Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի սկզբունքով աշխատող սարքեր. Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթի գործնական կիրառում

Մենք դա արդեն գիտենք էլեկտրաէներգիա, շարժվելով հաղորդիչի երկայնքով, դրա շուրջ մագնիսական դաշտ է ստեղծում։ Այս երևույթի հիման վրա մարդը հորինել և լայնորեն օգտագործում է էլեկտրամագնիսների լայն տեսականի: Բայց հարց է առաջանում՝ եթե էլեկտրական լիցքերը, շարժվելով, առաջացնում են տեսքը մագնիսական դաշտը, բայց չի՞ աշխատում և հակառակը։

Այսինքն՝ մագնիսական դաշտը կարո՞ղ է առաջացնել էլեկտրական հոսանք հաղորդիչում։ 1831 թվականին Մայքլ Ֆարադեյը հաստատեց, որ մագնիսական դաշտի փոփոխության ժամանակ էլեկտրական հոսանք է առաջանում փակ հաղորդիչ էլեկտրական շղթայում։ Նման հոսանքը կոչվում էր ինդուկցիոն հոսանք, իսկ փակ հաղորդիչ շղթայում հոսանքի հայտնվելու ֆենոմենը՝ այս շղթա թափանցող մագնիսական դաշտի փոփոխությամբ, կոչվում է. էլեկտրամագնիսական ինդուկցիա.

Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթը

«Էլեկտրամագնիսական» անվանումն ինքնին բաղկացած է երկու մասից՝ «էլեկտրո» և «մագնիսական»։ Էլեկտրական և մագնիսական երևույթներանքակտելիորեն կապված են միմյանց հետ: Եվ եթե էլեկտրական լիցքերը, շարժվելով, փոխում են իրենց շուրջը գտնվող մագնիսական դաշտը, ապա մագնիսական դաշտը, փոփոխվելով, կամա թե ակամա ստիպում է շարժվել էլեկտրական լիցքերը՝ առաջացնելով էլեկտրական հոսանք։

Այս դեպքում հենց փոփոխվող մագնիսական դաշտն է առաջացնում էլեկտրական հոսանքի առաջացումը։ Մշտական ​​մագնիսական դաշտը շարժում չի առաջացնի էլեկտրական լիցքեր, և համապատասխանաբար, ինդուկցիոն հոսանքը չի ձևավորվում: Ավելին մանրամասն դիտարկումէլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթները, բանաձևերի ածանցումը և էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի օրենքը վերաբերում է իններորդ դասարանի դասընթացին։

Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի կիրառում

Այս հոդվածում մենք կխոսենք էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի օգտագործման մասին: Շատ շարժիչների և հոսանքի գեներատորների շահագործումը հիմնված է էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի օրենքների օգտագործման վրա: Նրանց աշխատանքի սկզբունքը բավականին պարզ է հասկանալի։

Մագնիսական դաշտի փոփոխությունը կարող է առաջանալ, օրինակ, մագնիս շարժելով։ Հետևաբար, եթե մագնիսը տեղափոխվում է փակ շղթայի ներսում երրորդ կողմի ազդեցությամբ, ապա այս շղթայում հոսանք կհայտնվի: Այսպիսով, դուք կարող եք ստեղծել ընթացիկ գեներատոր:

Եթե, ընդհակառակը, երրորդ կողմի աղբյուրից հոսանք է անցնում շղթայի միջով, ապա շղթայի ներսում մագնիսը կսկսի շարժվել էլեկտրական հոսանքից առաջացած մագնիսական դաշտի ազդեցության տակ: Այս կերպ կարելի է էլեկտրական շարժիչ հավաքել։

Վերը նկարագրված ընթացիկ գեներատորները էլեկտրակայաններում մեխանիկական էներգիան վերածում են էլեկտրական էներգիայի: Մեխանիկական էներգիան ածխի էներգիան է, դիզելային վառելիք, քամի, ջուր և այլն։ Էլեկտրաէներգիան մատակարարվում է լարերի միջոցով սպառողներին և այնտեղ այն նորից վերածվում է մեխանիկական էներգիայի էլեկտրական շարժիչներում:

Փոշեկուլների, վարսահարդարիչների, խառնիչների, հովացուցիչների, էլեկտրական մսաղացների և բազմաթիվ այլ սարքերի էլեկտրական շարժիչները, որոնք մենք օգտագործում ենք ամեն օր, հիմնված են էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի և մագնիսական ուժերի օգտագործման վրա: Արդյունաբերության մեջ այս նույն երեւույթների կիրառման մասին խոսելն ավելորդ է, պարզ է, որ այն ամենուր է։

Խուդոլեյ Անդրեյ, Խնիկով Իգոր

Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթի գործնական կիրառում։

Բեռնել:

Նախադիտում:

Ներկայացումների նախադիտումն օգտագործելու համար ստեղծեք ձեր համար հաշիվ ( հաշիվ) Google և մուտք գործեք՝ https://accounts.google.com

Սլայդների ենթագրեր.

Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիա մեջ ժամանակակից տեխնոլոգիաԿատարում են Սուվորով քաղաքի Խնիկով Իգոր, Խուդոլեյ Անդրեյի 11 «Ա» դասարանի ՄՈՒՍՈՇԻ թիվ 2 սաները։

Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի ֆենոմենը հայտնաբերվել է 1831 թվականի օգոստոսի 29-ին Մայքլ Ֆարադեյի կողմից։ Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթը բաղկացած է հաղորդիչ միացումում էլեկտրական հոսանքի առաջացումից, որը կա՛մ գտնվում է ժամանակի ընթացքում փոփոխվող մագնիսական դաշտում, կա՛մ շարժվում է հաստատուն մագնիսական դաշտում այնպես, որ մագնիսական ինդուկցիոն գծերի քանակը ներթափանցում է շղթայի փոփոխությունները.

Փակ օղակում էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի EMF-ը թվայինորեն հավասար է և հակառակ նշանով մագնիսական հոսքի փոփոխության արագությանը, որը սահմանափակվում է այս օղակով սահմանափակված մակերեսով: Ուղղություն ինդուկցիոն հոսանք(ինչպես նաև EMF-ի արժեքը), համարվում է դրական, եթե այն համընկնում է շղթայի շրջանցման ընտրված ուղղության հետ:

Ֆարադեյի փորձը Մշտական ​​մագնիսը տեղադրվում է կամ հանվում է գալվանոմետրին միացված կծիկի մեջ: Երբ մագնիսը շարժվում է շղթայում, առաջանում է էլեկտրական հոսանք:Մեկ ամսվա ընթացքում Ֆարադեյը փորձնականորեն բացահայտեց էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթի բոլոր էական հատկանիշները: Ներկայումս Ֆարադեյի փորձերը կարող է իրականացնել ցանկացած մարդ։

Էլեկտրամագնիսական դաշտի հիմնական աղբյուրները Էլեկտրամագնիսական դաշտի հիմնական աղբյուրներն են՝ էլեկտրահաղորդման գծերը. Հաղորդալարեր (շենքերի և շինությունների ներսում): Կենցաղային էլեկտրական տեխնիկա. Անհատական ​​համակարգիչներ. Հեռուստատեսային և ռադիոհաղորդիչ կայաններ. Արբանյակային և բջջային կապ (սարքեր, կրկնիչներ): Էլեկտրական տրանսպորտ. ռադարային կայանքներ.

Էլեկտրահաղորդման գծեր Գործող էլեկտրահաղորդման գծի լարերը հարակից տարածքում (լարից տասնյակ մետր հեռավորության վրա) ստեղծում են արդյունաբերական հաճախականության էլեկտրամագնիսական դաշտ (50 Հց): Ավելին, գծի մոտ դաշտի ուժը կարող է տարբեր լինել լայն շրջանակում՝ կախված դրա էլեկտրական բեռից: Իրականում սահմաններ սանիտարական պաշտպանության գոտիտեղադրվում են լարերից ամենահեռու սահմանային գծի երկայնքով, որոնց էլեկտրական դաշտի առավելագույն ուժգնությունը 1 կՎ/մ է:

Էլեկտրական լարեր Էլեկտրական լարերը ներառում են՝ էլեկտրահաղորդման մալուխներ կյանքի պահպանման համակարգերի համար, էլեկտրաէներգիայի բաշխման լարերը, ինչպես նաև ճյուղավորվող տախտակները, հոսանքի տուփերը և տրանսֆորմատորները: Էլեկտրական լարերը արդյունաբերական հաճախականության էլեկտրամագնիսական դաշտի հիմնական աղբյուրն են բնակելի տարածքներում: Այս դեպքում աղբյուրից արտանետվող էլեկտրական դաշտի ուժի մակարդակը հաճախ համեմատաբար ցածր է (չի գերազանցում 500 Վ/մ):

Կենցաղային տեխնիկա Էլեկտրամագնիսական դաշտերի աղբյուրները բոլորն են Կենցաղային տեխնիկաաշխատում է էլեկտրական հոսանքի միջոցով: Միևնույն ժամանակ, ճառագայթման մակարդակը տատանվում է ամենալայն տիրույթում՝ կախված մոդելից, սարքի սարքից և աշխատանքի հատուկ ռեժիմից: Նաև ճառագայթման մակարդակը խիստ կախված է սարքի էներգիայի սպառումից. որքան մեծ է հզորությունը, այնքան բարձր է էլեկտրամագնիսական դաշտի մակարդակը սարքի շահագործման ընթացքում: Կենցաղային տեխնիկայի մոտ էլեկտրական դաշտի ուժգնությունը չի գերազանցում տասնյակ Վ/մ-ը։

Անձնական համակարգիչներ Համակարգչից օգտվողների առողջության վրա բացասական ազդեցության հիմնական աղբյուրը մոնիտորի ցուցադրման սարքն է (VOD): Մոնիտորից և համակարգի միավորից բացի, կարող է ներառվել նաև անհատական ​​համակարգիչ մեծ թվովայլ սարքեր (օրինակ՝ տպիչներ, սկաներներ, ալիքներից պաշտպանող սարքեր և այլն): Այս բոլոր սարքերն աշխատում են էլեկտրական հոսանքի օգտագործմամբ, ինչը նշանակում է, որ դրանք էլեկտրամագնիսական դաշտի աղբյուրներ են։

Անհատական ​​համակարգիչների էլեկտրամագնիսական դաշտն ունի ամենաբարդ ալիքային և սպեկտրային կազմը և դժվար է չափել և քանակականացնել: Այն ունի մագնիսական, էլեկտրաստատիկ և ճառագայթային բաղադրիչներ (մասնավորապես, մոնիտորի դիմաց նստած մարդու էլեկտրաստատիկ պոտենցիալը կարող է տատանվել -3-ից մինչև +5 Վ): Նկատի ունենալով այն պայմանը, որ անհատական ​​համակարգիչներայժմ լայնորեն կիրառվում է բոլոր ոլորտներում մարդկային գործունեություն, դրանց ազդեցությունը մարդու առողջության վրա ենթակա է մանրակրկիտ ուսումնասիրության և վերահսկման

Հեռուստատեսային և ռադիոհաղորդիչ կայաններ Ներկայումս Ռուսաստանի տարածքում են գտնվում զգալի թվով ռադիոհեռարձակման կայաններ և տարբեր պատկանելության կենտրոններ: Հաղորդող կայաններն ու կենտրոնները գտնվում են նրանց համար հատուկ նշանակված տարածքներում և կարող են բավականին զբաղեցնել մեծ տարածքներ(մինչև 1000 հա): Իրենց կառուցվածքով դրանք ներառում են մեկ կամ մի քանի տեխնիկական շենքեր, որտեղ տեղակայված են ռադիոհաղորդիչներ, և ալեհավաք դաշտեր, որոնց վրա տեղակայված են մինչև մի քանի տասնյակ անտենա-սնուցող համակարգեր (ԱԱՍ)։ Յուրաքանչյուր համակարգ ներառում է ճառագայթող ալեհավաք և սնուցող գիծ, ​​որը հաղորդում է հեռարձակման ազդանշանը:

Արբանյակային հաղորդակցություն Արբանյակային կապի համակարգերը բաղկացած են Երկրի վրա գտնվող հաղորդիչ կայանից և ուղեծրում գտնվող արբանյակներից՝ կրկնողներից: Հաղորդող արբանյակային կապի կայանները արձակում են նեղ ուղղված ալիքի ճառագայթ, որի էներգիայի հոսքի խտությունը հասնում է հարյուրավոր Վտ/մ-ի: Արբանյակային կապի համակարգերը ստեղծում են էլեկտրամագնիսական դաշտի բարձր ուժեր ալեհավաքներից զգալի հեռավորության վրա: Օրինակ՝ 225 կՎտ հզորությամբ կայանը, որն աշխատում է 2,38 ԳՀց հաճախականությամբ, 100 կմ հեռավորության վրա ստեղծում է էներգիայի հոսքի 2,8 Վտ/մ2 խտություն։ Հիմնական ճառագայթի նկատմամբ էներգիայի ցրումը շատ փոքր է և ամենից շատ տեղի է ունենում ալեհավաքի ուղղակի տեղադրման տարածքում:

Բջջային կապ Բջջային ռադիոհեռախոսակապն այսօր ամենաինտենսիվ զարգացող հեռահաղորդակցության համակարգերից մեկն է: Համակարգի հիմնական տարրերը բջջային կապեն բազային կայանները և շարժական ռադիոհեռախոսները։ Բազային կայանները ռադիոհաղորդակցություն են պահպանում շարժական սարքերի հետ, ինչի արդյունքում դրանք էլեկտրամագնիսական դաշտի աղբյուրներ են։ Համակարգն օգտագործում է ծածկույթի տարածքը գոտիների կամ այսպես կոչված «բջիջների» բաժանելու սկզբունքը՝ կմ շառավղով։

Բազային կայանի ճառագայթման ինտենսիվությունը որոշվում է բեռով, այսինքն՝ սեփականատերերի առկայությամբ Բջջային հեռախոսներորոշակի բազային կայանի սպասարկման տարածքում և հեռախոսը զրույցի համար օգտագործելու նրանց ցանկությունը, որն, իր հերթին, հիմնովին կախված է օրվա ժամից, կայանի գտնվելու վայրից, շաբաթվա օրվանից և այլ գործոններից: Գիշերը կայանների բեռնվածությունը գրեթե զրոյական է։ Բջջային սարքերի ճառագայթման ինտենսիվությունը մեծապես կախված է «շարժական ռադիոհեռախոս-բազային կայան» կապի ալիքի վիճակից (որքան մեծ է հեռավորությունը բազային կայանից, այնքան բարձր է սարքի ճառագայթման ինտենսիվությունը):

Էլեկտրական տրանսպորտ Էլեկտրական տրանսպորտը (տրոլեյբուսներ, տրամվայներ, մետրոյի գնացքներ և այլն) էլեկտրամագնիսական դաշտի հզոր աղբյուր է Հց հաճախականության տիրույթում։ Միևնույն ժամանակ, դեպքերի ճնշող մեծամասնությունում քարշակային էլեկտրական շարժիչը հանդես է գալիս որպես հիմնական արտանետիչ (տրոլեյբուսների և տրամվայների համար օդի հոսանքի կոլեկտորները մրցում են էլեկտրական շարժիչի հետ ճառագայթվող էլեկտրական դաշտի ուժով):

Ռադարային կայանքներ Ռադարային և ռադարային կայանքները սովորաբար ունեն ռեֆլեկտորային տիպի ալեհավաքներ («ամաններ») և արձակում են նեղ ուղղորդված ռադիոճառագայթներ: Տարածության մեջ ալեհավաքի պարբերական շարժումը հանգեցնում է ճառագայթման տարածական դադարի: Գոյություն ունի նաև ճառագայթման ժամանակավոր դադար՝ ռադարի ցիկլային աշխատանքի պատճառով: Նրանք աշխատում են 500 ՄՀց-ից մինչև 15 ԳՀց հաճախականություններով, սակայն որոշ հատուկ կայանքներ կարող են աշխատել մինչև 100 ԳՀց կամ ավելի հաճախականություններով: Ճառագայթման հատուկ բնույթի շնորհիվ նրանք կարող են գետնի վրա ստեղծել էներգիայի հոսքի բարձր խտությամբ (100 Վտ/մ2 կամ ավելի) գոտիներ։

Մետաղական դետեկտորներ Տեխնոլոգիապես մետաղական դետեկտորի աշխատանքի սկզբունքը հիմնված է էլեկտրամագնիսական դաշտի գրանցման ֆենոմենի վրա, որն առաջանում է ցանկացած մետաղական առարկայի շուրջ, երբ այն տեղադրվում է էլեկտրամագնիսական դաշտում։ Այս երկրորդական էլեկտրամագնիսական դաշտը տարբերվում է ինչպես ինտենսիվությամբ (դաշտի ուժգնությամբ), այնպես էլ այլ պարամետրերով։ Այս պարամետրերը կախված են օբյեկտի չափից և դրա հաղորդունակությունից (ոսկին և արծաթը շատ ավելի լավ հաղորդունակություն ունեն, քան, օրինակ, կապարը) և, իհարկե, մետաղական դետեկտորի ալեհավաքի և բուն առարկայի միջև եղած հեռավորությունից (առաջացման խորությունը):

Վերոնշյալ տեխնոլոգիան որոշեց մետաղական դետեկտորի կազմը. այն բաղկացած է չորս հիմնական բլոկներից՝ ալեհավաք (երբեմն արձակող և ընդունող ալեհավաքները տարբեր են, իսկ երբեմն դրանք նույն ալեհավաքն են), էլեկտրոնային մշակման միավոր, տեղեկատվության ելքային միավոր (տեսողական): - LCD էկրան կամ սլաքի ցուցիչ և աուդիո - բարձրախոսի կամ ականջակալի վարդակ) և էլեկտրամատակարարում:

Մետաղական դետեկտորներն են. Որոնողական ստուգում Շինարարական նպատակներով

Որոնում Այս մետաղական դետեկտորը նախատեսված է բոլոր տեսակի մետաղական առարկաների որոնման համար: Որպես կանոն, դրանք ամենամեծն են չափերով, արժեքով և, իհարկե, մոդելի գործառույթների առումով։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ երբեմն անհրաժեշտ է գտնել օբյեկտներ երկրի հաստությամբ մինչև մի քանի մետր խորության վրա: Հզոր ալեհավաքն ի վիճակի է առաջացնել էլեկտրամագնիսական դաշտի բարձր մակարդակ և բարձր զգայունությամբ մեծ խորություններում հայտնաբերել նույնիսկ ամենափոքր հոսանքները: Օրինակ, որոնողական մետաղական դետեկտորը երկրագնդի 2-3 մետր խորության վրա մետաղական մետաղադրամ է հայտնաբերում, որը կարող է նույնիսկ գունավոր երկրաբանական միացություններ պարունակել:

Ստուգում Այն օգտագործվում է տարբեր կազմակերպությունների հատուկ ծառայությունների, մաքսավորների և անվտանգության աշխատակիցների կողմից՝ մարդու մարմնի և հագուստի մեջ թաքցված մետաղական առարկաներ (զենք, թանկարժեք մետաղներ, պայթուցիկ սարքերի մետաղալարեր և այլն) որոնելու համար: Այս մետաղական դետեկտորները տարբերվում են կոմպակտությամբ, օգտագործման հեշտությամբ, այնպիսի ռեժիմների առկայությամբ, ինչպիսիք են բռնակի լուռ թրթռումը (այնպես, որ խուզարկվողը չիմանա, որ հետախուզման աշխատակիցը ինչ-որ բան է գտել): Նման մետաղական դետեկտորներում ռուբլու մետաղադրամի հայտնաբերման միջակայքը (խորությունը) հասնում է 10-15 սմ-ի։

Նաև լայն կիրառությունստացել են կամարաձև մետաղական դետեկտորներ, որոնք նման են կամարի և պահանջում են մարդուն անցնել դրա միջով: Նրանց երկայնքով ուղղահայաց պատերՏեղադրվել են գերզգայուն ալեհավաքներ, որոնք հայտնաբերում են մետաղական առարկաներ մարդու աճի բոլոր մակարդակներում: Դրանք սովորաբար տեղադրվում են մշակութային ժամանցի վայրերի դիմաց, բանկերում, հաստատություններում և այլն։ հիմնական հատկանիշըկամարակապ մետաղական դետեկտորներ - բարձր զգայունություն (կարգավորելի) և մարդկանց հոսքի մշակման բարձր արագություն:

Շինարարական նպատակներով Այս դասըմետաղական դետեկտորները ձայնային և լուսային ազդանշանների օգնությամբ օգնում են շինարարներին գտնել մետաղական խողովակներ, կառուցվածքային կամ շարժիչ տարրեր, որոնք տեղակայված են ինչպես պատերի հաստության մեջ, այնպես էլ միջնապատերի և կեղծ վահանակների հետևում: Շինարարական նպատակներով որոշ մետաղական դետեկտորներ հաճախ զուգակցվում են մեկ սարքի մեջ դետեկտորների հետ փայտե կոնստրուկցիա, լարման դետեկտորներ հոսանք կրող լարերի վրա, արտահոսքի դետեկտորներ և այլն։

Հեռարձակում. Շրջապատող տարածքում առաջանում է փոփոխական մագնիսական դաշտ, որը գրգռված է փոփոխվող հոսանքով էլեկտրական դաշտ, որն իր հերթին գրգռում է մագնիսական դաշտը և այլն։ Փոխադարձաբար գեներացնելով միմյանց՝ այս դաշտերը կազմում են մեկ փոփոխական էլեկտրամագնիսական դաշտ. էլեկտրամագնիսական ալիք. Առաջանալով այն վայրում, որտեղ կա հոսանք ունեցող մետաղալար, էլեկտրամագնիսական դաշտը տարածվում է տիեզերքում լույսի -300000 կմ/վ արագությամբ։

Մագնիտոթերապիա.Հաճախականության սպեկտրում տարբեր վայրերզբաղված է ռադիոալիքներով, լույսով, ռենտգենյան ճառագայթներայլ էլեկտրամագնիսական ճառագայթում. Նրանք սովորաբար բնութագրվում են անընդհատ փոխկապակցված էլեկտրական և մագնիսական դաշտերով:

Սինխրոֆազոտրոններ.Ներկայումս մագնիսական դաշտը հասկացվում է որպես լիցքավորված մասնիկներից բաղկացած նյութի հատուկ ձև։ Ժամանակակից ֆիզիկայում լիցքավորված մասնիկների ճառագայթներն օգտագործվում են ատոմների մեջ խորը թափանցելու համար՝ դրանք ուսումնասիրելու համար։ Այն ուժը, որով մագնիսական դաշտը գործում է շարժվող լիցքավորված մասնիկի վրա, կոչվում է Լորենցի ուժ։

Հոսքաչափեր - հաշվիչներ. Մեթոդը հիմնված է մագնիսական դաշտում հաղորդիչի համար Ֆարադեյի օրենքի կիրառման վրա. մագնիսական դաշտում շարժվող էլեկտրահաղորդիչ հեղուկի հոսքի ժամանակ հոսքի արագությանը համամասնորեն առաջանում է EMF, որը էլեկտրոնային մասի միջոցով վերածվում է. էլեկտրական անալոգային / թվային ազդանշան:

DC գեներատոր.Գեներատորի ռեժիմում մեքենայի խարիսխը պտտվում է արտաքին պահի ազդեցության տակ։ Ստատորի բևեռների միջև կա հաստատուն մագնիսական հոսքծակող խարիսխ. Արմատուրայի ոլորուն հաղորդիչները շարժվում են մագնիսական դաշտում և, հետևաբար, դրանցում առաջանում է EMF, որի ուղղությունը կարող է որոշվել կանոնով « աջ ձեռքԱյս դեպքում մեկ խոզանակի վրա առաջանում է դրական պոտենցիալ՝ համեմատած երկրորդի հետ: Եթե բեռը միացված է գեներատորի տերմինալներին, ապա դրա մեջ հոսանք կհոսի:

EMR ֆենոմենը լայնորեն կիրառվում է տրանսֆորմատորներում։ Դիտարկենք այս սարքը ավելի մանրամասն:

Տրանսֆորմատորներ.) - ստատիկ էլեկտրամագնիսական սարքունենալով երկու կամ ավելի ինդուկտիվ զուգակցված ոլորուններ և նախատեսված է մեկ կամ մի քանի փոփոխական հոսանքի համակարգերի էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի միջոցով փոխակերպվելու մեկ կամ մի քանի այլ փոփոխական հոսանքի համակարգերի:

Պտտվող միացումում ինդուկցիոն հոսանքի առաջացումը և դրա կիրառումը:

Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի ֆենոմենն օգտագործվում է մեխանիկական էներգիան էլեկտրական էներգիայի վերածելու համար։ Այդ նպատակով օգտագործվում են գեներատորներ, գործառնական սկզբունքը

որը կարելի է դիտարկել հարթ շրջանակի օրինակով, որը պտտվում է միատեսակ մագնիսական դաշտում

Թող շրջանակը պտտվի միասնական մագնիսական դաշտում (B = const) հավասարաչափ անկյունային արագությամբ u = const.

Մագնիսական հոսքը միացված է շրջանակի տարածքին Ս,ժամանակի ցանկացած պահի տհավասար է

որտեղ ա - ut- տվյալ պահին շրջանակի պտտման անկյունը տ(ծագումն ընտրված է այնպես, որ /. = 0-ում կա a = 0):

Երբ շրջանակը պտտվում է, դրա մեջ կհայտնվի փոփոխական ինդուկցիոն emf

ժամանակի ընթացքում փոխվում է ներդաշնակ օրենքի համաձայն: EMF %" առավելագույնը մեղքի դեպքում Wt= 1, այսինքն.

Այսպիսով, եթե միատարր

Եթե ​​շրջանակը հավասարաչափ պտտվում է մագնիսական դաշտում, ապա դրա մեջ առաջանում է փոփոխական EMF, որը փոխվում է ներդաշնակ օրենքի համաձայն։

Մեխանիկական էներգիան էլեկտրական էներգիայի վերածելու գործընթացը շրջելի է։ Եթե ​​հոսանք անցնի մագնիսական դաշտում տեղադրված շրջանակի միջով, դրա վրա կգործի ոլորող մոմենտ, և շրջանակը կսկսի պտտվել։ Այս սկզբունքը հիմնված է փոխակերպման համար նախատեսված էլեկտրական շարժիչների աշխատանքի վրա էլեկտրական էներգիամեջ մեխանիկական.

Տոմս 5.

Մագնիսական դաշտը նյութում.

Փորձարարական ուսումնասիրություններցույց տվեց, որ բոլոր նյութերը մեծ կամ փոքր չափով ունեն մագնիսական հատկություններ: Եթե ​​ցանկացած միջավայրում տեղադրվում են հոսանքներով երկու պտույտ, ապա հոսանքների միջև մագնիսական փոխազդեցության ուժը փոխվում է։ Այս փորձը ցույց է տալիս, որ նյութում էլեկտրական հոսանքների կողմից ստեղծված մագնիսական դաշտի ինդուկցիան տարբերվում է վակուումում նույն հոսանքների կողմից ստեղծված մագնիսական դաշտի ինդուկցիայից:

Ֆիզիկական մեծությունը, որը ցույց է տալիս, թե քանի անգամ է միատարր միջավայրում մագնիսական դաշտի ինդուկցիան բացարձակ արժեքով տարբերվում վակուումում մագնիսական դաշտի ինդուկցիայից, կոչվում է մագնիսական թափանցելիություն.

Նյութերի մագնիսական հատկությունները որոշվում են ատոմների մագնիսական հատկություններով կամ տարրական մասնիկներ(էլեկտրոններ, պրոտոններ և նեյտրոններ), որոնք կազմում են ատոմները: Ներկայումս հաստատված է, որ մագնիսական հատկություններպրոտոնները և նեյտրոնները գրեթե 1000 անգամ ավելի թույլ են, քան էլեկտրոնների մագնիսական հատկությունները: Հետեւաբար, նյութերի մագնիսական հատկությունները հիմնականում որոշվում են ատոմները կազմող էլեկտրոններով։

Նյութերը չափազանց բազմազան են իրենց մագնիսական հատկություններով։ Նյութերի մեծ մասում այս հատկությունները թույլ են արտահայտված։ Թույլ մագնիսական նյութերը բաժանվում են երկու մեծ խմբի՝ պարամագնիսներ և դիամագնիսներ։ Նրանք տարբերվում են նրանով, որ երբ ներմուծվում են արտաքին մագնիսական դաշտ, պարամագնիսական նմուշները մագնիսացվում են այնպես, որ պարզվում է, որ իրենց մագնիսական դաշտն ուղղված է արտաքին դաշտի երկայնքով, իսկ դիամագնիսական նմուշները մագնիսացվում են արտաքին դաշտի դեմ: Հետևաբար, պարամագնիսների համար μ > 1, իսկ դիամագնիսների համար μ< 1. Отличие μ от единицы у пара- и диамагнетиков чрезвычайно мало. Например, у алюминия, который относится к парамагнетикам, μ – 1 ≈ 2,1·10–5, у хлористого железа (FeCl3) μ – 1 ≈ 2,5·10–3. К парамагнетикам относятся также платина, воздух и многие другие вещества. К диамагнетикам относятся медь (μ – 1 ≈ –3·10–6), вода (μ – 1 ≈ –9·10–6), висмут (μ – 1 ≈ –1,7·10–3) и другие вещества. Образцы из пара- и диамагнетика, помещенные в неоднородное магнитное поле между полюсами электромагнита, ведут себя по-разному – парамагнетики втягиваются в область сильного поля, диамагнетики – выталкиваются (рис. 1.19.1).

