Орчин үеийн физикийн хамгийн чухал хэсгүүдийн нэг бол цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл ба тэдгээртэй холбоотой бүх тодорхойлолтууд юм. Энэ харилцан үйлчлэл нь бүх цахилгаан үзэгдлийг тайлбарладаг. Гэрэл нь цахилгаан соронзон цацраг учраас цахилгааны онол нь оптик зэрэг олон салбарыг хамардаг. Энэ нийтлэлд бид цахилгаан гүйдэл ба соронзон хүчний мөн чанарыг ойлгомжтой, ойлгомжтой хэлээр тайлбарлахыг хичээх болно.
Соронзизм нь суурийн үндэс юм
Хүүхэд байхад томчууд бидэнд соронз ашиглан янз бүрийн ид шид үзүүлдэг байсан. Бие биедээ татагдаж, жижиг тоглоомуудыг өөртөө татах чадвартай эдгээр гайхалтай барималууд хүүхдүүдийн нүдийг бүрхсээр ирсэн. Соронз гэж юу вэ, соронзон хүч төмрийн хэсгүүдэд хэрхэн нөлөөлдөг вэ?
Шинжлэх ухааны хэлээр тайлбарлавал физикийн үндсэн хуулиудын нэг рүү хандах хэрэгтэй. Кулоны хууль болон харьцангуйн тусгай онолын дагуу цэнэг дээр тодорхой хүч үйлчилдэг бөгөөд энэ нь цэнэгийн өөрийнх нь хурдтай (v) шууд пропорциональ байна. Энэ харилцан үйлчлэлийг гэж нэрлэдэгсоронзон хүч.
Биеийн онцлог
Ер нь ямар ч соронзон үзэгдэл зөвхөн дамжуулагч дотор цэнэг хөдөлж эсвэл гүйдэл байгаа үед л тохиолддог гэдгийг ойлгох хэрэгтэй. Соронзон ба соронзлолын тодорхойлолтыг судлахдаа тэдгээр нь цахилгаан гүйдлийн үзэгдэлтэй нягт холбоотой гэдгийг ойлгох хэрэгтэй. Тиймээс цахилгаан гүйдлийн мөн чанарыг ойлгоцгооё.
Цахилгаан хүч нь электрон ба протоны хооронд үйлчлэх хүч юм. Энэ нь таталцлын хүчний утгаас тоон хувьд хамаагүй их байна. Энэ нь цахилгаан цэнэгээр, эс тэгвээс дамжуулагч доторх хөдөлгөөнөөс үүсдэг. Цэнэгүүд нь эргээд эерэг ба сөрөг гэсэн хоёр төрөлтэй. Та бүхний мэдэж байгаагаар эерэг цэнэгтэй хэсгүүд сөрөг цэнэгтэй хэсгүүдэд татагддаг. Гэсэн хэдий ч ижил тэмдгийн цэнэгүүд бие биенээ няцаах хандлагатай байдаг.
Тиймээс эдгээр цэнэгүүд дамжуулагч дотор хөдөлж эхлэхэд түүн дотор цахилгаан гүйдэл үүсдэг бөгөөд үүнийг 1 секундын дотор дамжуулагчаар урсах цэнэгийн харьцаа гэж тайлбарладаг. Соронзон орон дахь гүйдэл бүхий дамжуулагч дээр үйлчлэх хүчийг Амперын хүч гэж нэрлэдэг бөгөөд "зүүн гар" дүрмийн дагуу олно.
Эмпирик өгөгдөл
Та байнгын соронз, индуктор, реле эсвэл цахилгаан мотортой ажиллахдаа өдөр тутмын амьдралдаа соронзон харилцан үйлчлэлтэй тулгарч болно. Тэд тус бүр нь нүдэнд үл үзэгдэх соронзон оронтой. Үүнийг зөвхөн үйлдлээр нь ажиглаж болнохөдөлгөөнт тоосонцор болон соронзон биед нөлөөлдөг.
Соронзон орон дахь гүйдэл дамжуулах дамжуулагч дээр үйлчлэх хүчийг Францын физикч Ампер судалж, тодорхойлсон. Зөвхөн энэ хүчийг түүний нэрээр нэрлэсэн төдийгүй одоогийн хүч чадлын хэмжээ юм. Сургуульд Амперын хуулиудыг "зүүн" ба "баруун" гарын дүрэм гэж тодорхойлдог.
Соронзон орны шинж чанар
Соронзон орон нь зөвхөн цахилгаан гүйдлийн эх үүсвэрийн эргэн тойронд төдийгүй соронзны эргэн тойронд үргэлж үүсдэг гэдгийг ойлгох хэрэгтэй. Түүнийг ихэвчлэн соронзон хүчний шугамаар дүрсэлсэн байдаг. Графикийн хувьд соронзон дээр хуудас цаас тавиад, дээр нь төмрийн үртэс асгасан мэт харагдаж байна. Тэд яг доорх зураг шиг харагдах болно.
Физикийн тухай алдартай олон номонд туршилтын ажиглалтын үр дүнд соронзон хүчийг танилцуулсан байдаг. Үүнийг байгалийн тусдаа үндсэн хүч гэж үздэг. Ийм санаа нь буруу бөгөөд үнэн хэрэгтээ соронзон хүч байдаг нь харьцангуйн зарчмаас үүдэлтэй юм. Түүнийг байхгүй нь энэ зарчмыг зөрчинө.
Соронзон хүчний талаар үндсэн зүйл байхгүй - энэ нь зүгээр л Кулоны хуулийн харьцангуй үр дагавар юм.
Соронз ашиглах
Домогт өгүүлснээр МЭ 1-р зуунд эртний Грекчүүд Магнези арал дээр гайхалтай шинж чанартай ер бусын чулуунуудыг олж илрүүлжээ. Тэд төмөр, гангаар хийсэн аливаа зүйлийг өөртөө татдаг байв. Грекчүүд тэднийг арлаас гаргаж, эд хөрөнгийг нь судалж эхлэв. Тэгээд чулуунууд гудамжны гарт унах үедилбэчид, тэд бүх тоглолтынхоо зайлшгүй туслахууд болсон. Соронзон чулуунуудын хүчийг ашиглан тэд олон үзэгчдийг татсан гайхалтай шоуг бүтээж чадсан.
Чулуунууд дэлхийн өнцөг булан бүрт тархах тусам тэдний тухай домог, янз бүрийн домог яриа өрнөж эхэлсэн. Нэгэн цагт чулуунууд Хятадад хүрч, тэндээс олдсон арлын нэрээр нэрлэгдсэн байна. Соронз нь тухайн үеийн бүх том эрдэмтдийн судалгааны сэдэв болсон. Модон хөвөгч дээр соронзон төмрийн чулуу тавиад засаад дараа нь эргүүлбэл анхны байрлалдаа орохыг оролддог нь анзаарагдсан. Энгийнээр хэлбэл, түүнд үйлчлэх соронзон хүч нь төмрийн хүдрийг тодорхой байдлаар эргүүлнэ.
Соронзны энэ шинж чанарыг ашиглан эрдэмтэд луужин зохион бүтээжээ. Мод эсвэл үйсэн дугуй хэлбэртэй дээр хоёр үндсэн шон зурж, жижиг соронзон зүү суурилуулсан. Энэ загварыг усаар дүүргэсэн жижиг аяганд буулгав. Цаг хугацаа өнгөрөхөд луужингийн загварууд сайжирч, илүү нарийвчлалтай болсон. Тэдгээрийг зөвхөн далайчид төдийгүй элсэн цөл, уулархаг нутгаар судлах дуртай жирийн жуулчид ч ашигладаг.
Сонирхолтой туршлага
Эрдэмтэн Ханс Эрстед бараг бүх амьдралаа цахилгаан, соронзонд зориулсан. Нэгэн өдөр тэрээр их сургуульд лекц уншиж байхдаа оюутнууддаа дараах туршлагыг үзүүлжээ. Тэрээр энгийн зэс дамжуулагчаар гүйдэл дамжуулж, хэсэг хугацааны дараа дамжуулагч халж, нугалж эхлэв. Энэ бол дулааны үзэгдэл байвцахилгаан гүйдэл. Оюутнууд эдгээр туршилтуудыг үргэлжлүүлж, тэдний нэг нь цахилгаан гүйдэл өөр нэг сонирхолтой шинж чанартай болохыг анзаарчээ. Дамжуулагчид гүйдэл урсах үед ойролцоо байрлах луужингийн сум бага багаар хазайж эхлэв. Эрдэмтэн энэ үзэгдлийг нарийвчлан судалснаар соронзон орон дахь дамжуулагч дээр үйлчлэх хүч гэгчийг олж мэдэв.
Соронзон дахь ампер гүйдэл
Эрдэмтэд соронзон цэнэгийг олох гэж оролдсон боловч тусгаарлагдсан соронзон туйл олдсонгүй. Үүнийг цахилгаанаас ялгаатай нь соронзон цэнэг байдаггүйтэй холбон тайлбарладаг. Эцсийн эцэст, тэгэхгүй бол соронзны нэг үзүүрийг таслах замаар нэгж цэнэгийг салгах боломжтой болно. Гэсэн хэдий ч энэ нь нөгөө төгсгөлд шинэ эсрэг туйл үүсгэдэг.
Үнэндээ аливаа соронз нь соленоид бөгөөд түүний гадаргуу дээр атомын доторх гүйдэл эргэлддэг бөгөөд тэдгээрийг амперийн гүйдэл гэж нэрлэдэг. Соронзыг шууд гүйдэл эргэлддэг металл саваа гэж үзэж болох нь харагдаж байна. Ийм учраас соленоидод төмөр цөм оруулах нь соронзон орныг ихээхэн нэмэгдүүлдэг.
Соронзон энерги эсвэл EMF
Ямар ч физик үзэгдлийн нэгэн адил соронзон орон нь цэнэгийг хөдөлгөх энергитэй байдаг. EMF (цахилгаан хөдөлгөгч хүч) гэсэн ойлголт байдаг бөгөөд энэ нь нэгж цэнэгийг A0 цэгээс A1 цэг рүү шилжүүлэх ажил гэж тодорхойлогддог.
EMF-ийг Фарадейгийн хуулиар тодорхойлсон бөгөөд эдгээрийг гурван өөр физикт ашигладаг.нөхцөл байдал:
- Гуйсан хэлхээ нь үүссэн жигд соронзон орон дотор хөдөлдөг. Энэ тохиолдолд тэд соронзон эмфийн тухай ярьдаг.
- Контур тайван байдалд байгаа боловч соронзон орны эх үүсвэр өөрөө хөдөлж байна. Энэ бол аль хэдийн цахилгаан эрчим хүчний хэмнэл юм.
- Эцэст нь хэлхээ ба соронзон орны эх үүсвэр нь хөдөлгөөнгүй боловч соронзон орныг үүсгэгч гүйдэл өөрчлөгдөж байна.
Тооноор бол Фарадей томъёоны дагуу EMF нь: EMF=W/q.
Тиймээс цахилгаан хөдөлгөгч хүч нь нэг Кулон дахь Жоул эсвэл Вольтоор хэмжигддэг тул шууд утгаараа хүч биш юм. Энэ нь хэлхээг тойрч гарах үед дамжуулагч электронд өгөх энергийг илэрхийлдэг болох нь харагдаж байна. Генераторын эргэлдэх хүрээний дараагийн эргэлт хийх бүрт электрон нь EMF-тэй тэнцүү энергийг авдаг. Энэхүү нэмэлт энерги нь гаднах гинжин хэлхээний атомуудын мөргөлдөх үед шилжихээс гадна Жоулийн дулаан хэлбэрээр ялгардаг.
Лоренцын хүч ба соронз
Соронзон орон дахь гүйдэлд үйлчлэх хүчийг дараах томъёогоор тодорхойлно: q|v||B|sin a (соронзон орны цэнэгийн үржвэр, ижил бөөмийн хурдны модулиуд)., талбайн индукцийн вектор ба тэдгээрийн чиглэл хоорондын өнцгийн синус). Соронзон орон дахь хөдөлж буй нэгж цэнэгт үйлчлэх хүчийг Лоренцын хүч гэнэ. Сонирхолтой баримт бол Ньютоны 3-р хууль энэ хүчний хувьд хүчингүй юм. Энэ нь зөвхөн импульс хадгалагдах хуулийг дагаж мөрддөг тул Лоренцын хүчийг олох бүх асуудлыг үүн дээр үндэслэн шийдэх ёстой. Яаж гэдгийг олж мэдьета соронзон орны хүчийг тодорхойлох боломжтой.
Асуудал ба шийдлийн жишээ
Гүйдэл бүхий дамжуулагчийн эргэн тойронд үүсэх хүчийг олохын тулд та хэд хэдэн хэмжигдэхүүнийг мэдэх хэрэгтэй: цэнэг, түүний хурд, үүсч буй соронзон орны индукцийн утга. Дараах бодлого нь Лоренцын хүчийг хэрхэн тооцоолохыг ойлгоход тусална.
0.2 С индукц бүхий соронзон орон дотор 10 мм/с хурдтай хөдөлж буй протонд үйлчлэх хүчийг тодорхойл (тэдгээрийн хоорондох өнцөг нь 90o, цэнэглэгдсэн бөөмс индукцийн шугамд перпендикуляр хөдөлдөг тул). Шийдэл нь төлбөрийг олох явдал юм. Цэнэгүүдийн хүснэгтийг харахад протон 1.610-19 Cl цэнэгтэй болохыг олж мэдэв. Дараа нь бид хүчийг дараах томъёогоор тооцоолно: 1, 610-19100, 21 (зөв өнцгийн синус 1)=3, 2 10- 19 Ньютон.
