Mavzu: tokning magnit maydoni mavzusini o‘qitish metodikasi mundarija: kirish i-bob magnit maydon induksiya vektori va kuchlanganligi

I-BOB Magnit maydon induksiya vektori va kuchlanganligi

1. 
   Vakuumda magnit maydoni va uning kuch chiziqlari.
   

Magnit maydon yo`nalishini xarakterlash uchun ramka tekisligiga normal o`tkazamiz.

1.1.1-rasm Magnit maydon induksiya vektori va kuchlanganligi
Normalning uchidan qaraganimizda ramkadagi tok soat strelkasiga teskari yo`nalgan holda ko`rinsa, bu yo`nalish normalning musbat yo`nalishi deb qabul qilamiz.

1.1.2-rasm Magnit maydon yo‘nalishi
Boshqacha aytganda, normalning musbat yo`nalishi deb, dastasi ramkada oqayotgan tok yo`nalishi bo`ylab aylanayotgan parmaning ilgarilanma harakati yo`nalishini qabul qilamiz.
Ushbu keltirilgan namoyishlar hamda ramka tekisligiga o‘tkazilgan normal yo‘nalishlariga asosan, har qanday tokli o‘tkazgichlar atrofidagi magnit maydon yo‘nalishi parma yoki o‘ng vint qoidasiga binoan topilishi ko‘rinadi.
Agar parmaning ilgarilanma harakati to‘g’ri shakldagi o‘tkazgichdan o‘tayotgan tok bilan bir xil yo`naltirsak, u holda parma dastasining aylanish yo`nalishi magnit maydon induksiya vektori yo`nalishini ko`rsatadi.
Agar tok aylana yoki solenoid ko‘rinishidagi o‘tkazgichdan o‘tayotgan bo‘lib, tok kuchi yo‘nalishi bilan parma dastasining harakat yo‘nalishga mos tushsa, parma tig’ining ilgarilanma harakati yoki o‘ng vint uchining harakat yo‘nalishi o‘tkazgich atrofida hosil bo‘ladigan magnit maydon induksiya vektori yo‘nalishini ko‘rsatadi.
Magnit maydonni xarakterlovchi ikkinchi parametr bu magnit maydon kuch chiziqlari hisoblanadi. Kuch chiziqlarining zichligi magnit maydon induksiya vektoriga to‘g’ri proporsional bo‘ladi va bu kuch chiziqlarining yo‘nalishi parma qoidasiga asosan aniqlanadi.