Մագնիսոստատիկի խնդիրները նյութում.

Նյութի մագնիսական բնութագրերը՝ մագնիսացման վեկտոր, մագնիսական

նյութի զգայունությունը և մագնիսական թափանցելիությունը.

Մագնիսացման վեկտոր - տարրական ծավալի մագնիսական մոմենտը, որն օգտագործվում է նյութի մագնիսական վիճակը նկարագրելու համար: Մագնիսական դաշտի վեկտորի ուղղության առնչությամբ առանձնանում են երկայնական մագնիսացում և լայնակի մագնիսացում։ Լայնակի մագնիսացումը հասնում է զգալի արժեքների անիզոտրոպ մագնիսներում, իսկ իզոտրոպ մագնիսներում մոտ է զրոյի: Հետևաբար, վերջինիս մեջ հնարավոր է արտահայտել մագնիսացման վեկտորը մագնիսական դաշտի ուժգնությամբ և x գործակիցով, որը կոչվում է մագնիսական զգայունություն.

Մագնիսական զգայունություն - ֆիզիկական քանակությունբնութագրում է նյութի մագնիսական մոմենտի (մագնիսացման) և այս նյութի մագնիսական դաշտի հարաբերությունները.

Մագնիսական թափանցելիություն -ֆիզիկական մեծություն, որը բնութագրում է նյութի մեջ մագնիսական ինդուկցիայի և մագնիսական դաշտի ուժի հարաբերությունը:

Սովորաբար նշվում է Հունարեն նամակ. Այն կարող է լինել կամ սկալար (իզոտրոպ նյութերի համար), կամ թենզոր (անիզոտրոպ նյութերի համար):

AT ընդհանուր տեսարաններարկվում է որպես տենզոր այսպես.

Տոմս 6.

Մագնիսների դասակարգում

մագնիսներկոչվում են այն նյութերը, որոնք ունակ են արտաքին մագնիսական դաշտում ձեռք բերել իրենց մագնիսական դաշտը, այսինքն՝ մագնիսանալ։ Նյութի մագնիսական հատկությունները որոշվում են էլեկտրոնների և նյութի ատոմների (մոլեկուլների) մագնիսական հատկություններով։ Ըստ իրենց մագնիսական հատկությունների՝ մագնիսները բաժանվում են երեք հիմնական խմբի՝ դիամագնիսներ, պարամագնիսներ և ֆերոմագնիսներ։

1. Մագնիսներ գծային կախվածությամբ.

1) պարամագնիսներ - նյութեր, որոնք թույլ մագնիսացված են մագնիսական դաշտում, և առաջացող դաշտը պարամագնիսներում ավելի ուժեղ է, քան վակուումում, պարամագնիսների մագնիսական թափանցելիությունը m\u003e 1; Նման հատկություններ ունեն ալյումինը, պլատինը, թթվածինը և այլն;

պարամագնիսներ ,

2) դիամագնիսներ՝ նյութեր, որոնք թույլ են մագնիսացված դաշտի դեմ, այսինքն՝ դիամագնիսներում դաշտն ավելի թույլ է, քան վակուումում, մագնիսական թափանցելիությունը մ.< 1. К диамагнетикам относятся медь, серебро, висмут и др.;

դիամագնիսներ ;

Ոչ գծային կախվածությամբ.

3) ֆերոմագնիսներ՝ նյութեր, որոնք կարող են ուժեղ մագնիսացվել մագնիսական դաշտում. Դրանք են երկաթը, կոբալտը, նիկելը և որոշ համաձուլվածքներ: 2.

Ֆեռոմագնիսներ.

Կախված է ֆոնից և լարվածության ֆունկցիա է. գոյություն ունենալ հիստերեզ.

Եվ այն կարող է հասնել բարձր արժեքների՝ համեմատած պարա- և դիամագնիսների հետ։

Նյութի մագնիսական դաշտի ընդհանուր ընթացիկ օրենքը (վեկտորի B շրջանառության թեորեմ)

Այնտեղ, որտեղ ես և ես «համապատասխանաբար, մակրոհոսանքների (հաղորդման հոսանքներ) և միկրոհոսանքների (մոլեկուլային հոսանքներ) հանրահաշվական գումարներն են, որոնք ծածկված են կամայական փակ օղակով L: Այսպիսով, մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորի B շրջանառությունը կամայական փակ օղակի երկայնքով հավասար է. սրանով ծածկված հաղորդման հոսանքների և մոլեկուլային հոսանքների հանրահաշվական գումարը: Այսպիսով, B վեկտորը բնութագրում է արդյունքում առաջացող դաշտը, որը ստեղծվում է և՛ հաղորդիչների (հաղորդման հոսանքներ) մակրոսկոպիկ հոսանքներով, և՛ մագնիսների միկրոսկոպիկ հոսանքներով, ուստի մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորի B գծերը չունեն աղբյուրներ և փակ են։

Մագնիսական դաշտի ինտենսիվության վեկտորը և դրա շրջանառությունը:

Մագնիսական դաշտի ուժը - (ստանդարտ նշանակում H) վեկտոր ֆիզիկական մեծություն է, որը հավասար է մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորի B և մագնիսացման վեկտորի M-ի տարբերությանը:

SI-ում. որտեղ է մագնիսական հաստատունը

Երկու կրիչների միջև միջերեսի պայմանները

Վեկտորների միջև կապի ուսումնասիրություն Եև Դերկու միատարր իզոտրոպ դիէլեկտրիկների միջերեսում (որոնց թույլատրելիությունը ε1 և ε2 է) սահմանի վրա անվճար վճարների բացակայության դեպքում.

Վեկտորի կանխատեսումների փոխարինում Եվեկտորային կանխատեսումներ Դ, բաժանելով ε 0 ε-ով, ստանում ենք

կառուցել աննշան բարձրության ուղիղ գլան երկու դիէլեկտրիկների միջերեսում (նկ. 2); բալոնի մի հիմքը առաջին դիէլեկտրիկում է, մյուսը՝ երկրորդում։ ΔS-ի հիմքերն այնքան փոքր են, որ դրանցից յուրաքանչյուրի ներսում վեկտորը Դնույնը. Համաձայն Գաուսի թեորեմի համար էլեկտրաստատիկ դաշտդիէլեկտրիկի մեջ

(նորմալ nև n"հակառակ մխոցի հիմքերին): Այսպիսով

Վեկտորի կանխատեսումների փոխարինում Դվեկտորային կանխատեսումներ Ե, բազմապատկելով ε 0 ε-ով, ստանում ենք

Այսպիսով, երկու դիէլեկտրական միջավայրերի միջերեսով անցնելիս՝ վեկտորի շոշափող բաղադրիչը Ե(Е τ) և վեկտորի նորմալ բաղադրիչը Դ(D n) անընդհատ փոխվում է (ցատկում չզգաք), և վեկտորի նորմալ բաղադրիչը Ե(E n) և վեկտորի շոշափող բաղադրիչը Դ(D τ) ցատկ ապրել:

Բաղադրիչ վեկտորների համար (1) - (4) պայմաններից Եև Դմենք տեսնում ենք, որ այս վեկտորների գծերը ունենում են ընդմիջում (բեկում): Եկեք պարզենք, թե ինչպես են α 1 և α 2 անկյունները կապված (նկ. 3 α 1 > α 2): Օգտագործելով (1) և (4), Е τ2 = Е τ1 և ε 2 E n2 = ε 1 E n1: Եկեք քայքայենք վեկտորները Ե 1և Ե 2միջերեսում շոշափող և նորմալ բաղադրիչների մեջ: Սկսած թզ. 3 մենք դա տեսնում ենք

Հաշվի առնելով վերը գրված պայմանները՝ մենք գտնում ենք լարվածության գծերի բեկման օրենքը Ե(և, հետևաբար, տեղահանման գծերը Դ)

Այս բանաձևից կարող ենք եզրակացնել, որ ավելի բարձր թույլատրելիությամբ դիէլեկտրիկ մտնելով՝ գծերը. Եև Դհեռանալ նորմալից.

Տոմս 7.

Ատոմների և մոլեկուլների մագնիսական պահեր.

Տարրական մասնիկներն ունեն մագնիսական մոմենտ, ատոմային միջուկներ, ատոմների և մոլեկուլների էլեկտրոնային թաղանթներ։ Տարրական մասնիկների (էլեկտրոններ, պրոտոններ, նեյտրոններ և այլն) մագնիսական մոմենտը, ինչպես ցույց է տալիս քվանտային մեխանիկան, պայմանավորված է իրենց իսկ մեխանիկական մոմենտի՝ ​​սպինի առկայությամբ։ Միջուկների մագնիսական պահը կազմված է այդ միջուկները ձևավորող պրոտոնների և նեյտրոնների սեփական (սպին) մագնիսական պահից, ինչպես նաև միջուկի ներսում նրանց ուղեծրային շարժման հետ կապված մագնիսական պահից։ Մագնիսական պահ էլեկտրոնային թաղանթներատոմները և մոլեկուլները կազմված են էլեկտրոնների սպինից և ուղեծրային մագնիսական մոմենտից։ Էլեկտրոնի msp-ի սպինային մագնիսական մոմենտը կարող է ունենալ երկու հավասար և հակառակ ուղղորդված կանխատեսումներ արտաքին մագնիսական դաշտի H ուղղության վրա: Պրեկցիայի բացարձակ արժեքը

որտեղ mb = (9.274096 ±0.000065) 10-21erg/gs - բորի մագնետոն, որտեղ h - Պլանկի հաստատունը, e և me - էլեկտրոնի լիցքն ու զանգվածը, c - լույսի արագությունը; SH-ն պտույտի մեխանիկական մոմենտի պրոյեկցիան է H դաշտի ուղղությամբ: Սպիի մագնիսական պահի բացարձակ արժեքը

մագնիսների տեսակները.

ՄԱԳՆԻՍԱԿԱՆ, մագնիսական հատկություն ունեցող նյութ, որը որոշվում է սեփական կամ արտաքին մագնիսական դաշտի մագնիսական մոմենտների առկայությամբ, ինչպես նաև դրանց փոխազդեցության բնույթով։ Կան դիամագնիսներ, որոնցում արտաքին մագնիսական դաշտը ստեղծում է առաջացած մագնիսական մոմենտ՝ ուղղված արտաքին դաշտին հակառակ, և պարամագնիսներ, որոնցում այդ ուղղությունները համընկնում են։

Դիամագնիսներ- նյութեր, որոնք մագնիսացված են արտաքին մագնիսական դաշտի ուղղությամբ: Արտաքին մագնիսական դաշտի բացակայության դեպքում դիամագնիսները ոչ մագնիսական են։ Արտաքին մագնիսական դաշտի ազդեցությամբ դիմագնիսի յուրաքանչյուր ատոմ ձեռք է բերում մագնիսական մոմենտ I (և նյութի յուրաքանչյուր մոլ՝ ընդհանուր մագնիսական մոմենտ), որը համաչափ է մագնիսական ինդուկցիայի H-ին և ուղղված դեպի դաշտը։

Պարամագնիսներ- նյութեր, որոնք մագնիսացվում են արտաքին մագնիսական դաշտում՝ արտաքին մագնիսական դաշտի ուղղությամբ. Պարամագնիսները թույլ մագնիսական նյութեր են, մագնիսական թափանցելիությունը փոքր-ինչ տարբերվում է միասնությունից։

Պարամագնիսի ատոմները (մոլեկուլները կամ իոնները) ունեն իրենց մագնիսական մոմենտները, որոնք արտաքին դաշտերի ազդեցությամբ կողմնորոշվում են դաշտի երկայնքով և դրանով իսկ ստեղծում են առաջացող դաշտ, որը գերազանցում է արտաքինը: Պարամագնիսները քաշվում են մագնիսական դաշտի մեջ: Արտաքին մագնիսական դաշտի բացակայության դեպքում պարամագնիսը չի մագնիսացվում, քանի որ ջերմային շարժման շնորհիվ ատոմների ներքին մագնիսական մոմենտները կողմնորոշվում են ամբողջովին պատահականորեն:

Ուղեծրային մագնիսական և մեխանիկական պահեր:

Ատոմում գտնվող էլեկտրոնը շարժվում է միջուկի շուրջ: Դասական ֆիզիկայում շրջանագծի երկայնքով կետի շարժումը համապատասխանում է L=mvr անկյունային իմպուլսին, որտեղ m-ը մասնիկի զանգվածն է, v-ն նրա արագությունն է, r-ը՝ հետագծի շառավիղը։ AT քվանտային մեխանիկաայս բանաձևը կիրառելի չէ, քանի որ շառավիղը և արագությունը երկուսն էլ անորոշ են (տես «Անորոշության հարաբերություն»): Բայց ինքնին անկյունային իմպուլսի մեծությունը գոյություն ունի: Ինչպե՞ս սահմանել այն: Ջրածնի ատոմի քվանտային մեխանիկական տեսությունից հետևում է, որ էլեկտրոնի անկյունային իմպուլսի մոդուլը կարող է ընդունել հետևյալ դիսկրետ արժեքները.

որտեղ l-ն այսպես կոչված ուղեծրային քվանտային թիվ է, l = 0, 1, 2, … n-1: Այսպիսով, էլեկտրոնի անկյունային իմպուլսը, ինչպես էներգիան, քվանտացված է, այսինքն. ընդունում է դիսկրետ արժեքներ. Նշենք, որ մեծ արժեքների համար քվանտային թիվ l (l >>1) հավասարումը (40) կունենա . Սա ոչ այլ ինչ է, քան Ն. Բորի պոստուլատներից մեկը։

Ջրածնի ատոմի քվանտային մեխանիկական տեսությունից հետևում է մյուսը կարևոր եզրակացությունէլեկտրոնի անկյունային իմպուլսի պրոյեկցիան z տարածության որոշակի ուղղության վրա (օրինակ՝ ուղղությունը ուժային գծերմագնիսական կամ էլեկտրական դաշտ) նույնպես քվանտացվում է կանոնի համաձայն.

որտեղ m = 0, ± 1, ± 2, …± l այսպես կոչված մագնիսական քվանտային թիվն է:

Միջուկի շուրջ շարժվող էլեկտրոնը տարրական շրջանաձև էլեկտրական հոսանք է: Այս հոսանքը համապատասխանում է pm մագնիսական պահին: Ակնհայտ է, որ այն համաչափ է L մեխանիկական անկյունային իմպուլսի հետ: Էլեկտրոնի pm մագնիսական մոմենտի և L մեխանիկական անկյունային իմպուլսի հարաբերությունը կոչվում է գիրոմագնիսական հարաբերակցություն: Ջրածնի ատոմում էլեկտրոնի համար

մինուս նշանը ցույց է տալիս, որ մագնիսական և մեխանիկական պահերի վեկտորներն ուղղված են հակառակ ուղղություններով): Այստեղից կարող եք գտնել էլեկտրոնի այսպես կոչված ուղեծրային մագնիսական պահը.

հիդրոմագնիսական հարաբերություններ.

Տոմս 8.

Ատոմը արտաքին մագնիսական դաշտում: Ատոմում էլեկտրոնի ուղեծրի հարթության առաջացում։

Երբ ատոմը ներմուծվում է մագնիսական դաշտ ինդուկցիայի միջոցով, էլեկտրոնի վրա, որը շարժվում է հոսանքով փակ շղթային համարժեք ուղեծրով, ազդում է ուժի պահից.

Էլեկտրոնի ուղեծրային մագնիսական պահի վեկտորը փոխվում է նույն կերպ.

,

(6.2.3)

Այստեղից հետևում է, որ վեկտորները և , և ուղեծիրն ինքնին նախադրյալներվեկտորի ուղղության շուրջ: Նկար 6.2-ը ցույց է տալիս էլեկտրոնի և նրա ուղեծրային մագնիսական մոմենտի առաջանցիկ շարժումը, ինչպես նաև էլեկտրոնի լրացուցիչ (պրեցեսիոն) շարժումը:

Այս պրեցեսիան կոչվում է Լարմորի առաջացում . Այս պրեցեսիայի անկյունային արագությունը կախված է միայն մագնիսական դաշտի ինդուկցիայից և ուղղությամբ համընկնում է դրա հետ։

,

(6.2.4)

Ուղեծրային մագնիսական մոմենտ:

Լարմորի թեորեմ:Ատոմում էլեկտրոնի ուղեծրի վրա մագնիսական դաշտի ազդեցության միակ արդյունքը ուղեծրի և վեկտորի առաջընթացն է՝ ատոմի միջուկով անցնող առանցքի շուրջ անկյունային արագությամբ էլեկտրոնի ուղեծրային մագնիսական պահը։ մագնիսական դաշտի ինդուկցիայի վեկտորին զուգահեռ:

Ատոմում էլեկտրոնի ուղեծրի առաջացումը հանգեցնում է հոսանքին հակառակ ուղեծրային լրացուցիչ հոսանքի առաջացմանը. Ի:

որտեղ է էլեկտրոնի ուղեծրի պրոյեկցիայի տարածքը վեկտորին ուղղահայաց հարթության վրա: Մինուս նշանն ասում է, որ այն հակառակ է վեկտորին։ Այնուհետև ատոմի ընդհանուր ուղեծրային իմպուլսը հետևյալն է.

,

դիամագնիսական ազդեցություն:

Դիամագնիսական էֆեկտը էֆեկտ է, որի դեպքում ատոմների մագնիսական դաշտերի բաղադրիչները գումարվում են և ձևավորում նյութի իրենց մագնիսական դաշտը, ինչը թուլացնում է արտաքին մագնիսական դաշտը։

Քանի որ դիամագնիսական ազդեցությունը պայմանավորված է նյութի ատոմների էլեկտրոնների վրա արտաքին մագնիսական դաշտի ազդեցությամբ, դիամագնիսականությունը բնորոշ է բոլոր նյութերին։

Դիամագնիսական ազդեցությունը տեղի է ունենում բոլոր նյութերում, բայց եթե նյութի մոլեկուլներն ունեն իրենց մագնիսական մոմենտները, որոնք ուղղված են արտաքին մագնիսական դաշտի ուղղությամբ և ուժեղացնում են այն, ապա դիամագնիսական էֆեկտը արգելափակվում է ավելի ուժեղ պարամագնիսական ազդեցությամբ և նյութը: պարզվում է, որ պարամագնիս է:

Դիամագնիսական էֆեկտը տեղի է ունենում բոլոր նյութերում, բայց եթե նյութի մոլեկուլներն ունեն իրենց մագնիսական մոմենտները, որոնք ուղղված են արտաքին մագնիսական դաշտի ուղղությամբ և մեծացնում են erOj, ապա դիամագնիսական էֆեկտը համընկնում է ավելի ուժեղ պարամագնիսական ազդեցությամբ և նյութը։ պարզվում է, որ պարամագնիս է:

Լարմորի թեորեմ.

Եթե ​​ատոմը դրված է արտաքին մագնիսական դաշտում ինդուկցիայի միջոցով (նկ. 12.1), ապա ուղեծրով շարժվող էլեկտրոնի վրա կազդի ուժերի պտտման պահը՝ ձգտելով հաստատել էլեկտրոնի մագնիսական մոմենտը մագնիսական դաշտի ուղղությամբ։ գծեր (մեխանիկական պահ - դաշտի դեմ):

Տոմս 9

9.Ուժեղ մագնիսական նյութեր՝ ֆերոմագնիսներ- ինքնաբուխ մագնիսացմամբ նյութեր, այսինքն՝ դրանք մագնիսացվում են նույնիսկ արտաքին մագնիսական դաշտի բացակայության դեպքում։ Բացի իրենց հիմնական ներկայացուցչից՝ երկաթից, ֆերոմագնիսները ներառում են, օրինակ, կոբալտը, նիկելը, գադոլինիումը, դրանց համաձուլվածքները և միացությունները։

Ֆեռոմագնիսների համար կախվածությունը Ջ-ից Հբավականին բարդ. Երբ դուք բարձրանում եք Հմագնիսացում Ջսկզբում աճում է արագ, հետո ավելի դանդաղ, իսկ վերջում՝ այսպես կոչված մագնիսական հագեցվածությունՋմեզ՝ այլեւս կախված չէ դաշտի ուժից։

Մագնիսական ինդուկցիա AT=m 0 ( Հ+Ջ) թույլ դաշտերում աճում է արագ տեմպերով Հավելացել է Ջ, բայց ուժեղ դաշտերում, քանի որ երկրորդ անդամը հաստատուն է ( Ջ=Ջմեզ), ATաճի հետ աճում է Հգծային օրենքի համաձայն.

Ֆեռոմագնիսների էական հատկանիշը ոչ միայն մ–ի մեծ արժեքներն են (օրինակ՝ երկաթի համար՝ 5000), այլ նաև մ–ի կախվածությունը։ Հ. Սկզբում մ-ն աճում է աճի հետ Հ,այնուհետև հասնելով առավելագույնին, այն սկսում է նվազել՝ ուժեղ դաշտերի դեպքում ձգվելով դեպի 1 (m= Բ/(մ 0 Հ)= 1+J/N,ուրեմն երբ Ջ=Ջմեզ =համապատասխանում է աճին Հվերաբերմունք J/H->0, իսկ մ.->1).

Առանձնահատկությունֆերոմագնիսները նաև կայանում են նրանում, որ նրանց համար կախվածությունը Ջ-ից Հ(և հետևաբար, և Բ-ից Հ)որոշվում է ֆեռոմագնիսի մագնիսացման նախապատմությամբ։ Այս երեւույթն անվանվել է մագնիսական հիստերեզ.Եթե ​​դուք մագնիսացնում եք ֆերոմագնիսը մինչև հագեցվածություն (կետ 1 , բրինձ. 195) և այնուհետև սկսեք նվազեցնել լարվածությունը Հմագնիսացնող դաշտ, ապա, ինչպես ցույց է տալիս փորձը, նվազում Ջնկարագրված է կորով 1 -2, կորի վերևում 1 -0. ժամը Հ=0 Ջտարբերվում է զրոյից, այսինքն. դիտվել է ֆերոմագնիսում մնացորդային մագնիսացումԺակ.Մնացորդային մագնիսացման առկայությունը կապված է գոյության հետ մշտական ​​մագնիսներ.Մագնիսացումը անհետանում է դաշտի ազդեցության տակ H C,ունենալով դաշտին հակառակ ուղղություն, որն առաջացրել է մագնիսացում:

լարում Հ Գկանչեց հարկադիր ուժ.

Հակառակ դաշտի հետագա աճով ֆերոմագնիսը վերամագնիսացվում է (կոր 3-4), իսկ H=-H-ում մենք հասնում ենք հագեցվածության (կետ 4). Այնուհետև ֆերոմագնիսը կարող է կրկին ապամագնիսացվել (կոր 4-5 -6) և վերամագնիսանալ մինչև հագեցվածություն (կոր 6- 1 ).

Այսպիսով, ֆերոմագնիսի վրա փոփոխվող մագնիսական դաշտի ազդեցության տակ J մագնիսացումը փոխվում է կորին համապատասխան. 1 -2-3-4-5-6-1, որը կոչվում է հիստերեզի հանգույց. Հիստերեզը հանգեցնում է նրան, որ ֆերոմագնիսի մագնիսացումը H-ի միարժեք ֆունկցիա չէ, այսինքն՝ նույն արժեքը։ Հհամընկնում է բազմաթիվ արժեքների հետ Ջ.

Տարբեր ֆերոմագնիսներ տալիս են հիստերեզի տարբեր օղակներ: ֆերոմագնիսներցածր (մի քանի հազարերորդականից մինչև 1-2 Ա/սմ) հարկադրական ուժով Հ Գ(նեղ հիստերեզի հանգույցով) կոչվում են փափուկ,մեծ (մի քանի տասնյակից մինչև մի քանի հազար ամպեր մեկ սանտիմետր) հարկադիր ուժով (լայն հիստերեզի հանգույցով) - դժվար.Քանակներ Հ Գ, Ջ oc և m max-ը որոշում են ֆերոմագնիսների կիրառելիությունը տարբեր գործնական նպատակներով: Այսպիսով, կոշտ ֆերոմագնիսները (օրինակ՝ ածխածնային և վոլֆրամի պողպատները) օգտագործվում են մշտական ​​մագնիսներ պատրաստելու համար, իսկ փափուկները (օրինակ՝ փափուկ երկաթ, երկաթ-նիկել խառնուրդ)՝ տրանսֆորմատորային միջուկներ պատրաստելու համար։

Ֆեռոմագնիսներն ունեն ևս մեկ էական հատկություն՝ յուրաքանչյուր ֆերոմագնիսների համար կա որոշակի ջերմաստիճան, որը կոչվում է Կյուրի կետ,որի դեպքում այն ​​կորցնում է իր մագնիսական հատկությունները: Երբ նմուշը տաքացվում է Կյուրիի կետից բարձր, ֆերոմագնիսը վերածվում է սովորական պարամագնիսի:

Ֆեռոմագնիսների մագնիսացման գործընթացը ուղեկցվում է նրա գծային չափերի և ծավալների փոփոխությամբ։ Այս երեւույթն անվանվել է մագնիսական նեղացում.

Ֆերոմագնիսականության բնույթը.Վայսի պատկերացումների համաձայն՝ Կյուրիի կետից ցածր ջերմաստիճանի ֆերոմագնիսներն ունենում են ինքնաբուխ մագնիսացում՝ անկախ արտաքին մագնիսացնող դաշտի առկայությունից։ Ինքնաբուխ մագնիսացումը, սակայն, ակնհայտորեն հակասում է այն փաստին, որ շատ ֆերոմագնիսական նյութեր, նույնիսկ Կյուրիի կետից ցածր ջերմաստիճաններում, չեն մագնիսացվում: Այս հակասությունը վերացնելու համար Վայսը ներկայացրել է այն վարկածը, որ Կյուրիի կետից ցածր ֆերոմագնիսը բաժանվում է. մեծ թիվփոքր մակրոսկոպիկ տարածքներ - տիրույթներ,ինքնաբուխ մագնիսացված մինչև հագեցվածություն:

Արտաքին մագնիսական դաշտի բացակայության դեպքում առանձին տիրույթների մագնիսական մոմենտները պատահականորեն կողմնորոշված ​​են և փոխհատուցում են միմյանց, հետևաբար, ֆերոմագնիսի մագնիսական պահը զրոիսկ ֆերոմագնիսը մագնիսացված չէ: Արտաքին մագնիսական դաշտը դաշտի երկայնքով կողմնորոշում է ոչ թե առանձին ատոմների մագնիսական պահերը, ինչպես պարամագնիսների դեպքում է, այլ ինքնաբուխ մագնիսացման ամբողջ շրջանների։ Հետեւաբար, աճի հետ Հմագնիսացում Ջև մագնիսական ինդուկցիա ATարդեն բավականին թույլ դաշտերում աճում են շատ արագ: Դրանով է բացատրվում նաև մ ֆերոմագնիսներ՝ թույլ դաշտերում առավելագույն արժեքին: Փորձերը ցույց են տվել, որ B-ի կախվածությունը R-ից այնքան էլ հարթ չէ, ինչպես ցույց է տրված Նկ. 193, բայց ունի աստիճանական տեսարան։ Սա ցույց է տալիս, որ ֆերոմագնիսի ներսում տիրույթները շրջվում են դաշտի վրայով թռիչքով:

Երբ արտաքին մագնիսական դաշտը թուլանում է մինչև զրոյի, ֆերոմագնիսները պահպանում են մնացորդային մագնիսացումը, քանի որ ջերմային շարժումն ի վիճակի չէ արագ ապակողմնորոշել այնպիսի մեծ գոյացությունների մագնիսական պահերը, ինչպիսիք են տիրույթները: Ուստի դիտվում է մագնիսական հիստերեզի ֆենոմեն (նկ. 195)։ Ֆեռոմագնիսը ապամագնիսացնելու համար պետք է կիրառվի հարկադիր ուժ. Ֆեռոմագնիսի ցնցումն ու տաքացումը նույնպես նպաստում են ապամագնիսացմանը: Կյուրիի կետը, պարզվում է, այն ջերմաստիճանն է, որից բարձր տեղի է ունենում տիրույթի կառուցվածքի ոչնչացումը:

Ֆեռոմագնիսներում տիրույթների առկայությունը փորձարարականորեն ապացուցված է։ Դրանց դիտարկման ուղղակի փորձարարական մեթոդ է փոշի գործչի մեթոդ.Նուրբ ֆերոմագնիսական փոշու (օրինակ՝ մագնիտիտ) ջրային կախույթը կիրառվում է ֆերոմագնիսի խնամքով հղկված մակերեսի վրա։ Մասնիկները տեղավորվում են հիմնականում մագնիսական դաշտի առավելագույն անհամասեռության վայրերում, այսինքն՝ տիրույթների միջև սահմաններում։ Ուստի նստած փոշին ուրվագծում է տիրույթների սահմանները, և նմանատիպ նկար կարելի է լուսանկարել մանրադիտակի տակ։ Գծային չափսերտիրույթները հավասար էին 10 -4 -10 -2 սմ:

Տրանսֆորմատորների շահագործման սկզբունքը, որն օգտագործվում է փոփոխական հոսանքի լարումը բարձրացնելու կամ նվազեցնելու համար, հիմնված է փոխադարձ ինդուկցիայի երևույթի վրա։

Առաջնային և երկրորդային պարույրներ (ոլորուններ), համապատասխանաբար ունենալով n 1 և Ն 2 պտույտ՝ տեղադրված փակ երկաթե միջուկի վրա։ Քանի որ առաջնային ոլորուն ծայրերը միացված են փոփոխական լարման աղբյուրին emf-ով: ξ 1 , հետո առաջանում է փոփոխական հոսանք Ի 1 , տրանսֆորմատորի միջուկում ստեղծելով փոփոխական մագնիսական հոսք F, որը գրեթե ամբողջությամբ տեղայնացված է երկաթի միջուկում և, հետևաբար, գրեթե ամբողջությամբ ներթափանցում է երկրորդական ոլորման շրջադարձերը: Այս հոսքի փոփոխությունը հանգեցնում է նրան, որ emf-ը հայտնվում է երկրորդական ոլորուն մեջ: փոխադարձ ինդուկցիա, իսկ առաջնայինում՝ էմֆ. ինքնադրսևորում.

