Umumiy ma'lumot

Ajablanarlisi shundaki, bir kishining g'oyalari keyingi rivojlanishga ta'sir qilishi mumkin. insoniyat jamiyati umuman. Bunday odam Maykl Faraday edi, u zamonaviy matematikaning nozik jihatlarini yaxshi bilmaydigan, lekin juda yaxshi tushunadigan odam edi. jismoniy ma'no u tomonidan ilgari surilgan maydon o'zaro ta'sirlari kontseptsiyasi tufayli elektr va magnitlanishning tabiati haqidagi ma'lumotlar o'sha paytga qadar ma'lum.

Elektr, magnetizm va elektrodinamikadan foydalanishga asoslangan zamonaviy jamiyatning mavjudligi biz ajoyib olimlar galaktikasiga qarzdormiz. Ular orasida Amper, Oersted, Genri, Gauss, Veber, Lorents va, albatta, Maksvellni alohida ta'kidlash kerak. Oxir-oqibat, ular elektr va magnetizm fanini yagona rasmga keltirdilar, bu esa o'z ijodlari bilan zamonaviy axborot jamiyatining paydo bo'lishi uchun zarur shart-sharoitlarni yaratgan ixtirochilarning butun kogortasi uchun asos bo'lib xizmat qildi.

Biz elektr motorlar va generatorlar bilan o'ralgan holda yashaymiz: ular ishlab chiqarish, transport va uyda bizning birinchi yordamchilarimizdir. O'zini hurmat qiladigan har qanday odam mavjudlikni muzlatgich, changyutgich va kir yuvish mashinasisiz tasavvur qila olmaydi. Mikroto'lqinli pech, sochlarini fen mashinasi, qahva maydalagich, mikser, blender va asosiy orzu - elektr go'sht maydalagich va non mashinasi. Albatta, konditsioner ham juda foydali narsa, lekin uni sotib olish uchun mablag 'bo'lmasa, oddiy fan qiladi.

Ba'zi erkaklar uchun so'rovlar biroz oddiyroq: eng qobiliyatsiz odamning asosiy orzusi - bu elektr matkap. Ba'zilarimiz qirq daraja sovuqda mashinani ishga tushirishga urinib, umidsiz ravishda starterni (shuningdek elektr motorini) qiynab, benzin muammolarini abadiy unutish uchun yashirincha elektr motorlari va batareyalari bo'lgan Tesla Motors avtomobilini sotib olishni orzu qiladilar. va dizel dvigatellari.

Elektr dvigatellari hamma joyda mavjud: ular bizni liftlarda ko'taradi, ular bizni metroda, poezdlarda, tramvaylarda, trolleybuslarda va tezyurar poyezdlarda tashiydi. Ular bizni osmono'par binolar pollariga suv olib kelishadi, favvoralarni ishga tushirishadi, shaxtalar va quduqlardan suv pompalaydilar, po'latni tortadilar, og'irliklarni ko'taradilar, turli kranlarda ishlaydilar. Va ular boshqa ko'plab foydali narsalarni qiladilar, dastgohlar, asboblar va mexanizmlarni harakatga keltiradilar.

Sanoat va tadqiqot robotlarining butun armiyasini hisobga olmaganda, hatto nogironlar va harbiylar uchun ham ekzoskeletlar elektr motorlar yordamida tayyorlanadi.

Bugungi kunda elektr motorlar koinotda ishlaydi - faqat Curiosity roverini o'ylab ko'ring. Ular quruqlikda, er ostida, suvda, suv ostida va hatto havoda ishlaydi - agar bugun bo'lmasa, ertaga (2015 yil noyabr oyida yozilgan maqola) Solar Impulse 2 samolyoti nihoyat dunyo bo'ylab sayohatini yakunlaydi va uchuvchisiz samolyot elektr motorlarida shunchaki raqamlar yo'q. Bejiz emas, hozirda juda jiddiy korporatsiyalar uchuvchisiz uchish apparatlaridan foydalangan holda pochta jo'natmalarini yetkazib berish xizmatlari ustida ishlamoqda.

Tarix ma'lumotnomasi

1800 yilda italyan fizigi Alessandro Volta tomonidan qurilgan kimyoviy akkumulyator keyinchalik ixtirochi "Voltaik ustun" nomini oldi. Bu o'tkazgichlarda elektr zaryadlarini harakatga keltirish, ya'ni hosil qilish imkonini berdi elektr toki. Voltaik ustun yordamida yangi kashfiyotlar ketma-ket davom etdi turli sohalar fizika va kimyo.

Masalan, ingliz olimi ser Xamfri Davi 1807 yilda natriy va kaliy gidroksidlari eritmalarining elektrolizini o'rganib, metall natriy va kaliyni oldi. Avvalroq, 1801 yilda u elektr yoyini ham kashf etgan, garchi ruslar uni Vasiliy Vladimirovich Petrovning kashfiyotchisi deb bilishsa ham. Petrov 1802 yilda nafaqat kamonning o'zi, balki uni metalllarni eritish, payvandlash va ularni rudalardan olish, shuningdek yoritish uchun amaliy qo'llash imkoniyatlarini ham tasvirlab berdi.

Lekin eng ko'p muhim kashfiyot Daniya fizigi Xans Kristian Oersted shunday qildi: 1820 yil 21 aprelda ma'ruzada tajribalar namoyishi paytida u sim shaklida o'tkazgich orqali oqayotgan elektr tokini yoqish va o'chirishda magnit kompas ignasining og'ishini payqadi. Shunday qilib, birinchi marta elektr va magnitlanish o'rtasidagi bog'liqlik tasdiqlandi.

Keyingi qadamni frantsuz fizigi Andre Mari Amper Oersted tajribasi bilan tanishganidan keyin bir necha oy o'tgach amalga oshirdi. Bu olimning Fransiya Fanlar akademiyasiga birin-ketin yuborayotgan xabarlarida bayon etilgan fikr-mulohazalari qiziq. Dastlab, kompas ignasining tok o'tkazgichda burilishini kuzatar ekan, Amper Yerning magnitlanishiga Yer atrofida g'arbdan sharqqa yo'nalishda oqayotgan oqimlar ham sabab bo'ladi, deb taxmin qildi. Bundan u jismning magnit xossalarini uning ichidagi tokning aylanishi bilan izohlash mumkin degan xulosaga keldi. Bundan tashqari, Amper har qanday jismning magnit xususiyatlari uning ichidagi yopiq elektr toklari bilan belgilanadi va magnit o'zaro ta'sir maxsus magnit zaryadlarga emas, balki shunchaki harakatga bog'liq degan xulosaga keldi. elektr zaryadlari, ya'ni joriy.

Amper darhol o'z qo'liga oldi uchuvchi o'rganish Bu o'zaro ta'sirni aniqladi va bir yo'nalishda oqayotgan tok o'tkazgichlari tortilishini va teskari yo'nalishda qaytarilishini aniqladi. O'zaro perpendikulyar o'tkazgichlar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilmaydi.

Amper tomonidan kashf etilgan qonunni o'z formulasida keltirishga qarshi turish qiyin:

"Harakatlanuvchi zaryadlarning o'zaro ta'sir kuchi, Kulon qonunida bo'lgani kabi, bu zaryadlarning ko'paytmasiga proportsional, ular orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsionaldir, lekin bundan tashqari, bu zaryadlarning tezligi va yo'nalishiga ham bog'liq. ularning harakati."

Shunday qilib, fizikada tezliklarga bog'liq asosiy kuchlar kashf qilindi.

Ammo elektr va magnetizm fanidagi haqiqiy yutuq Maykl Faraday tomonidan ushbu hodisani kashf etish edi. elektromagnit induksiya- o'zgartirilganda yopiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan elektr tokining paydo bo'lishi magnit oqimi u orqali o'tish. Faradaydan qat'iy nazar, elektromagnit induksiya hodisasini 1832 yilda Jozef Genri ham kashf etgan, u bu yo'lda o'z-o'zini induktsiya hodisasini kashf etgan.