1 .2. Toklarning magnit maydoni.
Tajribalar ko‘rsatadiki, magnit strelkasi tokli o‘tkazgichga yaqinilashtirilsa, magnit strelkasi o‘z o‘qi atrofida aylanishi kuzatilgan. Bu hodisani birinch bo‘lib, Eyxenvald kuzatgan.
1.2.1-rasm Magnit strelkasi tokli o‘tkazgichga yaqinilashtirilishi
Har qanday o‘tkazgich atrofida magnit maydon
hosil bo‘ladi, bu maydon o‘zgarmas magnit maydoni bilan ta’sirlanishi mumkin.
Elektr toki zaryadlangan zarrachalarning tartibli harakati bo‘lganligi uchun, zaryadlangan zarrachalar oqimi oldiga magnit strelkasi joylashtirilganda, uning o‘z o‘qi atrofida kuzatilishini birinchi bo‘lib, tajriba yo‘li bilan Ioffe kuzatdi.
H ar qanday harakatlanuvchi zaryadlangan zarrachalar atrofida magnit maydon hosil bo‘ladi, bu maydon doimiy magnit maydoni bilan ta’sirlanishi lozim. Bu ta’sirlanishning kattaligi va yo‘nalishi quyidagicha aniqlanadi:
1.2.2-rasm Tokli o‘tkazgich yaqinida va tartibli harakatdagi zaryadlangan zarrachalar
Tokli o‘tkazgich yaqinida va tartibli harakatdagi zaryadlangan zarrachalar yaqiniga magnit strelkasi yaqinlashtirtilganda (ya’ni ular orasida ma’lum masofa bo‘lishiga qaramasdan) strelka tomonidan ta’sirning sezilishi ma’lum maydon hosil bo‘lganligini ko‘rsatadi.
Har qanday tokli o‘tkazgich yoki tartibli harakatdagi zaryadlar oqimi atrofida magnit maydoni hosil bo‘ladi.
Harakatsiz turgan elektr zaryadlari orasida hosil boluvchi o‘zaro ta’sir har bir zaryad atrofida mavjud bo‘lgan elektr maydoni orqali uzatilib, Kulon qonuni bilan aniqlanar edi. Endi 1820-yillarda daniyalik olim Ersted tomonidan o‘tkazilgan, elektr hodisalari bilan magnit hodisalari orasidagi bog’lanishni ko‘rsatuvchi tajribalar bilan tanishib chiqaylik.
1.Halqasimon o‘tkazgich olib, undan tok o‘tkazamiz va unga ipak ipga osilgan zaryadlangan A sinash sharchasini yaqinlashtiramiz.
Sharchaga halqa tomonidan ta’sir etuvchi yech qanday kuchni sezmaymiz. Demak, tokli A o'tkazgichdan tashqarida elektr maydoni hosil bo‘lmay, balki o'tkazgichdan o'zgarmas tok o'tganda hosil bog’luvchi elektr maydoni butunlay o‘tkazgich ichiga joylashgan bo‘lar ekan.
2.Magnit strelka olib, uning o‘qi bo‘ylab sim tortaylik. Simdan tok o‘tganda magnit strelkasi o‘zining dastlabki vaziyatidan og’adi. Agar tokning yo‘nalishini o‘zgarztirsak, magnit strelkasining og’ish yo‘nalishi ham o‘zgaradi. Tajribaga asoslanib, tokli o‘tkazgich atrofidagi fazoda magnit strelkasini harakatga keltiruvchi qandaydir kuchlar ta’sir qiladi degan xulosaga kelamiz.
3. Elastik simga izolatsiyalangan simdan qilingan g’altakni osib, undan tok o‘tkazamiz va unga magnitni yaqinlashtiramiz. G’altakdan o'tayotgan tokning yo‘nalishiga qarab g‘altakning magnitga tortilishini yoki undan itarilishini ko‘ramiz. Tajriba magnit va tokli o‘tkazgich atrofidagi fazoda tokli o‘tkazgichni harakatga keltiruvchi qandaydir kuchlar ta’sir qilishini ko‘rsatadi.
4.Ikkita elastik to‘g’ri simni bir-birita parallel qilib vertikal ravishda o‘rnatamiz. Shu simlardan tok o‘tkazsak, ular bir-biriga ta’sir qiladi. Agar toklar qarama-qarshi yo‘nalishlarda boisa, o‘tkazgichlar itarishadi, toklar bir yo‘nalishda bo‘lsa, o‘zaro tortishadi.
5.Agar metall o‘tkazgichlarni suyultirilgan kislota eritmasi bilan toidirilgan shisha nay bilan toidirib, unga metall sim tushirib tok o‘tkazsak hamda simlarni ulanish qutblarini almashtirib tursak, nay yonida turgan magnit strelkasining holati tok yo'nalishi о‘zgarishiga qarab o‘zgarganligini ko‘ramiz. Demak, bu holda ham magnit strelkasiga ta’sir etuvchi kuch mavjud bolar ekan.
6.Amper uzun to‘g’ri simdan yasalgan g’altak (solenoid) ni shunday o‘rnatadiki, unga tashqi ta’sir bo'lganda erkin siljiy oladi. U solenoiddan tok o‘tkazib, uning bir uchiga to‘g’ri doimiy magnitning shimoliy qutbini yaqinlashtirsa, undan itariladi, janubiy qutbini yaqinlashtirsa esa yaqinlashganini, ya’ni tortilganini kuzatadi.
Bu vaqtda tokli solenoid xuddi to‘g‘ri magnitdek ta’sirlashganligini ko‘ramiz. Maydon yo‘nalishini keyingi paragrafda qanday aniqlashini koiamiz. Tokli o‘lkazgichlarning o‘zaro ta’siriga О‘zaro magnit ta ‘sir deyiladi.
Demak, yuqoridagi tajribalarga asoslanib, tokli o‘tkazgichlar atrofidagi fazoda tokli o‘tkazgichlami harakatga keltiruvchi qandaydir kuchlar ta’sir qiladi degan xulosaga kelamiz. Bu tajribalarning hammasi toklar o"zaro ta’sir etganda, magnit tokka yoki tok magnitga ta’sir qilganda namoyon boladigan kuchlarning tabiati bir xil degan xulosaga olib keladi. Bu kuchlar magnit kuchlari deyiladi. Tinch holatda turgan elektr zaryadlari atrofidagi fazoda elektr maydon hosil bolgani kabi, toklar atrofidagi ham tokli o‘tkazgichga ta’sir etuvchi materiyaning maxsus shakli boigan magnit maydon hosil boiadi. Mana shu magnit maydonlar magnit kuchlarining manbaidir Bu olkazilgan tajribalardan ko‘rinadiki, elektr toki, ya’ni harakatlanayotgan elektr zaryadlari mavjud boigan hamma yerda magnit maydonlari ham boiadi. Demak, elektr toki bilan magnit maydonni bir-biridan ajratib bolmaydi. Magnit maydonni tok (harakatlanayotgan zaryad) hosil qiladi; magnit maydonning mavjud ekanligi tokka (harakatlanayotgan zaryadga) ta’siri orqali aniqlanadi. Bu magnit maydonning asosiy xusu- siyatlaridir. Olkazgichda tok hosil bolgandagina magnit maydon vujudga kelganidan, tokni ko‘pincha, magnit maydon manbai deb qaraladi. Magnit maydon modda emas, balki alohida zarralardan mujas- samlangan moddadan tamomila farqli ravishda materiyaning fazoda uzluksiz mavjud boigan turidir. Magnit maydon materiya bolgani uchun energiyaga ega. Magnit maydon energiyasi fazoda uzluksiz laqsimlangan. Tokli olkazgichlarning magnit maydoni cheksiz deyiladi. biroq masofa ortishi bilan magnit kuchlari juda tez zaiflashadi. Shuning uchun amalda magnit kuchlarining ta’sirini tokli olkazgichga yaqin masofalardagina sezish mumkin.
Magnit maydon induksiya vektori va kuchlanganligi. Magnit maydon xossalarini tekshirish uchun buralish deformatsiyasini seza oladigan, ingichka ipga osib qo`yilgan ramkadan foydalanamiz.
Agar tokli ramka, tok o‘tayotgan o‘tkazgichga yaqin keltirilsa, u o‘z o‘qi atrofida aylanishi kuzatiladi.

1.2.3-rasm Tokli o‘tkazgich va ramkaning o‘zaro ta’siri

Ushbu tajribani magnit maydonida joylashgan ramka misolida ham kuzatiladi.

1.2.4-rasm Magnit maydoniga kiritilgan tokli ramka Animatsiyasidan fragment.

Ushbu o‘tkazilgan tajribalar va animatsiya namoyishlaridan ko‘rinadiki, tokli ramka magnit maydoniga kiritilganda u o‘z o‘qi atrofida aylanadi. Demak, magnit maydonidagi tokli ramkaga ma’lum kuch momenti ta’sir etadi va bu kuch momentining kattaligi o‘tkazgichdan o‘tayotgan tok kuchi va ramkaning kesim yuzasiga to‘g’ri proporsional bo‘ladi.
Tenglamaga proporsionallik koeffitsiyenti B ni kiritamiz va B magnit maydon xossasini xarakterlovchi fizikaviy parametr hisoblanadi va unga magnit maydon induksiya vektori deyiladi. Uning qiymati
(1.2.1)
Bu yerda P_m ramkaning magnit momenti hisoblanadi va u
P_m = IS (1.2.2) ga teng.
Har bir sinov konturga ta`sir etuvchi aylantiruvchi kuch momentining ramkani magnit momentiga nisbati magnit maydonning ayni nuqtasi uchun o`zgarmas kattalik bo`ladi. Magnit maydonning miqdoriy xarakteristikasi vazifasini bajaradigan bu nisbat magnit induksiyasi B deb ataladigan vektor kattalikni ifodalaydi. SI tizimida magnit induksiya birligi sifatida magnit maydon shunday nuqtasining magnit induksiyasi qabul qilinishi kerakki, bu nuqtaga kiritilgan magnit momenti 1 A<sup>.</sup>m<sup>2</sup> bo`lgan yassi konturga magnit maydoni tomonidan ta`sir etadigan aylantiruvchi momentining maksimal qiymati 1N<sup>.</sup>m ga teng bo`lishi lozim. Bu birlik Tesla (Tl) deb ataladi:
(1.2.3)
Har qanday ko‘rinishdagi o‘tkazgichlardan elektr toki o‘tganda, uning atrofida hosil bo‘ladigan magnit maydon yo‘nalishini aniqlash uchun quyidagi tajribalarni amalga oshiramiz

1.2.5-rasm To‘g’ri shakldagi o‘tkazgichdan tok o‘tganda magnit maydon kuch chiziqlari yo‘nalishi

To‘g’ri shakldagi o‘tkazgichdan tok o‘tganda magnit maydon kuch chiziqlari yo‘nalishini tavsiflovchi animatsiyadan fragment

1.2.6-rasm Aylana shakldagi o‘tkazgichdan tok o‘tganda magnit maydon kuch

chiziqlari yo‘nalishini tavsiflovchi animatsiyadan fragment

1.2.7-rasm Solenoiddan tok o‘tganda magnit maydon kuch chiziqlari yo‘nalishini tavsiflovchi animatsiyadan fragment.