6-маъруза 1. Магнит майдони ва унинг характеристикалари
Магнит ҳодисалар табиий магнит темиртак (темирнинг ) нинг темир буюмларни ўзига тортиш ва уларни магнитлаш хоссасига доир кузатишлардан жуда қадим замонларданоқ маълум эди. Ўша вақтдаёқ Ернинг ҳам магнит хоссалари бор эканлиги ва шунинг учун ўткир учга қўйилган магнит стержень ўз-ўзидан деярли географик меридиан бўйлаб туриб қолиши аниқланган эди. Бу хоссага асосланган компас Хитойда бундан тахминан 3 000 йиллар илгари мавжуд эди.
Доимий магнитларни биринчи бўлиб 1600 йилда Гильберт батафсил текширди ва хоссаларини баён қилиб берди. Доимий магнитнинг икки қутби – темир буюмларни энг катта куч билан тортувчи чекка соҳалари ҳамда тортишиш кучлари амалда намоён бўлмайдиган улар орасида нейтрал зонаси бўлиши аниқланди. Магнит қутблари орасида фарқ бор, бу фарқ аввал айтганимиздек, магнитнинг маълум бир қутби доим шимолга ва бошқа қутби доим жанубга қараб жойлашиб қолишида намоён бўлади; магнитнинг шимолга қараган қутби шимолий қутб ёки мусбат магнит қутби, жанубга қарагани эса – жанубий ёки манфий магнит қутби деб аталади. Шу нарса маълум бўлдики, магнитларнинг турли исмли қутблари ўзаро тортишар ва бир хил исмли қутблари ўзаро итаришар экан.
Бу тадқиқотлар натижасида физикада алоҳида магнит субстанция ҳақида тасаввурлар келиб чиқди, улар магнит қутбларида мужассамлашган деб ва моc равишда мусбат ва манфий «магнит масса» («магнит заряди») деб аталади. Бироқ шу билан бирга, бундай субстанциянинг реаллиги ҳақида жиддий шубҳа ҳам туғилди, чунки магнит қутбларини бирор усулда ажратиш, яъни бир-биридан алоҳида ҳолда мусбат ва манфий «магнит заряди» олиш (масалан, жисмларни электрлашдаги ҳосил бўладиган мусбат ва манфий электр зарядларни ажратгандагига ўхшаш) мумкин бўлмади. Ўқ бўйлаб кўндаланг қилиб кесилган магнитдан ҳамма вақт ҳар бирининг шимолий ва жанубий қутби бўлган иккита кичик магнит ҳосил бўлади. XVIII асрдаёқ чақмоқ разряди натижасида темир буюмларнинг магнитланиши ва компаснинг эса магнитсизланиши сезилган эди. Бу ҳодиса магнит ҳодисалар билан электр ҳодисаларнинг боғлиқлиги хақидаги фикрга олиб келди.Бундай фаразнинг тўғри эканлигини 1820 йилда даниялик физик Эрстед тажрибалар қилиб тасдиқлади. Эрстед доимий магнит сингари, симдан ўтаётган электр токи ҳам ўз яқинида жойлаштирилган магнит стрелкасига таъсир қилишини ва уни аниқ бир йўналишда (симга перпендикуляр равишда) ориентирлашини аниқлади. Ўшандаёқ француз физиги Ампер токли икки ўтказгичнинг ўзаро магнит таъсирини аниқлади ва муфассал текширди.
XIX асрда бир неча олимлар томонидан қилинган кейинги тажрибалар фақат симлардан ўтаётган ток эмас, балки суюқликлар ва газлардан ўтаётган ток ҳам, умуман ҳар қандай ҳаракатланаётган электр заряди магнит хоссаларини намоён қилишини аниқладилар. Қўзғалмас электр заряди (электр майдон воситасида) электр зарядларга таъсир қилади; бироқ магнит стрелкасига таъсир қилмайди; фақат ҳаракатланаётган электр зарядларгина (ва ўзгараётган электр майдонларигина) магнит таъсирга эгадир. Шундай қилиб, ҳаракатланаётган электр зарядлари (токлар) атрофида майдоннинг яна бир тури – магнит майдони ҳосил бўлиши аниқланди, бу майдон воситасида бу зарядлар магнитлар билан ёки бошқа ҳаракатланаётган электр зарядлар билан ўзаро таъсир қилади.
Магнит майдони куч майдонидир, шунинг учун уни график равишда электр майдонига нисбатан қилганимиздагига ўхшаб куч чизиқлари билан график тасвирлаш қулай. Магнит куч чизиғига унинг ихтиёрий нуқтасида ўтказилган уринма магнит майдонининг шу нуқтадаги мусбат магнит қутбига таъсир қилувчи кучи билан бир хил йўналган бўлиши керак. Магнит куч чизиқларининг қандай жойлашишини ҳар бир конкрет ҳолда масалан, шу чизиқлар бўйлаб ориентирланган магнит стрелкаси ёрдамида билиш мумкин; куч чизиқларининг йўналиши учун стрелканинг жанубий қутбидан шимолий қутбига қараган йўналиш олинади. Мактаб физика курсидан маълумки, магнит куч чизиқлари тўғрисида ойна устига юпқа қилиб сепилгаа темир кукунлар ёрдамида ҳам жуда аён тасаввур ҳосил қилиш мумкин. 212-расмда узун стержень магнит (магнит спица) нинг шундай йўл билан ўрганилган магнит майдони тасвирланган.
Юқорида айтиб ўтилган Эрстед тажрибасида тўғри чизиқли симдаги токнинг ҳосил қилган магнит майдони куч чизиқлари марказлари бу симда жойлашган симга перпендикуляр концентрик айланалардан иборат бўлади (213-расм). Ток магнит майдони куч чизиқларшшнг йўналиши парма қоидасига кўра аниқланади: ток йўналишида кираётган парманинг дастаси магнит куч чизиқлари йўналишида айланади. Электр майдонининг куч чизиқларидан фарқли равишда магнит куч чизиқлари ҳамма вақт берк бўлади (яъни уларнинг боши ҳам, охири ҳам бўлмайди).
Парма қоидасига мувофиқ, айланма токнинг магнит майдони 214а-расмда кўрсатилган кўринишда бўлади; шу расмнинг ўзида жуда қисқа доимий магнит – магнит бўлагининг магнит майдони тасвирланган (214б-расм). 214,а ва б-расмларни солиштириб, айланма ток ва доимий магнитнинг магнит майдонлари бир- бирига тўла ўхшашини кўрамиз. Шунинг учун айланма ток ташқи магнит майдонида худди доимий магнит сингари ориентирланади: у ўзининг ўқ чизиғи (яъни хусусий магнит майдонининг марказий куч чизиғи) билан ташқи магнит майдон бўйлаб туради.
Магнитнинг айланма ток билан бундай ўхшашлигидан 1820 йилда Ампер доимий магнитларнинг магнит хоссаларига уларда мавжуд бўлган элементар айланма токлар сабаб бўлади, деган гипотезани илгари сурди. Бу айланма токлар электронларнинг ўз ўқлари атрофида ва атомларнинг ядролари атрофида айланма ҳаракати туфайли ҳосил бўлади.
Шундай қилиб, табиатда алоҳида магнит субстанция - «магнит массалари» ёки «магнит зарядлари» йўқ эканлиги узил-кесил аниқланди; модданинг магнит хоссалари бу модда атомлари ва мо-мкулаларидаги элементар айланма токлар билан боғлиқдир,
