Magnit hodisalari shundan beri ma'lum qadimgi dunyo. Kompas 4500 yil oldin ixtiro qilingan. Evropada miloddan avvalgi 12-asrda paydo bo'lgan. Biroq, faqat 19-asrda elektr va magnitlanish o'rtasidagi bog'liqlik kashf qilindi va g'oya paydo bo'ldi. magnit maydon.

Magnit maydon 4 - elektro komponent magnit maydon, bu vaqt o'zgaruvchan mavjudligida paydo bo'ladi elektr maydoni. Vaqt o'zgaruvchan elektr maydoni zaryadlangan zarrachalarning oqimi yoki atomlardagi elektronlarning magnit momentlari (doimiy magnitlar) bilan yaratilishi mumkin.

19-asr olimlari ikkita belgining magnit zaryadlari deb ataladigan narsalarni (masalan, magnit ignaning shimoliy shimoliy va janubiy S qutblarini) hisobga olgan holda, elektrostatikaga o'xshash magnit maydon nazariyasini yaratishga harakat qilishdi. Biroq, tajriba shuni ko'rsatadiki, izolyatsiya qilingan magnit zaryadlar mavjud emas.

Oqimlarning magnit maydoni elektr maydonidan tubdan farq qiladi. Magnit maydon, elektr maydonidan farqli o'laroq, faqat harakatlanuvchi zaryadlarga (oqimlarga) kuch ta'siriga ega.

Magnit maydonni tavsiflash uchun maydonga o'xshash kuch xarakteristikasi bilan tanishish kerak vektorkuchlanish Elektr maydoni. Bunday xarakteristika magnit induksiya vektori B hisoblanadi. Magnit induksiya vektori B magnit maydondagi oqimlarga yoki harakatlanuvchi zaryadlarga ta'sir qiluvchi kuchlarni belgilaydi.

V vektorning musbat yo'nalishi S janubiy qutbidan magnit maydonda erkin o'rnatilgan magnit igna N shimoliy qutbiga yo'nalish sifatida qabul qilinadi. Shunday qilib, oqim yoki doimiy magnit tomonidan yaratilgan magnit maydonni kichik magnit igna yordamida tekshirib, fazoning har bir nuqtasida B vektorining yo'nalishini aniqlash mumkin.Bunday o'rganish fazoviy tuzilishini tasavvur qilish imkonini beradi. magnit maydon. Xuddi shunday kuch chiziqlari elektrostatikada siz qurishingiz mumkin magnit induksiya chiziqlari, uning har bir nuqtasida B vektori tangensial yo'naltirilgan. Doimiy magnit va oqim bo'lgan lasan maydonlarining magnit induktsiya chiziqlariga misol rasmda ko'rsatilgan. 2.

Doimiy magnit va bobinning magnit maydonlarining oqim bilan o'xshashligiga e'tibor bering. Magnit induktsiya chiziqlari doimo yopiq, ular hech qanday joyda buzilmaydi. Bu magnit maydonning manbalari - magnit zaryadlari yo'qligini anglatadi. kuch maydonlari bu xususiyatga ega bo'lganlar deyiladi girdob. Magnit induktsiyaning rasmini magnit maydonda magnitlangan va kichik magnit ignalar kabi induksiya chiziqlari bo'ylab yo'naltirilgan kichik temir qoplamlar yordamida kuzatish mumkin.

Magnit maydonni miqdoriy tavsiflash uchun faqat B vektorining yo'nalishini emas, balki uning modulini ham aniqlash usulini ko'rsatish kerak. Buning eng oson yo'li - o'rganilayotgan magnit maydonga tok o'tkazuvchi o'tkazgichni kiritish va bu o'tkazgichning alohida to'g'ri uchastkasiga ta'sir qiluvchi kuchni o'lchash. Supero'tkazuvchilarning ushbu bo'limi magnit maydonning bir hil bo'lmagan hududlari o'lchamlari bilan solishtirganda etarlicha kichik bo'lgan Dl uzunligiga ega bo'lishi kerak. Amperning tajribalari shuni ko'rsatdiki, o'tkazgichning bir qismiga ta'sir qiluvchi kuch tok kuchi I ga, bu qismning uzunligi Dl ga va oqim yo'nalishlari va magnit induksiya vektori orasidagi a burchakning sinusiga mutanosibdir:

Umumiy holatda Amper kuchi quyidagi munosabat bilan ifodalanadi:

Tesla juda katta birlikdir. Yerning magnit maydoni taxminan 0,5·10 -4 T ga teng. Katta laboratoriya elektromagniti 5 T dan ortiq bo'lmagan maydon hosil qilishi mumkin.

Amper kuchi magnit induksiya vektori B ga va o'tkazgichdan o'tadigan oqim yo'nalishiga perpendikulyar yo'naltiriladi. Amper kuchining yo'nalishini aniqlash uchun odatda foydalaniladi chap qo'l qoidasi: o'rnatilgan bo'lsa chap qo'l Shunday qilib, B induksiya chiziqlari kaftga kiradi va cho'zilgan barmoqlar oqim bo'ylab yo'naltiriladi, keyin tortilgan bosh barmog'i o'tkazgichga ta'sir qiluvchi kuchning yo'nalishini ko'rsatadi (3-rasm).