1831 yil 29 avgustda Faraday tomonidan ommaviy namoyish o'tkazildi, u ixtiro qilgan, voltaik qutb, kalit, temir halqadan iborat bo'lib, unga qarama-qarshi tomondan ikkita bir xil mis sim o'ralgan. Bobinlardan biri kalit orqali batareyaga, ikkinchisining uchlariga galvanometr ulangan. Oqim yoqilganda va o'chirilganda, galvanometr ikkinchi g'altakdagi turli yo'nalishdagi oqim ko'rinishini qayd etdi.

Faraday tajribalarida induksion tok deb ataladigan elektr toki magnit lasanga kiritilganda yoki o‘lchash pallasida yuklangan bo‘lakdan tortib olinganda ham paydo bo‘lgan. Xuddi shunday, oqim ham kichikroq oqim o'tkazuvchi lasan oldingi tajribadagi kattaroq bobinga kiritilganda/tortib olinganda paydo bo'ldi. Va yo'nalish induksion oqim magnitni kiritish/chiqarish paytida teskari yoki kichik lasan rus olimi Emil Xristianovich Lenz tomonidan ishlab chiqilgan qoidaga muvofiq oqim bilan. 1833 yilda.

O'tkazilgan tajribalar asosida Faraday qonun chiqardi elektromotor kuch keyinchalik uning nomi bilan atalgan.

Faraday tajribalarining g'oyalari va natijalarini yana bir buyuk vatandoshimiz - ajoyib ingliz fizigi va matematigi Jeyms Klerk Maksvell o'zining to'rtta asarida qayta ko'rib chiqdi va umumlashtirdi. differensial tenglamalar elektrodinamika, keyinchalik Maksvell tenglamalari deb ataladi.

Shuni ta'kidlash kerakki, to'rtta Maksvell tenglamasidan uchtasida magnit induksiya magnit maydon vektori shaklida namoyon bo'ladi.

Magnit induktsiya. Ta'rif

Magnit induksiya vektor hisoblanadi jismoniy miqdor, bu quvvat xususiyati kosmosning ma'lum bir nuqtasida magnit maydon (uning zaryadlangan zarrachalarga ta'siri). Bu qanchalik kuchli ekanligini aniqlaydi F magnit maydon zaryadga ta'sir qiladi q, tezlikda harakatlanadi v. Lotin harfi bilan belgilanadi DA(B vektor talaffuz qilinadi) va kuch quyidagi formula yordamida hisoblanadi:

F = q [v∙B]

qayerda F- zaryadga magnit maydon tomonidan ta'sir etuvchi Lorents kuchi q; v- zaryadning harakat tezligi; B- magnit maydon induksiyasi; [ v × B] - vektor mahsuloti vektorlar v va B.

Algebraik jihatdan ifodani quyidagicha yozish mumkin:

F = q∙v∙B sina

qayerda α - tezlik va magnit induksiya vektorlari orasidagi burchak. vektor yo'nalishi F ularning ikkalasiga perpendikulyar va chap qo'l qoidasiga muvofiq yo'naltirilgan.

Magnit induktsiya magnit maydonning elektr maydonining kuchlanish vektoriga o'xshash asosiy fundamental xarakteristikasidir.

DA xalqaro tizim SI birliklari, maydonning magnit induksiyasi teslada (T), CGS tizimida - gaussda (Gs) o'lchanadi.

1 T = 10⁴ Gs

Turli xil ilovalarda qo'llaniladigan magnit induksiyani o'lchashning boshqa miqdorlari va ularni bir kattalikdan ikkinchisiga o'tkazish, fizik kattaliklarni o'zgartirgichda topish mumkin.

Magnit induksiyaning kattaligini o'lchash uchun o'lchov asboblari teslametr yoki gaussmetr deb ataladi.

Magnit maydon induksiyasi. Hodisalar fizikasi

Tashqi magnit maydonga reaktsiyasiga qarab, barcha moddalar uch guruhga bo'linadi:

• Diamagnetlar
• Paramagnetlar
• ferromagnitlar

Diamagnetizm va paramagnetizm atamalari 1845 yilda Faraday tomonidan kiritilgan. Uchun miqdoriy aniqlash bu reaksiyalar magnit o'tkazuvchanlik tushunchasini kiritdi. SI tizimida joriy qilingan mutlaq magnit o'tkazuvchanligi, H / m da o'lchanadi va qarindosh o'lchovsiz magnit o'tkazuvchanlik, ma'lum muhitning o'tkazuvchanligi vakuum o'tkazuvchanligiga nisbatiga teng. Diamagnetlar uchun nisbiy magnit o'tkazuvchanlik birlikdan biroz kamroq, paramagnitlar uchun esa birlikdan biroz kattaroqdir. Ferromagnitlarda magnit o'tkazuvchanlik birlikdan ancha katta va chiziqli emas.

Fenomen diamagnetizm Bu moddaning yo'nalishiga qarshi magnitlanish tufayli tashqi magnit maydonning ta'siriga qarshi turish qobiliyatidan iborat. Ya'ni diamagnetlar qaytaradi magnit maydon. Bunday holda, diamagnetning atomlari, molekulalari yoki ionlari tashqi maydonga qarshi qaratilgan magnit momentga ega bo'ladi.

Fenomen paramagnetizm- moddaning tashqi magnit maydon ta'sirida magnitlanish qobiliyati. Diamagnetlardan farqli o'laroq, paramagnetlar magnit maydon tomonidan tortiladi. Bunday holda, paramagnetning atomlari, molekulalari yoki ionlari tashqi magnit maydon yo'nalishiga to'g'ri keladigan yo'nalishda magnit momentga ega bo'ladi. Maydon olib tashlanganda paramagnetlar magnitlanishni saqlamaydi.

Fenomen ferromagnetizm- moddaning tashqi magnit maydoni bo'lmaganda o'z-o'zidan magnitlanish yoki tashqi magnit maydon ta'sirida magnitlanish va maydon olib tashlanganda magnitlanishni saqlab qolish qobiliyati. Bunday holda, atomlar, molekulalar yoki ionlarning magnit momentlarining ko'pchiligi bir-biriga parallel bo'ladi. Bu tartib Kyuri nuqtasi deb ataladigan ma'lum bir kritik haroratdan past haroratgacha saqlanadi. Berilgan modda uchun Kyuri nuqtasidan yuqori haroratlarda ferromagnitlar paramagnitlarga aylanadi.

Supero'tkazuvchilarning magnit o'tkazuvchanligi nolga teng.

Havoning mutlaq magnit o'tkazuvchanligi taxminan vakuumning magnit o'tkazuvchanligiga teng va texnik hisob-kitoblarda 4p 10 ⁻⁷ H/m ga teng qabul qilinadi.

Diamagnetlarda magnit maydon harakatining o'ziga xos xususiyatlari

Yuqorida aytib o'tilganidek, diamagnetik materiallar tashqi magnit maydonga qarshi yo'naltirilgan induksiyalangan magnit maydon hosil qiladi. Diamagnetizm - barcha moddalarga xos bo'lgan kvant mexanik ta'sir. Paramagnetlarda va ferromagnitlarda u boshqa kuchli ta'sirlar tufayli tekislanadi.

Diamagnetlarga, masalan, inert gazlar, azot, vodorod, kremniy, fosfor va pirolitik uglerod kabi moddalar kiradi; ba'zi metallar - vismut, sink, mis, oltin, kumush. Ko'pgina boshqa noorganik va organik birikmalar ham diamagnitdir, shu jumladan suv.

Bir hil bo'lmagan magnit maydonda diamagnetlar kuchsizroq maydonga o'tkaziladi. Magnit kuch chiziqlari go'yo diamagnit materiallar tanadan itarib yuborilgandek. Diamagnit levitatsiya hodisasi shu xususiyatga asoslanadi. Zamonaviy magnitlar tomonidan yaratilgan etarlicha kuchli magnit maydonda nafaqat turli diamagnitlarni, balki asosan suvdan iborat kichik tirik mavjudotlarni ham ko'tarish mumkin.

