S. o r I f j o n o V elektromagnitizm
Download 48 Kb. Pdf ko'rish
|
berar ekan. Yuqorida o'zgaruvchan tokning kondensator va induktiv g ‘altakning parallel zanjiridan o ‘tishi tekshirilgan edi (32-§). Tashqi chastota tebranma konturning tebranishlar xususiy a)0 chastotasiga tenglashganda rezonans ro‘y berishi ta’kidlagan edi. Rezonansning mazmuni shundan iborat ediki, tashqi zanjirda tok boMmagan holda, tebranma konturda yopiq zanjir bo‘yicha tebranma xarakterdagi toklar oqardi. Bu tebranishlar dastlab tashqi garmonik kuchlanishdan energiya olib, so ‘ngra cheksiz davom etishi mumkin. Savol va m asalalar 37.1. Qanday elektromagnit miqdorlarni bilasiz? 37.2. Elektr va magnit dipollar qanday kuchlaming ta’sirida teb- ranadi? 37.3. Tebranma konturda qanday fizik miqdorlarning tebranma o'zgarishi ro‘y beradi? Bu tebranishlar qanday kuchlaming ta’sirida ro‘y beradi? 37.4. Tebranma konturdagi tebranishlarda qanday fizik miqdor saqlanadi? Tebranma konturdagi induktiv g ‘altakning qarshiligi hisobga olinsa, (37.3) tenglamaning o ‘ng tarafiga qarshilikdagi potensial tushishni ham qo‘shish kerak bo‘ladi: Bu yerda p = R / 2 L , ад = 1/ 4 cL . Qarshilik mavjud bo'lgan holda tebranma konturdagi kondensator zaryadi uchun differensial tenglama yozildi. Tenglama yechimini quyidagicha izlaymiz: Bularni (38.2) tenglamaga qo'yib, Q uchun differensial tenglama topamiz: Topilgan tenglamaning yechim i o ^ - p 2 ifodaning ishorasi ga b o g 'liq . Ifoda manfiy bo'lganda tenglam aning yechim i mayib borishini ifodalaydi, konturda tebranishlar ro'y bermaydi. Bu hoi p, demak aktiv qarshilik nisbatan katta bo'lganda ro'y beradi. Chegaraviy holat = p 2, R = 2 ^ L / C bo'lganda amalga oshadi. Bunda tenglama d 2Q / d t 2 = 0 , yechim esa Q = q { +q2t, (38.1) I{t) = d q /d t tenglikdan foydalansak: (38.2) q = t\p(-pt)Q . (38.3) Hosilalarni hisoblaymiz: (38.4) kondensatordagi zaryadning uzluksiz ka- demak q(t) = exp(~pt)(qx +q2t ) boMadi, bu yechim ham kondensa tordagi zaryadning kamayib borishini ifodalaydi. a $ - p 2 >0, R < 2yjL/ С boMganida (38.4) tenglam a s o ‘n - mas garmonik tebranishlar tenglamasiga aylanadi. Belgilash kiritaylik: со = yjo^ - p 7 Bu belgilash ishtirokida (38.4) tenglama d 2Q / d t 2 + q )2Q = 0 shaklga keladi va aw algi boMimda ko'rgani- mizdek quyidagi yechimga ega boMadi: Q(t) = q0 sin( (38.5) Umumiy yechim esa, quyidagicha boMadi: q(t) = q0 exp(~pt) sin(fflf + a). (38.6) So‘nuvchi tebranishlarning gra- figi 38.1-rasmda keltirilgan. Tokning so'nuvchi tebranishlari uchun for mula, (38.6) yechim va I(t) = d q / d t munosabat bo'yicha topiladi. Shunday qilib, tebranma kon turda tebranishlar ro ‘y berishi uchun qarshilik yetarlicha kichik boMishi kerak: R < 2-J L /C . Bunda tebranishlarning chastotasi erkin tebranishlarnikidan kichik boMadi: a = yJco£ - p 2 , davri esa kattaroq boMadi: rj, _ 2n _ 2n _ 2 tt 'J l C 03 y l 4 - p 2 J \ - C R 2 / 4 l ' (38‘7) T eb ran ish lam i am plitudasi vaqt o ‘tishi bilan ek sp o n en - sial ravishda kamayib boradi: q0 exp(-pt) Bir tebranish davo- m ida am p litu d an in g o'zgarish i exp(~pT) boMib, bu m iqdor- ning logarifm i (logarifm n in g m od u li) 5 = p T s o ‘n ish n in g logarifm ik dekrem enti deb ataladi. M asalan, s o ‘n ish n in g logarifm ik dekrementi ,5 = 0.03 boMsa, bir tebranish davrida am plituda А ехр(-О.