойынша заттардың молекулалары iшiнде дөңгелек токтар бар. Бұл токтар молекулалық токтар деп аталады. Сыртқы магнит өрiсi жоқ кезде осы токтардың осьтерi бейберекет орналасады, сөйтiп олардың магнит өрiсiнiң орташа мәнi нөлге тең (1, а-сурет). Сыртқы магнит өрiсiнiң әсерiнен осы дөңгелек токтар бағдарланып бұл токтар өздерiнiң меншiктi магнит өрiсiн жасайды (2, б-сурет). Сөйтiп осы өрiс бұрынғы сыртқы магнит өрiсiн күшейтедi. Электрондық теория бойынша атомдардағы электрондар дөңгелек орбита бойынша қозғалатындығын бiлемiз. Егер дөңгелек ток процесiп қарастырсақ, онда тұйық орбитамен айналып жүрген электрон да осы ток тәрiздi. Яғни атом iшiнде электрон радиусы дөңгелек орбита бойынша сызықтық жылдамдықпен қозғалып жүрсiн (2-сурет). Егер электрон 1 с уақыт iшiнде N рет айналса, онда орбита бойымен тасымалданған еN зарядтың шамасы I тоққа шамалас болады, яғни I=еN. Мұндағы айналым саны N мына формула бойынша анықталады: Мұндағы - электрондық орбитаның радиусы, - электронның сызықтық жылдамдығы. Сөйтiп, осы тогы бар контурдың магниттiк қасиетiн магнит моментi арқылы сипаттауға болады. Сонда шамасы орбиталды магниттiк моментi деп аталады. Ол мынаған тең: мұндағы — орбитаның (контурдың) ауданы. Дөңгелек орбита үшін . (3) векторының бағыты, токтың бағытымен оң бұрандалы, электронның бағытымен сол бұрандалы жүйе құрайды. Орбита бойымен қозғалатын электронның мынадай импульс моментi болады . (4) Осы векторын электронның орбиталды механикалық, импульс моментi деп атайды. векторы қозғалыс бағытымен оң бұранда жүйесiн құрайды. Сөйтiп және векторының бағыттары қарама-қарсы болады. Сондықтан (3) және (4) өрнектердi еске ала отырып, яғни олардың магнит моменттерi мен механикалық моменттерiнің ара қатынасын алайык: , (5) мұндағы g гиромагниттiк қатынас деп аталады, минус таңбасы моменттер бағытының қарама-қарсы екендiгiн көрсетедi. Электрон зырылдауық сияқты ядроны айнала қозғалады. Бұл жағдай гиромагниттiк және магнито-механикалық деп аталатын құбылыстардың негiзiне жатады, магнетиктi магниттеуден ол айналады, керiсiнше, магкетиктi айналдырудан ол магниттеледi. Магнит моментi () мен механикалық момент арасындағы байланысты бiрiншi рет 1915 ж. Эйнштейн мен де Гааз бақылаған болатын. Электрондардың меншiктi моменттерiнiң болуын электронды өз осiнен айналып тұрған зарядталған шар ретiнде қарастыра отырып түсiндiруге болады. Осыған сәйкес электронның меншiктi механикалық моментi спин деп аталады. Спин тек электронға ғана емес, басқа да элементар бөлшектерге тән қасиет. (6) мұндағы , , , Атомның магнит моментi оның құрамына енетiн электрондардың орбиталды және меншiктi моменттерiнен, сондай-ақ. ядроның магнит моментiнен тұрады. Ядроның магнит моментi электротндардың моменттерiнен едәуiр кем болады, сондықтан көп мәселелердi қарастырғанда оны ескермей атомның магнит моментi электрондардың магнит моменттерiнiң векторлық қосындысына тең деп есептеймiз . (7) Молекулалардың магнит моменттерiн олардың құрамына кiретiн электрондардың магнит моменттерiнiң қосындысына тең деп есептеймiз. Заттардың пара және диамагниттiк қасиеттерi.Өткiзгiштерде өтетiн токтардың магнит өрiсiндегi кез келген магнетик ерекше күйге келедi - осыны магниттелу деп атайды. Сөйтiп, магнетик магниттелген күйде қосымша магнит өрiсiнiң индукциясын бередi, осы микротоктың индукциясы өткiзгiштердегi ток туғызатын сыртқы магнит индукциясымен, яғни қосылады. Сонымен, жалпы магнит индукциясының векторы дегенiмiз макроскопиялық және микроскопиялық токтар туғызатытн магнит индукция векторларының қосындысы болып табылады . (8) Көптеген тәжiрибелердiң нәтижесiнде, кеңiстiктi түгел толтырып тұратын бiртектi магнетиктер iшiнде қосымша магнит индукциясы бастапқы магнит индукциясымен не бағыттас, не оған қарама-қарсы бағытта болады. 