Niderlandiyaning Niemingen universiteti olimlari magnit induksiyasi taxminan 16 T bo‘lgan dalada qurbaqani havoga osib qo‘yishga muvaffaq bo‘lishdi, NASA laboratoriyasi tadqiqotchilari esa o‘ta o‘tkazgich magnitidan – sichqonchaning levitatsiyasidan foydalanishdi. biologik ob'ekt qurbaqadan ko'ra odamga yaqinroqdir.

Barcha o'tkazgichlar o'zgaruvchan magnit maydon ta'sirida diamagnetizmni namoyon qiladi.

Hodisaning mohiyati shundan iboratki, o'zgaruvchan magnit maydon ta'sirida o'tkazgichlarda tashqi magnit maydon ta'siriga qarshi yo'naltirilgan girdab oqimlari - Fuko oqimlari paydo bo'ladi.

Paramagnetlarda magnit maydonning harakat xususiyatlari

Magnit maydonning paramagnetlar bilan o'zaro ta'siri butunlay boshqacha. Paramagnit materiallarning atomlari, molekulalari yoki ionlari o'zlarining magnit momentiga ega bo'lgani uchun ular tashqi magnit maydon yo'nalishi bo'yicha tekislanadi. Bu asl maydondan kattaroq bo'lgan magnit maydon hosil qiladi.

Paramagnetlarga alyuminiy, platina, gidroksidi va ishqoriy tuproq metallari litiy, seziy, natriy, magniy, volfram, shuningdek, bu metallarning qotishmalari kiradi. Kislorod, azot oksidi, marganets oksidi, temir xlorid va boshqa ko'plab kimyoviy birikmalar ham paramagnitdir.

Paramagnetlar zaif magnit moddalardir, ularning magnit o'tkazuvchanligi birlikdan bir oz ko'proq. Bir hil bo'lmagan magnit maydonda paramagnetlar kuchliroq maydon hududiga tortiladi. Magnit maydon bo'lmasa, paramagnetlar magnitlanishni saqlamaydi, chunki termal harakat tufayli ularning atomlari, molekulalari yoki ionlarining ichki magnit momentlari tasodifiy yo'naltiriladi.

Ferromagnitlarda magnit maydon harakatining xususiyatlari

Ferromagnitlar o'z-o'zidan magnitlanish xususiyatiga ega bo'lganligi sababli, insoniyatga qadim zamonlardan beri ma'lum bo'lgan tabiiy magnitlarni hosil qiladi. Sehrli xususiyatlar magnitlarga tegishli edi, ular turli diniy marosimlarda va hatto binolarni qurishda ishlatilgan. Miloddan avvalgi ikkinchi yoki birinchi asrlarda xitoylar tomonidan ixtiro qilingan kompasning birinchi prototipi qiziquvchan ajdodlar tomonidan Feng Shui qoidalariga muvofiq uylar qurish uchun ishlatilgan. Kompasdan navigatsiya vositasi sifatida foydalanish 11-asrda Buyuk Ipak yoʻli boʻylab choʻl boʻylab sayohat qilish uchun boshlangan. Keyinchalik dengiz ishlarida kompasdan foydalanish navigatsiyaning rivojlanishi, yangi yerlarning ochilishi va yangi dengiz savdo yo'llarining rivojlanishida katta rol o'ynadi.

Ferromagnetizm - spinga ega bo'lgan elektronlarning kvant mexanik xususiyatlarining namoyon bo'lishi, ya'ni. o'z dipol magnit momenti. Oddiy qilib aytganda, elektronlar o'zini mayda magnitlar kabi tutadi. Har bir tugallangan uchun elektron qobiq atom faqat qarama-qarshi spinli bir juft elektronga ega bo'lishi mumkin, ya'ni. bunday elektronlarning magnit maydoni qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltiriladi. Shu sababli, juftlangan elektronlar soniga ega atomlarning umumiy magnit momenti nolga teng, shuning uchun faqat to'ldirilmagan tashqi qobig'i bo'lgan va juftlanmagan elektron soniga ega bo'lgan atomlar ferromagnit hisoblanadi.

Ferromagnitlarga o'tish guruhidagi metallar (temir, mis, nikel) va noyob tuproq metallari (gadoliniy, terbiyum, disprosiy, golmiy va erbiy), shuningdek, ushbu metallarning qotishmalari kiradi. Yuqoridagi elementlarning ferromagnit bo'lmagan materiallar bilan qotishmalari ham ferromagnitdir; xrom va marganetsning ferromagnit bo'lmagan elementlar bilan qotishmalari va birikmalari, shuningdek aktinid guruhining ba'zi metallari.

Ferromagnitlar magnit o'tkazuvchanlik qiymati birlikdan ancha katta; tashqi magnit maydon ta'sirida ularning magnitlanishining bog'liqligi chiziqli emas va ular histerezisning namoyon bo'lishi bilan tavsiflanadi - agar magnit maydonning ta'siri olib tashlansa, ferromagnitlar magnitlangan bo'lib qoladi. Ushbu qoldiq magnitlanishni olib tashlash uchun teskari maydonni qo'llash kerak.

Stoletov egri chizig'i deb ataladigan ferromagnitdagi magnit o'tkazuvchanligi m ning magnit maydon kuchiga H ga bog'liqligi grafigi shuni ko'rsatadiki, magnit maydonning nol kuchida H = 0 magnit o'tkazuvchanligi kichik m₀ qiymatga ega; keyin intensivlik oshgani sayin magnit o'tkazuvchanlik maksimal m max ga tez o'sib boradi, keyin asta-sekin nolga tushadi.

Ferromagnitlarning xususiyatlarini o'rganishda kashshof rus fizigi va kimyogari Aleksandr Stoletov edi. Endi magnit o'tkazuvchanlikning magnit maydon kuchiga bog'liqligi egri chizig'i uning nomini oldi.

Zamonaviy ferromagnit materiallar fan va texnikada keng qo'llaniladi: ko'plab texnologiyalar va qurilmalar ulardan foydalanish va magnit induksiya hodisasidan foydalanishga asoslangan. Masalan, kompyuter texnikasida: kompyuterlarning birinchi avlodlarida xotira ferrit yadrolarida bo'lgan, ma'lumotlar magnit lentalarda, floppi va qattiq disklarda saqlanadi. Biroq, ikkinchisi hali ham kompyuterlarda qo'llaniladi va yiliga yuz millionlab dona ishlab chiqariladi.

Elektrotexnika va elektronikada magnit induksiyadan foydalanish

DA zamonaviy dunyo Magnit maydon induksiyasini, birinchi navbatda, energetika elektrotexnikasida qo'llashning ko'plab misollari mavjud: elektr generatorlarida, kuchlanish transformatorlarida, turli xil qurilmalar, asboblar va mexanizmlarning turli elektromagnit drayvlarida, o'lchash texnologiyasida va fanda, o'tkazish uchun turli xil jismoniy qurilmalarda. tajribalar, shuningdek, elektr himoyasi va favqulodda o'chirish vositalarida.

Elektr dvigatellari, generatorlari va transformatorlari

1824 yilda ingliz fizigi va matematigi Piter Barlou o'zi ixtiro qilgan, zamonaviy elektr motorlarining prototipiga aylangan bir qutbli motorni tasvirlab berdi. to'g'ridan-to'g'ri oqim. Ixtiro elektromagnit induksiya hodisasi kashf etilishidan ancha oldin yaratilgani bilan ham qimmatlidir.

Hozirgi vaqtda deyarli barcha elektr motorlar Amper kuchidan foydalanadi, bu esa magnit maydonda oqim o'tkazuvchi kontaktlarning zanglashiga olib, uning harakatlanishiga olib keladi.

