Айнымалы электр тогы индуктивтилик

Сыртқы периодты түрде өзгеретін кернеудің әсерінен тізбекте пайда болатын электр тогын айнымалы электр тогы деп атайды. Айнымалы электр тогы келесі заңмен өзгереді:

Токтың амплитудасы кернеудің амплитудасына, тізбектің параметрлеріне және жиілікке тәуелді:

 

мұндағы: - айнымалы ток тізбегінің толық кедергісі, яғни импедансы.

Ток күші фаза бойынша кернеуден тізбектің параметрлерімен және жиілікпен анықталатын бұрышқа қалады.

болған жағдайда ток фаза бойынша кернеуден озады.

мұндағы: шамасы конденсатордың сыйымдылық кедергісі деп аталады.

мұндағы: -шамасы катушканың индуктивтілік кедергісі деп аталады.

шамасы тізбектің реактив кедергісі деп аталады.

Айнымалы ток тізбегінің қуаты келесі формуламен анықталады:

мұндағы: - қуат коэффициенті деп аталады.

Ток күшінің әсерлік мәні және кернеудің әсерлік мәні екенін ескерсек, айнымалы ток тізбегінің қуатын келесі түрде өрнектеуге болад

5. Сыйымдылық арқылы өтетін айнымалы т ок.

U=Umcos wtкернеуі С сыйымдалыққа түсірілсін. Тізбектің индуктивтілігі мен сымдардың кедергісін еске алмаймыз. Сыйымдылық үздіксіз қайта зарядталады да осыдан тізбекте айнымалы ток жүреді. Жалғастырушы сымдардың кедергісі елеусіз аз болғандықтан, конде нсатордағы Uс= кернеуді сыртқы Uкернеуге тең деп есептеуге болады:

Uс= = U=Umcos wt (1.1) -дің t бойынша алынған туындысы тізбектегі іток күшін береді. (1.1) өрнегін С-ға көбейтіп, t бойынша дифференциалдап, әрі -ді іарқылы алмастырып, мынаны аламыз:

I=-wCUmsinwt=Imcos(wt+ ). (1.2) мұндағы I=wCUm= (1.3)

X= (1.4) шамасы реактив сыйымдылык кедергі немесе сыйымдылық кедергі деп аталады. Егер С-ны фарада, w-ны сек-1 есебімен алсақ, онда Хс оммен өрнектеледі.

Тұрақты ток үшін (w=0) Хс = ∞ - конденсатор арқылы тұрақты ток өте алмайды. Айнымалы ток (w≠0) конденсатор арқылы өтуі мүмкін, сонымен бірге неғұрлым ток жиілігі w жіне конденсатор сыйымдылығы С үлкен болса, токка жасалатын кедергі соғұрлым аз болады. (1.1) өрнегін Um –ді Im аркылы ауыстырып, сыйымдылықтан кернеудің кемуіне арналған өрнекті аламыз: Uс= Im cos wt (1.5)

 

(1.2) және (1.5)-ті салыстырып, сыйымдылықтағы кернеу кемуінің сыйымдылық арқылы аққан токтан фаза жағынан -ге қалып отыратынын табамыз, Ток бір бағытта жүріп жатқанда конденсатор астарларындағы заряд көбейеді. Ток күші максимум арқылы өтіп, ол азая бастайды. Ал заряд өсе береді де, і-0 болғанда максимумға жетеді. Осының сонынан ток та бағытын өзгертеді, астарлардағы заряд азая бастайды. Кернеудің қалып отыратыны да осыдан.

6. Айнымалы ток үшін Ом заңы.

Айнымалы ток, кең мағынасында — бағыты мен шамасы периодты түрде өзгеріп отыратын электр тогы. Ал техникада айнымалы ток деп ток күші мен кернеудің период ішіндегі орташа мәні нөлге тең болатын периодты ток түсініледі. Айнымалы ток байланыс құрылғыларында (радио, теледидар, телефон т.б.) кеңінен қолданылады.

Айнымалы токтың үш фазалық жүйесі жиі қолданылады. Тұрақты токқа қарағанда айнымалы токтың генераторлары мен қозғалтқыштарының құрылымы қарапайым, жұмысы сенімді, мөлшері шағын әрі арзан. Айнымалы ток әуелі шала өткізгіштер арқылы, ал одан кейін шала өткізгішті инверторлар көмегімен жиілігі реттелмелі басқа айнымалы токқа түрлендіріледі. Бұл жағдай жылдамдығын бірте-бірте реттеуді талап ететін электр жетектерінің барлық түрі үшін қарапайым әрі арзан қозғалтқыштарын (асинхронды және синхронды) пайдалануға мүмкіндік береді.

2-сурет.

Тәжірибеде жай және неғұрлым маңызды жағдайда айнымалы ток күшінің лездік мәні ( ) синусоидалық заңға сәйкес белгілі бір уақыт ішінде мынадай заң бойынша өзгереді:

, мұндағы — ток амплитудасы, ƒ— токтың бұрыштық жиілігі, — бастапқы фаза.

Сондай жиіліктегі кернеу де синусоидалық заң бойынша өзгереді:

, мұндағы — кернеу амплитудасы, — бастапқы фаза (2-сурет).

Мұндай айнымалы токтың әсерлік мәндері мынаған тең болады:

≈ 0,707 ,

≈ 0,707 .

Айнымалы ток тізбегінде индуктивтілік не сыйымдылықтың болуына байланысты ток күші ( ) мен кернеу ( ) арасында фаза ығысуы пайда болады. Фаза ығысуы салдарынан ваттметрмен өлшенетін айнымалы токтың орташа қуаты ( ) әсерлік ток мәні мен әсерлік кернеу мәнінің көбейтіндісінен кем болады:

.

