ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ფენომენი ძირითადად გამოიყენება მექანიკური ენერგიის ელექტრო დენის ენერგიად გადაქცევისთვის. ამ მიზნით მიმართეთ ალტერნატორები(ინდუქციური გენერატორები). ალტერნატიული დენის უმარტივესი გენერატორი არის მავთულის ჩარჩო, რომელიც თანაბრად ბრუნავს კუთხოვანი სიჩქარით w=კონსტიტუცია ერთგვაროვან მაგნიტურ ველში ინდუქციით AT(ნახ. 4.5). მაგნიტური ინდუქციის ნაკადი, რომელიც აღწევს ჩარჩოში ფართობის მქონე ს, უდრის

ჩარჩოს ერთგვაროვანი ბრუნვით, ბრუნვის კუთხე სად არის ბრუნვის სიხშირე. მერე

ელექტრომაგნიტური ინდუქციის კანონის მიხედვით, EMF გამოწვეულია ჩარჩოში ზე
მისი როტაცია,

თუ დატვირთვა (ელექტროენერგიის მომხმარებელი) უკავშირდება ჩარჩოს დამჭერებს ჯაგრისით კონტაქტის აპარატის გამოყენებით, მაშინ მასში ალტერნატიული დენი მიედინება.

ელექტროსადგურებში გამოიყენება ელექტროენერგიის სამრეწველო წარმოებისთვის სინქრონული გენერატორები(ტურბო გენერატორები, თუ სადგური არის თერმული ან ბირთვული, და ჰიდროგენერატორები, თუ სადგური ჰიდრავლიკურია). სინქრონული გენერატორის სტაციონარული ნაწილი ე.წ სტატორიდა მბრუნავი - როტორი(ნახ. 4.6). გენერატორის როტორს აქვს DC გრაგნილი (აგზნების გრაგნილი) და არის ძლიერი ელექტრომაგნიტი. გამოყენებულია DC დენი
აგზნების გრაგნილი ჯაგრის-კონტაქტის აპარატში, მაგნიტიზებს როტორს და ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება ელექტრომაგნიტი ჩრდილოეთ და სამხრეთ პოლუსებით.

გენერატორის სტატორზე არის ალტერნატიული დენის სამი გრაგნილი, რომლებიც გადაადგილებულია ერთი მეორესთან შედარებით 120 0-ით და ურთიერთდაკავშირებულია გარკვეული გადართვის სქემის მიხედვით.

როდესაც აღგზნებული როტორი ბრუნავს ორთქლის ან ჰიდრავლიკური ტურბინის დახმარებით, მისი ბოძები გადის სტატორის გრაგნილების ქვეშ და მათში წარმოიქმნება ელექტრომამოძრავებელი ძალა, რომელიც იცვლება ჰარმონიული კანონის მიხედვით. გარდა ამისა, გენერატორი, ელექტრული ქსელის გარკვეული სქემის მიხედვით, დაკავშირებულია ელექტროენერგიის მოხმარების კვანძებთან.

თუ ელექტროენერგიას სადგურების გენერატორებიდან მომხმარებლებს ელექტროგადამცემი ხაზებით პირდაპირ გადასცემთ (გენერატორის ძაბვაზე, რომელიც შედარებით მცირეა), მაშინ ქსელში მოხდება ენერგიისა და ძაბვის დიდი დანაკარგები (ყურადღება მიაქციეთ კოეფიციენტებს, ). ამიტომ, ელექტროენერგიის ეკონომიური ტრანსპორტირებისთვის აუცილებელია დენის სიძლიერის შემცირება. თუმცა, რადგან გადაცემული სიმძლავრე უცვლელი რჩება, ძაბვა უნდა
იზრდება იმავე ფაქტორით, როგორც დენი მცირდება.

ელექტროენერგიის მომხმარებელზე, თავის მხრივ, ძაბვა უნდა შემცირდეს საჭირო დონემდე. ელექტრულ მოწყობილობებს, რომლებშიც ძაბვა იზრდება ან მცირდება მოცემული რაოდენობის ჯერ, ეწოდება ტრანსფორმატორები. ტრანსფორმატორის მუშაობა ასევე ეფუძნება ელექტრომაგნიტური ინდუქციის კანონს.

განვიხილოთ ორგრიხვიანი ტრანსფორმატორის მუშაობის პრინციპი (ნახ. 4.7). როდესაც ალტერნატიული დენი გადის პირველად გრაგნილზე, მის გარშემო წარმოიქმნება ალტერნატიული მაგნიტური ველი ინდუქციით. AT, რომლის დინებაც ცვალებადია

ტრანსფორმატორის ბირთვი ემსახურება მაგნიტური ნაკადის მიმართულებას (ჰაერის მაგნიტური წინააღმდეგობა მაღალია). ცვლადი მაგნიტური ნაკადი, რომელიც იხურება ბირთვის გასწვრივ, იწვევს ცვლად EMF-ს თითოეულ გრაგნილში:

მძლავრ ტრანსფორმატორებში, კოჭის წინააღმდეგობა ძალიან მცირეა,
ამრიგად, პირველადი და მეორადი გრაგნილების ტერმინალებზე ძაბვები დაახლოებით ტოლია EMF-ის:

სადაც კ-ტრანსფორმაციის კოეფიციენტი. ზე კ<1 () ტრანსფორმატორი არის ამაღლება, ზე კ>1 () ტრანსფორმატორი არის დაწევა.

დატვირთვის ტრანსფორმატორის მეორად გრაგნილთან დაკავშირებისას მასში დენი შემოვა. კანონის მიხედვით ელექტროენერგიის მოხმარების ზრდით
ენერგიის დაზოგვა, სადგურის გენერატორების მიერ გამოყოფილი ენერგია უნდა გაიზარდოს, ე.ი

ეს ნიშნავს, რომ ტრანსფორმატორით ძაბვის გაზრდით
in კჯერ, შესაძლებელია წრეში მიმდინარე სიძლიერის შემცირება იმავე რაოდენობით (ამ შემთხვევაში ჯოულის დანაკარგები მცირდება კ 2-ჯერ).

თემა 17. მაქსველის თეორიის საფუძვლები ელექტრომაგნიტური ველისთვის. ელექტრომაგნიტური ტალღები

60-იან წლებში. მე-19 საუკუნე ინგლისელმა მეცნიერმა ჯ.მაქსველმა (1831-1879) შეაჯამა ელექტრული და მაგნიტური ველების ექსპერიმენტულად დადგენილი კანონები და შექმნა სრული ერთიანი ელექტრომაგნიტური ველის თეორია. ეს საშუალებას გაძლევთ გადაწყვიტოთ ელექტროდინამიკის მთავარი ამოცანა: იპოვეთ ელექტრული მუხტებისა და დენების მოცემული სისტემის ელექტრომაგნიტური ველის მახასიათებლები.

მაქსველმა წამოაყენა ჰიპოთეზა ამის შესახებ ნებისმიერი მონაცვლეობითი მაგნიტური ველი აღაგზნებს მიმდებარე სივრცეში მორევის ელექტრულ ველს, რომლის მიმოქცევა არის ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ემფ-ის მიზეზი წრეში.:

(5.1)

განტოლება (5.1) ეწოდება მაქსველის მეორე განტოლება. ამ განტოლების მნიშვნელობა არის ის, რომ ცვალებადი მაგნიტური ველი წარმოქმნის მორევის ელექტრულ ველს და ეს უკანასკნელი, თავის მხრივ, იწვევს ცვალებად მაგნიტურ ველს მიმდებარე დიელექტრიკულში ან ვაკუუმში. ვინაიდან მაგნიტური ველი იქმნება ელექტრული დენით, მაშინ, მაქსველის აზრით, მორევის ელექტრული ველი უნდა ჩაითვალოს გარკვეულ დენად,
რომელიც მიედინება როგორც დიელექტრიკში, ასევე ვაკუუმში. მაქსველმა უწოდა ამ მიმდინარეობას მიკერძოებული დენი.

გადაადგილების დენი, როგორც ჩანს მაქსველის თეორიიდან
და ეიხენვალდის ექსპერიმენტებით, იქმნება იგივე მაგნიტური ველი, როგორც გამტარ დენი.

თავის თეორიაში მაქსველმა შემოიტანა კონცეფცია სრული დენიჯამის ტოლი
გამტარობის და გადაადგილების დენები. აქედან გამომდინარე, მთლიანი დენის სიმკვრივე

მაქსველის თანახმად, წრეში მთლიანი დენი ყოველთვის დახურულია, ანუ მხოლოდ გამტარ დენი წყდება გამტარების ბოლოებზე, ხოლო დიელექტრიკულში (ვაკუუმში) დირიჟორის ბოლოებს შორის არის გადაადგილების დენი, რომელიც ხურავს გამტარობის დენი.

ჯამური დენის კონცეფციის შემოღებით, მაქსველმა განაზოგადა ვექტორული ცირკულაციის თეორემა (ან):

(5.6)

განტოლება (5.6) ეწოდება მაქსველის პირველი განტოლება ინტეგრალური ფორმით. ეს არის მთლიანი დენის განზოგადებული კანონი და გამოხატავს ელექტრომაგნიტური თეორიის მთავარ პოზიციას: გადაადგილების დენები ქმნის იგივე მაგნიტურ ველებს, როგორც გამტარ დენები.

მაქსველის მიერ შექმნილი ელექტრომაგნიტური ველის ერთიანმა მაკროსკოპულმა თეორიამ შესაძლებელი გახადა ერთიანი თვალსაზრისით არა მხოლოდ ელექტრული და მაგნიტური ფენომენების ახსნა, არამედ ახლის პროგნოზირება, რომელთა არსებობა შემდგომში პრაქტიკაში დადასტურდა (მაგ. ელექტრომაგნიტური ტალღების აღმოჩენა).

ზემოთ განხილული დებულებების შეჯამებით, წარმოგიდგენთ განტოლებებს, რომლებიც ქმნიან მაქსველის ელექტრომაგნიტური თეორიის საფუძველს.

1. თეორემა მაგნიტური ველის ვექტორის მიმოქცევის შესახებ:

ეს განტოლება გვიჩვენებს, რომ მაგნიტური ველები შეიძლება შეიქმნას მუხტების გადაადგილებით (ელექტრული დენები) ან ელექტრული ველების მონაცვლეობით.

2. ელექტრული ველი შეიძლება იყოს პოტენციური () და მორევიც (), ასე რომ, ველის მთლიანი სიძლიერე . ვინაიდან ვექტორის ცირკულაცია ნულის ტოლია, მაშინ ვექტორის ცირკულაცია მთლიანი ელექტრული ველის სიძლიერის

ეს განტოლება გვიჩვენებს, რომ ელექტრული ველის წყარო შეიძლება იყოს არა მხოლოდ ელექტრული მუხტი, არამედ დროში ცვალებადი მაგნიტური ველები.

3. ,

სად არის მოცულობითი მუხტის სიმკვრივე დახურულ ზედაპირზე; არის ნივთიერების სპეციფიკური გამტარობა.

სტაციონარული ველებისთვის ( E=კონსტ , B= const) მაქსველის განტოლებები იღებენ ფორმას

ანუ მაგნიტური ველის წყაროები ამ შემთხვევაში მხოლოდ
გამტარობის დენები და ელექტრული ველის წყაროები მხოლოდ ელექტრული მუხტებია. ამ კონკრეტულ შემთხვევაში ელექტრული და მაგნიტური ველი ერთმანეთისგან დამოუკიდებელია, რაც შესაძლებელს ხდის ცალ-ცალკე შესწავლას მუდმივიელექტრული და მაგნიტური ველები.

ვექტორული ანალიზიდან ცნობილის გამოყენება სტოკსის და გაუსის თეორემები, შეიძლება წარმოიდგინოთ მაქსველის განტოლებათა სრული სისტემა დიფერენციალური ფორმით(ველს ახასიათებს სივრცის თითოეულ წერტილში):

(5.7)

ცხადია, მაქსველის განტოლებები არა სიმეტრიულიელექტრულ და მაგნიტურ ველებთან დაკავშირებით. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ბუნება
არის ელექტრული მუხტები, მაგრამ არ არის მაგნიტური მუხტები.

მაქსველის განტოლებები ყველაზე ზოგადი განტოლებებია ელექტროსთვის
და მაგნიტური ველები მედიაში მოსვენებულ მდგომარეობაში. ისინი იგივე როლს ასრულებენ ელექტრომაგნიტიზმის თეორიაში, როგორც ნიუტონის კანონები მექანიკაში.

ელექტრომაგნიტური ტალღაეწოდება ალტერნატიული ელექტრომაგნიტური ველი, რომელიც ვრცელდება სივრცეში სასრული სიჩქარით.

ელექტრომაგნიტური ტალღების არსებობა გამომდინარეობს მაქსველის განტოლებიდან, რომლებიც ჩამოყალიბდა 1865 წელს ელექტრული და მაგნიტური ფენომენების ემპირიული კანონების განზოგადების საფუძველზე. ელექტრომაგნიტური ტალღა წარმოიქმნება ალტერნატიული ელექტრული და მაგნიტური ველების ურთიერთკავშირის გამო - ერთ ველში ცვლილება იწვევს მეორეში ცვლილებას, ანუ რაც უფრო სწრაფად იცვლება მაგნიტური ველის ინდუქცია დროში, მით მეტია ელექტრული ველის სიძლიერე და პირიქით. ამრიგად, ინტენსიური ელექტრომაგნიტური ტალღების ფორმირებისთვის აუცილებელია საკმარისად მაღალი სიხშირის ელექტრომაგნიტური რხევების აღგზნება. ფაზის სიჩქარეგანისაზღვრება ელექტრომაგნიტური ტალღები
გარემოს ელექტრული და მაგნიტური თვისებები:

ვაკუუმში () ელექტრომაგნიტური ტალღების გავრცელების სიჩქარე ემთხვევა სინათლის სიჩქარეს; მატერიაში ასე მატერიაში ელექტრომაგნიტური ტალღების გავრცელების სიჩქარე ყოველთვის ნაკლებია, ვიდრე ვაკუუმში.