Magnit induksiya hodisasini namoyish qilish uchun Faraday 1831 yilda eksperimental qurilma yaratdi, uning muhim qismi hozirda toroidal transformator sifatida tanilgan qurilma edi. Faraday transformatorining ishlash printsipi quvvati, dizayni va ko'lamidan qat'i nazar, barcha zamonaviy kuchlanish va oqim transformatorlarida hali ham qo'llaniladi.

Bundan tashqari, Faraday o'zi ixtiro qilgan bir qutbli doimiy to'g'ridan-to'g'ri generator yordamida mexanik harakatni elektrga aylantirish imkoniyatini ilmiy asoslab berdi va eksperimental ravishda isbotladi, bu esa barcha DC generatorlarining prototipiga aylandi.

Birinchi generator o'zgaruvchan tok 1832 yilda frantsuz ixtirochisi Hippolyte Pixie tomonidan yaratilgan. Keyinchalik, Amperning taklifiga binoan, u kommutatsiya moslamasi bilan to'ldirildi, bu esa pulsatsiyalanuvchi to'g'ridan-to'g'ri oqimni olish imkonini berdi.

Magnit induksiya printsipidan foydalanadigan deyarli barcha elektr generatorlari o'zgaruvchan magnit maydonda bo'lgan yopiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan elektromotor kuchining paydo bo'lishiga asoslanadi. Bunday holda, yoki magnit rotor o'zgaruvchan tok generatorlarida sobit stator sariqlariga nisbatan aylanadi yoki rotor o'rashlari doimiy tok generatorlarida sobit stator magnitlariga (bo'yinturuq) nisbatan aylanadi.

Xitoyning DongFang Electric kompaniyasi tomonidan 2013 yilda Taishan atom elektr stansiyasi uchun qurilgan dunyodagi eng kuchli generator 1750 MVt quvvat ishlab chiqarishi mumkin.

Konvertatsiya bilan bog'liq an'anaviy turdagi generatorlar va elektr motorlar bilan bir qatorda mexanik energiya ichida elektr energiyasi va aksincha, boshqa printsip bo'yicha ishlaydigan magnithidrodinamik generatorlar va dvigatellar mavjud.

Rele va elektromagnitlar

Amerikalik olim J. Genri tomonidan ixtiro qilingan elektromagnit birinchi elektr aktuator va tanish elektr qo'ng'irog'ining peshvosi bo'ldi. Keyinchalik, uning asosida Genri elektromagnit o'rni yaratdi, bu ikkilik holatga ega bo'lgan birinchi avtomatik almashtirish moslamasiga aylandi.

Shure dinamik mikrofoni videostudiya saytida ishlatiladi

Telegraf signalini uzoq masofalarga uzatishda, signalni keyingi uzatish uchun oraliq stantsiyalarning tashqi batareyalarini ulashni o'zgartiradigan doimiy kuchaytirgich sifatida o'rni ishlatilgan.

Dinamik boshlar va mikrofonlar

Zamonaviy audio texnologiyasida elektromagnit dinamiklar keng qo'llaniladi, ulardagi tovush konusga biriktirilgan harakatlanuvchi lasanning o'zaro ta'siri natijasida paydo bo'ladi, u orqali audio chastota oqimi o'tadi, magnit maydon sobit bo'shliqdagi magnit maydon bilan. doimiy magnit. Natijada, bobin diffuzor bilan birgalikda harakat qiladi va tovush to'lqinlarini yaratadi.

Dinamik mikrofonlar dinamik bosh bilan bir xil dizayndan foydalanadi, ammo mikrofonda, aksincha, akustik signal ta'sirida tebranadigan, sobit doimiy magnitning bo'shlig'ida mini-diffuzorli harakatlanuvchi lasan elektr signalini hosil qiladi. audio chastotasi.

O'lchov asboblari va sensorlar

Zamonaviy raqamli ko'pligiga qaramasdan o'lchash asboblari, o'lchash texnologiyasida magnitoelektrik, elektromagnit, elektrodinamik, ferrodinamik va induksion turdagi asboblar hali ham qo'llaniladi.

Yuqoridagi turdagi barcha tizimlar magnit maydonlarning yoki doimiy magnitning oqimga ega bo'lgan g'altakning maydoni bilan yoki ferromagnit yadroning oqimga ega bo'lgan g'altakning maydonlari bilan yoki oqim bilan bo'lgan magnit maydonlarning o'zaro ta'siri printsipidan foydalanadi.

Bunday o'lchov tizimlarining nisbiy inertsiyasi tufayli ular o'zgaruvchilarning o'rtacha qiymatlarini o'lchash uchun qo'llaniladi.

Magnit induksiya birligi ($\overline(B)$) xalqaro birliklar tizimida (SI) tesla (T) deb ataladi, radiotexnika va elektronika sohasida muvaffaqiyatli ishlagan serb olimi N. Tesla nomi bilan atalgan. .

Magnit induksiyaning o'lchov birligini Amper qonuni asosida aniqlaymiz. Uzunligi $l$ boʻlgan toʻgʻri oʻtkazgichni koʻrib chiqaylik, toki $I$. Bu o'tkazgich $\overline(B)$ yagona magnit maydonida bo'lsin va maydon induksiya vektori o'tkazgichga perpendikulyar bo'lsin. Bunday holda, o'tkazgichga ta'sir qiluvchi Amper kuchining moduli ($(\overline(F))_A$):

Biz magnit induksiyani formuladan (1) ifodalaymiz, biz quyidagilarni olamiz:

(2) ifodadan tesla (magnit induksiya birligi) $\overline() ga perpendikulyar magnit maydonda joylashgan toʻgʻri oʻtkazgichning har bir metriga taʼsir etuvchi yagona magnit maydonning magnit induksiyasiga mos keladigan qiymat ekanligini koʻramiz. B)$ yo‘nalishi, kuch bir nyutonda, tok kuchi bir amper o‘tkazgichda:

\[\left=Tl=\frac(H)(A\cdot m).\]

Magnit induksiya birligi (tesla) tizimdagi hosiladir Xalqaro birliklar(SI). Asosiy SI birliklari orqali Tl, magnit induksiyani o'lchash birligi sifatida, quyidagini hisobga olgan holda ifodalanadi:

\[H=\frac(kg\cdot m)(s^2),\]

keyin biz olamiz:

\[\left=Tl=\frac(kg\cdot m)(c^2)\cdot \frac(1)(A\cdot m)=\frac(kg)(A\cdot c^2).\]

Standart SI prefikslari o'nlik ko'paytmalar va pastki ko'paytmalar uchun T bilan ishlatilishi mumkin. Masalan, $kTl$ (kilo tesla), $1kTl=1000Tl$; nT (nano tesla), $1nT=(10)^(-9)T.$

1 T - magnit induksiyaning juda katta qiymati, ayniqsa, agar gaplashamiz doimiy magnit maydon haqida. Bugungi kunda inson 100,75 Tesla doimiy magnit maydonini yaratishga muvaffaq bo'ldi. Odamlar tomonidan sun'iy ravishda yaratilgan impulsli magnit maydon $2,8\cdot (10)^3T$ induksiya qiymatiga yetdi. Yerning magnit maydoni sayyoradagi joylashuvga qarab sezilarli darajada farq qilishi mumkin, u taxminan $\taxminan $10 mkTni tashkil qiladi.

Gauss - cgs birliklar tizimida magnit induksiyani o'lchash birligi

CGS birliklar tizimida (santimetr, gramm, sekund) magnit induksiyaning o'lchov birligi gauss (Gs) hisoblanadi. Gauss va Tesla o'rtasidagi bog'liqlik:

Bu o'lchov birligi nemis olimi K.F. Gauss.

CGS tizimining asosiy birliklari yordamida magnit induksiyani o'lchash birligi quyidagicha ifodalanadi:

\[\left=\frac(\sqrt(gr))(c\cdot \sqrt(sm)).\]

Yechim bilan bog'liq muammolarga misollar

1-misol

Vazifa. Magnit oqimga ($F$) tegishli formuladan foydalanib, magnit induksiya uchun xalqaro birliklar tizimi birligini oling.

Qaror. Muammoning shartiga ko'ra, biz uni hal qilish uchun asos sifatida iboradan foydalanamiz:

\[F=BS(\cos \alpha \ )\ \left(1.1\o'ng),\]

Bu erda $\ F $ - magnit induksiya vektorining S maydoni bo'ylab oqimi; $\ S $ - maydon maydonining o'lchami; $\alpha $ - normalning S maydonga yo'nalishi va magnit induksiya vektorining yo'nalishi orasidagi burchak. Biz (1.1) formuladan magnit induksiya vektorining modulini ifodalaymiz, bizda:

SI tizimida $(\cos \alpha \ )$ o'lchamsiz kattalik ekanligini hisobga olib, magnit induksiya vektorining oqimi veberlarda (Vb) o'lchanadi:

\[\left[F\right]=Wb=\frac(kg\cdot m^2)(A\cdot c^2),\]

va hudud birliklari:

\[\left=m^2,\]

\[\left=\frac(Wb)(m^2)=\frac(kg\cdot m^2)(A\cdot c^2)\cdot \frac(1)(m^2)=\frac( kg) (A \ cdot c ^ 2) \u003d Tl. \]

Javob. Biz tesla magnit induksiyaning o‘lchov birligi ekanligini tushundik va uni quyidagicha ifodalash mumkin: $Tl=\frac(Wb)(m^2)$

2-misol

Vazifa. Magnit maydon induksiyasining o‘lchamini tok kuchiga ega aylana bo‘lakning $\overline(B)$ moduli formulasidan foydalanib aniqlang.

Qaror. Oqim bilan aylana bo'lakning markazidagi magnit induksiya vektorining qiymati topilsin (1-rasm).

Biz g'altakning markazidagi magnit induksiya vektorining modulini $I$ oqim bilan hisoblash formulasini olamiz, biz g'altakning radiusi R, g'altak vakuumda deb faraz qilamiz. Dairesel oqimning elementar segmentini tanlaymiz ($dl$) (1-rasmga qarang). Tanlangan $dl$ elementidan O nuqtadagi induksiya qiymati (Bio-Savart-Laplas qonunidan):

Bizning holatimiz uchun $dl$ ning barcha elementlari ularni maydonni qidirayotgan nuqtaga bog'laydigan mos keladigan radius vektorlariga perpendikulyar bo'lib, bu $(\sin \alpha \ )=1.$ Bundan tashqari, barcha segmentlar uchun. g'altakning $r=R.$ (2.1) ifoda quyidagi ko'rinishga o'zgartiriladi:

Dumaloq oqimning barcha elementlari X o'qi bo'ylab yo'naltirilgan vektorni hosil qiladi (1-rasm). Umumiy maydonni topish uchun biz integralga o'tamiz:

Ifodaning o'ng tomonining o'lchov birliklarini ko'rib chiqing (2.3), bizda:

\[\left=\left[\frac((\mu )_0I)(2R)\right]=\frac(\left[(\mu )_0\right]\left)(\left)=\frac(\ chap[\frac(H)(A^2)\o'ng]\left[A\o'ng])(\left[m\o'ng])=\frac(H)(A\cdot m)=\frac(kg\ cdot m)(c^2\cdot A\cdot m)=\frac(kg)(c^2\cdot A)=Tl.\]

Javob. Biz teslani quyidagicha ifodalash mumkinligini oldik: $Tl=\frac(H)(A\cdot m)$

Umumiy ma'lumot

Ajablanarlisi shundaki, bir kishining g'oyalari butun insoniyat jamiyatining keyingi rivojlanishiga ta'sir qilishi mumkin. Bunday odam Maykl Faraday edi, u zamonaviy matematikaning nozik tomonlarini yaxshi bilmaydi, lekin o'zi ilgari surgan maydon o'zaro ta'sirlari kontseptsiyasi tufayli o'sha davrga ma'lum bo'lgan elektr va magnitlanish tabiati haqidagi ma'lumotlarning jismoniy ma'nosini mukammal tushungan. .

Elektr, magnetizm va elektrodinamikadan foydalanishga asoslangan zamonaviy jamiyatning mavjudligi biz ajoyib olimlar galaktikasiga qarzdormiz. Ular orasida Amper, Oersted, Genri, Gauss, Veber, Lorents va, albatta, Maksvellni alohida ta'kidlash kerak. Oxir-oqibat, ular elektr va magnetizm fanini yagona rasmga keltirdilar, bu esa o'z ijodlari bilan zamonaviy axborot jamiyatining paydo bo'lishi uchun zarur shart-sharoitlarni yaratgan ixtirochilarning butun kogortasi uchun asos bo'lib xizmat qildi.

Biz elektr motorlar va generatorlar bilan o'ralgan holda yashaymiz: ular ishlab chiqarish, transport va uyda bizning birinchi yordamchilarimizdir. O'zini hurmat qiladigan har qanday odam mavjudlikni muzlatgich, changyutgich va kir yuvish mashinasisiz tasavvur qila olmaydi. Mikroto'lqinli pech, sochlarini fen mashinasi, qahva maydalagich, mikser, blender va asosiy orzu - elektr go'sht maydalagich va non mashinasi. Albatta, konditsioner ham juda foydali narsa, lekin uni sotib olish uchun mablag 'bo'lmasa, oddiy fan qiladi.

Ba'zi erkaklar uchun so'rovlar biroz oddiyroq: eng qobiliyatsiz odamning asosiy orzusi - bu elektr matkap. Ba'zilarimiz qirq daraja sovuqda mashinani ishga tushirishga urinib, umidsiz ravishda starterni (shuningdek elektr motorini) qiynab, benzin muammolarini abadiy unutish uchun yashirincha elektr motorlari va batareyalari bo'lgan Tesla Motors avtomobilini sotib olishni orzu qiladilar. va dizel dvigatellari.

Elektr dvigatellari hamma joyda mavjud: ular bizni liftlarda ko'taradi, ular bizni metroda, poezdlarda, tramvaylarda, trolleybuslarda va tezyurar poyezdlarda tashiydi. Ular bizni osmono'par binolar pollariga suv olib kelishadi, favvoralarni ishga tushirishadi, shaxtalar va quduqlardan suv pompalaydilar, po'latni tortadilar, og'irliklarni ko'taradilar, turli kranlarda ishlaydilar. Va ular boshqa ko'plab foydali narsalarni qiladilar, dastgohlar, asboblar va mexanizmlarni harakatga keltiradilar.

Sanoat va tadqiqot robotlarining butun armiyasini hisobga olmaganda, hatto nogironlar va harbiylar uchun ham ekzoskeletlar elektr motorlar yordamida tayyorlanadi.

Bugungi kunda elektr motorlar koinotda ishlaydi - faqat Curiosity roverini o'ylab ko'ring. Ular quruqlikda, er ostida, suvda, suv ostida va hatto havoda ishlaydi - agar bugun bo'lmasa, ertaga (2015 yil noyabr oyida yozilgan maqola) Solar Impulse 2 samolyoti nihoyat dunyo bo'ylab sayohatini yakunlaydi va uchuvchisiz havoda. elektr dvigatellaridagi transport vositalarida shunchaki raqamlar yo'q. Bejiz emas, hozirda juda jiddiy korporatsiyalar uchuvchisiz uchish apparatlaridan foydalangan holda pochta jo'natmalarini yetkazib berish xizmatlari ustida ishlamoqda.

Tarix ma'lumotnomasi

1800 yilda italyan fizigi Alessandro Volta tomonidan qurilgan kimyoviy akkumulyator keyinchalik ixtirochi "Voltaik ustun" nomini oldi. Bu o'tkazgichlarda elektr zaryadlarini harakatga keltirishga, ya'ni elektr tokini yaratishga imkon berdi. Voltaik ustun yordamida yangi kashfiyotlar fizika va kimyoning turli sohalarida birin-ketin sodir bo'ldi.