Agar B vektor yo'nalishlari va o'tkazgichdagi oqim orasidagi a burchak 90 ° dan farq qilsa, u holda F Amper kuchining yo'nalishini aniqlash uchun undan foydalanish qulayroqdir. gimlet qoidasi: xayoliy gimlet B vektori va oqim bilan o'tkazgichni o'z ichiga olgan tekislikka perpendikulyar joylashgan, so'ngra uning tutqichi oqim yo'nalishidan B vektorining yo'nalishiga aylantiriladi. Gimletning tarjima harakati yo'nalishini ko'rsatadi. Amper kuchi F (3-rasm). Gimlet qoidasi ko'pincha deyiladi o'ng vida qoidasi.

Har xil konfiguratsiyadagi toʻgʻridan-toʻgʻri oqimlarning magnit maydoni fransuz olimlari J. Biot va F. Savard (1820) tomonidan eksperimental tarzda oʻrganilgan. Ular o'tkazgich orqali o'tadigan oqimlarning magnit maydonining induksiyasi o'tkazgichning barcha alohida bo'limlarining birgalikdagi harakati bilan belgilanadi degan xulosaga kelishdi. Magnit maydon unga bo'ysunadi superpozitsiya printsipi:

Agar magnit maydon oqim bilan bir nechta o'tkazgichlar tomonidan yaratilgan bo'lsa, unda hosil bo'lgan maydonning induksiyasi har bir o'tkazgich tomonidan alohida yaratilgan maydonlar induksiyalarining vektor yig'indisidir.

Oqim bilan o'tkazgichning B induksiyasi o'tkazgichning alohida bo'limlari tomonidan yaratilgan elementar induksiyalarning vektor yig'indisi sifatida ifodalanishi mumkin.

Eksperimental ravishda, o'tkazgichning alohida qismini oqim bilan amalga oshirish mumkin emas, chunki to'g'ridan-to'g'ri oqimlar doimo yopiq. Faqat barcha oqim elementlari tomonidan yaratilgan magnit maydonning umumiy induksiyasini o'lchash mumkin. Biot-Savart qonuni Oqim I bo'lgan o'tkazgichning Dl kichik kesimida hosil bo'lgan magnit maydonning magnit induksiyasiga hissasini aniqlaydi.

Bu yerda r - berilgan kesimdan Dl kuzatuv nuqtasigacha bo'lgan masofa, a - kuzatuv nuqtasiga yo'nalish va ushbu kesimdagi oqim yo'nalishi orasidagi burchak, m 0 - magnit doimiy. Vektorning yo'nalishi aniqlanadi gimlet qoidasi.

Ishning maqsadi: doimiy magnitning magnit maydonining induksiyasini o'lchash; magnit induksiya liniyalarining eksperimental qurilishi.

Nazariy kirish

Yer yuzasining har bir nuqtasida magnit igna - (aralashuv bo'lmasa) qat'iy belgilangan yo'nalishni oladi: bir uchi bilan u taxminan geofizik shimolga, ikkinchisi esa janubga yo'naltiriladi. Magnit ignaning shimolga ishora qiluvchi uchi shartli ravishda shimol (N), qarama-qarshi uchi esa janub (S) deb ataladi.

Agar kosmosning ma'lum bir hududida magnit igna uni ma'lum bir yo'nalishda o'rnatishga moyil bo'lgan kuchlar ta'sirida bo'lsa, biz u erda magnit maydon borligini aytamiz. Kompas ignasining magnit maydonidagi harakati (Yer yoki boshqa manba) sizga kirishga imkon beradi magnit induksiya chiziqlari elektr maydonining kuch chiziqlariga o'xshash. Qaysidir ma'noda, bu yanada yaxshi: o'qning o'zi u joylashgan nuqtada maydon chizig'ining yo'nalishini ko'rsatadi. Magnit maydonning asosiy xarakteristikasi magnit induksiya vektori orqali o'tadigan kuch chizig'iga teginish berilgan nuqta. Bu qiymat magnit maydonning ma'lum bir nuqtasiga joylashtirilgan cheksiz kichik magnit ignaning shimoliy uchiga ta'sir qiluvchi kuchga mutanosibdir. Maydonning turli nuqtalarida kattalik va yo'nalishdagi induksiya turli qiymatlarga ega. Kuch chizig'idan farqli o'laroq, magnit induksiya chiziqlari elektrostatik maydon har doim yopiq. Magnit maydonning kuch chiziqlari yordamida tasviri nafaqat yo'nalish haqida, balki magnit induksiyaning kattaligi haqida ham ba'zi fikrlarni beradi. Magnit maydonning, shuningdek elektr maydonining kuch chiziqlarini shunday zichlik bilan chizish odatiy holdirki, ularga perpendikulyar bo'lgan sirtning birlik maydonini kesib o'tadigan chiziqlar soni magnit induksiyaning kattaligiga mutanosib bo'ladi. bu sirt ichida (sirt etarlicha kichik deb hisoblanadi). Shu bilan birga, magnit induktsiya kuchaygan joylarda kuch chiziqlari qalinlashadi va zaiflashgan joylarda ular kam uchraydi.

13.1-rasmda eng oddiy magnit maydonlarning magnit induksiya chiziqlari - to'g'ridan-to'g'ri o'tkazgich va solenoid maydonlarining ko'rinishi ko'rsatilgan. Ko'rinib turibdiki, magnit induksiya chiziqlari maydon hosil qiluvchi oqim o'tkazuvchi o'tkazgichni qamrab oladi. Supero'tkazuvchilar yaqinida ular o'tkazgichga perpendikulyar tekisliklarda yotadi. Induksiya chiziqlarining yo'nalishi qoida bilan belgilanadi o'ng vint (gimlet): agar siz gimletni o'tkazgichdagi oqim zichligi vektori yo'nalishi bo'yicha burasangiz, u holda gimlet tutqichining harakat yo'nalishi magnit induksiya chiziqlari yo'nalishini ko'rsatadi.

13.2-rasm, a doimiy chiziqli magnit maydonining maydon chiziqlarini ko'rsatadi. Chiziqlar magnitning shimoliy qutbidan chiqib, janubga kirib, magnit ichida yopilishi odatda qabul qilinadi.

Tajribaga asoslanib, qarama-qarshi qutblar o'ziga tortadi, qutblar esa qaytaradi. Shu ma'noda magnitlarning o'zaro ta'siri zaryadlangan jismlarning o'zaro ta'siriga o'xshaydi. Kompas ignasining xatti-harakati, Yerning massasi tufayli tortishish maydoni mavjud bo'lgani kabi, yer magnitlanishi ham mavjudligini anglatadi. Shimolga qaragan o'qning uchi shimoliy qutb deb atalganligi va qarama-qarshi qutblar tortilganligi sababli, janubiy magnit qutb Yerning shimoliy geografik qutbi yaqinida joylashgan. Boshqacha aytganda, Yerning magnit maydoni (Yerdan tashqarida) geografik janubdan shimolga yo'naltirilgan (13.2.b-rasm).

13.1, c va 13.2, a-rasmlarni taqqoslashdan ko'rinib turibdiki, solenoiddan tashqaridagi magnit maydon bar magnitining magnit maydoniga o'xshaydi. Magnitning shimoliy qutbi solenoidning uchiga to'g'ri keladi, undan bobinlardagi oqim soat sohasi farqli o'laroq ko'rinadi. Doimiy magnitning magnit induktsiya chiziqlari uning shimoliy qutbidan chiqib, janubga kiradi. Bir qarashda, elektrostatik maydonning chiziqlari bilan to'liq o'xshashlik mavjud bo'lib tuyuladi va magnitning qutblari magnit maydon hosil qiluvchi magnit zaryadlar rolini o'ynaydi. Elektrostatik maydon E elektr zaryadlari tomonidan hosil bo'ladi va ularga ta'sir qiladi, bu ramziy ma'noda quyidagicha tasvirlangan:

elektr zaryadi → → elektr zaryadi.

Magnitning ikkita qutbi nosimmetrik munosabatni bildiradi:

magnit zaryad → → magnit zaryad.

Biroq, magnit va elektr hodisalari o'rtasidagi simmetriya unchalik oddiy emasligi ma'lum bo'ldi. Agar alohida jismlar faqat ijobiy yoki faqat manfiy zaryadlanishi mumkin bo'lsa, chunki elementar zaryadlangan zarralar mavjud - ikkita elektr zaryadini tashuvchilar. turli xil turlari, - u holda magnit qutblardan birini qarama-qarshi tomondan ajratish mumkin emas. Agar siz magnitni ikki qismga bo'lsangiz, unda har bir qism yana uchlarida qarama-qarshi qutblarga ega bo'lgan mustaqil magnit kabi harakat qiladi (13.3-rasm).

Agar bo'linish paytida biz magnitni alohida atomlarga ajratadigan nuqtaga erishsak nima bo'ladi? U holda shimoliy qutbni janubdan ajratish mumkinmi? Yo'q, hatto alohida atomlar ham o'zini mikroskopik kabi tutadi, ammo shunga qaramay, shimoliy va janubiy qutblarga ega "to'liq huquqli" magnitlar. Aniqlanishicha, hatto alohida elementar zarralar ham (masalan, elektronlar) mikromagnitdir. Hozirgi vaqtda tabiatda elektr zaryadlariga o'xshash alohida magnit zaryadlar (monopollar) mavjud bo'lishi mumkinligi to'g'risida eksperimental dalillar yo'q. Elektr zaryadlaridan farqli o'laroq, erkin magnit "zaryadlar" tabiatda mavjud emas. Ular ham qutblarda emas. doimiy magnitlar. Shuning uchun magnit induksiya chiziqlari qutblarda buzilmaydi.

Chiziqli magnitlar va solenoidlarning magnit maydonlari o'rtasidagi to'liq o'xshashlik frantsuz fizigi A. Amperga (1821-1822) doimiy magnitlarning magnit xossalari ularda mavjud bo'lgan mikrotoklar bilan bog'liq degan gipotezani ifodalashga imkon berdi. Amper bu mikrotoklarning tabiati va tabiati haqida hech narsa deya olmadi, chunki o'sha paytda materiyaning tuzilishi nazariyasi hali boshlang'ich bosqichida edi. Elektron kashf etilgandan va atom va molekulalarning tuzilishi aniqlangandan keyingina, ya’ni qariyb 100 yildan so‘ng Amper gipotezasi ajoyib tarzda tasdiqlandi va moddaning magnit xossalari haqidagi zamonaviy g‘oyalarga asos bo‘ldi. Amperning gipotetik mikrotoklari oddiy va aniq talqinni oldi: ular atomlar, molekulalar va ionlardagi elektronlarning harakati bilan bog'liq.

Ma'lum bo'lishicha, magnit maydon harakatlanuvchi elektr zaryadlari orqali hosil bo'ladi va o'z navbatida ularga ta'sir qiladi, shuning uchun bizning sxemamiz quyidagi shaklni oladi:

harakatlanuvchi elektr zaryadi → → harakatlanuvchi elektr zaryadi.

Kundalik hayotda biz odatda kichik narsalar bilan shug'ullanamiz elektrostatik zaryadlar. Shu bilan birga, o'tkazgichning kesimidan oqib o'tadigan zaryad, hatto kichik oqimda ham, metalldagi elektronlarning katta kontsentratsiyasi tufayli katta. Shuning uchun, birinchi bo'lishi ajablanarli emas eksperimental kuzatishlar elektr tarmog'iga ulanish va magnit hodisalari quyidagicha amalga oshirildi:

elektr toki → → elektr toki.

Agar biz o'qni bu bog'liqlikning eksperimental tasdig'i sifatida tushunadigan bo'lsak, unda ulardan birinchisi (oqim orqali magnit maydon hosil qilish) daniyalik olim G. X. Oersted tomonidan "bajarilgan".

1820 yilda Oersted eksperimental ravishda oqim o'tkazuvchi o'tkazgichlar magnit igna bilan ham o'zaro ta'sir qilishini aniqladi. O'tkazgich yaqinida joylashgan magnit ignaning holati oqimning kattaligi va yo'nalishi o'zgarishi bilan o'zgaradi, lekin o'q statsionarga umuman ta'sir qilmaydi. elektr zaryadlari. Bundan haqiqatan ham shunday xulosa qilishimiz mumkinki, faqat harakatlanuvchi elektr zaryadlari (elektr toki) magnit maydon hosil qilish qobiliyatiga ega va statsionar zaryadlar atrofida faqat elektrostatik maydon mavjud. Kosmosda oqim o'tkazuvchi o'tkazgichlar yaqinida paydo bo'ladigan magnit maydon, masalan, qattiq zaryadlar tufayli yuzaga keladigan elektr maydoni, moddaning turlaridan biridir.

Endi magnit induksiya vektorining miqdoriy ta'rifini beraylik . Tajribalar shuni ko'rsatadiki, bu sohada harakatlanuvchi zaryadlangan zarrachaga magnit maydondan ta'sir qiluvchi kuch quyidagi qonunlarga bo'ysunadi:

a) kuch har doim zarrachaning tezlik vektoriga perpendikulyar;

b) nisbat zaryadga bog'liq emas q zarralar, na uning tezligi moduli bo'yicha;

c) maydonning ma'lum bir nuqtasida zarracha tezligining yo'nalishini o'zgartirganda, kuch moduli) maksimal qiymatga o'zgaradi. F max , bu nafaqat ga, balki berilgan nuqtadagi qiymatga ham bog'liq quvvat xususiyatlari maydonlar - magnit induksiya vektorlari . Ta'rifga ko'ra, vektorning moduli teng:

Shunday qilib, magnit induksiya soni jihatidan zaryadlangan zarrachaga magnit maydon tomonidan ta'sir etuvchi kuchning zaryadning mutlaq qiymati va zarracha tezligining mahsulotiga nisbatiga teng bo'ladi, agar zarracha tezligining yo'nalishi shunday bo'lsa, bu kuch maksimal hisoblanadi. Vektor kuch vektoriga va tezlik vektoriga perpendikulyar yo'naltirilgan va vektorlari , va o'ng uchlikni hosil qiladi.

(13.1) formuladan foydalanib, zarracha tezligi vektorga perpendikulyar bo'lgan taqdirdagina magnit maydondan unda harakatlanuvchi zaryadlangan zarrachaga ta'sir etuvchi kuchni topish mumkin. . Umuman olganda, bu kuch quyidagilarga teng:

Kuch moduli:

, (13.3)

bu yerda a - vektorlar orasidagi burchak va .

Kuch zaryadlangan zarrachaning tezligiga perpendikulyar yo'naltiriladi va zarrachaga faqat normal tezlanish beradi, ya'ni u hech qanday ish qilmaydi va faqat zarracha traektoriyasining egriligiga sabab bo'ladi.

Formula (13.2) bilan tavsiflangan kuch elektromagnit maydondagi zarrachaga ta'sir qiluvchi Lorents kuchining magnit komponentidir. Umuman olganda, zarrachaga ham elektr, ham magnit maydonlari ta'sir qilganda, Lorents kuchi deb ataladigan natijada paydo bo'ladigan kuch ikkita komponent - elektr va magnitning yig'indisiga teng bo'ladi:

. (13.4)

Ba'zan Lorentz kuchi faqat kuchning magnit komponenti sifatida tushuniladi. Lorents kuchining elektr va magnit komponentlarga bo'linishi nisbiydir, ya'ni bu komponentlar mos yozuvlar ramkasini tanlashga bog'liq.

O'tkazgichlarda elektr toki urishi magnit maydonda joylashgan, Amper kuchlari harakat qiladi. Oqim o'tkazuvchi o'tkazgichning kichik elementiga qo'llaniladigan amper kuchi I, ga teng vektor yig'indisi o'tkazgichda harakatlanuvchi oqim tashuvchilarga magnit maydon tomonidan ta'sir qiluvchi kuchlar. Supero'tkazuvchilarning kesimi bo'lsa S, va uning uzunligi dl, keyin bu jildda dV=Sdl konsentrlangan dN=ndV=nSdl joriy tashuvchilar ( n joriy tashuvchilarning kontsentratsiyasi). Ularning umumiy to'lovi , qaerda q 0 har bir joriy tashuvchining zaryadidir. Sayohat tezligi i-th tok tashuvchisi xaotik issiqlik harakati tezligi va yo'naltirilgan harakat tezligi yig'indisi :. Ta'sir qiluvchi kuch i-induksiya bilan magnit maydonining yon tomonidagi zaryad ga teng . Kerakli Amper kuchi hamma uchun kuchlar yig'indisiga teng dN tashuvchilar:

Bu erda zaryad tashuvchilarning issiqlik harakatining tasodifiyligi tufayli hisobga olinadi . Hozirgi zichlik va oqim kuchi bo'lgani uchun (13.5) dan biz Amper kuchini olamiz:

, (13.6)

elektr toki yo'nalishi bo'yicha chizilgan joriy element vektori qaerda. Amper kuch qiymati

, (13.6a)

bu yerda a - va orasidagi burchak.

Supero'tkazuvchilar elementga ta'sir qiluvchi kuchning ifodasini oldik. Aniqlash uchun to'liq quvvat o'tkazgichga ta'sir qilib, uning uzunligi bo'ylab (13.6) ni birlashtirishimiz kerak. Bunday integratsiya bir xil magnit maydondagi to'g'ri o'tkazgich uchun ahamiyatsiz bo'ladi:

, (13.7a)

bu yerda a - va orasidagi burchak. Amper kuchining yo'nalishi qoida bilan belgilanadi vektor mahsuloti: oldinga harakat o'ng vint kuch vektorining yo'nalishini ko'rsatadi, agar tekislikda ( , ) vintni dan ga aylantirsa.

Amper qonunidan (13.6) kelib chiqadiki, agar oqim o'tkazuvchi element magnit induksiya chiziqlariga perpendikulyar bo'lsa, kuch maksimal bo'ladi:

,

Shunday qilib, magnit induksiya son jihatdan bitta oqim elementiga ta'sir qiluvchi maksimal kuchga teng .

Magnit maydonga tok qo'yilgan to'rtburchaklar sxema bo'lsin (13.4-rasm). Ramka uzunligining yon tomonlariga ta'sir qiluvchi kuchlar a, rasm tekisligida yotgan, bir-biriga teng va rasm tekisligiga perpendikulyar bir to'g'ri chiziq bo'ylab qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltirilgan bo'lib, ular bir-birini to'liq muvozanatlashtiradi. Uzunlikdagi tomonlar l, ga perpendikulyar bo'lib, ularning har biriga teng Amper kuchi ta'sir qiladi F=F 1 =F 2 =IlB. Bu kuchlar qarama-qarshi yo'nalishda, lekin bitta to'g'ri chiziq bo'ylab yo'naltirilmagan, ular konturni uning tekisligi perpendikulyar bo'ladigan tarzda aylantirishga moyildirlar (bu holda konturga birlik normal vektor parallel bo'ladi, normal orasidagi burchak. va nolga teng bo'ladi: a=0; bu - ramkaning muvozanat holati). Bir juft kuch momenti va teng

Hozirgacha biz oqim o'tkazuvchi o'tkazgichlar tomonidan yaratilgan magnit maydonni ko'rib chiqdik. Biroq, magnit maydon hosil bo'ladi va doimiy magnitlar, unda elektr toki yo'q, ya'ni zaryadlangan zarralar o'tkazgich bo'ylab yo'naltirilgan harakatni amalga oshirmaydi. Oersted kashf etilishidan oldin ham doimiy magnitlarning magnit maydonini borligi bilan tushuntirishga harakat qilingan. magnit zaryadlar tanada joylashgan, xuddi elektr zaryadlari elektr maydonini hosil qilganidek. Magnitning qarama-qarshi qutblari turli belgilardagi magnit zaryadlarning kontsentratsiyasi deb hisoblangan. Biroq, birinchi qiyinchilik bu qutblarni ajratishning mumkin emasligi edi. Bar magnitini kesib bo'lgandan keyin shimoliy va janubiy qutblarni ajratish mumkin emas edi- ikkita magnit paydo bo'ldi, ularning har birida shimoliy va ham bor edi Janubiy qutb. Magnit zaryadlarni ("monopollar") qidirish bugungi kungacha davom etmoqda va hozirgacha muvaffaqiyatga erishmadi. Amper tabiiyroq tushuntirishni taklif qildi. Oqimli bobin shtrixli magnit maydoniga o'xshash maydon hosil qilganligi sababli, Amper materiyada, to'g'rirog'i atomlarda shunday bo'lishini aytdi. zaryadlangan zarralar dumaloq harakat qiladi va shu tariqa aylana "atom" oqimlarini hosil qiladi.

Bu fikr Ruterfordning keyinchalik taklif qilgan atom modeli bilan yaxshi mos edi. Oddiy holatda materiya nima uchun amalda magnit xossalarini ko'rsatmasligi ham aniq. Turli xil "bo'laklar" maydonlari qo'shilishi uchun ularni rasmda ko'rsatilganidek joylashtirish kerak, shunda ularning maydonlari bir xil yo'nalishda yo'naltiriladi. Ammo issiqlik harakati tufayli ularning yo'nalishlari barcha yo'nalishlarda bir-biriga nisbatan tasodifiy yo'naltirilgan. Magnit maydonlar vektor qonuniga ko'ra qo'shilganligi sababli, umumiy maydon nolga teng. Bu ko'pchilik metallar va boshqa moddalar uchun amal qiladi. Atom oqimlarini tartibga solish faqat ferromagnitlar deb ataladigan ba'zi metallarda mumkin. Ularda magnit xususiyatlar juda sezilarli darajada namoyon bo'ladi. Ko'pgina metallar, masalan, mis va alyuminiy, sezilarli magnit xususiyatlarini ko'rsatmaydi, masalan, magnitlangan bo'lishi mumkin emas. Ko'pchilik mashhur misol ferromagnit - temir. Atomning o'lchamiga nisbatan (10 -6 -10 -4 sm) nisbatan katta maydonlar mavjud - domenlar, unda atom oqimlari allaqachon qat'iy tartibga solingan. Mintaqalar o'zlari tasodifiy ravishda bir-biriga nisbatan joylashgan - metall magnitlangan emas. Uni magnit maydonga joylashtirish orqali biz domenlarni tartiblangan holatga o'tkazishimiz mumkin - metallni magnitlash va tashqi maydonni olib tashlash orqali biz uning magnitlanishini saqlab qolamiz. Magnitlanish jarayonida tashqi maydon bo'ylab atom oqimlarining yo'nalishi bo'lgan domenlar o'sib boradi, boshqalari esa kamayadi. Biz magnit maydonda toki bo'lgan g'altakning Amper kuchi bilan aylantirilishini ko'rdik, shunda uning magnit maydoni tashqi maydon bo'ylab o'rnatiladi. Bu lasanning muvozanat holati bo'lib, u egallashga intiladi. Tashqi maydon o'chirilgandan so'ng, atom oqimlarining yo'nalishi saqlanib qoladi. Ba'zi po'lat navlari magnitlanishini juda barqaror saqlaydi - ular doimiy magnitlar qilish uchun ishlatilishi mumkin. Boshqa navlar osongina qayta magnitlanadi, ular elektromagnitlarni ishlab chiqarish uchun javob beradi. Agar ferromagnit tayoq solenoidga joylashtirilsa, unda hosil bo'lgan maydon 10-20 ming marta ortadi.

Shunday qilib, magnit maydon har doim elektr toki bilan yaratiladi, yoki o'tkazgich orqali oqayotganda, zaryadlar atomikdan ko'p marta katta masofada harakat qilganda (bunday oqimlar deyiladi) makroskopik), yoki mikroskopik(atom) oqimlari.

Yerning magnit maydoni. Magnit maydon va undan amaliy maqsadlarda foydalanish haqidagi birinchi kuzatishlardan biri Yer magnit maydonini aniqlash edi. DA qadimgi Xitoy shimolga yo'nalishni aniqlash uchun magnit igna (bar magnit) ishlatilgan, bu ham zamonaviy kompaslarda amalga oshiriladi. Shubhasiz, Yerning ichki qismida kichik (taxminan 10 -4 T) magnit maydon paydo bo'lishiga olib keladigan ba'zi oqimlar mavjud. Agar u Yerning aylanishi bilan bog'liq deb faraz qilsak, uning ichida uning o'qi atrofida aylana oqimlari mavjud va tegishli magnit maydon (g'altakning maydoni kabi) uning aylanish o'qi bo'ylab Yerning ichiga yo'naltirilishi kerak. Induksiya chiziqlari rasmda ko'rsatilgandek bo'lishi kerak.

Ko'rinib turibdiki, Yerning shimoliy magnit qutbi uning janubiy geografik qutbi yaqinida joylashgan. Induksiya chiziqlari kosmosda yaqin va er yuzasiga yaqin ular geografik meridianlar bo'ylab yo'naltirilgan. Aynan ular bo'ylab shimoliy yo'nalishda magnit ignaning shimoliy uchi o'rnatiladi. Yana bir muhim hodisa Yerning magnit maydoni bilan bog'liq. Kosmosdan yer atmosferasiga katta miqdor keladi elementar zarralar, ba'zilari yuklangan. Magnit maydon ular uchun xavfli bo'lishi mumkin bo'lgan pastki atmosferaga kirish uchun to'siq bo'lib xizmat qiladi. Zaryadlangan zarrachaning magnit maydonda Lorents kuchi taʼsirida harakatini koʻrib chiqsak, u magnit maydon induksiyasi chizigʻi boʻylab spiral chiziq boʻylab harakatlana boshlaganini koʻrdik. Bu atmosferaning yuqori qatlamidagi zaryadlangan zarralar bilan sodir bo'ladi. Chiziqlar bo'ylab harakatlanib, ular qutblarga "tarkadi" va geografik qutblar yaqinidagi atmosferaga kiradi. Ular molekulalar bilan o'zaro ta'sirlashganda, shimol chiroqlarini yaratadigan porlash (atomlar tomonidan yorug'lik chiqishi) paydo bo'ladi. Ular qutbsiz kengliklarda kuzatilmaydi.

Tangens o'lchash asboblari. Noma'lum magnit maydon (masalan, Yer) induksiyasining kattaligini o'lchash uchun ushbu maydonni ma'lum bo'lgan bilan solishtirish usulini taklif qilish maqsadga muvofiqdir. Misol uchun, uzoq oldinga oqim maydoni bilan. Tangens usuli solishtirish usulini taqdim etadi. Aytaylik, biz bir nuqtada Yer magnit maydonining gorizontal komponentini o'lchamoqchimiz. Uning yoniga uzun vertikal simni o'rnatamiz, shunda uning o'rtasi shu nuqtaga yaqin bo'ladi va uzunligi unga bo'lgan masofadan ancha katta bo'ladi (rasm, yuqoridan ko'rinish).

Agar oqim simda oqmasa, u holda kuzatish nuqtasida magnit igna Yer maydoni bo'ylab (rasmda - yuqoriga, sharq bo'ylab) o'rnatiladi. Biz simdagi oqimni oshiramiz. O'q chapga burila boshlaydi. Joriy maydon V T paydo bo'lgani uchun, rasmda gorizontal yo'naltirilgan. To'liq maydon B va B T vektorlarini qo'shish qoidasiga ko'ra, to'rtburchakning diagonali bo'ylab yo'naltiriladi. Oqim ma'lum bir qiymatga yetganda I 0 , o'q bilan hosil bo'lgan burchak 45 0 ga aylanadi. Bu V Z \u003d V T tengligi bajarilganligini bildiradi, ammo V T maydoni bizga ma'lum. X va I 0 ni ampermetr bilan o'lchash orqali siz V T ni va shuning uchun V Z ni hisoblashingiz mumkin. Usul tangens deb ataladi, chunki shart bajariladi.

1-sahifa

Doimiy magnit maydon induksiyasi o burchak tezligi bilan aylanadigan kvadrat ramka a X a yordamida o'lchanadi. Aylanish o'qi magnit maydon yo'nalishiga perpendikulyar.

O'zgarmas magnit maydon induksiyasining vakuumdagi yopiq kontur bo'ylab aylanishi shu zanjir bilan chegaralangan sirt orqali o'tadigan oqimga teng, q0 ga ko'paytiriladi - Bu qonunni tasdiqlovchi misollar keltiring.

Doimiy magnit maydon induktsiyasining qiymati 0 1 - 5 kgf oralig'ida bo'lib, ishchi to'lqinning qisqarishi bilan ortib boradi.

11.1.7 haqida. Doimiy magnit maydonning induksiyasi kvadrat ramka yordamida o'lchanadi, uning o'lchamlari X a, burchak tezligida aylanadi. Uning aylanish o'qi magnit maydon yo'nalishiga perpendikulyar.

Doimiy magnit maydon induktsiyasini o'lchash uchun shartli ravishda harakatsiz o'rashga ega bo'lgan o'tkazgichlardan ham, o'rashning majburiy harakati bo'lgan transduserlardan ham foydalanish mumkin.

Doimiy magnit maydon induksiyasini o'lchash vositalariga bir vaqtning o'zida yoki vaqtinchalik bo'lmagan, to'g'ridan-to'g'ri yoki bilvosita taqqoslashning magnit komparatorlari kiradi. Bir vaqtning o'zida bilvosita taqqoslash komparatorlari ishlash printsipi va xarakteristikalari bo'yicha bir xil ikkita konvertorga ega bo'lib, ulardan biri o'lchangan maydonga, ikkinchisi - ma'lum induksiyaga ega bo'lgan maydonga joylashtiriladi. Ko'p vaqtli taqqoslash komparatorlari o'lchangan va ma'lum maydonga navbatma-navbat joylashtirilgan bitta transduserga ega. Ishlash printsipiga ko'ra, konvertorlar turli xil bo'lishi mumkin: elektromexanik, indüksiyon, galvanomagnit. Bir vaqtning o'zida bilvosita taqqoslash usuli uchun induktiv yoki elektromexanik transduserlar yordamida aniqlik nuqtai nazaridan yaxshiroq natijalar kutiladi. Bir vaqtning o'zida to'g'ridan-to'g'ri taqqoslash usuli uchun galvanomagnit (Hall) va ferroinduktiv konvertorlar qo'llaniladi.

Milliteslameter G75 havo bo'shliqlarida 1 dan 1000 mT gacha bo'lgan diapazonda birlamchi o'lchash o'tkazgichining (PMT) sezgir elementi (SE) tekisligiga perpendikulyar yo'naltirilgan har ikkala qutbning doimiy magnit maydonining induksiya vektorining komponentini o'lchaydi, turli xil elektr qurilmalarning teshiklari va kanallari.

Bundan tashqari, uning yuqori barqarorligi bilan doimiy magnit maydonning katta induksiyasiga ega bo'lish kerak. 0 6 - 0 7 t gacha bo'lgan bo'shliqda induksiya doimiy magnitlarni beradi; elektromagnitlar induksiyaning yuqori qiymatlarini olish va uni o'zgartirish imkonini beradi. Magnit bo'shlig'ida maydonning bir xilligini yaxshilash uchun ferromagnit materiallardan tayyorlangan maxsus halqalar, shuningdek, maydonni tuzatish uchun qutblardagi yordamchi o'rashlar qo'llaniladi. Magnit maydon kuchini barqarorlashtirish elektromagnitlarda ta'minot oqimi stabilizatorlari yordamida amalga oshiriladi; ba'zida maydonni barqarorlashtirish uchun spin detektorining chiqishi ishlatiladi. Maydonning mustahkamligi va bir xilligi oshishi bilan magnitning kattaligi va massasi oshadi (zamonaviy namlik o'lchagichlarda 60 - 70 kg gacha); shuning uchun ko'pincha doimiy magnitlarga ustunlik beriladi, bu esa elektromagnitlarga qaraganda, quvvat manbai va barqarorlashtiruvchi qurilmalarni talab qilmasdan namlik o'lchagichning o'lchamlari va og'irligini kamaytirishga imkon beradi. Solenoid tipidagi sariqdagi radiochastota maydonining bir xilligi juda qiyinchiliksiz erishiladi; silindrsimon namunaning kangalning o'qi bilan mos keladigan o'qga ega bo'lishi va uning bo'shlig'i hajmining 60% dan ko'p bo'lmagan qismini egallashi kifoya. Namuna kalibrlangan shisha naychadan yoki trubadan yasalgan probirkada lasanga kiritiladi qattiq dielektrik. Ko'pincha, yalang'och joyga o'rnatish uchun namuna bilan trubkani vertikal va gorizontal tekisliklarda harakatlantirish imkonini beruvchi koordinatali mexanizm taqdim etiladi. Induktor va butun o'lchash tebranish davri yuqori sifat omiliga ega bo'lishi kerak.

Jozefson) doimiy magnit maydon induksiyasini o'lchash uchun ishlatilgan. Ushbu konvertor to'g'ridan-to'g'ri baholash va magnit induksiyani o'lchash uchun to'g'ridan-to'g'ri taqqoslash qurilmalarini qurishda ishlatilishi mumkin.

Birlamchi o'lchov o'tkazgichining SE ga SE plitasining tekisligiga perpendikulyar yo'naltirilgan doimiy magnit maydon induksiyasi ta'sir qilganda, SE chiqishida kuchlanish paydo bo'ladi. to'g'ridan-to'g'ri oqim, o'lchangan induksiyaga mutanosib.

Aslida, EPR spektrini chastotani o'zgartirish orqali o'lchash mumkin o'zgaruvchan maydon 5, doimiy B0 magnit maydonining sobit induksiyasi yoki sobit chastotada o'zgaruvchan B0 bilan.

Magnit-rezonans usuli bilan 2S0 asosiy holatdagi 25Mg atomlarining magnit xususiyatlarini o'rganish bo'yicha tajribalarda doimiy magnit maydon induksiyasi 5 5 4 kG va o'zgaruvchan magnit maydonning chastotasi v0 bo'lganda rezonans energiyaning yutilishi aniqlandi. 1 40 MGts.

Elektron spinining mavjudligi va unga bog'liq bo'lgan magnit moment [ ya'ni tashqi magnit maydon ta'sirida spin holatlarining degeneratsiyasini olib tashlash va ular o'rtasida o'tishlarni keltirib chiqarish imkonini beradi. gigagertsli; doimiy magnit maydon induksiyasi qiymatlari diapazoni 0 34 - 1 25 T ni tashkil qiladi), bu elektron paramagnit rezonansi deb ataladi. DA chet el adabiyoti elektron spin rezonansi (ESR) atamasi qo'llaniladi, ammo ko'rib chiqilayotgan radio spektroskopiya usulida spinorbital bog'lanishdan kelib chiqadigan holatlar sof spin emas, shuning uchun EPR yoki hatto paramagnit rezonans nomi ko'proq mos keladi.

Bobinni hisoblashda lasan maydonining javobini hisobga olish kerak. Bobindagi oqim etarlicha kichik bo'lishi kerak, shunda bobin tomonidan yaratilgan o'zgaruvchan magnit induksiya doimiy magnit tomonidan yaratilgan bo'shliqda doimiy magnit maydonning induksiyasidan sezilarli darajada kamroq bo'ladi.

Magnetorezistorlar doimiy va o'zgaruvchan magnit maydonlarning induksiyasini o'lchash uchun asboblarda qo'llaniladi. Ularni komparatorlarning sezgir elementlari sifatida qo'llash istiqbolli bo'lib, unda o'lchangan o'zgaruvchan magnit maydon induksiyasi va ma'lum doimiy magnit maydon induksiyasi ta'siri ostida qarshilikning o'zgarishi ta'siri taqqoslanadi. Ular, shuningdek, mantiqiy qurilmalarda, garmonik analizatorlarda va boshqa bir qator qurilmalarda qo'llaniladi - ayniqsa kontaktsiz rezistorli konvertorlar kerak bo'lganda.