3-сурет.

Индуктивтілік те, сыйымдылық та болмайтын тізбекте ток фаза бойынша кернеумен сәйкес келеді (3-сурет). Токтың әсерлік мәндеріне арналған Ом заңы мұндай тізбекте тұрақты ток тізбегіндегідей пішінде болады:

, мұндағы — тізбектегі актив қуат ( ) бойынша анықталатын тізбектің актив кедергісі .

Тізбекте индуктивтілік ( ) болған жағдайда айнымалы ток сол тізбекте өздік индукцияның ЭҚК-н ( электр қозғаушы күші) индукциялайды:

Һ .

4-сурет.

Өздік индукцияның ЭҚК-і ток өзгерісіне кері әсер етеді, сондықтан тек индуктивтілік бар тізбекте ток фаза бойынша кернеуден ширек периодқа, яғни -ге қалыс қалады (4-сурет). -дің әсерлік мәні:

, мұндағы — тізбектегі индуктивтік кедергі. Мұндай тізбекте Ом заңы былайша өрнектеледі:

.

Сыйымдылық ( ) шамасы -ге тең кернеуге қосылғанда, оның заряды:

.

Периодты түрде өзгеріп отыратын кернеу периодты түрде өзгеретін зарядты тудырады, сөйтіп мына формуламен анықталатын сыйымдылық тогі ( ) пайда болады:

Һ .

Сөйтіп сыйымдылық арқылы өтетін синусоидалы айнымалы ток, фаза бойынша оның қысқыштарындағы кернеуден ширек периодқа, яғни озып кетеді (5-сурет). Мұндай тізбектегі әсерлік мәндер мына қатынаспен байланысты:

, мұндағы — тізбектің сыйымдылық кедергісі.

5-сурет.

Егер айнымалы ток тізбегі тізбектей жалғастырылған , және -тен тұрса, онда оның толық кедергісі мынаған тең болады:

, мұндағы .

Айнымалы ток тізбегіндегі реактивті кедергі. Осыған сәйкес, Ом заңы мына түрде өрнектеледі:

.

Ал ток пен кернеу арасындағы фаза ығысуы тізбектегі реактивті кедергінің актив кедергіге қатынасымен анықталады:

.

 

7. Актив және реактив кедергі.

Индуктивтілікке және сыйымдылыққа ие болмайтын R кедергі (мұндай кедергі актив кедергі д.а.) қысқыштарына U=Umcos wt заңымен өзгеретін кернеу түсірдік делік. (Um – кернеудің амплитудалық мәні) квазистонарлық шарт орындалғанда кедергі арқылы өткен ток Ом заңы арқылы өрнектеледі.

i= = Um/R cos wt=Im cos wt

Cөйтіп ток пен кернеудің амплитудалығ мәнініңарасында мынадай қатынас бар: i=

Ф бұрышы U кернеумен І ток күшінін арасындағы фаза айырымын береді. Гипотенузасы Umболатын тік бұрышты үшбұрыштан мынау шығады:

(RIm)2+[(wL- ) Im]2 = U2m., бұданIm= Um / R2+[(wL- )2

Сонымен тізбектің ұштарындағы кернеу:U=Umcos wt заңдылығымен өзгеретін болса, онда тізбекте i= Im cos( wt-ф) ток ағады, мұндағы ф және Im мына формуламен анықталады: Z= R2+[(wL- )2 = R2+[(XL-Xc )2

тізбектің толық кедергісі деп аталады.

Ал, X=XL-Xc=wL - шамасы реактив кедергі деп аталады.

8. толық кедергі.

Ф бұрышы U кернеумен І ток күшінін арасындағы фаза айырымын береді. Гипотенузасы Umболатын тік бұрышты үшбұрыштан мынау шығады:

(RIm)2+[(wL- ) Im]2 = U2m., бұданIm= Um / R2+[(wL- )2

Сонымен тізбектің ұштарындағы кернеу:U=Umcos wt заңдылығымен өзгеретін болса, онда тізбекте i= Im cos( wt-ф) ток ағады, мұндағы ф және Im мына формуламен анықталады: Z= R2+[(wL- )2 = R2+[(XL-Xc )2

тізбектің толық кедергісі деп аталады.

Ал, X=XL-Xc=wL - шамасы реактив кедергі деп аталады.

9.АЙНЫМАЛЫ ТОК, к е ң м а ғ ы н а с ы н д а — бағыты мен шамасыпериодтытүрдеөзгеріпотыратынэлектртогы. Ал т е х н и к а д а А. т. деп ток күші мен кернеудің период ішіндегіорташамәнінөлгетеңболатынпериодты ток түсініледі. Ток күші (жәнекернеу) өзгерісіқайталанатынуақыттың (сек-пен берілген) еңқысқааралығы период (Т) депаталады (1-сурет). А. т-тыңтағыбірмаңыздысипаттамасы — жиілік (¦).

Айнымалыток тізбегіндеберілгенуақытмезетіндегіқуат токкүші мен кернеудің лездікмәндерініңкөбейтіндісінетең.

Бұлөрнектітүрлендіріп

аламыз.

Бізгебір период ішіндегіорташақуаттыанықтаукерек. Олүшінуақытқатәуелдітригонометриялықфункциялардыңорташамәндерінтабайық:

онда

Олайболса, қуаттыанықтайтынөрнектегіекіншіқосылғыштыңорташамәнінөлгетең. Сонымен, айнымалы ток тізбегіндеорташақуат:

(2.18)

Бұлтеңдеуге ток пен кернеудіңәсерлікмәндерінқойып, ыңғайлы болу үшінәсерлікмәндердіңиндексінжазбай және депбелгілесек,

(2.19)

шығады. (2.18) мен (2.19) өрнектеріндегі шамасықуаткоэффициентідепаталады. Осы өрнекайнымалытоктыңқуаты тек ток күші мен кернеугеғанаемес, соныменқатаролардың тербелісфазаларының айырымына да тәуелдіекенінкөрсетеді.
Егертізбектегіреактивтікедергі болса, , онда , яғнибұрыннанбелгілітұрақтытоктыңқуатыныңформуласыналамыз. Ал тізбектеактивтікедергіжоқболса, онда . Тек реактивікедергісіғана бар тізбектеорташақуатнөлгетең. (2.18) формуласынанқуаттыөсіруүшін шамасын — қуаткоэффициентінұлғайтуқажетекенінкөреміз. Өндірістікқондырғылардаең аз дегенде болуыкерек.

10.Айнымалытокайнымалыкернеуарқылыөндіріледі. Токжүріптұрғансымтөңірегіндепайдаболатынайнымалыэлектрлімагниттікөріс айнымалытоктізбегіндеэнергиятербелісінтудырады, яғниэнергиямагнитнемесеэлектрөрісіндепериодтытүрдебірдежиналып, бірдеэлектрэнергиясыкөзінеқайтыпотырады. Энергияныңтербелуіайнымалытоктізбектеріндереактивтітоктудырады, олсымментоккөзінеартықауырлықтүсіредіжәнеқосымшаэнергияшығынынжасайды. Бұл — айнымалытокэнергиясынберудегікемшілік. Айнымалытоккүшісипаттамасыныңнегізінеайнымалытоктыңорташажылулықәсерін, осындайтоккүшібартұрақтытоктыңжылулықәсеріменсалыстыруалынған. Айнымалытоккүшініңосындайжолменалынғанмәні әсерлікмән(немесеэффективтік) депаталадыәріолпериодішіндегітоккүшімәнініңматематикалықорташаквадратынкөрсетеді. Айнымалытоктыңәсерліккернеу (U) мәнідеосысияқтыанықталады. Токкүшіменкернеудіңосындайәсерлікмәндеріайнымалытоктың амперметрлері және вольтметрлері арқылыөлшенеді.

12.Диамагнетиктер

Орбита бойымен қозғалған электрон зырылдауыққа ұқсас. Сондықтан оған сыртқы күштің әсеріне ұшыраған гидроскоптық өзгеріс сипатының ерекшеліктеріне тән болуға тиісті атап айтқанда, белгілі бір жағдайда электрон орбитасымен процессиясы пайда болуы тиіс. Егер атом сыртқы В магнит өрісінде тұрса, процессия үшін қажетті шартты іске асады. Бұл жағдайда орбитаға айналдырушы момент М=[P*mB] әсер етеді, ол электронның Рm орбитальда магним моменттін өріс бағытымен орналастыруға тырысады. А моменттінің әсерінен L және Pmвекторлары, В магнит индукциясының векторының бағыты айнала процессия тұрғызады, оның жылдамдығын оңай табуға болады. L векторы dt уақыт ішінде dl өсімше алады, яғни

dl=Mdt

dlвекторы да, М векторы сияқты В менL арқылы жургізілсе жазықтыққа перпендикуляр әрі модуль бойынша мынаған тең

[dl]=Pm*

мұндағы арасындағы бұрышLвекторы жатқан жазықтық dtуақыт аралығында B бағытын айнала мынадай бұрышқа бұрылады.

13 Ферромагнетиктер - сыртқымагнитөрісінәжептәуіркүшейтетінзаттар.Феромагнетиктергетемір, болат, шойын, никель, кобальтметалгадолиний, ферромагниттікметалдардыңқорытпаларыжатады.Ферромагнетиктермагниттелгенкүйінолардымагнитөрісіненшығарғаннанкейіндесақтайды.Заттардықұрайтынжәнеэлектрондардыңмагнитөрістеріжәнежекеатомдарменмоллекулалардыңмагнитөрістерібір- бірінтеңгереді.Мұндайзатттардыңмагниттікқасиеттерібайқалмайды.Магниттікқасиеттеріасакүштізаттарбар, темір, кобальт, никельсекілді.Магнитөрісіәрекетіненмагниттелетінзаттармагнетиктердепаталады.Кейбірзаттарөзісыртқыөрісарқылымагниттелгенкездеоныкүшейтеді, басқаларыәлсіретеді.Ферромагниттікемесзаттарпарамагнетиктержәнедиамагнетиктерболыпекігебөлінеді.Парамагнетиктердепбағытысыртқыөріспенсәйкескелетінәлсізмагнитөрісінтудыратынзаттардыайтады.Оларғаплатинажәнесұйықоттекжатады.Диамагнетиктердепсыртқымагнитөрісінәлсірететінөрістудыратынзаттардыайтады.Диамагниттікқасиеттергекүміс, қорғасын, кварц, жәневисмутсияқтызаттарие.

14. Парамагнетиктер .Кюритемпературасы -

 

Кюритемпературасы -екіншітектіфазалықөтутемпературасыныңжалпыаты.

ферромагнетиктіңпарамагнетиккефазалықөтутемпературасы.

сегнетоэлектриктегіөздігіненболатын поляризация жоғалатын температура.[1

Зататомдарыныңмагнитөрісісыртқымагнитөрісібағытыбойыменорналасқандаатомдардыңэлектрондыққабаттарыныңмагнитөрісісыртқымагнитөрісінеқосылыпкүшейтетінжағдайтудыратынатомдарменқұралатынзаттардыпарамагнетиктердепатайды.Парамагнетиктерсыртқымагнитөрісінсәлғанакүшейтеді.Парамагнетиктердіңсыртқымагнитөрісінсәлғанакүшейтеді.Парамагнетиктардыңмагнитөтімділігібірсанынанпайыздыңбірнешебөлігіндейғанаайырмашылығыболады.Мысалы, платинаныңмагнитөтімділігі 1,00036. Парамагнетиктердіңжәнедиамагнетиктердіңмагнитөтімділіктерівакуумдікінеөтежақынболғандықтан, олардыңсыртқыөріскеәсеріннемесесыртқыөрістіңосызаттарғаәсерінбайқауөтеқиын.Сондықтанкөбінесекүнделіктіпрактикада, техникада, парамагниттікжәнедиамагниттікзаттардымагниттікқасиеттеріжоқзаттардепесептейді, яғнимагнитөрісінөзгертпейтінжәнемагнитөрісінсезбейтінзаттардепсанайды.

15-16 құйынды магнит ориси,фуко токтары

1831 жылыФарадейашқанэлектромагниттікиндукцияқұбылысынтереңзерттейотырыпМаксвеллмынадайқорытындығакелді: магнитөрісініңкезкелгенөзгерісіқоршағанкеңістіктеқуйындыэлектрөрісінтуғызады.

Фарадейтәжірибелеріндегітұйықталғанөткізгіштеиндукциялық ЭҚК-інтудыратыносықұйындыэлектрөрісіекен.Бұлқұбылыстыңерекшелігісол, құйындыэлектрөрісітекөткізгіштеғанаемес (олөрістіңбар-жоғынкөрсететінқосымшақұрал), боскеңістіктедепайдаболаалады.Кеңістіктіңкезкелгеннүктелеріндегімагнитөрісіиндукциясының \frac{\Delta B}{\Delta t} өзгерісікезіндеқұйындыэлектрөрісітуындайды. Электрөрісініңкүшсызықтарымагнитиндукциясыныңсызықтарынорапқоршайдыжәнеоныңжазықтығынаперпендикулярорналасады (3.1, а-сурет).

16.Егер магнит өрісі В-ның күш сызықтары қозғалмалы өткізгішті қиып өтетін болса,онда бұл өткізгіште тұйық тоқ пайда болады. бұл ток құйынды ток, кейде Фуко тогы деп те аталады. Бұл токтың табиғаты Фарадей мен Ленц заңдарымен түсіндіріледі.Құйынды токтар өткізгіш тежелгенде пайда болады. Бұл құбылыс Вальтенгофтың маятнигінде көрнекті түрде көрсетіледі. Бұл токтар сонымен бірге Джоуль-Ленц жылуын бөлуге едәуір энергия шығындайды. Магнит өрісі өте тез өзгергенде,немесе айнымалы токтың жиілігі жоғары болған кезде индуктивтік ток өткізгіштің тек бетінде ғана пайда болып үлгереді. Осы құбылысты материалдарды беттік шынықтыру кезінде пайдаланылады.

17 мен 18

Максвелл теориясының идеялары[өңдеу]

Электромагниттік құбылыстар физикасына Фарадейдің қосқан негізгі жаңалығы Ньютонның алыстан әсер ету теориясынан бас тартып, кеңістікті күш сызықтарымен толтырып тұратын өріс ұғымын енгізуі еді. Ұлы Ньютонның таңқаларлық математикалық шеберлігі мен ерекше физикалық интуициясы арқылы Галилейдің негізгі идеяларын дамытқаны белгілі.
1860—1865 жылдары Максвелл электр және магнит өрістері туралы Фарадейдің идеялары негізінде және көптеген тәжірибелер нәтижелерін қорыта келе, зарядтар мен токтар жүйесі туғызатын электромагниттік өріс теориясын жасады. Максвелл теориясы ортаның ішінде өтіп жатқан, әрі электр және магнит өрістерін туғызушы ішкі механизм құбылыстарын қарастырмайды. Электромагниттік өріс теориясының негізін Максвелл теңдеулері деп аталатын теңдеулер жүйесі құрайды. Бұл теорияның математикалық аппараты күрделі болғандықтан, ол теңдеулерді қарастырмаймыз. Біз электромагниттік өріс және электромагниттік толқын туралы осы теорияның кейбір маңызды идеяларымен танысамыз.

Магнит өрісі өзгергенде айнымалы электр өрісінің пайда болуы[өңдеу]

1831 жылы Фарадей ашқан электромагниттік индукция құбылысын терең зерттей отырып Максвелл мынадай қорытындыға келді: магнит өрісінің кез келген өзгерісі қоршаған кеңістікте қуйынды электр өрісін туғызады.
Фарадей тәжірибелеріндегі тұйықталған өткізгіште индукциялық ЭҚК-ін тудыратын осы құйынды электр өрісі екен. Бұл құбылыстың ерекшелігі сол, құйынды электр өрісі тек өткізгіште ғана емес (ол өрістің бар-жоғын көрсететін қосымша құрал), бос кеңістікте де пайда бола алады. Кеңістіктің кез келген нүктелеріндегі магнит өрісі индукциясының өзгерісі кезінде құйынды электр өрісі туындайды. Электр өрісінің күш сызықтары магнит индукциясының сызықтарын орап қоршайды және оның жазықтығына перпендикуляр орналасады (3.1, а-сурет).

