Magnit induksiya nima

Magnit induksiyasi
B→
O‘lchamlik MT−2I−1
O‘lchov birliklari
SI Tl
SGS Gs
Eslatmalar
Vektor kattalik

Magnit induksiyasi — vektorli fizik kattalik bo‘lib, magnit maydonining kuch ta’sirini, ya’ni uning harakatlanayotgan zaryadlangan zarralar hamda magnit momentiga ega jismlarga ta’sirini tavsiflaydi.

Standart belgilanishi: B→; o‘lchov birligi SI — tesla  (Tl), SGS — gauss  (Gs) (nisbat: 1 Tl = 104 Gs).

Magnit induksiyasi elektrodinamikaning muhim formulalarida ishtirok etadi. Bularga Maksvell tenglamalari ham kiradi.

Magnit induksiyasi B→ ni o‘lchashda magnitometr-teslametrlar qo‘llaniladi. Uni hisoblash yo‘li bilan ham aniqlash mumkin — statik holatda buning uchun fazodagi toklarning taqsimotini bilish kifoya.

Vektor B→ umumiy holda qaralayotgan nuqtaning koordinatalari hamda vaqt t ga bog‘liq. U invariant emas — Lorens almashtirishlari ta’sirida yoki sanoq sistemasi almashtirilganda uning qiymati o‘zgaradi.

Fizik ma’nosi

Magnit induksiyasi B→ — shunday vektorki, Lorens kuchi F→ — magnit maydonning q∗ zaryadga, u v→ tezlik bilan harakatlanganda, ta’sir etuvchi kuchi bo‘lib, quyidagiga teng:

F→=q∗[v→×B→]
(moduli bo‘yicha F=q∗vBsin⁡α).

Qiya xoch belgisi vektor ko‘paytmani bildiradi; α — tezlik va magnit induksiyasi vektorlari orasidagi burchak (F→ vektori ularning har ikkalasiga perpendikulyar bo‘lib, chap qo‘l qoidasiga ko‘ra yo‘naladi).

Magnit induksiyasini bir jinsli (ramka o‘lchamlariga teng masofalarda) deb hisoblangan magnit maydonga joylashtirilgan ramkaga ta’sir etuvchi maksimal mexanik kuch momentining ramkadan oqayotgan tok kuchi bilan ramka yuzasi ko‘paytmasiga nisbati sifatida ham aniqlash mumkin. Bunda tok kuchi I∗ ramkaning yuzasi bilan ko‘paytiriladi. Kuch momenti ramkaning yo‘nalishiga bog‘liq bo‘lib, muayyan burchaklarda eng katta qiymatga erishadi. Belgi yonidagi yulduzcha zaryad yoki tok «sinov» ekanini, ya’ni yulduzchasiz kattaliklardan farqli ravishda aynan maydonni qayd etish uchun ishlatilishini bildiradi.

Magnit induksiyasi magnit maydonining asosiy, fundamental xarakteristikasi hisoblanadi. Elektr maydondagi muqobili — elektr maydon kuchlanganligi vektori E→.

Hisoblash usullari

Umumiy holat

Umumiy holatda magnit induksiyasi elektromagnit maydonning elektr tashkil etuvchisi bilan birgalikda, Maksvell tenglamalari sistemasini yechish orqali hisoblanadi:

div(εE→)=ρε0,   rotE→=−∂B→∂t,
divB→=0,    rotB→μ=μ0j→+εc2∂E→∂t,

bu yerda μ0 — magnit doimiysi, μ — magnit singdiruvchanlik, ε — dielektrik singdiruvchanlik, c — yorug‘lik tezligi (vakuumdagi qiymati). ρ — zaryad zichligi (Kl/m3) va j→ — tok zichligi (A/m2).

Magnitostatik chegarada magnit maydonni hisoblash uchun Bio—Savar—Laplas formulasidan foydalanish mumkin. Bu formulaning ko‘rinishi maydon simdan oqayotgan L1 tok I yoki tokning hajm bo‘ylab taqsimlanishi orqali hosil bo‘lishiga qarab biroz farq qiladi:

B→(r→)=μ04π∫L1I(r→1)dl→1×(r→−r→1)|r→−r→1|3,B→(r→)=μ04π∫j→(r→1)dV1×(r→−r→1)|r→−r→1|3.

