Дипломдық жұмыс: Магнит өрісі тақырыбындағы негізгі ұғымдарды қалыптастыру әдістемесі

Мазмұны

Кіріспе………………………………………………………………………………………………..3

1. Магнит өрісі тақырыбындағы негізгі ұғымдарды қалыптастыру әдістемесі

• Магниттік құбылыстар. Токтардың өзара әсері…………………….. ………7
• Магнит өрісі……………………………………………………………………… …….10
• Магнит өрісінің индукция векторы.

                Магнит индукциясын өлшеу тәсілдері…………………………………………….12

            1.4 Магнит индукция сызықтары.

           Әртүрлі токтардың магнит өрістері……………………………………………………..16

          1.5 Магнит өрісінің  ток пен зарядқа әсерлері

          1.5.1  Магнит өрісіндегі токқа әсер етуші күш. Ампер заңы …………………20

          1.5.2  Лоренц күші ………………………………………………………………………………23

          1.6  Заттардың магниттік қасиеттері…………………………………………………..25

2. Магнит өрісі тақырыбы бойынша жүргізілетін эксперименттік және зертханалық

                    жұмыстар

            2.1  Эрстед тәжірибесі ………………………………………………………………………………………..31

            2.2  Түзу және дөңгелек токтардың  магниттік сызықтары……………………………….32

            2.3  Дөңгелек токтардың өзара әсерлері …………………………………………………………….34

            2.4  Тұрақты магниттің магнит өрісінің магнит индукциясын Ампер заңымен анықтау…………………………………………………………………………………………………………………………..35

           2.5 Тұрақты магниттің магнит өрісінің магнит индукциясын магнит ағынын өлшеу арқылы анықтау………………………………………………………………………………………………….37

            2.6 Жердің магнит өрісін зерттеу………………………………………………………………………..39

3. Магнит өрісі тақырыбына есептер шығару әдістемесі…………………………………47
4. “.Магнит өрісі. Магнит индукциясы ” тақырыбын оқытуда

     компьютер негіздерін  қолдану.Компьютер арқылы ………………………………….54

5. Магнит өрісінің техникада қолданылуы……………………………………………………..58

Қорытынды………………………………………………………………………………..65

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі………………………………………………………………68

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

 

         Физика — материя козғалысының жалпы және қарапайым формаларын, қасиеттері мен заңдылықтарын зерттейді. Ол осы заманғы жаратылыстануда жетекші роль атқарады. Мұның өзі физикалық заңдардың, теориялардың және зерттеу әдістерінің барлық жаратылыстану ғылымдары үшін шешуші мәні барлығымен байланысты.

Қазіргі заманғы физика ғылымы жаратылыстану білімі мен ғылыми-техникалық прогресстің іргетасы болып табылады. Электротехника, автоматика, радиотелеметрия және техниканың басқа да көптеген салалары физиканың сәйкес бөлімдерінен дамып өрістеді. Ғылым мен техниканың ары қарай дамуы физика жетістіктерінің техника мен өндірістің түрлі салаларына одан әрі неғұрлым терең енуіне алып келеді.

Жаратылыстану үшін және техниканы дамыту үшін физиканың мәні арта беруіне байланысты,физиканы білу қазіргі коғамның әрбір адамына қажет бола түсуде.

Адамның табиғи ақыл-ой қабілеті оның дамуының қуатты қозғаушы күші болып табылады. Білім берудің негізгі мақсаты — жеке тұлғаның ақыл-ой қабілетінің көзін ашу және оның үздіксіз дамуы мен жетілуін камтамасыз ету. Физиканы оқытудың бүкіл оқу-әдістемелік жүйесі осы негізгі мақсатты жүзеге асыруға қызмет етуі керек.

Жұмыстың көкейкестілігі

Мектептік физикалық білім берудің нақты мақсаттары оқушылардың ақыл-ойын, олардың танымдық және шығармашылық қабілеттерін дамыту, физиканың қазіргі қоғам өміріндегі және жалпы адамзаттық мәдениеттің дамуындағы рөлі жайлы түсініктерін қалыптастыру, табиғатқа ғылыми көзқарасты, адамның дүниеге қатынасына жеке түлғаның құндылык жүйесіне, білімді түрлі проблемаларды шешуге шығармашылықты қолдану біліктілігіне алғы шарт болатын әлеуметтік мәні бар бағдармаларды қалыптастыру болып табылады.

Жоғарыда келтірілген мақсаттар физикалық білімнің стандартына, мазмұнына және құрылымына нақты талаптар кояды. Бұл мақсаттарға жету  физиканы оқытудың базалық деңгейінде бірқатар мәселелерді шешу арқылы қамтамасыз етіледі.

Физиканы оқыту әдістемесінің ең басты мақсат және міндеттерін қысқаша былай жинақтауға болады:

• оқушылардың айналадағы    табиғи    құбылыстар    мен    процестерді
  диалектикалық — материалистік түрғыдан дұрыс түсінуі үшін, олардың
  өмір    мен    техникада    колданылуын    білуі    үшін,    политехникалық
  ебдейліктері мен дағдыларын калыптастыру үшін, физикалық шамалар
  мен өлшемдерді меңгеру үшін мектепте физиканы оқыту қажет;
• физиканы оқыту   процессінде   оқушыларды   табиғат   құбылыстарын
  бақылай  білуге,  оларды  талдауға,  олардың  заңдылықтарын  түсініп,
  практикада    қолдана    білу  ебдейліктеріне үйретеміз, сөйтіп    жас
  жеткеншектерді материалистік ойлауға дағдыландырамыз;
• физиканы оқыту процессі нәтижелі болу үшін оқушылардың логикалық
  санасы мен диалектикалық ойлауын дамыту мақсатында, әр түрлі әдіс-
  тәсілдерді кеңінен      қолданамыз,      оқу    материалын      негізінен
  эксперименттік және көрнекілік түрде түсіндіреміз.

Физиканы оқыту үрдісінде оқушыларды физиканың өнеркәсіп пен ауылшаруашылығындағы, транспорт пен медицинадағы аса маңызды қолданыстарымен таныстыруға, автоматика туралы түсінік беруге, практикада кеңінен қолданылатын өлшеу приборларымен және құрал-жабдықтарымен жұмыс істеу дағдыларын қалыптастыруға мүмкіндік туды.

Сондықтан физиканы оқыту — окушыларды ғылыми-таным әдістерімен қаруландыруға, олардың жасына және білім деңгейіне сәйкес табиғи құбылыстар мен технологиялық процестерді өз бетінше зерттей алатындай жоғары интеллектуалдық және практикалық біліктіліктерін дамытуға бағдарлануы тиіс.

X сыныпта «Электродинамика негіздерін»   оқып үйрену маңызды әрі күрделі сұрақтардың бірі «Магнит өрісі» тақырыбы оқытылады. Оқушылар бұл тақырыпты меңгеру кезінде материяның бір түрі «өріс» ұғымымен ары қарай танысады.

«Магнит өрісі» тақырыбын оқу әдетте тұрақты магниттердің өрісінен

басталады.»Магнит өрісі» тақырыбын оқушылар оқуда, ең басынан бастап магнит өрісін электр тогымен тығыз байланыста түсінерліктей етіп және магнетизм түсінігіне басынан бастап электрон теориясы енерліктей етіп қайта қүру талабын қазір кездестіре бастаймыз. «Магнит өрісін» оқуды электр тогының магнит өрісіне токтардың өзара әсерленуін т.с.с. оқудан бастау керек.

Магнит өрісі туралы алғашқы мағлұматтарды оқушылар физика курсының VIII сыныбында алады. Сонан соң, электродинамиканы оқып үйренудің алдына X сыныпта, бұл мағлұматтарды кеңейтіп және жалпылап, оқушыларға магнит өрісі электромагниттік өрістің дербес жағдайы екендігін көрсетеді.Жалпыға белгілі тұрақты магниттердің қасиеттері жол-жөнекей, әдетте магнит стрелкасының индикаторы ретінде және жолақ доға тәрізді магниттерді тәжірибелерде колдануға байланысты айтылып кетеді.

Тәжірибе көрсеткендей тұрақты магниттердің касиеттерінІң жалпы қысқаша мағлұматтарын жүйеленген түрде оқушыларға айтылуы тиіс. Тұрақты магнит өрісінің негізгі ұғымдарын білмей, оқушылар бірқатар маңызды физикалық эксперименттерді түсіндіруде, есептер шығаруда киналады. Кейде олар магнит индукциясы сызықтарын графикалық түрде сызып және бағытын анықтай алмайды, кейде электр және магнит өрістерінІң кейбір қасиеттерін айыра алмайды, магнит полюстерінің әсерімен электр зарядтарының жэне тағы басқа әсерлерді араластырып жібереді. Бірақ тақырыпты өткенде негізгі зейінді фундаментальды қозғалыстағы электр зарядтарының арасындағы, кулон күшінен өзгеше күштің пайда болуын көрсететін тәжірибелерге аудару керек, Бұл күштердің релятивистік сипатта болатындығын көрсету басты мәселе болып табылады.

Дипломдык жұмыс кіріспеден, бес тараудан, қорытындыдан және 49 әдебиеттер тізімінен тұрады. Бірінші тарауда орта мектепте «Магнит өрісі» тақырыбын оқыту әдістемесі  қарастырылған. Екінші тарауда «Магнит өрісі.Магнит индукциясы» тақырыбына лабораториялық жұмыстар  қарастырылды.Үшінші тарауда «Магнит өрісі» тарауы бойынша есептер шығару әдістемесі және төртінші тарауда физика сабағында компьютер негіздерін қолдану көрсетілсе.Соңғы тарауда магнит өрісінің  техникада қолдануы қарастырылды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Магнит өрісі тақырыбындағы негізгі ұғымдарды қалыптастыру

1.1.    Магниттік құбылыстар. Токтардың өзара әсері.

Бұл материалды алғашқы кіріспе сабақта, оқушылардың магниттік құбылыстар мен магнит өрісі туралы бар мағлұматтарын қайталау, тереңдету және жүйелеу мақсатында қарастыру ұсынылады.

Адамның магниттік құбылыстар мен кездейсоқ алғаш танысуы өте ерте заманда-ақ басталған және ол магнитті темірдің әр түрлі заттарды тартуын бақылаудан туған. Магнетизм біздің эрамызға дейінгі IV ғасырда Фалес Милетскийге белгілІ болған. Магнит туралы Платон да айтып кеткен (б.э.д. 4ғ) «Заттар табиғаты» туралы философиялық поэмасында Лукреций Кар «магнит» сөзін, темір рудасын өндіретін Кіші Азиядағы — Магнезия атанған аймақтан шыққан деп қолданады. Магниттің қасиеттері туралы «Табиғи тарих» еңбегінде Плиний де жазған.

Физика кабинетінде оның қасиетІн демонстрациялау үшін темір магнит әрқашан болғаны дұрыс. Бұл оқушыларға зор әсер етеді. Магниттерді ең алғаш компаста колданған. Бірінші компастар туралы б.э.д. III ғасыр жазбаларында айтылады. X сыньш оқушылары компаспен таныс болғанымен де, сабақта оны көрсетіп немесе Жердің магнит өрісінде табиғи жасанды және электромагниттік магниттердің бағдарлауын анықтайтын күрделі немесе тәжірибелерді үйде өз бетінше жасауды ұсынуға болады.

Оқушылардың біліміне сәйкес, тұрақты магниттердің аттас және әр аттас полюстарының әсерлесу ережесін қысқаша қайталап, электромагниттердің әсерлесуін көрсету қажет.

Алынған нәтижелер, магнит құбылыстары электр токтарына (электр зарядтарының қозғалысына) негізделгендігін көрсетеді. Бұл ойды ары қарай,оқушыларға VIII сынып физика курсынан таныс Эрстед тәжірибесІн демонстрациялап және ол тәжірибені кеңірек әр түрлі орталардағы токтарға арнап жасап бекіткен дұрыс.

Өткізгіштердегі ток электрондардың бағытталган қозғалысы екендігін қолданып, магнит өрісі электр зарядтары қозғалатын барлық жерде болатындығын   ұғыну   керек.   Бұл   ұғымды   тәжірибелер   арқылы   бекітіп

отырған дұрыс.

Электролиттердегі магнит өрісін байқау қиын емес. Ол үшін бірнеше ампер ток күші (бұл ток мысалы ас тұзының ерітіндісі немесе шыны түтікке кұйылған мыс купоросы арқылы өтсін делік) жеткілікті.

Газдардағы токтың магнит өрісін анықтау тәжірибелері күрделірек, себебі демонстрациялық мақсат үшін едәуір үлкен ток күші кажет.

Мектеп жағдайында инклинатор-деклинатор деп аталатын спектральдық түтігіне немесе күндізгі жарық шамына параллель орналасқан едәуір сезімтал және стрелкасы үлкен құралдың көмегімен тәжірибе жасауға болады (1-сурет).

Құралдың шкаласы жақсы көрінуі үшін, оны горизонталь жазықтыққа қандай да бір бұрышпен орналастыру қажет.

1 — сурет.

Соңынан телевизорды қолданып вакуумда электр зарядтары қозғалған кезде магнит өрісі пайда болатын тәжірибені көрсетуге болады. Ол үшін магнит стрелкасын телевизорға жақындатып, оны қосқаннан біраз уақыт өткен соң, стрелканың тербеле бастағанын бақылаймыз, ол вакуумда электрондар ағынының магнит өрісінің болатындығын көрсетеді. Сонымен қатар, зарядталған денелердің механикалық козғалысы кезінде де магнит өрісі болатындығын айту керек. Осы мақсат үшін, сыныптан тыс сабақтарда  қушыларды   Роуланда-Эйхенвельд  тәжірибесінің  схемасымен таныстыруға болады. Бұл тәжірибеде электр зарядтары айналмалы дискіде 1 магнит өрісін тудырады, ол 2 гальвонометрмен бақыланады, оның сезгіш элементі тұрақты магнит 3 және ілгіштің 4 ширатылган жібі болып табылады. Маятниктің бұрылу бұрышы зайчиктің 5 шкала бойынша анықталады. Барлық эксперименттердің негізінде оқушылар қозғалған зарядтардың маңына магнит өрісі болатындығын ұғынуы керек.

 

 

                                                2-сурет

Тогы бар параллель өткізгіштердің әсерлесуі негізінде жүргізілген тәжірибелердің сарапталуы арқылы бұл ұғым қалыптасады.Өткізгіштер ретінде жұмсақ изоляцияланған телефон сымдарын немесе станиол ленталарды қолданған дұрыс. Тәжірибеден көретініміздей қозғалыстағы зарядтар тек қана тебілмейді, тартылады да. Олай болса, ол Кулон күштеріне жатпайды, баскаша болады.Бұл жағдайда, өткізгіштердегі оң және теріс зарядтардың толық компенсациялануына байланысты, олардың өзара электрлік әсерін ескермеуге болатындығын ұғыну керек.

Оқушыларға жалпы жағдайда козғалыстағы электр зарядына электр күші Ғ_э=qE және қайсыбір қосымша магнит күші Ғ_м әсер ететіндігін жеткілікті түрде жеткізу қажет. «Магниттік күштік пайда болуы, таңдап алынған санақ жүйесінде зарядтардың қозғалу жылдамдығына v тәуелді»   релятивистік эффект болып табылады. Бұл кездегі  зарядтардың өткізгішке (Жерге) салыстырмалы жылдамдығы бір секундтағы миллиметрдің бөлігін кұрайды. Жылдамдық аз болған сайын магниттік әсер соғұрлым әлсіз болады. Жылдамдық нольге тең болғанда, әсер тоқталады.

 

 

 

• Магнит өрісі. Магнит тілшелері және тогы бар рамкалар.

          Алдыңғы сабақта көрсетілген тәжірибелер магнит өрісі және оның қасиеттері туралы ұғымды қалыптасгыруды жалғастыруға мүмкіндік береді. Ол үшін тәжірибелерді келесі түрде түсіндіреді. Эрстед тәжірибесінен белгілі болғандай тогы бар өткізгіштің маңайында магнит өрісі пайда болады. Ол тікелей екінші өткізгішке, дұрысы оның қозғалыстағы зарядтарына әсер етеді. Оқушылардың зейінін фактіге аудару үшін магнит өрісін электростатикалық өріспен салыстырған пайдалы. Оқушыларға белгілі электр зарядтарының маңайындағы электр өрісі оның электр зарядтарына әсері арқылы байқалады. Бұл жағдайда электр зарядтары қозғала ма, әлде тыныштықта бола ма ол маңызды емес. Магинт өрісі тек қозғалыстағы электр зарядтарына ғана әсер етеді.

Осы тұжырымды қорыту және бекіту үшін келесідей тәжірибелерді көрсеткен жөн:

• Электромагниттің жанына    магнит    стрелкасын    және    электрленген
  маятникті орналастырады (3-сурет).    Токты қосқанда магнит стрелкасы
  бұрылады, магнит өрісі пайда болады, ол маятниктің жағдайы өзгермейді.

 2)   Осциллографтың     экранында     оған     электрондар     ағынын     түскенін
       айқындайтын ашық дақ алады. Осы даққа тұрақты доға тәрізді магнитті
       жақындатып, магнит өрісінің әсерінен қозғалған зарядтардың ығысуын
      бақылайды.

Барлық оқылғандардан шығатын қорытынды, магнит өрісінің индикаторлары болып, магнит стерлкалары, тогы бар өткізгіштер және еркін козғалатын электр зарядтары табылады. Бұл жағдайда магнит өрісі оның қозғалыстағы электр зарядтарына әсер етуіне байланысты табылған.

Практикада барлық жағдайлар қарастырылады: магнит стрелкасын жердің магнит өрісін зерттеу үшін, тогы бар өткізгіштің қозғалысы, мысалы, гальванометрлерде, ал вакуумдағы қозғалыстағы зарядтарға магнит өрісінің әсері  телевизор киноскоптарында қолданылады. Тогы бар өткізгіш магнит өрісінің өте ыңғайлы индикаторы болып табылады.

Бірақ  тогы  бар  өткізгіштің  кішкене  оқшауланған  бөлігін  алу  қиын болғандақтан, электростатикада кішігірім зарядталған денені қолданғандай, кішкене  тогы   бар  рамканы   колдануға  болады.   Магнит  өрісінің  кішкене сезгіш     орамның      көмегімен   зерттеуді,   тәжірибеде   көрсеткен   дұрыс.Мысалы  өлшемі  40х40мм  пенопластан  жасалған  рамкаға  диаметрі  0,08-0,13мм лакпен изоляцияланған өткізгіштің 50-200 орамын орайды. Рамканы ағаш   немесе  плексиглас   каркасқа  іледі,  ал  айналы  гальванометрдегідей болады. Рамканың жазықтығына перпендикуляр, оның ортасына пенопласта ағаш спицаны бекітеді (4-сурет).

Құралдың  әсерін  түсіндіру  үшін,  орамнан  ток жіберіп оның Жердің магнит өрісінде бұралатындығын   анықтайды.    Жеткілікті     ток күшінде   орам  жазықтыққа  жүргізілген  нормаль срелкасының S-N осінің   бағытымен орналасатындай болып орналасады.

Стрелкамен нормальдің бағыттарындағы айырмашылық ілу жібінің серпімділігімен аныкталады.Сәйкес тәжірибені  мектеп  әмбебап  трансформаторының   жанында  орналасқан катушкамен жасаған   ыңғайлы   және   катушкаға тұйықталған   электролит ерітіндісінде жүзіп жүрген гальваникалык элемент (5-сурет).

Соңғы жағдайда тұткыр  үйкеліс  күшінің  ерекшелігіне  байланысты, катушка  қатаң  түрде магнит меридианына орналасады.Тогы бар орамның көмегімен   қайсы  бір   кеңістікте   магнит  өрісін   «зерттеуді» демонстрациялап көрсеткен тиімді.

 Ол үшін, мысалы құралды демонстрациялық столдың бетімен қозғалтады да, магнит жапсырылған картон жәшіктің маңында   рамканың   тез    бұрылғанын    көрсетеді.  Осындай тәжірибелерді   магнит   стрелкасымен   де  көрсетуге   болады. Олай болса   магнит   өрісі   тогы   бар рамкаға,   магнит   стрелкасы   сияқты  бағыттаушы әсер  береді.

Бұл материалды оқу барысында оқушылар

мынаны қатаң үғыну тиіс.Таңдап алынған санақ жүйесінде

қозғалыстағы зарядтың маңайында магнит өрісі  туады,

 бұл өріс осы санақ жүйесіндегі басқа да зарядтарға әсер етеді.

Магнит өрісі материалды. Ол көптеген физикалық

 құбылыстарға процестерге денелердің қасиеттеріне әсер етеді. Сондықтан магнит өрісінің қозғалыстағы зарядқа әсерін зерттеу магнетизмді оқығанда негізгі мәселе болып табылады.

1.3.    Магнит өрісінің индукция векторы. Магнит индукциясын өлшеу тәсілдері.

Оқушылардың магнит өрісі туралы алған алғашқы мағлұматтары, оларды электр өрісіне күштік сипаттамасы болып табылатын Е кернеулік сияқты, бұл өріс те күштік сипаттамаға ие болу керектігін түсінуге дайындайды.

Бұл сипаттаманы белгісіз түрде оқушылардың өздері қолданады. «Күшті» немесе «әлсіз» магнит өрісі үғымдары магнит өрісінің сандық өлшемін көрсетеді. Қазіргі кезде, орта мектепте оқылатын магнит өрісінің күштік сипаттамасы болып магниттік индукция векторы табылады. Бұл шаманы ендірудің негізгі екі әдісі бар:

1. Магнит өрісінің әсерін тогы бар түзу сызықты өткізгіштің бөлігіне қолдану және Ампер формуласы

                                                          

 sin a = 1 болғанда, магнит индукциясы:    

оқушыларға   көрнекі   түрде,    өткізгіштен    1А   ток   өткенде   оның   бірлік ұзындығына әсер ететін күшке сан жағынан тең шама ретінде өрнектеледі.

2. Магнит стрелкасы мен тогы бар рамкаға әсер ететін күш моменті ұғымын қолдану.    Физиканың    программасында   күш   моменті   ұғымын векторлық шама ретінде ендірілмегендіктен, оны

ң модулін анықтайды.

                                                                                                                     Токтың, не  тұрақты магнит өрісі  векторының бағытын арнайы ережелер бойынша анықтайды.Магнит индукциясының векторы ұғымын ендірудің екінші әдісі, электр өрісімен салыстырғанда,   және  шамаларының айырмашылығына, магнит өрісінің сипатына көбірек сай келеді.Ток күштері әр түрлі өткізгіштердің немесе әр түрлі магниттердің магнит өрісінде рамканың бұрылу бұрышы әр түрлі болатындығын көрсетіп, магниттік күштер магнит өрісінде тогы бар рамканы немесе стрелканы бұру арқылы   сипатталатынын   ұғындыру   қиын   емес.    сандық   қатынасын табу үшін, арнайы құрал және онымен бірнеше тәжірибелер жасау керек. Осындай жеңілдетілген демонстрациялық құрал ретінде индикатор-орамды қолдануға болады. Егер оның іліну жібін стрелка жапсырылған айналмалы дөңгелекке бекітсе, жіптің иірілу бұрышын өлшеу үшін, құрал градустарға бөлінген дөңгелек шкаламен жарақталған.                                                                                                                                                            — векторлық шама болғандықтан, демонстрация қиындайды.       мұңдағы   (n- бағыты оң винт ережесімен анықталатын бірлік вектор) магнит моменті. Олай болса, , мұндағы а- және      векторларының  арасындағы  бұрыш.   Орта  мектепте  күш  моменті векторлық шама ретінде ендірілмейтіндіктен, тәжірибелерде    нормаль   және  векторларының арасындағы бұрыш  90°-қа тең деп аталады.                                                           М ~ I тәуелділігін көрсету үшін ең жайлы демонстрациялық гальванометрді қолдану. Тогы бар гальванометрдің рамкасы барлық уақытта полюстік ұштар мен цилиндрдің арасындағы қуыста пайда болатын біртекті радиалды өрісте болады. Осы тәжірибеде қосымша, бұл құбылысты қарапайым және көрнекі түрде демонстрациялық рамканың көмегімен көрсетуге болады. Рамканы күшті магниттің (немесе электромагниттің) полюстарының арасына орналастырып, ол арқылы миллиамперметрмен (арнайы таңдалып алынған шунттары бар демонстрациялық гальванометрмен) өлшенетін ток өткізеді. Сонан соң құралдың басын бұрады.Ілінген жіптің иірілу бұрышын а белгілеп алады. Сонан соң токты екі (үш) есе арттырып, а бұрышымен бұру моменті М-де екі (үш) есе артатындығын бақылайды. M-S тәуелділігін демонстрациялау үшін, аудандары әр түрлі ұзындықтары бірдей бірнеше орамдар дайындау керек. Мысалы: ( S= 0, М = 0 болғанда)  S₁:S₂: S₃ =3:2:1. Бұл екі жақты өткізгіш, оған магнит өрісі әсер етпейді. Демонстрацияны оқушылардың алдында бір орамның формасы мен ауданын еркін өзгерте отырып көрсетуге болады. Бұл берілген біртекті магнит өрісі үшін, тәжірибе жүзінде М₁~І₁S₁ екендігін тағайындайды                                                                                                                                                                               Бұл тәуелділікті теңдік түрінде жазу үшін, қандай да бір коэффициентті қолдану керек. Ол В әрпі арқылы белгіленеді. М₁ =В₁1₁S₁. Тура осында қатынасты басқа да, мысалы күшті магнит өрісі үшін де жазуға болады: М₂ =В₂1₂S₂     Бұл  жағдайда, | |>|  | екендігі анық, || >||.   Mагнит индукциясы деп аталатын В шамасы кеңістіктің берілген нүктесіндегі өрісті сипаттайды.    Магнит    индукциясы    векторының    магнит    өрісінің    кез-келген нүктесіндегі  бағыты  магнит  стрелкасының S-N осімен  және  тогы  бар орамның п  нормалімен     бағыттас     болады.     Осыдан     соң     магнит индукциясының бірлігін ендіреді, ол тесла деп аталады:       Сонымен қатар магнит өрісі кернеулік векторы деп аталатын шамамен де  сипатталады.Біртекті изотропты орталарда магнит индукциясының векторы кернеулік векторымен мынадай қатынас арқылы байланыста болады:  мұндағы  — магнит тұрақтысы, — ортаның магнит өтімділігін сипаттайтын шама, яғни  сыртқы макротоктар әсерінен қаншалықты өсетіндігін көрсетеді. Сонымен, электр өрісін сипаттайтын   және  шамалары сияқты , магнит өрістерін  және  шамалары  сипаттайтындығын салыстыра айту керек.Әртүрлі  магнит өрістерін оқып-үйрену сәйкес магниттік шамаларды өлшеудІ қажет етеді. Қарапайым индикаторлар және өлшегіштер ретінде оқушыларға таныс магниттік стрелкалар мен серпімді ілгішке не спираль пружиналарға ілінген тогы бар рамкалар қолданылады, олар қарама-қарсы момент тудырады. Демонстрациялық индикаторлар осы принципке негізделіп жасалған. Өкінішке орай, олар кеңістіктің аз көлемінде магнит өрісін бақылауға мүмкіндік бермейді. Қазіргі кезде жасалған индикаторлар -магнит өрісінің зондтары басқа принцип бойынша әсер етеді.                                                              Магнит өрісін байқау және әр түрлі нүктелердегі магнит индукциясын өлшеу үшін, тек қана механикалық күштер ғана емес, басқа да көптеген өріс көріністері:1)   металдардың электр кедергісін өлшеу; 2) қозғалыстағы өткізгіштерде Э.Қ.К.-нің пайда болуы; 3) денелердің магниттелуі; 4) электрондық сәуленің ауытқуы; 5) тогы бар өткізгіште Э.Қ.К.-нің пайда болуы (Холл эффектісі); 6) магнит өрісінде кейбір денелердің  көлемдерінің өзгерісі  (магнитострукция)   және       тағы басқалар қолданылады.

6-сурет

Осы  келтірілген принциптердің

біріншісі  —  кедергісі магнит

өрісіне тәуелді, сезгіш

элементі болып висмут спираль табиғатын қолданылады (6-сурет).Бұл құрал күшті өрістерді өлшеуге арналған.

Екінші принцип индикаторларда қолданылады.Индикатордың негізін электромотор көмегімен айналатын коллекторы бар якорь құрайды. Өрістің магнит индукциясын якорьдан гальванометрге берілетін индукциялық ток күші арқылы сипаттайды. Құрал әлсіз магнит өрісінде В векторының бағыты мен модулін анықтауға мүмкіндік береді.Құралдың жұмыс істеу принципі оқушыларға түсінікті болуы аса маңызды.Қолдануға ең ыңғайлысы ферромагнитті индикатор, бірақ оның құрылысын  оқушыларға түсіндіру күрделі.

 

1.4.    Магниттік индукциясының сызықтары. Әр түрлі токтардың магнит өрісі.

Бұл тақырыпқа арналған сабақтың барысында, оқушылардың есіне, олардың VIII сыныпта алған магнит өрісінің «магнит сызыктары» туралы мағлұматтарды естеріне түсірген дұрыс.

Осы   мақсатта   тогы   бар   өткізгіштің   маңайында   орналаскан   темір ұнтақтары мен магнит стрелкаларымен тәжірибе көрсеткен дұрыс (7-сурет). Осы   тәжірибелердің   және   бұрын   магнит   индукциясы   векторын   оқыған мағлұматтардың негізінде магнит сызықтары немесе магнит индукциясының сызыктары деп, әр нүктесіндегі  векторы оған жанаманың бағытымен бағытталған   сызықтарды  айтады.   Осы  жерде  тогы  бар түзу  өткізгіштің магнит өрісінде     векторының бағытын аныктау үшін, бұранда ережесін енгізу   аркылы  зерттеуге болады  (8-сурет).  Есептеулер көрсеткеніндей        векторы өрістің кез-келген нүктесінде өткізгішке перпендикуляр жазықтықта жатады және центрінде өткізгіш орналасқан шеңберге жанаманың бойымен бағытталады. Яғни, түзу сызықтың магнит өрісі цилиндрлік симметрияға ие   болады .  Өткізгіштің  маңайында  өріс  күшті  болатындығын  көрсетуге  де болады.        векторының   модулі    өткізгіштен    қашықтаған    сайын   кері пропорционал келетінін тағайындауға болады:                                                                                                   Өлшеу нәтижесін магниттік спектрдің суретімен салыстыра отырып, индукция   сызықтарын   графикалық   түрде   кескіндегенде         векторының модулі көп жерде оларды тығыз (яғии индукция векторының абсолют мәні индукция     сызықтарының     тығыздығымен     сипатталады)     орналастыру келісілген.