Магнит индукдиясы артса, құйынды электр өрісі кернеулік векторының бағыты сол бұранда ережесімен анықталады. Магнит индукциясы көмігенде кернеулік векторының бағыты оң бұранда ережесімен анықталады (3.1, ә-сурет). Сонымен, электр өрісін электр зарядтары және айнымалы магнит өрісі тудырады. Ал магнит өрісін тек қозғалыстағы зарядталған бөлшектер ғана тудыратыны белгілі. Магниттік зарядтар жоқ деген пікір — Максвелл идеяларының бірі. Табиғаттың үйлесімділік пен симметриялық қасиеттері осы жерде сақталмай тұрған сияқты. Айнымалы электр өрісі өз кезегінде не себепті магнит өрісін тудыратын кері процесті жүзеге асыра алмайды?

Электр өрісі өзгергенде айнымалы магнит өрісінің пайда болуы[өңдеу]

Максвелл ғылыми көрегенділікпен бұндай процестің табиғатта бар екеніне кәміл сенді. Бұл тұжырымға ол Ампер заңын жинақтап, қорытындылау мақсатында жүргізген зерттеу жұмыстарынан соң келді. Ампер заңының тек тұрақты және тұйықталған ток жүретін өткізгіштердің арасындағы өзара әрекеттесу күші үшін тағайындалғанын анықтаған Максвелл мынадай мәселе қойды: өткізгіште тұйықталмаған және айнымалы ток импулъсі туатын жағдайда бұл заң орындала ма?
Максвелл диэлектрикпен толтырылған конденсатордың астарларын өткізгіш арқылы қосқанда байқалатын разрядты зерттеген (3.2-сурет).

Разряд кезінде, аз уақыт аралығында, өткізгіш бойымен астардан астарға қарай бағытталған өткізгіштік ток айнымалы магнит өрісін туғызады. Өткізгіштік ток конденсатор астарларының арасында үзіліп қалады. Бірақ астарлардың арасындағы диэлектрикте магнит өрісінің пайда болатыны анықталған. Осы айнымалы магнит өрісін ығысу тогы деп аталатын уақыт бойынша өзгеретін электр өрісі тудырады деген болжамды алғаш рет Максвелл айтты. Сонымен, Максвеллдің пікірінше, айнымалы электр өрісі әрқашан айнымалы магнит өрісін тудырады.

Магнит өрісінің индукция сызықтары электр өрісінің кернеулік сызықтарын қоршап орналасады және оған перпендикуляр бағытталады. Электр өрісінің кернеулігі артқанда пайда болатын магнит өрісінің индукция векторы векторымен оң бұранда жасайды (3.3, а-сурет). Керісінше, электр өрісінің кернеулігі кемігенде магнитиндукциясының векторы векторымен сол бұранда жасайды (3.3, а-сурет). Ығысу тогы ұғымын енгізуден кейін кез келген электр тогын тұйықталған деп қарастыруға болады, оны толық ток деп атайды:

Мысалы, тербелмелі контурдың катушкасындағы өткізгіштік ток (электрондардың реттелген қозғалысы) конденсатор астарларының арасындағы ығысу тогына (айнымалы электр өрісі) ауысады. Айта кету керек, ығысу тогы кезінде өткізгіштік ток сияқты Джоуль—Ленц заңы бойынша жылу бөлінбейді.

Электр және магнит өрістерінің біртұтастығы және салыстырмалылығы[өңдеу]

Максвелл теориясынан айнымалы электр және магнит өрістерінің арасындағы үзілмейтін байланыс ашылғаннан кейін, материяның ерекше түрі — электромагниттік өрістің бар екені айқындалды. Бұл өрістердің бір-бірінен жекеленіп, тәуелсіз түрде пайда бола алмайтыны анықталды.
Электр өрісі электр зарядтарынан немесе өзгермелі магнит өрісінің әсерінен пайда болады. Сол сияқты магнит өрісі де не электр тогының, не құйынды электр өрісінің әсерінен туады. Тұрақты өрістің дербес жағдайында не электр өрісінің ( ≠0, =0) , не магнит өрісінің ( =0, ≠0) қасиеттері байқалды. Және бұл қасиеттердің білінуі таңдап алынған санақ жүйелеріне байланысты. Жібек жіпке ілінген зарядталған шарды қарастырайық. Бақылаушы жермен байланысқан санақ жүйесінде тұр. Жермен салыстырғанда тыныш тұрған зарядталған шардың тек электр өрісі бар (3.4, а-сурет). Қозғалыстағы зарядталған шардың электр өрісі кеңістікте магнит өрісін туғызады (3.4, ә-сурет).

 

Жалпы алғанда, айнымалы электромагниттік өрістің электр өрісінің кернеулігі мен магнит өрісі индукциясының бір-бірінен артықшылығы жоқ.

Электромагниттік өріс біртұтас[өңдеу]

Электромагниттік өріс теориясын сипаттайтын теңдеулер жүйесін талдай отырып, Максвелл электромагниттік өріс кеңістікте электромагниттік толқын түрінде тарай алады деген теориялық болжам жасады. Максвелл теориясының негізінде жұлдыздар мен планеталарда, тіпті Әлем көлемінде өтіп жатқан, сондай-ақ микродүниедегі, атомдар ішінде өтетін сан алуан құбылыстарды түсініп, сипаттау мүмкін болды.[1]

19) Ығысу тогы

.Электромагниттік индукция құбылысының максвелдік және фарадейлік тұжырымдаулары. Құйынды электр өрісі. Ығысу тоғы. Максвелл теңдеулер жүйесі. Электр және магнит өрістерінің салыстырмалылығы.

1860-1870 жылдары Максвелл электродинамиканың негізгі теориясын жасады. Бұл теория Кулон, Эрстед, Фарадей сияқты ғалымдардың идеяларымен жасалынды.

Фарадей заңы бойынша: уақыт бойынша өзгеретін магнит өрісі инд. тоқ тудырады.

Максвеллдің I теңдеуі:

Физ. мағ: Уақыт бойынша өзгеретін магнит өрісі құйынды электр өрісін тудырады. Диф.түрі:

Электр өрісінің өзгерісін сипаттау үшін ығысу тогы деген ұғым енгізу керек.

Ығысу тогы дегеніміз – уақыт бойынша өзгеретін эл.өрісі.

Jтолык=Jотк+Jыг

Максвеллдің II теңдеуі:

Физ.мағынасы: Магнит өрісін тек қана қозғалыстағы зарядтарға емес, сонымен бірге уақыт бойынша өзгеретін электр өрісі де тудырады.

Фарадейдің заңы бойынша кез-келген тұйық контур арқылы өтетін магнит ағыны өзгерсе, ол контурда индукциялық ток пайда болады. Олай болса, контурда э.қ.к. ( ) болады. Тізбектегі э.қ.к. тек бөгде күш механикалық, жылулық процесстер мен байланысты еместігін көрсетеді. Бұл бқгде күштердің тууына себепші болып отырған, контурдағы айнымалы магнит өрісі. Бірақ айнымалы магнит өрісі контурда өздігінен ток туғыза алмайды, себебі магнит өрісі қозғалмайтын зарядтарға әсер етпейді. Сондықтан Максвелл мынандай болжам айтты: Айнымалы магнит өрісі, сол жерде әр уақытта айнымалы электр өрісін туғызады.

Осы болжам бойынша контурдағы э.қ.к.- айнымалы магнит өрісін

тудырған, ал ол айнымалы электр өрісін туғызады. Сонда айнымалы магнит өрісі тудырған, айнымалы электр өрісінің контурдағы циркуляциясы

  (1.39)

Мұндағы , -векторларының -дегі проекциясы. Осы

теңдікке магнит ағынының мына мәнін қойсақ, онда (4.1) былай жазылады.

  (1.40)

 

Бұл формуланы Максвеллдің бірінші теңдеуі дейді. Осы формуладан магнит өрісі тудырған, айнымалы электр өрісінің тұйық контур бойындағы циркуляциясы нолге тең емес екен. Бұл біріншіден табиғаттағы магниттік зарядтың жоқ екенін, екіншіден айнымалы электр өрісінің құйынды өріс екенін көрсетеді. Сондықтан айнымалы электр өрісін, құйынды электр өрісі деп атайды.

1.20 - сурет – Конденсаторды тұрақты ток

 

 

Конденсаторды тұрақты ток көзіне қоссақ, бұл системада ток болмайды. Себебі конденсатордың астарлары арасынан ток жүрмейді. Ал егер конденсаторды айнымалы ток көзіне қоссақ. Онда системада ток болады. Себебі конденсаторлардың астарларында айнымалы электр өрісі болады, ол өз кезегінде айнымалы . Өріс бар жерде ток болады, сөйтіп конденсаторлардың астарлары арқылы ток жүреді. Осы токты ығысу тогы дейді. Ығысу тогының тығыздығы, өткізгіштің ток тығыздығымен бірдей болады.

  , (1.41)

 

Мұнда -конденсаторлар астарларындағы зарядтың беттік тығыздығы. Ығысу векторы

 

  (1.42)

.

Конденсатордың астары арасындағы өрістің кернеулігі

  (1.43)

 

  , (1.44)

 

Сонымен системадағы толық ток және ығысу тогы деп ығысу векторының өзгеру жылдамдығын айтамыз )

  (1.45)

 

Мұндағы -электр өрісінің кернеулігі, -диэлектриктің поляризация векторы. Бірінші қосылғыш вакуумдегі ығысу тогынің тығыздығы, ал екінші қосылғыш поляризация кезіндегі ығысу тогының тығыздығы болады.

 

20 сурак

Пойнтинг векторы — электр-магниттік энергия ағынының шамасы мен бағытын анықтайтын тығыздық векторы. Ол ағылшын физигі Дж. Г.Пойнтингтің (1852 — 1914) есімімен аталады. Пойнтинг векторының модулі эл.-магн. толқынның таралу бағытына перпендикуляр бірлік бет арқылы бірлік уақытта тасымалданатын электр-магниттік энергияға тең. Пойнтинг векторы бірліктердің СГС жүйесінде түрінде, ал бірліктердің халықаралық (СИ) жүйесінде П=[EH] түрінде жазылады; мұндағы [EH] — электр және магнит өрістері кернеуліктерінің векторлық көбейтіндісі, с — жарықтың вакуумдағы жылдамдығы. Е мен Н векторлары өзара перпендикуляр және электр-магниттік толқынның таралу бағыты мен Пойнтинг векторымен бағыттас.

 

21 Зарядталған болшектердің электр өрісіндегі әсері


Классикалық электродинамика

Лоренц күші — электрмагниттік өрісте қозғалатын зарядталған бөлшекке әсер ететін күш. Бұл күшті сипаттайтын өрнекті 1892 ж.голланд физигі Х. А. Лоренц (1853 — 1928) тәжірибе нәтижелерін қорытындылап тапқан, СИ жүйесінде формуласы:

,

мұндағы:

· — Лоренц күші

· — бөлшек заряды

· — электр өрісі

· — магнит өрісі

· — бөлшектің жылдамдығы

· × — векторлық көбейту.

Қозғалыстағы ('vжылдамдығымен') зарядталған (заряды q) бөлшекке әсер етуші fлоренц күші. E электр өрісі мен Bмагнит өрісі кеңістік пен уақыт бойынша өзгереді.

Зарядталған бөлшек жылдамдығының кез келген мәндерінде (*) өрнегі орындалады; бұл өрнек электрдинамиканың ең негізгі қатыстарының бірі, өйткені, ол электр-магниттік өріс теңдеулерін зарядталған бөлшектің қозғалыс теңдеулерімен байланыстыруға мүмкіндік береді. Өрнектің оң жағындағы бірінші мүше — зарядталған бөлшекке электр өрісі тарапынан, ал екіншісі — магнит өрісітарапынан әсер ететін күштер. Лоренц күшінің магниттік бөлігінің бағыты бөлшек жылдамдығына перпендикуляр болғандықтанмеханикалық жұмыс жасамайды. Ол бөлшектің энергиясын өзгертпей, тек қозғалысының траекториясын қисайтады. Лоренц күшінің магниттік бөлігінің шамасы, θ=90° болғанда максималь, ал θ=0 болса, оның шамасы нөлге тең болады. Вакуумдегі тұрақты әрі біртекті магнит өрісінде (В=Н, мұндағы Н — магнит өрісінің кернеулігі) қозғалатын зарядталған бөлшек Лоренц күшінің магниттік құраушысының әсерінен бұрандалық сызық бойымен тұрақты v жылдамдығымен қозғалады. Егер Е=0 болса, онда зарядталған бөлшектің қозғалысы күрделіленіп, оның айналу центрі магнит өрісіне перпендикуляр бағытта ығысады. Бұл ығысу бөлшектің дрейфі деп аталады. Дрейфтің бағыты [ЕН] векторы арқылы анықталады және ол зарядтың таңбасына тәуелді болмайды. Магнит өрісі мен өткізгіштегі электр тогының өзара әсерлесуі салдарынан өткізгіштің көлденең қимасындағы токтың мәні әр түрлі болады. Бұл жағдайтермомагниттік және гальваномагниттік құбылыстарда байқалады (қ. Холл эффектісі, т.б.).[1][2]

 

Электр өрісі – электрмагниттік өрістің дербес бір түрі. Ол электр зарядының айналасында немесе бір уақыт ішіндегі магнит өрісінің өзгерісі нәтижесінде пайда болады. Э. ө-нің магнит өрісінен өзгешелігі – ол қозғалатын да, қозғалмайтын да электр зарядтарына әсер етеді. Э. ө-нің бар екендігін оның қозғалмайтын зарядқа әсер ететін күші бойынша байқауға болады. Электр өрісінің кернеулігі – Э. ө-нің сандық сипаттамасы болып табылады.

Магнит өрісі[өңдеу]

Магнит өрісі — қозғалыстағы электр зарядтары мен магниттік моменті бар денелерге (олардың қозғалыстағы күйіне тәуелсіз) әсер ететін күштік өріс. Магнит өрісі магниттік индукция векторымен (В) сипатталады. В-ның мәні магнит моменті бар қозғалыстағы электр зарядына және денелерге өрістің берілген нүктесінде әсер етуші күшті анықтайды. “Магнит өрісі” терминін 1845 ж. ағылшын физигі М. Фарадей енгізген. Ол элетр өзара әсер сияқты магнит өзара әсер де бірыңғай материялық өріс арқылы беріледі деп санаған. Электр-магниттік өрістің классикалық теориясын Дж.Максвелл жасаған (1873), ал кванттық теориясы 20 ғасырдың 20-жылдары жасалды (Өрістің кванттық теориясы). Макроскоп. Магнит өрісінің көздері — магниттелген денелер, тогы бар өткізгіштер және қозғалыстағы зарядталған денелер. Бұл көздердің табиғаты бір: Магнит өрісі зарядталған микробөлшектердің (электрон, протон, ион), сондай-ақ, микробөлшектердің меншікті (спиндік) магнит моменті болуының нәтижесінде пайда болады (Магнетизм). Айнымалы магнит өрісі электр өрісінің, ал электр өрісі магнит өрісінің уақыт бойынша өзгерісі нәтижесінде пайда болады. Электр және магнит өрістері, олардың бір-бірімен өзара әсерлері Максвелл теңдеуімен толық сипатталады. Магнит өрісінің кернеулік (Н) мен магнит индукциясы(В) — өрістің күштік сипаттамасы. Кернеулік векторы өріс пайда болған орта қасиетіне тәуелсіз шама болса, индукция векторы қарастырылатын денедегі қорытқы өрісті сипаттайды. Сондай-ақ, индукция векторы магнит өрісінде қозғалған зарядқа әсер ететін күшті, магнит моменті бар денеге магнит өрісінің тигізетін әсерін, өріс тарапынан байқалатын басқа да әсерлерді анықтайды.

