Էլեկտրադինամիկա

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից

Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիա[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Մագնիսական դաշտի առաջացման պատճառը էլեկտրական հոսանքն է (կամ, առհասարակ էլեկտրական լիցքերի շարժումը): Այդ պատճառով, բնականաբար, հարց է առաջանում, թե արդյոք մագնիսական դաշտը չի կարող լինել էլեկտրական հոսանքի գոյացման պատճառ։ Այդ հարցը դրականորեն լուծեց Ֆարադեյը, հայտնա- գործելով ինդուկցիայի երևույթը։ Բազմաթիվ թորձերով Ֆարադեյը ապացուցեց, որ, երբ հաղորդիչը շարժվում է մագնիսական դաշտում կամ գտնվում է փոփոխական մագնիսական դաշտում, ապա հաղորդիչում ինդուկտվում է էլեկտրաշարժ ուժ, իսկ, եթե հաղորդիչը փակ է, նաև՝ հոսանք։ Այդ էլեկտրաշարժ ուժը և հոսանքը համապա- տասխանաբար կոչվում են ինդուկցիայի էլեկտրաշարժ ուժ և ինդուկցիայի հոսանք, իսկ դրանց առաջացման երևույթը՝ էլեկտրամագնիսական ինդուկցիա։ Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիան անկախ է նրանից, թե հաղորդչի շրջապատի Մագնիսական դաշտը ինչ պատձառներից է փոփոխվում։ Այդ փոփոխությունը կարող է առաջանալ մագնիսական դաշտում հաղորդչի շարժման, հոսանքների փոփոխության, մագնիսի շարժման և այլ պատձառներից։ Հաղորդչի շրջապատում մագնիսական դաշտի փոփոխության, կամ հաղորդչի շարժման հետևանքով փոփոխ- վում է նաև հաղորդչի կոնտուրով թոփանցող կամ հաղորդիչով հատվող ուժագծերի թիվը, այսինքն՝ մագնիսական հոսանքը։ Ֆարադեյը ապացուցեց, որ ինդուկցիայի էլեկտրաշարժ ուժի ծագման միակ պատձառը հաղորդիչի կոնտուրով թափանցող մագնիսական հոսքի փոփոխությունն է։ Եթե հաղորդչի կոնտուրով թափանցող մագ- նիսական հոսքի փոփոխությունը Δt ժամանակամիջոցում նշանակենք ΔՓ_ով, ապա ΔՓ/Δt մեծությունը կոչվում է մագնիսական հոսքի փոփոխման արագություն։ Ֆարադեյը ապացուցեց, որ հաղորդիչում ինդուկտված էլեկտրաշարժ ուժի մեծությունը ուղիղ հա- մեմատական է նրա կոնտուրով թափանցող մագնիսական հոսքի փոփոխման արագութ- յանը՝

 e =-k  ΔՓ/Δt  ,

որտեղ k-ն համեմատականության գործակից է և կախված է միավորների ընտրությունից։ Միավորների միջազգային համակարգում k=1, և ստացվում է՝

 e = - ΔՓ/∆t :

Եթե հաղորդիը բաղկացած է n գալարներից, այսինքն՝ n գալար ունեցող կոձ է, ապա էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի էլեկտրաշարժ ուժը կոձում կլինի՝

 e = - n ΔՓ/Δt :

Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի օրենքն արտահայտող բանաձևում բացասական նշանը ցույց է տալիս, որ, երբ, արտաքին մագնիսական հոսքը մեծանում է, ապա ինդուկ- ցիոն հոսանքի մագնիսական դաշտն այս դեպքում ուղղված է արտաքին դաշտին հակա- դիր՝ փոքրացնում է մագնիսական հոսքը։ Եթե արտաքին մագնիսական հոսքը կոնտուրում սկսում է փոքրանալ, ապա ինդուկցիայի էլեկտրաշարժ ուժը դառնում է դրական, որը նշանակում է, թե ինդուկցիոն հոսանքի մագնիսական դաշտը ուղղված է արտաքին դաշտի ուղղությամբ և ձգտում է մեծացնել մագ- նիսական հոսքը։ Ինդուկցիոն հոսանքի ուղղությունը կարելի է որոշել աջ ձեռքի կանոնով։ Եթե աջ ձեռքի ափը Պահենք այնպես, որ մագնիսական ուժագծերը մտնեն ափի մեջ, իսկ բացված բութ մատն ուղղենք հաղորդչի շարժման ուղղությամբ, ապա պարզված չորս մատները ցույց կտան ին- դուկցիոն հոսանքի ուղղությունը։

Մագնիսական դաշտի լարվածություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ամեն մի մարմին, գտնվելով արտաքին մագնիսական դաշտում, այս կամ այն չափով մագնիսանում է։ Դա բացատրվում է նրանով, որ մարմնի մոլեկուլների և ատոմների կազմում եղած լիցքավորված տարրական մասնիկները, գտնվելով անընդհատ շարժման մեջ, ստեղծում են տարրական հոսանքներ, որոնց տարրական մագնիսական դաշտերի ինդուկցիաների համազորը սովորական պայմաններում հավասար է զրոյի։ Բայց արտաքին մագնիսական դաշտի ազդեցության տակ մարմնի տարրական հոսանքները դասավորվում են այնպես, որ դրանց մագնիսական դաշտերի ինդուկցիաների համազորը լինում է զրոյից տար բեր, մարմինը մագնիսանում է։ Իրենց մագնիսացման բնույթով բոլոր նյութերը բաժանվում են երեք խմբի՝ դիամագնիսական, պարամագնիսական և ֆերոմագնիսական նյութերի։ Դիամագնիսական և պարամագնիսա կան նյութերը, որոնց տիպիկ ներկայացուցիչը երկաթն է։ Երկաթի մագնիսացման ժամանակ նրա ներսում, բացի առտաքին հոսանքների ստեղծած մագնիսական դաշտից, առաջանում է ուժեղ ներքին (մոլեկուլյար հոսանքներով պայմանավորված) մագնիսական դաշտ, որը գումարվելով արտաքին հոսանքների մագնիսական դաշտին՝ տալիս է արդյունարար(համազոր) դաշտ երկաթի նեռսում։ Այդ արդյունարար դաշտի ինդուկցիան շատ ավելի մեծ է, քան արտաքին հոսանքի մագնիսական դաշտի ինդուկցիան։ Էլեկտրական հոսանքի մագնիսական դաշտը միջավայրի հատկություններից անկախ բնութագրելու համար, մագնիսական ինդուկցիայից բացի, մտցվում է մի ֆիզիկական մեծություն, որը կոչվում է մագնիսական դաշտի լարվածություն։ Մագնիսական դաշտի լարվածությունը ինդուկցիայի հետ կապված է հետևյալ առնչությամբ՝

 B ⃗ = µµ0 H ⃗

Որտեղ H-ը մագնսական դաշտի լարվածությունն է, μ0-ն մի գործակից է, որը կախված է միավորների ընտրությունից և կոչվում է մագնիսական հաստատուն, µ-ն միջավայրի մագնիսական հատկությունները բնութագրող մի մեծություն է և կոչվում է միջավայրի մագնիսական թափանցելիություն։ Փորձը ցույց է տալիս, որ ուղիղ անվերջ երկար հոսանքով լարի մագնիսական դաշտի լարվածությունը լարից R հեռավորության վրա գտնվող կետում որոշվում է հետևյալ բանաձևով՝

 H = I/2πR

Այս բանաձևից հետևում է, որ միավորների SI համակարգում մագնիսական դաշտի լարվածության միավորը 2π Ամպեր հոսանքով ուղիղ անվերջ երկար լարի մագնիսական դաշտի լարվածությունն է 1 մետր հեռավորության վրա գտնվող կետում։

Էլեկտրական դաշտ: Դաշտի լարվածությունը[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Էլեկտրական լիցքերն իրենց շրջապատող տարածությունը ենթարկում են որոշ ֆիզիկական փոփոխության։ Այդ փոփոխությունն ամենից առաջ արտահայտվում է այն բանում, որ տվյալ տարածությունում երևան են գալիս էլեկտրական ուժեր։ Այն տարածությունը, ուր գործում են էլեկտրական ուժեր, կոչվում է էլեկտրական դաշտ։ Էլեկտրական դաշտը մատերիայի գոյաձևերից մեկն է։ Դա մատերիայի այն տեսակն է, որի միջոցով իրագործվում են լիցքավորված մարմինների փոխազդեցությունը։ Էլեկտրական դաշտի հատկությունները կարելի է ուսումնասիրել կետային լիցքերի օգնությամբ, տեղավորելով այն դաշտի տարբեր կետերում և որոշելով նրա վրա ազդող ուժերը։ Այն կետային լիցքը, որի օգնությամբ ուսումնասիրում են էլեկտրական դաշտը, կոչվում է փորձնական լիցք։ Փորձնական լիցքը դաշտն առաջացնող լիցքերի համեմատությամբ պետք է լինի այնքան փոքր, որ նրա մտցրած փոփոխությունը դաշտում անտեսվի։ Կուլոնի օրենքից հետևում է, որ էլեկտրական դաշտի որևէ կետում գտնվող q0 փորձնական լիցքի վրա ազդող F ուժը ուղիղ համեմատական է այդ լիցքի մեծությանը։ Հետևաբար, F/q0 հարաբերությունը անկախ է q0 փորձնական լիցքի մեծությունից։ Այդ հարաբերությունը կախված է միայն դաշտ առաացնող լիցքերի մեծությունից, դասավորությունից և բնութագրում է դաշտի տվյալ կետը։ Ուստի, էլեկտրական դաշտի ուժային բնութագիրը տալու համար պետք է նրա բոլոր կետերում տողավորել փորձնական լիցքը և որոշել F/q0 հարաբերությունը։ Այդ հարաբերությամբ որոշվող ֆիզիկական մեծությունը կոչվում է դաշտի լարվածություն տրված կետում։ Եթե դաշտի լարվածությունը նշանակենք E – ով, կստանանք՝

 (E ) ⃗ = F ⃗/q0 

Այսպիսով, էլեկտրական դաշտի լարվածությունը որևէ կետում չափվում է այդ կետում տեղավորված միավոր դրական լիցքի վրա ազդող ուժով։ Դաշտի լարվածությունը վեկտորական մեծություն է և դաշտի ամեն մի կետում ունի այդ կետում տեղավորված դրական լիցքի վրա ազդող ուժի ուղղությունը։ Դաշտի լարվածության կիրառման կետը այն կետն է, որտեղ որոշվում է այդ լարվածությունը։ Կետային լիցքի դաշտի լարվածոթյունը որևէ կետում ուղղված է այդ կետը լիցքին միացնող ուղիով։ Եթե լիցքը դրական է, դաշտի լարվածությունը ունի լիցքից դեպի կետը տարած ուղղությունը, իսկ եթե լիցքը բացասական ք՝ հակադիր ուղղություն է։ Այն էլեկտրական դաշտը, որի բոլոր կետերում լարվածությունը մեծությամբ և ողղությամբ նույնն է, կոչվում է համասեռ դաշտ։

Հիմնական հասկացություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հիմանական հավասարումներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]