Келесі материалдарды оқығанда, окушыларға магниттік индукция векторларын В қосу ұғымын берген дұрыс (формалары әр түрлі тогы бар   өткізгіштердің магнит өрісі туралы).

Электр  өрісінің суперпозициясына ұқсас, магнит өрісінің   векторы да   векторы сияқты геометриялық түрде қосылады. Осы үғымды бекіту үшін келесідей есепті шығарған дұрыс.

1. Ток өтетін    екі    параллель    өткізгіштердің    орта    нүктесіндегі қорытынды    векторын графикалық түрде сызып көрсету қажет: а) бағыттары бірдей; б) бағыттары қарама-қарсы бір-бірінен 2R қашықтықта орналасқан.

 

 

2. 1 және 2 параллель екі өткізгіштерден қарама-қарсы бағытталған
   токтар өтеді (9-сурет).
3. Ток күштері бірдей. Графиктік түрде,

2-ші өткізгіштен R қашықтағы
А    нүктесіндегі    қорытқы   өрістің   магнит

индукциясы векторын өрнекте.

Шешуі. 1 өткізгішке бұранда ережесін қолданып, осы токтың магнит өрісінің векторын   деп белгілейміз, 2—ші өткізгіштің магнит өрісі векторын сәйкесІнше     деп белгілейміз

(10—сурет).                                                                                      11—сурет

А нүктесі   1-өткізгіштен  2-өткізгішке қарағанда  үш    есе    үлкен    қашықтықта орналасқан.   Сондықтан,  бұрын  қарастырған  тәжірибелер негізінде былай қорытынды жасауға болады.

                                                                                                  Үйге тақырып ретінде оқушыларға осыған ұқсас бағыттары бірдей екі параллель токтар есебін беруге болады.

4. Екі дөңгелек токтардың магнит индукциясы векторының бағытын
   графиктік түрде салып көрсету (11-сурет). Бұл есептің шешуін О нүктесіне
   магнит стрелкасын не зонд қойып, тәжірибеде тексерген дұрыс. Осы есепті
   орамдағы ток бағыттарын өзгертіп те шығаруға болады.
5. Бірнеше тізбектей жалғанған орамдардың және тогы бар орамның магнит индукциясы сызықтарын сызып көрсет.Орамның магнит индукциясы сызықтарын кескіндегенде оқушылар  векторының магнит индукциясының модулі көп жерде тығыз орналастыру туралы мағлұматты қолдануы керек. Соленоидтың магнит индукциясы сызықтарын кескіндегенде алдымен екі көршілес орамның магнит өрісін қарастыру жеткілікті. Суреттерді оқушылар міндетті түрде магниттік спектрлермен жасалатын демонстрациялармен тексереді.

                 Бұл мәселені оқытудың басқа да реті болуы мүмкін: алдымен орам мен соленоидтың спектрлерін демонстрациялап, сонан соң магнит индукциясы сызықтарының қалай орналасатынын теориялық түрде айқындайды.

Соленоид өрісін қарастырғанда орамдардың ішіндегі темір ұнтақтарының параллель қатарына көңіл аударады, бұл өрістің біртектілігін көрсетеді. Ал соленоидтың ұштарында индукция сызықтары веер тәрізді таралады, яғни өріс біртекті емес. Соленоид пен жолақ магниттерді салыстырсақ, онда соленоидтың магнит өрісінің біртекті емес әсерлері магнит полюстарына сәйкес келеді. Соленоидтың магнит индукция сызықтары шығатын, яғни өріс біртекті емес ұшы магниттің солтүстік полюсына ұқсас, ал қарама-қарсы ұшы оң полюс болып табылады.

Магнит индукциясы көп  жағынан электр өрісінің күш сызықтарын еске түсіреді. Бірақ олардың арасында әжептеуір айырмашылық бар. Бұл әсіресе зарядтың электр өрісі мен тогы бар өткізгіштің магнит өрістерін салыстырғанда, электрлік күштік сызықтар оң зарядта басталып шексіздікке кететініне көз жеткізу керек. Сонымен қатар, электрлік өрісі мен магнит өрісі индукция сызықтарының (вакуумда козғалатын электр зарядтарының, электрондардың) кернеулік сызықтарын да салыстыруға болады.

Барлық жағдайларда (вакуумда, түзу өткізгіште соленоидта және тағы басқа қозғалатын) В магнит индукция сызықтары тұйық болады. Сондықтан магнит өрісін құйынды деп атайды.      

 

1.5 Магнит өрісінің ток пен зарядқа әсері  

 1.5.1 Магнит өрісіндегі токқа әсер етуші күш.Ампер заңы

 

 

Бұрын анықталғандай қозғалыстағы зарядтарға, оның ішінде өткізгіштің ішіндегі зарядтарға магниттік күштер әсер етеді. Бұл күштердің қорытқы күші тогы бар өткізгішке әсер ететін күш. Келесі мәселе осы күштің  сандық мәнін  табу (Ампер формуласы).

 Ампер   формуласы  эксперимент   жүзінде , 

 немесе 

                 

 формуласынан     алынады.   Тогы   бар 

г ,   ал  S = 2ri,

рамкаға магнит өpici тарапынан (12 — сурет)

күш моменті әсер етеді.

 

12-сурет

 

 

Бірақ,ал  онда                          

немесе           

Егер В векторы өткізгішке перпендикуляр болмаса, онда оны екі құраушыға жіктеуге болады, бipeyi перпендикуляр, ал екіншісі өткізгішке параллель. Соңғы құраушысы күш моментін тудырмайды. Сондықтан

параллель.Соңғы құраушысы күш моментін тудырмайды.Сондықтан  

                                                                  

мұндағы а- l және  бағыттарының арасындағы бұрыш. Формуланы 13-cypeттeri кондырғыны  көмегімен тексеруге болады. Құралдың  негізгі бөлігі  АВ рычагы, оның айналу осі О. Горизонталь жағдайда рычаг қозғалмалы қарсы салмақ 1 көмегімен орналастырылады. Қайтарушы момент 2 пружи-налармен алынады, оның серпінділік  күші  және О осіне дейінгі  қашықтық негізінен динамометрдің сезімталдығымен аныктайды.

Рамкадағы ток демонстрациялык, амперметрмен өлшенеді. Рамканың жылжуы 3 см — ден артпауы керек, себебі тұрақты магниттер полюстарының арасындағы өpic біртекті емес.

13 — сурет.

Магнит санын өзгерте отырып, күш модулінің l актив ұзындығына тәуелділігін аныктауға болады. Рамканы магниттен сәл жоғары орналастырып және бұра отырып а бұрышы кeмireн сайын күш модулі де кемиді де нольге тең болады, бұл кезде өткізгіш магнит индукциясы сызықтарының бойымен орналасады. Дәл демонстрациялық мақсатта жасалған тәжіри-белер Ампер формуласын дәлелдейді.

Осыдан     кейін     оқушыларға    VIII

сынып физика курсынан таныс сол қол

ережесін  кайталап, оны жаттығулар арқылы бекітеді.

Бұл жерде токқа әсер ететін магниттік күштерді орталық (элетростатикалық және гравитацияльқ) өрістен айырмашылығы көрнекі бақыланады; магнит күші ток бағытына тәуелд. Сол қол ережесі — бұл мнемоникалық ереже, ол Ампер күшінің: бағытын анықтау үшін ыңғайлы. Басқа да ережелер болуы мүмкін. Бірақ олардың барлығы, магниттік күштердің  маңызды ерекшелігін көрсетуі керек: тогы бар өткізгішке әсер етуші   бұл  күштер В векторы мен токтың бағытына (анығырақ зарядтардың жылдамдығына ) перпендикуляр.

Оқылған материалды бекіту үшін, фронтальды лабораториялық жұмысты жасатады. Көптеген тәжірибелерді оқушылар үй жағдайында да жасауларына болады. Осы бөлімді оқытудың соңында VIII сынып физика курсынан оқушыларға белгілі электр қозғалтқыштар туралы маңызды политехникалық  материалды қайталап және тереңдету қажет.

Оқушыларға магнит өрісіндегі  тогы бар рамканың  бұрылуын көрсетіп, алдымен құрылғыньң қарапайым коллекторлы қозғалткқышының  моделінің әcepiн, сонан соң оқушылардьң  зейінін якорь, электромагнит, коллектор және жасауларға назар аударып, техникалық, қозғалтқыштың моделін көрсетеді. Қоздыру орамын қосу (параллель, тізбектей, аралас) әдістерін айтуға болады.

Тұрақты ток техникалык қозғалтқышты жинаған және жинамаған түрде көрсеткен дұрыс, мысалы автомобиль стартері.

Номинальді кернеу…………………………………. 12В

Полюстардың саны………………………………….. 4

(Орамның) қызуы     …………………………….. аралас

Жай жүргендегі ток күші………………………….. 35 А — ден аспайды.

максималь қуаттығы……………………………….. 260 А

тежелген күйі……………………………………………..500 А

Жай жүргендегі якорьдің  айналу жылдамдығы . . .5000 об/мин дейін. Максималь қуаттағы якорьдің айналу жылдамдығы     . . . .1840 об/мин дейін

Айналдырушы момент……………………………………………… 1.4 Нм дейін

Осы мағлұматтар, электр қыздырғыштардың әртүрлі жұмыс жағдайында  өтетін құбылыстарды  терең  оқып  үйренуі  үшін   қолданылуы мүмкін.

 

1.5.2 Лоренц күші

Сабақтың  мақсаты — оқушыларға қозғалыстағы электр зарядына әсер ететін магнит өрiciндегi күштің  сандық  мәні  туралы ұғым беру.

    формуласын қорыту 10 сынып физика оқулығында келтірілген. Ампер формуласының негізінде  бұл формуланы   сараптағанда,   мұғалімге  оның   векторлық  түрдегі   жазылуын көрсету керек.

 

Бұл формулаға сәйкес, , және  векторлары

он винт жүйесін құрайды. Оқушыларға

бұл фактіні, сол қол ережесін қолданып

нақты мысалдармен түсіндіреді. Нәтижесінде

оқушылар мынаны ұғынуы тиіс:

 а) Лоренц    күші,     және                                         14-сурет

   векторларына перпендикуляр;      б)  = 0 болғанда =0. Магнит өpici тыныштықтағы зарядтарға әсер етпейді, ол туралы    осы тақырыптың    алғашқы    сабағында  айтылған;В)=0 , күш нольге тең болады, егер заряд магнит индукциясы   В   сызыктарыньң бойымен бағытталса; г) жылдамдык күш    F_л  — пен    магнит индукциясы В өлшенетін санак жүйесінде өлшенеді.

Epкін қозғалатын (вакуумдағы) зарядтарға магнит өpiciнің  әсерін  оссцилографтың электросәулелі түтігін доға тәрізді магнитті жақындатып және сәулені    жан — жаққа ауыстырып көрсетуге болады.  Электромагнит

иондарының  магнит өрісінде ауытқуын көрсеткен де пайдалы. Тәжірибе жасау үшін мөлдір кристализаторға (14-сурет) сақина 1 және орталық 2 электродтарды орналастырып оның астына бірнеше керамикалық, магнит қояды. Кристализаторға электролит (мысалы мыс купорыньң ерітіндісін) құяды да,  оның бетіне  қандай да 6ip  ұнтақ, (ликоподий,  пробка ұнтағы)

себеді  немесе қалыпка 3 салады.

Көлеңкелік  проекциясында    және        векторларына перпендикуляр

бағытта иондардың әсерінен ұнтақтың  қозғалуы анық байқалады. әр таңбалы иондарға әсер ететін күштер, бірдей бағытталған, ceбeбi иондар қарама -қарсы бағытта қозғалады. Ыдыста конвекциялық, ағын пайда болады.

Магнит өрісінде электр доғасының сөнуін бақылау қызық. Ол үшін көмірлердің ұшын электромагнит полюстарының арасына орналастырып, доға алады. Электромагнит қосқанда доға өшеді, себебі плазмада қозғалып жүрген электр зарядтары магнит өpicінен  тебіледі.

Бөлшек орын ауыстырғанда Лоренц күші  жұмыс істемейді, онда оның кинетикалық энергиясы мен жылдамдығының модулі өзгермейтіндігі туралы мәселе ерекше түсіндіруді талап етеді. Бұл жағдайда алдымен оң  зарядталған

бөлшектің  қозғалысының  қарапайым мысалында түсіндіріледі. Зарядталған» бөлшек     жылдамдықпен   біртекті   магнит   өpiciнің    магнит   индукциясы

 сызықтарына    перпендикуляр    бағытта    қозғалады.    Бұл    жағдайда         жылдамдығымен Лоренц күші    F _л   модулдері  бойынша тұрақты шамалар

болады. Күштің бағыты барлық кезде  және В векторларына перпендикуляр болып өзгереді. Бұл факт оң қол ережесі бойынша түсіндіріледі. Сонымен Лоренц күші оқушыларға механикадан таныс, материалдық, нүктені модулі бойынша тұрақты жылдамдықпен шеңбер бойымен айналдыруға мәжбүрлейтін жіптің серпімділік күшіне ұқсас.

F _л   күші бөлшектің    элементар орын ауыстыруына перпендикуляр, сондықтан да жұмыс атқарылмайды:

 

 

 

        Зарядтардың магнит өрісінде қозғалуының маңызды практикалық жағдайларының бipi болып, оның электр қыздырғыштың якорінің орамында қозғалуы табылады.Материалды бекіту үшін оқулықта берілген есептерді шығарған дұрыс. Қорытынды сабақта оқушылардың жеткіліксіз түрде меңгерген тақырыптарын талдап, негізгілерін жалпылап, олардың практикалық және ғылыми маңыздылығын көрсетеді. Бұл қорытынды сабаққа оқушылар 2-3 магнетизм тарихынан магниттік құбылыстарды халық шаруашылығында қолданылуы туралы қысқаша хабарлама жасағандары дұрыс. Сонымен қатар, әртүрлі магниттік аномалиялар, Жердің магнит өpici, оның зарядталған космостық  бөлшектер ағынына әcepi туралы да кейінірек айтып өту керек.

                                 1.6 Заттардың магниттік қасиеттері

 

Магниттік құбылыстардың тек электрлік құбылыстар арқылы туындайтындығы туралы ойды ең алғаш Ампер айтқан және дамытқан. Ол өзінің еңбектерінде магнитке токтың, токқа токтың жэне магнитке магниттІң әсері бәрі бірдей құбылыстар екендігін жорамалдады.

Электр мен магнетизмнің байланысы тұрақты магниттер үшін айқын. Оны түсіну үшін, Амперге сүйеніп магниттер мен соленоидтар арасындағы әсерлесуді дұрыс түсіну маңызды. Ампер тұйық ток «магниттік жапырақ» түрінде көрсетуге болатын элементар магнитке эквивалентті деген қорытындыға келді (яғни бір жағы бір полюс, ал екіншісі — екінші полюс болатын магниттік материалдан жасалған жұқа шексіз пластинка түрінде).

Соленоид орамдары мен магниттің жиынтығының ұқсастығын, ұштарында екі полюстары бар бір тұтас магнит құрайтын жұқа дөңгелек

керамикалық магниттер додасының мысалында түсіндірген пайдалы.

Ең алғаш Ампер магниттерде олардың бетін орап өтетіні, соленоид тәрізді макроскопиялық токтар болады деп жорамалдады. Ампер әсер магнетизмін экваторға параллель жазықтықтардан өтетін электр тогы арқылы түсіндірді. Сонан соң, Ампер магниттің әр молекуласының маңайында элементар токтар туралы Френель идеясын алып, оны дамытты.

Қазіргі кездегі көзқарас бойынша Ампер гипотезасының негізгі идеясы денелердің магниттік қасиеттерін элементар электр токтарымен түсіндіру кез-келген агрегаттық күйдегі, кез-келген затқа қолданылады. Бұл жағдайда мынаны ескеру керек. Заттардың магниттік қасиеттері олардың молекулаларының      магниттік   моменттеріне   тәуелді,  ол   барлық     электрондардың   орбитальдық   және   спиндік   магниттік   моменттері   мен ядролардың магниттік моменттерінің геометриялық қосындысына тең.

Егер молекулалардың магниттік моменті нольге тең болса, онда зат диамагнитті, егер нольге тең болмаса — парамагнитті.

Негізгі зейінді ферромагнетиктерді — магниттік қасиеттері өте айқын байқалатын заттарды оқытуға аударады. Мұғалім үшін мынаны ескертеміз, көптеген элементтердің атомдарының электрондарының спині бір — бірін қос-қостан компенсациялайды, сондықтан олардың магниттік қасиеттері негізінен электрондардың магниттік моменттерімен анықталады. Ферромагнетиктерде ішкі қабаттарының бірі (темірде толтырылмаған N —қабықта 18-дің орнына 14 электрон бар) толтырылмаған, сондықтан онда компенсацияланбаған спиндер бар, соның нәтижесінде ферромагнетик атомдары тұрақты спиндік магниттік моментке ие болады. Бұл жағдайда ферромагнетик спиндердің параллель бағдарлануы үшін, оның тұрақты күйін сақтауға қажетті ең кіші энергияға ие болады. Ферромагнетиктердің негізгі ерекшелігі олардың құрылысында. Ферромагнетиктің азырақ (10″⁶— 10″ см ) көлемі толық қанығуға дейін өз бетінше магниттеледі. Тұтас алғанда ферромагнетик сыртқы өрістің әсерінсіз магниттелмейді.

Пара және диамагнетиктерден ерекше, ферромагнетиктер магниттелген күйін сақтайды, яғни қалдық магнетизмге ие болады. Қалдық магнетизм домендердің өзара әсерлесуімен, үйкелуімен түсіндіріледі.

Оқушыларға ферромагнетизм табиғатын жалпы түрде ферромагниттердің электрондарының меншікті айналу моментінің (спині) нәтижесі  ретінде  түсіндіреді,   ал   олардың   негізгі   қасиеттерін  тәжірибеде

таныстырады.

Оқушыларда домендік құрылым туралы көрнекі образ тудыру үшін, пробиркаға салынған болат ұнтақтармен кіріспе тәжірибе жасауға болады. Ұнтақтарды электромагнит арқылы магниттеп, олардың темір заттарды өзіне тартуын демонстрациялайды. Ұнтақтарды сілкіп, олар ретсіз орналасқанда өзінің магниттік қасиеттерін толық жоғалтатынын бақылайды.

 

             15-сурет                                                                           16-сурет

 

Жоспар бойынша, ферромагнетиктердің домендік құрылысы Баркгаузен тәжірибесінде көрсетілуі керек. Ол үшін темір сымға ұзындығы 30-40см жіңішке сымның бірнеше мыңдаған орамдарын орайды да, ұштарын төменгі жиілікті күшейткіштің кірісіне жалғайды. Орамдардың жанында тұрақты магнитті жылжыта отырып, домендердің қайта магниттелуі кезінде пайда болған токтар тудыратын дыбыстар мен сыртылдарды естиді. Баркгаузен секірісін электрондар осциллографта да көрсетуге болады.

Оқушылар магниттік қасиеттердің температураға тәуелділігі туралы ұғым алуы қажет. Температура артқанда магниттік қасиеттердің сапалық өзгеруін келесі түрде көрсетуге болады. Кесетін араның ұшын газ горелкасының, не пісіретін шамның жалынына ұстайды. Спиртировкамен тәжірибе алынбауы мүмкін, себебі темір үшін Кюри температурасы 753°С.

Ұстараны ағарғанша қыздырып, оның өз ауырлық күшінің әсерінен жерге кұлап түсетінін байқаймыз, яғни ол парамагнетикке айналады. Суығаннан кейін, ол қайтадан магнитке тартылады. Бұл тәжірибені басқаша да жасап көрсетуге болады. Осы тәжірибелерден соң, ферромагнетиктердің ең негізгі қасиеті M » 1 екеніндігін көрсету керек.

Сапалы түрде, магнит стрелкасының көмегімен тогы бар катушканың жанындағы магнит өрісін зерттеуді жасауға болады, кейіннен оны арттыру үшін темір өзекше салады.

Тағы бір түрі ретінде, эмбебап трансформаторға тізбектей жалғанған 1 және 2 катушкалар қолданылады (15-сурет). Катушкалардың арасындағы магнит индукциясын магниттік зондтың көмегімен өлшейді. Арнайы индикатор да құрастыруға болады (16- сурет).

Құралдың негізгі бөлігі болып, шамамен 100 орам сымы бар және стрелкамен жалғанған өлшемі 4×4 см тогы бар рамка табылады. Қайтарушы момент арнайы екі пружина арқылы алынады. Индикаторды катушкалар арасында орналастырып, оларға ток береді, ол стрелканы 2-3 бөлікке ауытқытады. Сонан соң магнитсізденген өзекше алып, оларды темір заттарға жақындатып, олар оны тартпайтынын көрсетеді. Өзекшені тогы бар катушканың ішіне салып, магнит индукциясының 10-20 есе артатынын бақылайды. Мынадай қорытынды жасайды m>>1.

Ферромагниттердің   негізгі    ерекшелігі    болып,    олардың    магниттік

өтімділігінің  -ге тәуелділігі табылады (пара және диамагниттерде тәуелді емес).

Қорытынды да, оқушыларға ферромагниттердің қазіргі ғылымда, электро және радиотехникада, электроникада политехникалық мақсат үшін қолданылатынын айту керек.

 Қалдық магниттелуі аз, ферромагниттер (жұмсақ), трансформаторлар мен генераторлардың және тағы сол сияқты өзекшелеріне «қаттылары» -колданылады.”Қатты және сұйық” ферромагниттердің магниттік қасиеттерінің  айырмасын, көрнекі түрде трансформатордың конус тәрізді ұштарындағы және жолақ магниттердің қалдық магнетизмін салыстыру арқылы көрсетуге болады. 

        Сонымен қатар, оқушыларды жаңа  магниттік материалдар – ферромагниттердің негізгі қасиеттерімен таныстыруға және  «магниттік» әсерлесуімен,  үйкелуімен   түсіндіріледі.

Осы тәжірибелерден соң, қорғанысты көрсеткен дұрыс. Ол үшін  алдымен проекцияның көмегімен  темір сақинаның ішіндегі магнит өpici аз екендігін  көрсетеді, ce6e6i индукция сызықтары

темірде жинақталады. Сақинаны шынылардың

17- сурет

арасына орналастырып, проекциялық фонардың конденсорына қояды. Спектр жоғарғы шыныда алынады. Сонан соң 17- cypeттeri қондырғыны жинайды. Темір сым 1 егер қажет 2-мен арасына темір жапырағын 3 қойсақ төмен құлайды. Осындай тәжірибені керамикалық магниттермен көрсетуге болады (18- сурет).

Пласмасса   өзекшеге   (1)   керамикалық   магнитерді   6ip-6ipiнe   аттас полюстармен   кигізсек,   онда   жоғарғы   магнит   ауада   қалқып   қалатынын

көрсетеді.      Сонан      соң      магниттер

арасына   темір    жапырағын    ендірсек,

онда   екінші   магнит   төмен  құлайды,

жапырақ темірді   алсак,  екінші

магнит қайтадан жоғары  көтеріледі.

Магниттер мен электромагниттерді             

практикаға     қолдануға       байланысты                  18-сурет 

келесідей құрал  — жабдықтар көрсетуге болады:         

электромагниттік телефон, поляризацияланған   реле қоңырау және т.б. Г.И. Жереховтың кітабын пайдаланып (магнитометрмен темір рудасын іздеу, магниттік микрометр магниттік дефектоскопия және т.б.) политехникалық мақсатқа бағдарланған қызыкты демонстрациялар дайындауға болады. Сыныптан тыс сабақтардың қызықты тақырыптары ретінде тipi және өлі табиғаттағы электромагнитік құбылыстарды қарастыруға болады.    

 

2. « Магнит өрісі » тарауы бойынша жүргізілетін эксперименттер  мен зертханалық жұмыстар

 

Эрстед тәжірибесі

 

Құрал – жабдықтар: 1) тағанға  орнатылған демонстрациялық  магнит стрелка; 2) сырғымалы контактісі бар реостат ; 3) аккумуляторлар батареясы; 4) демонстрациялық ажыратқыш; 5) жалғағыш сымдар; 6) таған жәшік; 7) екі шырпы қорабы; 8) түзу магнит.

          Бұл тәжірибеге арналған қондырғы 19 – суретте кескінделген. Реостат пен аккумуляторлар батареясын жалғастырушы сым оны керекті жерлерінде   аздап иіп және түзетіп, стрелканың үстіне горизонталь орналастыру үшін онша ұзын болмауы керек. Ең жақсысы стрелканы  демонстрациялық үстелдің бойымен орналастыру, сонда оның сыртынан сыныптың барлық жерінен бақылау оңай болады. Жердің магнит өрісі стрелканы шамамен осы бағытпен орналастырса, онда басқа ерекше тетіктің керегі жоқ. Алайда стрелка Жердің магнит өрісінің бойымен ең ыңғайсыз үстелге көлденең орналасуы мүмкін. Бұл жағдайда екі түзу магнитті пайдаланып, стрелканы тиісті қалыпта ұстап тұруға мүмкіндік береді.

Қондырғының бұл деталіна оқушылардың назарын көп аудармау керек, себебі ол маңызды болып саналмайды, тек тәжірибе көрнекті болып шығу үшін жасалған техникалық әдіс қана.  

          Қажетті эффектіге ток күші 3А болғанды жетеді, сондықтан егер аккумулятор батареясының Э.Қ.К 3,6В тең болса, реостат кедергісі 1,2Ом болуы керек.

          Тәжірибенің мақсаты – тогы бар өткізгіштің магнит стрелкасына әсерін көрсету. Бұл әуелі тогы бар өткізгіштің айналасында магнит өрісінің пайда болуы туралы қорытынды жасауға, содан кейін сымдар өрісінің әсер ететін күшінің бағытын анықтауға мүмкіндік береді.

          Тәжірибені бастамас бұрын, оқушыларға тоқ қосылған  мезетте стрелканың солтүстік полюсының өзгеруін бақылауды ескерту керек. Сонан соң, тізбекті тұйықтап  19 – суретте көрсетілгендей, стрелканың солтүстік полюсы қондырғыда көрермендерден әрі қарай бұрылып кететінін көрсетеді.

          Магнит стрелкасының солтүстік полюсының қозғалу бағыты және токтың бағыты токты ажыратып, стрелка сымның үстінде орналасатындай етіп, магнит стрелкасының таянышының астына екі шырпы қорабын бірінің үстіне бірін қояды.

               19- сурет                                                20 –сурет

 

Тізбекті қайтадан тұйықтап, енді стрелканың  солтүстік полюсы көрермендерге  қарай қозғалатын өзгерісі бойынша стрелканы солтүстік полюсіне әсер ететін күштің жаңа бағытын анықтайды.  Магнит стрелкасының таянышының  астына қойылған шырпы қорабының біреуін суырып алып, стрелканы алдымен бір жағымен, содан кейін екінші жағымен сыммен қатар қояды. Стрелканың солтүстік полюсы токқа қосқан мезетте жоғары қарай немесе төмен қарай байқарлықтай серпіледі.

 

Түзу және дөңгелек токтың магниттік сызықтары

 

Құрал – жабдықтар:  1) алмалы – салмалы ауданшасы бар сым орам; 2) тағанға орнатылған  демонстрациялық магнит стрелкасы; 3) аккумуляторлар батареясы; 4) демонстрациялық  ажыратқыш; 5) елеуші бар қорапқа салынған темір үгінділері; 6) жалғағыш сымдар; 7) үгінді себуге арналған парақ қағаз.

Егер тәжірибе бір сыммен жасалса, түзу токтың магниттік спектрін алу біраз қиындықтар туғызады. Қиындық түзу өткізгіш қосылған электр тізбегінің басқа бөліктеріне жақын орналасқан магнит спектрінің бұзылуын болдырмауда және күшті токты жеткілікті етіп алуда болып тұр. Егер мұндай талаптар қойылмаса, онда екі қысқышы бар тағанға орнатылған изоляцияланған сым орамнан тұратын приборды пайдалануға болады. Орамның ұштары қысқыштарға оқушылар ондағы токтың бағытын бақылап отыратындай етіп қосылады. Алмалы –салмалы ауданша орамға горизонталь қалыпта бекітіледі. Прибордың жинастырған түрлері 21- суретте кескінделген. 

          Түзу токтың магниттік спектрін демонстрациялау үшін темір үгінділерінің орамның тек бір жағына ғана себеді.

Мұндай шектелген учаскеде магнит өрісі                                       

орамның  қысқа ғана кесіндісінде пайда

болады деп есептеуге болады. Бұдан кейін

темір үгінділерін барлық ауданшаға себе

отырып, тәжірибені қайталап, дөңгелек токтың                 21 – сурет

магнит спектрін демонстрациялайды.

          Тәжірибені жүргізген кезде тізбекке ток жібермес бұрын ауданшаға темір үгінділерін елеуіш арқылы бірдей қалындықта себеді. Мұнда үгінділер бірқалыпты таралу үшін орамды аздап көлбетеді. Сонан соң токка қосады (ток көзінің кернеуі 3,5В болған кезде орамдағы ток күші 1А шамасында болады)  және ауданшаның әр жерінен айқын магниттік спектр шыққанға дейін қарындаш пен тықылдатады. Тәжірибенің қорытындысын приборды оқушылардың үстелдеріне апарып жүріп көрсетеді.

          Алынған спектр магнит күш сызықтарының орналасуының жалпы картинасын  береді. Олардың бағытын анықтау үшін ауданшаны орамнан шығарып алады және орамның қатарына үшкір тағанға орнатылған магнит стрелкасы қойылады. Прибордың өлшемдері мынандай: стрелка айналып тұратын ұштықтың биіктігі орамның осі мен дәл келу керек.

          Ток жіберілген кезде стрелка кенет бұрылады және бірнеше тербеліс жасайды да, солтүстік полюсымен өрістің күш сызықтарының бағыты бойынша орналасады. Шыққан нәтижені алдыңғы тәжірибенің қорытындыларымен салыстыра отырып, күш  сызықтарының бағытын анықтайды және винт ережесін тұжырымдайды.

 

Дөңгелек токтардың өзара әсері

 

Құрал – жабдықтар: 1) тағанға орнатылған дөңгелек орам сым; 2) магнит өрісіндегі орам приборының рамкасы; 3) универсаль штатив; 4) жалғағыш сымдар.

          « Магнит өрісіндегі орам » приборының рамкасын изоляциялаушы стерженге арнаулы жұмсақ шнур арқылы іледі де, оның жанына тағанға орнатылған дөнгелек сым орамын орналыстырады. Рамка мен орам алғашында 22 – суретте көрсетілгендей,  біржазықтықта қатар орналастырылады. 

          Ораммен рамкадағы токтың бағытын қандай да бір әдіспен анықтап және

белгілеп алып ( мысалы түсті    өткізгіштерді 

пайдалануға болады), қысқа    уақыт   ток                         

жіберіп, оның бағытына байланысты рамканың

орамға тартылатыны немесе тебілетіні көрсетіледі.

Токтың  бағытын өзгерту үшін, орамды

180 – қа бұрады.

          Бұдан кейін осьтері  сәйкес келетіндей етіп,

 орамды рамкаға қарсы орнатады. Ток жіберіп,                       22 – сурет

 бірдей бағытталған  тогы бар орамдар бір – біріне тартылатынын, ол егер олардағы  ток қарама – қарсы  бағытталған  болса, тебілетінін көрсетеді. Ток өте күшті болған кезде рамка тебіліп барып айналып кетеді де орамға қатты тартылады.

          Приборлар ток көзіне параллель немесе тізбектей  қосылады, қысқа уақыт қосқанда олардың әрқайсысындағы ток 4А – ден аспауы тиіс.

 

 

 

 

 

 

 

№ 1 Зертханалық жұмыс

 

          Тұрақты магниттің магнит өрісінің  магнит индукциясын Ампер заңымен анықтау

 

 

Құрал-жабдықтар: 1) техникалық таразы; 2) Г4-210 кір тастар; 3) таға тәрізді магнит; 4) диаметрі 0,1-0,2 мм 20 орамнан тұратын 1,5х10 см өлшемді тік бұрышты рамка; 5) ИЭПП-1 ток көзі, 6) АЛ-2.5 лабораториялық амперметр; 7) кілт; 8) милиметрге бөлінген 30 см сызғыш.

 

          Ұзындығы   түзу өткізгіштен өтетін    ток, магнит өрісінде В индукциясымен  қатар Ампер күші Ғ әсер етеді.                               

 

                                                        (1)

Мұндағы: — өткізгіштегі ток бағытымен В векторының арасындағы бұрыш.

Бұдан

                                                        (2)

          Егерде   бұрыш 90⁰ –қа   тең болса,онда магнит өрісінің индукциясы былай жазылады:

                                                               (2¹) 

          Магнит өрісінің индукциясын өлшеудің бұл түрінде өткізгішке әсер ететін Ампер күшін , өткізгіштің   ұзындығын және өткізгіштегі   ток  күшін өлшеу керек.

          Бұл үшін 23-суретте көрсетілген экспериментальдық қондырғыны қолдануға болады.

 

 

 

 

            23-сурет

Техникалық таразының иінағашына ұзындығы 10 см, ені 5 см және жіңішке изоляцияланған 20 орам  сым оралған тік бұрышты рамканы іледі. Штативке рамканың астына горизанталь жағы В векторына перпендикуляр болатындай етіп, тұрақты магнитті қатырады.Таразыны теңестіреді. Рамканы кілт, тұрақты ток көзі,амперметрден тұратын электрлік тізбекке қосады.

          Рамка арқылы  ток күшін жібергенде Ампер күші рамканың вертикаль жағына әсер етеді де бір-бірін теңейді, ал төменгі жаққа әсер ететін күш таразыны тепе-теңдік қалпынан шығарады.Кір тастарының көмегімен таразының тепе-теңдігін туралап,осылайша Ампер күшін өлшейміз.

 

Жұмыстың жасалу реті

1. Дәптерлеріңізге нәтижелерді жазу үшін төмендегі кестені дайындаңдар:

 

№	d, м	,м	I,A	F,н	B,тл
1	23*10-2	460*10-2	0,6	4*10-2	0,014

 

 

 

 

2. Рамканың ұзындығын d сызғышпен өлшеңдер және жалпы өткізгіштің ұзындығын есепте.
3. Рамканы таразының иінағашына өткізгіш сымдар кедергі жасамайтындай етіп іліңдер.
4. 23-суретте көрсетілгендей ток көзін, амперметр , кілт,рамканы жалғаңдар.
5. Таразыны теңестіріп, рамка арқылы 0,5А ток жіберіңдер. Ғ Ампер күшінің модулін өлшеңдер.
6. (2) формуласын қолданып тұрақты магнит өрісінің магнит индукциясын есептеңдер.
7. 1А, 1.5А мәндері үшінде Ампер күшін өлшеуді қайталаңдар.

Алған нәтижелер мен өлшеулерді кестеге толтырыңдар.

 

 

 

№ 2 Зертханалық жұмыс

Тұрақты магниттің магнит өрісінің индукциясын магнит ағынын өлшеу арқылы анықтау

Индукция векторына В перпендикуляр жазықтықта көлденең қимасының ауданы S  контурды тесіп өтетін магнит ағынын Ф өлшеу арқылы біртекті магнит өрісі индукциясын В анықтауға болады: 

                                                             Ф = ВS

          Контурды тесіп өтетін магнит ағынын Ф өлшеу үшін, электро магниттік индукция құбылысын пайдалануға болады: магнит өрісінен контурды  жылдам шығарған кезде оны тесіп өтетін магнит ағыны Ф мәнінен нольге дейін өзгереді, бұл кезде контурда пайда болатын индукцияның Э.Қ.К:

                                                          

өрнегімен анықталады.

          Магнит өрісінен N орамды катушканы шығарғанда ондағы индукцияның Э.Қ.К, контурдағы ға қарағанда N есе артық:

                                                     

          Егер катушканың ұштары гальванометрге жалғанып тұйықталса, онда тұрақты магниттің магнит өрісінен катушканы алыстатқан  кезде оның тізбегінде индукциялық ток ағып өтеді.

          Жоғарыда жазылған тендеулердің екі бөлігінде тізбек кедергісіне  R бөліп:

                           немесе                

         өрнегін аламыз, бұдан                 

          Cоңғы өрнек магнит өрісінің индукциясы В катушканы   магнит өрісінен алыстатқан кезде ол арқылы ағып өтетін электр мөлшеріне   тура пропорционал, тізбектің толық кедергісіне тура пропорционал және катушканың көлденең қимасының ауданы мен катушкадағы  орам санына кері пропорционалдығын көрсетеді. Демек , біртекті магнит өрісінің индукциясын В анықтау үшін, магнит өрісінін зертттеліп отырған аймағынан катушканы жылдам шығарғанда одан электр мөлшерін  өлшеу қажет. Мұны шкаласы кулон есебімен градуирленген гальванометр арқылы орындауға болады.

          Гальванометр жұмысының баллистикалық режимін қамтамасыз еті үшін электр тізбегіне катушка мен кедергісі 3 – 5 кОм резисторды тізбектеп қосу керек.

Жұмыстың орындалуы

Құрал – жабдықтар: 1) таға тәрізді магнит; 2) катушка орам; 3) М – 273 – 9 типті гальванометр; 4) омметр М – 471; 5) милиметрлік бөліктері бар 30-35 см сызғыш; 6) резистор 3-5 кОм.

          Ескертпе: гальванометрдің орнына фотометрия жиынтығынан алынған микро амперді  М- 2003 пайдалануға болады. Бұл жағдайда 1-2 кОм – дық резистор қажет болады.

 

1. Дәптерлеріңізге нәтижелерді жазу үшін төмендегі кестені дайындаңдар:

 

 

D,м	S,м2	N	nорт	q	B,тл

 

 

 

 

2. Катушканың диаметрін D өлшеңіздер, оның көлденең қимасының ауданын S есептеп ондағы  орам санын N санап шығыңыздар.
3. 24 – сурет бойынша тізбек

құрастырыңыздар. Катушка жазықтығын

индукция сызықтарына перпендикуляр етіп

орналастырып, оны тұрақты  магниттің магнит

өрісіне енгізіңіздер.

4. Магнитті тез алыстатып гальванометр

стрелкасы  аутқыған  n     бөлік санын шкаладан                    24 – сурет

байқаңыздар. Тәжірибені бес рет қайталап, серпілу  орта мәнін  n_орт  анықтап, катушка тізбегінен өтетін q   зарядты табыңыздар

5. Тізбектің толық кедергісі R үшін, резистор тізбегіне қосылған кедергіні алыңыздар,өйткені катушка мен гальванометр кедергілері резистордікімен салыстырғанда өте аз, оларды елемеуге де болады.
6. q зарядтың, R  кедергінің , катушка ауданы S -тің және оның орам саны N-  нің табылған мәндерін пайдаланып, тұрақты магниттің магнит өрісінің индукциясын есептеңіздер.В

 

 

Бақылау сұрақтары

1. Гальванометр стрелкасының серпілісі магнит қозғалысының жылдамдығына тәуелді бола ма?
2. Осы жұмыста пайдаланылған лабораториялық қондырғының сезгіштігін қандай тәсілдермен арттыруға болады?

 

 

№3 Зертханалық жұмыс

Жердің магнит өрісін зерттеу

 

          Магнит өрісінің бар екенін адамдар көп ғасырлар бұрын білген және біздің эрамызға дейін 2-3 мың жылдықта адамдар компасты ойлап тауып қолдана бастады.

          Жұмыстың мақсаты:Тангенс-гальванометрдің көмегімен жердің магнит  өрісі кернеулігінің горизонталь құраушысын анықтау.

          Қажетті құрал-жабдықтар: Тангенс-гальванометр,реостат, ток көзі , миллиамперметр, айырып – қосқыш.

Жұмысқа дайындықты тексеру сұрақтары

1. Магнит өрісі дегеніміз не? Электр және магнит өрістерінің негізгі айырмашылықтары мен ұқсастықтары неде?
2. Қандай шамалар магнит өрісін сипаттайды?Олардың анықтамалары және өлшем бірліктері қандай?
3. Жердің магнетизмінің ерекшеліктері қандай?
4. Жердің магнит өрісінің горизанталь құраушысын қалай анықтауға болады?
5. Тангенс-гальванометрдің құрылысы және жұмыс істеу принципі қандай?

 

Теориялық түсінік

 

Жер үлкен шар тәріздес  магнит болып табылады. Жердің айналысындағы кеңістіктің кез-келген нүктесінде , күш сызықтары 25-шы суретте көрсетілгендей, магнит өрісі болады. Жердің магнит өрісінің солтүстік полюсі -N географиялық оңтүстік  жарты шарында, ал оңтүстік полюсі -S солтүстік жарты шарында орналасады.

          Жердің магнит өрісінің полюстары оның географиялық полюстарымен сәйкес келмейді(олар бір-біріне қарағанда 300 км-дей ығыса орналасқан).

          Кез-келген тұрақты магнит өрісі токтың магнит өрісіндей құйынды болмайды, электростатикалық өріс

тәріздес потенциалды болады.

 Тұрақты магнит өрісінің күш

 сызықтары солтүстік полюсіне

қарай бағытталады. Жердің магнит

өрісінде орналасқан магнит стрелка-

сы күш сызықтарына жүргізілген

жанаманың бойымен бағытталады.

Солтүстік жарты шарда магнит

стрелкасының солтүстік полюсі орналасқан. Ал оңтүстік жарты шарда магнит стрелкасының оңтүстік стрелкасы орналасқан ұшы Жерге қарай көлбей бағытталады. Сондықтан магнит стрелкасы горизонтпен белгілі бір  —   бұрыш жасай  орналасады. Бұл бұрыш магниттік көлбеулік бұрышы деп аталады.Магнит стрелкасының оңтүстік және солтүстік полюстарының горизонттан төмен орналасуына байланысты оңтүстік және солтүстік магниттік көлбеу бұрыштары болады.

          Магниттік экваторда көлбеу бұрыш нольге тең, басқа географиялық ендіктерде көлбеу бұрыштары әртүрлі болады және Жердің магнит полюсына жақындаған сайын көлбеу бұрышы үлкейе береді.

          Жердің магнит полюстері оның географиялық полюстарымен сәйкес келмейтіндіктен магнит стрелкасы географиялық меридианмен беттеспейді.

Магнит стрелкасының центрі арқылы өтетін вертикаль жазықтық пен географиялық меридиан арасындағы      бұрышы магниттік жіктелу бұрышы деп атаалады.

          Жердің магнит өрісінің кернеулігінің

векторы  -ты екі құраушыға жіктеуге болады:

горизонталь құраушы  және вертикаль құраушы .             26-сурет

Магнит стрелкасы бос вертикаль оське орналастырылғандықтан магнит өрісі  күш сызықтарына жүргізілген жанаманың бойымен (магниттік меридианның бойымен) тек қана  горизонталь құраушының әсерінен ғана орналасады.Магнит өрісінің горизонталь құраушысы —дің   және   бұрыштарының шамасын біле отырып, Жердің магнит өрісінің кернеулігінің  бағытын және шамасын анықтауға болады. Магнит өрісінің горизонталь құраушысын, магниттік көлбеу және жіктелу бұрыштарын Жер магнитизмінің элементтері деп атайды.

          Компастың магнит стрелкасы Жердің магнит өрісінің кернеулігінің горизонталь құраушысының әсерінен магнит меридианының жазықтығында орналасады. Егер дөңгелек токтың көмегімен стрелканың айналасында тағы бір магнит өрісін туғызатын болсақ, магнит стрелкасы қорытқы магнит өрісінің кернеулігінің векторымен бағыттас орналасады. Дөңгелек токтың кернеулігін (1) теңдеуден есептеп табуға болады.

                                                          (1)

          Магнит стрелкасының ауытқу бұрышы — ның шамасы белгілі болса,Жердің магнит өрісінің кернеулігінің горизонталь құраушысын есептеп табуға болады.

Қондырғының құрылысы

          Жердің магнит өрісінің кернеулігінің горизонталь құраушысын  анықтау үшін тангенс- гальванометр қолданылады. Тангенс – гальванометр радиусы R орам саны  n   дөңгелек өткізгіштің ортасында орналасқан магнит стрелкасынан тұрады.

Дөңгелек  өткізгіштің бойымен ток жүрмеген кезде магнит тілі магниттік меридианның жазықтығында орналасады. Дөңгелек өткізгіштің жазықтығында магнит меридианының жазықтығымен беттестіре орналастыру керек. Дөңгелек өткізгіштің бойымен ток жүрген кезде  мен  векторлары өзара перпендикуляр орналасады да, магнит стрелкасы  бұрышқа ауытқиды.

 

27-сурет Тангенс-гальванометр құрылысының схемалық құрылысы

 

2 суреттен  бұрышының шамасы   және  векторларының қатынасымен анықталатындығы көрініп тұр:

                                           

Дөңгелек токтың магнит өрісінің кернеулігі:

Мұндағы: R- тангенс-гальванометр оамының радиусы, n- орам саны.(1) формуладағы Н-тың мәнін ескеріп, мына теңдеуді табамыз:

                                                                      (2)

Жердің берілген нүктесі үшін және берілген қондырғы үшін :

                                                                              (3)

тұрақты шама , тангенс-гальванометрдің тұрақтысы деп аталады (3) өрнекті мына түрде жазуға болады:

                                       

Бұдан  С  тұрақтысы магнит стрелканы 45⁰ –қа  бұрышқа ауытқытатын дөңгелек токтың шамасына тең болады.Бұл тангенс-гальванометр тұрақтысы  С –ның физикалық мағынасы . (3) теңдікті (2) өрнекке қойып, Н₀-дің мәнін табамыз:

                                                                       (4)

45⁰  болған кезде Н₀ үшін қателік азаяды.

          Оған көз жеткізу үшін қателіктерді аралық өлшеу әдісімен есептеген дұрыс.

          Жер магнит өрісі тәуліктік, айлық, жылдық және ғасырлық тербелістерге ұшырып отырады. Сондықтан Жер магнитизмінің  элементтеріде өзгерісте болады. Сонымен қатар Жердің магнит өрісіне Күннің белсенді тіршілігінің әсерінен туатын магниттік құйындар ықпалын тигізеді. Жер магнитизмінің теориясы негізінен екі топқа бөлінеді:

1. Жердің терең қабатындағы сұйық ядросында құйынды электр токтарының туғызатын магнит өрісіне негізделген теория;
2. Жер қыртысының кейбір бөліктерінде магнитті тау жыныстарының шоғырлануына негізделген теория. Алайда, осы кезге дейін Жердің магнит өрісінің табиғи негізі ашылған жоқ.

 

Жұмысты орындау тәртібі

1. 28 – суретте көрсетілген схеманы жинаңыз.
2. Тангенс – гальванометридің тұғырын айналдыра отырып, оның орамдарын

магнит меридианының жазықтығына орналастырыңыз. Орам санын 25- ке тең етіп алып, тумблердің   көмегімен ток көзіне қосыңыз.

3. Реастаттың тұтқасын жылжыта отырып, стрелканы 45⁰ – қа бұрыңыз да,

миллиамперметрдің  көрсетуі бойынша  — дің шамасын анықтаңыз.

4. Айырып қосқыштың көмегімен берілген токтың бағытын өзгертіп, стрелканы тағыда 45⁰ – қа бұрыңыз. Орам саны  n₁=25 болған жағдайдағы  I₂ тогының шамасын анықтаңыз. Анықталған токтардың шамаларын 1- кестенің тиісті бағанына жазыңыз.
5. Тангенс – гальванометрдің тұрақтысын орам саны n₁ =25 жағдайы үшін C=I_ор анықтаңыз. (4) формула бойынша Н₀— дің мәнін есептеңіз. Есептеу нәтижелерін 1-кестенің тиісті бағанына жазыңыз.
6. Қондырғының дұрыс орналасуын тексеріп алып (2- бап ) , өлшеулерді

n₂ = 50, n₃ =75, n₃ =100 мәндері үшін қайталаңыздар (3-5 баптар) . — мәндерін есептеңіздер де, -дің орташа мәнін анықтаңыздар:

                                          

 

1 – кесте

n  орам саны	I1	I2	I3	H0
25
50
75
100

 

 

 

28 – сурет

 

Жұмысты тапсыру сұрақтары

1.Био- Савар – Лаплас заңын тұжырымдаңыз және формуласын жазып көрсетіңіз. (4) формуланы   Био- Савар – Лаплас заңынан  қорытып шығарыңыз.

2.Неліктен  магнит өрісінің кернеулігінің горизонталь құраушысын анықтаймыз?

3.Жердің магнит өрісінің кернеулігін қалай анықтауға болады?

4.Тангенс – гальванометр тұрақтысы С – ның физикалық мағынасы қандай?

 

Бағдарламалық    материалдың    мазмұны    келесі    тақырыптық-сабақ жоспарынан көрінеді:

1-сабақ. Негізгі магниттік құбылыстар. Токтардың әсері.

2-сабақ. Магнит өрісі. Магнит стрелкаларымен тогы бар рамкалар — магнит өрісінің индикаторы есебінде.

 3-сабақ. Магниттік индукция векторы.

4-сабақ. Магнит индукциясы сызықтары. Әр түрлі токтардың магнит өрісі.

5-сабақ. Ампер гипотезасы.

6-сабақ. Заттардың магниттік қасиеттері. Магнит өтімділік.

7-сабақ.Ферромагниттер және олардың техникалық қолданылуы.

8-сабақ. Ампер заңы.

9-сабақ. Магнит пен токтың әсерлесуін бақылау. Лабораториялық жұмысы.

10-сабақ. Қозғалыстағы зарядқа магнит өрісінің әсері.

11-сабақ. Лоренц күші. Тұрақты ток электр қозғалтқыштары.

12-сабақ. Тапсырмалар мен жаттығулар.

ІЗ-сабақ. Материалды қайталау және жалпылау, бақылау жұмысы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 3. Магнит өрісі тақырыбына есептер шығару

 

Есеп шығару физиканы оқыту процесінің ұдайы бөлінбес құрамды бөлігі болып саналады, өйткені ол физика сабақтарының түгелдей барлық түрлері мен кезеңдеріне және кластан тыс жүмыстарында кездеседі. Есеп шығару, физиканы оқытудың әдістері, тәсілдері, амалдары ретінде әр жақты мағынада қолданылады. Әр сабақтың өзінде де физикалық есептерді шығарудың мынадай маңызы бар: 1) оқушылардың логикалық және физикалық ойлауын дамытады, математикалық амалдар мен түрлендірулерді орындауға жаттықтырады, физикалық заңдар мен эксперименттің сандық және сапалық мағыналарын ашады; 2) физикалық құбылыстар мен заңдылықтардың практикалық маңызына және өмірмен байланыстылығына көз жеткізу; 3) мектеп оқушыларын тапқырлыққа, өз бетінше жұмыс істеуге, еңбек сүйгіштікке, қиындықты жеңу төзімділігіне үйретеді, олардың ерік-жігерін қайрайды; 4) физикалық үғымдарды жастардын, практикалық ебдейліктері мен дағдыларын, шығармашылық қасиеттерін қалыптастырады; 5) оқушылардың алған білімдерінің тереңдігі мен беріктігін тексереді; 6) сабақты проблемалық ситуация қойып, оны шешуге жәрдемдеседі; 7) физикалық құбылыстар мен заңдарды және теорияларды талдауға, қорытындылауға, олардың арасындағы өзара байланыстарды анықтауға жәрдемдеседі; 8) оқушылардың білімдерін, ебдейліктерін, дағдыларын жүйеге келтіріп, оларды дамытады және тереңдетеді. Сондықтан да физикадан есеп шығару міндетті түрде қолданылатын оқыту әдістерінін негізгілерінің біріне саналады.

 

1-есеп.

Жіңішке сымнан жасалған орам саны п=50- ге тең жазық рамка қола лента арқылы электромагнит полюстерінің арасынан өтетіндей етіп ілінген. Рамка арқылы I=1 А ток жіберген кезде, рамка    а₁ = 15° бұрышқа бұрылған.

Лентаның    бұралуы кезінде серпімділік күшінің моменті

М₀ =О,98-10^-5Нм — ге тең болса, сол орындағы магнит өрісінің индуциясы қандай болады. Токтың  жоқ  кезінде  рамка  жазықтығы  өріс  бағытына     а₀ = 30°      бұрыш

жасайды, рамканың ауданы S=10 см² .

 

Шешуі:   Магнит  өрісінде  ілінген  тогы  бар

рамкаға екі айналдырушы момент әсер етеді:

29-сурет

М₁ моменті өріс күштерінің әсерінен туады, және

М₂ моменті рамка ілініп тұрған серпімді лентаның

бұралуынан туады. Рамка тепе-теңдікте тұрғанда  М₁=М₂ Егер рамкадан / тогы жүрсе, рамканың ауданы S₁орам саны п және тепе- теңдік жағдайында рамка жазықтығы В индукция векторымен а бұрыш жасаса, онда

                                                          (2)

Есептің шарты бойынша серпімділік күшінің моменті аспаның бұрылу бұрышына пропорционал,

                                                            

Мұндағы     к —  аспаның  материалына  және  геометриялық  өлшеміне (формасына, көлденең қимасына) тәуелді тұрақты коэффициент.

Берілген есепте коэффициент есептің шартынан анықталады, бұрылу бұрышы   — ге тең болғандағы күш моменті   М_о — ге тең, яғни  

осыдан                                             (3)

Рамканың токқа қосылмай еркін тұрған кезінде, рамка жазықтықтағы өріс бағытымен а₀ бұрыш жасайды (29-сурет). Сондықтан рамканың екінші

тепе — теңдік орынға ауысу кезінде  (4) бұрышқа бұрылады. Жіп те осындай бұрышқа бұрылады және рамкаға нормаль өріс бағытымен мынадай бұрыш жасайды,

 

(2), (3), (4)   және (5) формулаларын   және   (1) тепе — теңдік  теңдеуін ескеріп, мына түрге келтіреміз:

                                               

осыдан магнит өрісінің индукциясын тауып, сандық мәндерін қоямыз:

                                     B=4*10^-3Тл

2-есеп.

U=1000 В потенциалдар айырымымен үдетілген электрон, индукциясы B=10^-2

Тл вакуумдағы біртекті магнит өрісіне, оның күш сызықтарына перпендикуляр бағытта ұшып кіреді. Өрісте электронның сызатын траекториясының қисықтық радиусын анықтаңыз. Электронның заряды е=1,6-10^-19Кл, оның массасы m=9-10^-11кг.

Шешуі: индукция сызықтарына перпендикуляр бағытта біртекті магнит өрісіне ұшып кірген зарядталған бөлшек Лоренц күшінің әсерінен (жылдамдық векторына әрқашанда перпендикуляр) нормаль үдеу алады және         

өріс бағытына перпендикуляр бағыттағы жазыктықта шеңбер бойымен қозғалады. Егер чертеж жазықтығына перпендикуляр (бізден ары қарай) магнит өрісіне, жылдамдығы v электрон ұшып кірсе, онда оған электронның заряды теріс болғандықтан, бағыты оң қол ережесімен анықталатын Ғ_я күші

әсер етеді.

                                Ғ_л = evBsina= еVB                                           (1)

(sina = 1 өйткені   v ±  В)

Егер      В = сопst   болса, Лоренц күші өзгеріссіз болады және ауырлық

күшін ескермесек, электрон радиусы Я шеңбер бойымен    қозғалады деп

 

есептеуімізге болады. Ньютонның II заңына сәйкес

                                                                                                                                                                                                             (2)                                                                                                                       

 

(1) және (2) теңдеулер, біртекті магнит өрісінде зарядталған бөлшектер қозғалысын шешетін барлық есептер үшін негізгі қатынас болып табылады. Осы теңдеулерді жазып, ары қарай есептің қосымша шарттарын ескеріп, көмекші теңдеулер құру керек. Қазіргі жағдайда электронның жылдамдығы потенциалдар айырмасымен үдетілуі арқылы беріліп отыр.

Энергияның сақталу және айналу заңы бойынша өріс күшінің жұмысы электронның кинетикалық энергиясының өзгерісіне тең. Потециалдар айырымы  өріс нүктелерінің арасында ұшып өткен электронның энегиясы,

                                                                            (3)

(кіру кезіндегі бастапқы кинетикалык энергияны ескермейміз).  Осы тепе-теңдікпен есептің шарты толық шешіледі.

(1)   —  (3)  теңдеулер  жүйесіндеі  R,  F_л    жэне   v   белгісіздер  арқылы шешіліп, R — ді табамыз.

                       ;            R=0.01м

3-есеп

Индукциясы В=6*10^-2 Тл біртекті магнит өрісінде көлденең қимасы

=1мм² мыс сымнан жасалған, орам саны п=80, диаметрі d=8см соленоид орналастырылған. Соленоид   = 0,2сек ішінде осы өріс бағыты бойымен

қалатындай болып а=180° бұрылады. Соленоидта қозатын электр қозғаушы күштің орташа мәнін және индукциялық зарядты анықтау керек. Мыстың меншікті кедергісі р = 0,017 • 10~⁶ Ом-м.

Шешуі: Контурды тесіп өтетін магнит ағынын өзгертіп, онда электр индукциялық қозғаушы күшті қоздырудың түрлі тәсілдері бар.

Ең оңай тәсілдерінің бірі, магнит өрісінде контурды контур жазықтығына түсірілген нормаль мен өріс бағытының арасындағы бұрыш өзгеретіндей етіп бұру керек. Берілген есепте осы жағдай талданады.

Орам саны п соленоидты тесіп өтетін магнит ағынының  ( уақыт ішіндегі өзгерісі Ф, контурда индукциялайтын электро қозғаушы күштің шамасы

 

                                                   (1)

 

катушканың алғашкы орнында оның осі өріс бағытымен а_х бұрыш жасаса, ал осьтің а₂ бұрышқа бұрылу кезінде соленоидты тесіп өтетін магнит ағынының өзгерісі:

                                                                (2)

мұндағы S- соленоидтың көлденең қимасының ауданы.

Есептің шарты бойынша катушканың осі алғашқы жағдайда өріс бағытымен сәйкес келген (=0), ал бұрылу бұрышы а₂ =180°. Бұл жағдайда магнит ағынының өзгерісі максималь болады:

                                              

Соленоидтың көлденең қимасының ауданы   екенін және (1), (2)

формулаларды қосып шеше отырып, табамыз:       

(3)

Соленоидта  магнит ағынын өзгерту кезінде индукцияланатын заряд

шамасы   

 

 

Соленоидтың орамындағы кедергі                                                 

                                              (4)       (4)     

 

(2) — (4) формулалардан        q=1.4K

 

4-есеп.

Индукциясы B=10^-2 Тл магнит өрісінде ұзындығы l= 0.2м стержень  тұрақты бұрыштық жылдамдықпен айналады. Айналу осі магнит өрісі күш сызықтарына параллель стерженьнің шеті аркылы өтетін болса, стерженьде қозатын индукциялык э.қ.к табыңыз.

 

   Шешуі:  Стержень ішінде тосын күштердің пайда   

болуы   және   оның   шеткі   нүктелерінде   потенциалдар    

айырымының   тууы   магниттік   күш   сызықтары   қиып

өтетін   өткізгіш   бойындағы   зарядқа   Лоренц   күшінің             30-сурет                                                                                              

әсерінен  болады. Егер стержень біртекті магнит өрісінде тұрақты бұрыштық жылдамдықпен айналса және индукция сызықтарын тік бұрышпен қиып өтсе, онда Лоренц  күшінің әсерінен электрондар стержень бойымен бір шетіне қарай қозғала бастайды ( 30- сурет). Электрондар , электрлік  тебілу күші Лоренц күшін теңгергенге дейін қозғала береді. Электрондардың қозғалысы нәтижесінде электрондардың стерженьнің  бір шетінде артық,  ал екінші шетінде кем болғандықтан, стержень ұштарында тұрақты потенциалдар айырымы туады:

 

Мұндағы —  стерженьді уақыт  ішінде тесіп өтетін магнит ағынының шамасы.

          Стерженьді магнит өрісіне тік бұрышқа айналдырған кезде , мұндағы         — стержень сызған сектордың ауданы.

            уақыт ішінде стержень  бұрышқа бұрылады және сектордың ауданы                                             

Осыдан, магнит өрісінің ағынының өзгерісі

( 1 ) мен (2) қосып шешсек

 

          Сан мәндерін қойып, есептейміз

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Физика есептерін шығаруда информатика негіздерін қолдану

Қазіргі кезеңде дербес компьютерлер ғылымда, техникада, экономикада тіпті өндірістің кез келген саласында кеңінен қолданылып келеді.

Қазақстан Респубрикасы орта білім жүйесін ақпараттандыру туралы мемлекеттік бағдарламасында «Қазақстандағы жаңа қоғамдық саяси және әлеуметтік-экономикалық шарттар білім беру саласында принциптік жағынан жаңа жағдайлар жасады. Қазақстан Республикасы дүние жүзінің дамыған елдері сияқты орта білім беру жүйесінен ақпараттандырудың білім беретін желіге негізделген оқыту жүйесін жасау қажет».

Информатика пәні — басқа пәндердің де дамытылуын қамтамасыз ете алатын іргелі, әрі маңызды пән. Сондықтан физика пәнін оқыту барысында компьютерлерді қолдану оқытудың жаңа технологиясына сай келеді. Қазіргі кезде компьютердің көмегімен әр алуан физикалық лабораторияларды, физикалық құбылыстарды көрсетуге және есептер шығаруға болады. Мұның барлығы оқушылардың пәнге деген оның ішінде тақырыпқа деген қызығушылығын арттырады. Осыған мысал ретінде Паскаль бағдарламалық тілінде есептелінген бірнеше есептерді ұсынуға болады.

1-есеп. Индукциясы В =0.02 Тл болатын магнит өрісіне ұзындығы l=0.5м түзу өткізгішке перпендикуляр орналасқан.Ол өткізгішке Ғ=0.15H күш әсер етеді.Өткізгіштегі токтың шамасын табу керек?

Есептің Паскаль бағдарламалық тіліндегі шешімі:

Program A

Const B=0.02;l=0.5;F=0.15

Var I : real;

begin

I:=(‘I=’,I);

Write(‘I=’I);

End.

 

2-есеп.Радиусы 20см дөңгелек өткізгіштің бойымен 6А ток жүріп тұр. Осы дөңгелектің центріндегі кернеулікті табыңдар?

Есептің Паскалъ бағдарламалық тіліндегі шешімі:

 Program А1

Const R=0.2;I=6;

Var H : real;

begin

H:=I/2*R

Write(‘H=’H);

End.

 

Тест

 

1. Магнит тілшенің қанша полюсі бар?

А) Солтүстік және оңтүстік

Ә) Полярлы және полярсыз

Б) Батыс және шығыс

В) Солтүстік және шығыс

2. Практикалық қажетке жарамды алғашқы электр двигательдерін және қашан ойлап шығарды?

А) 1834ж орыс ғалымы Б.С.Якоби

Ә) 1820ж дат ғалымы Эрстед

Б) 1831ж ағылшын физигі М.Фарадей

В) 1975ж орыс ғалымы Б.С.Якоби

3. Ішінде темір өзегі бар соленойдтың ұзындығы 50см . Ол 500 орамнан тұрады. Осы орамнан I=10A ток жүріп тұр.Темірдің магнит өтімділігін 183 деп алып, соленойдтың ішіндегі магнит индукциясын табыңдар?

А) 2.3Тл

Ә) 18Тл

Б) 24Тл

В)  6.58Тл

    4.Индукциясы В =0.02 Тл болатын магнит өрісіне ұзындығы l=0.5м түзу өткізгішке перпендикуляр орналасқан.Ол өткізгішке Ғ=0.15H күш әсер етеді.Өткізгіштегі токтың шамасын табу керек?

А) 15А

Ә) 18А

Б)  25А

В)  3А

   5.Радиусы 20см дөңгелек өткізгіштің бойымен 6А ток жүріп тұр. Осы дөңгелектің центріндегі кернеулікті табыңдар?

А) 15А/м

Ә) 20А/м

Б)  36А/м

В)  33А/м

   6.Тұрақты магнит деп қандай магниттерді айтамыз?

А) магниттік қасиетін ұзақ уақыт сақтайтын денелерді айтамыз

Ә) магниттік қасиетін ұзақ уақыт сақтаймайтын денелерді айтамыз

Б)  магниттік қасиетке ие емес денелерді айтамыз

В)  дұрыс жауабы жоқ

7. Ток күшін арттырғанда тогі бар катушканың магнит өрісінің әсері күшейеді.Ал ток күшін кеміткенде ше?

А) әлсірейді

Ә) 2 есе күшейеді

Б)  2 есе әлсірейді

В)  жауаптың барлығы дұрыс

8. Ауадағы түзу ,шексіз өткізгішпен I=50A ток өтіп жатыр.Осы өткізгіштен 5см қашықтықта орналасқан нүктедегі магнит индукциясын табыңдар?

А) 0.0002Тл

Ә) 22Тл

Б)  0.36Тл

В)  45300Тл

9. Ұзындығы 10 см түзу өткізгіштен ток өтіп жатыр(I=20A).Бұл өткізгішті біртекті магнит өрісіне орналастырсақ, оған Ғ=0.1H күш әсер етеді.Егер магнит индукциясы В=0.01Тл болса,онда ток пен индукцияның арасындағы бұрыш негетең болады?

А) П/6

Ә) П/2

Б)  П

В)  П/4

10. Магниттердің әр аттас полюстері біріне-бірі тартылады да, ал аттас полюстері ше?

А) бірінен-бірі тебіледі

Ә) бірін-бірі тартады

Б)  жауаптың барлығы дұрыс

В)  бірін-біріне әсер етпейді

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Магнит өрісінің техникада қолданылуы

«Магнит өрісі.Магнит индукциясы» тақырыптарын оқушыларға баяндап болған соң, магнит өрісінің техникада кеңінен колданылатындығын айтып өткен пайдалы. Оқушыларға магнит өрісі қай жерде колданылатындығын айтып өту, оларда физикаға сонымен бірге техникаға деген кызығушылықты арттырып, физика мен техниканың арасындағы байланысқа көз жеткізуіне үлкен дәлел болады.

          Электр двигателінсіз қазіргі адамдар өмірін елестету мүмкін емес. Электр двигателі қолданылатын сіздерге таныс құрылғылардың механизмдер мен  машиналардың мынандай толық емес тізімі: Автомашина, ұшақ , трактор, трамвай, троллейбус  лифт және басқа да толып жатқан құрылғылар. Өндірістегі  станоктардың басым көпшілігі электр двигателімен іске қосылады.

          Әртүрлі двигательдердің көптеген құрылымы бар. Алайда біз ең көп тараған коллекторлы электр двигателінің құрылысы мен жұмыс істеу принципін қарастырамыз. Ол негізгі 3 тораптан тұрады: стагор, ротор және коллоктор  осы тораптарды қарастыралық.

          Статор 1 не полюстік ұштамалары S және  N  бар тұрақты магнит полюсінен не электромагниттен  тұрады. Ол электр двигателі корпусымен бір тұтас болып құрылады ( « статор»  сөзі латынның stator – қозғалмай тұратын деген сөзінен құралған). Коллекторлы двигатель статорын көбінесе индуктор деп атайды. Бұл магнит өрісін қоздыруға арналған электр двигателі ( немесе генератор) бөлігі. Көбінесе двигательдің якоры  деп атап жүрген  Ротор 2 арнайы болат табақшадан жасалған белгілі бір үлгідегі өзекше

 

 

 

 

                                                                    31- сурет

(«Ротор» сөзі латынның rotare – айналу деген  сөзінен құрылған).

өзекшеге оқшауланған сымнан орам  оралады.

          Орамның сыртқы шығарылған ұшы коллекторлы мыс пластинаға дәнекерленген, ал оның өзі жақсы оқшауланған барабанға, ал барабан ротор осьне бекітілген. Арнайы серіппемен коллекторлы пластинаға екі бұрыштық щетка

 

 

тығыз сығылып орнатылған. Щеткаға ток көзінен электр электр двигателіне кернеу жіберіледі.

           Электр двигателінің жұмыс істеу принципін  қарапайым двигатель, яғни якорында тек бір орамы бар двигатель мысалында қарастыралық.

          Щеткаға электр двигателінің жұмыс істеуіне қажет кернеу жіберіледі. Орам бойынша статордың магнит өрісіне ағатын токтың өзара әрекеттесуі нәтижесінде ротор айналып, рама тік қалпына келеді де онда ток болмайды. Өйткені щетка коллектор пластинасына емес аралығындағы оқшаулағышқа жанасады. Алайда, инерция әсерінен ротор осы қалпынан ауытқиды да щетка коллектор пластинасына жанасады. Ток қайтадан орам арқылы өтіп, якорь сол  бағытта айналу моментін де әрекет етеді.  Орамға  электр тогы келіп тұрғанға дейін якорь  айналыста болады.

          Егер статор ретінде электр магнит жұмыс істесе, онда оның орамын якорь орамына не тізбектеп, не параллель қосуға болады якорь мен  индуктор орамы  тізбектеп қосылған двигатель, іске қосылған сәтте , яғни токты қосқан сәтте өте көп шамада күшейеді. Бұл сапа көлік үшін ерекше маңызды, бұндайда машина орнынан қозғалып, қажетті жылдамдық алуы тиіс. Сондықтан орамы тізбектеп қозатын двигательдер трамвайларда, троллейбустарда, электровоздарда және тағы басқаларда қолданылады.

          Орамы параллель  қосылатын двигательдердің айналу жиілігі тұрақты болады, орам қозуындағы  ток күшін өзгерті арқылы  оны оңай реттеуге болады. Ол үшін орам  қозуымен қоса реостатты қосады. Мұндай двигательдер станок сымдарында пайдаланылады.

          Электр двигателінің жылу двигателіне қарағанда бірқатар артықшылығы бар. Олар үнемді, қоршаған ортаны ластамайды, мүлде дерлік шусыз жұмыс істейді.Оның пайдалы әсер коэффициенті 80 пайыздан астам. Оларды пайдалану ыңғайлы, әрі сенімді жұмыс істейді.

Ферромагнетиктер және олардың қолданылуы.

Ферромагнитті денелер табиғатта онша көп емес, сөйтсе де, олардың практикалық маңызы өте зор. Темір не болат өзекше өткізілген катушкадағы ток күшін арттырмай-ақ ондағы магнит өрісін әлденеше есе күшейтуге болады.Трансформаторлар , генераторлар, электр двигательдерінің  т.б өзекшелері ферромагнетиктерден жасалады.

          Ферромагнетиктердің магнит өтімділігі тұрақсыз.Ол магнит өрісінің индукциясына тәуелді.

          Сыртқы магнит өрісін ажыратқанда ферромагнетик магниттелген күйінде қалады, яғни қоршаған кеңістікте магнит өрісін тудырады.Элементар токтардың реттелген бағдарлануы  сыртқы өрісті ажыратқанда жоғалмайды.Тұрақты магниттердің бар болуы осының арқасында.

          Тұрақты магниттер электр өлшеуіш приборларда, дыбыс зорайтқыштарда және телефондарда, дыбыс жазу аппараттарында, магнит компаста т.с.с кеңінен қолданыс тауып отыр. Бұл жөнінде 8 сыныптың физика курсында айтылған.

          Ферриттер-электр тогын өткізбейтін ферромагниттік материалдар кеңінен қолдануда. Бұлар-темір оксидінің басқа заттардың оксидімен химиялық қосылысы.Ферромагниттік материалдардың адамға алғаш белгілі болғандарының бірі-магниттік темір –феррит.

          Магнит таспа және магнит пленка.Ферромагнтиктерден магнит таспалар және жұқа магнит пленкалар жасалады.

          Магнит таспалар видео магнитофондарда видеожазылымға түсіру үшін және магнитофонда дыбысты жазу үшін кең қолданылады.Магнит таспа полихлорвинилдің не басқа заттардың жұмсақ негізінен жасалады.Таспаның бетіне магнит лагі түрінде жұмсақ қабат жағылады.Ал лактің өзі темірдің ине тәрізді ұсақ бөлшектерінен не басқа ферромагнетиктен және байланыстырушы заттардан тұрады.

          Дыбыс таспаға электромагниттің көмегімен жазып алынады.Электромагниттің магнитөрісі дыбыс тербелістерінің ырғағымен өзгеріп отырады.Таспа магнит бастиекке жанап келгенде пленка әр жерінен магниттеледі (31-сурет).Дыбысты қайта жаңғыртқанда кері процесс болып өтеді.Магниттелген таспа магнит бастиекте электр сигналын қоздырады,ол сигналдар күшейіп барып магнитофонның динамигіне түседі.

          Жұқа магнит пленкалар ферромагнитті материалдың қабатынан тұрады, оның қалыңдығы 0,03-тен 10 мкм-ге дейін.

 

Бұлар электронды –есептеу машиналарының (ЭЕМ) есте сақтау құрылғыларында қолданылады.Магнит пленкалар жазып алуға , информацияны сақтап қоюға және информацияны қайта жаңғырту мақсатында пайдаланылады.

           Олар жұқа алюминий дискіге   немесе                                   32-сурет

барабан бетіне жағылады.Информацияны жазып алу және                               

Қайта жаңғырту процестері жай магнитофондағы сияқты орындалады. ЭЕМ –де информацияны жазуды магнит таспаларында жазып алуға да болады.

 

 

 

Электромагниттер

1. X. Эрстедтің ашқан жаңалығы электрмагнетизм саласындағы бірқатар зерттеулердің бастамасы болды. І820 жылдың өзінде А. Ампер және Д. Араго соленоидтың магнит өрісін зерттеді. 1825 ж. У. Стерджен соленоидтың магнит өрісі едәуір күшейетіндігін байқады. Егер 33-суретте көрсетелгендей,

оның ішіне болат өзекті енгізсе, осы арқылы қарапайым электрмагнит алынады. У. Стердженнің замандастары оның өнертабысын лайықты бағаламады, алайда оның қабіріндегі тақтаға «Мұнда электрмагнитті ойлап тапқан марқүм жатыр» деген жазу бар.

 

    33-сурет

1828 ж. Д. Генри   электрмагнитке оқшауланған сымнан көп

қабатты орамды   пайдаланып, сол арқылы едәуір күші бар электрмагнит жасады. Сонымен, электрмагнитті ойлап табу, шындығына келгенде, ұжымдық өнер табысы болып, бірқатар кезеңдерден өтті, оның әрқайсысы                34-сурет

алдыңғы кезеңдерсіз жүзеге аспас еді.                                                                                                       

П. Кез келген электрмагнит мынадай бөлшектерден тұрады:   орам 1,  сол  арқылы ток өтеді, болат магнит өткізгіш, ол өзегі 2 болып саналады және өзекке тартылатын  якорь 34-суретте П-тәрізді  өзекшесі  бар  электрмагнитгік  магнит өрісінің сұлбасы берілген.

Магнит  өрісінің якорьға әсер  ету  күші  неге  байланысты  екендігін

түсіндірейік. 35-суретте көрсетілген қондырғыны қарастыралық. Якорь мен

өзек аралығына картон немесе плексиглас кесегі орнатылған, бірақ якорь өзекке жабыспауы тиіс.Тізбек түйықталады және реостат көмегімен тізбекке
шамалы ток жіберіледі. Мүндайда якорь өзекке біршама күшпен тартылады (Осы күшті өлшеуге болады, ол үшін якорьді өзектен ажыратып көріңіз).
Электрмагнит орамы арқылы өтетін ток күшін 2 есе арттырғанда, якорьдың электрмагнитке тартылу күші ұлғаяды. Якорьді өзектен ажырататындай етіп динамометрді көтергенде, динамометр көрсеткішінде сезілетіні: якорьдің  тартылу күші бірінші тәжірибеге қарағанда 25 есе артады.   Егер   электрмагнит   орамы   арқылы   өтетін   ток   күшін   3-4   есе арттырғанда дәл осы секілді нәтиже алуға болады.

Осы тәжірибелерден мынадай  қорытынды  жасауға болды:  якорьдің

электрмагнитте тартылу күші, орамнан өтетін токкүшіне тура пропорцинал.

III. Орамдағы орам санын арттырып, катушкаға бастапқы ток күшін

орнатқанда байқалатыны, орам саны аз болғандағыға қарағанда, якорьдің электрмагнитке тартылу күші едәуір көп болады. Тәжірибеде тек орам саны ғана өзгергендіктен шығатын қорытынды: якорьдың электрмагнитке тартылу күші катушкадағы орам санына пропорцинал.

Катушкадан өзекті шығарып алып, тәжірибені қайталағанда байкалатыны: якорьдің катушкаға тартылу күші өте әлсіз болады. Демек, якорьдің электрмагнитке тартылу күші магнит өткізгішінің магниттік қасиетіне тәуелді.

1. IV. Электрмагниттер кеңінен қолданылады. Ол кез келген автомашинада, телефонда, теледидарда, ұшақта, ғарыш кемесінде, теплоходта, т.с.с. бар. 36-сурет

Электрмагнитті көтергіш крандар болат пен    сынықтарды тасымалдау үшін қолданылады. Мұндай кранның тиімділігі сол — оған тасымалданатын болат тетіктерді бекітудің қажет жоқ. Кран машинасы электрмагнитті қажетті тетіктерге тақап, орамға ток қосады да, осы тетіктерді жинайды (36-сурет). Токты ажыратқанда тетіктер өзектен өздігінен бөлініп түседі.

           Электромагниттер өңделетін тетіктерді бекіту үшін жалпағынан тегістейтін станоктарда қолданылады. Тетікті магнит үстеліне қойып, токты косқаннан кейін, жұмысшы оны қажетті қалпында сенімді бекітеді. Тетікті өңдегеннен кейін токты ажыратады, сонда дайын тетік оп-оңай алынады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қорытынды

Қазақстан Республикасындағы білім берудегі негізгі мақсат — жеке түлғаның ақыл-ой қабілетінің көзін ашу және оның үздіксіз дамуы мен жетілуін қамтамасыз ету. Физиканы оқытудың бүкіл оқу — әдістемелік жүйесі осы негізгі мақсатты жүзеге асыруға қызмет етуі керек.

 «Электромагниттік құбылыстар» тақырыбының білім беруде мәні зор. Оны үйрену арқылы оқушылар электр және магнит құбылыстарының арасындағы байланыс жайында білетін болады, энергияның сақталу және айналу заңдарының пайда болуын оқып үйренуге қадам жасайды: электр энергиясының механикалық энергияға және механикалық энергиянының электр энергиясына айналуымен танысады.

Әсіресе бұл тақырыптың оқушылардың политехникалық ой-өрісін кеңейтуде ерекше маңызы бар. Мұнда электромагниттердің (қоңырау, телеграф, телефон, электромагниттік реле) құрылысы және қолданылуы, электр двигателінің жұмыс істеу принципі және индукциялық токты алу жолдары қарастырылды. Осыларды оқып үйренуде оқушылардың алған мәліметтеріне сүйене отырып, мұғалім оқушылардың техникалық творчествасының дамуына үлкен мәні бар онша қиын емес автоматикалық құрылғыларды жасау жұмысын жолға қоя алады. Тақырыпты оқу жылының аяғында оқитындықтан және мұндағы материал кең көлемде мүмкіндік бермейді. Токтың магнит өрістерін оқып үйренуде ток бағыты мен магнит өрісінің магнит сызықтары арасындағы байланысты алдымен магнит стрелкалары арқылы, содан кейін бұранда ережесін енгізу арқылы тағайындауға болады. Бұрында ережесінің методикалық жағынан құндылығы, ол электр тогы мен оның магнит өрісінің арасындағы тығыз байланысты көрнекі түрде көрсетеді. Ток күшінің сызықтары мағнит сызықтарымен байланысты. Индукция сызыктарының бағытын біле отырып, ток бағытын анықтауға болады. Алайда окушылар бұранда ережесін жақсы игеру үшін, көп уақыт жұмсау керек. Мұны жасаудың қажеті бола да қоймас. Ереженің қолдануын түзу токтың және тогы бар катушканың магнит өрісін демонстрациялап, көрсетсе жеткілікті. Уақыт қалған жағдайда ғана, оқулықтан екі-үш мысалды шешуге болады. Оқушылардың бәріне осы ережені білуді талап етудің және тез арада қолданудың қажеті жоқ.

Қарастырылып отырған тақырыпта материалды тек сапалық жағынан оқып үйренеді, қорытындылардың барлығын мұғалімнің жасаған демонстрациялық жұмысынан немесе оқушылардың лабораториялық және практикалық жұмыс кезінде өз бетімен бақылағандарынан жасайды, сондықтан демонстрацияны, құбылысты жалан сипаттайтын баяндаумен ауыстыруға болмайды. Осы тақырыпты оқығанда көрсетуге тиісті тәжірибелер күрделі емес, оны барлық мұғалімдер жасай алады.

Бұл тақырып бойынша жүргізілетін лабораториялық жұмыстарды орындауға тұтас академиялық сағаттың қажеті жоқ. Оларды сабакқа етене орналастыру керек.

Дипломдық жүмыста орта мектепте магнит өрісі тақырыбын оқытудың әдістемесін қарастыра отырып мынадай түжырымдамаға жасалынды, яғни оқытылып жатқан материалды міндетті түрде тарихи деректермен үштастыра отырып, бүл күбылыстың казіргі кезеңдегі маңызын айту керек. Бүдан басқа оқушылар материалды жете түсінуі үшін және пәнге деген қызығушылығын арттыру үшін әр түрлі сызбалар, суреттер, есептер, қондырғылар сонымен бірге бүл күбылыстың техникада қолданылуына мысал болатын бірнеше зертханалық жүмыстар қарастырылды. Оның қазіргі кезде қандай салаларда, қандай мақсатта қолданылатындығы жайлы қызықты мәліметтер енгізілді.

Магнит өрісі жайлы алғашқы түсініктер 8-сыныпта физика курсында қалыптастырылып, 10-сыныпта тереңдетіледі. Осы уақыт ішінде олар электромагниттік индукция қүбылысына тиісті барлык заңдарды, формулаларды және басқа да мағлүматтарды жеткізіп, окушының бойына сіңіруге тырысу қажет

Оқушылар тек теориялық түрғыдан ғана емес тәжірибе жүзінде де білім алуға міндетті болғандықтан дипломдық жүмыста бір қатар демонстрациялык тәжірибелерді қарастырылды.  Құбылысты көзбен көру арқылы ғана олар оның маңызын түсінеді.

Қорытындылай келе, Моноховтың анықтамасымен айтсақ:оқушы мен  ұстазға бірдей қолайлы жағдай тудырушы оқу процесін ұйымдастыру және жүргізу бірлескен педагогикалық әрекетті жобалаудың жан-жақты ойластырылған жұмыс істеуіміз керек.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пайдаланылған  әдебиеттер тізімі

1. Аққошқаров Е.А.    Физикалық   үғымдарды   қалыптастырудың   кейбір
   тәсілдері. — А, «Мектеп», 1976ж. — 72 бет.
2. А.А.Покровского. Дамонстрационный эксперимент по физике в средней
   школе. -М. «Просвещение» 1978г.
3. А.А. Покровский. Орта мектептің 6-7 сыныптарында физикадан жасалатын
   демонстрациялық тәжірибелер. — А. «Мектеп», 1979ж. — 267 бет.
4. Аққошкаров Е.А. Физикалық үғымдарды қалыптастыру және терминдерді
   меңгерту тәсілдері. — А: 1986ж.
5. Әбдрахимов Ерғазы. Қазақ мектептерінде физиканы оқыту методикасыньщ
   кейбір мәселелері. — А. «Мектеп», 1976ж.
6. Буховцев Б.Б. и другие. Физика. Учебник для 9-го класса средней школы. —
   М. «Просвещение», 1977г .
7. Б.САрызханов. Физика — А. «Рауан» 1994 ж — 256 бет
8. Ванеев А.А. и др. Преподавания физики в 10 классе средней школы — М:
   1984г.
9. Глазунов А.Т. и др. Методика преподавания физики в средней школе:
   Электродинамика нестационарных явлений — М: 1989г.

10.Ю.Каменецкий   С.Е.   Пустинник  М.Г.   Электродинамика  в   курсе   физики средней школы. М: 1978г.

11.П.Разумовский В.Г., Шамаш С.Я. Изучение электроники в курсе физики средней школы — М. 1968г.

12.Глазунов А.Т. Орта мектептің физика курсындағы техника. — А: 1980ж.

1З.Перышкин А.В. Курс физики. Учебник для средней школы. Часть — 3.

Электричество. М: 1967

14.Л.И.Резников, С.Я.Шамаш, Э.Е.Эвенчик. Методика преподавания физики.

— М.»Просвещение», 1974г.

15.Методика преподавания физики в средней школе. Под.ред. Бабанский и

Агабаева — М. «Просвещение», 1968г. — 191 стр

 

16.К.Н:Елизаров. Вопросы методики преподавания физики в средней школе —

М. .’ТІросвещение», 1962г. — 240стр.

17-З.Ж.Жанабекова,     Ш.Б.Тынтаева,     Ж.Б.Жолдасова.     Физиканы     оқыту

әдістемесі. — А. «Қазақ әдістемесі» 2002ж — 119 бет.

 18.Қүдайқүлов   М,   Жаңабергенов   Қ.   Орта   мектепте   физиканы   оқыту

әдістемесі. Мүғалімдер мен студенттерге қүрал. — А. «Рауан», 1998ж — 310

бет.

19.Муравьев А.В. Как учить школьников самостоятельно приобретать знания

по физике. — М. «Просвещение». 1990г. — 160 стр.

20.В.П.Орехов,   А.В.Усова.   Орта  мектептің  6-7   сыныптарында  физиканы

оқыту методикасы. — А. «Мектел», 1978ж. — 392 бет.

21.А.А.Детлаф, Б.М.Яворский. Курс физики. -М. «Высшая школа» 1989г.

22. Ғылыми әдістемелік журнал. ИФМ №3 2001ж.
23. Ғылыми әдістемелік журнал. ИФМ №4 2001ж.
24. Ғылыми әдістемелік журнал. ИФМ №5 2001ж.
25. Ғылыми әдістемелік журнал. Информатика негіздері. №6 2003ж,
26. Шахмаев Н.М. Физика 11-сыныбы. — А. «Мектеп» 2002ж — 240 бет.
    Кикоин И.К. и Кикоин А.К. Физика. Учебник для 9-го класса средней

школы. — М. «Просвещение», 1977г — 224стр.

28.С.Е. Каменецкого, Л.А. Ивановой. Методика преподавания физики в средней школе. -М. «Просвещение» 1987г.

29. Сена Л.А. Единицы физических величин и их размерности — М «Наука»,
    1988г-432стр.
30. Кондратьев А.С., Лаптаев В.В. Физика и компьютер. — Л. «Изд/во» ЛГУ.
    1980г-324стр.

З1.Каменецкий С.Е., Орехов В.Г. Методика решение задач по физике в средней школе. Пособие для учителей. — М. «Просвещение» 1971г. — 448 стр.

32. С.Э. Фриш және А.В.Тиморова. Жалпы физика курсы. — А. «Мектеп» 1971ж. -500бет.

ЗЗ.Ж.С. Ақылбаев, М.К.Құрманов, К.А.Абдықалықов. Физика. Оқу құралы. -Қарағанды. ҚарМУ баспасы. 1995ж. — 464 бет.

34. Методика преподования физики в средней школе. Т-3. Электричество.
    Колебания и волны. М: 1961г.
35. Методика преподавания физики в 8-10 классах средней школы. Под.ред.
    В.Н. Орехова и А.С.Усова. — М: 1980г.
36. Шадиев Д.Ш. Мысленный эксперимент в преподавании физики — М:
    1987г.
37. Федотов И.ГТ. Кулина И.Д. Изучение электрмагнитизма в курсе средней
    школы. М: 1978г.

38.Шахмаев Н.М. и др. Физика. М. 1993г.

39. Арызханов Б.С. Физика. — А: 1986ж.
40. Перышкин А.В. Физика курсы. Орта мектеп оқулығы 3-бөлім. — А: 1972ж.
41. Орехов В.П., Карж Э.Д. Преподавания физики в 9 классе средней школы —
    М. 1986г\

42.Методика    преподавания    физики    в    средних    специальных    учебник заведениях — М. — 1986г.

43. Основы методики преподавания физики в средней школе — М. 1984г.
44. В.А. Шевцев. Физика 8 классе. Для преподавателей. — Волгоград. 2003г.
45. И.И.Мокрова. Физика 8 классе. Поурочные планы по учебнику. А- В.
    Перышкина «Физика 8 классе» — Волгоград. 2003г.
46. Иоффе А.Ф. О физике и физиках. — Л. 1985г.

47.Л.С.Хижнякова, А.А. Синявина, М.В. Алексеев. Уроки физики в 9 классе.
Пособие для учителей — М. 2001г.