Ампер күшінің жұмысы

Білімділік

Магнит өрісі қасиеттерін, электромагниттік индукция құбылысы және индукциялық токтың бағыты туралы Ленц ережесін және Фарадей тәжірибелерімен талдау, формулаларды пайдалана отырып есеп шығаруда қолдана білу.

Тәрбиелік

Оқушылардың білім деңгейін және білім мазмұнының тұрақтылығы мен оны игерудегі іскерлік пен дағдыны бақылау. Сабақ барысында оқушылардың дербестігін, пікір алмасуға, шығармашылық өздігінен білім алуға тәрбиелеу.

Дамытушылық

Оқу материалын талдай білу дағдысын дамыту, бақылау, салыстыру, оқылған құбылыстар мен фактілерді салыстыра білу, қорытынды жасай білуге баулу. Жаңа білімді қолдану дағдысын дамыту, ақылға салу дағыдысын қалыптастыру.

а) Магнит өрісінің электр тогын тудыруы туралы болжамдар

ә) Фарадей тәжірибелері

б) Электромагниттік индукция заңы

в) Ленц ережесі

г) Магнит өрісінің энергиясы

Х.Эрстед тәжiрибесi электр тогы өзiнiң маңындағы кеңiстiкте магнит өрiсiн туғызатындығын дәлелдейдi. Бұл дерек, өз кезегiнде электр және магнит өрiстерiнiң арасында қандай да бiр байланыс бар екенiне нұсқағандай. Осымен байланысты мынадай заңды сауал туындайды: «керiсiнше, магнит өрiсi электр тогын туғыза ала ма?». Бұл сауалдың жауабын 1831 жылы ағылшын ғалымы М.Фарадей бердi. Фарадей тәжiрибесi өткiзгiштiң тұйық контурын тесiп өтетiн магнит ағыны өзгерген кезде ол өткiзгiште электр тогы пайда болатынын көрсеттi. Физика мен техниканың одан арғы дамуында үлкен роль атқарған бұл құбылыс электромагниттiк индукция құбылысы деп, ал сәйкес контурда пайда болған ток индукциялық ток деп аталды. Электромагниттiк индукция құбылысы кезiнде тұйық контурда индукциялық токтың тууы бұл тiзбекте осы токты туғызатын индукция электр қозғаушы күшiнiң (ЭҚК) пайда болатындығының дәлелi. Электромагниттiк индукция заңы осы индукция ЭҚК-iнiңмәнiнiң неге байланыстыболатындығынанықтайды. Бұлзаңғасәйкестұйықконтурдапайдаболатын индукция ЭҚК-i εi, сол тұйық контурмен қоршаған беттi тесiп өтетiн магнит ағынының өзгеру жылдамдығының терiс таңбамен алынған мәнiне тең, яғни

Бұл өрнектен контурды тесiп өтетiн магнит ағыны неғұрылым тез өзгерсе (артса немесе кемiсе) соғұрылым индукция ЭҚК-нiң модулi де үлкен болатындығы көрiнiп тұр. Ал электромагниттiк индукция құбылысы кезiнде контурда пайдаболатын индукциялық токтың бағыты жөнiнде не айтуға болады ?

Ленц ережесi электромагниттiк құбылыстардағы энергияның сақталу заңының салдарыболып табылады. Мұны тұйық және тұйық емес (үзiгi бар) сақиналар мен жасаған тәжiрибе айқын көрсетедi.

Индукциялық токтың энергиясы өзкезегiнде өткiзгiштердi қыздыруға жұмсалуы, қозғалатынәртүрлiмеханизмдердiңмеханикалықэнергиясынаайналуыжәнеэнергияныңбасқатүрлерiнеауысуымүмкiн. Катушка арқылы өтiп жатқан токтың шамасы өзгерсе, онда о лкатушканың маңындағы магнит өрiсiнiң ағыны да өзгередi. Ал, өз кезегiнде бұл өзгерген магнит ағыны электромагниттiк индукция құбылысына сәйкес катушкада қайтадан индукциялық ЭҚК-iн туғызады. Осылай, тiзбектегi токтың өзгеруiнен осы тiзбектiң өзiнде қайтадан индукциялық ЭҚК-нiң пайда болуы өздiк индукция құбылысы деп аталады.

Өткiзгiш арқылы өтiп жатқан ток туғызып отырған магнит өрiсiнiң ағыны Ф сол өрiстiң магнит индукциясына пропорционал, ал магнит индукциясы өз кезегiнде тiзбектегi ток күшiнен тәуелдi, олай болса, өздiк индукция магнит ағыны сол өткiзгiштiң өзiндегi ток күшiне тура пропорционал, яғни Ф ~ I. Контурдың пiшiнiнен және ортаның магниттiк қасиеттерiнен тәуелдi болатын пропорционалдық коэффициентi L деп белгiлеп, индуктивтiлiк немесе өздiк индукция коэффициентi деп атайды. Онда

Ф = L·I

Мұндағы L - дiң бiрлiгi ретiнде 1А ток өткенде 1 Вб магнит ағынын туғызатын контурдың индуктивтiлiгi алынады. Оны 1 Генри (Гн) деп атайды. Яғни, 1 Гн = 1 Вб/А. Ленц ережесi бойынша индукциялық ЭҚК-i тiзбектегi токтың арту сәтiнде оның өсуiне, ал төмендеу сәтiнде оның кемуiне кедергi жасайды. Осы тұрғыдан алғанда өздiк индукция құбылысы механикадағы заттардың инерттiлiк қасиетiмен, ал индуктивтiлiк сәйкес инерттi масса мен баламалы.

Фарадейдiң электромагниттiк индукция заңы өз дiк индукция құбылысы үшiн де орынды. Яғни, өздiк индукция ЭҚК-i өздiк индукция магнит ағынының өзгерiсi түрiнде мына өрнекпен анықталады

Егер өткiзгiштiң индуктивтiлiгi уақытқа байланысты өзгермейтiн болса, онда өрнекті ескере отырып εis-тi мына түрде анықтауға болады.

Өздiк индукция құбылысын индуктивтiлiгi үлкен катушкадан, резистордан және қыздыру лампаларынан тұратын тiзбекпен жасалғант әжiрибе айқын көрсетедi

Магниттiкөрiстiңэнергиясы. Магнит өрiсi энергиясының тығыздығы

Электр тiзбегiн ток көзiне қосқан кезде контурдағы токтың мәнi нөлден бастап артып, өзiнiң қандай да бiр I - ге тең тұрақты мәнiне жеткенше, токтың осы өзгерiсiнен пайда болатын өздiк индукция ЭҚК-iн жеңуге қарсы жұмыс жасалынуы тиiс. Энергияның сақталу заңына сәйкес бұл жасалынған жұмыс энергияның басқа түрiне, яғни осы тұйық контурдың магнит өрiсiнiң энергиясына айналады. Бұл үрдiс механикада жұмыс iстей отырып массасы m - ға тең денеге v - ға тең жылдамдық бергенге ұқсас. Бұл жағдайда дене mυ2/2-ге тең кинетикалық энергияға ие болатыны белгiлi. Осы ұқсастықты пайдалана отырып бiздiң жағдайымыздағы энергияның өрнегiнмына түрде жазуға болады

Бұл өрнекте энергияның мәнi индуктивтiлiк және тiзбектегi ток арқылы анықталған. Бiрақ бұл магнит өрiсiнiң энергиясы болғандықтан оны тiкелей осы өрiстi сипаттайтын шамалар арқылы да жазуға болады. Ол үшiн өрiс туғызып тұрған контурды ұзындығы аса үлкен катушка деп есептесек, өрiстiң бүкiл энергиясы сол катушканың iшiне жинақталады Ал катушка индуктивiгiнiң L=μμ0n2Sℓ және магнит өрiсi индукциясының B=μμ0In екенiн ескерсек, онда Мұндағы μ-ортаның магниттiк өтiмдiлiгi, μ0- магнит тұрақтысы,

S - катушканың көлденең қимасының ауданы, ℓ-катушканың ұзындығы. Ал S·ℓ=V катушканың көлемi екенiн ескерсек, онда энергия тығыздығының, яғни көлем бiрлiгiндегiэнергияның мәнiүшiн мынадай өрнектi аламыз: