ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.02.2024
Просмотров: 31
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Электр және магнетизм құбылыстарын зерттеу тарихы
1. Электр
Электр энергиясы-физикалық денелер мен процестердің құрылымына байланысты қасиеттер мен құбылыстарды білдіретін ұғым, оның мәні заттың микроскопиялық зарядталған бөлшектерінің (электрондар, иондар, молекулалар, олардың комплекстері және т.б.) қозғалысы мен өзара әрекеттесуі болып табылады[1].
Гилберт алдымен электрлендірудің қасиеттері тек кәріптасқа ғана емес, сонымен қатар Гауһар, күкірт, шайырға да тән екенін анықтады. Ол сонымен қатар кейбір денелер, мысалы металдар, тастар, сүйектер электрленбейтінін және табиғатта кездесетін барлық денелер электрлендірілетінін және электрленбейтінін байқады. Біріншісіне ерекше назар аудара отырып, ол олардың қасиеттерін зерттеу бойынша тәжірибелер жасады.
1650 жылы әйгілі неміс ғалымы, Магдебург қаласының бургомистрі, әуе сорғысының өнертапқышы Отто фон Герике оське отырғызылған баланың басына күкірт шарын білдіретін арнайы "электр машинасын" салды.
Егер доп айналған кезде оны алақанмен сүртсе, ол көп ұзамай жеңіл денелерді тартуға және итеруге мүмкіндік алды. Бірнеше ғасырлар бойы Герике машинасын ағылшын Хоксби, неміс ғалымдары Босе, Винклер және басқалар айтарлықтай жетілдірді. Осы машиналармен жүргізілген тәжірибелер бірқатар маңызды ашылуларға әкелді:
· 1707 жылы француз физигі дю Фей шыны шардың үйкелісінен алынған электр мен ағаш шайырының үйкелісінен алынған электр арасындағы айырмашылықты анықтады;
* 1729 жылы ағылшындар Грей мен Уилер кейбір денелердің электр қуатын өткізу қабілетін ашты және алдымен барлық денелерді электр өткізгіштер мен өткізгіштер деп бөлуге болатындығын көрсетті.
Бірақ айтарлықтай маңызды ашылуды 1729 жылы Лейдендегі математика және философия профессоры Мушенбрек сипаттаған. Ол қалайы фольгамен (станол жапырақтары) екі жағына желімделген шыны ыдыс электр энергиясын жинай алатындығын анықтады. Белгілі бір потенциалға зарядталған (тұжырымдамасы кейінірек пайда болды), бұл құрылғыны айтарлықтай әсермен - найзағай разрядына ұқсас күшті жарықшақты шығаратын және қолыңызға банканың төсеніштеріне тиген кезде физиологиялық әсер ететін үлкен ұшқынмен босатуға болады. Тәжірибелер жүргізілген қаланың атауынан Мушенбрек жасаған құрылғы Лейден Банкі деп аталды
Оның қасиеттерін зерттеу әртүрлі елдерде жүргізілді және заряд конденсациясының анықталған құбылысын түсіндіруге тырысатын көптеген теориялардың пайда болуына себеп болды. Бұл құбылыстың бір теориясын көрнекті американдық ғалым және қоғам қайраткері Бенджамин Франклин берген, ол оң және теріс электр энергиясының бар екенін көрсеткен. Бұл теория тұрғысынан Франклин Лейден Банкінің зарядтау және разрядтау процесін түсіндірді және оның төсемдерін әр түрлі электр зарядтарымен ерікті түрде электрлендіруге болатындығын дәлелдеді[1].
Франклин, орыс ғалымдары М. в. Ломоносов пен Г. Рихман сияқты, атмосфералық электр қуатын, найзағай разрядын (найзағай) зерттеуге көп көңіл бөлді. Өздеріңіз білетіндей, Рихман найзағайды зерттеу тәжірибесін жасап қайтыс болды. 1752 жылы Бенджамин Франклин найзағай ойлап тапты. Жайтартқыш (тұрмыста сондай — ақ неғұрлым үйлесімді "найзағай бұрғышы" пайдаланылады) - ғимараттар мен құрылыстарға орнатылатын және найзағайдың түсуінен қорғау үшін қызмет ететін құрылғы. Бір-бірімен байланысты үш бөліктен тұрады:
найзағай қабылдағыш-найзағайдың разрядын қабылдау үшін қызмет етеді және найзағай арнасымен ықтимал жанасу аймағында орналасады; қорғалатын объектіге байланысты ол металл істік, өткізгіш материалдан жасалған желі немесе қорғалатын объектінің үстіне созылған металл кабель болуы мүмкін
жерге қосу өткізгіші немесе ток өткізгіші - зарядты найзағайдан жерге қосқышқа бұруға қызмет ететін өткізгіш; әдетте жеткілікті үлкен қималы сым
жерге тұйықтағыш-жермен жанасатын өткізгіш немесе өзара байланысқан бірнеше өткізгіш; әдетте топыраққа көмілген металл плита болып табылады [2].
1785 жылы Ш. Кулон электростатиканың негізгі заңын ашты. Көптеген тәжірибелер негізінде Кулон келесі заңды орнатты:
Вакуумдағы қозғалмайтын зарядтардың өзара әрекеттесу күші заряд модульдерінің көбейтіндісіне тура пропорционал және олардың арасындағы қашықтықтың квадратына кері пропорционал.
1799 жылы электр тогының алғашқы көзі — гальваникалық элемент және батарея элементтері құрылды. Гальваникалық элемент (химиялық ток көзі) – химиялық реакция энергиясын электр жұмысына айналдыруға мүмкіндік беретін құрылғы. Жұмыс принципі бойынша бастапқы (бір реттік), қайталама (батареялар) және отын элементтері ажыратылады. Гальваникалық элемент ион өткізгіш электролиттен және екі гетерогенді электродтан (жартылай элементтерден) тұрады, гальваникалық элементтегі тотығу және тотықсыздану процестері кеңістікте бөлінеді. Гальваникалық элементтің оң полюсі катод, теріс полюсі анод деп аталады. Электрондар элементтен анод арқылы шығады және сыртқы тізбекте катодқа ауысады[3].
2 Магнетизм-бұл қашықтықта магнит өрісі арқылы жүзеге асырылатын қозғалмалы электр зарядтарының өзара әрекеттесу формасы[5].
Магнит өрісі-бұл қозғалатын электр зарядына, ток өткізгіштеріне, магниттік моменті бар денелерге, заряд жылдамдығының векторына, өткізгіштегі ток бағытына және дененің магниттік моментінің бағытына тәуелді болатын материяның ерекше түрі [6].
Тұрақты магнит-бұл қатты магниттік материалдан жасалған өнім, тұрақты магнит өрісінің автономды көзі.
Магниттер [грек. magnetis, magnetis Lithos-тен-магнезиядан шыққан тас( Кіші Азиядағы ежелгі қала)] табиғи және жасанды. Табиғи магнит-бұл жақын орналасқан кішкентай темір заттарды өзіне тарту қабілеті бар темір рудасының бір бөлігі.
Алып табиғи магниттер-бұл жер және басқа планеталар (Магнитосфера), өйткені олардың магнит өрісі бар. Жасанды магниттер-бұл табиғи магнитпен байланыс нәтижесінде магниттік қасиетке ие немесе магнит өрісінде магниттелген заттар мен бұйымдар. Тұрақты магнит-жасанды Магнит.
Қарапайым жағдайларда тұрақты магнит-бұл тиісті термиялық өңдеуден өткен және қаныққанға дейін магниттелген дене (ат, жолақ, шайба, өзек және т.б. түрінде).
Тұрақты магнит, әдетте, магнит өрісін қалыптастыруға арналған магниттік жүйенің құрамдас бөлігі ретінде енеді. Тұрақты магнит түзетін магнит өрісінің күші тұрақты да, реттелетін де болуы мүмкін.
Тұрақты магниттің әртүрлі бөліктері темір заттарды әртүрлі жолдармен тартады. Тартылыс максималды болатын магниттің ұштары магнит полюстері деп аталады, ал тартылыс іс жүзінде жоқ ортаңғы бөлік магниттің бейтарап аймағы деп аталады. Жолақ немесе ат тәрізді жасанды магниттер әрқашан жолақтың ұштарында екі полюсте және олардың арасында бейтарап аймақта болады. Болаттың бір бөлігін бейтарап аймақтармен бөлінген 4, 6 немесе одан да көп полюстерге ие болатындай етіп магниттеуге болады, ал полюстер саны әрдайым біркелкі болады. Бір полюсті магнит алу мүмкін емес. Полюсті аймақтар мен магниттің бейтарап аймағының өлшемдері арасындағы байланыс оның пішініне байланысты.
Ұзын және жұқа өзек түріндегі оқшауланған магнит магниттік Жебе деп аталады. Ұшына бекітілген немесе ілулі магниттік жебенің ұшы-жердің географиялық солтүстігін көрсететін қарапайым компас және магниттің Солтүстік полюсі (N) деп аталады, магниттің қарама-қарсы полюсі оңтүстікке бағытталған және оңтүстік полюсі (S) деп аталады.
Тұрақты магниттерді қолдану салалары өте алуан түрлі. Олар электр қозғалтқыштарында, автоматикада, робототехникада, магниттік мойынтіректердің магниттік муфталары үшін, сағат өнеркәсібінде, тұрмыстық техникада, электротехника мен радиотехникадағы тұрақты магнит өрісінің автономды көздері ретінде қолданылады.
Тұрақты магниттерді қамтитын магниттік тізбектер ашық болуы керек, яғни ауа саңылауы болуы керек. Егер тұрақты магнит сақиналы өзек түрінде жасалса, онда ол іс жүзінде сыртқы кеңістікке қуат бермейді, өйткені оның ішінде барлық магниттік қуат сызықтары жабылады. Бұл жағдайда ядродан тыс магнит өрісі іс жүзінде жоқ. Тұрақты магниттердің магниттік энергиясын пайдалану үшін жабық магниттік тізбекте белгілі бір мөлшердегі ауа саңылауын жасау керек[5]-[8].
Тұрақты магнит ауа саңылауында магнит ағынын құруға қызмет етсе, мысалы, ат магнитінің полюстері арасында, ауа саңылауы тұрақты магниттің индукциясын (және магниттелуін) азайтады[7].
3. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
Электромагниттік әсерлесу-төрт негізгі өзара әрекеттесудің бірі. Электр заряды бар бөлшектер арасында электромагниттік әсерлесу болады. Қазіргі көзқарас бойынша зарядталған бөлшектер арасындағы электромагниттік әсерлесу тікелей емес, тек электромагниттік өріс арқылы жүзеге асырылады.
Кванттық өріс теориясы тұрғысынан электромагниттік әсерлесу массасыз бозон — фотонмен (электромагниттік өрістің кванттық қозуы ретінде көрінетін бөлшек) тасымалданады. Фотонның өзі электр зарядына ие емес, яғни ол басқа фотондармен тікелей әрекеттесе алмайды.
Фундаменталды бөлшектерден электр заряды бар бөлшектер де қатысады: кварктар, электрон, муон және тау бөлшектері (фермиондардан), сондай-ақ зарядталған калибрлеу W^{pm}бозондар.
Электромагниттік әсерлесу әлсіз және күшті өзара әрекеттесуден алыс қашықтықтағы сипатымен ерекшеленеді-екі зарядтың өзара әрекеттесу күші қашықтықтың екінші дәрежесі ретінде ғана төмендейді (қараңыз: Кулон заңы). Сол заңға сәйкес гравитациялық әсерлесу қашықтыққа түседі.
Зарядталған бөлшектердің электромагниттік әсерлесуі гравитациялық әсерден әлдеқайда күшті және электромагниттік әсерлесудің ғарыштық масштабта үлкен күшпен көрінбеуінің жалғыз себебі — материяның электрлік бейтараптығы, яғни ғаламның әр аймағында оң және теріс зарядтардың тең мөлшерінің дәлдігі жоғары болуы[8].
Электромагниттік өріс-бұл зарядталған бөлшектер арасындағы өзара әрекеттесу жүзеге асырылатын материяның ерекше формасы. Электр өрісі мен магнит өрісі өзара байланысты айнымалыларды білдіреді. Электрлік Е және магниттік Н өрістерінің өзара байланысы олардың біреуінің кез-келген өзгерісі екіншісінің пайда болуына әкеледі: жылдамдатылған қозғалатын зарядтар (көздер) нәтижесінде пайда болатын айнымалы электр өрісі кеңістіктің іргелес аймақтарында айнымалы магнит өрісін қоздырады, ол өз кезегінде кеңістіктің іргелес аймақтарында қозғалады.айнымалы электр өрісі, және т. б. осылайша электромагниттік өріс көзден қозғалатын электромагниттік толқындар түрінде кеңістіктің нүктесіне таралады. Таралу жылдамдығының арқасында электромагниттік өріс оны тудырған көзден өздігінен өмір сүре алады және көзі жойылғанда жоғалмайды (мысалы, радиотолқындар оларды шығаратын антеннадағы токты тоқтатумен жоғалмайды).
Вакуумдағы электромагниттік өріс E электр өрісінің кернеулігімен және В. магниттік индукциясымен сипатталады. ортадағы электромагниттік өріс қосымша екі қосымша мәнмен сипатталады: h магнит өрісінің кернеулігі және D электр индукциясы.электромагниттік өріс компоненттерінің зарядтар мен токтармен байланысы Максвелл теңдеулерімен сипатталады.
Электромагниттік толқындар-бұл кеңістіктегі орта қасиеттеріне байланысты соңғы жылдамдықпен таралатын электромагниттік тербелістер (
Электромагниттік толқындардың болуын 1832 жылы ағылшын физигі М. Фарадей болжаған. Максвелл, 1865 жылы теориялық тұрғыдан электромагниттік тербелістер кеңістікте локализацияланбағанын, бірақ көзден барлық бағытта таралатынын көрсетті. Максвелл теориясы радиотолқындардың, оптикалық сәулеленудің, рентген сәулесінің, гамма-сәулеленудің сипаттамасына біртұтас жақындауға мүмкіндік берді. Сәулеленудің барлық түрлері әртүрлі толқын ұзындығы λ болатын электромагниттік толқындар екендігі белгілі болды.табиғатта байланысты. Олардың әрқайсысының электромагниттік толқындардың бірыңғай шкаласында өзіндік орны бар