სიტყვა "ინდუქცია" რუსულად ნიშნავს აგზნების, ხელმძღვანელობის, რაღაცის შექმნის პროცესებს. ელექტრო ინჟინერიაში ეს ტერმინი ორ საუკუნეზე მეტია გამოიყენება.

1821 წლის პუბლიკაციების გაცნობის შემდეგ, დანიელი მეცნიერის ოერსტედის ექსპერიმენტების აღწერისას, მაგნიტური ნემსის გადახრებზე ელექტრული დენით გამტართან, მაიკლ ფარადეიმ საკუთარ თავს დაავალა: მაგნეტიზმის ელექტროენერგიად გადაქცევა.

10 წლიანი კვლევის შემდეგ მან ჩამოაყალიბა ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ძირითადი კანონი და ახსნა ეს ნებისმიერი დახურული მიკროსქემის შიგნით წარმოიქმნება ელექტრომამოძრავებელი ძალა. მისი მნიშვნელობა განისაზღვრება მაგნიტური ნაკადის ცვლილების სიჩქარით, რომელიც შეაღწევს განხილულ წრეში, მაგრამ აღებულია მინუს ნიშნით.

ელექტრომაგნიტური ტალღების გადაცემა მანძილზე

პირველი ვარაუდი, რომელიც გაჩნდა მეცნიერის ტვინში, არ დაგვირგვინდა პრაქტიკული წარმატებით.

მან გვერდიგვერდ მოათავსა ორი დახურული გამტარი. ერთის მახლობლად დავაყენე მაგნიტური ნემსი, როგორც გამავალი დენის ინდიკატორი, ხოლო მეორე მავთულში მივმართე პულსი იმდროინდელი ძლიერი გალვანური წყაროდან: ვოლტის სვეტი.

მკვლევარმა ივარაუდა, რომ პირველ წრეში დენის იმპულსით, მასში ცვალებადი მაგნიტური ველი გამოიწვევდა დენს მეორე გამტარში, რომელიც გადახრის მაგნიტურ ნემსს. მაგრამ შედეგი უარყოფითი იყო - მაჩვენებელი არ მუშაობდა. უფრო სწორად, სენსიტიურობა აკლდა.

მეცნიერის ტვინმა იწინასწარმეტყველა ელექტრომაგნიტური ტალღების შექმნა და გადაცემა დისტანციებზე, რომლებიც ახლა გამოიყენება რადიომაუწყებლობაში, ტელევიზიაში, უკაბელო კონტროლში, Wi-Fi ტექნოლოგიებში და მსგავს მოწყობილობებში. ის უბრალოდ ძირს უთხრიდა იმდროინდელი საზომი მოწყობილობების არასრულყოფილი ელემენტის ბაზას.

ელექტროენერგიის გამომუშავება

წარუმატებელი ექსპერიმენტის შემდეგ მაიკლ ფარადეიმ შეცვალა ექსპერიმენტის პირობები.

ექსპერიმენტისთვის ფარადეიმ გამოიყენა ორი ხვეული დახურული წრეებით. პირველ წრეში მან ელექტრული დენი მიაწოდა წყაროდან, ხოლო მეორეში დააკვირდა EMF-ის გამოჩენას. No1 გრაგნილის მოხვევებში გამავალი დენი ქმნიდა მაგნიტურ ნაკადს კოჭის ირგვლივ, შეაღწევდა No2 გრაგნილს და ქმნიდა მასში ელექტრომამოძრავებელ ძალას.

ფარადეის ექსპერიმენტის დროს:

• ჩართულია ძაბვის პულსის მიწოდება წრედზე სტაციონარული კოჭებით;
• დენის გამოყენებისას მან ზედა ჩაუშვა ქვედა ხვეულში;
• მუდმივად დამაგრებული გრაგნილი No1 და მასში შემოყვანილია გრაგნილი No2;
• შეცვალეთ ხვეულების მოძრაობის სიჩქარე ერთმანეთთან შედარებით.

ყველა ამ შემთხვევაში, ის აკვირდებოდა ინდუქციური ემფ-ის გამოვლინებას მეორე ხვეულში. და მხოლოდ პირდაპირი დენის გავლისას გრაგნილი No1 და ფიქსირებული ბორბლებით, ელექტრომამოძრავებელი ძალა არ არსებობდა.

მეცნიერმა დაადგინა მეორე ხვეულში გამოწვეული EMF დამოკიდებულია სიჩქარეზე, რომლითაც იცვლება მაგნიტური ნაკადი. მისი ზომების პროპორციულია.

იგივე ნიმუში სრულად ვლინდება დახურული მარყუჟის გავლისას.EMF-ის მოქმედებით მავთულში წარმოიქმნება ელექტრული დენი.

მაგნიტური ნაკადი განსახილველ შემთხვევაში იცვლება დახურული სქემით შექმნილ Sk წრეში.

ამგვარად, ფარადეის მიერ შექმნილმა განვითარებამ შესაძლებელი გახადა მბრუნავი გამტარი ჩარჩოს მოთავსება მაგნიტურ ველში.

შემდეგ იგი გაკეთდა დიდი რაოდენობით მობრუნებისგან, დაფიქსირდა ბრუნვის საკისრებში. გრაგნილის ბოლოებზე დამონტაჟდა მათ გასწვრივ მოცურებული რგოლები და ჯაგრისები, ხოლო ტვირთი უერთდებოდა კორპუსის მილების საშუალებით. შედეგი არის თანამედროვე ალტერნატორი.

მისი მარტივი დიზაინი შეიქმნა მაშინ, როდესაც გრაგნილი დამაგრდა სტაციონარულ კორპუსზე და მაგნიტურმა სისტემამ ბრუნა დაიწყო. ამ შემთხვევაში ხარჯზე დენების წარმოქმნის მეთოდი არანაირად არ დაირღვა.

ელექტროძრავების მუშაობის პრინციპი

ელექტრომაგნიტური ინდუქციის კანონი, რომელიც მაიკლ ფარადეიმ დაასაბუთა, შესაძლებელი გახადა ელექტროძრავების სხვადასხვა დიზაინის შექმნა. მათ აქვთ მსგავსი მოწყობილობა გენერატორებთან: მოძრავი როტორი და სტატორი, რომლებიც ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან მბრუნავი ელექტრომაგნიტური ველების გამო.

ელექტროენერგიის ტრანსფორმაცია

მაიკლ ფარადეიმ განსაზღვრა ინდუქციური ელექტრომოძრავი ძალისა და ინდუქციური დენის წარმოქმნა ახლომდებარე გრაგნილში, როდესაც იცვლება მაგნიტური ველი მიმდებარე ხვეულში.

დენი მიმდებარე გრაგნილის შიგნით გამოწვეულია გადართვის წრედის გადართვის კოჭში 1 და ყოველთვის იმყოფება გენერატორის მუშაობის დროს გრაგნილ 3-ზე.

ამ თვისებაზე, რომელსაც ეწოდება ურთიერთ ინდუქცია, ეფუძნება ყველა თანამედროვე სატრანსფორმატორო მოწყობილობის მოქმედება.

მაგნიტური ნაკადის გავლის გასაუმჯობესებლად, მათ აქვთ იზოლირებული გრაგნილები, რომლებიც დაყენებულია საერთო ბირთვზე, რომელსაც აქვს მინიმალური მაგნიტური წინააღმდეგობა. იგი მზადდება სპეციალური კლასების ფოლადისგან და ყალიბდება თხელი ფურცლების აკრეფით, გარკვეული ფორმის მონაკვეთების სახით, რომელსაც მაგნიტური წრე ეწოდება.

ტრანსფორმატორები გადასცემენ, ურთიერთინდუქციის გამო, ალტერნატიული ელექტრომაგნიტური ველის ენერგიას ერთი გრაგნილიდან მეორეზე ისე, რომ მოხდეს ცვლილება, ძაბვის მნიშვნელობის ტრანსფორმაცია მის შემავალ და გამომავალ ტერმინალებზე.

გრაგნილებში ბრუნთა რაოდენობის თანაფარდობა განსაზღვრავს ტრანსფორმაციის კოეფიციენტი, და მავთულის სისქე, ძირითადი მასალის დიზაინი და მოცულობა - გადაცემული სიმძლავრის რაოდენობა, სამუშაო დენი.

ინდუქტორების მუშაობა

ელექტრომაგნიტური ინდუქციის გამოვლინება შეინიშნება ხვეულში მასში გამავალი დენის სიდიდის ცვლილების დროს. ამ პროცესს თვითინდუქცია ეწოდება.

როდესაც გადამრთველი ჩართულია ზემოთ მოცემულ დიაგრამაზე, ინდუქციური დენი ცვლის ოპერაციული დენის სწორხაზოვანი ზრდის ბუნებას წრედში, ასევე გამორთვის დროს.

როდესაც ალტერნატიული ძაბვა, და არა მუდმივი ძაბვა, გამოიყენება დირიჟორის ხვეულზე, მასში გადის ინდუქციური წინაღობით შემცირებული დენი. თვითინდუქციის ენერგია ცვლის დენის ფაზას გამოყენებული ძაბვის მიმართ.

ეს ფენომენი გამოიყენება ჩოკებში, რომლებიც შექმნილია მაღალი დენების შესამცირებლად, რომლებიც წარმოიქმნება აღჭურვილობის გარკვეულ სამუშაო პირობებში. ასეთი მოწყობილობები, კერძოდ, გამოიყენება.

ინდუქტორზე მაგნიტური წრედის დიზაინის მახასიათებელია ფირფიტების გაჭრა, რომელიც იქმნება მაგნიტური ნაკადის მიმართ მაგნიტური წინააღმდეგობის შემდგომი გაზრდის მიზნით, ჰაერის უფსკრული წარმოქმნის გამო.

ჩოხები მაგნიტური წრედის გაყოფილი და რეგულირებადი პოზიციით გამოიყენება ბევრ რადიოინჟინერიაში და ელექტრო მოწყობილობებში. ხშირად ისინი გვხვდება შედუღების ტრანსფორმატორების დიზაინში. ისინი ამცირებენ ელექტროდში გავლილი ელექტრული რკალის სიდიდეს ოპტიმალურ მნიშვნელობამდე.

ინდუქციური ღუმელები

ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ფენომენი ვლინდება არა მხოლოდ მავთულხლართებში და გრაგნილებში, არამედ ნებისმიერი მასიური ლითონის ობიექტის შიგნით. მათში გამოწვეულ დინებებს მორევი ეწოდება. ტრანსფორმატორების და ჩოკების მუშაობის დროს ისინი იწვევენ მაგნიტური წრედის და მთელი სტრუქტურის გათბობას.

ამ ფენომენის თავიდან ასაცილებლად, ბირთვები დამზადებულია თხელი ლითონის ფურცლებისაგან და იზოლირებულია ერთმანეთთან ლაქის ფენით, რომელიც ხელს უშლის ინდუცირებული დენების გავლას.

გათბობის სტრუქტურებში, მორევის დენები არ ზღუდავს, მაგრამ ქმნის ყველაზე ხელსაყრელ პირობებს მათი გავლისთვის. ფართოდ გამოიყენება სამრეწველო წარმოებაში მაღალი ტემპერატურის შესაქმნელად.

ელექტრო საზომი მოწყობილობები

ინდუქციური მოწყობილობების დიდი კლასი აგრძელებს მუშაობას ენერგეტიკულ სექტორში. ელექტრო მრიცხველები მბრუნავი ალუმინის დისკით, სიმძლავრის რელეების დიზაინის მსგავსი, მაჩვენებლების მრიცხველების დასვენების სისტემები მუშაობს ელექტრომაგნიტური ინდუქციის პრინციპის საფუძველზე.

გაზის მაგნიტური გენერატორები

თუ დახურული ჩარჩოს ნაცვლად, გამტარი აირი, სითხე ან პლაზმა გადაადგილდება მაგნიტის ველში, მაშინ ელექტროენერგიის მუხტები მაგნიტური ველის ხაზების მოქმედებით გადაიხრება მკაცრად განსაზღვრულ მიმართულებებში და წარმოქმნის ელექტრო დენს. მისი მაგნიტური ველი დამონტაჟებული ელექტროდის საკონტაქტო ფირფიტებზე იწვევს ელექტრომამოძრავებელ ძალას. მისი მოქმედებით, MHD გენერატორთან დაკავშირებულ წრეში იქმნება ელექტრული დენი.

ასე ვლინდება ელექტრომაგნიტური ინდუქციის კანონი MHD გენერატორებში.

არ არსებობს ისეთი რთული მბრუნავი ნაწილები, როგორიცაა როტორი. ეს ამარტივებს დიზაინს, საშუალებას გაძლევთ მნიშვნელოვნად გაზარდოთ სამუშაო გარემოს ტემპერატურა და, ამავე დროს, ელექტროენერგიის გამომუშავების ეფექტურობა. MHD გენერატორები მოქმედებენ როგორც სარეზერვო ან გადაუდებელი წყაროები, რომლებსაც შეუძლიათ მოკლე დროში წარმოქმნან ელექტროენერგიის მნიშვნელოვანი ნაკადები.

ამრიგად, ელექტრომაგნიტური ინდუქციის კანონი, რომელიც ერთ დროს ამართლებდა მაიკლ ფარადეის მიერ, დღესაც აქტუალურია.

ოერსტედისა და ამპერის აღმოჩენების შემდეგ გაირკვა, რომ ელექტროენერგიას აქვს მაგნიტური ძალა. ახლა საჭირო იყო მაგნიტური ფენომენების გავლენის დადასტურება ელექტრულზე. ეს პრობლემა ბრწყინვალედ მოაგვარა ფარადეიმ.

1821 წელს მ.ფარადეიმ ჩანაწერი გააკეთა თავის დღიურში: „გააქცია მაგნეტიზმი ელექტროენერგიად“. 10 წლის შემდეგ ეს პრობლემა მან მოაგვარა.

ასე რომ, მაიკლ ფარადეი (1791-1867) - ინგლისელი ფიზიკოსი და ქიმიკოსი.

რაოდენობრივი ელექტროქიმიის ერთ-ერთი ფუძემდებელი. პირველად მიიღო (1823) თხევად მდგომარეობაში ქლორი, შემდეგ წყალბადის სულფიდი, ნახშირორჟანგი, ამიაკი და აზოტის დიოქსიდი. მან აღმოაჩინა (1825) ბენზოლი, შეისწავლა მისი ფიზიკური და ზოგიერთი ქიმიური თვისება. გააცნო დიელექტრიკული გამშვებობის ცნება. ფარადეის სახელი შევიდა ელექტრული ერთეულების სისტემაში, როგორც ელექტრული ტევადობის ერთეული.

ამ ნაწარმოებებიდან ბევრს შეეძლო თავისი ავტორის სახელის უკვდავყოფა. მაგრამ ფარადეის სამეცნიერო ნაშრომებიდან ყველაზე მნიშვნელოვანი არის მისი კვლევები ელექტრომაგნიტიზმისა და ელექტრო ინდუქციის სფეროში. მკაცრად რომ ვთქვათ, ფიზიკის მნიშვნელოვანი ფილიალი, რომელიც განიხილავს ელექტრომაგნიტიზმის და ინდუქციური ელექტროენერგიის ფენომენებს და რომელსაც ამჟამად ასეთი უზარმაზარი მნიშვნელობა აქვს ტექნოლოგიისთვის, ფარადეიმ შექმნა არაფრისგან.

როდესაც ფარადეიმ საბოლოოდ მიუძღვნა საკუთარი თავი ელექტროენერგიის დარგის კვლევას, აღმოჩნდა, რომ ჩვეულებრივ პირობებში, ელექტრიფიცირებული სხეულის არსებობა საკმარისია იმისთვის, რომ მისი გავლენა აღძრას ელექტროენერგია ნებისმიერ სხვა სხეულში.

ამავდროულად, ცნობილი იყო, რომ მავთული, რომლითაც დენი გადის და რომელიც ასევე ელექტრიფიცირებული სხეულია, არანაირ გავლენას არ ახდენს ახლომდებარე სხვა სადენებზე. რამ გამოიწვია ეს გამონაკლისი? ეს არის კითხვა, რომელიც აინტერესებდა ფარადეის და რომლის გადაწყვეტამ მიიყვანა იგი ყველაზე მნიშვნელოვან აღმოჩენებამდე ინდუქციური ელექტროენერგიის სფეროში.

ფარადეიმ დაჭრა ორი იზოლირებული მავთული ერთმანეთის პარალელურად იმავე ხის მოძრავ ქინძისთავზე. მან ერთი მავთულის ბოლოები ათი ელემენტისგან შემდგარ ბატარეას დაუკავშირა, მეორის ბოლოები კი მგრძნობიარე გალვანომეტრს. როდესაც დენი გადიოდა პირველ სადენზე, ფარადეიმ მთელი ყურადღება გალვანომეტრზე გადაიტანა და ელოდა მისი რხევებიდან მეორე მავთულში დენის გამოჩენას. თუმცა, მსგავსი არაფერი იყო: გალვანომეტრი მშვიდად დარჩა. ფარადეიმ გადაწყვიტა დენის გაზრდა და წრეში 120 გალვანური უჯრედი შემოიტანა. შედეგი იგივეა. ფარადეიმ ეს ექსპერიმენტი ათობითჯერ გაიმეორა, ყველა ერთნაირი წარმატებით. მის ადგილას ნებისმიერი სხვა დატოვებდა ექსპერიმენტს, დარწმუნებული იყო, რომ მავთულში გამავალი დენი არ ახდენს გავლენას მიმდებარე მავთულზე. მაგრამ ფარადეი ყოველთვის ცდილობდა თავისი ექსპერიმენტებიდან და დაკვირვებებიდან ამოეღო ყველაფერი, რისი მიცემაც მათ შეეძლოთ და, შესაბამისად, არ მიიღო პირდაპირი გავლენა გალვანომეტრთან დაკავშირებულ მავთულზე, მან დაიწყო გვერდითი მოვლენების ძებნა.

ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ელექტრული დენის ველი

მან მაშინვე შენიშნა, რომ გალვანომეტრმა, რომელიც დენის მთელი გავლის განმავლობაში რჩებოდა სრულიად მშვიდად, წრედის დახურვისას დაიწყო რხევა და როდესაც ის გაიხსნა, აღმოჩნდა, რომ იმ მომენტში, როდესაც დენი გადადიოდა პირველში. მავთული, და ასევე, როდესაც ეს გადაცემა შეწყდა, მეორე მავთულის დროს ასევე აღგზნებულია დენი, რომელიც პირველ შემთხვევაში აქვს საპირისპირო მიმართულება პირველ დენით და იგივეა მეორე შემთხვევაში და გრძელდება მხოლოდ ერთი წამი.

ინდუქციურ დენებს, როგორც მყისიერად, მათი გამოჩენის შემდეგ მყისიერად ქრება, პრაქტიკული მნიშვნელობა არ ექნებოდათ, თუ ფარადეი არ იპოვნიდა გზას, გენიალური მოწყობილობის (კომუტატორის) დახმარებით, მუდმივად შეეწყვიტათ და კვლავ გაეტარებინათ ბატარეიდან გამომავალი პირველადი დენი. პირველი მავთული, რის გამოც მეორე მავთულში მუდმივად აღგზნებულია უფრო და უფრო მეტი ინდუქციური დენები, რითაც ხდება მუდმივი. ამრიგად, ნაპოვნი იქნა ელექტროენერგიის ახალი წყარო, გარდა ადრე ცნობილი (ხახუნის და ქიმიური პროცესების) - ინდუქციური და ამ ენერგიის ახალი ტიპი - ინდუქციური ელექტროენერგია.

ელექტრომაგნიტური ინდუქცია(ლათ. inductio - ხელმძღვანელობა) - მორევის ელექტრული ველის მონაცვლეობით მაგნიტური ველის წარმოქმნის ფენომენი. თუ დახურულ გამტარს შეჰყავთ ალტერნატიულ მაგნიტურ ველში, მაშინ მასში ელექტრული დენი გამოჩნდება. ამ დენის გარეგნობას ეწოდება დენის ინდუქცია, ხოლო თავად დენს - ინდუქციური.

ჩვენ უკვე ვიცით, რომ ელექტრული დენი, რომელიც მოძრაობს გამტარში, ქმნის მაგნიტურ ველს მის გარშემო. ამ ფენომენის საფუძველზე ადამიანმა გამოიგონა და ფართოდ იყენებს ელექტრომაგნიტების მრავალფეროვნებას. მაგრამ ჩნდება კითხვა: თუ ელექტრული მუხტები, მოძრავი, იწვევს მაგნიტური ველის გაჩენას, მაგრამ არ მუშაობს და პირიქით?

ანუ მაგნიტურმა ველმა შეიძლება გამოიწვიოს ელექტრული დენის გადინება გამტარში? 1831 წელს მაიკლ ფარადეიმ დაადგინა, რომ ელექტრული დენი წარმოიქმნება დახურულ გამტარ ელექტრულ წრეში, როდესაც იცვლება მაგნიტური ველი. ასეთ დენს ეწოდა ინდუქციური დენი, ხოლო დახურულ გამტარ წრეში დენის გაჩენის ფენომენს ამ წრეში შემავალი მაგნიტური ველის ცვლილებით ეწოდება ელექტრომაგნიტური ინდუქცია.

ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ფენომენი

თავად სახელწოდება "ელექტრომაგნიტური" შედგება ორი ნაწილისგან: "ელექტრო" და "მაგნიტური". ელექტრული და მაგნიტური ფენომენები განუყოფლად არის დაკავშირებული ერთმანეთთან. და თუ ელექტრული მუხტები, მოძრავი, ცვლის მაგნიტურ ველს მათ გარშემო, მაშინ მაგნიტური ველი იცვლება, ნებელ-უნებურად აიძულებს ელექტრული მუხტების მოძრაობას და წარმოქმნის ელექტრო დენს.

ამ შემთხვევაში, ეს არის ცვალებადი მაგნიტური ველი, რომელიც იწვევს ელექტრული დენის წარმოქმნას. მუდმივი მაგნიტური ველი არ გამოიწვევს ელექტრული მუხტების მოძრაობას და, შესაბამისად, არ წარმოიქმნება ინდუქციური დენი. ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ფენომენის უფრო დეტალური განხილვა, ფორმულების წარმოშობა და ელექტრომაგნიტური ინდუქციის კანონი ეხება მეცხრე კლასის კურსს.

ელექტრომაგნიტური ინდუქციის გამოყენება

ამ სტატიაში ვისაუბრებთ ელექტრომაგნიტური ინდუქციის გამოყენებაზე. მრავალი ძრავისა და დენის გენერატორის მუშაობა ეფუძნება ელექტრომაგნიტური ინდუქციის კანონების გამოყენებას. მათი მუშაობის პრინციპი საკმაოდ მარტივი გასაგებია.

მაგნიტური ველის ცვლილება შეიძლება გამოწვეული იყოს, მაგალითად, მაგნიტის გადაადგილებით. ამიტომ, თუ მაგნიტი გადაადგილდება დახურულ წრეში მესამე მხარის გავლენით, მაშინ ამ წრეში გამოჩნდება დენი. ასე რომ თქვენ შეგიძლიათ შექმნათ მიმდინარე გენერატორი.

თუ, პირიქით, მესამე მხარის წყაროდან დენი გადის წრედში, მაშინ მიკროსქემის შიგნით არსებული მაგნიტი დაიწყებს მოძრაობას ელექტრული დენის მიერ წარმოქმნილი მაგნიტური ველის გავლენის ქვეშ. ამ გზით შესაძლებელია ელექტროძრავის აწყობა.

ზემოთ აღწერილი დენის გენერატორები ელექტროსადგურებში მექანიკურ ენერგიას ელექტრო ენერგიად გარდაქმნის. მექანიკური ენერგია არის ქვანახშირის, დიზელის საწვავის, ქარის, წყლის და ა.შ. ელექტროენერგია მავთულხლართებით მიეწოდება მომხმარებლებს და იქ იგი კვლავ გარდაიქმნება მექანიკურ ენერგიად ელექტროძრავებში.

მტვერსასრუტების, თმის საშრობების, მიქსერების, გამაგრილებლების, ელექტრო ხორცსაკეპ მანქანების და მრავალი სხვა მოწყობილობის ელექტროძრავები, რომლებსაც ყოველდღიურად ვიყენებთ, ეფუძნება ელექტრომაგნიტური ინდუქციისა და მაგნიტური ძალების გამოყენებას. მრეწველობაში ამ იგივე ფენომენების გამოყენებაზე ლაპარაკი არ არის საჭირო, გასაგებია, რომ ის ყველგან არის გავრცელებული.

მაუწყებლობა. ალტერნატიული მაგნიტური ველი, რომელიც აღგზნებულია ცვალებადი დენით, ქმნის ელექტრულ ველს მიმდებარე სივრცეში, რომელიც თავის მხრივ აღაგზნებს მაგნიტურ ველს და ა.შ. ურთიერთწარმოქმნით ეს ველები ქმნიან ერთ ცვლად ელექტრომაგნიტურ ველს - ელექტრომაგნიტურ ტალღას. გაჩნდა იმ ადგილას, სადაც არის მავთული დენით, ელექტრომაგნიტური ველი ვრცელდება სივრცეში სინათლის სიჩქარით -300000 კმ/წმ.

მაგნიტოთერაპია.რადიოტალღებს, სინათლეს, რენტგენს და სხვა ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას სხვადასხვა ადგილი უკავია სიხშირის სპექტრში. ისინი, როგორც წესი, ხასიათდებიან მუდმივად ურთიერთდაკავშირებული ელექტრული და მაგნიტური ველებით.

სინქროფაზოტრონები.ამჟამად მაგნიტური ველი გაგებულია, როგორც მატერიის სპეციალური ფორმა, რომელიც შედგება დამუხტული ნაწილაკებისგან. თანამედროვე ფიზიკაში დამუხტული ნაწილაკების სხივები გამოიყენება ატომებში ღრმად შესაღწევად მათი შესასწავლად. ძალას, რომლითაც მაგნიტური ველი მოქმედებს მოძრავ დამუხტულ ნაწილაკზე, ეწოდება ლორენცის ძალას.

ნაკადის მრიცხველები - მრიცხველები. მეთოდი ეფუძნება ფარადეის კანონის გამოყენებას მაგნიტურ ველში გამტარებისთვის: მაგნიტურ ველში მოძრავი ელექტროგამტარი სითხის ნაკადში, EMF ინდუცირებულია ნაკადის სიჩქარის პროპორციულად, რომელიც ელექტრონულ ნაწილში გარდაიქმნება. ელექტრო ანალოგური / ციფრული სიგნალი.

DC გენერატორი.გენერატორის რეჟიმში მანქანის არმატურა ბრუნავს გარე მომენტის გავლენით. სტატორის პოლუსებს შორის არის მუდმივი მაგნიტური ნაკადი, რომელიც შეაღწევს არმატურას. არმატურის გრაგნილების გამტარები მოძრაობენ მაგნიტურ ველში და, შესაბამისად, მათში წარმოიქმნება EMF, რომლის მიმართულება შეიძლება განისაზღვროს „მარჯვენა ხელის“ წესით. ამ შემთხვევაში, დადებითი პოტენციალი ჩნდება ერთ ფუნჯზე მეორესთან შედარებით. თუ დატვირთვა დაკავშირებულია გენერატორის ტერმინალებთან, მაშინ მასში დენი შემოვა.

EMR ფენომენი ფართოდ გამოიყენება ტრანსფორმატორებში. მოდით განვიხილოთ ეს მოწყობილობა უფრო დეტალურად.

ტრანსფორმატორები.) - სტატიკური ელექტრომაგნიტური მოწყობილობა, რომელსაც აქვს ორი ან მეტი ინდუქციურად დაწყვილებული გრაგნილი და შექმნილია ელექტრომაგნიტური ინდუქციის საშუალებით ერთი ან მეტი ალტერნატიული დენის სისტემის ერთ ან რამდენიმე სხვა ალტერნატიული დენის სისტემად გადაქცევისთვის.

ინდუქციური დენის გაჩენა მბრუნავ წრეში და მისი გამოყენება.

ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ფენომენი გამოიყენება მექანიკური ენერგიის ელექტრო ენერგიად გადაქცევისთვის. ამ მიზნით გამოიყენება გენერატორები, მუშაობის პრინციპი

რომელიც შეიძლება განვიხილოთ ბრტყელი ჩარჩოს მაგალითზე, რომელიც ბრუნავს ერთგვაროვან მაგნიტურ ველში

მოდით ჩარჩო ბრუნავს ერთგვაროვან მაგნიტურ ველში (B = const) თანაბრად კუთხური სიჩქარით u = const.

მაგნიტური ნაკადი დაწყვილებულია ჩარჩოს ზონასთან S,დროის ნებისმიერ მომენტში ტუდრის

სადაც - ut- ჩარჩოს ბრუნვის კუთხე იმ დროს ტ(დასაწყისი არჩეულია ისე, რომ /. = 0-ზე არის a = 0).

როდესაც ჩარჩო ბრუნავს, მასში გამოჩნდება ცვლადი ინდუქციური emf

იცვლება დროთა განმავლობაში ჰარმონიული კანონის მიხედვით. EMF %" მაქსიმუმი ცოდვისას Wt= 1, ე.ი.

ამრიგად, თუ ერთგვაროვანში

თუ ჩარჩო ერთნაირად ბრუნავს მაგნიტურ ველში, მაშინ მასში წარმოიქმნება ცვლადი EMF, რომელიც იცვლება ჰარმონიული კანონის მიხედვით.

მექანიკური ენერგიის ელექტრო ენერგიად გარდაქმნის პროცესი შექცევადია. თუ დენი გადის მაგნიტურ ველში მოთავსებულ ჩარჩოში, მასზე იმოქმედებს ბრუნი და ჩარჩო დაიწყებს ბრუნვას. ეს პრინციპი ეფუძნება ელექტროძრავების მუშაობას, რომლებიც შექმნილია ელექტრო ენერგიის მექანიკურ ენერგიად გადაქცევისთვის.

ბილეთი 5.

მაგნიტური ველი მატერიაში.

ექსპერიმენტულმა კვლევებმა აჩვენა, რომ ყველა ნივთიერებას აქვს მაგნიტური თვისებები მეტ-ნაკლებად. თუ დენებით ორი შემობრუნება მოთავსებულია ნებისმიერ გარემოში, მაშინ იცვლება დენებს შორის მაგნიტური ურთიერთქმედების სიძლიერე. ეს გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ ნივთიერებაში ელექტრული დენებით შექმნილი მაგნიტური ველის ინდუქცია განსხვავდება იმავე დენებისაგან ვაკუუმში შექმნილი მაგნიტური ველის ინდუქციისგან.

ფიზიკურ რაოდენობას, რომელიც აჩვენებს რამდენჯერ განსხვავდება მაგნიტური ველის ინდუქცია ერთგვაროვან გარემოში აბსოლუტური მნიშვნელობით მაგნიტური ველის ინდუქციისგან ვაკუუმში, ეწოდება მაგნიტური გამტარიანობა:

ნივთიერებების მაგნიტური თვისებები განისაზღვრება ატომების ან ელემენტარული ნაწილაკების (ელექტრონები, პროტონები და ნეიტრონები) მაგნიტური თვისებებით, რომლებიც ქმნიან ატომებს. ახლა დადგენილია, რომ პროტონებისა და ნეიტრონების მაგნიტური თვისებები თითქმის 1000-ჯერ სუსტია, ვიდრე ელექტრონების მაგნიტური თვისებები. ამიტომ, ნივთიერებების მაგნიტურ თვისებებს ძირითადად ატომების შემადგენელი ელექტრონები განსაზღვრავენ.

ნივთიერებები ძალიან მრავალფეროვანია მათი მაგნიტური თვისებებით. უმეტეს ნივთიერებებში ეს თვისებები სუსტად არის გამოხატული. სუსტი მაგნიტური ნივთიერებები იყოფა ორ დიდ ჯგუფად - პარამაგნიტები და დიამაგნიტები. ისინი განსხვავდებიან იმით, რომ გარე მაგნიტურ ველში შეყვანისას, პარამაგნიტური ნიმუშები მაგნიტიზებულია ისე, რომ მათი საკუთარი მაგნიტური ველი აღმოჩნდება მიმართული გარე ველის გასწვრივ, ხოლო დიამაგნიტური ნიმუშები მაგნიტირდება გარე ველის წინააღმდეგ. ამიტომ პარამაგნიტებისთვის μ > 1 და დიამაგნიტებისთვის μ< 1. Отличие μ от единицы у пара- и диамагнетиков чрезвычайно мало. Например, у алюминия, который относится к парамагнетикам, μ – 1 ≈ 2,1·10–5, у хлористого железа (FeCl3) μ – 1 ≈ 2,5·10–3. К парамагнетикам относятся также платина, воздух и многие другие вещества. К диамагнетикам относятся медь (μ – 1 ≈ –3·10–6), вода (μ – 1 ≈ –9·10–6), висмут (μ – 1 ≈ –1,7·10–3) и другие вещества. Образцы из пара- и диамагнетика, помещенные в неоднородное магнитное поле между полюсами электромагнита, ведут себя по-разному – парамагнетики втягиваются в область сильного поля, диамагнетики – выталкиваются (рис. 1.19.1).

მაგნიტოსტატიკის პრობლემები მატერიაში.

მატერიის მაგნიტური მახასიათებლები - მაგნიტიზაციის ვექტორი, მაგნიტური

ნივთიერების მგრძნობელობა და მაგნიტური გამტარიანობა.

მაგნიტიზაციის ვექტორი - ელემენტარული მოცულობის მაგნიტური მომენტი, რომელიც გამოიყენება მატერიის მაგნიტური მდგომარეობის აღსაწერად. მაგნიტური ველის ვექტორის მიმართულების მიმართ გამოიყოფა გრძივი მაგნიტიზაცია და განივი მაგნიტიზაცია. განივი მაგნიტიზაცია აღწევს მნიშვნელოვან მნიშვნელობებს ანიზოტროპულ მაგნიტებში და ახლოს არის ნულთან იზოტროპულ მაგნიტებში. ამრიგად, ამ უკანასკნელში შესაძლებელია მაგნიტიზაციის ვექტორის გამოხატვა მაგნიტური ველის სიძლიერის და კოეფიციენტის x-ის მიხედვით, რომელსაც ეწოდება მაგნიტური მგრძნობელობა:

მაგნიტური მგრძნობელობა- ფიზიკური სიდიდე, რომელიც ახასიათებს ნივთიერების მაგნიტურ მომენტს (მაგნიტიზაციას) და ამ ნივთიერების მაგნიტურ ველს შორის ურთიერთობას.

მაგნიტური გამტარიანობა -ფიზიკური სიდიდე, რომელიც ახასიათებს ურთიერთობას მაგნიტურ ინდუქციასა და მაგნიტური ველის სიძლიერეს შორის ნივთიერებაში.

ჩვეულებრივ აღინიშნება ბერძნული ასოებით. ეს შეიძლება იყოს სკალარი (იზოტროპული ნივთიერებებისთვის) ან ტენსორი (ანიზოტროპული ნივთიერებებისთვის).

ზოგადად, ის შემოღებულია როგორც ტენზორი შემდეგნაირად:

ბილეთი 6.

მაგნიტების კლასიფიკაცია

მაგნიტებინივთიერებებს უწოდებენ, რომლებსაც შეუძლიათ შეიძინონ საკუთარი მაგნიტური ველი გარე მაგნიტურ ველში, ანუ მაგნიტიზდნენ. მატერიის მაგნიტური თვისებები განისაზღვრება ელექტრონების და მატერიის ატომების (მოლეკულების) მაგნიტური თვისებებით. მაგნიტური თვისებების მიხედვით, მაგნიტები იყოფა სამ ძირითად ჯგუფად: დიამაგნიტები, პარამაგნიტები და ფერომაგნიტები.

1. მაგნიტები წრფივი დამოკიდებულებით:

1) პარამაგნიტები - ნივთიერებები, რომლებიც სუსტად მაგნიტიზებულია მაგნიტურ ველში და შედეგად მიღებული ველი პარამაგნიტებში უფრო ძლიერია ვიდრე ვაკუუმში, პარამაგნიტების მაგნიტური გამტარიანობა m\u003e 1; ასეთ თვისებებს ფლობს ალუმინი, პლატინა, ჟანგბადი და ა.შ.

პარამაგნიტები ,

2) დიამაგნიტები - ნივთიერებები, რომლებიც სუსტად მაგნიტიზებულია ველის მიმართ, ანუ დიამაგნიტებში ველი უფრო სუსტია ვიდრე ვაკუუმში, მაგნიტური გამტარიანობა m.< 1. К диамагнетикам относятся медь, серебро, висмут и др.;

დიამაგნიტები ;

არაწრფივი დამოკიდებულებით:

3) ფერომაგნიტები - ნივთიერებები, რომლებიც შეიძლება ძლიერ მაგნიტიზდეს მაგნიტურ ველში. ეს არის რკინა, კობალტი, ნიკელი და ზოგიერთი შენადნობები. 2.

ფერომაგნიტები.

დამოკიდებულია ფონზე და არის დაძაბულობის ფუნქცია; არსებობს ჰისტერეზი.

და მას შეუძლია მიაღწიოს მაღალ მნიშვნელობებს პარა- და დიამაგნიტებთან შედარებით.

ჯამური დენის კანონი მატერიაში მაგნიტური ველისთვის (ბ ვექტორის ცირკულაციის თეორემა)

სადაც I და I "შესაბამისად არის მაკროდენის (გამტარობის დენები) და მიკროდინების (მოლეკულური დენები) ალგებრული ჯამები, რომლებიც დაფარულია თვითნებური დახურული მარყუჟით L. ამრიგად, B მაგნიტური ინდუქციის ვექტორის მიმოქცევა თვითნებური დახურული მარყუჟის გასწვრივ უდრის. ამით დაფარული გამტარი დენებისა და მოლეკულური დენების ალგებრული ჯამი. ამგვარად, ვექტორი B ახასიათებს მიღებულ ველს, რომელიც შექმნილ იქნა როგორც მაკროსკოპული დენებით გამტარებლებში (გამტარობის დენები), ისე მიკროსკოპული დენებით მაგნიტებში, ამიტომ მაგნიტური ინდუქციის ვექტორის B ხაზებს არ აქვთ წყაროები და დახურულია.

მაგნიტური ველის ინტენსივობის ვექტორი და მისი ცირკულაცია.

მაგნიტური ველის სიძლიერე - (სტანდარტული აღნიშვნა H) არის ვექტორული ფიზიკური სიდიდე, რომელიც უდრის სხვაობას მაგნიტური ინდუქციის ვექტორს B და მაგნიტიზაციის ვექტორს M შორის.

SI-ში: სად არის მაგნიტური მუდმივი

პირობები ორ მედიას შორის ინტერფეისზე

ვექტორებს შორის ურთიერთობის შესწავლა ედა დორ ჰომოგენურ იზოტროპულ დიელექტრიკს შორის (რომელთა ნებადართულია ε1 და ε2) შუალედში. საზღვარზე უფასო გადასახადების არარსებობის შემთხვევაში.

ვექტორის პროგნოზების შეცვლა ევექტორული პროგნოზები დ, გაყოფილი ε 0 ε-ზე, მივიღებთ

ორ დიელექტრიკას შორის შუალედზე უმნიშვნელო სიმაღლის სწორი ცილინდრის აგება (ნახ. 2); ცილინდრის ერთი საფუძველი პირველ დიელექტრიკშია, მეორე კი მეორეში. ΔS-ის ფუძეები იმდენად მცირეა, რომ თითოეულ მათგანში ვექტორია დიგივე. გაუსის თეორემის მიხედვით ელექტროსტატიკური ველის შესახებ დიელექტრიკულში

(ნორმალური ნდა n"ცილინდრის ფუძის საპირისპიროდ). Ამიტომაც

ვექტორის პროგნოზების შეცვლა დვექტორული პროგნოზები ე, გამრავლებული ε 0 ε-ზე, ვიღებთ

ამრიგად, ორ დიელექტრიკულ მედიას შორის ინტერფეისის გავლისას, ვექტორის ტანგენციალური კომპონენტი ე(Е τ) და ვექტორის ნორმალური კომპონენტი დ(D n) იცვლება მუდმივად (არ განიცდიან ნახტომს) და ვექტორის ნორმალური კომპონენტი ე(E n) და ვექტორის ტანგენციალური კომპონენტი დ(D τ) განიცდიან ნახტომს.

(1) - (4) პირობებიდან შემადგენელი ვექტორებისთვის ედა დჩვენ ვხედავთ, რომ ამ ვექტორების ხაზები განიცდიან რღვევას (რეფრაქციას). ვნახოთ, როგორ არის დაკავშირებული α 1 და α 2 კუთხეები (ნახ. 3 α 1 > α 2). (1) და (4) გამოყენებით, Е τ2 = Е τ1 და ε 2 E n2 = ε 1 E n1 . დავშალოთ ვექტორები E 1და E 2ინტერფეისზე ტანგენციალურ და ნორმალურ კომპონენტებად. ნახ. 3 ჩვენ ამას ვხედავთ

ზემოთ დაწერილი პირობების გათვალისწინებით ვხვდებით დაძაბულობის ხაზების გარდატეხის კანონს ე(და აქედან გამომდინარე გადაადგილების ხაზები დ)

ამ ფორმულიდან შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ დიელექტრიკის უფრო მაღალი გამშვებობის მქონე ხაზების შეყვანისას ედა დმოშორება ნორმალურს.

ბილეთი 7.

ატომებისა და მოლეკულების მაგნიტური მომენტები.

მაგნიტურ მომენტს ფლობენ ელემენტარული ნაწილაკები, ატომის ბირთვები, ატომებისა და მოლეკულების ელექტრონული გარსები. ელემენტარული ნაწილაკების (ელექტრონები, პროტონები, ნეიტრონები და სხვა) მაგნიტური მომენტი, როგორც კვანტური მექანიკა გვიჩვენებს, განპირობებულია საკუთარი მექანიკური მომენტის - სპინის არსებობით. ბირთვების მაგნიტური მომენტი შედგება პროტონებისა და ნეიტრონების საკუთარი (სპინი) მაგნიტური მომენტისგან, რომლებიც ქმნიან ამ ბირთვებს, ისევე როგორც მაგნიტური მომენტი, რომელიც დაკავშირებულია ბირთვის შიგნით მათ ორბიტალურ მოძრაობასთან. ატომებისა და მოლეკულების ელექტრონული გარსების მაგნიტური მომენტი შედგება ელექტრონების სპინისა და ორბიტალური მაგნიტური მომენტისგან. ელექტრონის msp-ის სპინის მაგნიტურ მომენტს შეიძლება ჰქონდეს ორი თანაბარი და საპირისპიროდ მიმართული პროექცია გარე მაგნიტური ველის H მიმართულებით. პროექციის აბსოლუტური მნიშვნელობა

სადაც mb = (9.274096 ±0.000065) 10-21ერგ/გს - ბორის მაგნეტონი, სადაც h - პლანკის მუდმივი, e და me - ელექტრონის მუხტი და მასა, c - სინათლის სიჩქარე; SH არის სპინის მექანიკური მომენტის პროექცია H ველის მიმართულებით. სპინის მაგნიტური მომენტის აბსოლუტური მნიშვნელობა

მაგნიტების ტიპები.

მაგნიტური, მაგნიტური თვისებების მქონე ნივთიერება, რომელიც განისაზღვრება საკუთარი ან გარე მაგნიტური ველის მიერ გამოწვეული მაგნიტური მომენტების არსებობით, აგრეთვე მათ შორის ურთიერთქმედების ხასიათით. არსებობს დიამაგნიტები, რომლებშიც გარე მაგნიტური ველი ქმნის შედეგად მაგნიტურ მომენტს, რომელიც მიმართულია გარე ველის საწინააღმდეგოდ, და პარამაგნიტები, რომლებშიც ეს მიმართულებები ემთხვევა.

დიამაგნიტები- ნივთიერებები, რომლებიც მაგნიტიზებულია გარე მაგნიტური ველის მიმართულების საწინააღმდეგოდ. გარე მაგნიტური ველის არარსებობის შემთხვევაში, დიამაგნიტები არამაგნიტურია. გარე მაგნიტური ველის მოქმედებით, დიამაგნიტის თითოეული ატომი იძენს მაგნიტურ მომენტს I (და ნივთიერების თითოეული მოლი იძენს მთლიან მაგნიტურ მომენტს), რომელიც პროპორციულია H მაგნიტური ინდუქციისა და მიმართულია ველისკენ.

პარამაგნიტები- ნივთიერებები, რომლებიც მაგნიტიზებულია გარე მაგნიტურ ველში გარე მაგნიტური ველის მიმართულებით. პარამაგნიტები სუსტად მაგნიტური ნივთიერებებია, მაგნიტური გამტარიანობა ოდნავ განსხვავდება ერთიანობისგან.

პარამაგნიტის ატომებს (მოლეკულებს ან იონებს) აქვთ საკუთარი მაგნიტური მომენტები, რომლებიც, გარე ველების მოქმედებით, ორიენტირებულია ველის გასწვრივ და ამით ქმნის შედეგად ველს, რომელიც აღემატება გარეს. პარამაგნიტები იწევს მაგნიტურ ველში. გარე მაგნიტური ველის არარსებობის შემთხვევაში, პარამაგნიტი არ არის მაგნიტიზებული, რადგან თერმული მოძრაობის გამო, ატომების შინაგანი მაგნიტური მომენტები ორიენტირებულია სრულიად შემთხვევით.

ორბიტალური მაგნიტური და მექანიკური მომენტები.

ატომში ელექტრონი მოძრაობს ბირთვის გარშემო. კლასიკურ ფიზიკაში წერტილის მოძრაობა წრის გასწვრივ შეესაბამება კუთხის იმპულსს L=mvr, სადაც m არის ნაწილაკის მასა, v არის მისი სიჩქარე, r არის ტრაექტორიის რადიუსი. კვანტურ მექანიკაში ეს ფორმულა გამოუსადეგარია, რადგან რადიუსიც და სიჩქარეც განუსაზღვრელია (იხ. „გაურკვევლობის მიმართება“). მაგრამ თავად კუთხოვანი იმპულსის სიდიდე არსებობს. როგორ განვსაზღვროთ იგი? წყალბადის ატომის კვანტური მექანიკური თეორიიდან გამომდინარეობს, რომ ელექტრონის კუთხური იმპულსის მოდულს შეუძლია მიიღოს შემდეგი დისკრეტული მნიშვნელობები:

სადაც l არის ეგრეთ წოდებული ორბიტალური კვანტური რიცხვი, l = 0, 1, 2, … n-1. ამრიგად, ელექტრონის კუთხური იმპულსი, ისევე როგორც ენერგია, კვანტიზებულია, ე.ი. იღებს დისკრეტულ მნიშვნელობებს. გაითვალისწინეთ, რომ l (l >>1) კვანტური რიცხვის დიდი მნიშვნელობებისთვის, განტოლება (40) იღებს ფორმას. ეს სხვა არაფერია, თუ არა ნ. ბორის ერთ-ერთი პოსტულატი.

წყალბადის ატომის კვანტური მექანიკური თეორიიდან გამომდინარეობს კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი დასკვნა: ელექტრონის კუთხური იმპულსის პროექცია z სივრცეში რომელიმე მოცემულ მიმართულებაზე (მაგალითად, მაგნიტური ან ელექტრული ველის ხაზების მიმართულებაზე) ასევე კვანტიზებულია წესი:

სადაც m = 0, ± 1, ± 2, …± l არის ეგრეთ წოდებული მაგნიტური კვანტური რიცხვი.

ბირთვის გარშემო მოძრავი ელექტრონი არის ელემენტარული წრიული ელექტრული დენი. ეს დენი შეესაბამება pm მაგნიტურ მომენტს. ცხადია, ის პროპორციულია მექანიკური კუთხური იმპულსის L. ელექტრონის მაგნიტური მომენტის pm შეფარდება მექანიკურ კუთხურ იმპულს L-სთან გირომაგნიტური თანაფარდობა ეწოდება. ელექტრონისთვის წყალბადის ატომში

მინუს ნიშანი მიუთითებს, რომ მაგნიტური და მექანიკური მომენტების ვექტორები მიმართულია საპირისპირო მიმართულებით). აქედან შეგიძლიათ იპოვოთ ელექტრონის ეგრეთ წოდებული ორბიტალური მაგნიტური მომენტი:

ჰიდრომაგნიტური ურთიერთობა.

ბილეთი 8.

ატომი გარე მაგნიტურ ველში. ატომში ელექტრონის ორბიტის სიბრტყის პრეცესია.

როდესაც ატომი შედის მაგნიტურ ველში ინდუქციით, ელექტრონი, რომელიც მოძრაობს ორბიტაზე, რომელიც ეკვივალენტურია დახურული წრედის დენით, გავლენას ახდენს ძალების მომენტით:

ელექტრონის ორბიტალური მაგნიტური მომენტის ვექტორი ანალოგიურად იცვლება:

,

(6.2.3)

აქედან გამომდინარეობს, რომ ვექტორები და , და თავად ორბიტა პრეცესებივექტორის მიმართულების ირგვლივ. ნახაზი 6.2 გვიჩვენებს ელექტრონის პრეცესიულ მოძრაობას და მის ორბიტალურ მაგნიტურ მომენტს, ასევე ელექტრონის დამატებით (პრეცესიულ) მოძრაობას.

ამ პრეცესიას ე.წ ლარმორის პრეცესია . ამ პრეცესიის კუთხური სიჩქარე დამოკიდებულია მხოლოდ მაგნიტური ველის ინდუქციაზე და ემთხვევა მას მიმართულებით.

,

(6.2.4)

ინდუცირებული ორბიტალური მაგნიტური მომენტი.

ლარმორის თეორემა:ატომში ელექტრონის ორბიტაზე მაგნიტური ველის გავლენის ერთადერთი შედეგია ორბიტისა და ვექტორის პრეცესია - ელექტრონის ორბიტალური მაგნიტური მომენტი ატომის ბირთვში გამავალი ღერძის გარშემო კუთხური სიჩქარით. მაგნიტური ველის ინდუქციის ვექტორის პარალელურად.

ატომში ელექტრონის ორბიტის პრეცესია იწვევს დამატებითი ორბიტალური დენის გამოჩენას, რომელიც მიმართულია დენის საწინააღმდეგოდ. მე:

სად არის ელექტრონის ორბიტის პროექციის ფართობი ვექტორის პერპენდიკულარულ სიბრტყეზე. მინუს ნიშანი ამბობს, რომ ის ვექტორის საპირისპიროა. მაშინ ატომის მთლიანი ორბიტალური იმპულსი არის:

,

დიამაგნიტური ეფექტი.

დიამაგნიტური ეფექტი არის ეფექტი, რომლის დროსაც ატომების მაგნიტური ველების კომპონენტები იკრიბებიან და ქმნიან ნივთიერების საკუთარ მაგნიტურ ველს, რაც ასუსტებს გარე მაგნიტურ ველს.

ვინაიდან დიამაგნიტური ეფექტი განპირობებულია გარე მაგნიტური ველის მოქმედებით ნივთიერების ატომების ელექტრონებზე, დიამაგნეტიზმი დამახასიათებელია ყველა ნივთიერებისთვის.

დიამაგნიტური ეფექტი ხდება ყველა ნივთიერებაში, მაგრამ თუ ნივთიერების მოლეკულებს აქვთ საკუთარი მაგნიტური მომენტები, რომლებიც ორიენტირებულია გარე მაგნიტური ველის მიმართულებით და აძლიერებს მას, მაშინ დიამაგნიტური ეფექტი იბლოკება უფრო ძლიერი პარამაგნიტური ეფექტით და ნივთიერება. აღმოჩნდება პარამაგნიტი.

დიამაგნიტური ეფექტი ხდება ყველა ნივთიერებაში, მაგრამ თუ ნივთიერების მოლეკულებს აქვთ საკუთარი მაგნიტური მომენტები, რომლებიც ორიენტირებულია გარე მაგნიტური ველის მიმართულებით და ზრდის erOj-ს, მაშინ დიამაგნიტური ეფექტი გადაფარავს უფრო ძლიერ პარამაგნიტურ ეფექტს და ნივთიერებას. აღმოჩნდება პარამაგნიტი.

ლარმორის თეორემა.

თუ ატომი მოთავსებულია გარე მაგნიტურ ველში ინდუქციით (ნახ. 12.1), მაშინ ორბიტაზე მოძრავ ელექტრონზე გავლენას მოახდენს ძალების ბრუნვის მომენტი, რომელიც ცდილობს დაადგინოს ელექტრონის მაგნიტური მომენტი მაგნიტური ველის მიმართულებით. ხაზები (მექანიკური მომენტი - მოედანზე).

ბილეთი 9

9.ძლიერად მაგნიტური ნივთიერებები - ფერომაგნიტები- ნივთიერებები სპონტანური მაგნიტიზაციით, ანუ ისინი მაგნიტიზებულია გარე მაგნიტური ველის არარსებობის შემთხვევაშიც კი. მათი მთავარი წარმომადგენლის გარდა, რკინა, ფერომაგნიტები მოიცავს, მაგალითად, კობალტს, ნიკელს, გადოლინიუმს, მათ შენადნობებსა და ნაერთებს.

ფერომაგნიტებისთვის, დამოკიდებულება ჯდან ჰსაკმაოდ რთული. როგორც ადგები ჰმაგნიტიზაცია ჯჯერ სწრაფად იზრდება, შემდეგ უფრო ნელა და ბოლოს, ე.წ მაგნიტური გაჯერებაჯჩვენ, აღარ არის დამოკიდებული ველის სიძლიერეზე.

მაგნიტური ინდუქცია AT=მ 0 ( H+J) სუსტ მინდვრებში მატებასთან ერთად სწრაფად იზრდება ჰგაზრდის გამო ჯ, მაგრამ ძლიერ ველებში, რადგან მეორე წევრი მუდმივია ( ჯ=ჯჩვენ), ATმატებასთან ერთად იზრდება ჰწრფივი კანონის მიხედვით.

ფერომაგნიტების არსებითი მახასიათებელია არა მხოლოდ მ-ის დიდი მნიშვნელობები (მაგალითად, რკინისთვის - 5000), არამედ მ-ის დამოკიდებულებაც. ჰ. თავდაპირველად, m იზრდება მატებასთან ერთად H,შემდეგ, მიაღწია მაქსიმუმს, ის იწყებს კლებას, მიდრეკილია 1-მდე ძლიერი ველების შემთხვევაში (m= ბ/(მ 0 H)= 1+J/N,ასე როდის ჯ=ჯ us = ზრდასთან ერთად ჰდამოკიდებულება J/H->0 და მ.->1).

ფერომაგნიტების დამახასიათებელი თვისებაა აგრეთვე ის, რომ მათთვის დამოკიდებულებაა ჯდან ჰ(და შესაბამისად, და ბდან თ)განისაზღვრება ფერომაგნიტის დამაგნიტების პრეისტორიით. ეს ფენომენი დასახელდა მაგნიტური ჰისტერეზი.თუ თქვენ მაგნიტიზირებთ ფერომაგნიტს გაჯერებამდე (წერტილი 1 , ბრინჯი. 195) და შემდეგ დაიწყეთ დაძაბულობის შემცირება ჰმაგნიტირების ველი, შემდეგ, როგორც გამოცდილება გვიჩვენებს, მცირდება ჯაღწერილია მრუდით 1 -2, მრუდის ზემოთ 1 -0. ზე ჰ=0 ჯნულისაგან განსხვავებული, ე.ი. დაფიქსირდა ფერომაგნიტში ნარჩენი მაგნიტიზაციაჯკ.ნარჩენი მაგნიტიზაციის არსებობა დაკავშირებულია არსებობასთან მუდმივი მაგნიტები.მაგნიტიზაცია ქრება ველის მოქმედებით H C,ველის საწინააღმდეგო მიმართულების მქონე, რამაც გამოიწვია მაგნიტიზაცია.

დაძაბულობა H Cდაურეკა იძულებითი ძალა.

საპირისპირო ველის შემდგომი ზრდით, ფერომაგნიტი ხელახლა მაგნიტიზებულია (მრუდი 3-4), და H=-H-ზე მივაღწევთ სატურაციას (წერტილი 4). შემდეგ შესაძლებელია ფერომაგნიტის ხელახლა დემაგნეტიზაცია (მრუდი 4-5 -6) და ხელახლა მაგნიტიზაცია გაჯერებამდე (მრუდი 6- 1 ).

ამრიგად, ფერომაგნიტზე ალტერნატიული მაგნიტური ველის მოქმედებით, მაგნიტიზაცია J იცვლება მრუდის შესაბამისად. 1 -2-3-4-5-6-1, რომელსაც ქვია ჰისტერეზის მარყუჟი. ჰისტერეზი იწვევს იმ ფაქტს, რომ ფერომაგნიტის მაგნიტიზაცია არ არის H-ის ერთმნიშვნელოვანი ფუნქცია, ანუ იგივე მნიშვნელობა. ჰემთხვევა მრავალ მნიშვნელობას ჯ.

სხვადასხვა ფერომაგნიტები იძლევა სხვადასხვა ჰისტერეზის მარყუჟებს. ფერომაგნიტებიდაბალი (რამდენიმე მეათასედიდან 1-2 ა/სმ-მდე) იძულებითი ძალით H C(ვიწრო ჰისტერეზის მარყუჟით) ე.წ რბილი,დიდი (რამდენიმე ათიდან რამდენიმე ათას ამპერამდე სანტიმეტრზე) იძულებითი ძალით (ფართო ჰისტერეზის მარყუჟით) - მკაცრი.რაოდენობები H C, ჯ oc და m max განსაზღვრავს ფერომაგნიტების გამოყენებადობას სხვადასხვა პრაქტიკული მიზნებისთვის. ასე რომ, მყარი ფერომაგნიტები (მაგალითად, ნახშირბადის და ვოლფრამის ფოლადები) გამოიყენება მუდმივი მაგნიტების დასამზადებლად, ხოლო რბილი (მაგალითად, რბილი რკინა, რკინა-ნიკელის შენადნობი) გამოიყენება ტრანსფორმატორის ბირთვების დასამზადებლად.

ფერომაგნიტებს აქვთ კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი თვისება: თითოეული ფერომაგნიტისთვის არის გარკვეული ტემპერატურა, ე.წ კური წერტილი,რომლის დროსაც იგი კარგავს თავის მაგნიტურ თვისებებს. როდესაც ნიმუში თბება კურიის წერტილის ზემოთ, ფერომაგნიტი გარდაიქმნება ჩვეულებრივ პარამაგნიტად.

ფერომაგნიტების დამაგნიტიზაციის პროცესს თან ახლავს მისი წრფივი ზომებისა და მოცულობის ცვლილება. ეს ფენომენი დასახელდა მაგნიტოსტრიქცია.

ფერომაგნეტიზმის ბუნება.ვაისის იდეების თანახმად, ფერომაგნიტებს კიურის წერტილის ქვემოთ მდებარე ტემპერატურაზე აქვთ სპონტანური მაგნიტიზაცია, მიუხედავად გარე მაგნიტიზებული ველის არსებობისა. თუმცა, სპონტანური მაგნიტიზაცია აშკარად ეწინააღმდეგება იმ ფაქტს, რომ ბევრი ფერომაგნიტური მასალა, თუნდაც კიურის წერტილის ქვემოთ ტემპერატურაზე, არ არის მაგნიტიზებული. ამ წინააღმდეგობის აღმოსაფხვრელად ვაისმა წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომლის მიხედვითაც ფერომაგნიტი კიურის წერტილის ქვემოთ იყოფა დიდი რაოდენობით მცირე მაკროსკოპულ რეგიონებად - დომენები,სპონტანურად მაგნიტირდება გაჯერებამდე.

გარე მაგნიტური ველის არარსებობის შემთხვევაში, ცალკეული დომენების მაგნიტური მომენტები შემთხვევით არის ორიენტირებული და ანაზღაურებს ერთმანეთს, ამიტომ ფერომაგნიტის მაგნიტური მომენტი ნულის ტოლია და ფერომაგნიტი არ არის მაგნიტიზებული. გარე მაგნიტური ველი ველის გასწვრივ ორიენტირებს არა ცალკეული ატომების მაგნიტურ მომენტებს, როგორც ეს პარამაგნიტების შემთხვევაშია, არამედ სპონტანური მაგნიტიზაციის მთელ რეგიონებში. ამიტომ ზრდასთან ერთად ჰმაგნიტიზაცია ჯდა მაგნიტური ინდუქცია ATუკვე საკმაოდ სუსტ სფეროებში იზრდება ძალიან სწრაფად. ამითაც აიხსნება მ ფერომაგნიტები მაქსიმალურ მნიშვნელობამდე სუსტ ველებში. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ B-ის დამოკიდებულება R-ზე არ არის ისეთი გლუვი, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 193, მაგრამ აქვს საფეხურიანი ხედი. ეს მიუთითებს იმაზე, რომ ფერომაგნიტის შიგნით დომენები გადახტომით ბრუნდებიან ველზე.

როდესაც გარე მაგნიტური ველი დასუსტებულია ნულამდე, ფერომაგნიტები ინარჩუნებენ ნარჩენ დამაგნიტიზაციას, რადგან თერმული მოძრაობა არ შეუძლია სწრაფად მოახდინოს დეზორიენტირება ისეთი დიდი წარმონაქმნების მაგნიტური მომენტები, როგორიცაა დომენები. ამიტომ შეინიშნება მაგნიტური ჰისტერეზის ფენომენი (სურ. 195). ფერომაგნიტის დემაგნიტიზაციის მიზნით, უნდა იქნას გამოყენებული იძულებითი ძალა; ფერომაგნიტის შერყევა და გათბობა ასევე ხელს უწყობს დემაგნიტიზაციას. კურიის წერტილი აღმოჩნდება ტემპერატურა, რომლის ზემოთაც ხდება დომენის სტრუქტურის განადგურება.

ფერომაგნიტებში დომენების არსებობა ექსპერიმენტულად დადასტურდა. მათი დაკვირვების პირდაპირი ექსპერიმენტული მეთოდია ფხვნილის ფიგურის მეთოდი.წვრილი ფერომაგნიტური ფხვნილის (მაგალითად, მაგნეტიტის) წყალხსნარი გამოიყენება ფერომაგნიტის საგულდაგულოდ გაპრიალებულ ზედაპირზე. ნაწილაკები ძირითადად დგანან მაგნიტური ველის მაქსიმალური არაერთგვაროვნების ადგილებში, ანუ დომენებს შორის საზღვრებზე. ამიტომ, დასახლებული ფხვნილი ასახავს დომენების საზღვრებს და მსგავსი სურათის გადაღება შესაძლებელია მიკროსკოპის ქვეშ. დომენების ხაზოვანი ზომები აღმოჩნდა 10 -4 -10 -2 სმ.

ტრანსფორმატორების მუშაობის პრინციპი, რომელიც გამოიყენება ალტერნატიული დენის ძაბვის გაზრდის ან შესამცირებლად, ეფუძნება ურთიერთინდუქციის ფენომენს.

პირველადი და მეორადი ხვეულები (გრიგლები), რომლებსაც აქვთ შესაბამისად ნ 1 და ნ 2 ბრუნი, დამონტაჟებულია დახურულ რკინის ბირთვზე. ვინაიდან პირველადი გრაგნილის ბოლოები დაკავშირებულია ცვლადი ძაბვის წყაროსთან emf-ით. ξ 1 , შემდეგ მასში ჩნდება ალტერნატიული დენი მე 1 , ტრანსფორმატორის ბირთვში F ალტერნატიული მაგნიტური ნაკადის შექმნა, რომელიც თითქმის მთლიანად ლოკალიზებულია რკინის ბირთვში და, შესაბამისად, თითქმის მთლიანად აღწევს მეორადი გრაგნილის მოხვევებში. ამ ნაკადის ცვლილება იწვევს ემფ-ის გამოჩენას მეორად გრაგნილში. ურთიერთინდუქცია, ხოლო პირველადში - ემფ. თვითინდუქცია.

მიმდინარე მე 1 პირველადი გრაგნილი განისაზღვრება Ohm-ის კანონის მიხედვით: სად რ 1 არის პირველადი გრაგნილის წინააღმდეგობა. Ძაბვის ვარდნა მე 1 რ 1 წინააღმდეგობაზე რ 1 სწრაფად ცვალებადი ველებისთვის მცირეა ორივე emfs-თან შედარებით, ამიტომ . ემფ ორმხრივი ინდუქცია, რომელიც ხდება მეორად გრაგნილში,

ჩვენ ამას მივიღებთ ემფ, წარმოიქმნება მეორად გრაგნილში, სადაც მინუს ნიშანი აჩვენებს, რომ ემფ. პირველად და მეორად გრაგნილებში საპირისპიროა ფაზაში.

ბრუნთა რაოდენობის თანაფარდობა ნ 2 /ნ 1 , აჩვენებს რამდენჯერ ემფ. მეტი (ან ნაკლები) ტრანსფორმატორის მეორად გრაგნილში, ვიდრე პირველადში ეწოდება ტრანსფორმაციის კოეფიციენტი.

ენერგიის დანაკარგების უგულებელყოფით, რომლებიც თანამედროვე ტრანსფორმატორებში არ აღემატება 2%-ს და ძირითადად ასოცირდება გრაგნილებში ჯოულის სითბოს გამოყოფასთან და მორევის დენების გაჩენასთან და ენერგიის დაზოგვის კანონის გამოყენებით, შეგვიძლია დავწეროთ, რომ დენის სიმძლავრეები ორივე ტრანსფორმატორში. გრაგნილები თითქმის იგივეა: ξ 2 მე 2 »ξ 1 მე 1 , იპოვეთ ξ 2 /ξ 1 = მე 1 /მე 2 = ნ 2 /ნ 1, ანუ გრაგნილებში დენები უკუპროპორციულია ამ გრაგნილების ბრუნვის რაოდენობის.

Თუ ნ 2 /ნ 1 >1, მაშინ საქმე გვაქვს გაძლიერების ტრანსფორმატორი, emf ცვლადის გაზრდა. და დენის შემცირება (გამოიყენება, მაგალითად, ელექტროენერგიის დიდ დისტანციებზე გადასაცემად, რადგან ამ შემთხვევაში ჯოულის სითბოს დანაკარგები, დენის სიძლიერის კვადრატის პროპორციულად, მცირდება); თუ N 2 /ნ 1 <1, მაშინ საქმე გვაქვს ჩამოსასვლელი ტრანსფორმატორი,ემფ-ის შემცირება. და მზარდი დენი (გამოიყენება, მაგალითად, ელექტრო შედუღებისას, რადგან ის მოითხოვს დიდ დენს დაბალი ძაბვის დროს).

ტრანსფორმატორი ერთი გრაგნილით ე.წ ავტოტრანსფორმატორი.გამაძლიერებელი ავტოტრანსფორმატორის შემთხვევაში ე.მ.ფ. მიეწოდება გრაგნილის ნაწილს, ხოლო მეორადი ემფ. ამოღებულია მთელი გრაგნილიდან. ქვევით ავტოტრანსფორმატორში ქსელის ძაბვა გამოიყენება მთელ გრაგნილზე, ხოლო მეორადი ემფ. ამოღებულია გრაგნილიდან.

11. ჰარმონიული რყევა - სიდიდის პერიოდული ცვლილების ფენომენი, რომლის დროსაც არგუმენტზე დამოკიდებულებას აქვს სინუსური ან კოსინუსური ფუნქციის ხასიათი. მაგალითად, რაოდენობა, რომელიც იცვლება დროში შემდეგნაირად, ჰარმონიულად მერყეობს:

ან, სადაც x არის ცვალებადი სიდიდის მნიშვნელობა, t არის დრო, დარჩენილი პარამეტრები მუდმივია: A არის რხევების ამპლიტუდა, ω არის რხევების ციკლური სიხშირე, არის რხევების სრული ფაზა, არის საწყისი. რხევების ფაზა. განზოგადებული ჰარმონიული რხევა დიფერენციალური ფორმით

ვიბრაციის სახეები:

თავისუფალი რხევები ხორციელდება სისტემის შინაგანი ძალების მოქმედებით მას შემდეგ, რაც სისტემა წონასწორობიდან გამოდის. იმისთვის, რომ თავისუფალი რხევები იყოს ჰარმონიული, აუცილებელია, რომ რხევითი სისტემა იყოს წრფივი (ასახულია მოძრაობის წრფივი განტოლებებით) და მასში არ იყოს ენერგიის გაფანტვა (ეს უკანასკნელი გამოიწვევდა აორთქლებას).

