Elektr va magnetizm

Moddalardagi magnit maydoni.
Reja:
1 Moddalardagi magnit maydoni
2 Magnit induksiya o‘zgarishlarining
3 Moddaning magnit xossalaridan
Foydalanilgan adabiyot
Tabiatdagi barcha moddalar u yoki bu darajada magnit xossalariga egadir.
Xozirgi vaqtda ixtiyoriy moddani tashkil qilgan elementlar zarrachalar, atom va molekulalarning magnit xossaga ega ekanligi aniqlangan. Har qanday moddaning magnit xossasi atomdagi elektronlarning magnit xossalari bilan harakterlanadi.
Elektronning atrofida elektromagnit maydoni mavjud. Bu maydonning elektr tashkil etuvchi elektr zaryadi «e» bilan, magnit tashkil etuvchi esa, «spin» bilan harakterlanadi.
Elektronning yadro atrofidagi orbital harakatlanishidan hosil bo‘lgan magnit maydonni elektronning orbital magnit momenti bilan harakterlash mumkin, ya’ni:
(1)
bu yerda I- orbital tok; S – orbitaning yuzasi; - elektron zaryadi; - aylanish chastotasi; r – orbitaning radiusi.
Magnit maydoniga joylashtirilganda holatini o‘zgartirmaydigan moddalar mavjud emas. Magnit maydoniga moddalarning o‘zi shunday maydon manbai bo‘lib qoladi. Shu ma’noda barcha moddalarni magnetiklar deb qabul qilingan.
Magnetiklarning magnitlanganlik darajasini harakterlash uchun magnetiklanish vektori kiritilgan.
Magnetiklarning magnitlanish vektori deb, uning xajm birligiga mos kelgan atomlarning natijaviy magnit momentiga miqdor jihatdan teng bo‘lgan fizik kattalikka aytiladi:
(2)
bu yerda n – magnetikning hajmidagi atomlar soni.
Tashqi magnit maydonga kiritilgan magnetikdagi magnit maydonning induksiya vektori vakuumdagi magnit maydonning induksiyasi bilan magnetikning magnitlanishi natijasida hosil bo‘lgan ichki magnit maydonning induksiyasining vektor yig‘indisiga tengdir:
(3)
bu yerda – tashqi magnit maydon induksiyasi;
– vakuumdagi magnit maydon induksiyasi;
– magnetikni ichki magnit maydon induksiyasi
(3) formuladan quyidagini hosil qilamiz:
(4)
bu yerda (5)
- magnetiklarning nisbiy magnit singdiruvchanligi.
Vakuum va havo uchun = 1, chunki bu muhitdagi ichki magnit maydon induksiyasi nolga teng, ya’ni = O.
Nisbiy magnit singdiruvchanligining qiymatiga qarab moddalar uch guruhlarda bo‘linadi.
Agar <1 modda tashqi magnit maydonga kiritilganda tashqi magnit maydonni susaytiradigan yo‘nalishda ichki magnit maydon hosil bo‘ladi. Bu ichki maydonning induksiyasi tashqi magnit maydonnikiga qarama-qarshi yo‘nalganligi uchun bunday moddalar diamagnetiklar deyiladi.
Diamagnetiklarga misol qilib inert gazlarini, ko‘pgina organik birikmalar, vismut, oltin, mis, simob, smolalar, suv, shisha va hokazolarni olish mumkin.
Agar >1 modda tashqi magnit maydoniga joylashtirilganda u maydonni kuchaytiradigan yo‘nalishda ichki magnit maydonni hosil qiladi. Bu ichki maydonning induksiyasi tashqi maydonning induksiyasi bilan parallel yo‘nalganligi uchun bunday moddalarga paramagnetiklar deyiladi.
Paramagnetiklarga misol qilib havo, alyuminiy, azot, volfram, marganes, qalay, platina, ebonitni olish mumkin.
Nisbiy magnit singdiruvchanligi vakuumdagidan juda katta, ya’ni >>1 bo‘lgan moddalar tashqi magnit maydonga kiritilsa, tashqi maydonga nisbatan yuzlarcha va minglarcha marta katta bo‘lgan ichki maydon hosil bo‘ladi. Bunday moddalar ferromagnetiklar deyiladi. Bunday moddalarga temir, cho‘yan, nikel, kobalt va bir qator temir qotishmalarini misol qilib olish mumkin.
Ferromagnetiklarning tuzilishidan aniqlanganki, ular juda ko‘p o‘z-o‘zidan magnitlashgan sohalardan tashkil topgan ekan. Bunday sohalar domenlar deb ataladi.
Tashqi o‘zgaruvchan magnit maydonda joylashgan ferromagnetik magnitlashga ega bo‘ladi. Ferromagnetiklarning muhim xususiyatlaridan biri, ularning tashqi magnit ta’sir qilmagan holda ham magnitlanishini saqlanishi.
B
-H Hк 0 Hк + H H
Bm
1 – rasm
Magnit induksiya o‘zgarishlarining magnitlovchi maydon kuchlanganligini o‘zgarishlaridan bunday orqada qolish hodisasi magnit gisterezisi deb, berk egri chiziq esa gisterezis sirtmog‘i deb ataladi (1-rasm).
Gisterezis sirtmog‘ining yuzi katta bo‘lgan ferromagnetik qattiq (magnit jihatdan) ferromagnetik deyiladi. Ular turli xil maqsadlarda ishlatiladigan o‘zgarmas magnitlar yasash uchun mo‘ljallangan bo‘ladilar (2a- rasm).
Gisterezis sirtmog‘ining yuzi kichik bo‘lganlari esa yumshoq ferromagnetiklar deyiladi. Bunday materiallar o‘zgarmas va o‘zgaruvchan magnit oqimlarining magnit o‘tkazuvchisi sifatida ishlatiladi. (2b- rasm)
B B
-H 0 +H H H
a) b)
2 -rasm
2a – rasmda qattiq ferromagnetikning qayta magnitlanishdagi gisterezis sirmog‘ini yuzi ko‘rsatilgan. 2b – rasmda esa yumshoq ferromagnetikning qayta magnitlanishidagi gisterezis sirtmog‘i yuzi ko‘rsatilgan.
Keyingi vaqtlarda gisterezis sirtmog‘i yuzi juda kichik bo‘lgan materiallar yaratildi. Ular turli metall oksidlari aralashmasidan iborat bo‘lgan qotishmalar, masalan, nikel va rux, marganes va magniy kabilardir. Ular ferritlar deb ataladi. Ferritlarda qayta magnitlanish vaqtida kam energiya sarf bo‘ladi.
Hozirgi vaqtda ferritlar avtomatikada, hisoblash mashinalarida, radiotexnikada va boshqa sohalarda keng ishlatilmoqda.
Ferromagnit materiallar texnikada keng ishlatiladi. Ulardan magnit ekranlar, tovushni magnit usulida yozib olish uchun lentalar, turli asbob va mexanizmlar (telefon, telegraf apparati, transformator, magnit krani) uchun elektromagnit o‘zaklari tayyorlashda foydalaniladi.
Ferromagnetiklarning muxim xususiyatlaridan biri aniq temperaturada magnit xossalarining yo‘qotishidir. Agar ferromagnetik temperaturasini orttirsak, u holda molekulalar xaotik harakati kuchayishi tufayli domenlar sochilib ketadi va ferromagnetik o‘zining dastlabki magnit xossalarini yo‘qotib, paramagnetikka aylanadi va temperaturaning bundan keyingi ortib borishida u paramagnetik bo‘lib qoladi. Ferromagnetikning paramagnetikka aylanishi har bir modda uchun muayyan temperaturada sodir bo‘ladi, bu temperatura Kyuri nuqtasi deyiladi. Masalan, temir uchun Kyuri nuqtasi = 770o S, kobalt uchun =1140o S
Tashqi magnit maydon Bo induksiyasi va ichki magnit maydon induksiyasi orasidagi bog‘lanish:
(6)
bu yerda - moddaning magnit qabul qiluvchanligi.
Izotop magnetiklarda maydon induksiyasi va kuchlanganligi orasidagi bog‘liqlikni ko‘rsatuvchi kattalik magnetikning turiga va uning holatiga (temperatura va hokazolar) bog‘liq bo‘lgani uchun mazkur moddaning magnit qabulchanligi deyiladi.
Diamagnetik moddalar uchun <0, paramagnetik moddalar uchun > 0 bo‘ladi.
Magnit singdiruvchanlik bilan magnit qabulchanlik orasidagi bog‘lanish quyidagicha bo‘ladi:
(7)
Paramagnetiklarning magnit qabul qiluvchanligi bilan temperatura orasidagi bog‘lanish:
(8)
bu yerda C-berilgan moddaning doimiysi; T – moddaning absolyut temperaturasi
(8) formula Kyuri – Veys qonuni deyiladi.
Ma’lumki, E vektorning chiziqlari (ya’ni elektrostatik maydon kuchlanganlik chiziqlari) yoxud zaryaddan boshlanar (zaryad musbat bo‘lganda), yoxud zaryadda tugallanar (zaryad manfiy bo‘lganda) edi. Hech vaqt kuchlanganlik chiziqlari berk bo‘lmas edi. Elektr zaryadlar elektr maydonni vujudga keltiruvchi manbalar bo‘lib, xizmat qiladi. Shuning uchun ham zaryadlarni, ba’zan, manbalar deb ataladi.
Magnit maydonni grafik tasvirlashda foydalaniladigan magnit induksiya chiziqlari esa doimo berk bo‘ladi. Berk chiziqlar hech qayerda boshlanmaydi va hech qayerda tugallanmaydi. O‘zlarining bu xususiyati bilan vektorning chiziqlari E vektorning chiziqlaridan butunlay farq qiladi. Shuning uchun tabiatda elektr zaryadlarga o‘xshash magnit zaryadlar bo‘lmaydi. Demak, magnit maydonni vujudga keltiruvchi elektr toklar uyurmasimon berk magnit induksiya chiziqlari bilan o‘ralgan bo‘ladi. Shuning uchung, magnit maydonni uyurmaviy maydon yoki uyurmalar maydoni deb, bu maydonni vujudga keltiruvchi elektr tokni esa uyurma deb atash mumkin.
Elektrostatik maydon potensial maydon edi. Shuning uchun, kuchlanganlik vektorining berk kontur bo‘yicha sirkulyatsiyasi nolga teng edi:
(9)
Magnit maydon bu xususiyatga egami? Bu savolga javob berish uchun cheksiz uzun to‘g‘ri tok maydonidagi ixtiyoriy yassi berk kontur bo‘yicha vektorning sirkulyatsiyasini qiymatini hisoblaylik. To‘g‘ri tok 3 – rasmda chizma tekisligiga perpendikulyar, zero chizmada u nuqta bilan tasvirlangan. Bu tok tufayli vujudga kelgan magnit maydonni tasvirlovchi chiziqlari – markazlari kontur tekisligi va tok kesishgan nuqtada joylashgan konsentrik aylanalardir.
B
d B
3-rasm.
Konturni xayolan elementlarga ajrataylik. Shu elementlardan biri joylashgan nuqtadagi vektorning yo‘nalishiga proyeksiyasini deb belgilaymiz va vektorning skalyar ko‘paytmasining xususiyatlaridan foydalanamiz:
(10)
Bunda – kontur elementining yo‘nalishiga proyeksiyasi, u – radiusli aylanaga urinma ravishda yo‘nalgan.
(11)
bunda – kontur elementi ( ) ga tiralgan va uchi to‘g‘ri tok bilan kontur tekisligi kesishgan nuqtada joylashgan markaziy burchak (10) va (11) lardan foydalanib hamda to‘g‘ri tokning magnit maydon induksiyasi
(12)
ekanligini hisobga olsak,
(13)
bo‘ladi. Kontur tokni qamrab olgan holda (13)dagi integral 2 ga teng bo‘ladi. Demak, vektorning to‘g‘ri tokni qamrab olgan ixtiyoriy shakldagi yassi kontur bo‘yicha sirkulyatsiyasi noldan farqli bo‘lib, u o‘tkazgichdan o‘tayotgan tok kuchiga bog‘liq, ya’ni:
(14)
Bu ifoda turli shakldagi toklar va kontur bir tekislikda yetmagan hollar uchun ham o‘rinli.
Amper qonuniga muvofiq, uzunligi bo‘lgan I tokli o‘tkazgichga bir jinsli magnit maydon tomonidan F kuch ta’sir etadi:
(15)
tokli o‘tkazgichni elementini magnit maydonda ko‘chishi natijasida bajargan dA ishini hisoblaymiz (4 – rasm)
(4 – rasm)
Berilgan bu hol uchun bajargan ish, ya’ni:
= (16)
Amper qonuni bo‘yicha:
(17)
(17) ifodani (16) formulaga quyganda, hosil qilamiz:
(18)
Rasmdan ko‘rinayaptiki,
,
bu yerda – induksiya vektorini normalga bo‘lgan proyeksiyasi.
O‘z navbatida,
(19)
Bu yerda yuzadan o‘tuvchi magnit oqimi
Shuning uchun (18) formulani quyidagi shaklda yozish mumkin:
(20)
Agar bo‘lsa va (20) formulani ikki tomonidan integral olsak, u paytda:
(21)
Shunday qilib, tokli o‘tkazgichning magnit maydonida ko‘chishida bajarilgan ish tok kuchining o‘tkazgich siljiganda chizgan yuzasi orqali o‘tgan magnit indukiya oqimi ko‘paytmasiga teng.
Texnikada magnit materiallarining xossalari juda katta ahamiyatga ega. Transformatorlar, elektr mashinalari kabi mexanizm, apparat va asboblarning ish rejimi, foydali ish koeffitsiyentlari asosan ulardagi magnit materiallarining sifatiga bog‘liq.
Elektr mashinalari, transformatorlar va boshqa kuchli tok qurilmalarining magnit oqimi o‘tkazadigan qismlari elektromagnit deyiladi va u yumshoq po‘latdan qilingan.
Elektromagnitning doimiy magnitdan afzalligi shundan iboratki, elektromagnitni uning chulg‘amidagi tokni ulab yoki uzib, magnitlash va magnitsizlantirish mumkin.
Elektromagnit – sun’iy magnit bo‘lib, ferromagnit o‘zak ustiga izolyatsiyalangan simdan o‘ralgan chulg‘amdan elektr toki o‘tkazilganda paydo bo‘ladigan magnit maydon ferromagnit o‘zakda to‘planib kuchli magnit maydon hosil qiladigan qurilmadir.
Elektromagnitdan texnika va avtomatikada turli maqsadlar uchun keng qo‘llaniladi.
Elektromagnitlar amalda turli- tuman qo‘llanishga ega. Ular elektrodvigatellarda, generatorlarda, telegrafda, ko‘tarish kranlarida, metallni qayta ishlovchi stanoklarda va boshqa joylarda qo‘llanadi. Elektromagnitlarning turli xil relelarda va ultratovush tebranishlarni olish uchun qo‘llanishi nihoyatda muhim ahamiyatga egadir.
Elektromagnit rele zanjirdagi tokni uzish va ulash uchun xizmat qiladi. Bunda reledan o‘tayotgan kuchsiz tok asosiy zanjirdagi kuchli tok quvvatini boshqaradi. Hozirgi zamon texnikasida turli xil relelarning keng qo‘llanilishi mashinalarni, sexlarni va hatto zavodlarni boshqarishni avtomatlashtirishga imkon beradi.
Moddaning magnit xossalaridan boshqa ko‘pgina asboblarda ham foydalaniladi. Masalan, magnit defektoskop po‘lat buyumlardagi kichik yoriq, yoki bo‘shliqni bilishga imkon beradi. Magnit mikrometr po‘lat buyumlar va hokazolar qoplangan yupqa qatlamlar qalinligini o‘lchashga imkon beradi. Texnikada elektr o‘lchov asboblari keng ishlatiladi.
Elektr o‘lchov asboblari to‘rt turga bo‘linadi: magnitoelektr, elektromagnit, elektrodinamik va issiqlik asboblari. Magnitoelektr asboblarning ishlashi tokli o‘tkazgichning doimiy magnitning maydonida Amper kuchi ta’sirida harakatlanishiga asoslangan. Bu asboblar juda sezgir, aniq ko‘rsatadi, biroq ular faqat o‘zgarmas tok zanjirlarida o‘lchashlar uchun yaroqlidir.
Elektromagnit asboblarining ishlashi temir o‘zakning tokli g‘altakka tortilish hodisasiga asoslangan. Bu asboblar o‘zgarmas tok zanjirlarida ham, o‘zgaruvchan tok zanjirlarida ham o‘lchashlar uchun yaroqlidir.
Elektrodinamik asboblarning ishlashi toklarning o‘zaro ta’siriga asoslangan. Bunday asboblar yordamida o‘zgaruvchan hamda o‘zgarmas tok zanjirlarida o‘lchashlar olib borish mumkin.
Issiqlik asboblarining ishlashi tok o‘tayotgan simning qizib, uzayish xossasiga asoslangan. Ular o‘zgarmas hamda o‘zgaruvchan tok zanjirlarida o‘lchashlar uchun, ayniqsa yuqori chastotali toklarning o‘lchash uchun yaroqlidir.
ADABIYOTLAR :
I.V.Savelev. Umumiy fizika kursi.
R.I.Grabovskiy. Fizika kukrsi.
Ismoilov M., Habibullayev P., Xaliulin M. Fizika kursi.
Abdullayev G. Fizika.
Savelev I.V. «Umumiy fizika kursi»
Savelev I.V. «Umumiy fizika kursi»
Rasulmuhamedov A.G, Kamolov J., Izbosarov B.F. «Umumiy fizika kursi»
Nazarov O‘.Q. Umumiy fizika kursi.
9. Sivuxin D.V. “Umumiy fizika kursi”.
10. www.ziyonet.uz 1>
|