Elektrodinamika

Elektrodinamika – fizikaning elektr zaryadlarining o’zaro ta’sirini o’rganuvchi bo’limi. U qo’zg’almas zaryadlar o’zaro ta’sirining xususiy va eng sodda holi sifatida elektrostatikani o’z ichiga oladi. Harakatlanuvchi zaryadlar orasidagi o’zaro ta’sirni elektrodinamikada elektr va magnit maydon iboralaridan foydalanish tufayligina tavsiflash mumkin. Shuni ham e’tiborga olish kerakki, ko’pincha, bir maydonni ikkinchisidan ajratish mumkin emas va shuning uchun elektromagnit maydon to’g’risida gapiriladi. Tajriba shuni ko’rsatadiki, harakatlanuvchi zaryadga ta’sir etuvchi kuchni ikki qo’shiluvchining yig’indisi deb tasavvur qilish mumkin:  

Birinchi qo’shiluvchi zaryadning harakatlanishiga yoki uning qo’zg’almay turishiga bog’liq emas, shuning uchun elektr kuchi elektrostatikadagi ifodaning aynan o’ziga teng: 

bu yerda q – zaryad mikdori,  – elektr maydon kuchlanganligi. Lorents kuchi deb ataladigan ikkinchi qo’shiluvchi zaryad tezligiga bog’liq va magnit maydonga bog’langan. Agar elektr maydon kuchlanganligi har bir nuqtada  vektor bilan ifodalansa, u holda magnit maydon kattaligi magnit induksiya vektori deyiladigan V vektor bilan ifodalanadi. Elektr maydondan farqli faqat harakatlanuvchi zaryadlar hosil qiladigan magnit maydon vujudga keladi. Lorens kuchiLorens kuchi ifodasi elektr kuchga nisbatan murakkab ko’rinishli bo’lib, absolyut miqdori bo’yicha u: ga teng. Lorens kuchi zarraning q zaryadiga, uning  tezligiga proportsional va zaryadning harakat yo’nalishiga bog’liq bo’ladi. α burchak – tezlik vektori va induksiya vektori orasidagi burchak.

Lorens kuchining yo’nalishi quyidagicha aniqlanadi: Lorens kuchi har doim magnit induksiya vektoriga perpendikulyar, u esa fazoda ajratib olingan magnit kuchlar ta’sir etmaydigan yo’nalishni ko’rsatadi; bundan tashqari Lorens kuchi vektori zaryad tezligi vektori ga ham perpendikulyardir. Kuchning oxirgi yo’nalishini (masalan, rasmda yuqoriga yoki pastga) chap qo’l qoidasi yordamida aniqlash mumkin (manfiy zaryad uchun kuch yo’nalishi qarama-qarshi tomonga o’zgaradi). Lorens kuchi tezlikka (va zaryadning kuchishiga) perpendikulyar bo’lgani uchun bu kuch bajargan ish har doim nolga teng bo’ladi. Magnit maydon zaryadlangan zarra tezligi kattaligini o’zgartira olmaydi, tezlikning faqat yunalishigina o’zgaradi. Shunday qilib, bir jinsli magnit maydonda (V=const) magnit maydonga perpendikulyar harakatlanayotgan zaryadlangan zarra traektoriyasi aylanadan iborat bo’ladi. Amalda biz, odatda, alohida zaryadlar bilan emas, balki juda ko’p sonli zarralar oqimi bilan ish ko’ramiz. Zaryadlangan zarralar oqimi elektr tok deyiladi, bunda elektr tokning yo’nalishi musbat zaryadlarning harakat yo’nalishiga mos keladi, deb hisoblash qabul qilingan. Vaqt birligida S sirtdan o’tayotgan to’la zaryadga teng miqdor shu sirtdan o’tayotgan tok kuchi deyiladi. Masalan, o’tkazgichdagi tok kuchi 1 s ichida o’tkazgichning butun ko’ndalang kesimidan o’tgan zaryad miqdoriga teng.

1-rasm

Yosh Fizik

O’tkazgichlarda (masalan, metallarda) odatda zaryadlar miqdori juda ko’p bo’ladi va shuning uchun bu zaryadlar juda yaxshi kompensatsiyalangan: musbat va manfiy zaryadlar miqdorlari bir-biriga teng. Demak, o’tkazgichga ta’sir etuvchi elektr kuchlar yig’indisi nolga teng.

O’tkazgichdagi alohida zaryadlarga ta’sir etuvchi magnit kuchlari esa kompensatsiyalanmaydi, chunki o’tkazgichdan tok o’tayotganda undagi musbat va manfiy zaryadlarning harakat tezliklari turlicha bo’ladi. Tokli o’tkazgichga magnit maydonda ta’sir etayotgan kuch  ga teng, bu yerda I – tok kuchi, l – o’tkazgich uzunligi, α – magnit maydoni va tok yo’nalishi orasidagi burchak. Amper qonuni deyiladigan bu tenglik tarixan Lorens kuchidan oldinroq olingan, shunday bo’lsa ham Amper kuchi – bu o’tkazgichdagi alohida zaryadlarga ta’sir etuvchi Lorens kuchlari yig’indisidan boshqa narsa emas.

Shunday qilib, agar bizga elektr va magnit maydon (  va  ) ma’lum bo’lsa, u holda hammaga ma’lum qoida bo’yicha harakatlanuvchi zaryadga ta’sir etuvchi kuchlarni (yoki elektr tokni) hisoblash mumkin va shuning uchun harakatlanuvchi zaryadlarning o’zaro ta’sirini hisoblash masalasi elektromagnit maydonni hisoblashga keltiriladi. Elektrodinamikada elektromagnit maydon J. Maksvellning to’rtta tenglamasi bilan bayon qilinadi. Ular bilan tanishish uchun elektr va magnit maydon oqimi tushunchalarini aniqlab olish zarur. Eng osoni buni rasmda ko’rsatilgan S yuzadan o’tayotgan suyuqlik oqimiga o’xshashligidan foydalanib qilish lozim. Ma’lumki, 1 s da S yuzaga undanl=| | masofadan berida joylashgan suyuklik zarralari yetib keladi; bu vaqt ichida yuzadan o’tgan suyuqlik hajmi  ga teng. Agar suyuqlikni emas, balki zaryadlangan zarralar oqimini (elektr tokni) ko’rsak, u holda 1 s da yuzachadan o’tayotgan zaryad oqimi tok kuchi bo’lib, u  ga teng, bu yerda ρ – zaryad zichligi (oqimdagi hajm birligida). Endi taqqoslashdan elektr maydon oqimi va magnit maydon oqimi