12- §. Elektromagnit induksiya hodisasi. Faradey tajribalari

12- §. Elektromagnit induksiya hodisasi. Faradey tajribalari.

1. 
   Elektromagnit induksiya hodisasi. Faradey tajribalari;
   
2. 
   Lens qoidasi;
   
3. 
    O‘zinduksiya hodisasi. Induktivlik;
   
4. 
   Solenoid atrofida hosil bo‘ladigan magnit maydon.
   

1. 
   Elektromagnit induksiya hodisasi. Faradey tajribalari: Elektr toki o’z atrofida magnit matdon hosil qiladi. Agar shunday ekan, uning teskarisi, ya’ni magnit maydoni elektr tokini vujudga keltira olmaydimi? - degan savol tug’iladi.Olimlar uzoq vaqt bu savolga javob izlashgan va nihoyat, Ersted tajribalari e’lon qilingandan keyin 1831-yilga ingliz olimi M.Faradey tajribalar asosida magnit maydoni yordamida elektr toki hosil qilish mumkin ekanligini aniqladi, boshqacha aytganda u elektromagnit induksiya hodisasi deb ataluvchi hodisani kashf qildi. Elektromagnit induksiya hodisasining kashf qilinishi ulkan ahamiyat kasb etib, magnit maydon yordamida elektr toki hosil qilish mumkinligini isbotladi. Bu bilan elektr va magnit hodisalari o’rtasida o’zaro bog’lanish mavjudligi ko’rsatilib, elektromagnit maydon nazariyasi yaratilishiga turtki bo’ldi.
   

Elektromagnit induksiya hodisasini quyidagi tajribalarda kuzatish mumkin:

G galvanometrga ulangan g‘altakning bir uchiga doimiy magnitni yaqinlashtiramiz (12.1-rasm). Bunda g‘altakda elektr tok paydo bo‘ladi. Buni G galvanometr strelkasining og‘ishi ko‘rsatadi.Magnit harakatdan to‘xtashi bilan tok yo‘qoladi. Agar biz magnitni g‘altakdan uzoqlashtira borsak, galvanometr strelkasi teskari tomonga og‘adi, ya’niavvalgi tokka teskari yo‘nalgan tok paydo bo‘ladi. Magnitni harakatsiz qoldirib, solenoidni harakatlantirganda ham xuddi shunday hodisa yuz beradi.

12.1-rasm. Faradey tajribasi

12.2-rasm. Faradey tajribasi

2) Xuddi shuningdek, magnit o‘rniga o‘zgarmas tok oqayotgan ikkinchi g‘altakni olish mumkin. Bu g‘altakni birinchi g‘altakka nisbatanharakatlan tirilganda birinchi g‘altakdatok paydo bo‘ladi.Ushbu holatda ham yuqoridagi hodisa aynan kuzatiladi (12.2-rasm).

3) Ikkita qo‘zg‘almas A va C g‘altak olamiz. A g‘altak G galvanometrga, C g‘altak esa B galvanik elementga va k kalitli zanjirga ulangan bo‘lsin. S solenoidni k kalit vositasida B tok manbaiga ulasak, A g‘altakda qisqa muddatli tok paydo bo‘ladi. Tok paydo bo‘lganini G galvanometr strelkasining og‘ishi ko‘rsatadi. C g‘altakdan o‘zgarmas tokning bundan keyingi o‘tib turishida A g‘altakda tok bo‘lmaydi. C g‘altakni uzish paytida yana A g‘altakda avvalgi tokka teskari yo‘nalgan qisqa muddatli tok hosil bo‘ladi.

Agar g‘altaklar ichiga temir o‘zak o‘rnatilsa, induksion tokning hosil bo‘lishi kuchayadi. Birinchi g‘altakdagi tok ta’siridagi o‘zak magnitlanadi va birinchi g‘altakdagi tok kuchining har qanday o‘zgarishi ikkinchi g‘altakdan o‘tayotgan magnit oqimini keskin o‘zgartiradi. Natijada ikkinchi g‘altakda kuchliroq tok induksiyalanadi.

Yuqoridagi tajribalarning natijalarini tahlil qilib ko‘raylik. Tajribalarning birinchisida shu narsa xarakterliki, g‘altakda tok magnit unga yaqinlashayotgan yoki undan uzoqlashayotgan paytdagina, ya’ni g‘altakyaqinida magnit maydon o‘zgarayotgan vaqtda yoki g‘altakning o‘zi magnitning bir jinsli bo‘lmagan magnit maydonida ko‘chgan vaqtda paydo bo‘ladi.

Magnitning g‘altakka nisbatan harakati yoki g‘altakning magnitga nisbatan harakati to‘xtagan vaqtda magnit maydon o‘zgarmaydi. Ikkinchi tajribadagi hodisa ham birinchidagiga o‘xshashdir - bunda o‘zgaruvchan magnit maydonni S g‘altakda paydo bo‘layotgan yoki yo‘qolayotgan tok hosil qiladi. Ikkala holda ham o‘tkazgich konturi yaqinida magnit maydonning kattaligi o‘zgaradi, demak, kontur bilan chegaralangan sirt orqali o‘tuvchi magnit induksiya oqimiham o‘zgaradi.Induksion tok paydo bo‘lishining asosiy sababi magnit induksiya oqimining o‘zgarishi ekanligi quyidagidan kelib chiqadi:

Bir jinsli magnit maydonda berk o‘tkazgich konturini aylantirgan vaqtda ham induksion tok paydo bo‘ladi. Bu holda o‘tkazgich atrofida magnit maydon induksiyasining miqdori o‘zgarmasdan faqat uning kontur orqali o‘tuvchi oqimigina o‘zgaradi. Shunday qilib, berk o‘tkazgich konturi bilan chegaralangan yuz orqali o‘tadigan induksiya oqimi o‘zgarganda,shu konturda induksion tokhosil bo‘ladi.

Endi induksion tokning yo‘nalishini aniqlaylik. 1833- yildarus olimi E.X.Lens o‘tkazilgan tajribalarning natijalarini umumlashtirib, quyidagi qoidani topdi: berk konturda hosil bo‘lgan tok shunday yo‘nalganki, bu tok kontur bilan chegaralangan yuz orqali o‘tuvchi va uning o‘zini hosil qiluvchi magnit induksiya oqimi o‘zgarishini kompensatsiyalovchi xususiy magnit induksiya oqimini yaratadi.Bayon etilgan tajribalarniLens qoidasi nuqtai nazaridan ko‘rib chiqaylik. Birinchi tajribada haltakka magnitning shimoliy qutbini yakinlashtirganimizda unda soat strelkasi harakati yo‘nalishiga teskari yo‘nalgan tok paydo bo‘ladi. Bu holda magnit hosil qilayotgan induksiya oqimi haltakning ichiga qarab yo‘nalgan bo‘lib, magnit yaqinlashtirilgan sari ortib boradi. G‘altakdagi induksion tokning magnit maydoni uning ichidan tashqariga qarab yo‘nalgan va demak, magnit maydonning o‘sishini kompensatsiyalaydi. Magnitning shimoliy qutbi uzoqlashtirilganda g‘altakda soat strelkasi harakati yo‘nalishidagi tok hosil bo‘ladi. Magnit hosil qilayotgan induksiya oqimi avvalgidek g‘altak ichiga qarab yo‘nalgan bo‘ladi va demak, magnit maydonning kamayishini kompensatsiyalaydi. Shunday qilib, ikkala hol ham Lens qoidasiga muvofiq keladi.

Bu ko‘rib o‘tilgan ikkala holning natijalarini analiz qilib, yana quyidagi boshqa bir natijaga kelish mumkin: g‘altakka magnitning shimoliy qutbi yaqinlashtirilayotganda induksion tok shunday yo‘nalgan bo‘ladiki, solenoidning magnitga yakin uchi magnit chiziqlarining manbai bo‘lib qoladi va, demak, magnit bilan g‘altak bir-biridan itarishadi, ya’ni ularning orasida magnit induksion tok yuzaga chiqishiga sababchi bo‘ladigan harakatiga qarshilik ko‘rsatuvchi kuch paydo bo‘ladi. Magnit uzoqlashtirilayotganda magnit bilan g‘altak bir-biriga tortiladi, ya’ni ular orasida yana magnitning harakatiga qarshilik ko‘rsatuvchi kuch paydo bo‘ladi.

Qisqacha Lens qoidasiga quyidagichata’rif berish mumkin: “Berk kontur da induksion tok yo‘nalishi shunday bo‘ladiki, u o‘zining magnit maydoni bilan uni vujudga keltirayotgan magnit maydonning o‘zgarishiga to‘sqinlik qiladi”.

Xulosa shuki, magnit maydoni vositasida elektr toki hosil qilish hodisasiga elektromagnit induksiya hodisasi deb ataladi. Bu hodisa shundan iboratki, har qanday berk o‘tkazgich konturi bilan chegaralangan yuza orqali o‘tayotgan magnit induksiya oqimi o‘zgargan vaqtda shu konturda elektr toki paydo bo‘ladi. Bu tok induksion tok deyiladi.

Berk konturda induksion tokning vujudga kelishiga shu konturda o‘zgaruvchan magnit induksiya oqimi­ning ta’siri ostida E.Y.K hosil bo‘lishi sabab bo‘ladi. Bu E.Y.K ning kattaligi bilan magnit induk­siya oqimining o‘zgarish tezligi orasidagi bog‘lanishni birinchi bo‘lib Faradey topgan. Bu munosabat energiyaning saqlanish qonunidan kelib chiqadi. 

Faradey o’zining tajribalari asosida kontur ergashtiruvchi magnit induksiya oqimining o’zgarishi albatta induksion tokni vujudga keltiradi, degan xulosaga keldi. Induksion tokning qiymati esa magnit induksiya oqimining o’zgarish usuliga emas, sbalki uning o’zgarish tezligiga bog’liqdir. Agar zanjirda induksion tok vujudga kelsa, demak, bu elektr yurituvchi kuch mavjudligini ko’rsatadi. Bu EYK ga induksiya elektr yurituvchi kuchi deyiladi. Tajriba natijalarini tahlil qilgan Faradey indyksiya EYK va magnit oqimining o’zgarishi orasidagi munosabatni aniqladi. Elektromagnit induksiya uchun Faradey qonuni: “Berk konturda hosil bo‘lgan induksion E.Y.K shu kontur bilan chegaralangan yuza orqali o‘tayotgan magnit induksiya oqimining o‘zgarish tezligiga to‘g‘ri proporsionaldir”, ya’ni:  bunda k - proporsionallik koeffisiyenti,  - magnit oqimining o‘zgarish tezligi.

Tengsizlik oldidagi manfiy ishora quyidagilarni ko’rsatadi: induksiya oqimining ortishi   , E<0 EYK ni vujudga keltiradi, ya’ni vujudga kelgan induksion tokning magnit maydoni kontur orqali magnit oqimini kamaytiradi. Induksiya oqimining kamayishi  < 0, esa E > 0 EYK ni vujudga keltiradi, ya’ni induksion tokning magnit maydoni kontur orqali magnit oqimining kamayishiga to’sqinlik qiladi.

Agar konturning qo‘zg‘aluvchi qismi harakat qilmasa, elektromagnit induksiya hodisasi ro‘y bermaydi. Induksiya E.Y.K esa kontur qo‘zg‘aluvchi qismining harakati tufayli, aniqroq aytganda, magnit induksiya chiziqlarini kesib o‘tishi tufayli vujudga keladi. Shunday qilib, magnit maydondagi konturning harakatlanuvchi qismini tok manbai deb qarash mumkin. Bu tok manbai elektromagnit induksiya hodisasi tufayli vujudga kelganligi uchun, uning elektr yurituvchi kuchini induksiya E.Y.K. deb ataladi, ya’ni: demak: _{ } yoki bundan .

Shunday qilib, bu ifodaga asosan “Magnit maydonida harakatlanayotgan o‘tkazgichning uchlarida hosil bo‘lgan induksion E.Y.K. magnit maydon induksiyasi (B) ga, o‘tkazgichning uzunligi l ga va uning tezligi ga hamda magnit kuch chiziqlari bilan tezlik orasidagi α burchak sinusiga to‘g‘ri proporsionaldir”.

To‘g‘ri o‘tkazgichda hosil bo‘lgan induksion tokningyo‘nalishi o‘ngqo‘l qoidasi asosida aniqlanadi, ya’ni: “Ochiq o‘ng qo‘lning kaftiga B induksiya vektorining o‘tkazgich l uzunligiga perpendikulyar tashkil etuvchisi tusha- yotganda, 90º ga kerilgan bosh barmoq o‘tkazgichningyo‘nalishi bilan mos tushsa, bundato‘rtta barmoqlaryo‘nalishio‘tkazgichdagiinduksion tokningyo‘nalishini ko‘rsatadi”.

Formuladagi minus ishora induksiya E.Y.K va (dF/dt) ning yo‘nalishlari chap vint qoidasi asosida bog‘langanligini bildiradi. Bu formula universal Faradey – Maksvell qonuni deb ataladi. Demak, bu qonunga asosan induksiya E.Y.K kontur orqali o‘tayotgan magnit oqimining o‘zgarish tezligiga ga bog‘liqdir. Induksiya E.Y.K ning XBS dagi o‘lchov birligi: bo‘ladi. Demak, kontur yuzasi orqali o‘tuvchi magnit oqim 1 Vb/stezlik bilan o‘zgarsa, konturda vujudga kelayotgan induksiya E.Y.K 1V ga teng bo‘ladi.

Shuningdek, elektromagnit induksiya hodisasi uchun Faradey va Lens qonunlarini birlashtiruvchi asosiy qonun quyidaicha ta’riflanadi: “Berk konturda hosil bo‘lgan induksion E.Y.K kontur bilan chegaralangan yuza orqali o‘tayotgan magnit induksiya oqimi o‘zarish tezligiga hamda o‘ramlar soniga to‘g‘ri proporsional bo‘lib, u o‘zining magnit maydoni bilan uni hosil qiluvchi magnit maydon oqimining o‘zgarishiga qarshilik ko‘rsatadi”.

Agarberkkonturbitta emas, ketma-ket ulangan n ta bir xil cho‘lg‘amlardan tashkil topgan bo‘lsa, unda hosil bo‘lgan umumiy induksion E.Y.K ketma-ket ulangan tok manbalari singari, bitta chulg‘amning E.Y.K dan shuncha marta katta bo‘ladi:  bunda N – o‘ramlar soni, - magnit oqimining o‘zgarish tezligi. Lens qoidasiga asosan induksion tokning yo‘nalishi quyidagi 89-rasmdako‘rsatilib o‘tgan.

12.3-rasm. Lens qoidasida induksion tokning yo`nalishi