Өзара индукция магнит өрісінің энергиясы. Заттардың магниттік қасиеттері.
Негізгі теориялық мәліметтер Электромагниттік индукция құбылысының ашылуы, магнит өрісінің көмегімен электр өрісін алудың мүмкіндігін дәлелдеді, яғни электр мен магниттік құбылыстардың өзара тығыз байланысты екендігі дәлеледенді.
Д ат физигі Эрстед, тогы бар өткізгіштер магнит өрісін туғызатынын дәлелдеді. Ал керісінше, магнит өрісі электр тогын тудыра ала ма деген сұрақты ағылшын физигі Фарадей алдына қойып, оған 1831 жылы тәжірибелер арқылы жауап берді . Фарадей тәжірибелері:
1 тәжірибе. Соленоид гальванометрге жалғанған. Егер соленоидқа тұрақты магнитті енгізіп (немесе шығарса), онда енгізу (немесе шығару) мезеттерінде гальванометр стрелкасының ауытқуы байқалады, яғни соленоидта индукциялық э.қ.к. пайда болады.
2 тәжірибе. Бірінші катушка (К1)ток көзіне қосылған. Екінші катушка (К2) гальванометрге жалғанған.
Гальванометрдің стрелкасының ауытқуы токты ажыратып, қосу, азайтып, көбейту немесе катушкаларды бір-біріне қатысты жылжытқанда байқалған.
Тәжірибелер нәтижесінде Фарадей мынадай қорытындыларға келді:
индукциялық ток тек қана контурды қиып өтетін магнит ағыны өзгерген кезде ғана пайда болады;
индукциялық токтың мөлшері магнит индукциясы ағынын өзгерту тәсіліне тәуелді болмайды, ол тек қана магнит ағынының өзгеру жылдамдығымен анықталады.
Индукциялық токтың пайда болуы - тұйық контурда электр қозғаушы күші әсер ететінін көрсетеді, ол индукцияның электр қозғаушы күші деп аталады.
Фарадей заңының математикалық өрнегі:
. (2.19)
Ленц индукциялық ток бағытын анықтаудың ережесін ұсынды. Ленц ережесі: контурдағы индукциялық токтың бағыты әрқашан да осы токты туғызған магнит ағынының өзгеруіне кідіртуші бағытта болатын магнит өрісінің векторын тудырады. Қысқа түрде: индукциялық ток әрқашан да оны тудырған себептің әсеріне қарама-қарсы болатын бағытқа бағытталған.
Сурет 6.6. Ленц ережесін суретте кескіндеу. Бұл мысалда а инд < 0. Iинд индукциялық ток таңдалып алынған контурды орап өту оң бағытына қарсы ағып жатыр.
6.6 сурет, индукция векторының модулі уақыт бойынша артатын біртекті магнит өрісінде орналасқан қозғалмайтын өткізгіш контур мысалында Ленц ережесіне арналған.
Ленц ережесі инд және әрқашан қарама-қарсы таңбалы екендігін дәлелдеген тәжірибелік фактыны көрсетеді («минус» таңбасы Фарадей формуласында).
Ленц ережесінің физикалық мағынасы – ол энергияның сақталу заңын білдіреді.
Өздік индукция құбылысы
Тұйық контурда ток күшінің өзгеруі - осы ток өзі тудырған магнит өрісінің индукциясын өзгертеді, олай болса индукция векторы жалпы жағдайда шама жағынан да, бағыты жағынан да өзгереді. Бұл өзгеру тап осы контурды қиып өтіп жатқан магнит өрісінің ағынын өзгертеді, ал магнит ағынының өзгерісі өз кезегінде осы контурда (2.2-сурет) индукциялық ЭҚК-ін тудырады. Бұл құбылыс өздік индукция құбылысы деп аталады. Био-Савар-Лаплас заңы бойынша магнит өрісінің индукциясы токқа пропорционал болатындықтан, контурмен ілініскен магнит ағыны да (Ф=BS) контурдағы токқа пропорционал болады:
Ф=LІ. (2.20)
Пропорционалдық коэффициент (L) контурдың индуктивтігі деп аталады.
2.2-сурет. Екі контурдың өзара магниттік әсері.
Өздік индукция коэффициенті күші бірге тең ток жүрген контурмен шектелген аудан арқылы магнит индукциясы ағынына сан жағынан тең шама. Индуктивтілік өлшемі ретінде бірліктердің халықаралық жүйесінде генри (Гн) қабылданған: 1 Гн – ток күші 1 А болғанда, магнит ағыны 1 веберге тең контурдың индуктивтілігі. Соленоидтың ішінде индукциясы В-ға тең магнит өрісі қозады:
. (2.21)
Әрбір орам арқылы ағын Ф=BS болады, ал толық ағын
, (2.22)
мұндағы – бірлік ұзындықтағы орам саны (ал -ге тең).
n-нің өлшем бірлігі – [1/м]=[м-1]. (2.20) және (2.22) өрнектерін салыстыру нәтижесінде ұзын соленоидтың индуктивтілігін табамыз:
, (2.23)
мұндағы соленоидтың көлемі.