Müasir fizikanın ən mühüm bölmələrindən biri elektromaqnit qarşılıqlı təsirlər və onlarla əlaqəli bütün təriflərdir. Bütün elektrik hadisələrini izah edən bu qarşılıqlı təsirdir. İşıq elektromaqnit şüalanma olduğundan elektrik nəzəriyyəsi optika da daxil olmaqla bir çox başqa sahələri əhatə edir. Bu yazıda biz elektrik cərəyanının və maqnit gücünün mahiyyətini əlçatan, başa düşülən dildə izah etməyə çalışacağıq.
Maqnetizm təməllərin təməlidir
Uşaqlıqda böyüklər maqnitdən istifadə edərək bizə müxtəlif sehrli fəndlər göstərirdilər. Bir-birini cəzb edən və kiçik oyuncaqları özünə cəlb edə bilən bu heyrətamiz heykəlciklər həmişə uşaqların gözünü sevindirib. Maqnitlər nədir və maqnit qüvvəsi dəmir hissələrə necə təsir edir?
Elmi dillə izah edərək, fizikanın əsas qanunlarından birinə müraciət etməlisən. Kulon qanununa və xüsusi nisbilik nəzəriyyəsinə görə yükə müəyyən qüvvə təsir edir ki, bu da yükün özünün sürətinə (v) düz mütənasibdir. Bu qarşılıqlı əlaqə adlanırmaqnit qüvvəsi.
Fiziki Xüsusiyyətlər
Ümumiyyətlə, başa düşmək lazımdır ki, hər hansı bir maqnit hadisəsi yalnız yüklər keçiricinin içərisində hərəkət etdikdə və ya onlarda cərəyanlar olduqda baş verir. Maqnitləri və maqnitizmin tərifini öyrənərkən, onların elektrik cərəyanı fenomeni ilə sıx əlaqəli olduğunu başa düşmək lazımdır. Buna görə də gəlin elektrik cərəyanının mahiyyətini anlayaq.
Elektrik qüvvəsi elektron və proton arasında hərəkət edən qüvvədir. Bu cazibə qüvvəsinin dəyərindən ədədi olaraq çox böyükdür. O, elektrik yükü ilə, daha doğrusu, dirijor daxilində hərəkəti ilə əmələ gəlir. Yüklər, öz növbəsində, iki növdür: müsbət və mənfi. Bildiyiniz kimi, müsbət yüklü hissəciklər mənfi yüklülərə cəlb olunur. Bununla belə, eyni işarəli ittihamlar bir-birini dəf etməyə meyllidir.
Beləliklə, məhz bu yüklər keçiricidə hərəkət etməyə başlayanda onun içində elektrik cərəyanı yaranır ki, bu da 1 saniyə ərzində keçiricidən keçən yük miqdarının nisbəti kimi izah olunur. Maqnit sahəsində cərəyan olan keçiriciyə təsir edən qüvvə Amper qüvvəsi adlanır və "sol əl" qaydasına uyğun olaraq tapılır.
Empirik məlumat
Daimi maqnitlər, induktorlar, relelər və ya elektrik mühərrikləri ilə işləyərkən gündəlik həyatda maqnit qarşılıqlı təsirlə qarşılaşa bilərsiniz. Onların hər birində gözə görünməyən bir maqnit sahəsi var. Bunu yalnız onun hərəkəti ilə izləmək olarhərəkət edən hissəciklərə və maqnitlənmiş cisimlərə təsir edir.
Maqnit sahəsində cərəyan keçirən keçiriciyə təsir edən qüvvə fransız fiziki Amper tərəfindən öyrənilmiş və təsvir edilmişdir. Təkcə bu qüvvə onun adı ilə deyil, həm də cari gücün böyüklüyü ilə bağlıdır. Məktəbdə Amper qanunları "sol" və "sağ" əl qaydaları kimi müəyyən edilir.
Maqnit sahəsinin xüsusiyyətləri
Anlamaq lazımdır ki, maqnit sahəsi həmişə təkcə elektrik cərəyanı mənbələri ətrafında deyil, həm də maqnitlər ətrafında yaranır. O, adətən maqnit qüvvə xətləri ilə təsvir olunur. Qrafik olaraq, sanki bir vərəq maqnitin üzərinə qoyulmuş, üzərinə dəmir yonqar tökülmüş kimi görünür. Onlar aşağıdakı şəkildəki kimi görünəcək.
Fizika üzrə bir çox məşhur kitablarda maqnit qüvvəsi eksperimental müşahidələr nəticəsində təqdim olunur. O, təbiətin ayrıca əsas qüvvəsi hesab olunur. Belə bir fikir səhvdir, əslində maqnit qüvvəsinin mövcudluğu nisbilik prinsipindən irəli gəlir. Onun yoxluğu bu prinsipi pozacaq.
Maqnit qüvvəsi ilə bağlı əsas heç nə yoxdur - bu sadəcə Kulon qanununun nisbi nəticəsidir.
Maqnitdən istifadə
Rəvayətə görə, eramızın I əsrində Maqnesiya adasında qədim yunanlar heyrətamiz xüsusiyyətlərə malik qeyri-adi daşlar kəşf etmişlər. Dəmirdən və ya poladdan hazırlanmış hər şeyi özlərinə cəlb edirdilər. Yunanlar onları adadan çıxarmağa və mülklərini öyrənməyə başladılar. Və daşlar küçənin əlinə düşəndəsehrbazlar, onlar bütün çıxışlarında əvəzolunmaz köməkçiyə çevriliblər. Maqnit daşlarının gücündən istifadə edərək, onlar çoxlu tamaşaçı cəlb edən bütöv bir fantastik şou yarada bildilər.
Daşlar dünyanın hər yerinə yayıldıqca onlar haqqında əfsanələr və müxtəlif miflər dolaşmağa başladı. Bir dəfə daşlar Çində başa çatdı, burada tapıldıqları adanın adını aldılar. Maqnitlər o dövrün bütün böyük alimlərinin tədqiqat obyektinə çevrildi. Diqqətə çatdırılıb ki, taxta şamandıranın üzərinə maqnit dəmir daşı qoysanız, onu düzəltsəniz və sonra çevirsəniz, o, əvvəlki vəziyyətinə qayıtmağa çalışacaq. Sadəcə olaraq, ona təsir edən maqnit qüvvəsi dəmir filizini müəyyən şəkildə çevirəcək.
Maqnitlərin bu xüsusiyyətindən istifadə edərək alimlər kompası icad etdilər. Ağacdan və ya mantardan hazırlanmış yuvarlaq formada iki əsas dirək çəkilmiş və kiçik bir maqnit iynəsi quraşdırılmışdır. Bu dizayn su ilə doldurulmuş kiçik bir qaba endirildi. Zaman keçdikcə kompas modelləri təkmilləşdi və daha dəqiq oldu. Onlardan təkcə dənizçilər deyil, səhra və dağlıq əraziləri kəşf etməyi sevən adi turistlər də istifadə edirlər.
Maraqlı təcrübələr
Alim Hans Oersted demək olar ki, bütün həyatını elektrik və maqnitlərə həsr etmişdir. Bir gün universitetdə mühazirə oxuyarkən tələbələrinə aşağıdakı təcrübəni göstərdi. O, adi mis keçiricidən cərəyan keçirdi, bir müddət sonra keçirici qızdı və əyilməyə başladı. Bu termal bir hadisə idielektrik cərəyanı. Şagirdlər bu təcrübələri davam etdirdilər və onlardan biri elektrik cərəyanının başqa bir maraqlı xüsusiyyətə malik olduğunu gördü. Dirijorda cərəyan axdıqda, yaxınlıqda yerləşən kompasın oxu yavaş-yavaş yayınmağa başladı. Bu hadisəni daha ətraflı tədqiq edən alim maqnit sahəsindəki keçiriciyə təsir edən sözdə qüvvəni kəşf etdi.
Maqnitlərdə amper cərəyanları
Alimlər bir maqnit yükü tapmağa çalışdılar, lakin təcrid olunmuş maqnit qütbünü tapmaq mümkün olmadı. Bu, elektrikdən fərqli olaraq, maqnit yüklərinin olmaması ilə izah olunur. Axı, əks halda, sadəcə maqnitin uclarından birini qırmaqla vahid yükü ayırmaq mümkün olardı. Bununla belə, bu, digər ucunda yeni əks qütb yaradır.
Əslində istənilən maqnit solenoiddir, onun səthində atomdaxili cərəyanlar dövr edir, onlara Amper cərəyanları deyilir. Məlum oldu ki, maqnit birbaşa cərəyanın dövr etdiyi metal çubuq kimi qəbul edilə bilər. Məhz bu səbəbdən solenoidə dəmir nüvənin daxil edilməsi maqnit sahəsini xeyli artırır.
Maqnit enerjisi və ya EMF
Hər hansı bir fiziki hadisə kimi, maqnit sahəsi də yükü hərəkət etdirmək üçün lazım olan enerjiyə malikdir. EMF (elektromotor qüvvə) anlayışı var, o, vahid yükü A0 nöqtəsindən A1 nöqtəsinə köçürmək işi kimi müəyyən edilir.
EMF Faraday qanunları ilə təsvir edilir və bu qanunlar üç fərqli fiziki cəhətdən tətbiq edilir.hallar:
- Aparılan dövrə yaradılan vahid maqnit sahəsində hərəkət edir. Bu halda, onlar maqnit emf-dən danışırlar.
- Kontur istirahətdədir, lakin maqnit sahəsinin mənbəyi özü hərəkət edir. Bu, artıq elektrik emf fenomenidir.
- Nəhayət, dövrə və maqnit sahəsinin mənbəyi sabitdir, lakin maqnit sahəsini yaradan cərəyan dəyişir.
Rəqəmlə, Faraday düsturuna görə EMF belədir: EMF=W/q.
Nəticədə, elektrohərəkətçi qüvvə hərfi mənada qüvvə deyil, çünki o, Coulom-da Joule və ya Volt ilə ölçülür. Məlum olub ki, o, dövrədən yan keçərkən keçirici elektrona verilən enerjini təmsil edir. Hər dəfə generatorun fırlanan çərçivəsinin növbəti dövrəsini edərək, elektron ədədi olaraq EMF-ə bərabər bir enerji əldə edir. Bu əlavə enerji yalnız xarici zəncirdəki atomların toqquşması zamanı ötürülə bilməz, həm də Joule istiliyi şəklində buraxıla bilər.
Lorentz qüvvəsi və maqnitlər
Maqnit sahəsində cərəyana təsir edən qüvvə aşağıdakı düsturla müəyyən edilir: q|v||B|sin a (maqnit sahəsinin yükünün məhsulu, eyni hissəciyin sürət modulları)., sahə induksiya vektoru və onların istiqamətləri arasındakı bucağın sinüsü). Maqnit sahəsində hərəkət edən vahid yükə təsir edən qüvvəyə Lorentz qüvvəsi deyilir. Maraqlı fakt ondan ibarətdir ki, Nyutonun 3-cü qanunu bu qüvvə üçün etibarsızdır. O, yalnız impulsun saxlanması qanununa tabe olur, buna görə də Lorentz qüvvəsini tapmaqda bütün problemlər ona əsaslanaraq həll edilməlidir. Gəlin necə olduğunu anlayaqsiz maqnit sahəsinin gücünü təyin edə bilərsiniz.
Problemlər və həll nümunələri
Cərəyanı olan bir keçiricinin ətrafında yaranan qüvvəni tapmaq üçün bir neçə kəmiyyəti bilmək lazımdır: yük, onun sürəti və yaranan maqnit sahəsinin induksiyasının dəyəri. Aşağıdakı problem Lorentz qüvvəsini necə hesablayacağınızı anlamağa kömək edəcək.
0,2 C induksiyalı maqnit sahəsində 10 mm/s sürətlə hərəkət edən protona təsir edən qüvvəni təyin edin (aralarındakı bucaq 90o, çünki yüklü hissəcik induksiya xətlərinə perpendikulyar hərəkət edir). Problemin həlli yükü tapmaqdan ibarətdir. Yüklər cədvəlinə baxdıqda, protonun 1,610-19 Cl yükü olduğunu görürük. Sonra, düsturdan istifadə edərək qüvvəni hesablayırıq: 1, 610-19100, 21 (düz bucağın sinusu 1-dir)=3, 2 10- 19 Nyuton.
