Магнит өрісі

Оқулықтық тірек

• Кронгарт Б., Казахбаева Д., Иманбеков О., Қыстаубаев Т. «Физика. 10-сынып ЖМБ», 10-сынып, Мектеп, 2019, 223–242-б.
• Башарұлы Р., Шүйіншина Ш., Сейфоллина К. «Физика. 8-сынып», 8-сынып, Атамұра, 2018, 152–166-б.

Материалдарда жоқ: параллель токтардың өзара әрекеттесу күшінің формуласы, масс-спектрограф пен циклотронның құрылысы.

Негізгі ұғымдар

• Тұрақты магнит — магниттік қасиетін ұзақ сақтайтын дене (темір, никель, кобальт және олардың қорытпалары). Полюстері: солтүстік N және оңтүстік S; аттас полюстер тебіледі, әр аттас тартылады; полюстерді бөліп алуға болмайды.
• Магнит өрісі қозғалыстағы зарядтардың (токтың) және магниттердің айналасында болады; тыныштықтағы заряд магнит өрісін тудырмайды.
• Магнит индукциясы $\vec B$ — өрістің күштік сипаттамасы, бірлігі тесла (Тл). Магнит сызықтары тұйық (құйынды өріс), магниттен тыс N-нен S-ке бағытталған.
• Эрстед тәжірибесі (1820 ж.): тогы бар өткізгіштің жанындағы магнит тілі бұрылады.
• Жер — үлкен магнит: географиялық солтүстікте оңтүстік магниттік полюс орналасқан.

Теория

Токтың магнит өрісі. Бағыты оң бұрғы ережесімен анықталады.

• Түзу ток: $B=\dfrac{\mu_0I}{2\pi r}$;
• соленоид ішінде: $B=\mu_0nI$ ($n$ — бірлік ұзындықтағы орам саны). Соленоидтың өрісі жолақ магниттің өрісіне ұқсас.

Ампер күші — магнит өрісінің тогы бар өткізгішке әсері: $F_A=IBL\sin\alpha.$ Өткізгіш өріс сызықтарына параллель болса, $F_A=0$; перпендикуляр болса — максимал. Сол қол ережесі: төрт саусақ ток бойымен, өріс сызықтары алақанға енеді, 90°-қа ашылған бас бармақ күш бағытын көрсетеді. Ток не өріс бағыты өзгерсе, күш бағыты кері өзгереді. Өрістегі рамкаға күш моменті $M=Fd$ әсер етіп, оны айналдырады — электроқозғалтқыш пен өлшеу құралдарының негізі.

Лоренц күші — магнит өрісінің қозғалыстағы зарядқа әсері: $F_Л=|q|vB\sin\alpha.$ Ол жылдамдыққа перпендикуляр, сондықтан жұмыс жасамайды ($A=0$), бөлшектің кинетикалық энергиясы өзгермейді. $\vec v\perp\vec B$ болғанда бөлшек шеңбер бойымен қозғалады: $R=\frac{mv}{|q|B},\qquad T=\frac{2\pi m}{|q|B}$ — период жылдамдыққа тәуелсіз. Бағыты оң заряд үшін сол қол ережесімен (төрт саусақ — жылдамдық бағытымен), теріс заряд үшін — керісінше.

Заттың магниттік қасиеттері.

Түрі	$\mu$	Ерекшелігі
Диамагнетиктер	$\mu<1$	өрісті сәл әлсіретеді
Парамагнетиктер	$\mu>1$	өрісті сәл күшейтеді
Ферромагнетиктер	$\mu\gg1$	темір, никель, кобальт; Кюри температурасынан жоғары парамагнетикке айналады
Қыздырғанда не қатты соққыдан магнит қасиетін жоғалтады.

Мысалдар

1. Протон $B=0{,}1$ Тл өріске перпендикуляр $2\cdot10^6$ м/с жылдамдықпен кірді. $R=\dfrac{1{,}67\cdot10^{-27}\cdot2\cdot10^6}{1{,}6\cdot10^{-19}\cdot0{,}1}\approx20{,}9$ см; $T\approx0{,}66$ мкс.
2. Ұзындығы 0,5 м, тогы 4 А өткізгіш $B=0{,}2$ Тл өрісте сызықтарға перпендикуляр. $F_A=4\cdot0{,}2\cdot0{,}5=0{,}4$ Н.
3. Сол өткізгішті өріс сызықтарына 30° бұрышпен қойсақ? $F_A=0{,}4\cdot\sin30^\circ=0{,}2$ Н.
4. Бөлшек жылдамдығы 2 есе артса, шеңбер радиусы мен периоды? $R$ 2 есе артады, $T$ өзгермейді.

ҰБТ-дағы жиі қателер

• Лоренц күші бөлшектің жылдамдық модулін өзгертеді деу: тек бағытын өзгертеді, жұмысы нөл.
• Сол қол мен оң қол ережелерін шатастыру: күш бағыты — сол қол, токтың өріс бағыты — оң бұрғы.
• Теріс заряд үшін бағытты кері бұруды ұмыту.
• Өткізгіш өріс сызықтарына параллель болғанда да Ампер күші бар деу.
• Магнитті екіге бөлсе, бөлек N және S полюстер алынады деу.

Өзіңді тексер

1. Магнит индукциясының бірлігі? — Тесла.
2. Зарядталған бөлшектің шеңбер бойымен айналу периоды неге тәуелсіз? — Жылдамдыққа (және радиусқа).
3. Ферромагнетик қай температурада қасиетін жоғалтады? — Кюри температурасында.
4. Тыныштықтағы заряд магнит өрісін тудыра ма? — Жоқ.
5. Соленоид ішіндегі индукция формуласы? — $B=\mu_0nI$.