ОЗ)» /1(1-0.03) = A 0.97 k oeffitsiyen t bilan kamayadi, 1 0 tebranishda: А (ехр(-О.ОЗ)}10 = А ехр(-О.З) = A ■ 0.74 koeffitsiyent bilan kamayadi. 38.1-rasm. 38.1. So'nuvchi tebranishlar va erkin tebranishlar chastotasi qanday farq qiladi? 38.2. So‘nishning logarifmik dekrementi deb nimaga aytiladi? 38.3. Tebranma konturda tebranishlar ro‘y berishi uchun qarshilik qanday shartga bo‘ysinishi kerak? 38.4. Tebranma konturdagi to‘liq energiya qanday kamayadi? M u h im fo rm u la la r • Erkin tebranishlar davri: T = 7 k 4 l C • Tebranma kontur uchun energiyaning saqlanish qonuni: 2 С 2 • Tebranma konturdagi maksimal zaryad va maksimal tok orasidagi bog'lanish: /„ = qa / 4CL = co^q. • Zaryad uchun erkin tebranishlar tenglamasi: + colq = 0. • Elkin tebranishlarning uch ekvivalent ifodasi: q(t) = q{ exp(icogt) + q2 exp(-icogt), q(t) = A cos cogt + В sin w0t, (/) = 0 sin ( • So'nuvchi tebranishlarning keltirilgan tenglamasi: d 2q ~ n dq 2 n ~7i +2/3-^- + ю0д = 0- dt dt • So'nuvchi tebranishlar chastotasi: со = ^со^ - р 2 • So'nuvchi tebranishlar formulasi: q(t) = q0 exp(-/?/)sin( • So‘nishning logarifmik dekrementi: S = f}T ELEKTROMAGNIT MAYDON UCHUN MAKSVELL TENGLAMALARI VA ELEKTROMAGNIT TO‘LQINLAR 3 9 - § . E l e k t r v a m a g n it m a y d o n la rn in g n isb iy lig i Elektr va magnit maydonlar orasidagi chuqur boglanishni o'tmishdagi ulug‘ allomalar ham izlashgan. Bu izlanishlar natijasida Ersted elektr toklari magnit maydon hosil qilishini, Amper esa magnit maydon tokli o ‘tkazgichlaiga ta’sir etishini topgan. Faradey tajribalari esa o'zgaruvchi magnit maydon elektr maydon, elektr yurituvchi kuchni vujudga keltirishini kashf etgan. Yopiq o'tkazgich halqa doimiy magnitga nisbatan qo‘zg‘almas bo'lsa, unda elektr maydon bo'lmaydi, harakatda bo'lsa, magnit oqim o'zgarib, elektr maydon induksiyalanadi, elektr maydon vujudga keladi. Qo'zg'almas zaryadlar atrofida faqat elektr maydon vujudga keladi, kuzatuvchi turli tajribalarda elektr maydon mavjudligini o'lchaydi. Kuzatuvchi harakatlansa, zaryadlar unga nisbatan harakatda bo'ladi va elektr maydondan tashqari magnit maydon hosil qiladi. Demak, kuzatuvchi bir tajribada faqat elektr maydonni kuzatsa, boshqa tajribada elektr maydondan tashqari magnit maydon mavjudligi haqida xulosa chiqaradi, bu maydonlarning nisbiyligi haqida xulosa chiqaradi. Bunday kuzatuvchi bilan fikriy tajribalar yordamida batafsil o'rganishni davom ettiramiz. 1. Bir sanoq sistemasidan ikkinchisiga o'tganda elektr va magnit maydonlar asosan saqlanadi. Bu fikr to'g'riligi ayniqsa ikki sanoq sistema orasidagi tezlik v kichik bo'lganda tasdiqlanadi, V = 0 bo'lganda Ё = Ё', В = В' bo'lishi kerak. 