Магнит өрісі және магнетиктердің қасиеттері

1.

Халықаралық инженерлік-технологиялық университет
«Биохимиялық инженерия»
Кафедрасы
Исова Айнур
Танирбергенкызы
ф.-м.ғ.к.,
қауым.профессор
a_isova@mail.ru
ПӘННІҢ АТАУЫ «ФИЗИКА II»
ДӘРІС №1
«Магнит өрісі. Магнит индукция векторы. Лоренц
күші. Ампер заңы. Био-Савар-Лаплас заңы. Түзу
тоқтың магнит өрісі. Дөңгелек тоқтың магнит өрісі.
Заттардағы магнит өрісі. Магнетиктер түрі.
Диамагнетиктер. Парамагнетиктер.
Ферромагнетиктер. Магниттік гистерезис. Кюри
температурасы.

2.

Жоспары
1.Кіріспе
2.Магнит өрісі.
3.Магнит индукция векторы.
4.Ампер заңы.
5.Лоренц күші.
6.Био-Савар-Лаплас заңы.
7.Түзу тоқтың магнит өрісі.
8.Дөңгелек тоқтың магнит өрісі.
9.Заттардағы магнит өрісі.
10.Магнетиктер түрі. Диамагнетиктер. Парамагнетиктер.
Ферромагнетиктер.
11.Магниттік гистерезис.
12.Кюри температурасы.

3. Магнит өрісі

4.

Қозғалмай тұрған электр зарядтарын айнала қоршаған кеңістікте электр
өрісі пайда болатыны сияқты, токтың айналасындағы кеңістікте магнит
өрісі пайда болады.
Магнит өрісі дегеніміз материяның ерекше бір түрі - электрлі зарядталып,
қозғалысқа түскен бөлшектердің өзара әсері сол өріс арқылы жүзеге
асырылады.
Магнит өрісінің тәжірибе жүзінде тағайындалған негізгі қасиеттері мыналар:
• Магнит өрісін электр тогы (қозғалысқа түскен зарядтар) тудырады.
• Магнит өрісі электр тогына (қозғалысқа
тигізетінәсерден барып байқалады.
түскен
зарядтарға)
Ток өтетін өткізгіштер арасындағы пайда болатын әсер магниттік әсер деп
аталады. Бұл жағдайда өткізгіштердің бір-біріне әсер ететін күштерін
магниттік күштер деп атайды.
4

5. Эрстед тәжірибесі 1820 ж. дат физигі Х.Эрстед тогы бар өткізгіштердің магнит стрелкасына әсерін байқап, оны магнит өрісі деп

атады.
Тұрақты электр тогының
магниттік тілшеге әсері
Тілше токқа
перпендикуляр орналасуға
тырысады
Барлық тогы бар өткізгіштердің
айналасында магнит өрісі пайда
болады

6. Тогы бар екі өткізгіштің бір-бірімен әсерлесуі

Егер екі параллель өткізгіштегі токтар бағыттас болса, олар бір
біріне тартылады, токтардың бағыттары қарама қарсы болса
тебіледі.

7.

МАГНИТ ӨРІСІНІҢ ГРАФИКАЛЫҚ БЕЙНЕСІ
Магнит өрістерін бейне түрінде кескіндеу үшін магнит индукциясы сызықтарын
пайдаланады. Магнит индукциясы сызыктары - әр нүктедегі жанамалары
өрістің осы нүктелеріндегі векторының бағытымен сәйкес келетіндей етіп
жүргізілген бейне сызыктар.
Магнит индукциясы векторының бағытына магнит өрісінде еркінше орныққан
тілшенің S оңтүстік полюсынан N солтүстік полюсына қарайғы бағыты алынады.
Бұл бағыт тогы бар тұйық контурдың оң нормалы бағытымен дәл келеді. Тогы
бар түзу сызықты өткізгіштің магнит өрісінде магнит тілше шеңберге жүргізілген
жанама бағытымен орналасады. Шеңбер жазықтығы өткізгішке перпендикуляр
да, ал оның центрі өткізгіш осінде жатады.
7

8.

Тұрақты магнит орналасқан қағаз бетіне темір ұнтақтарын сеуіп, магнит
индукциясы сызықтарының толық сутеттер көрінісін көзбе-көз көруге
болады. Магнит индукциясының сызықтары әрқашан да тұйық және өріс
туғызатын тогы бар өткізгіштерді қамтиды. Магнит индукциясы сызықтарының
тұйықтығы табиғаттағы еркін магнит зарядтарының бар болуының
дәлелденбегендігімен түсіндіріледі. Күш сызықтары тұйық өрістерді - құйынды
өріс деп атайды. Магнит өрісі құйынды өріс болып табылады.
8

9.

Төмендегі суреттерде тура және таға пішінде магниттің индукция
сызықтары берілген.
9

10.

БҰРҒЫ ЕРЕЖЕСІ
Тогы бар түзу сызықты өткізгіштің магнит тілшесі жазықтығы өткізгішке
перпендикуляр, ал центрі өткізгіш өсінде жатқан шеңбердің жанамасы
бойынша орналасады. Магнит индукциясы векторының бағытын бұрғы
ережесі бойынша анықтайды: егер бұрғының ілгерілемелі қозғалысының
бағыты өткізгіштің ток бағытымен дәл келсе, онда бұрғы сабының айналу
бағыты магнит индукциясы векторының бағытымен дәл келеді.
10

11.

Бұрғы ережесі: егер токтың бағыты бұрғының ілгерілемелі қозғалыс
бағытымен бағыттас болса, онда бұрғы сабының айналу бағыты магнит
индукциясы сызықтарының бағытын көрсетеді.
Оң қол ережесі : бас бармақ токтың бағытын көрсететіндей етіп оң
қолымызбен өткізгішті ұстасақ төрт саусағымыз магнит индукциясының күш
сызықтарының бағытын көрсетеді.
Төмендегі суреттерде тура токтың индукция сызықтары көрсетілген.
11

12.

Төмендегі суреттерде соленоидтың индукция сызықтары берілген.
=
12

13.

МАГНИТ ИНДУКЦИЯСЫНЫҢ ВЕКТОРЫ
Магнит индукциясының векторы магнит өрісінің күштік сипаттамасы болып
табылады. Магнит индукциясы векторының бағыты ретінде ток әсерінен туған
кейбір магнит өрісінде еркін қозғала алатын магнит тілшесінің оңтүстік Ѕ
полюсінен солтүстік N полюсіне бағыты алынған. Бұл бағыт тогы бар тұйық
контурға түсірілген оң нормаль бағытымен сәйкес келеді. Магнит индукциясы
векторының модулі магнит өрісі тарапынан тогы бар өткізгіштің бір бөлігіне
әсер ететін максималды күштің ток күшінің солбөлік ұзындығына
көбейтіндісінің қатынасына тең:
Fmax
B
I l
СИ жүйесінде Магнит индукциясының бірлігі ретінде бір тесла (1 Тл) ұзындығы 1 м өткізгіш бөлігіне 1 A ток күші болғанда өріс тарапынан Fmax 1H
максималды күш әсер ететін біртекті өрістің магнит индукциясы қабылданған.
C
A
B
13

14.

AМПЕР КҮШІ - МАГНЕТИЗМНІҢ НЕГІЗГІ ЗАҢЫ
Тогы бар өткізгішке магнит өрісі тарапынан әсер ететін күшті Ампер күші
деп атайды.
Ток элементімен бұрышын құрайтын индукциясы болатын магнит өрісі
тарапынан I тогы бар өткізгіштің аз ғана кесіндісіне әсер ететін Ампер күшінің
модулі F мына формула бойынша анықталады :
Ампер күші магнит индукциясы векторын ток күшіне, өткізгіш бөлігінің
ұзындығына және магнит индукциясы
менөткізгіш бөлігінің арасындағы
бұрыштың синусына көбейткендегі көбейтіндісіне тең. Ампер күшінің бағытын
сол қол ережесі бойынша анықтаймыз
14

15.

Магнит өрісінің тогы бар өткізгішке әсер ететін күшін Ампер күші деп
атайды. Ампер заңының математикалық өрнегі:
d F I dl B
мұндағы І – ток күші, B – dl элементі
орналасқан нүктедегі магнит
индукциясы.
Ампер күші әруақытта dl және B
векторлары жатқан жазықтыққа
перпендикуляр болады.
Сол қол ережесі: Егер B векторы сол
қолдың алақанына перпендикуляр еніп,
төрт саусақ өткізгіштегі ток бағытымен
бағыттас болса, онда бас бармақ Ампер
күшінің бағытын көрсетеді.
Ампер күшінің модулі былай
болады:
dF IdlB sin
мұндағы - dl және B векторлары
арасындағы бұрыш.
15

16.

ЛОРЕНЦ КҮШІ-ҚОЗҒАЛЫСҚА ТҮСКЕН ЗАРЯДТАЛҒАН БӨЛШЕККЕ МАГНИТ ӨРІСІ
ТАРАПЫНАН ӘСЕР ЕТЕТІН КҮШ
Магнит өрісінде қозғалатын электрондардың бастапқы бағытынан ауытқуына әкеліп
соғатын Лоренц күші, табиғаттың көптеген құбылыстарында кездеседі. Мысалы,
«полярлық шұғыла» құбылысы

17.

Магнит өрісінің қозғалыстағы зарядқа әсері (Лоренц күші)
Индукциясы B магнит өрісінде жылдамдықпен қозғалатын зарядқа белгілі
бір бағытта күш әсер етеді. Бұл әсер Лоренц күші деп аталады. Бұл күш
зарядқа q, жылдамдыққа
индукция векторы B шамаларына тәуелді
және
болады, оның бағыты және B вектролары арқылы анықталады.
Fл q , B
Fл q B sin ,
Лоренц күшінің модулі:
мұндағы –
және B векторларының арасындағы бұрыш.
Егер зарядталған бөлшек тыныштық қалыпта (ν =0) болса, онда оған
магнит өрісі тарапынан ешқандай күш әсер етпейді. Магнит өрісі тек қана
қозғалатын зарядтарға әсер етеді.
Лоренц күшінің бағыты сол қол ережесі бойынша анықталады (ток пен оң
заряд бағыты бірдей деп есептегенде). Зарядтың шамасы теріс болса,
Лоренц күші басбармаққа қарама-қарсы бағытталған болады.
17

18.

19.

Күштердің айналдыру моменті : M Pm B ,
(1.2)
мұндағы B – магнит индукция векторы, ол өрісті сандық мөлшер түрінде
сипаттайды. Берілген өріс нүктесінде әртүрлі контурға мөлшерлері әртүрлі
айналдырушы моменттер әсер етеді, бірақ та Fmax 1H қатынасы барлық
контурлар үшін бірдей шама, сондықтан ол шама магнит өрісінің
сипаттамасын беретін магнит индукциясы деп аталады:
Магнит өрісінің берілген нүктедегі магнит индукциясы деп магнит
моменті бірге тең рамаға әсер етуші максималь айналдырушы
моментті айтады.
Магнит өрісі - күш өрісі болып табылады, сондықтан оны магнит
индукция сызықтарымен өрнектеуге болады, ол сызықтардың әр
нүктелерінеBжүргізілген жанамалар
векторымен бағыттас болады.
Индукция сызықтарының бағытын өзімізге
белгілі бұрғы ережесі немесе оң қол
ережесі бойынша анықтауға болады.
C
A
B
19

20.

Био-Савар-Лаплас заңы және оны қолдану
1820 жылы француз ғалымдары Био және Савар әртүрлі пішінді токтардың
магнит өрістерін зерттеу арқылы, магнит өрісінің инукциясы B өрісті туғызатын
токқа І тура пропорционал болып, индукциясы анықталатын нүктеге дейінгі
арақашықтыққа тәуелді болатынын анықтады. Тәжірибеден алынған
нәтижелерді тұжырымдап, Лаплас ұзындығы dl ток элементі туғызатын өріс
индукциясын анықтайтын өрнекті тапты.
I dl r
0
dB
4
r3
I
dB
d
r
(1.1.1)
мұндағы d - токтың элементар бөлігімен
бірдей болатын және ток ағатын бағыт бойынша
бағытталған элементар ұзындық.
r - магнит индукциясы анықталатын нүктеге
ток элементінен жүргізілген радиус-вектор .
20

21.

Магнит индикция векторын модулі бойынша жазатын болсақ:, онда
мұндағы –
0 Idl
dB
sin ,
2
4 r
dl мен r арасындағы бұрыш.
Био-Савар-Лаплас заңы тогы бар өткізгіштің маңындағы кез келген
нүктенің магнит өрісінің шамасын анықтайтын заң болып табылады.
Магнит индукция векторының B бағыты оң қол ережесі немесе бұрғы
ережесі бойынша анықталады.
Магнит өрісі үшін суперпозиция принципі: бірнеше токтар туғызған магнит
өрісінің қорытқы мәні әрбір ток туғызған өрістердің магнит индукцияларының
векторлық қосындысына тең:
n
B Bi
i 1
21

22.

Шексіз ұзын түзу тогы бар өткізгіш туғызатын магнит өрісінің индукциясы
Тогы бар өткізгіштен R қашықтықта орналасқан А
нүктедегі индукцияны анықтайық. Индкуция векторы
бағыты тақта жазықтығына перпендикуляр (“бізге қарай”)
болады(оң қол ережесі бойынша).
R
r
,
sin
rd
dl
sin
0 I sin
dB
d
4 R
Өрнегін Био-Савар-Лаплас
теңдеуіне қойсақ, және
Шексіз ұзын, тура токтың
барлық элементтері үшін
бұрышы 0-ден π-ге дейін
өзгереді, сондықтан:
0 I
0 2 I
B dB
sin d
4 R 0
4 R
Сонымен, тура токтың магнит индукциясы:
0 I
B
2 R
22

23.

23

24.

