Магнетизм

Электр жəне магнетизм
1
 
Əл
-
ФАРАБИ
атындағы
ҚАЗАҚ
ҰЛТТЫҚ
УНИВЕРСИТЕТІ
 
 
 
М
.
Қ
. 
Досболаев
ЭЛЕКТР
ЖƏНЕ
МАГНЕТИЗМ
Физикалық
 
практикум
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Алматы
"
Қазақ
университеті
" 
2014 

2
М
.
Қ
.
 Досболаев
ƏОЖ
537(075.8)
КБЖ
22.33
я
73 
Д
64
 
Баспаға
 
əл
-
Фараби
 
атындағы
 
Қазақ
 
ұлттық

университеті
 
физика
-
техникалық

факультетінің
 
Ғылыми
 
кеңесі
; 
 
əл
-
Фараби
 
атындағы
 
Қазақ
 
ұлттық
 
университетінің

жанындағы
 
ҚР
 
БжҒМ
-
нің
 
жоғары
 
жəне
 
жоғары
 
оқу
 
орнынан
 
 
кейінгі
 
білім
 
берудің
 
Республикалық
 
оқу
-
əдістемелік
 
кеңесінің

гуманитарлық
 
жəне
 
жаратылыстану
 
ғылымдары
 
мамандықтары

Секция
 
мəжілісі
 
шешімімен
 
жəне
 
Редакциялық
-
баспа

кеңесі
 
шешімімен
 
ұсынылған

 (
№
 1 
хаттама
 17 
қаңтар
 2014 
жыл
)
 
 
П
 
і
 
к
 
і
 
р
ж
 
а
 
з
 
ғ
 
а
 
н
 
д
 
а
 
р
: 
 
физика
-
математика
ғылымдарының
докторы
, 
профессор
Т
. 
Дауменов
физика
-
математика
ғылымдарының
кандидаты
, 
доцент
Б
. 
Қабланбеков
физика
-
математика
ғылымдарының
кандидаты
, 
профессор
С
. 
Қоданова
Досболаев
 
М
.
Қ
. 
Д
64
Электр
жəне
магнетизм
: 
физикалық
практикум
.
– 
Алматы
: 
Қазақ
университеті
, 2014. – 138 
б
.
 
 ISBN 
978-601-04-0894-4 
Физикалық
практикум
жоғары
оқу
орындарының
студенттеріне
арналған
жəне
электрмагниттік
құбылыстардың
таңдамалы
тақырыптар
бойынша
11 
зертханалық
жұмысты
эксперименттік
орындауға
нұсқау
ретінде
жазылған
. 
Əрбір
жұмыс
мəтіні
қарапайым
жатық
тілде
түсін
-
діріліп
, 
физикалық
құбылыстар
көркем
суреттермен
кескінделген
, 
бұл
өз
кезегінде
студентке
тақырыпты
терең
игеріп
оның
санасында
берік
қалыптасуына
үлкен
көмегін
тигізеді
.
 
ƏОЖ
 537(075.8)
КБЖ
 22.33
я
73 
© 
Досболаев
М
.
Қ
., 2014 
ISBN 978-601-04-0894-4
© 
Əл
-
Фараби
атындағы
ҚазҰУ
, 2014 

Электр жəне магнетизм
3
 
 
 
 
 
 
 
АЛҒЫ
 
СӨЗ
 
 
Физикалық
практикум
5
В
060400 – "
Физика
", 5B061100 – «
Астро
-
номия
» 
жəне
5B060500 – «
Ядролық
физика
» 
мамандықтары
студент
-
теріне
арналып
дайындалған
.
Физикалық
практикум
электр
жəне
магнетизм
пəнінің
таңдамалы
тақырыптары
бойынша
зертханалық
жұмыстарды
орындау
үшін
əдіс
-
темелік
нұсқа
ретінде
жинақталып
жазылған
. 
Яғни
, 
тəжірибелік
жұмыстар
элементар
зарядтың
іргелі
қасиеттері
, 
түрлі
элементтерден
тұратын
тұрақты
жəне
айнымалы
ток
тізбектеріндегі
заңдылықтар
, 
электромагниттік
өрістегі
зарядталған
бөлшектердің
қозғалысы
, 
тогы
бар
өткізгіш
маңайында
магниттік
өрістің
пайда
болуы
жəне
оны
зерттеу
əдістері
, 
заттардың
магниттік
қасиеттері
, 
қатты
денелі
жарты
-
лай
өткізгіштердің
электрлік
сипаттамалары
, 
сонымен
қатар
өлшеуіш
аспап
– 
осциллографты
қолданып
өлшеулер
жүргізуді
үйрену
, 
т
.
б
. 
маңызды
тақырыптарды
қамтиды
. 
Физика
-
техникалық
факультеті
студенттеріне
арналған
бұл
оқу
əдістемелік
құралының
негізгі
мақсаты
– 
студенттерге
электр
жəне
магнетизм
пəнінен
алған
теориялық
білімдерін
нақты
эксперименттер
жасау
негізінде
тереңірек
игеріп
, 
санасында
берік
қалыптастыруына
көмек
жасау
.
Əрбір
жұмыс
қысқаша
теориялық
кіріспеден
, 
қолданылатын
ас
-
паптардың
қысқаша
техникалық
сипаттамасынан
, 
жұмыста
орындау
тəртібінен
, 
өзін
-
өзі
тексеруге
арналған
сұрақтардан
жəне
қосымша
тереңірек
мəліметтер
алу
үшін
қажетті
əдебиеттер
тізімінен
тұрады
. 
Физикалық
практикумды
жазу
барысында
үлкен
көмек
көрсеткені
үшін
автор
доцент
Е
.
А
. 
Ахметовке
шексіз
алғысын
білдіреді
. 

4
М
.
Қ
.
 Досболаев
 
 
 
 
 
АКТИВТІ
 
КЕДЕРГІНІ
 
АМПЕРМЕТР
 
ЖƏНЕ
 
ВОЛЬТМЕТР
 
КӨМЕГІМЕН
 
ӨЛШЕУ
 
 
 
Жұмыстың
 
мақсаты
.
Амперметр
жəне
вольтметр
көмегімен
тұрақ
-
ты
токтың
электр
тізбегіндегі
кедергілерді
өлшеу
жəне
өлшеу
кезіндегі
қателіктердің
негізгі
түрлері
, 
оларды
азайту
əдістерімен
танысу
. 
 
 
 
 
Қысқаша
 
теориялық
 
мəліметтер
 
 
Электр
тогы
деп
электр
зарядтарының
реттелген
(
бағытталған
) 
қозғалысы
айтылатыны
белгілі
. 
Егер
токтың
таңбасы
жəне
бағыты
уақытқа
байланысты
өзгермейтін
болса
, 
онда
мұндай
ток
тұрақты
болады
. 
Тұрақты
ток
бағынатын
негізгі
заң
– 
Ом
заңы
. 
Осы
заңға
сəйкес
, 
тосын
күштер
əсер
етпейтін
тізбек
бөлігіндегі
(
тізбектің
біртекті
бөлігі
) 
өткізгіш
бойымен
ағатын
ток
күші
өткізгіштің
шеттеріндегі
потенциалдар
айырмасына
(
кернеуге
) 
тура
, 
ал
оның
кедергісіне
кері
пропорционал
болады
, 
яғни
R
U
I

. 
(1) 
Электр
тізбегіндегі
тұрақты
токты
қамтамасыз
ету
үшін
электр
қозғаушы
күш
үздіксіз
əсер
етуі
қажет
, 
өйткені
заряд
тасымалдаушылар
реттелген
қозғалыс
жасаған
кезде
қайсыбір
кедергіге
кездеседі
. 
Металл
өткізгіштердің
кедергісін
кристалдық
тордың
түйіндерінде
орналасқан
атомдармен
(
иондармен
) 
электр
өрісі
əсерінен
реттелген
қозғалыс
жасайтын
еркін
өткізгіштік
электрондардың
əсерлесуімен
(
шашырауымен
) 
сапалы
түрде
1 

Электр жəне магнетизм
5
 
түсіндіруге
болады
. 
Жылулық
тербелмелі
қозғалыс
күйінде
тұрған
атомдар
(
иондар
) 
электрондардың
орын
ауыстыруына
кедергі
жасайды
, 
осыдан
ток
күші
кемиді
. 
Өткізгіштің
кедергісі
деп
токтың
жүруіне
өткізгіштің
қиын
-
дық
келтіретін
қасиетін
сипаттайтын
физикалық
шаманы
айта
-
ды
. 
Кедергі
өткізгіштің
тегіне
, 
оның
геометриялық
пішіні
мен
мөлшеріне
, 
температураға
жəне
де
токтың
өткізгіш
бойына
қалай
таралғандығына
(
конфигурациясына
) 
тəуелді
. 
Ұзындығы
l
, 
көлденең
қимасының
ауданы
S 
біртекті
цилиндр
тəрізді
өткізгіштің
кедергісі
былай
анықталады
: 
S
l
R


, 
мұндағы

– 
меншікті
электр
кедергісі
. 
СИ
жүйесінде
кедергі
Оммен
өлшенеді
. 1 
Ом
деп
өткізгіштің
екі
шетінде
потенциалдар
айырмасы
1 
В
болған
жағдайда
күші
1 
А
тұрақты
ток
жүретін
өткізгіш
кедергісін
айтады
. 
Үлкен
кедер
-
гілерді
өлшеу
үшін
мынадай
өлшем
бірліктері
қолданылады
: 
1
кОм
=10
3
Ом
, 1 
МОм
=10
6
Ом
.
Токты
 
өлшеу
. 
Ток
күшін
өлшеуге
арналған
аспап
амперметр
деп
аталады
. 
Ол
тізбектің
ток
күші
өлшенетін
бөлігіне
тізбектей
қосылады
. 
Амперметрдің
А
R
ішкі
(
меншікті
) 
кедергісі
мүмкін
-
дігінше
аз
болуға
тиіс
(
ол
үшін
катушка
сымын
жуан
жəне
орам
санын
аз
қылады
). 
Сонда
амперметрді
тізбекке
қосқанда
тіз
-
бектің
осы
бөлігінің
кедергісі
іс
жүзінде
өзгеріссіз
қалады
да
, 
аспап
тұтынатын
қуат
елеусіз
аз
болады
. 
Осылай
қосылған
амперметрлер
токты
тікелей
бақылайтын
аспаптар
ретінде
қол
-
данылады
, 
бұлар
өлшенетін
токтың
сандық
мəндерін
көрсетеді
. 
Жұмыс
істеу
негізіне
қарай
амперметрлер
магнитэлектрлік
жəне
электрмагниттік
болып
бөлінеді
. 
Магнит
электрлік
жүйедегі
амперметрдің
жұмыс
істеуі
тұрақты
магнит
өрісімен
өлшенетін
ток
өтетін
қозғалмалы
контурдың
, 
ал
электрмагниттік
жүйедегі
амперметрдің
жұмыс
істеуі
орамдары
арқылы
өлшенетін
ток
өтетін
катушканың
магнит
өрісінің
қозғалмалы
катушка
орамдарында
пайда
болатын
магнит
өрісімен
əсерлесуіне
негізделген
. 
Тұрақты
ток
тізбектерінде
көбінесе
магнитэлектрлік
(
электр
-
магниттік
сирек
қолданылады
) 
жүйедегі
амперметрлер
қолданы
-
лады
. 
Амперметр
ток
күшінің
белгілі
шектік
мəніне
арналады
. 

6
М
.
Қ
.
 Досболаев
Оның
өлшеу
шегін
үлкейту
үшін
амперметрге
параллель
қосымша
кедергі
(
шунт
) 
қосылады
. 
Осылайша
, 
өлшеу
шегін
n
есе
үлкейту
үшін
, 
кедергісі
)
1
(


n
R
R
А
Ш
шунт
керек
болады
. 
Вольтметрге
параллель
шунт
жалғап
, 
бақылау
шкаласын
өзгертіп
, 
оны
амперметрге
айналдыруға
болады
. 
Кернеуді
 
өлшеу
.
Кернеуді
өлшеуге
арналған
аспап
вольт
-
метр
деп
аталады
. 
Вольтметр
өлшенетін
тізбек
бөлігіне
параллель
қосылады
. 
Ол
да
амперметр
секілді
магнитэлектр
немесе
электрмагниттік
жүйесінде
болады
. 
Вольтметр
тізбекке
параллель
қосылатындықтан
негізгі
тізбек
тогын
көп
өзгертіп
алмас
үшін
оның
кедергісін
өте
үлкен
етіп
алады
, 
яғни
вольтметрден
өтетін
ток
өте
аз
болуы
керек
(
ол
үшін
катушка
сымын
жіңішке
жəне
орам
санын
көп
қылады
). 
Сондықтан
вольтметрдің
өлшеу
шегін
өзгерту
үшін
оған
тізбектей
Ш
R
қосымша
кедергі
жалғайды
: 
өлшеу
шегін
n
есе
өсіру
үшін
)
1
(


n
R
R
V
Ш
қосымша
кедергі
керек
. 
Үлкен
 
кедергілерді
 
амперметр
 
жəне
 
вольтметр
 
əдісі
 
бойынша
 
өлшеу
.
(1-
суреттегі
схема
). 
Бұл
жағдайда
өлшенетін
кедергі
– 
R U I

/
, 
мұндағы
I
– 
өлшенетін
кедергіден
өтетін
ток
, 
U
– 
кернеу
. 
1-
суреттегі
схема
өлшенетін
R
кедергі
амперметрдің
ішкі
кедергісінен
əлдеқайда
көп
болғанда
қолданылады
. 
Бұл
жағдайда
амперметрге
түскен
кернеу
ескерілмейді
, 
берілген
кернеу
түгелімен
өлшенетін
кедергіге
түседі
деп
есептелінеді
.
Өлшенетін
кедергіге
түсетін
кернеудің
R
U
шын
мəні
вольтметрдің
көрсеткен
U
мəнінен
, 
амперметрге
түсетін
A
U

кернеу
мəніне
, 
яғни

U
R I
A
A

шамасына
кем
болады
: 
U
U
U
R
A
 

,
(2) 
мұндағы
A
R
– 
амперметрдің
ішкі
кедергісі
. 

Электр жəне магнетизм
7
 
Амперметр
енгізетін
қателікті
ескеретін
болсақ
, 
онда
өлше
-
нетін
кедергінің
дəл
мəні
мына
формуламен
анықталады
: 
I
U
U
R
A



,
(3) 
яғни
дəлірек
анықталған
кедергіге
түскен
кернеу
U
IR
U
A



болады
. 
Егер
де
A
U

аспаптың
өлшеу
дəлдігінен
үлкен
болса
, 
оны
ескеру
қажет
. 
Мұнда
U
– 
кернеудің
дəл
мəні
деп
санаймыз
, 
бірақ
та
оның
өлшеу
қателігін
төмендегіше
бағалаймыз
. 
1-
суреттегі
схема
бойынша
салыстырмалы
қателік
немесе
кернеу
өсімшесі
мына
формуламен
анықталады
: 
R
R
R
R
I
IR
U
U
A
A
A
A



)
(

.
(4) 
Егер
 
де
 
амперметрдің
 R
A
 
ішкі
 
кедергісі
 
өлшенетін
 R 
кедер
-
гімен
 
шамалас
 
болса
, 
яғни
 
аз
 
кедергі
 
жағдайында
, 2-
суреттегі
 
схема
 
қолданылады
.
Бұл
кезде
вольтметр
кедергіге
тікелей
қо
-
сылады
да
, 
тек
қана
ондағы
кернеудің
түсуін
өлшейді
. 
Бірақ
та
ескере
кететін
жайт
, 
вольтметр
амперметр
сияқты
, 2-
суреттегі
схемада
дəл
мəнді
көрсетпейді
, 
себебі
вольтметр
арқылы
аз
да
болса
V
I

ток
жүреді
, 
сонда
өлшенетін
кедергі
арқылы
жүретін
токтың
мəні
(
V
I
I


) 
болатындықтан
, 
ондағы
кернеу
R
I
I
U
V
)
(



 
формуласымен
анықталады
. 
Демек
, 
волтьметр
енгізетін
қателікті
ескергенде
, 
кедергіні
дəл
анықтау
үшін
, 
оның
мəні
мына
формуламен
есептелінеді
: 
)
/(
V
I
I
U
R



,
(5) 

8
М
.
Қ
.
 Досболаев
мұндағы
V
V
R
U
I
/


– 
вольтметр
арқылы
өтетін
ток
, 
V
R
– 
вольтметрдің
ішкі
кедергісі
, 
U
– 
кедергіге
түсетін
кернеудің
дəл
мəні
деп
қарастыруға
болады
. 
2-
суреттегі
схема
бойынша
салыстырмалы
ток
өсімшесі
мына
формуламен
анықталады
: 
.
/
)
(
/
V
V
V
V
V
V
R
R
R
R
R
RR
R
R
U
R
U
I
I






(6) 
Егер
бұл
шаманың
мəні
вольтметрдің
дəлдік
класымен
анықталатын
қателік
шегінен
асып
кетсе
, 
онда
кедергінің
мəнін
(5) 
өрнекпен
анықтау
қажет
. 
Көрсетілген
екі
тізбектің
қайсысы
дəлірек
өлшейтіндігі
(3) 
немесе
(6) 
формула
бойынша
анықталады
.