Masalan, ingliz olimi ser Xamfri Davi 1807 yilda natriy va kaliy gidroksidlari eritmalarining elektrolizini o'rganib, metall natriy va kaliyni oldi. Avvalroq, 1801 yilda u elektr yoyini ham kashf etgan, garchi ruslar uni Vasiliy Vladimirovich Petrovning kashfiyotchisi deb bilishsa ham. Petrov 1802 yilda nafaqat kamonning o'zi, balki uni metalllarni eritish, payvandlash va ularni rudalardan olish, shuningdek yoritish uchun amaliy qo'llash imkoniyatlarini ham tasvirlab berdi.

Ammo eng muhim kashfiyotni daniyalik fizigi Xans Kristian Oersted qildi: 1820 yil 21 aprelda ma'ruzada tajribalar namoyishi paytida u elektr tokini yoqish va o'chirishda magnit kompas ignasining og'ishini payqadi. sim shaklida o'tkazgich. Shunday qilib, birinchi marta elektr va magnitlanish o'rtasidagi bog'liqlik tasdiqlandi.

Keyingi qadamni frantsuz fizigi Andre Mari Amper Oersted tajribasi bilan tanishganidan keyin bir necha oy o'tgach amalga oshirdi. Bu olimning Fransiya Fanlar akademiyasiga birin-ketin yuborayotgan xabarlarida bayon etilgan fikr-mulohazalari qiziq. Dastlab, kompas ignasining tok o'tkazgichda burilishini kuzatar ekan, Amper Yerning magnitlanishiga Yer atrofida g'arbdan sharqqa yo'nalishda oqayotgan oqimlar ham sabab bo'ladi, deb taxmin qildi. Bundan u jismning magnit xossalarini uning ichidagi tokning aylanishi bilan izohlash mumkin degan xulosaga keldi. Bundan tashqari, Amper har qanday jismning magnit xususiyatlari uning ichidagi yopiq elektr toklari bilan belgilanadi va magnit o'zaro ta'sir maxsus magnit zaryadlar bilan emas, balki oddiygina elektr zaryadlarining harakati, ya'ni oqim bilan bog'liq degan xulosaga keldi.

Amper darhol ushbu o'zaro ta'sirni eksperimental o'rganishga kirishdi va bir yo'nalishda oqayotgan oqim bilan o'tkazgichlar qarama-qarshi yo'nalishda tortilishi va qaytarilishini aniqladi. O'zaro perpendikulyar o'tkazgichlar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilmaydi.

Amper tomonidan kashf etilgan qonunni o'z formulasida keltirishga qarshi turish qiyin:

"Harakatlanuvchi zaryadlarning o'zaro ta'sir kuchi, Kulon qonunida bo'lgani kabi, bu zaryadlarning ko'paytmasiga proportsional, ular orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsionaldir, lekin bundan tashqari, bu zaryadlarning tezligi va yo'nalishiga ham bog'liq. ularning harakati."

Shunday qilib, fizikada tezliklarga bog'liq asosiy kuchlar kashf qilindi.

Ammo elektr va magnetizm fanidagi haqiqiy yutuq Maykl Faraday tomonidan elektromagnit induksiya hodisasini - u orqali o'tadigan magnit oqimi o'zgarganda yopiq zanjirda elektr tokining paydo bo'lishini kashf etdi. Faradaydan qat'iy nazar, elektromagnit induksiya hodisasini 1832 yilda Jozef Genri ham kashf etgan, u bu yo'lda o'z-o'zini induktsiya hodisasini kashf etgan.

1831 yil 29 avgustda Faraday tomonidan ommaviy namoyish o'tkazildi, u ixtiro qilgan, voltaik qutb, kalit, temir halqadan iborat bo'lib, unga qarama-qarshi tomondan ikkita bir xil mis sim o'ralgan. Bobinlardan biri kalit orqali batareyaga, ikkinchisining uchlariga galvanometr ulangan. Oqim yoqilganda va o'chirilganda, galvanometr ikkinchi g'altakdagi turli yo'nalishdagi oqim ko'rinishini qayd etdi.

Faraday tajribalarida induksion tok deb ataladigan elektr toki magnit lasanga kiritilganda yoki o‘lchash pallasida yuklangan bo‘lakdan tortib olinganda ham paydo bo‘lgan. Xuddi shunday, oqim ham kichikroq oqim o'tkazuvchi lasan oldingi tajribadagi kattaroq bobinga kiritilganda/tortib olinganda paydo bo'ldi. Bundan tashqari, rus olimi Emil Xristianovich Lenz tomonidan ishlab chiqilgan qoidaga muvofiq magnit yoki oqimli kichik lasan kiritilganda / uzaytirilganda induksiya oqimining yo'nalishi teskari tomonga o'zgardi. 1833 yilda.

O'tkazilgan tajribalar asosida Faraday keyinchalik uning nomi bilan atalgan elektromotor kuch qonunini chiqardi.

Faraday tajribalarining g‘oyalari va natijalarini yana bir buyuk vatandoshimiz – ajoyib ingliz fizigi va matematigi Jeyms Klerk Maksvell o‘zining keyinchalik Maksvell tenglamalari deb atalgan elektrodinamikaning to‘rtta differensial tenglamalarida qayta ko‘rib chiqdi va umumlashtirdi.

Shuni ta'kidlash kerakki, to'rtta Maksvell tenglamasidan uchtasida magnit induksiya magnit maydon vektori shaklida namoyon bo'ladi.

Magnit induktsiya. Ta'rif

Magnit induktsiya - vektor fizik kattalik bo'lib, u kosmosning ma'lum bir nuqtasida magnit maydonning (uning zaryadlangan zarrachalarga ta'siri) kuch xususiyatidir. Bu qanchalik kuchli ekanligini aniqlaydi F magnit maydon zaryadga ta'sir qiladi q, tezlikda harakatlanadi v. Lotin harfi bilan belgilanadi DA(B vektor talaffuz qilinadi) va kuch quyidagi formula yordamida hisoblanadi:

F = q [v∙B]

qayerda F- zaryadga magnit maydon tomonidan ta'sir etuvchi Lorents kuchi q; v- zaryadning harakat tezligi; B- magnit maydon induksiyasi; [ v × B] - vektorlarning o‘zaro ko‘paytmasi v va B.

Algebraik jihatdan ifodani quyidagicha yozish mumkin:

F = q∙v∙B sina

qayerda α - tezlik va magnit induksiya vektorlari orasidagi burchak. vektor yo'nalishi F ularning ikkalasiga perpendikulyar va chap qo'l qoidasiga muvofiq yo'naltirilgan.

Magnit induktsiya magnit maydonning elektr maydonining kuchlanish vektoriga o'xshash asosiy fundamental xarakteristikasidir.

SI xalqaro birliklar tizimida maydonning magnit induksiyasi tesla (T), CGS tizimida - gauss (Gs) bilan o'lchanadi.

1 T = 10⁴ Gs

Turli xil ilovalarda qo'llaniladigan magnit induksiyani o'lchashning boshqa miqdorlari va ularni bir kattalikdan ikkinchisiga o'tkazish, fizik kattaliklarni o'zgartirgichda topish mumkin.

Magnit induksiyaning kattaligini o'lchash uchun o'lchov asboblari teslametr yoki gaussmetr deb ataladi.

Magnit maydon induksiyasi. Hodisalar fizikasi

Tashqi magnit maydonga reaktsiyasiga qarab, barcha moddalar uch guruhga bo'linadi:

• Diamagnetlar
• Paramagnetlar
• ferromagnitlar

Diamagnetizm va paramagnetizm atamalari 1845 yilda Faraday tomonidan kiritilgan. Bu reaksiyalarning miqdorini aniqlash uchun magnit o‘tkazuvchanlik tushunchasi kiritildi. SI tizimida joriy qilingan mutlaq magnit o'tkazuvchanligi, H / m da o'lchanadi va qarindosh o'lchovsiz magnit o'tkazuvchanlik, ma'lum muhitning o'tkazuvchanligi vakuum o'tkazuvchanligiga nisbatiga teng. Diamagnetlar uchun nisbiy magnit o'tkazuvchanlik birlikdan biroz kamroq, paramagnitlar uchun esa birlikdan biroz kattaroqdir. Ferromagnitlarda magnit o'tkazuvchanlik birlikdan ancha katta va chiziqli emas.