1) Егер және векторлары багғыттас болса, онда олар қосылып () жалпы ортаның магнит өрiсiн күшейтедi де, ортаның магнит өтiмдiлiгi болады. Осындай қасиеттерi бар заттар парамагниттi деп аталады; 2) егер және векторлары бiр-бiрiне қарама-қарсы бағытталса, онда ортаның жалпы магнит өрiсi әлсiрейдi де, ортаның магнит өтiмдiлiгi болады. Мұндай қасиеттерi бар заттар диамагниттi деп аталады; 3) негiзiнде барлық диамагниттi және парамагниттi заттар үшін болады. Бiрақ кейбiр заттар үшiн , сондықтан осындай ерекше қасиеттерi бар заттар ферромагниттi деп аталады. Бұлардың магнит өтiмдiлiгi үлкен болады. Осындай заттарға мәселен пермаллой () жатады. Жоғарыда молекулалық токтардың табиғаты туралы айтқанбыз. Олай болса, парамагниттi заттар iшiндегi магнит өрiсiнің қосынды векторын сол сияқты түсiндiруге болады. Сонымен, парамагттиттi заттардың магниттелуi дегенiмiз ондағы молекулалық токтардың белгiлi бiр ретпен багғытталуы болып табылады. Парамагниттiк заттарға Al, Pt, W сирек кездесетiн элементтер, сiлтiлер және сiлтiлi металдар және тағы басқалар жатады. Парамагнетиктер теориясын жетiлдiрiп дамытқан П. Kанжевен (1872—1946) болды. Кейінiрек бiртектi магнит өрiсiндегi молекулалық токтардың статистикалық заңдылығын зерттеп, екендiгiн тұжырымдады. Диамагниттi заттардың молекулаларында тұрақты деңгелек токтар жоқ. Олардағы доңгелек токтар тек сыртқы магнит өрiсiнiң қоздыруынан ғана пайда болады, яғни индукцияланады. Осы индукцияланған токтардың бағыты, яғни магнит индукциясы сыртқы магнит өрісіне қарама-қарс бағытта болады. Диамагниттi заттарға инерттi газдар, көптеген органикалық қосылыстар, Bi, Zn, Au, Cu, Ag, Pg cиякты металдар, шайыр, су, шыны т. 6. жатады. Бұл заттардың молекулалары мен атомдарының магнит моменттерi сыртқы магнит өрісінің әсерi болмаса нөлге тең. болады, яғни . Жалпы ортаның магниттелу дәрежесiн магниттелу векторы деп аталатын вектормен сипаттайды да, ол ортаның көлем бiрлiгiнiң магнит моментiне тең болады. Магнетиктiң көлемi iшiндегi молекулаларының магниттiк моменттерiнiң қосындысын деп белгiлейiк. Сонда бiртектi магниттелген магнетиктердің матниттелу векторы мына теңдiкпен анықталады: . (9) Магниттелу векторының сан мәнi ұзындық бiрлiгiпе келетiн молекулалық токтың күшiне тең болады да, бағыты жағынан индукция векторының бағытына сәйкес келедi, яғни . Ферромагниттi емес заттар үшiн магниттелу векторы берiлген сыртқы магнит индукциясына пропорционал болады , мұндағы — берiлген магниттi сипаттайтын магниттелу коэффициентi немесе магниттiк қаблеттілік деп аталады. Магниттiк алғырлық () диамагниттi заттар үшiн парамагниттi заттар үшiн болады. Сөйтiп, бiртектi емес магнит өрiсiнде парамагниттi денелер магнит өрiсiнiң өсу жағына қарай бағдарланса, диамагниттi денелер магнит өрiсiнiң кему жағына ығысады. Ендi (8) формулаға магнетиктердiң меншiктi магнит индукциясының мәнiн қойсақ және екендiгiн ескерсек, онда қорытқы магнит индукциясы мынаған тең болады: Мұндағы - ортаның магнит өтiмдiлiгi деп аталады, олай болса . (10) Сонымен магнит индукция векторы ток тудыратын магнит өрiсiнiң кернеулiгiне пропорционал шама болып есептелiнедi. Заттардағы магнит өрiсi үшiн толық ток заңын (циркуляция векторын ) мына түрде жазуға болады , (11) Мұндағы және -макро және микротоктардың алгебралық қосындысы. Сөйтіп, тұйық контурдағы магнит индукция векторының циркуляциясы өткізгіштегі ток пен молекулалық токтардың алгебралық қосындысын магнит тұрақтысына көбейткенге тең болады. жүктеу/скачать 366,58 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|