Тогы бар дөңгелек өткізгіштің центріндегі магнит индукциясы
барлық ток элементтерінің дөңгелек ток центріне дейінгі
қашықтығы бірдей және ол R радиусқа тең.
Био-Савар-Лаплас заңы бойынша :
0 I
dB
dl ,
2
4 R
0 I 2 R
I
B dB
dl
0
2R
4 R 2 0
Дөңгелек ток центріндегі
магнит индукциясы:
I
B 0
2R
(1 . 1 . 4 )
24

25.

25

26. Магнит өрісінің кернеулігі

H
B
0
1 q[ , r ] А
H
3
4 r м

27.

ЗАТТЫҢ МАГНИТТІК ҚАСИЕТТЕРІ.
Магнетиктер деп - магниттік қасиеттері қарастырылатын кез-келген
денелерді айтады .
Магнит өтімділігі µ - бұл ортаның магниттік қасиеттерін сипаттайтын
өлшемсіз шама және ол ортаның
В магнит индукциясы векторының модулінің кеңістіктің сол нүктесіндегі
вакуумдағы Во
магнит индукциясы векторының модуліне қатынасына тең:
B
B0
Магнит өрісіне енгізілген барлық денелер магниттеледі, яғни меншікті
магнит өрісін туғызады. Магниттік қасиеттері бойыншамагнетиктер шартты
түрде 3 топқа бөлінеді: диамагнетиктер, парамагнетиктер және
Ферромагнетиктер.
27

28. Магнетиктер

Магнетиктер
Парамагнетиктер
Диамагнетиктер
Ферромагнетиктер
Сыртқы магнит
өрісіндегі өріс
бойымен
магниттелген
Сыртқы магнит
өрісіндегі өріске
қарсы магниттелген
Сыртқы магнит өрісі
болмаған кезде
магниттелуді
сақтайды
Инертті газдар,
азот, сутегі,
кремний, висмут,
алтын, күміс,
мырыш, мыс және
т.б…
Темір, кобальт,21
никель, гадолиний
және т.б…
Алюминий, платина,
оттегі, азот оксиді,
марганец оксиді
және т.б…

29. Парамагнетиктер

Парамагниттік молекулалардың магниттік моменттері нөлге тең емес.
pm 0
Магнит өрісі болмаған
кезде магниттік моменттер
кездейсоқ орналасады және
магниттелу
нөлге
тең
болады:
Магниттік
өрісте
магниттік
моменттер
өріс
бойымен
басымдықпен бағытталған және
магниттелу нөлге тең емес:

30. Парамагнетиктер

Егер парамагниттік стержень вакуумде біркелкі магнит өрісінде ілулі болса, онда тепе-теңдік күйде
ол магниттік индукция сызықтары бойымен орнатылады (жоғарғы көрініс суреті), бұл J бағытына
B бағытына сәйкес келеді.
Парамагнитпен жасалған магнит өрісі күшейеді, дегенмен елеусіз, сыртқы магнит өрісі сондықтан
индукция В нәтижесінде пайда болатын өріс парамагнетиктен тыс өрістің магниттік индукциясы
B0 (B > B0) артық.
Магнит өтімділігі:

31. Диамагнетиктер

0
Магнит өтімділігі:
Диамагнитпен жасалған магнит өрісі сыртқы магнит өрісін әлсіретеді, сондықтан пайда болатын өрістің
В индукциясы парамагниттік өрістен тыс өрістің магниттік индукциясы В0-дан аз. (В < В0).

32. Ферромагнетиктер

Ферромагнетиктер, парамагнетиктер сияқты, өріс индукциясы
бойымен бағытталған магниттелуді жасайды; олардың магниттік
өткізгіштігі бірліктен (μ » 1, B >> B0) әлдеқайда көп.
Ферромагнетиктердің домендік құрылымы бар.
Ферромагниттік
қасиеттер
жеке
атомдарға
тән
емес
немесемолекулалар, бірақ тек кейбір заттар кездеседікристалдық күй.
Ферромагнетиктердің магниттелуі сыртқы магнит өрісінің магниттік
индукциясына ғана емес, олардың бұрынғы күйіне де байланысты.
Заттың ферромагниттік қасиеттері Кюри нүктесі деп аталатын белгілі
бір температурадан төменде ғана сақталады
B0=0
B0≠0

33. Ферромагнетиктер. Магниттелу қисығы (Гистерезис)

Магниттік гистерезис —
магниттік материалдың
магниттік индукциясының
сыртқы магнит өрісінің
күшіне тәуелділігінің
реттегіш құбылысы.
Қалдық
Әдетте, магниттік
магниттелу
индукцияны жоғалтқан
кезде материалдың
магниттік қасиеттері
қалпына келмейді.
Кюри температурасы
Қалдық
— ферромагниттік
магниттелу
материалдардың
магниттік қасиеттерін
жоғалтатын температура.
Кюри температурасының
жоғарылауымен
В0 - сыртқы өріс
ферромагниттік
В – материядағы өріс
қасиеттер жоғарылайды.