Fenomen diamagnetizm Bu moddaning yo'nalishiga qarshi magnitlanish tufayli tashqi magnit maydonning ta'siriga qarshi turish qobiliyatidan iborat. Ya'ni, diamagnetlar magnit maydon tomonidan qaytariladi. Bunday holda, diamagnetning atomlari, molekulalari yoki ionlari tashqi maydonga qarshi qaratilgan magnit momentga ega bo'ladi.

Fenomen paramagnetizm- moddaning tashqi magnit maydon ta'sirida magnitlanish qobiliyati. Diamagnetlardan farqli o'laroq, paramagnetlar magnit maydon tomonidan tortiladi. Bunday holda, paramagnetning atomlari, molekulalari yoki ionlari tashqi magnit maydon yo'nalishiga to'g'ri keladigan yo'nalishda magnit momentga ega bo'ladi. Maydon olib tashlanganda paramagnetlar magnitlanishni saqlamaydi.

Fenomen ferromagnetizm- moddaning tashqi magnit maydoni bo'lmaganda o'z-o'zidan magnitlanish yoki tashqi magnit maydon ta'sirida magnitlanish va maydon olib tashlanganda magnitlanishni saqlab qolish qobiliyati. Bunday holda, atomlar, molekulalar yoki ionlarning magnit momentlarining ko'pchiligi bir-biriga parallel bo'ladi. Bu tartib Kyuri nuqtasi deb ataladigan ma'lum bir kritik haroratdan past haroratgacha saqlanadi. Berilgan modda uchun Kyuri nuqtasidan yuqori haroratlarda ferromagnitlar paramagnitlarga aylanadi.

Supero'tkazuvchilarning magnit o'tkazuvchanligi nolga teng.

Havoning mutlaq magnit o'tkazuvchanligi taxminan vakuumning magnit o'tkazuvchanligiga teng va texnik hisob-kitoblarda 4p 10 ⁻⁷ H/m ga teng qabul qilinadi.

Diamagnetlarda magnit maydon harakatining o'ziga xos xususiyatlari

Yuqorida aytib o'tilganidek, diamagnetik materiallar tashqi magnit maydonga qarshi yo'naltirilgan induksiyalangan magnit maydon hosil qiladi. Diamagnetizm - barcha moddalarga xos bo'lgan kvant mexanik ta'sir. Paramagnetlarda va ferromagnitlarda u boshqa kuchli ta'sirlar tufayli tekislanadi.

Diamagnetlarga, masalan, inert gazlar, azot, vodorod, kremniy, fosfor va pirolitik uglerod kabi moddalar kiradi; ba'zi metallar - vismut, sink, mis, oltin, kumush. Ko'pgina boshqa noorganik va organik birikmalar ham diamagnitdir, shu jumladan suv.

Bir hil bo'lmagan magnit maydonda diamagnetlar kuchsizroq maydonga o'tkaziladi. Magnit kuch chiziqlari, xuddi diamagnit materiallar tomonidan tanadan tashqariga suriladi. Diamagnit levitatsiya hodisasi shu xususiyatga asoslanadi. Zamonaviy magnitlar tomonidan yaratilgan etarlicha kuchli magnit maydonda nafaqat turli diamagnitlarni, balki asosan suvdan iborat kichik tirik mavjudotlarni ham ko'tarish mumkin.

Niderlandiyaning Niemingen universiteti olimlari magnit induksiyasi taxminan 16 T bo‘lgan dalada qurbaqani havoga osib qo‘yishga muvaffaq bo‘lishdi, NASA laboratoriyasi tadqiqotchilari esa o‘ta o‘tkazgich magnitidan – sichqonchaning levitatsiyasidan foydalanishdi. biologik ob'ekt qurbaqadan ko'ra odamga yaqinroqdir.

Barcha o'tkazgichlar o'zgaruvchan magnit maydon ta'sirida diamagnetizmni namoyon qiladi.

Hodisaning mohiyati shundan iboratki, o'zgaruvchan magnit maydon ta'sirida o'tkazgichlarda tashqi magnit maydon ta'siriga qarshi yo'naltirilgan girdab oqimlari - Fuko oqimlari paydo bo'ladi.

Paramagnetlarda magnit maydonning harakat xususiyatlari

Magnit maydonning paramagnetlar bilan o'zaro ta'siri butunlay boshqacha. Paramagnit materiallarning atomlari, molekulalari yoki ionlari o'zlarining magnit momentiga ega bo'lgani uchun ular tashqi magnit maydon yo'nalishi bo'yicha tekislanadi. Bu asl maydondan kattaroq bo'lgan magnit maydon hosil qiladi.

Paramagnetlarga alyuminiy, platina, gidroksidi va ishqoriy tuproq metallari litiy, seziy, natriy, magniy, volfram, shuningdek, bu metallarning qotishmalari kiradi. Kislorod, azot oksidi, marganets oksidi, temir xlorid va boshqa ko'plab kimyoviy birikmalar ham paramagnitdir.

Paramagnetlar zaif magnit moddalardir, ularning magnit o'tkazuvchanligi birlikdan bir oz ko'proq. Bir hil bo'lmagan magnit maydonda paramagnetlar kuchliroq maydon hududiga tortiladi. Magnit maydon bo'lmasa, paramagnetlar magnitlanishni saqlamaydi, chunki termal harakat tufayli ularning atomlari, molekulalari yoki ionlarining ichki magnit momentlari tasodifiy yo'naltiriladi.

Ferromagnitlarda magnit maydon harakatining xususiyatlari

Ferromagnitlar o'z-o'zidan magnitlanish xususiyatiga ega bo'lganligi sababli, insoniyatga qadim zamonlardan beri ma'lum bo'lgan tabiiy magnitlarni hosil qiladi. Sehrli xususiyatlar magnitlarga tegishli edi, ular turli diniy marosimlarda va hatto binolarni qurishda ishlatilgan. Miloddan avvalgi ikkinchi yoki birinchi asrlarda xitoylar tomonidan ixtiro qilingan kompasning birinchi prototipi qiziquvchan ajdodlar tomonidan Feng Shui qoidalariga muvofiq uylar qurish uchun ishlatilgan. Kompasdan navigatsiya vositasi sifatida foydalanish 11-asrda Buyuk Ipak yoʻli boʻylab choʻl boʻylab sayohat qilish uchun boshlangan. Keyinchalik dengiz ishlarida kompasdan foydalanish navigatsiyaning rivojlanishi, yangi yerlarning ochilishi va yangi dengiz savdo yo'llarining rivojlanishida katta rol o'ynadi.

Ferromagnetizm - spinga ega bo'lgan elektronlarning kvant mexanik xususiyatlarining namoyon bo'lishi, ya'ni. o'z dipol magnit momenti. Oddiy qilib aytganda, elektronlar o'zini mayda magnitlar kabi tutadi. Atomning har bir to'ldirilgan elektron qobig'ida faqat qarama-qarshi spinli elektronlar juftligi bo'lishi mumkin, ya'ni. bunday elektronlarning magnit maydoni qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltiriladi. Shu sababli, juftlangan elektronlar soniga ega atomlarning umumiy magnit momenti nolga teng, shuning uchun faqat to'ldirilmagan tashqi qobig'i bo'lgan va juftlanmagan elektron soniga ega bo'lgan atomlar ferromagnit hisoblanadi.