იძულებითი რხევები ხორციელდება გარე პერიოდული ძალის გავლენით. იმისათვის, რომ ისინი ჰარმონიული იყოს, საკმარისია, რომ რხევითი სისტემა იყოს წრფივი (აღწერილია მოძრაობის წრფივი განტოლებებით), ხოლო თავად გარე ძალა იცვლება დროთა განმავლობაში, როგორც ჰარმონიული რხევა (ანუ, რომ ამ ძალის დროზე დამოკიდებულება სინუსოიდურია). .

მექანიკური ჰარმონიული რხევა არის სწორხაზოვანი არაერთგვაროვანი მოძრაობა, რომლის დროსაც რხევადი სხეულის (მატერიალური წერტილის) კოორდინატები იცვლება კოსინუსის ან სინუსური კანონის მიხედვით, დროის მიხედვით.

ამ განმარტების მიხედვით, კოორდინატების ცვლილების კანონს, რომელიც დამოკიდებულია დროზე, აქვს ფორმა:

სადაც wt არის მნიშვნელობა კოსინუსის ან სინუს ნიშნის ქვეშ; w არის კოეფიციენტი, რომლის ფიზიკური მნიშვნელობა ქვემოთ იქნება გამოვლენილი; A არის მექანიკური ჰარმონიული რხევების ამპლიტუდა. განტოლებები (4.1) არის მექანიკური ჰარმონიული ვიბრაციების მთავარი კინემატიკური განტოლებები.

E და ინდუქციის B ინტენსივობის პერიოდულ ცვლილებებს ელექტრომაგნიტური რხევები ეწოდება.ელექტრომაგნიტური რხევები არის რადიოტალღები, მიკროტალღები, ინფრაწითელი გამოსხივება, ხილული სინათლე, ულტრაიისფერი გამოსხივება, რენტგენი, გამა სხივები.

ფორმულის წარმოშობა

ელექტრომაგნიტური ტალღები, როგორც უნივერსალური ფენომენი, იწინასწარმეტყველეს ელექტროენერგიისა და მაგნიტიზმის კლასიკური კანონებით, რომლებიც ცნობილია როგორც მაქსველის განტოლებები. თუ კარგად დააკვირდებით მაქსველის განტოლებას წყაროების არარსებობის შემთხვევაში (მუხტები ან დენები), აღმოაჩენთ, რომ შესაძლებლობასთან ერთად, რომ არაფერი მოხდეს, თეორია ასევე იძლევა არატრივიალურ გადაწყვეტილებებს ელექტრული და მაგნიტური ველების შეცვლისთვის. დავიწყოთ ვაკუუმის მაქსველის განტოლებებით:

სად არის ვექტორული დიფერენციალური ოპერატორი (ნაბლა)

ერთ-ერთი გამოსავალი ყველაზე მარტივია.

სხვა, უფრო საინტერესო ამოხსნის საპოვნელად ვიყენებთ ვექტორის იდენტურობას, რომელიც მოქმედებს ნებისმიერი ვექტორისთვის, სახით:

იმის სანახავად, თუ როგორ შეგვიძლია მისი გამოყენება, ავიღოთ swirl ოპერაცია გამოსახულებიდან (2):

მარცხენა მხარე უდრის:

სადაც ჩვენ ვამარტივებთ ზემოთ (1) განტოლებას.

მარჯვენა მხარე უდრის:

განტოლებები (6) და (7) ტოლია, ასე რომ, ეს იწვევს ვექტორული მნიშვნელობის დიფერენციალურ განტოლებას ელექტრული ველისთვის, კერძოდ

მსგავსი საწყისი შედეგების გამოყენება მაგნიტური ველის მსგავს დიფერენციალურ განტოლებაში:

ეს დიფერენციალური განტოლებები ექვივალენტურია ტალღის განტოლებისა:

სადაც c0 არის ტალღის სიჩქარე ვაკუუმში; f აღწერს გადაადგილებას.

ან კიდევ უფრო მარტივი: სად არის d'Alembert ოპერატორი:

გაითვალისწინეთ, რომ ელექტრული და მაგნიტური ველების შემთხვევაში სიჩქარე არის:

მატერიალური წერტილის ჰარმონიული რხევების დიფერენციალური განტოლება , ან სადაც m არის წერტილის მასა; k - კვაზიელასტიური ძალის კოეფიციენტი (k=τω2).

ჰარმონიული ოსცილატორი კვანტურ მექანიკაში არის მარტივი ჰარმონიული ოსცილატორის კვანტური ანალოგი, მაშინ როდესაც განიხილება არა ნაწილაკზე მოქმედი ძალები, არამედ ჰამილტონიანი, ანუ ჰარმონიული ოსცილატორის მთლიანი ენერგია და პოტენციური ენერგია ვარაუდობენ კვადრატულად. დამოკიდებულია კოორდინატებზე. შემდეგი ტერმინების აღრიცხვა პოტენციური ენერგიის გაფართოებაში კოორდინატთან მიმართებაში იწვევს ანჰარმონიული ოსცილატორის კონცეფციას.

ჰარმონიული ოსცილატორი (კლასიკურ მექანიკაში) არის სისტემა, რომელიც წონასწორული პოზიციიდან გადაადგილებისას განიცდის აღდგენის ძალას F-ს, რომელიც პროპორციულია x გადაადგილების (ჰუკის კანონის მიხედვით):

სადაც k არის დადებითი მუდმივი, რომელიც აღწერს სისტემის სიმტკიცეს.

m მასის კვანტური ოსცილატორის ჰამილტონიანი, რომლის ბუნებრივი სიხშირეა ω, ასე გამოიყურება:

კოორდინატულ წარმომადგენლობაში , . ჰარმონიული ოსცილატორის ენერგეტიკული დონეების პოვნის პრობლემა მცირდება ისეთი რიცხვების პოვნამდე E, რომლებისთვისაც შემდეგი ნაწილობრივი დიფერენციალური განტოლება აქვს ამონახსნი კვადრატული ინტეგრირებადი ფუნქციების კლასში.

ანჰარმონიული ოსცილატორი გაგებულია, როგორც ოსცილატორი კოორდინატზე პოტენციური ენერგიის არაკვადრატული დამოკიდებულებით. ანჰარმონიული ოსცილატორის უმარტივესი მიახლოება არის პოტენციური ენერგიის მიახლოება ტეილორის სერიის მესამე წევრამდე:

12. ზამბარის ქანქარა – მექანიკური სისტემა, რომელიც შედგება დრეკადობის (სიხისტის) k კოეფიციენტის მქონე ზამბარისგან (ჰუკის კანონი), რომლის ერთი ბოლო მყარად არის დამაგრებული, მეორეზე კი არის m მასის დატვირთვა.

როდესაც მასიურ სხეულზე მოქმედებს დრეკადობის ძალა და აბრუნებს მას წონასწორობის მდგომარეობაში, ის ირხევა ამ პოზიციის გარშემო.ასეთ სხეულს ზამბარის ქანქარა ეწოდება. ვიბრაცია გამოწვეულია გარე ძალით. რხევებს, რომლებიც გრძელდება გარე ძალის მოქმედების შეწყვეტის შემდეგ, თავისუფალი რხევები ეწოდება. გარე ძალის მოქმედებით გამოწვეულ რხევებს იძულებითი ეწოდება. ამ შემთხვევაში თვით ძალას იძულებითი ეწოდება.

უმარტივეს შემთხვევაში, ზამბარის ქანქარა არის ხისტი სხეული, რომელიც მოძრაობს ჰორიზონტალური სიბრტყის გასწვრივ, კედელზე მიმაგრებული ზამბარით.

ნიუტონის მეორე კანონი ასეთი სისტემისთვის გარე ძალებისა და ხახუნის ძალების არარსებობის შემთხვევაში აქვს ფორმა:

თუ სისტემაზე გავლენას ახდენს გარე ძალები, მაშინ რხევის განტოლება გადაიწერება შემდეგნაირად:

სადაც f(x) არის გარე ძალების შედეგი, რომელიც დაკავშირებულია დატვირთვის ერთეულ მასასთან.

რხევების სიჩქარის პროპორციული შესუსტების შემთხვევაში c კოეფიციენტით:

გაზაფხულის გულსაკიდი პერიოდი:

მათემატიკური ქანქარა არის ოსცილატორი, რომელიც წარმოადგენს მექანიკურ სისტემას, რომელიც შედგება მატერიალური წერტილისგან, რომელიც მდებარეობს უწონად გაუწელვებელ ძაფზე ან უწონო ღეროზე გრავიტაციული ძალების ერთგვაროვან ველში. l სიგრძის მათემატიკური ქანქარის მცირე ბუნებრივი რხევების პერიოდი, უმოძრაოდ ჩამოკიდებული ერთიან გრავიტაციულ ველში თავისუფალი ვარდნის აჩქარებით g, ტოლია და არ არის დამოკიდებული ქანქარის ამპლიტუდასა და მასაზე.

ზამბარის ქანქარის დიფერენციალური განტოლება x=Асos (ვტ+ჯო).

ქანქარის განტოლება

მათემატიკური ქანქარის რხევები აღწერილია ფორმის ჩვეულებრივი დიფერენციალური განტოლებით

სადაც w არის დადებითი მუდმივი, რომელიც განისაზღვრება მხოლოდ ქანქარის პარამეტრებით. უცნობი ფუნქცია; x(t) არის ქანქარის გადახრის კუთხე ქვედა წონასწორობის პოზიციიდან მომენტში, გამოხატული რადიანებით; , სადაც L არის შეჩერების სიგრძე, g არის თავისუფალი დაცემის აჩქარება. ქანქარის მცირე რხევების განტოლებას ქვედა წონასწორობის პოზიციის მახლობლად (ე.წ. ჰარმონიული განტოლება) აქვს ფორმა:

გულსაკიდი, რომელიც აკეთებს მცირე რხევებს, მოძრაობს სინუსოიდის გასწვრივ. ვინაიდან მოძრაობის განტოლება არის მეორე რიგის ჩვეულებრივი DE, ქანქარის მოძრაობის კანონის დასადგენად აუცილებელია ორი საწყისი პირობის დაყენება - კოორდინატი და სიჩქარე, საიდანაც განისაზღვრება ორი დამოუკიდებელი მუდმივი:

სადაც A არის ქანქარის რხევების ამპლიტუდა, არის რხევების საწყისი ფაზა, w არის ციკლური სიხშირე, რომელიც განისაზღვრება მოძრაობის განტოლებიდან. ქანქარის მოძრაობას ჰარმონიული რხევა ეწოდება.

ფიზიკური ქანქარა არის ოსცილატორი, რომელიც არის ხისტი სხეული, რომელიც რხევა ნებისმიერი ძალის ველში იმ წერტილის გარშემო, რომელიც არ არის ამ სხეულის მასის ცენტრი, ან ფიქსირებული ღერძი, რომელიც პერპენდიკულარულია ძალების მიმართულებაზე და არ გადის ამ სხეულის მასის ცენტრი.

ინერციის მომენტი შეჩერების წერტილში გამავალი ღერძის მიმართ:

გარემოს წინააღმდეგობის უგულებელყოფით, ფიზიკური გულსაკიდის რხევების დიფერენციალური განტოლება გრავიტაციის ველში იწერება შემდეგნაირად:

შემცირებული სიგრძე ფიზიკური ქანქარის პირობითი მახასიათებელია. ის რიცხობრივად უდრის მათემატიკური ქანქარის სიგრძეს, რომლის პერიოდი უდრის მოცემული ფიზიკური ქანქარის პერიოდს. შემცირებული სიგრძე გამოითვლება შემდეგნაირად:

სადაც I არის ინერციის მომენტი შეჩერების წერტილის შესახებ, m არის მასა, a არის მანძილი შეჩერების წერტილიდან მასის ცენტრამდე.

ოსცილატორული წრე არის ოსცილატორი, რომელიც არის ელექტრული წრე, რომელიც შეიცავს დაკავშირებულ ინდუქტორს და კონდენსატორს. დენის (და ძაბვის) რხევები შეიძლება აღგზნდეს ასეთ წრედში.რხევის წრე არის უმარტივესი სისტემა, რომელშიც შეიძლება მოხდეს თავისუფალი ელექტრომაგნიტური რხევები.

მიკროსქემის რეზონანსული სიხშირე განისაზღვრება ეგრეთ წოდებული ტომსონის ფორმულით:

პარალელური რხევითი წრე

მოდით, C სიმძლავრის კონდენსატორი დაიტენოს ძაბვაზე. კონდენსატორში შენახული ენერგია არის

ხვეულში კონცენტრირებული მაგნიტური ენერგია მაქსიმალური და ტოლია

სადაც L არის კოჭის ინდუქცია, არის დენის მაქსიმალური მნიშვნელობა.

ჰარმონიული ვიბრაციების ენერგია

მექანიკური ვიბრაციის დროს რხევად სხეულს (ან მატერიალურ წერტილს) აქვს კინეტიკური და პოტენციური ენერგია. სხეულის კინეტიკური ენერგია W:

მთლიანი ენერგია წრეში:

ელექტრომაგნიტური ტალღები ატარებენ ენერგიას. როდესაც ტალღები ვრცელდება, წარმოიქმნება ელექტრომაგნიტური ენერგიის ნაკადი. თუ გამოვყოფთ S ფართობს, რომელიც ორიენტირებულია ტალღის გავრცელების მიმართულებაზე პერპენდიკულარულად, მაშინ მცირე დროში Δt, ენერგია ΔWem მოედინება ფართობზე, ტოლია ΔWem = (we + wm)υSΔt.

13. იგივე მიმართულების და იგივე სიხშირის ჰარმონიული რხევების შეკრება

რხევად სხეულს შეუძლია მონაწილეობა მიიღოს რამდენიმე რხევის პროცესში, შემდეგ უნდა მოიძებნოს მიღებული რხევა, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, რხევები უნდა დაემატოს. ამ განყოფილებაში ჩვენ დავამატებთ იმავე მიმართულების და იგივე სიხშირის ჰარმონიულ რხევებს

მბრუნავი ამპლიტუდის ვექტორის მეთოდის გამოყენებით, გრაფიკულად ვაშენებთ ამ რხევების ვექტორულ დიაგრამებს (ნახ. 1). გადასახადი, რადგან A1 და A2 ვექტორები ბრუნავენ იგივე კუთხური სიჩქარით ω0, მაშინ მათ შორის ფაზური სხვაობა (φ2 - φ1) მუდმივი დარჩება. აქედან გამომდინარე, მიღებული რხევის განტოლება იქნება (1)

ფორმულაში (1), ამპლიტუდა A და საწყისი ფაზა φ შესაბამისად განისაზღვრება გამონათქვამებით

ეს ნიშნავს, რომ სხეული, რომელიც მონაწილეობს იმავე მიმართულების და იგივე სიხშირის ორ ჰარმონიულ რხევაში, ასევე ასრულებს ჰარმონიულ რხევას იმავე მიმართულებით და იმავე სიხშირით, როგორც ჯამური რხევები. მიღებული რხევის ამპლიტუდა დამოკიდებულია დამატებული რხევების ფაზურ განსხვავებაზე (φ2 - φ1).

იმავე მიმართულების ჰარმონიული რხევების დამატება ახლო სიხშირეებით

დამატებული რხევების ამპლიტუდები იყოს A-ს ტოლი, სიხშირეები კი ω და ω + Δω და Δω.<<ω. Выберем начало отсчета так, чтобы начальные фазы обоих колебаний были равны нулю:

ამ გამონათქვამების დამატება და იმის გათვალისწინებით, რომ მეორე ფაქტორი Δω/2<<ω, получим

რხევების ამპლიტუდის პერიოდულ ცვლილებებს, რომლებიც წარმოიქმნება, როდესაც ერთი და იგივე მიმართულების ორი ჰარმონიული რხევა მჭიდრო სიხშირით არის დამატებული, ბიტებს უწოდებენ.

დარტყმები წარმოიქმნება იქიდან, რომ ორი სიგნალიდან ერთი მუდმივად ჩამორჩება მეორეს ფაზაში, და იმ მომენტებში, როდესაც რხევები ხდება ფაზაში, მთლიანი სიგნალი ძლიერდება და იმ მომენტებში, როდესაც ორი სიგნალი ფაზაში არ არის, ისინი გააუქმეთ ერთმანეთი. ეს მომენტები პერიოდულად ცვლის ერთმანეთს, როგორც კი გროვდება.

დარტყმის რხევის სქემა

მოდით ვიპოვოთ ერთი და იგივე სიხშირის ω ორი ჰარმონიული რხევის დამატების შედეგი, რომლებიც წარმოიქმნება ერთმანეთის პერპენდიკულარული მიმართულებით x და y ღერძების გასწვრივ. სიმარტივისთვის ვირჩევთ მითითების საწყისს ისე, რომ პირველი რხევის საწყისი ეტაპი ნულის ტოლი იყოს და ვწერთ (1) სახით.

სადაც α არის ორივე რხევის ფაზური სხვაობა, A და B ტოლია დამატებული რხევების ამპლიტუდების. მიღებული რხევის ტრაექტორიული განტოლება განისაზღვრება (1) ფორმულებიდან t დროის გამორიცხვით. შეჯამებული რხევების დაწერა როგორც

და მეორე განტოლებაში ჩანაცვლებით და ით, მარტივი გარდაქმნების შემდეგ ვპოულობთ ელიფსის განტოლებას, რომლის ღერძები თვითნებურად არის ორიენტირებული კოორდინატთა ღერძებთან მიმართებაში: (2)

ვინაიდან შედეგად მიღებული რხევის ტრაექტორიას აქვს ელიფსის ფორმა, ასეთ რხევებს ელიფსურად პოლარიზებული ეწოდება.

ელიფსის ღერძების ზომები და მისი ორიენტაცია დამოკიდებულია დამატებული რხევების ამპლიტუდაზე და α ფაზურ განსხვავებაზე. განვიხილოთ რამდენიმე განსაკუთრებული შემთხვევა, რომელიც ჩვენთვის ფიზიკურად საინტერესოა:

1) α = mπ (m=0, ±1, ±2, ...). ამ შემთხვევაში, ელიფსი ხდება სწორი ხაზის სეგმენტი (3)

სადაც პლუს ნიშანი შეესაბამება m-ის ნულს და ლუწი მნიშვნელობებს (ნახ. 1a), ხოლო მინუს ნიშანი შეესაბამება m-ის კენტ მნიშვნელობებს (ნახ. 2b). შედეგად მიღებული რხევა არის ჰარმონიული რხევა ω სიხშირით და ამპლიტუდით, რომელიც ხდება სწორი ხაზის გასწვრივ (3), ქმნის კუთხეს x ღერძთან. ამ შემთხვევაში საქმე გვაქვს წრფივად პოლარიზებულ რხევებთან;

2) α = (2მ+1)(π/2) (m=0, ± 1, ±2,...). ამ შემთხვევაში, განტოლება ასე გამოიყურება

Lissajous ფიგურები არის დახურული ტრაექტორია, რომელიც დახაზულია წერტილით, რომელიც ერთდროულად ასრულებს ორ ჰარმონიულ რხევას ორი ურთიერთ პერპენდიკულარული მიმართულებით. პირველად შეისწავლა ფრანგმა მეცნიერმა ჟიულ ანტუან ლისჟოუსმა. ფიგურების ფორმა დამოკიდებულია ორივე რხევის პერიოდებს (სიხშირეებს), ფაზებსა და ამპლიტუდებს შორის ურთიერთობაზე. ორივე პერიოდის თანასწორობის უმარტივეს შემთხვევაში, ფიგურები არის ელიფსები, რომლებიც ფაზური სხვაობით 0 ან გადაგვარდება ხაზოვან სეგმენტებად, ხოლო ფაზური სხვაობით P/2 და ამპლიტუდების თანასწორობით, წრედ იქცევა. თუ ორივე რხევის პერიოდები ზუსტად არ ემთხვევა, მაშინ ფაზის სხვაობა მუდმივად იცვლება, რის შედეგადაც ელიფსი მუდმივად დეფორმირებულია. Lissajous ფიგურები არ შეინიშნება მნიშვნელოვნად განსხვავებული პერიოდის განმავლობაში. თუმცა, თუ პერიოდები დაკავშირებულია როგორც მთელი რიცხვები, მაშინ დროის ინტერვალის შემდეგ, რომელიც ტოლია ორივე პერიოდის უმცირეს ჯერადს, მოძრავი წერტილი კვლავ უბრუნდება იმავე პოზიციას - მიიღება უფრო რთული ფორმის Lissajous ფიგურები. Lissajous-ის ფიგურები ჩაწერილია მართკუთხედში, რომლის ცენტრი ემთხვევა კოორდინატების საწყისს, ხოლო გვერდები კოორდინატთა ღერძების პარალელურია და განლაგებულია მათ ორივე მხარეს რხევის ამპლიტუდების ტოლ მანძილზე.

სადაც A, B - რხევის ამპლიტუდები, a, b - სიხშირეები, δ - ფაზის ცვლა

14. დამსხვრეული რხევები ხდება დახურულ მექანიკურ სისტემაში

რომელშიც არის ენერგიის დანაკარგები ძალების დასაძლევად

წინააღმდეგობა (β ≠ 0) ან დახურულ რხევის წრეში, ში

სადაც R წინააღმდეგობის არსებობა იწვევს ვიბრაციის ენერგიის დაკარგვას

გამტარების გათბობა (β ≠ 0).

ამ შემთხვევაში, ზოგადი დიფერენციალური რხევის განტოლება (5.1)

იღებს ფორმას: x′′ + 2βx′ + ω0 x = 0 .

ლოგარითმული ამორტიზაციის კლება χ არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც ორმხრივია რხევების რაოდენობის მიმართ, რის შემდეგაც A ამპლიტუდა მცირდება e-ის კოეფიციენტით.

აპერიოდული პროცესი - გარდამავალი პროცესი დინამიურში. სისტემა, რომლისთვისაც გამომავალი მნიშვნელობა, რომელიც ახასიათებს სისტემის გადასვლას ერთი მდგომარეობიდან მეორეში, ან მონოტონურად მიისწრაფვის სტაბილური მნიშვნელობისკენ, ან აქვს ერთი უკიდურესი (იხ. ნახ.). თეორიულად, ეს შეიძლება გაგრძელდეს უსასრულოდ დიდი ხნის განმავლობაში. A. p. ხდება, მაგალითად, ავტომატურ სისტემებში. მენეჯმენტი.

სისტემის x(t) პარამეტრის დროში შეცვლის აპერიოდული პროცესების გრაფიკები: xust - პარამეტრის მდგრადი მდგომარეობის (შეზღუდვის) მნიშვნელობა.

მიკროსქემის ყველაზე მცირე აქტიურ წინააღმდეგობას, რომლის დროსაც პროცესი აპერიოდულია, ეწოდება კრიტიკული წინააღმდეგობა

ეს არის ასევე ისეთი წინააღმდეგობა, რომლის დროსაც რეალიზდება წრეში თავისუფალი დაუცველი რხევების რეჟიმი.

15. რხევებს, რომლებიც წარმოიქმნება გარე პერიოდულად ცვალებადი ძალის ან გარეგანი პერიოდულად ცვალებადი ემფ-ის მოქმედებით, შესაბამისად იძულებითი მექანიკური და იძულებითი ელექტრომაგნიტური რხევები ეწოდება.

დიფერენციალური განტოლება მიიღებს შემდეგ ფორმას:

q′′ + 2βq′ + ω0 q = cos(ωt) .

რეზონანსი (ფრ. რეზონანსი, ლათ. resono - ვპასუხობ) არის იძულებითი რხევების ამპლიტუდის მკვეთრი ზრდის ფენომენი, რომელიც წარმოიქმნება მაშინ, როდესაც გარე გავლენის სიხშირე უახლოვდება თვისებებით განსაზღვრულ გარკვეულ მნიშვნელობებს (რეზონანსული სიხშირეები). სისტემის. ამპლიტუდის მატება მხოლოდ რეზონანსის შედეგია და მიზეზი არის გარეგანი (ამაღელვებელი) სიხშირის დამთხვევა რხევითი სისტემის შიდა (ბუნებრივ) სიხშირესთან. რეზონანსული ფენომენის დახმარებით შესაძლებელია ძალიან სუსტი პერიოდული რხევების იზოლირება და/ან გაძლიერებაც კი. რეზონანსი არის ფენომენი, რომლის დროსაც მამოძრავებელი ძალის გარკვეული სიხშირით, რხევითი სისტემა განსაკუთრებით რეაგირებს ამ ძალის მოქმედებაზე. რხევების თეორიაში რეაგირების ხარისხი აღწერილია იმ რაოდენობით, რომელსაც ხარისხის ფაქტორი ეწოდება. რეზონანსის ფენომენი პირველად აღწერა გალილეო გალილეიმ 1602 წელს ქანქარებისა და მუსიკალური სიმების შესწავლაზე მიძღვნილ ნაშრომებში.

ადამიანების უმეტესობისთვის ყველაზე ცნობილი მექანიკური რეზონანსული სისტემა ჩვეულებრივი საქანელაა. თუ საქანელას მისი რეზონანსული სიხშირის მიხედვით დააყენებთ, მოძრაობის დიაპაზონი გაიზრდება, წინააღმდეგ შემთხვევაში მოძრაობა კვდება. ასეთი ქანქარის რეზონანსული სიხშირე საკმარისი სიზუსტით წონასწორობის მდგომარეობიდან მცირე გადაადგილების დიაპაზონში შეიძლება მოიძებნოს ფორმულით:

სადაც g არის თავისუფალი ვარდნის აჩქარება (დედამიწის ზედაპირისთვის 9,8 მ/წმ), ხოლო L არის სიგრძე ქანქარის დაკიდების წერტილიდან მის მასის ცენტრამდე. (უფრო ზუსტი ფორმულა საკმაოდ რთულია და მოიცავს ელიფსურ ინტეგრალს). მნიშვნელოვანია, რომ რეზონანსული სიხშირე არ იყოს დამოკიდებული ქანქარის მასაზე. ასევე მნიშვნელოვანია, რომ თქვენ არ შეგიძლიათ ქანაობა ქანქარას რამდენიმე სიხშირეზე (უფრო მაღალი ჰარმონია), მაგრამ ეს შეიძლება გაკეთდეს ფუნდამენტურის წილადების ტოლი სიხშირეებით (ქვედა ჰარმონია).

იძულებითი რხევების ამპლიტუდა და ფაზა.

განვიხილოთ იძულებითი რხევების A ამპლიტუდის დამოკიდებულება ω სიხშირეზე (8.1)

ფორმულიდან (8.1) გამომდინარეობს, რომ გადაადგილების ამპლიტუდა A აქვს მაქსიმუმს. რეზონანსული სიხშირის ωres-ის დასადგენად - სიხშირე, რომლითაც გადაადგილების ამპლიტუდა A აღწევს მაქსიმუმს - თქვენ უნდა იპოვოთ ფუნქციის მაქსიმუმი (1), ან, რაც იგივეა, რადიკალური გამოხატვის მინიმუმი. რადიკალური გამოხატვის დიფერენცირება ω-სთან მიმართებაში და მისი ნულთან გათანაბრება, მივიღებთ პირობას, რომელიც განსაზღვრავს ω-ებს:

ეს თანასწორობა მოქმედებს ω=0, ± , რომლისთვისაც მხოლოდ დადებით მნიშვნელობას აქვს ფიზიკური მნიშვნელობა. ამიტომ, რეზონანსული სიხშირე (8.2)