Magnit oqimni qanday aniqlash mumkin. Elektromagnit induktsiya. Magnit oqimi. Magnit oqim va ramka

magnit induksiya - - maydonning ma'lum bir nuqtasida magnit oqimining zichligi. Magnit induksiya birligi tesla hisoblanadi(1 T = 1 Vb/m2).

Oldin olingan ifodaga (1) qaytsak, miqdoriy jihatdan aniqlashimiz mumkin to'liq yo'qolgandan keyin bu sirt chegarasi bilan birlashtirilgan o'tkazgich orqali oqadigan zaryad miqdorining mahsuloti sifatida ma'lum bir sirt orqali magnit oqim magnit maydon, bu zaryadlar oqadigan elektr zanjirining qarshiligi bo'yicha

Sinov bobini (halqasi) bilan yuqorida tavsiflangan tajribalarda u shunday masofaga ko'chib o'tdiki, magnit maydonning barcha ko'rinishlari yo'qoldi. Lekin siz shunchaki bu lasanni maydon ichida siljitishingiz mumkin va shu bilan birga elektr zaryadlari ham unda harakatlanadi. Keling, (1) ifodadagi o'sishlarga o'tamiz.

F + D F = r(q - Δ q) => D F = - rDq => Δ q= -D F/ r

bu erda D F va D q- oqim va zaryadlar sonining o'sishi. O'sishlarning turli belgilari, burilishni olib tashlash bilan tajribalarda ijobiy zaryadning maydonning yo'qolishiga to'g'ri kelishi bilan izohlanadi, ya'ni. magnit oqimning salbiy o'sishi.

Sinov burilishidan foydalanib, siz magnit yoki g'altakning atrofidagi butun bo'shliqni oqim bilan o'rganishingiz va chiziqlar qurishingiz mumkin, har bir nuqtada magnit induksiya vektorining yo'nalishiga mos keladigan tangenslar yo'nalishi. B(3-rasm)

Bu chiziqlar magnit induksiya vektor chiziqlari yoki deyiladi magnit chiziqlar .

Magnit maydon bo'shlig'ini magnit chiziqlar orqali hosil bo'lgan quvurli sirtlarga aqliy ravishda bo'lish mumkin va sirtlarni shunday tanlash mumkinki, har bir bunday sirt (nay) ichidagi magnit oqim son jihatdan bittaga va ularning eksenel chiziqlariga teng bo'ladi. quvurlarni grafik tarzda tasvirlash mumkin. Bunday quvurlar bitta deb ataladi va ularning o'qlarining chiziqlari deyiladi yagona magnit chiziqlar . Yagona chiziqlar yordamida tasvirlangan magnit maydonning rasmi nafaqat sifat, balki miqdoriy fikrni ham beradi, chunki bu holda magnit induksiya vektorining kattaligi vektorga normal bo'lgan birlik sirt maydonidan o'tadigan chiziqlar soniga teng bo'ladi. B, A har qanday sirtdan o'tadigan chiziqlar soni magnit oqimning qiymatiga teng .

Magnit chiziqlar uzluksiz va bu tamoyilni matematik tarzda ifodalash mumkin

bular. har qanday yopiq sirtdan o'tadigan magnit oqimi nolga teng .

(4) ifoda sirt uchun o'rinli s har qanday shakl. Agar silindrsimon lasanning burilishlari natijasida hosil bo'lgan sirtdan o'tadigan magnit oqimini hisobga olsak (4-rasm), u holda uni alohida burilishlar bilan hosil qilingan sirtlarga bo'lish mumkin, ya'ni. s=s 1 +s 2 +...+s 8. Bundan tashqari, umumiy holatda, turli xil burilishlar yuzalaridan turli xil magnit oqimlari o'tadi. Shunday qilib, rasmda. 4, sakkizta bitta magnit chiziqlar bobinning markaziy burilishlari sirtlari orqali o'tadi va faqat to'rttasi tashqi burilishlar sirtlari orqali o'tadi.

Barcha burilishlar yuzasidan o`tuvchi jami magnit oqimini aniqlash uchun alohida burilishlar yuzalaridan o`tuvchi yoki boshqacha aytganda, alohida burilishlar bilan o`zaro bog`langan oqimlarni qo`shish kerak. Misol uchun, shakldagi bobinning to'rtta yuqori burilishlari bilan o'zaro bog'langan magnit oqimlari. 4 teng bo'ladi: F 1 =4; F 2 =4; F 3 =6; F 4 =8. Bundan tashqari, pastki bo'lganlar bilan oyna-simmetrik.

Oqimli ulanish - G'altakning barcha burilishlari bilan bog'langan virtual (xayoliy jami) magnit oqimi P, individual burilishlar bilan bog'langan oqimlarning yig'indisiga son jihatdan teng: r = w e F m, bu erda F m- g'altakdan o'tadigan oqim tomonidan yaratilgan magnit oqim va w e - ekvivalent yoki samarali raqam lasan aylanadi. Jismoniy ma'no oqim aloqasi - lasan burilishlarining magnit maydonlarining ulanishi, bu oqimning ulanish koeffitsienti (ko'plik) bilan ifodalanishi mumkin. k= P/F = w e.

Ya'ni, rasmda ko'rsatilgan holat uchun bobinning ikkita nosimmetrik ko'zgu yarmi:

r = 2(F 1 + F 2 + F 3 + F 4) = 48

Oqim bog'lanishining virtualligi, ya'ni xayoliy tabiati uning haqiqiy magnit oqimini ifodalamasligida namoyon bo'ladi, uni hech qanday indüktans ko'paytira olmaydi, lekin g'altakning empedansining xatti-harakati shundayki, magnit oqimi ko'rinadi. samarali burilishlar soniga ko'payadi, garchi aslida bu bir xil sohadagi burilishlarning oddiy o'zaro ta'siri. Agar g'altak o'zining oqim aloqasi bilan magnit oqimini oshirgan bo'lsa, u holda oqim bo'lmasa ham, g'altakda magnit maydon ko'paytirgichlarini yaratish mumkin bo'ladi, chunki oqimning ulanishi bobinning yopiq zanjirini emas, balki faqat yaqinlikning qo'shma geometriyasini bildiradi. burilishlardan.

Ko'pincha g'altakning burilishlari bo'ylab oqim ulanishining haqiqiy taqsimoti noma'lum, ammo agar haqiqiy bobin turli xil burilishlarga ega ekvivalent bilan almashtirilsa, uni bir xil va barcha burilishlar uchun bir xil deb hisoblash mumkin. w e, oqim bog'lanish qiymatini saqlab turganda r = w e F m, bu erda F m- lasanning ichki burilishlari bilan o'zaro bog'langan oqim va w e - g'altakning burilishlarining ekvivalent yoki samarali soni. Shaklda ko'rib chiqilganlar uchun. 4 ta holat w e = P/F 4 =48/8=6.

Shuningdek, siz burilishlar sonini saqlab qolgan holda haqiqiy lasanni ekvivalentiga almashtirishingiz mumkin w F n. Keyin, oqim aloqasini saqlab qolish uchun magnit oqimi F lasanning barcha burilishlari bilan bog'langanligini qabul qilish kerak. n = Ψ/ w .

Bobinni ekvivalent bilan almashtirishning birinchi varianti bobin parametrlarini o'zgartirish orqali magnit maydon naqshini saqlaydi, ikkinchi variant magnit maydon naqshini o'zgartirish orqali bobin parametrlarini saqlaydi.

Magnit induksiya vektor oqimi IN (magnit oqimi) kichik sirt maydoni orqali dS ga teng skalyar fizik miqdor deyiladi

Bu yerda , maydonga birlik normal vektor dS, Karvonsaroy- vektor proyeksiyasi IN normal yo'nalishga, - vektorlar orasidagi burchak IN Va n (6.28-rasm).

Guruch. 6.28. Yostiqcha orqali magnit induksiya vektor oqimi

Magnit oqimi F B o'zboshimchalik bilan yopiq sirt orqali S teng

Tabiatda magnit zaryadlarning yo'qligi vektor chiziqlari bo'lishiga olib keladi IN na boshlanishi, na oxiri bor. Shuning uchun vektor oqimi IN yopiq sirt orqali nolga teng bo'lishi kerak. Shunday qilib, har qanday magnit maydon va o'zboshimchalik bilan yopiq sirt uchun S shart bajariladi

Formula (6.28) ifodalaydi Ostrogradskiy-Gauss teoremasi vektor uchun :

Yana bir bor ta'kidlab o'tamiz: bu teorema tabiatda magnit induksiya chiziqlari boshlanadigan va tugaydigan magnit zaryadlar yo'qligi faktining matematik ifodasidir, xuddi elektr maydon kuchida bo'lgani kabi. E ball to'lovlari.

Bu xususiyat magnit maydonni elektrdan sezilarli darajada ajratib turadi. Magnit induksiya chiziqlari yopiq, shuning uchun ma'lum hajmdagi bo'shliqqa kiradigan chiziqlar soni ushbu hajmdan chiqadigan chiziqlar soniga teng. Agar kiruvchi oqimlar bir belgi bilan, chiquvchi oqimlar esa boshqa belgi bilan olinsa, magnit induksiya vektorining yopiq sirt orqali umumiy oqimi nolga teng bo'ladi.

Guruch. 6.29. V.Veber (1804–1891) – nemis fizigi

Magnit maydon va elektrostatik maydon o'rtasidagi farq biz chaqirgan miqdorning qiymatida ham namoyon bo'ladi. aylanish- yopiq yo'l bo'ylab vektor maydonining integrali. Elektrostatikada integral nolga teng

ixtiyoriy yopiq kontur bo'ylab olingan. Bu elektrostatik maydonning potentsialligi bilan bog'liq, ya'ni elektrostatik maydonda zaryadni ko'chirish uchun bajarilgan ish yo'lga bog'liq emas, balki faqat boshlang'ich va tugash nuqtalarining holatiga bog'liq.

Keling, magnit maydon uchun xuddi shunday qiymatga ega narsalar qanday turishini ko'rib chiqaylik. Keling, to'g'ridan-to'g'ri tokni qoplaydigan yopiq halqani olaylik va u uchun vektor aylanishini hisoblaymiz IN , ya'ni

Yuqorida ma'lum bo'lganidek, magnit induktsiya masofada oqim bilan to'g'ri o'tkazgich tomonidan yaratilgan R o'tkazgichdan teng bo'ladi

Keling, to'g'ridan-to'g'ri oqimni o'rab turgan kontur oqimga perpendikulyar tekislikda joylashgan va radiusli aylana bo'lgan holatni ko'rib chiqaylik. R o'tkazgichda markazlashtirilgan. Bunday holda vektorning aylanishi IN bu doira bo'ylab teng

Magnit induksiya vektorining aylanishi uchun natija kontaktlarning zanglashiga olib keladigan uzluksiz deformatsiyasi bilan o'zgarmasligini ko'rsatish mumkin, agar bu deformatsiya paytida zanjir oqim chiziqlarini kesib o'tmasa. Keyin, superpozitsiya printsipiga ko'ra, magnit induksiya vektorining bir nechta oqimlarni qamrab olgan yo'l bo'ylab aylanishi ularning algebraik yig'indisiga proportsionaldir (6.30-rasm).

Guruch. 6.30. Belgilangan aylanma yo'nalishi bilan yopiq pastadir (L).
I 1, I 2 va I 3 oqimlari magnit maydon hosil qiluvchi tasvirlangan.
Kontur (L) bo'ylab magnit maydonning aylanishiga faqat I 2 va I 3 oqimlari yordam beradi.

Agar tanlangan sxema oqimlarni qamrab olmasa, u orqali aylanish nolga teng.

Oqimlarning algebraik yig'indisini hisoblashda tokning ishorasini hisobga olish kerak: yo'nalishi o'ng vint qoidasi bo'yicha kontur bo'ylab o'tish yo'nalishi bilan bog'liq bo'lgan tokni ijobiy deb hisoblaymiz. Masalan, joriy hissa I 2 muomalaga salbiy, va joriy hissa I 3 - ijobiy (6.18-rasm). Nisbatan foydalanish

joriy quvvat o'rtasida I har qanday yopiq sirt orqali S va oqim zichligi, vektor aylanishi uchun IN yozib olish mumkin

Qayerda S- berilgan konturga tayangan har qanday yopiq sirt L.

Bunday maydonlar deyiladi girdob. Shuning uchun magnit maydon uchun potentsialni nuqtaviy zaryadlarning elektr maydoni uchun bo'lgani kabi kiritib bo'lmaydi. Potensial va vorteks maydonlari o'rtasidagi farq maydon chiziqlarining rasmida eng aniq ifodalanishi mumkin. Elektrostatik maydon chiziqlari kirpilarga o'xshaydi: ular zaryaddan boshlanadi va tugaydi (yoki cheksizlikka boradi). Magnit maydon chiziqlari hech qachon "kirpi" ga o'xshamaydi: ular doimo yopiq va oqim oqimlarini qamrab oladi.

Sirkulyatsiya teoremasining qo'llanilishini ko'rsatish uchun cheksiz solenoidning allaqachon ma'lum bo'lgan magnit maydonini boshqa usul bilan topamiz. 1-2-3-4 to'rtburchak konturni olamiz (6.31-rasm) va vektorning aylanishini hisoblaymiz. IN bu kontur bo'ylab

Guruch. 6.31. Sirkulyatsiya teoremasining B solenoidning magnit maydonini aniqlashda qo'llanilishi

Ikkinchi va to'rtinchi integrallar vektorlarning perpendikulyarligi tufayli nolga teng.

Natijani (6.20) magnit maydonlarni alohida burilishlardan birlashtirmasdan takrorladik.

Olingan natija (6.35) yupqa toroidal solenoidning magnit maydonini topish uchun ishlatilishi mumkin (6.32-rasm).

Guruch. 6.32. Toroidal bobin: magnit induksiya chiziqlari bobin ichida yopiladi va konsentrik doiralarni hosil qiladi. Ular shunday yo'naltirilganki, ular bo'ylab qarab, soat yo'nalishi bo'yicha aylanayotgan burilishlardagi oqimni ko'ramiz. Muayyan radiusli induksiya chiziqlaridan biri r 1 ≤ r< r 2 изображена на рисунке

Magnit oqim (magnit induksiya chiziqlari oqimi) kontur orqali magnit induksiya vektori kattaligining kontur bilan chegaralangan maydon va magnit induksiya vektorining yo'nalishi va bu kontur bilan chegaralangan sirtga nisbatan normal orasidagi burchak kosinusiga ko'paytmasiga son jihatdan tengdir.

Yagona magnit maydonda doimiy oqimga ega bo'lgan to'g'ri o'tkazgich harakati paytida Amper kuchining ish formulasi.

Shunday qilib, Amper kuchi tomonidan bajarilgan ishni harakatlanayotgan o'tkazgichdagi oqim va ushbu o'tkazgich ulangan zanjir orqali magnit oqimning o'zgarishi bilan ifodalash mumkin:

Loop induktivligi.

Induktivlik - jismoniy oqim 1 soniyada 1 Amperga o'zgarganda, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan o'z-o'zidan induktiv emfga raqamli teng bo'lgan qiymat.
Induktivlikni quyidagi formula yordamida ham hisoblash mumkin:

Bu erda F - kontaktlarning zanglashiga olib o'tadigan magnit oqimi, I - zanjirdagi oqim kuchi.

SI induktivlik birliklari:

Magnit maydon energiyasi.

Magnit maydon energiyaga ega. Zaryadlangan kondansatörda elektr energiyasi zahirasi bo'lgani kabi, oqim o'tadigan g'altakda ham magnit energiya zahirasi mavjud.

Elektromagnit induktsiya.

Elektromagnit induksiya - yopiq kontaktlarning zanglashiga olib o'tadigan magnit oqimi o'zgarganda elektr tokining paydo bo'lish hodisasi.

Faraday tajribalari. Elektromagnit induksiyani tushuntirish.

Doimiy magnitni bobinga yaqin yoki aksincha olib kelsangiz (3.1-rasm), lasanda elektr toki paydo bo'ladi. Xuddi shu narsa bir-biriga yaqin joylashgan ikkita bobin bilan sodir bo'ladi: agar o'zgaruvchan tok manbai bobinlardan biriga ulangan bo'lsa, ikkinchisida o'zgaruvchan tok ham paydo bo'ladi, ammo bu ta'sir ikkita sariq yadro bilan ulangan bo'lsa yaxshi namoyon bo'ladi.

Faraday ta'rifiga ko'ra, bu tajribalar umumiy jihatlarga ega: Agar yopiq, o'tkazuvchi kontaktlarning zanglashiga kiruvchi induksiya vektorining oqimi o'zgarsa, zanjirda elektr toki paydo bo'ladi.

Bu hodisa hodisa deyiladi elektromagnit induksiya , va oqim induksiya. Bunday holda, hodisa magnit induksiya vektorining oqimini o'zgartirish usulidan butunlay mustaqildir.

Formula e.m.f. elektromagnit induksiya.

induktsiyalangan emf yopiq pastadirda magnit oqimining ushbu halqa bilan chegaralangan maydon orqali o'zgarish tezligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.

Lenz qoidasi.

Lenz qoidasi

Yopiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan induktsiyali tok o'zining magnit maydoni bilan uni keltirib chiqaradigan magnit oqimning o'zgarishiga qarshi turadi.

O'z-o'zini induksiya, uning tushuntirishi.

O'z-o'zini induktsiya qilish- oqim kuchining o'zgarishi natijasida elektr pallasida induktsiyalangan emf paydo bo'lish hodisasi.

Devrenning yopilishi
Elektr pallasida qisqa tutashuv mavjud bo'lganda, oqim kuchayadi, bu sariqdagi magnit oqimning oshishiga olib keladi va oqimga qarshi yo'naltirilgan vorteks elektr maydoni paydo bo'ladi, ya'ni. Bobinda o'z-o'zidan indüksiyon emf paydo bo'lib, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqimning oshishiga to'sqinlik qiladi (girdob maydoni elektronlarni inhibe qiladi).
Natijada L1 L2 dan kechroq yonadi.

Ochiq kontur
Elektr davri ochilganda, oqim kamayadi, lasandagi oqimning pasayishi sodir bo'ladi va oqim kabi yo'naltirilgan (bir xil oqim kuchini saqlashga harakat qiladigan) vorteksli elektr maydoni paydo bo'ladi, ya'ni. O'z-o'zidan induktsiyalangan emf lasanda paydo bo'lib, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqimni saqlab turadi.
Natijada, L o'chirilganda yorqin miltillaydi.

elektrotexnikada o'z-o'zidan induksiya hodisasi kontaktlarning zanglashiga olib yopilganda (elektr toki asta-sekin o'sib boradi) va kontaktlarning zanglashiga olib ochilganda (elektr toki darhol yo'qolmaydi) o'zini namoyon qiladi.

Formula e.m.f. o'z-o'zini induktsiya qilish.

O'z-o'zidan induktiv emf, kontaktlarning zanglashiga olib kelganda oqim kuchayishiga yo'l qo'ymaydi va kontaktlarning zanglashiga olib kirishda oqimning kamayishi.

Maksvellning elektromagnit maydon nazariyasining birinchi va ikkinchi qoidalari.

1. Har qanday joy almashtirilgan elektr maydoni vorteks magnit maydonini hosil qiladi. O'zgaruvchan elektr maydonini Maksvell deb atagan, chunki u oddiy oqim kabi magnit maydon hosil qiladi. Vorteks magnit maydoni ham Ipr o'tkazuvchanlik oqimlari (harakatlanuvchi elektr zaryadlari) va siljish oqimlari (harakatlanuvchi elektr maydoni E) tomonidan hosil bo'ladi.

Maksvellning birinchi tenglamasi

2. Har qanday joy almashtirilgan magnit maydon girdobli elektr maydonini hosil qiladi (elektromagnit induksiyaning asosiy qonuni).

Maksvellning ikkinchi tenglamasi:

Elektromagnit nurlanish.

Elektromagnit to'lqinlar, elektromagnit nurlanish- kosmosda tarqaladigan elektromagnit maydonning buzilishi (holatning o'zgarishi).

3.1. To'lqin - Bu vaqt o'tishi bilan fazoda tarqaladigan tebranishlar.
Mexanik to'lqinlar faqat qandaydir muhitda (moddada) tarqalishi mumkin: gazda, suyuqlikda, qattiq jismda. To'lqinlarning manbai tebranish jismlari bo'lib, ular atrofdagi kosmosda atrof-muhit deformatsiyasini yaratadi. Elastik to'lqinlar paydo bo'lishining zaruriy sharti - bu unga to'sqinlik qiluvchi kuchlar muhitining, xususan, elastiklikning buzilishi paytida paydo bo'lishi. Ular bir-biridan uzoqlashganda qo'shni zarralarni bir-biriga yaqinlashtiradi va bir-biriga yaqinlashganda ularni bir-biridan uzoqlashtiradi. Buzilish manbasidan uzoqda joylashgan zarrachalarga ta'sir etuvchi elastik kuchlar ularni muvozanatdan chiqara boshlaydi. Uzunlamasına to'lqinlar faqat gazsimon va suyuq muhitlarga xosdir, lekin ko'ndalang- qattiq jismlarga ham: buning sababi shundaki, bu muhitni tashkil etuvchi zarralar erkin harakatlanishi mumkin, chunki ular qattiq qo'zg'almas, aksincha. qattiq moddalar. Shunga ko'ra, ko'ndalang tebranishlar asosan mumkin emas.

Uzunlamasına to'lqinlar muhitning zarralari buzilishning tarqalish vektori bo'ylab yo'naltirilgan tebranish paytida paydo bo'ladi. Ko'ndalang to'lqinlar ta'sir vektoriga perpendikulyar yo'nalishda tarqaladi. Muxtasar qilib aytganda: agar muhitda buzilish natijasida yuzaga kelgan deformatsiya kesish, cho'zish va siqilish shaklida namoyon bo'lsa, u holda biz bo'ylama va bo'ylama bo'lgan qattiq jism haqida gapiramiz. ko'ndalang to'lqinlar. Agar siljishning ko'rinishi mumkin bo'lmasa, u holda muhit har qanday bo'lishi mumkin.

Har bir to'lqin ma'lum tezlikda tarqaladi. ostida to'lqin tezligi buzilishning tarqalish tezligini tushunish. To'lqinning tezligi doimiy qiymat bo'lganligi sababli (ma'lum muhit uchun), to'lqin bosib o'tgan masofa tezlik va uning tarqalish vaqtining mahsulotiga teng. Shunday qilib, to'lqin uzunligini topish uchun siz to'lqin tezligini undagi tebranish davriga ko'paytirishingiz kerak:

To'lqin uzunligi - tebranishlar bir xil fazada sodir bo'ladigan fazoda bir-biriga eng yaqin ikkita nuqta orasidagi masofa. To'lqin uzunligi to'lqinning fazoviy davriga to'g'ri keladi, ya'ni doimiy fazali nuqta tebranish davriga teng vaqt oralig'ida "ketadigan" masofaga to'g'ri keladi.

To'lqin raqami(shuningdek deyiladi fazoviy chastota) nisbati 2 π radiandan to'lqin uzunligiga: aylana chastotasining fazoviy analogi.

Ta'rif: to'lqin raqami k - to'lqin fazasining o'sish tezligi φ fazoviy koordinata bo'yicha.

3.2. Samolyot to'lqini - old tomoni tekislik shakliga ega bo'lgan to'lqin.

Tekis to'lqinning old qismi cheksiz o'lchamga ega, faza tezligi vektori old tomonga perpendikulyar. Tekis to'lqin - bu to'lqin tenglamasining o'ziga xos yechimi va qulay model: bunday to'lqin tabiatda mavjud emas, chunki tekis to'lqinning old qismi dan boshlanadi va bilan tugaydi, bu aniq bo'lishi mumkin emas.

Har qanday to'lqin tenglamasi yechimdir differensial tenglama, to'lqin deb ataladi. Funktsiya uchun to'lqin tenglamasi quyidagicha yoziladi:

Qayerda

· - Laplas operatori;

· - talab qilinadigan funksiya;

· - kerakli nuqta vektorining radiusi;

· - to'lqin tezligi;

· - vaqt.

to'lqin yuzasi - bir xil fazada umumlashtirilgan koordinataning buzilishini boshdan kechirayotgan nuqtalarning geometrik joylashuvi. To'lqin sirtining alohida holati to'lqin jabhasidir.

A) Samolyot to'lqini to'lqin sirtlari bir-biriga parallel tekisliklar yig'indisi bo'lgan to'lqin.

B) Sferik to'lqin to'lqin sirtlari konsentrik sharlar yig'indisi bo'lgan to'lqin.

Nur- chiziq, normal va to'lqin yuzasi. To'lqinlarning tarqalish yo'nalishi nurlarning yo'nalishini anglatadi. Agar to'lqin tarqalish muhiti bir hil va izotrop bo'lsa, nurlar to'g'ri (va to'lqin tekis bo'lsa, ular parallel to'g'ri chiziqlardir).

Fizikada nur tushunchasi odatda faqat geometrik optika va akustikada qo'llaniladi, chunki bu yo'nalishlarda o'rganilmagan effektlar paydo bo'lganda, nur tushunchasining ma'nosi yo'qoladi.

3.3. To'lqinning energiya xususiyatlari

To'lqin tarqaladigan muhit mexanik energiyaga ega bo'lib, uning barcha zarrachalarining tebranish harakati energiyalarining yig'indisi hisoblanadi. Massasi m 0 bo‘lgan bitta zarrachaning energiyasi quyidagi formula bo‘yicha topiladi: E 0 = m 0 a 2ō 2/2. Muhitning birlik hajmi n = ni o'z ichiga oladi p/m 0 zarralar (ρ - muhitning zichligi). Demak, muhitning hajmi birligi w r = nE 0 = energiyaga ega ρ Α 2ō 2 /2.

Volumetrik energiya zichligi(W r) - uning hajmi birligida joylashgan muhit zarralarining tebranish harakati energiyasi:

Energiya oqimi(F) - vaqt birligida ma'lum sirt orqali to'lqin tomonidan uzatiladigan energiyaga teng qiymat:

To'lqin intensivligi yoki energiya oqimining zichligi(I) - to'lqinning tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan birlik maydoni orqali to'lqin tomonidan uzatiladigan energiya oqimiga teng qiymat:

3.4. Elektromagnit to'lqin

Elektromagnit to'lqin- kosmosda elektromagnit maydonning tarqalish jarayoni.

Voqea holati elektromagnit to'lqinlar. Magnit maydondagi o'zgarishlar o'tkazgichdagi oqim o'zgarganda sodir bo'ladi va tezlik o'zgarganda o'tkazgichdagi oqim o'zgaradi. elektr zaryadlari unda, ya'ni zaryadlar tezlanish bilan harakat qilganda. Binobarin, elektromagnit to'lqinlar elektr zaryadlarining tezlashtirilgan harakatidan kelib chiqishi kerak. Zaryadlash tezligi nolga teng bo'lsa, faqat elektr maydoni mavjud. Doimiy zaryad tezligida elektromagnit maydon paydo bo'ladi. Zaryadning tezlashtirilgan harakati bilan elektromagnit to'lqin chiqariladi, u kosmosda cheklangan tezlikda tarqaladi.

Elektromagnit to'lqinlar moddada cheklangan tezlikda tarqaladi. Bu yerda e va m moddaning dielektrik va magnit o‘tkazuvchanliklari, e 0 va m 0 elektr va magnit o‘tkazuvchanliklari: e 0 = 8,85419·10 –12 F/m, m 0 = 1,25664·10 –6 H/m.

Vakuumdagi elektromagnit to'lqinlarning tezligi (e = m = 1):

Asosiy xususiyatlar Elektromagnit nurlanish odatda chastota, to'lqin uzunligi va qutblanish deb hisoblanadi. To'lqin uzunligi nurlanishning tarqalish tezligiga bog'liq. Vakuumda elektromagnit nurlanishning guruh tezligi yorug'lik tezligiga teng, bu tezlik kamroq;

Elektromagnit nurlanish odatda chastota diapazonlariga bo'linadi (jadvalga qarang). Diapazonlar o'rtasida keskin o'tishlar yo'q, ular ba'zan bir-biriga mos keladi va ular orasidagi chegaralar o'zboshimchalik bilan bo'ladi. Radiatsiyaning tarqalish tezligi doimiy bo'lgani uchun uning tebranish chastotasi vakuumdagi to'lqin uzunligiga qat'iy bog'liqdir.

To'lqin shovqini. Kogerent to'lqinlar. To'lqin kogerentligi uchun shartlar.

Yorug'likning optik yo'li uzunligi (OPL). Farq o'rtasidagi munosabat o.d.p. to'lqinlar keltirib chiqaradigan tebranishlarning fazalaridagi farq bilan to'lqinlar.

Ikki to'lqin aralashganda hosil bo'lgan tebranishning amplitudasi. Ikki to'lqin interferensiyasida amplitudaning maksimal va minimal shartlari.

Ikkita tor uzun parallel yoriqlar bilan yoritilganda tekis ekrandagi interferentsiya qirralari va interferentsiya naqshlari: a) qizil chiroq, b) oq yorug'lik.

1) TO‘LQINLI HAROLOQLAR- to'lqinlarning shunday superpozitsiyasi, bunda ularning o'zaro kuchayishi, vaqt bo'yicha barqaror bo'lib, bu to'lqinlarning fazalari o'rtasidagi munosabatlarga qarab, fazoning ba'zi nuqtalarida va boshqalarida zaiflashadi.

Old shartlar aralashuvni kuzatish uchun:

1) to'lqinlar bir xil (yoki yaqin) chastotalarga ega bo'lishi kerak, shunda to'lqinlarning superpozitsiyasi natijasida paydo bo'lgan rasm vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydi (yoki juda tez o'zgarmaydi, shuning uchun uni o'z vaqtida yozib olish mumkin);

2) to'lqinlar bir tomonlama bo'lishi kerak (yoki shunga o'xshash yo'nalishga ega); ikkita perpendikulyar to'lqin hech qachon aralashmaydi (ikkita perpendikulyar sinus to'lqinlarni qo'shib ko'ring!). Boshqacha qilib aytganda, qo'shilayotgan to'lqinlar bir xil to'lqin vektorlariga (yoki yaqin yo'naltirilgan) ega bo'lishi kerak.

Ushbu ikki shart bajarilgan to'lqinlar deyiladi MUVOFIQ. Birinchi shart ba'zan deyiladi vaqtinchalik muvofiqlik, ikkinchi - fazoviy muvofiqlik.

Misol tariqasida ikkita bir xil yo'nalishli sinusoidlarni qo'shish natijasini ko'rib chiqamiz. Biz faqat ularning nisbiy siljishini o'zgartiramiz. Boshqacha qilib aytganda, biz faqat boshlang'ich fazalarida farq qiladigan ikkita kogerent to'lqinni qo'shamiz (ularning manbalari bir-biriga nisbatan siljiydi yoki ikkalasi ham).

Agar sinusoidlar kosmosda ularning maksimal (va minimallari) mos keladigan tarzda joylashgan bo'lsa, ular o'zaro kuchayadi.

Agar sinusoidlar bir-biriga nisbatan yarim davrga siljigan bo'lsa, birining maksimali ikkinchisining minimaliga tushadi; sinusoidlar bir-birini yo'q qiladi, ya'ni ularning o'zaro zaiflashishi sodir bo'ladi.

Matematik jihatdan bu shunday ko'rinadi. Ikki to'lqin qo'shing:

Bu yerga x 1 Va x 2- to'lqin manbalaridan biz superpozitsiya natijasini kuzatadigan fazodagi nuqtagacha bo'lgan masofa. Olingan to'lqinning kvadrat amplitudasi (to'lqinning intensivligiga mutanosib) quyidagicha ifodalanadi:

Bu ifodaning maksimal qiymati 4A 2, minimal - 0; hamma narsa boshlang'ich fazalardagi farqga va to'lqin yo'lining farqiga bog'liq :

Kosmosning ma'lum bir nuqtasida interferentsiya maksimal, qachon esa - shovqin minimal bo'ladi.

Bizning oddiy misol to'lqin manbalari va biz interferensiyani kuzatadigan fazodagi nuqta bir xil to'g'ri chiziqda; bu chiziq bo'ylab interferentsiya sxemasi barcha nuqtalar uchun bir xil bo'ladi. Agar biz kuzatuv nuqtasini manbalarni tutashtiruvchi to'g'ri chiziqdan uzoqlashtirsak, interferensiya sxemasi nuqtadan nuqtaga o'zgarib turadigan fazoda bo'lamiz. Bunday holda, biz teng chastotali va yaqin to'lqin vektorli to'lqinlarning interferensiyasini kuzatamiz.

2) 1. Optik yo'l uzunligi yorug'lik to'lqinining ma'lum muhitdagi yo'lining geometrik uzunligi d va bu muhitning absolyut sindirish ko'rsatkichi n ko'paytmasidir.

2. Bir manbadan kelib chiqqan ikkita kogerent to‘lqinning fazalar farqi, ulardan biri absolyut sindirish ko‘rsatkichiga ega bo‘lgan muhitda yo‘l uzunligi, ikkinchisi esa absolyut sinishi ko‘rsatkichli muhitda yo‘l uzunligi:

bu yerda , , l - vakuumdagi yorug'likning to'lqin uzunligi.

3) Hosil bo'lgan tebranishning amplitudasi chaqirilgan miqdorga bog'liq zarba farqi to'lqinlar

Agar yo'l farqi to'lqinlarning butun soniga teng bo'lsa, to'lqinlar fazadagi nuqtaga etib boradi. Qo'shilganda, to'lqinlar bir-birini mustahkamlaydi va ikki barobar amplitudali tebranish hosil qiladi.

Agar yo'l farqi yarim to'lqinlarning toq soniga teng bo'lsa, to'lqinlar antifazada A nuqtasiga etib boradi. Bunday holda, ular bir-birini bekor qiladi, natijada paydo bo'lgan tebranishning amplitudasi nolga teng.

Kosmosning boshqa nuqtalarida hosil bo'lgan to'lqinning qisman kuchayishi yoki zaiflashishi kuzatiladi.

4) Jung tajribasi

1802 yilda ingliz olimi Tomas Yang yorug'lik interferensiyasini kuzatgan tajriba o'tkazdi. Tor bo'shliqdan yorug'lik S, bir-biriga yaqin joylashgan ikkita tirqishli ekranga tushdi S 1 Va S 2. Yoriqlarning har biridan o'tib, yorug'lik nurlari kengayib, oq ekranda yorug'lik nurlari tirqishlardan o'tib ketdi. S 1 Va S 2, bir-biriga yopishgan. Yorug'lik nurlari bir-biriga yopishgan hududda yorug'lik va qorong'u chiziqlar almashinishi ko'rinishida interferentsiya naqshlari kuzatildi.

An'anaviy yorug'lik manbalaridan yorug'lik aralashuvini amalga oshirish.

Yupqa plyonkada yorug'likning interferentsiyasi. Yoritilgan va o'tadigan yorug'likdagi plyonkadagi yorug'likning maksimal va minimal interferensiyasi uchun shartlar.

Interferentsiya chegaralari teng qalinligi va teng moyillikdagi interferentsiya chekkalari.

1) Interferensiya hodisasi bir-biriga aralashmaydigan suyuqliklarning yupqa qatlamida (suv yuzasida kerosin yoki moy), sovun pufakchalarida, benzinda, kapalaklarning qanotlarida, xiralashgan ranglarda va hokazolarda kuzatiladi.

2) Interferentsiya, yorug'likning dastlabki nurlari nozik bir plyonkadan o'tayotganda ikki nurga bo'linganida sodir bo'ladi, masalan, qoplangan linzalarning linzalari yuzasiga qo'llaniladigan plyonka. Qalinligi plyonkadan o'tadigan yorug'lik nuri ikki marta - uning ichki va tashqi yuzalarida aks etadi. Aks ettirilgan nurlar plyonka qalinligidan ikki baravar ko'p bo'lgan doimiy fazalar farqiga ega bo'ladi, bu nurlarning kogerent bo'lishiga va interferensiyaga olib keladi. Nurlarning to'liq so'nishi to'lqin uzunligi qaerda sodir bo'ladi. Agar nm, keyin plyonka qalinligi 550: 4 = 137,5 nm.

Magnit oqim nima?

Rasmda bir xil magnit maydon ko'rsatilgan. Bir jinsli ma'lum hajmdagi barcha nuqtalarda bir xil degan ma'noni anglatadi. Maydoni S bo'lgan sirt maydonga joylashtirilgan, maydon chiziqlari sirtni kesib o'tadi.

Magnit oqimining ta'rifi

Magnit oqim ta'rifi:

S sirtdan o'tuvchi magnit oqimi F - magnit induksiya vektori B ning S sirtdan o'tuvchi chiziqlar soni.

Magnit oqim formulasi

Magnit oqim formulasi:

bu erda a - magnit induksiya vektori B yo'nalishi bilan S sirtning normali orasidagi burchak.

Magnit oqim formulasidan ko'rinib turibdiki, maksimal magnit oqim cos a = 1 da bo'ladi va bu B vektori normal S sirtga parallel bo'lganda sodir bo'ladi. Minimal magnit oqim cos a = 0 da bo'ladi, bu B vektori S sirtga normal perpendikulyar bo'lganda sodir bo'ladi, chunki bu holda B vektorining chiziqlari S sirt bo'ylab uni kesib o'tmasdan siljiydi.

Va magnit oqimining ta'rifiga ko'ra, faqat magnit induksiya vektorining ma'lum bir sirtni kesib o'tadigan chiziqlari hisobga olinadi.

Magnit oqim skalyar miqdordir.