Табиғатта магнит өрісінің сан алуан түрі кездеседі. Магнитосфераны түзетін Жердің магнит өрісі Күнге қарай 70 — 80 мың км-ге, ал оған қарама-қарсы бағытта миллиондаған км-ге созылады. Жер бетінде магнит өрісі орташа 0,5 Э-ке тең, ал магнитосфераның шекарасында 10–3 Э. Планетааралық магнит өрісі — негізінен Күн желінің өрісі. Күннің оталуы, ондағы дақтар мен протуберанецтердің байқалуы, Күннен шығатын ғарыштық сәулелердің пайда болуы тәрізді құбылыстарда магнит өрісі елеулі рөл атқарады. Магнит өрісі заттың (ортаның) оптикалық қасиетіне және электр-магниттік сәуле шығару құбылысының затпен әсерлесу процесіне елеулі ықпал жасайды, өткізгіштер мен шала өткізгіштерде гальваномагн. құбылыстар мен термомагн. құбылыстарды туғызады. Магнит өрісі әдетте әлсіз (500 Э-ға дейін), орташа (500 Э — 40 кЭ), күшті (40 кЭ — 1МЭ) және аса күшті (1МЭ-ден жоғары) болып бөлінеді. Іс жүзінде бүкіл электртехника, радиотехника мен электроника әлсіз және орташа магнит өрісін пайдалануға негізделген. Әлсіз және орташа магнит өрісі әдетте тұрақты магнит, электрмагнит, суытылмайтын соленоид, асқын өткізгіш магниттердің көмегімен алынады. Күшті магнит өрісін алуда асқын өткізгіш соленоидтар (150 — 200 кЭ), сумен салқындатылатын соленоидтар (250 кЭ-ға дейін), импульстік соленоидтар (1,6 МЭ) қолданылады. Аса күшті магнит өрісі бағытталған жарылыс (қопарылыс) әдісімен алынады.[1][2] Жер магнетизмін системалы түрде өлшеу арқылы теңізде жүргізушілерге, авиаторларға керек болатын магниттік карта жасайды, пайдалы қазбаларды зерттейді және Күннің әрекет қимылың өзгерін бақылайды. Жер магнетизмінің қалай пайда болғаны әзірше толық шешілмеген.

23)Оптикалық аспаптар

Негізгі бөлігі нәрсенің кескінін беретін кандай да бір оптикалық жүйе болып табылатын сан алуан оптикалык аспаптардьщ жүмыс істеу әрекеті геометриялық оптиказаңдарына негізделген. Атқаратын қызметтеріне карай оптикалық аспаптар проекциялық аппараттар, микроскоптар, телескоптар, фотоаппараттар және басқалар болып бөлінеді. Проекциялық оптикалық аспаптар. Проекциялык аспаптарға экранда нәрсенің шын, үлкейтілген кескінін беретін оптикалық аспаптар жатады. Бұл аспаптардың үш түрі бар: диаскоп (диа — мөлдір деген мағына береді), (ол экранға мөлдір денелерді проекциялайды); этоскоп (экранға мөлдір емес нәрселерді проекциялайды); эпидиаскоп (экранға мөлдір де, мөлдір емес те нәрселерді проекциялайды). Барлық жағдайларда да нәрсе объектив пен фокус және қос фокус аралығында орналастырылады. Дене фокусқа неғүрлым жакын орналасса, проекциялық аппарат соғүрлым үлкейтілген кескін береді. Диаскоптың қуатты жарық көзінен шығатын жарық ағыны конденсатордың (линзалар жүйесі) көмегімен диапозитивке (мөлдір объект) бағытталады. Жарық ағынын күшейту үшін кейде жарық көзінің артына ойыс айна кояды, ол жарықты шағылдырып, оны кейін линзалар жүйесіне бағыттайды. Конденсаторды кішкене жарык көзінің кескінін объективке беретіндей етіп орналастырады, ал ол өз кезегінде диапозитивті экранда проекциялайды. Мөлдір емес нәрселерді, мысалы кітаптағы суреттерді көрсету үшін оларды ойыс айнаның фокусында орналаскан шамнан келетін сәулелердің көмегімен жарьщтапдырады. Жарық ағыны суреттен шағылып, жазык айнаға түееді, одан әрі жарықтылығы күшті объективтің көмегімен экранға түседі. Мұндай аспан эпископдоп аталады.

Линза

Линза(нем. Lіnse, лат. lens – оптикалық шыны, әйнек) –— таужыныстар мен пайдалы қазбалар жатысының жасымық тәрізді нысаны; қалындығы шетіне қарай жұқара түсетін домалақ не овал дене.

Линзалардың негізгі кемшіліктері мынадай

· сфералық аберрация (лат. aberratio — ауытку) — жалпақ параллелъ сәулелер шоғын қолданғанда линзада бір фокустың орнына бірнеше фокустың пайда болуы. Сфералық аберрацияны жою үшін

арнайы линзалар, диафрагма және линзалар жүйесі қолданылады;

· хроматтық аберрация дегеніміз — линзалар жарық сәулелерін фокусқа жинағанда түске боялган дақтардың пайда болуы (түрлі-түсті

қосымшадағы 5-сурет). Жарық толкындарының сынуы олардың ұзындықтарына тәуелді (толқынның үзындығы үлкен болған сайын оның сынуы кіші) болғандықтан аталған кемшілік байқалады. Хроматтық аберрацияны арнайы лиызалар жүйелерінің (ахроматтар мен анахроматтар) көмегімен түзетеді;

· астигматизм — линзаның ұзын және көлденең өлшемдеріне, яғни линзаның қисықтығына тәуелді болатын ақау (түрлі-түсті қосымшадағы 6-сурет). Егер дөңгелек линзалар қолдансақ, онда астигматизм жойылады;

дистпорсия (лат. distorsio — қисаю) дегеніміз — кескіннің қисаюы. Бұл қисаю көру аймағы шегінде линзаның көлденең үлғаюының бірдей болмауынан туады. Осы жағдайда нәрсе мен оның кескінінің геометриялық ұқсастығы бұзылады. Мысалы, линза берген квадраттың кескіні көпшік немесе бөшке тәріздес болып шығуы мүмкін.Геодезия мен ұшақтан суретке түсірген кезде дисторсияны болдырмауға ерекше назар аударылады.