Magnitostatikada bu formula elektrostatikadagi Kulon qonuni bajaradigan vazifani bajaradi. Formula vakuumdagi magnit induksiyasini hisoblash imkonini beradi. Magnit muhit holatida esa Maksvell tenglamalaridan (vaqt bo‘yicha hosilali hadlarsiz) foydalanish kerak.

Maydon geometriyasi oldindan aniq bo‘lsa, magnit maydon sirkulyatsiyasi haqidagi Amper teoremasi yordam beradi (bu ifoda vakuumdagi rotB→ uchun Maksvell tenglamasining integral shaklidir):

∮LB→⋅dl→=μ0∫Sj→⋅dS→.

Bu yerda S — tanlangan yopiq kontur bilan chegaralangan ixtiyoriy sirt L.

Oddiy misollar

To‘g‘ri tokli simning magnit induksiyasi vektori I undan a masofada quyidagiga teng:

B→=μ0μI2πa⋅e→φ,

bu yerda e→φ — sim o‘tkazilgan simmetriya o‘qi atrofidagi aylana bo‘ylab yo‘nalgan birlik vektor. Muhit bir jinsli deb hisoblanadi.

To‘g‘ri solenoid ichidagi magnit induksiyasi vektori, I tok va uzunlik birligiga to‘g‘ri keladigan o‘ramlar soni n bo‘lganda, quyidagiga teng:

B→=μ0μnI⋅e→z,

bu yerda e→z — solenoid o‘qi bo‘ylab yo‘nalgan birlik vektor. Bu yerda ham solenoidni to‘ldirgan magnit muhit bir jinsli deb hisoblanadi.

Kuchlanganlik bilan bog‘liqligi

Magnit induksiyasi va magnit maydon kuchlanganligi quyidagi munosabat orqali bog‘langan:

B→=μ0μH→,

bu yerda μ — muhitning magnit singdiruvchanligi (umumiy holda u tenzor kattalikdir, ammo ko‘pchilik amaliy holatlarda uni skalyar, ya’ni muayyan materialga xos o‘zgarmas qiymat deb olish mumkin).

Asosiy tenglamalar

Magnit induksiyasi vektori elektromagnetizm nazariyasidagi asosiy fundamental fizik kattaliklardan biri bo‘lgani sababli, ko‘plab tenglamalarda bevosita yoki u bilan bog‘liq magnit maydon kuchlanganligi orqali qatnashadi. Klassik elektromagnetizm nazariyasida u uchramaydigan deyarli yagona soha — elektrostatikadir.

Quyidagi tenglamalar shular jumlasidan:

undan bir jinsli bo‘lmagan magnit maydonda magnit dipolga ta’sir etuvchi kuch ifodasi kelib chiqadi,
ta’sir etuvchi kuch ifodasi (bu ifoda odatdagi Kulon qonuniga aynan mos keladi va tabiatda haqiqiy magnit zaryadlari aniqlanmagan bo‘lsa-da, soddaligi tufayli formal hisoblashlarda keng qo‘llaniladi; shuningdek, uzun va ingichka magnit yoki solenoid qutbiga magnit maydon ta’sir etuvchi kuchni hisoblashda bevosita ishlatilishi mumkin).
  • Magnit maydon energiyasi zichligining ifodasi
    w=B22μ0μ.
U (elektr maydon energiyasi bilan birgalikda) elektromagnit maydon energiyasi ifodasiga ham, elektromagnit maydon lagranjianiga hamda uning ta’sir integraliga ham kiradi. Zamonaviy qarashlarga ko‘ra, aynan shu oxirgisi elektrodinamikaning (ham klassik, ham prinsip jihatdan kvant elektrodinamikasining) fundamental asosidir.

Odatdagi qiymatlar

Magnit induksiyasining xarakterli qiymatlari
ObyektB, TlObyektB, Tl
magnit maydondan ekranlangan xona10-14Quyosh dog‘i0,15
yulduzlararo fazo10-10kichik magnit (Nd-Fe-B)0,2
Yerning magnit maydoni5*10-5katta elektromagnit1,5
1 sm masofada 100 A tok oqayotgan sim2*10-3kuchli laboratoriya magniti10
kichik magnit (ferrit)0,01neytron yulduzi yuzasi108