Ferromagnitlarga o'tish guruhidagi metallar (temir, mis, nikel) va noyob tuproq metallari (gadoliniy, terbiyum, disprosiy, golmiy va erbiy), shuningdek, ushbu metallarning qotishmalari kiradi. Yuqoridagi elementlarning ferromagnit bo'lmagan materiallar bilan qotishmalari ham ferromagnitdir; xrom va marganetsning ferromagnit bo'lmagan elementlar bilan qotishmalari va birikmalari, shuningdek aktinid guruhining ba'zi metallari.

Ferromagnitlar magnit o'tkazuvchanlik qiymati birlikdan ancha katta; tashqi magnit maydon ta'sirida ularning magnitlanishining bog'liqligi chiziqli emas va ular histerezisning namoyon bo'lishi bilan tavsiflanadi - agar magnit maydonning ta'siri olib tashlansa, ferromagnitlar magnitlangan bo'lib qoladi. Ushbu qoldiq magnitlanishni olib tashlash uchun teskari maydonni qo'llash kerak.

Stoletov egri chizig'i deb ataladigan ferromagnitdagi magnit o'tkazuvchanligi m ning magnit maydon kuchiga H ga bog'liqligi grafigi shuni ko'rsatadiki, magnit maydonning nol kuchida H = 0 magnit o'tkazuvchanligi kichik m₀ qiymatga ega; keyin intensivlik oshgani sayin magnit o'tkazuvchanlik maksimal m max ga tez o'sib boradi, keyin asta-sekin nolga tushadi.

Ferromagnitlarning xususiyatlarini o'rganishda kashshof rus fizigi va kimyogari Aleksandr Stoletov edi. Endi magnit o'tkazuvchanlikning magnit maydon kuchiga bog'liqligi egri chizig'i uning nomini oldi.

Zamonaviy ferromagnit materiallar fan va texnikada keng qo'llaniladi: ko'plab texnologiyalar va qurilmalar ulardan foydalanish va magnit induksiya hodisasidan foydalanishga asoslangan. Masalan, kompyuter texnikasida: kompyuterlarning birinchi avlodlarida xotira ferrit yadrolarida bo'lgan, ma'lumotlar magnit lentalarda, floppi va qattiq disklarda saqlanadi. Biroq, ikkinchisi hali ham kompyuterlarda qo'llaniladi va yiliga yuz millionlab dona ishlab chiqariladi.

Elektrotexnika va elektronikada magnit induksiyadan foydalanish

Zamonaviy dunyoda magnit maydon induksiyasini, birinchi navbatda, elektrotexnikada qo'llashning ko'plab misollari mavjud: elektr generatorlarida, kuchlanish transformatorlarida, turli xil qurilmalar, asboblar va mexanizmlarning turli elektromagnit drayvlarida, o'lchash texnologiyasida va fanda, eksperimentlar uchun turli xil jismoniy qurilmalar. , shuningdek, elektrdan himoya qilish va favqulodda o'chirish vositalarida.

Elektr dvigatellari, generatorlari va transformatorlari

1824 yilda ingliz fizigi va matematigi Piter Barlou o'zi ixtiro qilgan bir qutbli motorni tasvirlab berdi, bu zamonaviy doimiy to'lqinli elektr motorlarining prototipiga aylandi. Ixtiro elektromagnit induksiya hodisasi kashf etilishidan ancha oldin yaratilgani bilan ham qimmatlidir.

Hozirgi vaqtda deyarli barcha elektr motorlar Amper kuchidan foydalanadi, bu esa magnit maydonda oqim o'tkazuvchi kontaktlarning zanglashiga olib, uning harakatlanishiga olib keladi.

Magnit induksiya hodisasini namoyish qilish uchun Faraday 1831 yilda eksperimental qurilma yaratdi, uning muhim qismi hozirda toroidal transformator sifatida tanilgan qurilma edi. Faraday transformatorining ishlash printsipi quvvati, dizayni va ko'lamidan qat'i nazar, barcha zamonaviy kuchlanish va oqim transformatorlarida hali ham qo'llaniladi.

Bundan tashqari, Faraday o'zi ixtiro qilgan bir qutbli doimiy to'g'ridan-to'g'ri generator yordamida mexanik harakatni elektrga aylantirish imkoniyatini ilmiy asoslab berdi va eksperimental ravishda isbotladi, bu esa barcha DC generatorlarining prototipiga aylandi.

Birinchi o'zgaruvchan tok generatori 1832 yilda frantsuz ixtirochisi Hippolyte Pixie tomonidan yaratilgan. Keyinchalik, Amperning taklifiga binoan, u kommutatsiya moslamasi bilan to'ldirildi, bu esa pulsatsiyalanuvchi to'g'ridan-to'g'ri oqimni olish imkonini berdi.

Magnit induksiya printsipidan foydalanadigan deyarli barcha elektr generatorlari o'zgaruvchan magnit maydonda bo'lgan yopiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan elektromotor kuchining paydo bo'lishiga asoslanadi. Bunday holda, yoki magnit rotor o'zgaruvchan tok generatorlarida sobit stator sariqlariga nisbatan aylanadi yoki rotor o'rashlari doimiy tok generatorlarida sobit stator magnitlariga (bo'yinturuq) nisbatan aylanadi.

Xitoyning DongFang Electric kompaniyasi tomonidan 2013 yilda Taishan atom elektr stansiyasi uchun qurilgan dunyodagi eng kuchli generator 1750 MVt quvvat ishlab chiqarishi mumkin.

Mexanik energiyani elektr energiyasiga aylantirish va aksincha, an'anaviy turdagi generatorlar va elektr motorlariga qo'shimcha ravishda, boshqa printsip asosida ishlaydigan magnit gidrodinamik generatorlar va motorlar mavjud.

Rele va elektromagnitlar

Amerikalik olim J. Genri tomonidan ixtiro qilingan elektromagnit birinchi elektr aktuator va tanish elektr qo'ng'irog'ining peshvosi bo'ldi. Keyinchalik, uning asosida Genri elektromagnit o'rni yaratdi, bu ikkilik holatga ega bo'lgan birinchi avtomatik almashtirish moslamasiga aylandi.

Shure dinamik mikrofoni videostudiya saytida ishlatiladi

Telegraf signalini uzoq masofalarga uzatishda, signalni keyingi uzatish uchun oraliq stantsiyalarning tashqi batareyalarini ulashni o'zgartiradigan doimiy kuchaytirgich sifatida o'rni ishlatilgan.

Dinamik boshlar va mikrofonlar

Zamonaviy audio texnologiyasida elektromagnit dinamiklar keng qo'llaniladi, ulardagi tovush konusga biriktirilgan harakatlanuvchi lasanning o'zaro ta'siri tufayli paydo bo'ladi, bu orqali audio chastota oqimi o'tadi, magnit maydon sobit doimiy magnit bo'shlig'ida. Natijada, bobin diffuzor bilan birgalikda harakat qiladi va tovush to'lqinlarini yaratadi.

Dinamik mikrofonlar dinamik bosh bilan bir xil dizayndan foydalanadi, ammo mikrofonda, aksincha, akustik signal ta'sirida tebranadigan, sobit doimiy magnitning bo'shlig'ida mini-diffuzorli harakatlanuvchi lasan elektr signalini hosil qiladi. audio chastotasi.

O'lchov asboblari va sensorlar

Zamonaviy raqamli o'lchash vositalarining ko'pligiga qaramay, o'lchash texnologiyasida hali ham magnitoelektrik, elektromagnit, elektrodinamik, ferrodinamik va induksion turdagi asboblar qo'llaniladi.

Yuqoridagi turdagi barcha tizimlar magnit maydonlarning yoki doimiy magnitning oqimga ega bo'lgan g'altakning maydoni bilan yoki ferromagnit yadroning oqimga ega bo'lgan g'altakning maydonlari bilan yoki oqim bilan bo'lgan magnit maydonlarning o'zaro ta'siri printsipidan foydalanadi.

Bunday o'lchov tizimlarining nisbiy inertsiyasi tufayli ular o'zgaruvchilarning o'rtacha qiymatlarini o'lchash uchun qo'llaniladi.