2. Biron К ' sanoq sistemasida elektr maydon Ё ' , magnit maydon В' mavjud bo‘lsin. Bu maydonda zaryadli zarra v tezlik bilan harakatlansa, unga F = q v х В ' (39.1) Lorens kuchi ta’sir etadi. Bu kuch ta’sirida zarra spiralsimon trayektoriya bo‘yicha harakatlanadi. Zarraning bunday murakkab harakatlanishini hatto zarra bilan birga harakatlanayotgan, K' sistemaga nisbatan tezligi V = v boMgan kuzatuvchi ham sezadi (zarra va kuzatuvchi q o ‘zg‘almas boMgan bu sanoq sistemasini К deb belgilaymiz). Lekin bu kuzatuvchi uchun zarra qo‘zg‘almas boMgani uchun (q o ‘zg ‘almas zaryadga m agnit maydon ta ’sir etmaydi), u zarraga elektr maydon ta’sir etmoqda degan xulosa chiqaradi. Zarraning dastlabki sistemaga nisbatan spiralsimon trayektoriya bo'ylab harakatini tahlil etib, kuzatuvchi unga asosiy maydondan tashqari Ё = Ё ' + Ў х В ' (39.2) qo‘shimcha elektr maydon ta’sir etmoqda, degan xulosaga keladi, Bu yerda v — o'zining dastlabki, K' sistemaga nisbatan tezligi, ikki sanoq sistema orasidagi tezlik. Dem ak, kuzatuvchining hara katlanishi В ' magnit maydondan V x B ' elektr maydon vujudga kelishiga olib keldi, magnit maydondan elektr maydon vujudga keldi. Bu mulohazalar elektr va magnit maydonlarning nisbiyligini miqdoriy ravishda ko‘rsatmoqda. 3. Boshqa tajribada K' sistemada magnit maydon В ' dan tash qari koordinata boshida qo‘zg‘almas zaryad turgsn boMsin va uning elektr maydoni p. Q r ' HqC2 Q E <39-3> boMsin. Bu sanoq sistemasidan — v tezlikka ega boMgan К sanoq sistemasiga o ‘tsak, nuqtaviy zaryadning tezligi v boMadi ( v = - V ). Zarra harakatlangani uchun Bio-Savar-Laplas qonuniga ko‘ra magnit maydon hosil qiladi: 5^=4 _ A'o v x r ' __ v x Ё ' = ~4n L -_H 3 = = (39.4) I ? I Bu yerda r - r q — zaryadda boshlanib, maydon hisoblanayotgan nuqtada tugovchi vektor, aynan ?' ga teng. К sistemada magnit maydon В ' ham borligini, v = - V ekanligini hisobga olsak: В = В ' - \ ў х Ё ' (39.5) с Shunday qilib Lorens kuchi va Bio-Savar-Laplas qonunlariga asosan elektr va magnit maydonlarni bir sanoq sistem asidan ikkinchi sanoq sistemasiga o ‘tkazish formulalari (39.2) va (39.5) ni hosil qildik. Almashtirish formulalari sanoq sistemalar orasi dagi tezlik V orqali yozildi. Bu tezlik nolga teng b o‘lsa, Ё = Ё' va В = В ' bo'ladi. Topilgan formulalar elektr va magnit maydonlar orasidagi chuqur bog'lanishlami ko'rsatadi, shuning uchun e le k tr v a m agnit m ay d o n la r y a g o n a ele k tro m a g n it m ayd o n n ing tash k il e tu v c h ila ri e k a n . Geometrik figura — uchburchakni turli tarafdan qarasak, turlicha ko'rinadi, hatto yonidan qaraganda to'g'ri chiziq kesmasi bo'lib ko'rinadi. Zarra tezligi v vektorini turli sanoq sistemalaridan o'rgansak, uning tashkil etuvchilari v*, vy , vz turlicha bo'ladi, uning m oduli ham o'zgarishi mumkin. Shunga o'xshab, elektr- magnit maydonni turli tezlikdagi sanoq sistemalaridan o'rgansak, elektr va magnit maydonlar turlicha bo'ladi. Bundan elektr va magnit maydonlarning nisbiyligi, kuzatuv sanoq sistem asiga bog'liqligi kelib chiqadi. Zarraning koordinatasi, tezligi, impulsi, kinetik eneigiyasi nisbiy miqdorlar bo'lib, biz bunga ajablanmaymiz. Bu nisbiy miqdorlar qatoriga yana elektr va magnit maydonlar ham qo'shilar ekan. К sanoq sistema К' sistemaga nisbatan Ox' o'qi bo'ylab harakatlanayotgan bo'lsin, V faqat bitta Vx tashkil etuvchiga ega bo'lsin. Shu holda (39.2) va (39.5) tengliklarni koordinatalarga ajratib yozaylik: EX = EX Ey = E y '-VBt Ez = Ez + VBy (39.6) BX = B X By = By’+ p VEZ, Bz = Bz ' ~ ^ V E y (39.7) Maxsus nisbiylik nazariyasi fizik miqdorlami, fizika qonunlarini bir sanoq sistemasidan ikkinchisiga o'tganda o'zgarishini o'rga- nuvchi fizikaning bo'Iimidir. Elektr va magnit maydonlarning nisbiyligini ham aynan nisbiylik nazariyasi mukammal o'rganadi. Bu yerda nisbiylik nazariyasining mavzuga doir yutuqlarini esga olamiz. Nisbiylik nazariyasida elektr va magnit maydonlar yagona elektromagnit m aydon tenzorining tashkil etuvchilari ekanligi ko‘rsatiladi. Fizikada skalyar miqdorlar mavjud (masalan massa, bosim ), ular bitta son bilan ifodalanadi. Vektor miqdorlar qiymatidan tashqari yo‘nalishiga ham ega bo'ladi, koordinata o'qlarida uchta tashkil etuvchiga ega bo'ladi. Vektorning yo'nalishi koordinata o'qlaridan biriga m os kelsa, vektorning uchta tashkil etuvchisidan ikkitasi nolga teng bo'ladi. Bu vektomi boshqa koordinata sistemasida ko'rilsa, uchta tashkil etuvchiga ega bo'ladi. Bunga ko'ra koordinata o'qlarini buiganimizda vektorning bitta boshlang'ich tashkil etuvchisi yangi sistemada uchta o'qqa ham proeksiya berdi, uchta o'qdan ham ko'rina boshladi. Tenzor miqdor — murakkab fizik. miqdor bo'lib, uning to'qqizta tashkil etuvchisi (yoki bundan ham ko'p, masalan 27 ta) bo'ladi. Bu tashkil etuvchilar koordinata o'qlari bilan bog'liq bo'lib, koordinata o'qlari qulay tanlansa, bu tashkil etuvchilarning bir nechtasi nol b o 'lish i mumkin. Tenzor miqdorni boshqa koordinata sistem asida o'rgansak, uning tashkil etuvchilari boshqacha bo'ladi. Nisbiylik nazariyasi fizik dunyo to'rt o'lchovli ekanligini isbotlaydi, undagi skalyar miqdorlar bir son bilan (40;= 1), vektor miqdorlar — to'rt son bilan (4'= 4), eng sodda tenzorlar — o ‘n olti son bilan (tashkil etuvchi bilan) tasvirlanadi. Jumladan nisbiylik nazariyasida elektrom agnit m aydon elektrom agnit m aydon antisimmetrik tenzori bilan tasvirlanadi. Matematika qonunlariga ko'ra bu tenzorning to'rt elementi nol bo'lib, qolgan 12 elem en- tidan oltitasi qolgan oltitasiga teng (teskari ishora bilan), demak antisimmetrik tenzor 6 ahamiyatli elementga ega: Ex , Ey , Ez va cBx , cBy , cBz (bir tenzor tashkil etuvchilarining birligi m os kela di). Bir sanoq sistemasidan harakatdagi boshqa sanoq sistemasiga o'tganda elektromagnit maydon tenzorining bu tashkil etuvchilari o'zgaradi: - V 1 / с y jl-V * / с Bularni (39.6) va (39.7) ifodalar bilan solishtirsak, ular orasida katta moslikni ko‘ramiz. Farq mahrajlardagi Ф - V 2 / с 2 miqdorda boMib, yorug‘lik tezligiga nisbatan kichik tezliklarda ifodalaming sonli natijalari bir-biriga mos keladi. Katta tezliklar uchun albatta (39.8) va (39.9) ifodalarni qo‘llash kerak. Nisbiylik nazariyasi elektr va magnit maydonlarning nisbiyligini aniq ko‘rsatgan, shu bilan birga elektromagnit maydonlarga tegishli o'zgarmas miqdorlarni, invariant miqdorlarni aniqlagan. Bunday invariantlar ikkita ekan: E 2 - c2B2 = inv{, ЁВ = inv2. (39.10) Bu ifodalarning invariantligini (39.8) va (39.9) munosabatlar yordamida isbotlash qiyin emas. Elektromagnit maydon invariantlari yordamida maydon haqida foydali xulosalar aytish mumkin. • Bir sanoq sistemada E = 0 boMsin. Boshqa sistemalarda elektr maydon boMishi mumkin, lekin bu elektr maydon magnit may donga tik boMadi (Ё В = 0 ), E 2 - c2B2 miqdor esa albatta manfiy boMadi. • Bir sanoq sistemada magnit maydon nolga teng (B = 0) boMsin. Unda boshqa sanoq sistemalarda magnit maydon boMishi mumkin, bu magnit maydon albatta elektr maydonga tik boMadi [ЁВ = o j , E 2 - c2B2 miqdor esa albatta musbat boMadi. • Bir sanoq sistemasida elektr va magnit maydonlar o ‘zaro tik va E 2 - c2B 2 = 0 bo‘lsin. Unda har qanday sanoq sistemada ham ular o'zaro tik va miqdor jihatdan teng ( E = cB) boMadi. • Um um iy holda: inv, * 0 va inv2 ф 0 boMganida shunday sanoq sistemani topish mumkinki, unda_ Ё va В maydonlar parallel boMadi. U larning qiymatlari Ё va В tenglam alar sistemasidan topiladi. 39.1. Nisbiy va invariant tushunchalarini izohlang. 39.2. Skalyar, vektor va tenzor tushunchalarini izohlang. 39.3. Yuqorida keltirilgan 39.10 ifodalami isbotlang. 39.4. Elektr va magnit maydonlarning nisbiyligini qanday fizik qonunlar asosida ko‘rsatish mumkin? 39.5. Elektromagnit maydon invariantlari asosida qanday xulosalar chiqarish mumkin? 39.6. Bir sanoq sistemada E = E0, B = 0. Agar boshqa sanoq sistemada cB = E0 / 4 bo‘lsa, bu sistemada E nimaga teng? 39.7. EB = inv2 va E 7 - c2B7 = invx tenglamalar sistemasini yeching. 4 0 - § . E l e k tr o m a g n i t in d u k s iy a q o n u n in in g d if f e r e n s ia l s h a k li Ushbu b o ‘lim ni o ‘rganishdan oldin o ‘quvchi qoMlanmaning matematik ilovasini yana bir bor takrorlab chiqishi kerak. Fizikada «uzoqdan ta’sirlashuv» va «yaqindan ta’sirlashuv» tushunchalari bor. Butun dunyo tortishish qonuni, Kulon qonu ni, Amper qonuni, Bio-Savar-Laplas qonuni — uzoqdan ta’sirla- shuvni ifodalovchi qonunlardir. Masalan, N yuton kashf etgan butun dunyo tortishish qonuni F = Gmlm2 / r 2 astronomik jism - larga ham qoMlaniladi, ularga ta’sir etayotgan gravitatsion kuchni ifodalaydi. Ulardan birining harakatlanishi tufayli ular orasidagi masofa o ‘zgarsa, bu o'zgarish F = Gmxm2 ! r2 formulaga ko'ra shu damning o ‘zida ikkinchi jismga ta’sir etuvchi kuchda seziladi, bu kuch o ‘zgaradi. Uzoqdan ta’sirlashuv konsepsiyasiga asoslangan qonunlarda vaqt ishtirok etmaydi. Yaqindan ta’sirlashuv konsepsiyasi (tushunchasi) — maydon haqidagi tasawur bilan bogMiq. Unga ko'ra fazodagi ta’sirlashuvlar moddiy maydon orqali uzatiladi. Maydonlarning ikki turi farqlanadi - gravitatsion va elektromagnit maydonlar. Soddalik uchun faqat elektromagnit maydon haqida gapiraylik. Elektromagnit maydonni zaryadlar hosil qiladi va bu maydon zaryadlarga ta’sir etadi. Zaryadlarning harakati ularning yonidagi maydonga ta’sir etadi, o ‘zgartiradi. Bu o'zgarish maydonning qo'shni nuqtalarida seziladi, uzatiladi. Shunday qilib maydondagi o ‘zgarish maydon b o‘ylab to'lqin sifatida tarqalib, m a’lum vaqtdan keyin ta’sirlashayotgan boshqa zaryadlarga borib yetadi va ularga seziladi. Yaqindan ta’sirlashuv tushunchasi, elektromagnit maydon tushunchasi Maksvell elektromagnit nazariyasida nam oyon bo‘ldi. Maksvell elektromagnit maydonning barcha xossalarini mujassam- lashtiruvchi nazariyani yaratdi. Bu nazariyani yadrosini — elektro magnit maydon uchun Maksvell tenglamalari tashkil etadi. Bu tenglamalar to ‘rtta bo'lib, ulardan biri elektromagnit induksiya qonunini ifodalaydi. Maksvell tenglamalari vaqt va fazoviy koordinatalar bo'yicha differensial tenglamfalar bo'lib, vaqt va fazo bo'yicha qo'shni Download 48 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling