Fizika · Elektr va magnetizm · 10-sinf

Silkitma fonar

Batareyasiz fonar qanday qilib yonadi?

Vaziyat

Batareyasiz «silkitma fonar»ni bir necha soniya silkitsangiz, u yonadi. Ichida — shaffof naycha, unda erkin sirpanuvchi kuchli magnit va naycha o‘rtasiga o‘ralgan mis sim g‘altak. Magnit g‘altakdan o‘tgan har safar simda tok paydo bo‘ladi. Qancha tez silkitsangiz, shuncha yorqin yonadi — nega?

Mavzu

Elektromagnit induksiya. Silkitma fonar va velosiped dinamosi

Asosiy tushunchalar

Faradey qonuni
Lens qoidasi
Magnit oqimi

Formulalar

Φ = B S \cos α

Magnit oqimi: sirtdan o‘tayotgan maydon «miqdori», veber (Vb).

ℰ = - N \frac{Δ Φ}{Δ t}

Faradey qonuni: EYuK oqimning o‘zgarish tezligiga teng; minus — Lens qoidasi.

\oint \vec{E} \cdot d \vec{l} = - \frac{d Φ}{d t}, ℰ = B l v

Uyurmaviy elektr maydon: o‘zgaruvchan magnit maydon yopiq chiziqli elektr maydon hosil qiladi. Harakatdagi simda EYuK $B l v$ ga teng.

Φ (z) = \frac{μ_{0} m a^{2}}{2 {(a^{2} + z^{2})}^{3 / 2}}

Magnit (dipol, momenti $m$ ) o‘qda $z$ masofada turganda radiusi $a$ bo‘lgan o‘ramdan o‘tuvchi oqim.

I = \frac{ℰ}{R}, F_{t} = \frac{ℰ I}{v}

Zanjirdagi tok (lampochkada $P = I^{2} R_{l}$ ) va magnit tormozi: tok magnitni yoki simni sekinlatadi, harakat energiyasi issiqlikka aylanadi. Harakatdagi sim uchun $F_{t} = B^{2} l^{2} v / R$ .

Nazariya

Oqim o‘zgarsa — tok paydo bo‘ladi

Magnit g‘altakka yaqinlashganda o‘ramlardan o‘tayotgan magnit maydon chiziqlari ko‘payadi, uzoqlashganda kamayadi. O‘zgarish bor joyda EYuK bor: magnit g‘altak ichida qimirlamay tursa, oqim katta bo‘lsa ham tok yo‘q.

Lens qoidasi

Induksion tok shunday yo‘naladiki, uning magnit maydoni oqimning o‘zgarishiga qarshilik qiladi. Magnit kirayotganda g‘altak uni itaradi, chiqayotganda orqaga tortadi. Shuning uchun EYuK kirishda va chiqishda qarama-qarshi ishorali.

Nega ikki cho‘qqi?

Magnit g‘altakka kirayotganda $Φ$ o‘sadi ( $ℰ < 0$ ), o‘rtadan o‘tgach kamayadi ( $ℰ > 0$ ). Magnit aynan o‘rtada bo‘lganda $d Φ / d z = 0$ — o‘sha lahzada tok nolga teng. Tushayotgan magnit pastda tezroq, shuning uchun ikkinchi cho‘qqi balandroq.

Energiya qayerdan keladi?

Lampochkani yoqish uchun energiya sizning qo‘lingizdan keladi: silkitayotganda magnit tormozi kuchiga qarshi ish bajarasiz. «Tushirish» rejimida buni tekshiring: yo‘qolgan mexanik energiya $m g h - \frac{1}{2} m v^{2}$ zanjirdagi issiqlik $\int I^{2} R d t$ ga teng chiqadi.

Uyurmaviy elektr maydon va Fuko toklari

Qo‘zg‘almas g‘altakdagi elektronlarni nima harakatga keltiradi? Magnit maydon tinch zaryadga ta’sir qilmaydi. Maksvell tushuntirishicha, o‘zgaruvchan magnit maydon fazoda elektr maydon hosil qiladi, uning chiziqlari zaryadlardan boshlanmaydi — yopiq halqalar (uyurmaviy maydon): $\oint \vec{E} \cdot d \vec{l} = - d Φ / d t$ . Bu maydon sim bo‘lmasa ham mavjud, sim esa faqat tokni «ko‘rsatadi». HUD dagi $E$ — o‘ram bo‘ylab maydon: $E = | ℰ | / (N \cdot 2 π a)$ . Yaxlit metall bo‘lakda bu maydon halqasimon uyurma (Fuko) toklarini hosil qiladi: ular metallni qizdiradi (induksion plita) va harakatni tormozlaydi (galvanometr strelkasini so‘ndirish, poyezdlarning magnit tormozi). G‘altakdagi tokning o‘zgarishi o‘zida EYuK hosil qilishi — o‘zinduksiya («O‘zinduksiya» tajribasi), qo‘shni g‘altakda hosil qilishi — o‘zaro induksiya («Elektr uzatish liniyasi» tajribasi).

Harakatdagi sim: elektron nazariya va maydonlar nisbiyligi

«Harakatdagi sim» rejimida mis sim bir jinsli maydonda relslar bo‘ylab sirpanadi. Sim ichidagi elektronlar ham u bilan birga $v$ tezlikda harakatlanadi, shuning uchun ularga Lorens kuchi $F = e v B$ sim bo‘ylab ta’sir qiladi: elektronlar bir uchiga suriladi, simning uchlarida $ℰ = B l v$ EYuK paydo bo‘ladi. Bu Faradey qonunining o‘zi: zanjir yuzasi $Δ S = l v Δ t$ ga o‘zgaradi, demak $Δ Φ / Δ t = B l v$ . Induksion tokka ta’sir qiluvchi Amper kuchi harakatga qarshi (Lens): simni o‘zgarmas tezlikda tortish uchun $F v = ℰ I$ quvvat sarflanadi. Sim bilan birga harakatlanuvchi kuzatuvchi uchun sim tinch, elektronlarni esa elektr maydon $E^{'} = v B$ suradi: bir kuzatuvchi «magnit kuch» deganini boshqasi «elektr kuch» deydi — elektr va magnit maydonlar nisbiy. Umumiy qonun harakatdagi o‘tkazgichlar uchun ham bitta: $ℰ = \oint (\vec{E} + \vec{v} \times \vec{B}) \cdot d \vec{l} = - d Φ / d t$ .

Bilasizmi?

Elektromagnit induksiyani 1831-yilda ingliz olimi Maykl Faradey kashf etgan: u temir halqaga o‘ralgan ikki g‘altak va harakatlanuvchi magnit bilan tajriba o‘tkazgan.
Velosiped dinamosi, elektr stansiyalarining generatorlari va induksion plitalar xuddi shu qonun — $ℰ = - N Δ Φ / Δ t$ asosida ishlaydi.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.