Ընթացիկ Ի 1 առաջնային ոլորուն որոշվում է Օհմի օրենքի համաձայն՝ որտեղ Ռ 1 առաջնային ոլորման դիմադրությունն է: Լարման անկում Ի 1 Ռ 1 դիմադրության վրա ՌԱրագ փոփոխվող դաշտերի համար 1-ը փոքր է երկու emf-ներից յուրաքանչյուրի համեմատ, հետևաբար . emf փոխադարձ ինդուկցիա, որը տեղի է ունենում երկրորդական ոլորուն,

Մենք դա հասկանում ենք emf, առաջացող երկրորդական ոլորուն, որտեղ մինուս նշանը ցույց է տալիս, որ էմֆ. առաջնային և երկրորդային ոլորուններում փուլային հակադիր են:

Շրջադարձների քանակի հարաբերակցությունը Ն 2 /Ն 1 , ցույց տալով, թե քանի անգամ է emf. ավելի շատ (կամ պակաս) տրանսֆորմատորի երկրորդական ոլորման մեջ, քան առաջնայինը կոչվում է փոխակերպման հարաբերակցությունը:

Անտեսելով էներգիայի կորուստները, որոնք ժամանակակից տրանսֆորմատորներում չեն գերազանցում 2%-ը և հիմնականում կապված են ոլորուններում ջոուլի ջերմության արտանետման և պտտվող հոսանքների առաջացման հետ, և կիրառելով էներգիայի պահպանման օրենքը՝ կարող ենք գրել, որ երկու տրանսֆորմատորներում էլ ընթացիկ հզորությունները. ոլորունները գրեթե նույնն են. ξ 2 Ի 2 »ξ 1 Ի 1 , գտնել ξ 2 /ξ 1 = Ի 1 /Ի 2 = Ն 2 /Ն 1, այսինքն, ոլորունների հոսանքները հակադարձ համեմատական ​​են այս ոլորունների պտույտների քանակին:

Եթե Ն 2 /Ն 1 >1, ուրեմն գործ ունենք բարձրացնող տրանսֆորմատոր, emf փոփոխականի ավելացում: և իջեցնող հոսանք (օգտագործվում է, օրինակ, էլեկտրաէներգիա մեծ հեռավորությունների վրա փոխանցելու համար, քանի որ այս դեպքում Ջոուլի ջերմության կորուստները՝ ընթացիկ ուժի քառակուսու համաչափ, կրճատվում են); եթե N 2 /Ն 1 <1, ապա մենք գործ ունենք իջնել տրանսֆորմատոր,նվազեցնելով էմֆ. և աճող հոսանք (օգտագործվում է, օրինակ, էլեկտրական եռակցման մեջ, քանի որ ցածր լարման ժամանակ պահանջում է մեծ հոսանք):

Մեկ ոլորուն ունեցող տրանսֆորմատորը կոչվում է ավտոտրանսֆորմատոր.Բարձրացող ավտոտրանսֆորմատորի դեպքում e.m.f. մատակարարվում է ոլորուն մի մասի, իսկ երկրորդական էմֆ. հեռացվել է ամբողջ ոլորունից: Քայլ իջնող ավտոտրանսֆորմատորում ցանցի լարումը կիրառվում է ամբողջ ոլորուն, իսկ երկրորդական էմֆ: հեռացվել է ոլորունից:

11. Հարմոնիկ տատանում - քանակի պարբերական փոփոխության երևույթ, որի դեպքում փաստարկից կախվածությունն ունի սինուսի կամ կոսինուսի ֆունկցիա: Օրինակ, մի մեծություն, որը ժամանակի ընթացքում տատանվում է հետևյալ կերպ, ներդաշնակորեն տատանվում է.

Կամ, որտեղ x-ը փոփոխվող մեծության արժեքն է, t-ը ժամանակն է, մնացած պարամետրերը հաստատուն են՝ A-ն տատանումների ամպլիտուդն է, ω-ն՝ տատանումների ցիկլային հաճախականությունը, տատանումների ամբողջական փուլն է, սկզբնականն է։ տատանումների փուլը. Ընդհանրացված ներդաշնակ տատանում դիֆերենցիալ ձևով

Թրթռումների տեսակները.

Ազատ տատանումները կատարվում են համակարգի ներքին ուժերի ազդեցությամբ՝ համակարգը հավասարակշռությունից դուրս բերելուց հետո։ Որպեսզի ազատ տատանումները ներդաշնակ լինեն, անհրաժեշտ է, որ տատանողական համակարգը լինի գծային (նկարագրված է շարժման գծային հավասարումներով), և դրանում էներգիայի ցրում չլինի (վերջինս կառաջացներ ամորտիզացիա)։

Հարկադիր տատանումները կատարվում են արտաքին պարբերական ուժի ազդեցությամբ։ Որպեսզի դրանք ներդաշնակ լինեն, բավական է, որ տատանողական համակարգը լինի գծային (նկարագրված է շարժման գծային հավասարումներով), իսկ արտաքին ուժն ինքնին ժամանակի ընթացքում փոխվում է որպես ներդաշնակ տատանում (այսինքն՝ այս ուժի ժամանակային կախվածությունը սինուսոիդային է): .

Մեխանիկական ներդաշնակ տատանումը ուղղագիծ անհավասար շարժում է, որի ժամանակ տատանվող մարմնի (նյութական կետի) կոորդինատները փոխվում են ըստ կոսինուսի կամ սինուսի օրենքի՝ կախված ժամանակից։

Այս սահմանման համաձայն՝ ժամանակից կախված կոորդինատների փոփոխության օրենքը ունի ձև.

որտեղ wt արժեքը կոսինուսի կամ սինուսի նշանի տակ է. w-ն այն գործակիցն է, որի ֆիզիկական նշանակությունը կբացահայտվի ստորև. A-ն մեխանիկական ներդաշնակ տատանումների ամպլիտուդն է։ Հավասարումները (4.1) մեխանիկական ներդաշնակ թրթռումների հիմնական կինեմատիկական հավասարումներ են։

E և ինդուկցիայի B ինտենսիվության պարբերական փոփոխությունները կոչվում են էլեկտրամագնիսական տատանումներ: Էլեկտրամագնիսական տատանումները ռադիոալիքներն են, միկրոալիքները, ինֆրակարմիր ճառագայթումը, տեսանելի լույսը, ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումը, ռենտգենյան ճառագայթները, գամմա ճառագայթները:

Բանաձեւի ածանցում

Էլեկտրամագնիսական ալիքները որպես համընդհանուր երևույթ կանխատեսվել են էլեկտրականության և մագնիսականության դասական օրենքներով, որոնք հայտնի են որպես Մաքսվելի հավասարումներ։ Եթե ​​դուք ուշադիր նայեք Մաքսվելի հավասարմանը աղբյուրների բացակայության դեպքում (լիցքեր կամ հոսանքներ), ապա կտեսնեք, որ հնարավորության հետ մեկտեղ, որ ոչինչ չի պատահի, տեսությունը նաև թույլ է տալիս էլեկտրական և մագնիսական դաշտերը փոխելու ոչ տրիվիալ լուծումներ: Սկսենք Մաքսվելի վակուումի հավասարումներից.

որտեղ է վեկտորային դիֆերենցիալ օպերատորը (nabla)

Լուծումներից մեկն ամենապարզն է.

Մեկ այլ, ավելի հետաքրքիր լուծում գտնելու համար մենք օգտագործում ենք վեկտորի ինքնությունը, որը վավեր է ցանկացած վեկտորի համար, ձևով.

Տեսնելու համար, թե ինչպես կարող ենք օգտագործել այն, եկեք վերցնենք պտտման գործողությունը արտահայտությունից (2):

Ձախ կողմը համարժեք է.

որտեղ մենք պարզեցնում ենք վերը նշված (1) հավասարումը:

Աջ կողմը համարժեք է.

Հավասարումները (6) և (7) հավասար են, ուստի դրանք հանգեցնում են էլեկտրական դաշտի վեկտորի արժեքով դիֆերենցիալ հավասարման, մասնավորապես.

Նմանատիպ սկզբնական արդյունքների կիրառումը մագնիսական դաշտի համանման դիֆերենցիալ հավասարման մեջ.

Այս դիֆերենցիալ հավասարումները համարժեք են ալիքի հավասարմանը.

որտեղ c0-ը վակուումում ալիքի արագությունն է, f-ը նկարագրում է տեղաշարժը:

Կամ նույնիսկ ավելի պարզ. որտեղ է d'Alembert օպերատորը.

Նշենք, որ էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի դեպքում արագությունը հետևյալն է.

Նյութական կետի ներդաշնակ տատանումների դիֆերենցիալ հավասարումը կամ , որտեղ m-ը կետի զանգվածն է. k - քվազիառաձգական ուժի գործակից (k=τω2).

Ներդաշնակ տատանվողը քվանտային մեխանիկայի մեջ պարզ ներդաշնակ տատանվողի քվանտային անալոգն է, մինչդեռ հաշվի առնելով ոչ թե մասնիկի վրա ազդող ուժերը, այլ Համիլտոնյանը, այսինքն՝ ներդաշնակ տատանվողի ընդհանուր էներգիան, իսկ պոտենցիալ էներգիան ենթադրվում է քառակուսի։ կախված կոորդինատներից. Կոորդինատների նկատմամբ պոտենցիալ էներգիայի ընդլայնման մեջ հետևյալ տերմինների հաշվառումը հանգեցնում է աններդաշնակ տատանվող հասկացության.

Ներդաշնակ տատանվողը (դասական մեխանիկայի մեջ) համակարգ է, որը հավասարակշռության դիրքից տեղաշարժվելիս զգում է վերականգնող ուժ F՝ համաչափ x-ի տեղաշարժին (ըստ Հուկի օրենքի).

որտեղ k-ն համակարգի կոշտությունը բնութագրող դրական հաստատուն է:

m զանգվածով քվանտային տատանվողի Համիլտոնիան, որի բնական հաճախականությունը ω է, ունի հետևյալ տեսքը.

Համակարգված ներկայացուցչության մեջ, . Հարմոնիկ օսլիլատորի էներգիայի մակարդակները գտնելու խնդիրը կրճատվում է գտնելով այնպիսի թվեր E, որոնց համար քառակուսի ինտեգրվող ֆունկցիաների դասի լուծում ունի հետևյալ մասնակի դիֆերենցիալ հավասարումը.

Աններդաշնակ տատանվողը հասկացվում է որպես պոտենցիալ էներգիայի ոչ քառակուսային կախվածությամբ տատանվող կոորդինատից: Աններդաշնակ տատանվողի ամենապարզ մոտարկումը Թեյլորի շարքի պոտենցիալ էներգիայի մինչև երրորդ անդամն է.

12. Զսպանակային ճոճանակ - մեխանիկական համակարգ, որը բաղկացած է առաձգականության (կոշտության) k գործակցով զսպանակից (Հուկի օրենք), որի մի ծայրը կոշտ ամրացված է, իսկ մյուսում կա մ զանգվածի բեռ։

Երբ առաձգական ուժը գործում է զանգվածային մարմնի վրա՝ վերադարձնելով այն հավասարակշռության դիրքի, այն տատանվում է այս դիրքի շուրջ։Այսպիսի մարմինը կոչվում է զսպանակավոր ճոճանակ։ Թրթռումները առաջանում են արտաքին ուժից։ Այն տատանումները, որոնք շարունակվում են այն բանից հետո, երբ արտաքին ուժը դադարում է գործել, կոչվում են ազատ տատանումներ: Արտաքին ուժի ազդեցությամբ առաջացած տատանումները կոչվում են հարկադիր: Այս դեպքում ուժն ինքնին կոչվում է պարտադրող:

Ամենապարզ դեպքում զսպանակային ճոճանակը կոշտ մարմին է, որը շարժվում է հորիզոնական հարթության երկայնքով, որը ամրացված է պատին զսպանակով:

Նյուտոնի երկրորդ օրենքը նման համակարգի համար արտաքին ուժերի և շփման ուժերի բացակայության դեպքում ունի հետևյալ ձևը.

Եթե ​​համակարգը ենթարկվում է արտաքին ուժերի ազդեցությանը, ապա տատանումների հավասարումը կվերագրվի հետևյալ կերպ.

Որտեղ f(x) բեռի միավորի զանգվածի հետ կապված արտաքին ուժերի արդյունքն է:

c գործակցով տատանումների արագությանը համաչափ թուլացման դեպքում.

Գարնանային ճոճանակի ժամանակաշրջան.

Մաթեմատիկական ճոճանակը տատանվող է, որը մեխանիկական համակարգ է, որը կազմված է նյութական կետից, որը գտնվում է անկշռելի, ձգողականության ուժերի միատեսակ դաշտում գտնվող անկշռելի, անառողջ թելի կամ անկշիռ ձողի վրա: l երկարությամբ մաթեմատիկական ճոճանակի բնական փոքր տատանումների ժամանակաշրջանը, որը անշարժ կախված է միատեսակ գրավիտացիոն դաշտում՝ ազատ անկման արագացումով g, հավասար է և կախված չէ ճոճանակի առատությունից և զանգվածից։

Զսպանակային ճոճանակի դիֆերենցիալ հավասարումը x=Асos (wot+jo).

Ճոճանակի հավասարումը

Մաթեմատիկական ճոճանակի տատանումները նկարագրվում են ձևի սովորական դիֆերենցիալ հավասարմամբ

որտեղ w-ը դրական հաստատուն է, որը որոշվում է բացառապես ճոճանակի պարամետրերից: անհայտ գործառույթ; x(t) ստորին հավասարակշռության դիրքից ճոճանակի շեղման անկյունն է՝ արտահայտված ռադիաններով. , որտեղ L-ը կասեցման երկարությունն է, g-ը ազատ անկման արագացումն է։ Ստորին հավասարակշռության դիրքի մոտ ճոճանակի փոքր տատանումների հավասարումը (այսպես կոչված, ներդաշնակ հավասարում) ունի ձև.

Փոքր տատանումներ կատարող ճոճանակը շարժվում է սինուսոիդի երկայնքով: Քանի որ շարժման հավասարումը երկրորդ կարգի սովորական DE է, ճոճանակի շարժման օրենքը որոշելու համար անհրաժեշտ է սահմանել երկու նախնական պայման՝ կոորդինատը և արագությունը, որոնցից որոշվում են երկու անկախ հաստատուններ.

որտեղ A-ն ճոճանակի տատանումների ամպլիտուդն է, տատանումների սկզբնական փուլն է, w-ը ցիկլային հաճախականությունն է, որը որոշվում է շարժման հավասարումից։ Ճոճանակի շարժումը կոչվում է ներդաշնակ տատանում։

Ֆիզիկական ճոճանակը տատանվող է, որը կոշտ մարմին է, որը ցանկացած ուժերի դաշտում տատանվում է մի կետի շուրջ, որը այս մարմնի զանգվածի կենտրոնը չէ, կամ ուժի ուղղությանը ուղղահայաց ֆիքսված առանցքի, որը չի անցնում այս մարմնի զանգվածի կենտրոնը։

Կախովի կետով անցնող առանցքի նկատմամբ իներցիայի պահը.

Անտեսելով միջավայրի դիմադրությունը՝ ծանրության դաշտում ֆիզիկական ճոճանակի տատանումների դիֆերենցիալ հավասարումը գրված է հետևյալ կերպ.

Կրճատված երկարությունը ֆիզիկական ճոճանակի պայմանական բնութագիր է: Այն թվային առումով հավասար է մաթեմատիկական ճոճանակի երկարությանը, որի պարբերությունը հավասար է տվյալ ֆիզիկական ճոճանակի պարբերությանը։ Կրճատված երկարությունը հաշվարկվում է հետևյալ կերպ.

որտեղ I-ն իներցիայի պահն է կասեցման կետի նկատմամբ, m-ը զանգվածն է, a-ն՝ կախվածության կետից մինչև զանգվածի կենտրոնի հեռավորությունը:

Տատանողական շղթան տատանիչ է, որը էլեկտրական միացում է, որը պարունակում է միացված ինդուկտոր և կոնդենսատոր: Նման շղթայում հոսանքի (և լարման) տատանումները կարող են գրգռվել։Տատանողական միացումն ամենապարզ համակարգն է, որտեղ կարող են առաջանալ ազատ էլեկտրամագնիսական տատանումներ։

Շղթայի ռեզոնանսային հաճախականությունը որոշվում է այսպես կոչված Թոմսոնի բանաձևով.

Զուգահեռ տատանվող շղթա

Թող C հզորությամբ կոնդենսատորը լիցքավորվի լարման վրա: Կոնդենսատորում կուտակված էներգիան է

Կծիկի մեջ կենտրոնացած մագնիսական էներգիան առավելագույնն է և հավասար

Այնտեղ, որտեղ L-ը կծիկի ինդուկտիվությունն է, հոսանքի առավելագույն արժեքն է:

Ներդաշնակ թրթռումների էներգիա

Մեխանիկական թրթռումների ժամանակ տատանվող մարմինը (կամ նյութական կետը) ունի կինետիկ և պոտենցիալ էներգիա։ Մարմնի կինետիկ էներգիա W:

Ընդհանուր էներգիան շղթայում.

Էլեկտրամագնիսական ալիքները էներգիա են կրում: Երբ ալիքները տարածվում են, առաջանում է էլեկտրամագնիսական էներգիայի հոսք: Եթե ​​առանձնացնենք ալիքի տարածման ուղղությանը ուղղահայաց կողմնորոշված ​​S տարածքը, ապա կարճ ժամանակում Δt էներգիան ΔWem կհոսի տարածքով, հավասար ΔWem = (we + wm)υSΔt.

13. Նույն ուղղության և նույն հաճախականության ներդաշնակ տատանումների գումարում

Տատանվող մարմինը կարող է մասնակցել մի քանի տատանողական պրոցեսների, ապա պետք է գտնել ստացված տատանումները, այլ կերպ ասած՝ տատանումները պետք է ավելացնել։ Այս բաժնում մենք կավելացնենք նույն ուղղության և նույն հաճախականության ներդաշնակ տատանումները

օգտագործելով պտտվող ամպլիտուդի վեկտորի մեթոդը, մենք գրաֆիկորեն կառուցում ենք այս տատանումների վեկտորային դիագրամները (նկ. 1): Հարկեք, քանի որ A1 և A2 վեկտորները պտտվում են նույն անկյունային արագությամբ ω0, ապա նրանց միջև փուլային տարբերությունը (φ2 - φ1) կմնա հաստատուն: Այսպիսով, արդյունքում տատանման հավասարումը կլինի (1)

Բանաձևում (1) A ամպլիտուդը և φ նախնական փուլը համապատասխանաբար որոշվում են արտահայտություններով

Սա նշանակում է, որ մարմինը, մասնակցելով նույն ուղղության և նույն հաճախականության երկու ներդաշնակ տատանումների, կատարում է նաև ներդաշնակ տատանումներ նույն ուղղությամբ և նույն հաճախականությամբ, ինչ գումարված տատանումները։ Ստացված տատանումների ամպլիտուդը կախված է ավելացված տատանումների փուլային տարբերությունից (φ2 - φ1):

Միևնույն ուղղության ներդաշնակ տատանումների ավելացում մոտ հաճախականություններով

Թող ավելացված տատանումների ամպլիտուդները հավասար լինեն A-ին, իսկ հաճախականությունները հավասար լինեն ω-ի և ω + Δω, և Δω.<<ω. Выберем начало отсчета так, чтобы начальные фазы обоих колебаний были равны нулю:

Այս արտահայտությունները գումարելով և հաշվի առնելով, որ երկրորդ գործոնում Δω/2<<ω, получим

Տատանումների ամպլիտուդի պարբերական փոփոխությունները, որոնք տեղի են ունենում, երբ միևնույն ուղղությամբ մոտ հաճախականությամբ երկու ներդաշնակ տատանումներ գումարվում են, կոչվում են հարվածներ:

Բիթերը առաջանում են նրանից, որ երկու ազդանշաններից մեկը փուլային անընդհատ հետ է մնում մյուսից, և այն պահերին, երբ տատանումները փուլային են լինում, ընդհանուր ազդանշանն ուժեղանում է, և այն պահերին, երբ երկու ազդանշանները ֆազից դուրս են, չեղարկել միմյանց. Այս պահերը պարբերաբար փոխարինում են միմյանց, քանի որ ավելանում է հետընթացը:

Beat տատանումների աղյուսակ

Եկեք գտնենք նույն հաճախականության ω երկու ներդաշնակ տատանումների գումարման արդյունքը, որոնք տեղի են ունենում x և y առանցքների երկայնքով փոխադարձ ուղղահայաց ուղղություններով։ Պարզության համար մենք ընտրում ենք հղման սկզբնաղբյուրը, որպեսզի առաջին տատանման սկզբնական փուլը հավասար լինի զրոյի և այն գրում ենք (1) ձևով:

որտեղ α-ն երկու տատանումների փուլային տարբերությունն է, A և B-ը հավասար են ավելացված տատանումների ամպլիտուդներին: Ստացված տատանման հետագծի հավասարումը կորոշվի՝ բացառելով t ժամանակը (1) բանաձևերից: Ամփոփված տատանումները գրելը որպես

և երկրորդ հավասարման մեջ փոխարինելով և-ով, մենք պարզ փոխակերպումներից հետո գտնում ենք էլիպսի հավասարումը, որի առանցքները կամայականորեն կողմնորոշված ​​են կոորդինատային առանցքների նկատմամբ. (2)

Քանի որ ստացված տատանումների հետագիծն ունի էլիպսի ձև, այդպիսի տատանումները կոչվում են էլիպսորեն բևեռացված։

Էլիպսի առանցքների չափերը և կողմնորոշումը կախված են ավելացված տատանումների ամպլիտուդներից և α փուլային տարբերությունից։ Եկեք դիտարկենք մի քանի հատուկ դեպքեր, որոնք մեզ համար ֆիզիկական հետաքրքրություն են ներկայացնում.

1) α = mπ (m=0, ±1, ±2, ...). Այս դեպքում էլիպսը դառնում է ուղիղ գծի հատված (3)

որտեղ գումարած նշանը համապատասխանում է m-ի զրոյական և զույգ արժեքներին (նկ. 1ա), իսկ մինուս նշանը համապատասխանում է m-ի կենտ արժեքներին (նկ. 2բ): Ստացված տատանումն իրենից ներկայացնում է ω հաճախականությամբ և ամպլիտուդով ներդաշնակ տատանում, որն առաջանում է ուղիղ գծի երկայնքով (3)՝ x առանցքի հետ անկյուն կազմելով։ Այս դեպքում մենք գործ ունենք գծային բևեռացված տատանումների հետ;

2) α = (2m+1)(π/2) (m=0, ± 1, ±2,...). Այս դեպքում հավասարումը նման կլինի

Lissajous թվերը փակ հետագծեր են, որոնք գծված են մի կետով, որը միաժամանակ կատարում է երկու ներդաշնակ տատանումներ երկու փոխադարձ ուղղահայաց ուղղություններով: Առաջին անգամ ուսումնասիրվել է ֆրանսիացի գիտնական Ժյուլ Անտուան ​​Լիսաժոյի կողմից: Թվերի ձևը կախված է երկու տատանումների ժամանակաշրջանների (հաճախականությունների), փուլերի և ամպլիտուդների փոխհարաբերությունից: Երկու ժամանակաշրջանների հավասարության ամենապարզ դեպքում թվերը էլիպսներ են, որոնք 0 փուլային տարբերությամբ կամ այլասերվում են գծային հատվածների, իսկ P/2 փուլային տարբերությամբ և ամպլիտուդների հավասարությամբ՝ վերածվում շրջանագծի։ Եթե ​​երկու տատանումների ժամանակաշրջանները ճշգրիտ չեն համընկնում, ապա փուլային տարբերությունը անընդհատ փոխվում է, ինչի արդյունքում էլիպսը անընդհատ դեֆորմացվում է։ Lissajous թվերը չեն նկատվում զգալիորեն տարբեր ժամանակահատվածներում: Այնուամենայնիվ, եթե ժամանակաշրջանները կապված են որպես ամբողջ թվեր, ապա երկու պարբերաշրջանների ամենափոքր բազմապատիկին հավասար ժամանակային միջակայքից հետո շարժվող կետը նորից վերադառնում է նույն դիրքին. ստացվում են ավելի բարդ ձևի Lissajous թվեր: Lissajous-ի պատկերները գրված են ուղղանկյունի մեջ, որի կենտրոնը համընկնում է կոորդինատների սկզբնավորման հետ, իսկ կողմերը զուգահեռ են կոորդինատային առանցքներին և գտնվում են դրանց երկու կողմերում՝ տատանումների ամպլիտուդիային հավասար հեռավորությունների վրա։

որտեղ A, B - տատանումների ամպլիտուդներ, a, b - հաճախականություններ, δ - փուլային տեղաշարժ

14. Փակ մեխանիկական համակարգում առաջանում են խոնավացված տատանումներ

Որում կան էներգիայի կորուստներ ուժերի հաղթահարման համար

դիմադրություն (β ≠ 0) կամ փակ տատանողական շղթայում, դմ

որտեղ R դիմադրության առկայությունը հանգեցնում է թրթռման էներգիայի կորստի

հաղորդիչների տաքացում (β ≠ 0):

Այս դեպքում ընդհանուր դիֆերենցիալ տատանումների հավասարումը (5.1)

ստանում է ձև՝ x′′ + 2βx′ + ω0 x = 0:

Խոնավացման լոգարիթմական նվազումը ֆիզիկական մեծություն է, որը փոխադարձ է տատանումների թվին, որից հետո A ամպլիտուդը նվազում է e գործակցով։

ԱՊԵՐԻՈԴԻԿ ԳՈՐԾԸՆԹԱՑ-անցողիկ գործընթաց դինամիկ վիճակում: համակարգ, որի համար ելքային արժեքը, որը բնութագրում է համակարգի անցումը մի վիճակից մյուսը, կա՛մ միապաղաղ կերպով հակված է կայուն արժեքի, կա՛մ ունի մեկ ծայրահեղություն (տես նկ.): Տեսականորեն այն կարող է անսահման երկար տևել։ A. p. տեղի են ունենում, օրինակ, ավտոմատ համակարգերում: կառավարում։

Համակարգի x(t) պարամետրը ժամանակին փոխելու պարբերական պրոցեսների գրաֆիկները՝ xust - պարամետրի կայուն վիճակ (սահմանափակող) արժեք.

Շղթայի ամենափոքր ակտիվ դիմադրությունը, որի դեպքում գործընթացը պարբերական է, կոչվում է կրիտիկական դիմադրություն

Դա նաև այնպիսի դիմադրություն է, որի դեպքում միացումում իրականացվում է ազատ չխոնավ տատանումների ռեժիմը:

15. Արտաքին պարբերաբար փոփոխվող ուժի կամ արտաքին պարբերաբար փոփոխվող էմֆ-ի ազդեցության տակ առաջացող տատանումները համապատասխանաբար կոչվում են հարկադիր մեխանիկական և հարկադիր էլեկտրամագնիսական տատանումներ։

Դիֆերենցիալ հավասարումը կունենա հետևյալ ձևը.

q′′ + 2βq′ + ω0 q = cos(ωt) .

Ռեզոնանսը (ֆր. ռեզոնանս, լատ. resono - Ես արձագանքում եմ) հարկադիր տատանումների ամպլիտուդի կտրուկ աճի երևույթ է, որն առաջանում է, երբ արտաքին ազդեցության հաճախականությունը մոտենում է որոշակի արժեքների (ռեզոնանսային հաճախականությունների)՝ որոշված ​​հատկություններով։ համակարգի։ Ամպլիտուդայի աճը միայն ռեզոնանսի հետևանք է, իսկ պատճառը արտաքին (հուզիչ) հաճախականության համընկնումն է տատանողական համակարգի ներքին (բնական) հաճախականության հետ։ Ռեզոնանսային երեւույթի օգնությամբ կարելի է մեկուսացնել և/կամ ուժեղացնել անգամ շատ թույլ պարբերական տատանումները։ Ռեզոնանսը մի երևույթ է, որ շարժիչ ուժի որոշակի հաճախականության դեպքում տատանողական համակարգը հատկապես արձագանքում է այդ ուժի գործողությանը: Տատանումների տեսության մեջ արձագանքման աստիճանը նկարագրվում է մի քանակով, որը կոչվում է որակի գործոն։ Ռեզոնանսի ֆենոմենն առաջին անգամ նկարագրել է Գալիլեո Գալիլեյը 1602 թվականին ճոճանակների և երաժշտական ​​լարերի ուսումնասիրությանը նվիրված աշխատություններում։

Մեխանիկական ռեզոնանսային համակարգը, որն առավել հայտնի է մարդկանց մեծամասնությանը, սովորական ճոճանակն է: Եթե ​​ճոճանակը հրում եք ռեզոնանսային հաճախականության համաձայն, շարժման տիրույթը կավելանա, հակառակ դեպքում շարժումը կմարի: Նման ճոճանակի ռեզոնանսային հաճախականությունը բավարար ճշգրտությամբ հավասարակշռված վիճակից փոքր տեղաշարժերի միջակայքում կարելի է գտնել բանաձևով.

որտեղ g-ը ազատ անկման արագացումն է (9,8 մ/վրկ Երկրի մակերեսի համար), իսկ L-ն երկարությունն է ճոճանակի կախովի կետից մինչև նրա զանգվածի կենտրոնը: (Ավելի ճշգրիտ բանաձևը բավականին բարդ է և ներառում է էլիպսային ինտեգրալ): Կարևոր է, որ ռեզոնանսային հաճախականությունը կախված չէ ճոճանակի զանգվածից։ Կարևոր է նաև, որ դուք չեք կարող ճոճանակը ճոճել մի քանի հաճախականություններով (ավելի բարձր ներդաշնակություն), բայց դա կարելի է անել այն հաճախականություններով, որոնք հավասար են հիմնականի կոտորակներին (ցածր հարմոնիաներ):

Հարկադիր տատանումների լայնությունը և փուլը:

Դիտարկենք հարկադիր տատանումների A ամպլիտուդի կախվածությունը ω հաճախականությունից (8.1)

Բանաձևից (8.1) հետևում է, որ տեղաշարժի A ամպլիտուդան ունի առավելագույնը. Ռեզոնանսային հաճախականությունը ωres - հաճախականությունը, որով տեղաշարժման A ամպլիտուդան հասնում է իր առավելագույնին, որոշելու համար անհրաժեշտ է գտնել ֆունկցիայի առավելագույնը (1), կամ, նույնը, արմատական ​​արտահայտության նվազագույնը: Տարբերակելով արմատական ​​արտահայտությունը ω-ի նկատմամբ և հավասարեցնելով այն զրոյի, մենք ստանում ենք պայման, որը որոշում է ωres.

Այս հավասարությունը գործում է ω=0, ± ի համար, որի համար ֆիզիկական նշանակություն ունի միայն դրական արժեքը։ Հետևաբար, ռեզոնանսային հաճախականությունը (8.2)

Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթը հիմնականում օգտագործվում է մեխանիկական էներգիան էլեկտրական հոսանքի էներգիայի վերածելու համար։ Այդ նպատակով դիմեք փոփոխիչներ(ինդուկցիոն գեներատորներ): Ամենապարզ փոփոխական հոսանքի գեներատորը մետաղալարերի շրջանակն է, որը հավասարաչափ պտտվում է անկյունային արագությամբ w= Const միատարր մագնիսական դաշտում ինդուկցիայի հետ AT(նկ. 4.5): Մագնիսական ինդուկցիայի հոսքը, որը թափանցում է տարածք ունեցող շրջանակ Ս, հավասար է

Շրջանակի միատեսակ պտույտով, պտտման անկյունը , որտեղ է պտտման հաճախականությունը: Հետո

Համաձայն էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի օրենքի, EMF-ն առաջացել է շրջանակում ժամը
նրա ռոտացիան,

Եթե ​​բեռնվածքը (էլեկտրաէներգիայի սպառողը) միացված է շրջանակի սեղմակներին՝ օգտագործելով խոզանակ-կոնտակտային սարք, ապա դրա միջով կհոսի փոփոխական հոսանք:

Էլեկտրակայաններում էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերական արտադրության համար օգտագործվում են համաժամանակյա գեներատորներ(տուրբոգեներատորներ, եթե կայանը ջերմային կամ միջուկային է, և հիդրոգեներատորներ, եթե կայանը հիդրավլիկ է): Սինխրոն գեներատորի անշարժ մասը կոչվում է ստատորև պտտվող - ռոտոր(նկ. 4.6): Գեներատորի ռոտորն ունի DC ոլորուն (գրգռման ոլորուն) և հզոր էլեկտրամագնիս է: DC հոսանք կիրառվում է
գրգռումը, որը ոլորվում է խոզանակ-շփման ապարատի միջով, մագնիսացնում է ռոտորը, և այս դեպքում ձևավորվում է հյուսիսային և հարավային բևեռներով էլեկտրամագնիս:

Գեներատորի ստատորի վրա կան երեք փոփոխական հոսանքի ոլորուններ, որոնք մեկը մյուսի նկատմամբ շեղված են 120 0-ով և փոխկապակցված են որոշակի անջատիչ սխեմայի համաձայն:

Երբ հուզված ռոտորը պտտվում է գոլորշու կամ հիդրավլիկ տուրբինի օգնությամբ, նրա բևեռներն անցնում են ստատորի ոլորունների տակով, և դրանց մեջ առաջանում է էլեկտրաշարժիչ ուժ, որը փոխվում է ներդաշնակ օրենքի համաձայն։ Այնուհետև, գեներատորը, ըստ էլեկտրական ցանցի որոշակի սխեմայի, միացված է էլեկտրաէներգիայի սպառման հանգույցներին:

Եթե ​​դուք էլեկտրաէներգիա եք փոխանցում կայանների գեներատորներից սպառողներին էլեկտրահաղորդման գծերի միջոցով (գեներատորի լարման դեպքում, որը համեմատաբար փոքր է), ապա ցանցում էներգիայի և լարման մեծ կորուստներ կառաջանան (ուշադրություն դարձրեք գործակիցներին, ): Հետեւաբար, էլեկտրաէներգիայի խնայողաբար փոխադրման համար անհրաժեշտ է նվազեցնել ընթացիկ ուժը: Այնուամենայնիվ, քանի որ փոխանցվող հզորությունը մնում է անփոփոխ, լարումը պետք է
աճում է նույն գործակցով, որքան ներկայիս նվազումը:

Էլեկտրաէներգիայի սպառողի մոտ, իր հերթին, լարումը պետք է իջեցվի անհրաժեշտ մակարդակի։ Կոչվում են այն էլեկտրական սարքերը, որոնցում լարումը մեծանում կամ նվազում է որոշակի քանակով տրանսֆորմատորներ. Տրանսֆորմատորի աշխատանքը նույնպես հիմնված է էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի օրենքի վրա։

Դիտարկենք երկու ոլորուն տրանսֆորմատորի աշխատանքի սկզբունքը (նկ. 4.7): Երբ փոփոխական հոսանք անցնում է առաջնային ոլորուն միջով, դրա շուրջ առաջանում է փոփոխական մագնիսական դաշտ՝ ինդուկցիայի միջոցով AT, որի հոսքը նույնպես փոփոխական է

Տրանսֆորմատորի միջուկը ծառայում է մագնիսական հոսքը ուղղելուն (օդի մագնիսական դիմադրությունը բարձր է)։ Փոփոխական մագնիսական հոսքը, որը փակվում է միջուկի երկայնքով, առաջացնում է փոփոխական EMF ոլորուններից յուրաքանչյուրում.

Հզոր տրանսֆորմատորներում կծիկի դիմադրությունները շատ փոքր են,
հետևաբար, առաջնային և երկրորդային ոլորունների տերմինալներում լարումները մոտավորապես հավասար են EMF-ին.

որտեղ k-փոխակերպման հարաբերակցությունը: ժամը կ<1 () տրանսֆորմատորն է բարձրացնելով, ժամը կ>1 () տրանսֆորմատորն է իջեցում.

Երբ միացված է բեռի տրանսֆորմատորի երկրորդական ոլորուն, հոսանքը կհոսի դրա մեջ: Օրենքով էլեկտրաէներգիայի սպառման ավելացմամբ
էներգիայի պահպանում, կայանի գեներատորների թողած էներգիան պետք է ավելանա, այսինքն

Սա նշանակում է, որ տրանսֆորմատորով լարումը մեծացնելով
մեջ կանգամ հնարավոր է նույնքանով նվազեցնել շղթայում ընթացիկ ուժը (այս դեպքում Ջոուլի կորուստները նվազում են կ 2 անգամ):

Թեմա 17. Մաքսվելի տեսության հիմունքները էլեկտրամագնիսական դաշտի համար. Էլեկտրամագնիսական ալիքներ

60-ական թթ. 19 - րդ դար Անգլիացի գիտնական Ջ.Մաքսվելը (1831-1879) ամփոփեց էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի փորձարարականորեն հաստատված օրենքները և ստեղծեց ամբողջական միասնական էլեկտրամագնիսական դաշտի տեսություն. Այն թույլ է տալիս որոշել էլեկտրադինամիկայի հիմնական խնդիրըԳտեք էլեկտրական լիցքերի և հոսանքների տվյալ համակարգի էլեկտրամագնիսական դաշտի բնութագրերը:

Մաքսվելը ենթադրեց, որ Ցանկացած փոփոխական մագնիսական դաշտ շրջապատող տարածության մեջ գրգռում է պտտվող էլեկտրական դաշտ, որի շրջանառությունն է էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի էմֆ առաջացման պատճառը շղթայում::

(5.1)

Կանչվում է հավասարումը (5.1): Մաքսվելի երկրորդ հավասարումը. Այս հավասարման իմաստն այն է, որ փոփոխվող մագնիսական դաշտը առաջացնում է պտտվող էլեկտրական դաշտ, իսկ վերջինս, իր հերթին, առաջացնում է փոփոխվող մագնիսական դաշտ շրջակա դիէլեկտրիկում կամ վակուումում։ Քանի որ մագնիսական դաշտը ստեղծվում է էլեկտրական հոսանքի միջոցով, ապա, ըստ Մաքսվելի, պտտվող էլեկտրական դաշտը պետք է դիտարկել որպես որոշակի հոսանք,
որը հոսում է ինչպես դիէլեկտրիկում, այնպես էլ վակուումում։ Մաքսվելն անվանել է այս հոսանքը կողմնակալության հոսանքը.

Տեղաշարժման հոսանքը, ինչպես հետևում է Մաքսվելի տեսությունից
և Էյխենվալդի փորձերը, ստեղծում է նույն մագնիսական դաշտը, ինչ հաղորդման հոսանքը:

Իր տեսության մեջ Մաքսվելը ներկայացրեց հայեցակարգը ամբողջական հոսանքգումարին հավասար
հաղորդման և տեղաշարժման հոսանքներ. Հետեւաբար, ընդհանուր ընթացիկ խտությունը

Ըստ Մաքսվելի՝ շղթայում ընդհանուր հոսանքը միշտ փակ է, այսինքն՝ միայն հաղորդիչ հոսանքն է ընդհատվում հաղորդիչների ծայրերում, իսկ հաղորդիչի ծայրերի միջև ընկած դիէլեկտրիկում (վակուում) տեղաշարժի հոսանք կա, որը փակում է հաղորդման հոսանք.

Ներկայացնելով ընդհանուր հոսանքի հայեցակարգը՝ Մաքսվելն ընդհանրացրել է վեկտորի շրջանառության թեորեմը (կամ ).

(5.6)

Կանչվում է հավասարումը (5.6): Մաքսվելի առաջին հավասարումը ինտեգրալ ձևով. Այն ընդհանուր հոսանքի ընդհանրացված օրենք է և արտահայտում է էլեկտրամագնիսական տեսության հիմնական դիրքորոշումը. Տեղաշարժման հոսանքները ստեղծում են նույն մագնիսական դաշտերը, ինչ հաղորդման հոսանքները.

Մաքսվելի ստեղծած էլեկտրամագնիսական դաշտի միասնական մակրոսկոպիկ տեսությունը հնարավորություն տվեց միասնական տեսանկյունից ոչ միայն բացատրել էլեկտրական և մագնիսական երևույթները, այլ նաև կանխատեսել նորերը, որոնց գոյությունը հետագայում հաստատվեց գործնականում (օրինակ. էլեկտրամագնիսական ալիքների հայտնաբերում):

Ամփոփելով վերը քննարկված դրույթները՝ ներկայացնում ենք Մաքսվելի էլեկտրամագնիսական տեսության հիմքում ընկած հավասարումները։

1. Մագնիսական դաշտի վեկտորի շրջանառության թեորեմ.

Այս հավասարումը ցույց է տալիս, որ մագնիսական դաշտերը կարող են ստեղծվել կա՛մ շարժվող լիցքերով (էլեկտրական հոսանքներ), կա՛մ փոփոխական էլեկտրական դաշտերով։

2. Էլեկտրական դաշտը կարող է լինել և՛ պոտենցիալ () և՛ հորձանուտ (), այնպես որ դաշտի ընդհանուր ուժը . Քանի որ վեկտորի շրջանառությունը հավասար է զրոյի, ապա էլեկտրական դաշտի ընդհանուր ուժի վեկտորի շրջանառությունը

Այս հավասարումը ցույց է տալիս, որ էլեկտրական դաշտի աղբյուրները կարող են լինել ոչ միայն էլեկտրական լիցքերը, այլև ժամանակի փոփոխվող մագնիսական դաշտերը։

3. ,

որտեղ է ծավալային լիցքի խտությունը փակ մակերեսի ներսում. նյութի հատուկ հաղորդունակությունն է։

Անշարժ դաշտերի համար ( E=հաստատ , B= const) Մաքսվելի հավասարումները ստանում են ձև

այսինքն՝ մագնիսական դաշտի աղբյուրներն այս դեպքում միայն
հաղորդման հոսանքները, իսկ էլեկտրական դաշտի աղբյուրները միայն էլեկտրական լիցքերն են։ Կոնկրետ այս դեպքում էլեկտրական և մագնիսական դաշտերը միմյանցից անկախ են, ինչը հնարավորություն է տալիս առանձին ուսումնասիրել մշտականէլեկտրական և մագնիսական դաշտեր.

Օգտագործելով վեկտորային վերլուծությունից հայտնի Սթոքսի և Գաուսի թեորեմներ, կարելի է պատկերացնել Մաքսվելի հավասարումների ամբողջական համակարգը դիֆերենցիալ ձևով(բնութագրելով դաշտը տարածության յուրաքանչյուր կետում).

(5.7)

Ակնհայտ է, որ Մաքսվելի հավասարումները ոչ սիմետրիկէլեկտրական և մագնիսական դաշտերի վերաբերյալ. Դա պայմանավորված է նրանով, որ բն
Էլեկտրական լիցքեր կան, բայց մագնիսական լիցքեր չկան։

Մաքսվելի հավասարումները էլեկտրականության ամենաընդհանուր հավասարումներն են
և մագնիսական դաշտերը հանգստի վիճակում գտնվող լրատվամիջոցներում: Նրանք էլեկտրամագնիսականության տեսության մեջ խաղում են նույն դերը, ինչ Նյուտոնի օրենքները մեխանիկայի մեջ։

էլեկտրամագնիսական ալիքկոչվում է փոփոխական էլեկտրամագնիսական դաշտ, որը տարածվում է տարածության մեջ վերջավոր արագությամբ։

Էլեկտրամագնիսական ալիքների առկայությունը բխում է Մաքսվելի հավասարումներից, որոնք ձևակերպվել են 1865 թվականին էլեկտրական և մագնիսական երևույթների էմպիրիկ օրենքների ընդհանրացման հիման վրա։ Էլեկտրամագնիսական ալիքը ձևավորվում է փոփոխական էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի փոխկապակցման պատճառով. մի դաշտի փոփոխությունը հանգեցնում է մյուսի փոփոխության, այսինքն՝ որքան արագ է փոխվում մագնիսական դաշտի ինդուկցիան ժամանակին, այնքան մեծ է էլեկտրական դաշտի ուժը և ընդհակառակը. Այսպիսով, ինտենսիվ էլեկտրամագնիսական ալիքների ձևավորման համար անհրաժեշտ է գրգռել բավականաչափ բարձր հաճախականության էլեկտրամագնիսական տատանումներ։ Ֆազային արագությունորոշվում են էլեկտրամագնիսական ալիքները
Միջավայրի էլեկտրական և մագնիսական հատկությունները.

Վակուումում () էլեկտրամագնիսական ալիքների տարածման արագությունը համընկնում է լույսի արագության հետ. հարցում, ուրեմն Էլեկտրամագնիսական ալիքների տարածման արագությունը նյութում միշտ ավելի քիչ է, քան վակուումում։

Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթը մի երևույթ է, որը բաղկացած է էլեկտրաշարժիչ ուժի կամ լարման առաջացումից մարմնում, որը գտնվում է անընդհատ փոփոխվող մագնիսական դաշտում: Էլեկտրաշարժիչ ուժը էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի արդյունքում առաջանում է նաև, եթե մարմինը շարժվում է ստատիկ և անհամասեռ մագնիսական դաշտում կամ պտտվում է մագնիսական դաշտում այնպես, որ նրա գծերը, որոնք հատում են փակ եզրագիծը, փոխվում են:

Ինդուկտացված էլեկտրական հոսանք

«Ինդուկցիա» հասկացությունը նշանակում է գործընթացի առաջացում մեկ այլ գործընթացի ազդեցության արդյունքում: Օրինակ՝ էլեկտրական հոսանք կարող է առաջանալ, այսինքն՝ այն կարող է առաջանալ հաղորդիչը մագնիսական դաշտին հատուկ կերպով ենթարկելու արդյունքում։ Նման էլեկտրական հոսանքը կոչվում է ինդուկտացված: Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթի արդյունքում էլեկտրական հոսանքի ձևավորման պայմանները քննարկվում են հոդվածում ավելի ուշ։

Մագնիսական դաշտի հայեցակարգը

Նախքան էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթի ուսումնասիրությունը սկսելը, անհրաժեշտ է հասկանալ, թե ինչ է մագնիսական դաշտը։ Պարզ ասած, մագնիսական դաշտը տարածության մի շրջան է, որտեղ մագնիսական նյութը ցուցադրում է իր մագնիսական ազդեցությունն ու հատկությունները: Տիեզերքի այս շրջանը կարելի է պատկերել՝ օգտագործելով գծեր, որոնք կոչվում են մագնիսական դաշտի գծեր: Այս տողերի թիվը ներկայացնում է ֆիզիկական մեծություն, որը կոչվում է մագնիսական հոսք: Մագնիսական դաշտի գծերը փակ են, դրանք սկսվում են մագնիսի հյուսիսային բևեռից և ավարտվում հարավում։

Մագնիսական դաշտը կարող է ազդել ցանկացած նյութի վրա, որն ունի մագնիսական հատկություններ, օրինակ՝ էլեկտրական հոսանքի երկաթյա հաղորդիչներ։ Այս դաշտը բնութագրվում է մագնիսական ինդուկցիայով, որը նշվում է B և չափվում է տեսլայով (T): 1 Տ մագնիսական ինդուկցիան շատ ուժեղ մագնիսական դաշտ է, որը գործում է 1 նյուտոն ուժով 1 կուլոն կետային լիցքի վրա, որը մագնիսական դաշտի գծերին ուղղահայաց թռչում է 1 մ/վ արագությամբ, այսինքն՝ 1 Տ = 1 N * s / ( m * Cl):

Ո՞վ է հայտնաբերել էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի ֆենոմենը:

Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիան, որի շահագործման սկզբունքի վրա հիմնված են բազմաթիվ ժամանակակից սարքեր, հայտնաբերվել է 19-րդ դարի 30-ականների սկզբին։ Ինդուկցիայի բացահայտումը սովորաբար վերագրվում է Մայքլ Ֆարադեյին (հայտնաբերման ամսաթիվը - օգոստոսի 29, 1831 թ.): Գիտնականը հիմնվել է դանիացի ֆիզիկոս և քիմիկոս Հանս Օերսթեդի փորձերի արդյունքների վրա, ով հայտնաբերել է, որ հաղորդիչը, որի միջով հոսում է էլեկտրական հոսանքը, իր շուրջը մագնիսական դաշտ է ստեղծում, այսինքն՝ սկսում է մագնիսական հատկություններ դրսևորել։

Ֆարադեյն իր հերթին հայտնաբերել է Օրսթեդի հայտնաբերած երեւույթի հակառակը։ Նա նկատեց, որ փոփոխվող մագնիսական դաշտը, որը կարող է ստեղծվել հաղորդիչում էլեկտրական հոսանքի պարամետրերը փոխելով, հանգեցնում է ցանկացած հոսանքի հաղորդիչի ծայրերում պոտենցիալ տարբերության առաջացմանը։ Եթե ​​այս ծայրերը միացված են, օրինակ, էլեկտրական լամպի միջոցով, ապա նման շղթայով էլեկտրական հոսանք կհոսի։

Արդյունքում Ֆարադեյը հայտնաբերեց ֆիզիկական պրոցես, որի արդյունքում հաղորդիչում առաջանում է էլեկտրական հոսանք՝ մագնիսական դաշտի փոփոխության պատճառով, որը էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի ֆենոմենն է։ Միևնույն ժամանակ, ինդուկտիվ հոսանքի ձևավորման համար կարևոր չէ, թե ինչ է շարժվում. մագնիսական դաշտը կամ ինքնին հեշտությամբ կարելի է ցույց տալ, եթե համապատասխան փորձ կատարվի էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթի վրա: Այսպիսով, տեղադրելով մագնիսը մետաղական պարույրի ներսում, մենք սկսում ենք այն տեղափոխել: Եթե ​​պարույրի ծայրերը էլեկտրական հոսանքի ցանկացած ցուցիչի միջոցով միացնեք շղթայի մեջ, կարող եք տեսնել հոսանքի տեսքը: Այժմ դուք պետք է հանգիստ թողնեք մագնիսը և պարույրը տեղափոխեք մագնիսի համեմատ վեր ու վար: Ցուցանիշը ցույց կտա նաև շղթայում հոսանքի առկայությունը:

Ֆարադեյի փորձ

Ֆարադեյի փորձերը բաղկացած էին հաղորդիչով և մշտական ​​մագնիսով աշխատելուց: Մայքլ Ֆարադեյն առաջին անգամ հայտնաբերեց, որ երբ հաղորդիչը շարժվում է մագնիսական դաշտի ներսում, դրա ծայրերում առաջանում է պոտենցիալ տարբերություն: Շարժվող դիրիժորը սկսում է հատել մագնիսական դաշտի գծերը, ինչը նմանեցնում է այս դաշտը փոխելու էֆեկտը։

Գիտնականը պարզել է, որ առաջացող պոտենցիալ տարբերության դրական և բացասական նշանները կախված են այն ուղղությունից, որով շարժվում է հաղորդիչը։ Օրինակ, եթե հաղորդիչը բարձրացված է մագնիսական դաշտում, ապա ստացված պոտենցիալ տարբերությունը կունենա +- բևեռականություն, բայց եթե այս հաղորդիչը իջեցվի, ապա մենք արդեն կստանանք -+ բևեռականություն: Պոտենցիալների նշանի այս փոփոխությունները, որոնց տարբերությունը կոչվում է էլեկտրաշարժիչ ուժ (EMF), հանգեցնում է փակ շղթայում փոփոխական հոսանքի առաջացմանը, այսինքն՝ հոսանքի, որն անընդհատ փոխում է իր ուղղությունը դեպի հակառակը։

Ֆարադեյի կողմից հայտնաբերված էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի առանձնահատկությունները

Իմանալով, թե ով է հայտնաբերել էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի ֆենոմենը և ինչու է առաջանում ինդուկտիվ հոսանք, մենք կբացատրենք այս երևույթի որոշ առանձնահատկություններ: Այսպիսով, որքան արագ շարժեք հաղորդիչը մագնիսական դաշտում, այնքան մեծ կլինի ինդուկտիվ հոսանքի արժեքը շղթայում: Երևույթի մեկ այլ առանձնահատկությունը հետևյալն է՝ որքան մեծ է դաշտի մագնիսական ինդուկցիան, այսինքն՝ որքան ուժեղ է այս դաշտը, այնքան մեծ է պոտենցիալ տարբերությունը, որը կարող է ստեղծել հաղորդիչը դաշտում տեղափոխելիս։ Եթե ​​հաղորդիչը գտնվում է հանգստի վիճակում մագնիսական դաշտում, ապա դրա մեջ EMF չի առաջանում, քանի որ դիրիժորը հատող մագնիսական ինդուկցիայի գծերի փոփոխություն չկա:

Էլեկտրական հոսանքի ուղղությունը և ձախ ձեռքի կանոնը

Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթի արդյունքում ստեղծված էլեկտրական հոսանքի հաղորդիչում ուղղությունը որոշելու համար կարելի է օգտագործել այսպես կոչված ձախակողմյան կանոնը։ Այն կարելի է ձևակերպել հետևյալ կերպ. եթե ձախ ձեռքը դրված է այնպես, որ մագնիսական ինդուկցիայի գծերը, որոնք սկսվում են մագնիսի հյուսիսային բևեռից, մտնեն ափի մեջ, իսկ դուրս ցցված բութ մատը ուղղվի դեպի հաղորդիչի շարժման ուղղությամբ։ մագնիսի դաշտը, ապա ձախ ձեռքի մնացած չորս մատները ցույց կտան հաղորդիչում առաջացած հոսանքի շարժման ուղղությունը:

Այս կանոնի մեկ այլ տարբերակ կա, այն հետևյալն է՝ եթե ձախ ձեռքի ցուցամատը ուղղված է մագնիսական ինդուկցիայի գծերի երկայնքով, իսկ դուրս ցցված բութ մատն ուղղված է հաղորդիչի ուղղությամբ, ապա միջնամատը շրջվել է 90 աստիճանով։ դեպի ափը ցույց կտա հաղորդիչում հայտնված հոսանքի ուղղությունը:

Ինքնադրման ֆենոմեն

Հանս Քրիստիան Էրսթեդը հայտնաբերել է մագնիսական դաշտի առկայությունը հոսանք կրող հաղորդիչի կամ կծիկի շուրջ։ Գիտնականը նաև պարզել է, որ այս դաշտի բնութագրերն ուղղակիորեն կապված են հոսանքի ուժգնության և դրա ուղղության հետ։ Եթե ​​կծիկի կամ հաղորդիչի հոսանքը փոփոխական է, ապա այն կառաջացնի մագնիսական դաշտ, որը անշարժ չի լինի, այսինքն՝ կփոխվի։ Իր հերթին, այս փոփոխական դաշտը կհանգեցնի ինդուկտիվ հոսանքի առաջացմանը (էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթը): Ինդուկցիոն հոսանքի շարժումը միշտ հակառակ կլինի հաղորդիչով շրջանառվող փոփոխական հոսանքին, այսինքն՝ այն կդիմադրի հաղորդիչի կամ կծիկի հոսանքի ուղղության յուրաքանչյուր փոփոխության։ Այս գործընթացը կոչվում է ինքնահոսք: Այս դեպքում ստեղծված էլեկտրական ներուժի տարբերությունը կոչվում է ինքնահոսքի EMF:

Նկատի ունեցեք, որ ինքնահոսքի երևույթը տեղի է ունենում ոչ միայն հոսանքի ուղղության փոփոխության ժամանակ, այլև դրա ցանկացած փոփոխության դեպքում, օրինակ՝ շղթայում դիմադրության նվազման պատճառով աճի դեպքում:

Ֆիզիկապես նկարագրելու դիմադրությունը, որն իրականացվում է միացումում հոսանքի ցանկացած փոփոխության պատճառով, որը տեղի է ունենում ինքնաինդուկցիայի պատճառով, ներդրվեց ինդուկտիվության հայեցակարգը, որը չափվում է Հենրիում (ամերիկացի ֆիզիկոս Ջոզեֆ Հենրիի պատվին): One henry-ն այնպիսի ինդուկտիվություն է, որի համար, երբ հոսանքը փոխվում է 1 ամպերով 1 վայրկյանում, ինքնահոսքի գործընթացում առաջանում է EMF, որը հավասար է 1 վոլտ:

Փոփոխական հոսանք

Երբ ինդուկտորը սկսում է պտտվել մագնիսական դաշտում, էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի ֆենոմենի արդյունքում առաջանում է ինդուկտիվ հոսանք։ Այս էլեկտրական հոսանքը փոփոխական է, այսինքն՝ համակարգված կերպով փոխում է իր ուղղությունը։

Փոփոխական հոսանքն ավելի տարածված է, քան ուղղակի հոսանքը: Այսպիսով, շատ սարքեր, որոնք աշխատում են կենտրոնական էլեկտրական ցանցից, օգտագործում են այս տեսակի հոսանք: Փոփոխական հոսանքն ավելի հեշտ է առաջացնել և տեղափոխել, քան ուղղակի հոսանքը: Որպես կանոն, կենցաղային փոփոխական հոսանքի հաճախականությունը 50-60 Հց է, այսինքն՝ 1 վայրկյանում դրա ուղղությունը փոխվում է 50-60 անգամ։

Փոփոխական հոսանքի երկրաչափական պատկերը սինուսոիդային կոր է, որը նկարագրում է լարման կախվածությունը ժամանակից։ Կենցաղային հոսանքի համար սինուսոիդային կորի ամբողջական ժամանակահատվածը մոտավորապես 20 միլիվայրկյան է: Ըստ ջերմային ազդեցության՝ փոփոխական հոսանքը նման է ուղղակի հոսանքի, որի լարումը U max /√2 է, որտեղ U max-ը սինուսոիդային փոփոխական հոսանքի կորի առավելագույն լարումն է։

Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի օգտագործումը տեխնիկայում

Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի ֆենոմենի հայտնաբերումը իսկական բում առաջացրեց տեխնոլոգիայի զարգացման մեջ։ Մինչ այս բացահայտումը, մարդիկ կարող էին էլեկտրաէներգիա արտադրել միայն սահմանափակ քանակությամբ՝ օգտագործելով էլեկտրական մարտկոցներ:

Ներկայումս այս ֆիզիկական երևույթն օգտագործվում է էլեկտրական տրանսֆորմատորներում, ինդուկտացիոն հոսանքը ջերմության փոխակերպող տաքացուցիչներում, ինչպես նաև էլեկտրական շարժիչներում և ավտոմեքենաների գեներատորներում: