«электр жшне магнетизм» пшнініў Ољу-шдістемелік материалдары



жүктеу 1.94 Mb.
бет1/5
Дата28.04.2016
өлшемі1.94 Mb.
  1   2   3   4   5
: ebook -> umkd
umkd -> Семей мемлекеттік педагогикалық институты
umkd -> 5 в 020500 «Бастауыш оқытудың педагогикасы мен әдістемесі»
umkd -> «Баспа қызметіндегі компьютерлік технологиялар»
umkd -> Гуманитарлық-заң, аграрлық факультетінің мамандықтарына арналған
umkd -> 5B050400 «Журналистика» мамандығына арналған
umkd -> Әдебиет (араб тілінде «адаб» үлгілі сөз) тыңдарман, оқырманның ақылына, сезіміне, көңіліне бірдей әсер беретін дарынды сөз зергерлерінің жан қоштауынан туған көрнек өнері
umkd -> 5В020500 «Филология: қазақ тілі» мамандығына арналған ХІХ ғасырдағы қазақ әдебиеті пәнінің
umkd -> «Өлкетану тарихы және мәдениеті»
umkd -> Қазақстан республикасы білім және ғылым министрлігі шәКӘрім атындағы семей мемлекеттік
umkd -> 5 в 011700 : -«Қазақ тілі мен әдебиеті» мамандығына арналған
љАЗАљСТАН РЕСПУБЛИАСЫНЫў

БІЛІМ ЖШНЕ ’ЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

珞靭é ›贍葉惚ûЈ ØЩêЩ諸ì 城惚菴“û 靭佾焉奄祉ê 艙外儼茁鎭祉

3 деЈгейлі СМЖ ›±жаты УМКДПОШК 042-06.1.45/03-2013ПОШК

«Электр жЩне магнетизм» пЩнініЈ о›у-Щдістемелік материалдары № 2 баспа 2013 ж.

5В072300 - «Техникалы› физика»

маманды“ы Їшін

«ЭЛЕКТР ЖШНЕ МАГНЕТИЗМ» ПШНІНІў ОљУ-ШДІСТЕМЕЛІК

МАТЕРИАЛДАРЫ

Семей 2014

МАЗМ°НЫ
1. Глоссарий

2. ДЩрістер

3. Машы›тану жЩне зертханалы› саба›тар

4. Курсты› ж±мыс жЩне дипломды› проек (ж±мыс)

5. СтуденттердіЈ йздік ж±мыстары

ДШРІС 1


Электростатика.
ДЩріс саба“ыныЈ мазм±ны:

  1. Кулон заЈы..

  2. Электр йрісі. Электростатикалы› йрістіЈ кернеулігі.

  3. Гаусс теоремасы.

  4. Электрлік диполь.

ЗарядтардыЈ екі тЇрі болады: оЈ зарядтар жЩне теріс зарядтар. Аттас зарядтар бірін-бірі тебеді, Щр аттас зарядтар бірін-бірі тартады. Екі дене Їйкелгенде екеуі де зарядталады, олардыЈ зарядтарыныЈ шамалары теЈ, ал таЈбалары ›арама-›арсы болады. Физиктер Милликен иен Иоффе электр зарядтарыныЈ дискретті екендігін, я“ни кез келген денелердіЈ зарядтары элементар электр зарядтарына еселі екендігін аны›тады. Элементар электр зарядыныЈ шамасы . Электрон жЩне протон сЩйкесінші теріс жЩне оЈ заряд тасушылар болып табылады.

Фарадей электр зарядтарыныЈ са›талу заЈын ашты: кез келген т±йы› жЇйеніЈ электр зарядтарыныЈ алгебралы› ›осындысы йзгеріссіз ›алады.

Электр зарядтары – сана› жЇйесіне байланысты емес, я“ни дене ›оз“алыста ма, тынышты›та ма о“ан байланысты емес.

Электр зарядтарын тасушылары бар барлы› денелер электр то“ын йткізе алады. Электр то“ын йткізу ›абілетіне байланысты олар йткізгіштер, диэлектриктер жЩне жартылай йткізгіштер болып бйлінеді.

Электр зарядыныЈ йлшем бірлігі ретінді (йткізгіштіЈ кйлденеЈ ›имасынан бірлік уа›ытта -ге теЈ ток кЇші йткендегі электр заряды) –кулон алынады. ;

љоз“алмайтын электр зарядтарыныЈ арасында“ы йзара Щсерлесу заЈын Кулон та“айындады. НЇктелік заряд деп бас›а зарядтал“ан денелерге дейінгі ара ›ашы›ты›пен салыстыр“анда йлшемін ескермеуге болатын зарядты айтады.

Кулон заЈы: Вакуумда“ы екі нЇктелік зарядтар арасында“ы йзара Щсер кЇші зарядтар“а тура пропорциональ, ал олардыЈ ара ›ашы›ты›тарыныЈ квадратына кері пропорциональ





- пропорциональды› коэффициент. кЇші йзара Щсерлесуші кЇштерді ›осатын тЇзу бойымен ба“ытталады, я“ни центрлі кЇш. Тартылыс кезінде , ал тебіліс кезінде . -кЇшін Кулон кЇші деп атайды.

Кулон кЇшін векторлы› тЇрде былай жазамыз: (1)

М±нда“ы - заряд›а заряд тарапынан Щсер етуші кЇш.

- зарядты зарядпен ›осатын радиус-вектор, (1-сурет)

1-сурет


изара Щсерлесуші денелер біртекті жЩне изотропты ортада орналасатын болса, онда Кулон кЇшін былай жазамыз

м±нда“ы -ортаныЈ диэлектрлік йтімділігі деп аталады, ол



(2)

-зарядтардыЈ вакуумда“ы йзара Щсерлесу кЇші, - зарядтардыЈ берілген ортада“ы Щсерлесу кЇші. Вакуум Їшін . БірліктердіЈ халы›аралы› жЇйесінде пропорциональды› коэффициент . Ендеше Кулон заЈы былай жазылады:

(3)

-шамасы электрлік т±ра›ты деп аталады.. .

Электр зарядын ›оршап т±р“ан орта“а екінші бір заряд Щкеліп ›ойса›, онда о“ан кулон кЇші Щсер етеді; электр зарядыныЈ айнвлвсында ерекше орта, электр йрісі болады. Осы йріс ар›ылы электр зарядтары бір-бірімен Щсерлеседі.

љоз“алмайтын электр зарядтары тудыратын йріс электростатикалы› йріс деп аталады. Электростатикалы› йрісті зерттеу Їшін сыншы нЇктелік заряд ±“ымын ›олданамыз, ол йріс тудырушы зарядтар“а еш›андай Щсер етпейді. заряд тудыр“ан йріске сыншы зарядты Щкеліп ›ойса›, о“ан йрістіЈ ЩртЇрлі нЇктелерінде Кулон заЈына сЩйкес осы заряд›а пропорциональ ЩртЇрлі кЇші Щсер етеді. Сонды›тан шамасы сыншы заряд›а байланысты емес, ол сыншы заряд Щкеліп орналастырыл“ан нЇктедегі электр йрісін сипаттайды. Осы шаманы электростатикалы› йріс кернеулігі деп атайды, ол йрістіЈ кЇштік сипаттамасы болып табылады.

Электростатикалы› йрістіЈ кернеулігі берілген нЇктедегі бірлік заряд›а Щсер етуші кЇшке теЈ:



(4)

векторыныЈ ба“ыты оЈ заряд›а Щсер етуші кЇш ба“ытымен ба“ыттас. КернеуліктіЈ йлшем бірлігі . (4) жЩне (1) формулалардан нЇктелік зарядтыЈ кернеулігін аны›тайы›:

(5)

векторыныЈ ба“ыты 2- суретте кйрсетілген.

2-сурет


Электростатикалы› йріс кернеулігін графиктік тЇрде кернеулік сызы›тары кймегімен кйрсетеді, оны кеЈістіктіЈ кез келген нЇктесіндегі жанама осы нЇктедегі кернеулік векторы ба“ытымен сЩйкес келетіндей етіп сызады (3-сурет).

3-сурет


Шрбір нЇктеде кернеулік векторыныЈ бір “ана ба“ыты болады, сонды›тан олар еш›ашан да ›иылыспайды. Біртекті йрісте кернеулік векторы мен кернеулік сызы›тары параллель (кез келген нЇктедегі кернеулік векторы шама жЩне ба“ыты жа“ынан т±ра›ты йріс біртекті деп аталады). Егер йрісті нЇктелік заряд тудыратын болса, онда кернеулік сызы›тары 4-суреттегідей орналасады.

4-сурет


Бірлік перпендикуляр ауданды ›иып йтетін кернеулік сызы›тарыныЈ саны векторыныЈ модуліне теЈ болуы керек. Сонда, элементар ауданшаны ›иып йтетін кернеулік сызы›тарыныЈ нормалі кернеулік векторы -мен -б±рыш жасайды, сонда теЈ (5-сурет). М±нда“ы - ауданша“а жЇргізілген нормаль ба“ытында“ы кернеулік векторыныЈ ›±раушысы.

5-сурет
- шамасы ауданша ар›ылы йтетін кернеулік векторыныЈ а“ыны деп аталады. шамасы -ке, ал ба“ыты нормаль ба“ытымен ба“ыттас вектор. Нормаль ба“ытын кез келген ба“ытта алу“а болады деп келісілген. Т±йы› беттен йтетін векторыныЈ а“ыны



(6)

Интеграл т±йы› бет бойынша алынады. векторыныЈ а“ыны алгебралы› шама, ол тек векторы йрісініЈ конфигурациясына “ана емес, сонымен ›атар -ніЈ ба“ытын таЈдап алу“а да байланысты. Т±йы› беттер Їшін нормальдіЈ оЈ ба“ыты ретінде сырт›ы нормаль ба“ыты, я“ни бетті ›амтитын ауданныЈ ішіне ›арай ба“ыттал“ан ба“ыт алынады.



зарядтар тудыратын электростатикалы› йрістіЈ Щрбір нЇктесіндегі кернеулік векторыныЈ шамасы мен ба“ытын аны›тау Щдісін ›арастырайы›.

ТЩжірибелер кйрсеткендей



(7)

жЩне , м±нда“ы -›орыт›ы йрістіЈ кернеулігі, - зарядтыЈ тудыр“ан йрісініЈ кернеулігі. Осыларды (7)-ге ›ойса›, онда

(8)

(8) теЈдеу электростатикалы› йрістіЈ суперпозиция принципін йрнектейді. Ол бойынша зарядтар жЇйесі тудыр“ан ›орыт›ы йріс кернеулігі берілген нЇктедегі Щрбір заряд тудыр“ан йрістердіЈ ›осындысына теЈ. Суперпозиция принципін электрлік диполінде ›олдану“а болады. Электрлік диполь – таЈбалары ЩртЇрлі, модульдері бірдей екі нЇктелік зарядтан т±ратын жЇйе. ОлардыЈ ара ›ашы›ты›тары ›арастырылатын йріс нЇктелерімен салыстыр“анда йте кішкене. Диполь осі бойымен теріс зарядтан оЈ заряд›а ›арай ба“ыттал“ан жЩне ±зынды“ы олардыЈ ара ›ашы›ты›тарына теЈ вектор - диполь иіні деп аталады (6-сурет). (9)


6-сурет
(9) дипольдіЈ электрлік моменті немесе диполь моменті деп аталады. ОныЈ ба“ыты диполь иіні ба“ытымен ба“ыттас.

Диполь осініЈ ±шында“ы йріс кернеулігі

ДипольдіЈ ортасынан жЇргізілген перпендикулярда“ы йріс кернеулігі

Электростатикалы› йрістіЈ суперпозиция принципін ›олдана отырып неміс “алымы К.Гаусс т±йы› беттен йтетін кернеулік векторыныЈ а“ынын аны›тайтын формула ›орытып шы“арды. (6) формула“а сЩйкес

Б±л кез келген формалы т±йы› бет Їшін орынды.



зарядтан т±ратын ›андай да бір т±йы› бетті ›арасытрайы›. Суперпозиция принципі бойынша

Ендеше, (10)

(10) вакуумдегі электростатикалы› йріске арнал“ан Гаусс теоремасы. Кйлемдік ты“ызды› , осыдан

ДЩріс № 2


Электростатикалы› йрістіЈ потенциалы. Электр йрісіндегі ж±мыс.
НЇктелік зарядтыЈ электростатикалы› йрісінде 1 нЇктеден 2 нЇктеге дейін ›андай да бір траектория бойымен екінші бір нЇктелік заряд орын ауыстырсын (11-сурет).

1-сурет
Сонда заряд›а Щсер етуші кЇш ж±мыс жасайды. Элементар жолда істелетін ж±мыс





, ендеше

зарядты 1 нЇктеден 2 нЇктеге орын ауыстыр“анда істелетін ж±мыс мына“ан теЈ:

(1)

Зарядты бір нЇктеден екінші нЇктеге орын ауыстыр“анда істелетін ж±мыс траектория“а байланысты емес, тек зарядтыЈ бастап›ы жЩне соЈ“ы орнына байланысты. Электростатикалы› йріс потенциальды, ал электростатистикалы› кЇштер консервативті кЇштер болып табылады. Т±йы› жолда“ы ж±мыс



(2)

Электростатикалы› йрістегі орын ауыстыратын зарядты бірлік заряд деп алса›, онда жолда істелетін элементар ж±мыс мына“ан теЈ , м±нда“ы - векторыныЈ элементар орын ауыстыру ба“ыты бойынша проекциясы. Сонда былай жазу“а болады:



- интегралы кернеулік векторыныЈ циркуляциясы деп аталады. Осы формула бойынша кез-келген т±йы› контур маЈында“ы кернеулік векторыныЈ циркуляциясы нольге теЈ жЩне электростатикалы› йрістіЈ кернеулік сызы›тары т±йы› болмайды. Б±л теЈдеу тек электростатикалы› йріс Їшін “ана орынды.

Электростатикалы› йрісте орналас›ан дененіЈ потенциялы› энергиясы бар, осы энергияныЈ кемуі салдарынан йріс кЇштері ж±мыс жасайды. Сонды›тан, ж±мыс осы нЇктелік зарядтыЈ бастап›ы жЩне соЈ“ы орындарында“ы потенциалы› энергиясыныЈ айырмасына теЈ:



(3)

Осыдан заряд йрісіндегі зарядтыЈ потенциалы› энергиясы . Заряд шексіздікке орын ауыстырса, онда .



(4)

м±нда“ы -зарядтардыЈ ара ›ашы›ты“ы. Аттас зарядтардыЈ (тебіледі) потенциалы› энергиялары оЈ, ал Щр аттас (тартылыс) зарядтардікі теріс болады.

Егер нЇктелік зарядтан т±ратын жЇйе тудыр“ан йрістіЈ потенциалы› энергиясы:

Осы формулалардан ›атынасы -ге байланысты емес, ол электростатикалы› йрістіЈ энергетикалы› сипаттамасы – потенциал деп аталады:



(5)

(6)

Зарядты 1 нЇктеден 2 нЇктеге орын ауыстыр“анда істелетін ж±мысты былай жазу“а болады:



(7)

я“ни, ж±мыс зарядтыЈ бастап›ы жЩне соЈ“ы нЇктедегі потенциалдарыныЈ айырмасыныЈ кйбейтіндісіне теЈ.



Осы екі теЈдікті теЈестірсек, онда

М±нда“ы интегралды осы зарядтыЈ бастап›ы жЩне соЈ“ы орындарын ›осатын кез келген сызы›тыЈ бойымен алу“а болады, себебі электростатикалы› йріс кЇшініЈ ж±мысы траектория“а байланысты емес. Егер заряд шексіздікке орын ауыстырса, онда шексіздіктегі потенциал нольге теЈ, ендеше ж±мыс

(8)

немесе

Потенциал - бірлік зарядтыЈ осы нЇктеден шексіздікке орын ауыстыр“анда“ы істелетін ж±мысына теЈ. Б±л ж±мыс бірлік зарядтыЈ шексіздіктен берілген нЇктеге орын ауыстыр“анда“ы ж±мысына теЈ. Екі нЇктеніЈ потенциалдарыныЈ айырмасын кернеу деп атайды. Электростатикалы› йрістіЈ кЇштік сипаттамасы - кернеулік пен энергетикалы› сипаттамасы - потенциал арасында“ы байланыс:

(32)

минус таЈбасы йрістіЈ кернеулік векторы потенциалдыЈ кему жа“ына ›арай ба“ыттал“анды“ын кйрсетеді.

ДЩріс № 3 Электростатикалы› йрістегі йткізгіштер.
иткізгішті электр йрісіне орналастырса›, онда йткізгіштегі зарядтар орын ауыстыра бастайды. ЗарядтардыЈ орын ауыстыруы зарядтардыЈ орналасуы толы“ымен тепе-теЈдікке келгенге дейін, я“ни йткізгіш ішіндегі электростатикалы› йріс нольге теЈ бол“ан“а дейін болады. Б±л йте ›ыс›а уа›ыт аралы“ында йтеді. Шынында да, йріс нольге теЈ болмаса, онда йткізгіш ішіндегі зарядтар сырт›ы энергия кйзінсіз реттелген ›оз“алыс›а тЇсуші еді. Ал б±л энергияныЈ са›талу заЈына ›арсы келеді. Сонымен йткізгіш ішіндегі барлы› нЇктелерде йріс кернеулігі

иткізгіш ішіндегі йрістіЈ болмауы оныЈ барлы› нЇктелеріндегі потенциалдыЈ т±ра›тылы“ын кйрсетеді . Ал, ол йткізгіш бетіндегі йріс - эквипотенциаль йріс деген сйз. иткізгіштіЈ сырт›ы бетіндегі электростатикалы› йріс йткізгіш бетініЈ барлы› нЇктелеріне нормаль бойымен ба“ыттал“ан. Гаусс теоремасына сЩйкес йткізгіш ішінде берілген т±йы› бетпен шектелген ›андай да бір кйлемде орналас›ан заряд мына“ан теЈ:



себебі, йткізгіштіЈ ішіндегі Щрбір нЇктеде .



немесе

Сонымен, йткізгіш бетіндегі электростатикалы› йрістіЈ кернеулігі зарядтар ты“ызды“ымен аны›талады.

Егер сырт›ы электростатикалы› йріске нейтрал йткізгіш Щкелсек, онда оЈ зарядтар йріс бойымен, теріс зарядтар йріске ›арсы орын ауыстырады. иткізгіштіЈ бір ±шында оЈ зарядтар, ал екінші ±шында теріс зарядтар жина›талады. Б±л зарядтар индукциялы› деп аталады. Б±л процесс йткізгіш ішіндегі йріс кернеулігі нольге теЈ бол“анша жЇре береді, кернеулік сызы›тары йткізгіштен тыс жерде йткізгіш бетіне перпендикуляр болады. Сонды›тан, электростатикалы› йріске Щкелінген нейтрал йткізгіш кернеулік сызы›тарыныЈ біраз бйлігі Їзіледі: олар теріс индукциялы› зарядтарда ая›талады да, оЈ зарядтарда ›айтадан басталады (1-сурет).

1 сурет
Индукциялы› зарядтар йткізгіштіЈ сырт›ы бетінде таралып орналасады. Осы ›±былыс электростатикалы› индукция деп аталады.

ОЈашалан“ан, я“ни бас›а йткізгіштер мен зарядтардан алыс орналас›ан йткізгіш ›арастырайы›. ОныЈ потенциалы йткізгіш зарядына пропорциональ. ТЩжірибелер бірдей зарядтал“ан ЩртЇрлі йткізгіштер ЩртЇрлі потенциалдар“а ие болатынын кйрсетті. Оны былай жазу“а болады:

(1)

м±нда“ы шамасын оЈашалан“ан йткізгіштіЈ электр сиымдылы“ы деп атайды. Электр сиымдылы› бірлік заряд›а берілген заряд›а теЈ. иткізгіш сиымдылы“ы оныЈ йлшемі мен формасына байланысты, ал оныЈ материалына, агрегатты› кЇйіне жЩне йткізгіштіЈ ішкі бетініЈ формасы мен йлшеміне байланысты емес. Б±л арты› зарядтардыЈ йткізгіштіЈ сырт›ы бетінде орналасатынымен тЇсіндіріледі. Сиымдылы› сонымен ›атар, йткізгіш зарядына, оныЈ потенциалына да байланысты емес. Электр сиымдылы›тыЈ йлшем бірлігі – фарад (Ф).

ШардыЈ сиымдылы“ын оныЈ потенциалын ескере отырып вны›таймыз

(2)

1Ф теЈ сиымдылы› радиусы км-ге теЈ шардыЈ сиымдылы“ы. Б±л ЖердіЈ радиусынан 1400 есе Їлкен. Фарад йте Їлкен шама бол“анды›тан, кЇнделікті ймірде миллифарад, микрофарад, нанофарад, пикофарадтар ›олданылады.

иткізгіш Їлкен сиымдылы››а ие болуы Їшін, оныЈ йлшемдері йте Їлкен болуы керек.
ДЩріс № 4 Электр сиымдылы›. Конденсаторлар.
иткізбейтін ортада жа›ын орналас›ан екі йткізгіш жЇйесін конденсатор деп атайды.

Шр›айсысыныЈ ауданы болатын, екі металл пластинка алайы›. ОлардыЈ арасы диэлектрикпен толтырылсын. ПластинканыЈ бірі оЈ, екіншісі теріс зарядталсын. Жо“ары пластинканыЈ ішкі бетіне (потенциалы ), ал тйменгі пластинканыЈ ішкі бетіне (потенциалы ) зарядтары бірдей болып орналассын.

Екі пластинканыЈ ара ›ашы›ты“ын деп белгілесек, онда пластинкада“ы электр йрісініЈ кернеулігі былай жазылады:

(1)

Ал, пластинкалардыЈ арасында“ы кернеулік , онда , м±нда“ы -беттік ты“ызды›, осыдан .

ЗарядтыЈ беттік ты“ызды“ы екенін ескеріп, былай жазу“а болады:

(2)

Жазы› конденсаторды сиымдылы“ы (3)

Кез келген конденсатор электр сиымдылы“ы мен кернеумен сипатталады. Берілген кернеуде ›ажетті электр сиымдылы› алу Їшін конденсаторларды параллель жЩне тізбектей жал“айды. Конденсаторларды параллель жал“а“анда кернеу барлы› конденсатор Їшін бірдей.

Бірінші конденсатор Їшін , екінші конденсатор Їшін , -ші конденсатор Їшін

Барлы› зарядтардыЈ ›осындысы

(4)

Параллель жал“ан“ан конденсаторлардыЈ сиымдылы“ы формуласымен аны›талады. Осы формулада“ы -діЈ орнына мЩнін ›ойса›:



(5)

Бірнеше конденсаторларды тізбектей жал“айы›.

Б±л конденсаторлар Їшін заряд бірдей. Бірінші конденсатор Їшін , екінші Їшін , -ші конденсатор Їшін .

Толы› кернеу (40)

Ендеше , я“ни конденсаторларды параллель ›ос›андай сиымдылы››а кері шамалары ›осылады. Сонды›тан,конденсаторларды параллель ›ос›анда“ы ›орыт›ы сиымдылы› Щр›ашан да батареяларда ›олданылатын еЈ кіші сиымдылы›тан Щр›ашан да кішкене болады.

ДЩріс № 5

Электростатикалы› йрістегі диэлектриктер
Диэлектриктер кез келген зат сия›ты атомдар мен молекулалардан т±рады. ОЈ заряд атом ядросында, теріс заряд атомдар мен молекулалардыЈ электронды› ›абы›шаларында жина›тал“ан. Жалпы ал“анда, оЈ жЩне теріс зарядтар йзара теЈ, сонды›тан атом (молекула) электрлік нейтрал. Молекуланы электрлік диполь ретінде ›арастыру“а болады. Диэлектриктерді Їш топ›а бйлуге болады.

Бірінші топта“ы диэлектриктерге (N2, Н2, О2, СО2, СН4, ...) молекулалары ›±рылымы симметриялы заттар жатады, я“ни оЈ жЩнен теріс зарядтардыЈ ауырлы› центрі сырт›ы электр йрісі болма“ан кезде бір-біріне сЩйкес келеді, ендеше молекулалардыЈ дипольдік моменті нйлге теЈ болады. Осындай диэлектриктердіЈ молекулалары полярлы емес деп аталады. Сырт›ы электр йрісі Щсерінен полярлы емес молекулалар зарядтары ›арама-›арсы ба“ыт›а ы“ысады (оЈ йріс ба“ытымен, теріс зарядтар йріске ›арама-›арсы) да, молекулалар дипольдік моментке ие болады.

Екінші топ›а жататын диэлектриктерге (H2O, NН3, SO2, CO,...) молекулаларыныЈ ›±рылымы асимметриялы заттар жатады, я“ни оЈ жЩне теріс зарядтарыныЈ ауырлы› центрлері сЩйкес келмейді. Сонымен, б±л молекулалар сырт›ы электр йрісі болма“ан кезде дипольдік моментке ие болады. Осындай молекулалары бар диэлектриктер полярлы деп аталады. Сырт›ы электр йрісі болма“ан кезде полярлы молекулалардыЈ дипольдік моменттері жылулы› ›оз“алыс Щсерінен кеЈістікте бей-берекет орналасады да, нЩтижесінде ›орыт›ы момент нйлге теЈ. Осындай диэлектрикті сырт›ы электр йрісіне орналастырса›, онда осы йріс кЇштері дипольдерді йріс ба“ытында б±ру“а тырысады да, нйлге теЈ емес ›орыт›ы момент пайда болады.

®шінші топ›а жататын диэлектриктерге (NaCl, KCl, КВr, ...) ионды› ›±рылымында заттар жатады. Ионды› кристалдар д±рыс кезектесіп орналас›ан ЩртЇрлі таЈбалы иондар т±ратын кеЈістіктік тор ›±рады. Б±л кристалдардан жеке молекулаларды бйліп алу“а болмайды, оларды бір-бірінен ы“ыс›ан ионды› торшалар деп а›арастырады. Ионды› кристалдар“а сырт›ы электр йрісін беретін болса›, онда кристалды› тордыЈ ›андай да бір деформациясы немесе торшалардыЈ салыстырмалы ы“ысулары болады. Б±л дипольдік моменттіЈ пайда болуына алып келеді.

Сонымен, диэлектриктердіЈ барлы› Їш тобында да о“ан сырт›ы электр йрісін бергенде нйлден йзгеше дипольдік моменттер пайда болады, бас›аша сйзбен айт›анда диэлектрик проляризацияланады. ДиэлектриктердіЈ Їш тобына сЩйкес оларда Їш тЇрлі полряризация болады:

электронды› немесе деформациялан“ан поляризация – полярлы емес молекулаларда электронды› орбиталар деформациясы нЩтижесінде атомдарда дипольдік моменттер пайда болады;

ба“ытталушы, немесе дипольдік поляризация – полярлы молекулаларда дипольдік моменттер йріс бойынша ба“ытталып орналасады. Шынында да, жылулы› ›оз“алыс молекулалардыЈ ба“ытталып орналасуына бйгет жасайды, біра› екі фактордыЈ Щсерінен (электр йрісі мен жылулы› ›оз“алыс) молекулалардыЈ дипольдік моменттері жеткілікті дЩрежеде ба“ытталып орналасады. Ол электр йрісі кернеулігіне тура, ал температура“а кері пропорционал болады.

Ионды› поляризация – ионды› кристалды› торлары бар диэлектриктерде бай›алады, оЈ иондар йріс ба“ытымен, ал теріс иондар йріске ›арама-›арсы ба“ытталып, дипольдік моменттіЈ пайда болуына алып келеді.

Диэлектрикті сырт›ы электр йрісіне орналастырса›, ол поляризацияланады да, оныЈ дипольдік моменті мына“ан теЈ болады: , м±нда“ы -бір молекуланыЈ дипольдік моменті. Диэлектрик поляризациясы дегеніміз сырт›ы йріс Щсерінен диэлектрик дипольдарыныЈ орналасуы.

Диэлектрик поляризациясын санды› сипаттау Їшін поляризациялану деген физикалы› шама енгіземіз, ол бірлік кйлемдегі диполь моментімен аны›талады.



(1)

тЩжірибелер кйптеген диэлектриктердіЈ поляризациялануы йріс кернеулігіне сызы›ты байланыста екендігін кйрсетті. Егер диэлектрик изотропты жЩне мЩні йте Їлкен болмаса, онда



(2)

м±нда“ы - заттыЈ диэлектриктік йтімділігі, ол диэлектриктіЈ ›асиеттерін сипаттайды. Б±л йлшемсіз шама.

ШртЇрлі зарядтал“ан екі шексіз параллель жазы›ты›тар ту“ыз“ан біртекті сырт›ы электр йрісі арасына диэлектрик ›ояйы› (1-сурет).

1-сурет


иріс Щсерінен диэлектрик поляризацияланады, зарядтардыЈ ы“ысуы пайда болады: оЈ зарядтар йріс бойымен, теріс зарядтар йріске ›арсы. ОсыныЈ нЩтижесінде диэлектриктіЈ оЈ ›ырында кйлемдік ты“ызды“ы болатын оЈ зарядтар, ал сол ›ырында кйлемдік ты“ызды“ы болатын теріс зарядтар арты› болады. Осы поляризациядан пайда бол“ан компенсирленбенген зарядтар байланыс›ан зарядтар деп аталады. ОлардыЈ беттік ты“ызды“ы жазы›ты›тыЈ еркін зарядтарыныЈ ты“ызды“ы -дан кем болады. ирістіЈ кернеулік сызы›тарыныЈ бір бйлігі диэлектриктен йтіп кетеді, ал ›ал“ан бір бйлігі байланыс›ан зарядтарда Їзіліп ›алады. Сонды›тан, диэлектрик поляризациясы йрісті ал“аш›ы сырт›ы йріспен салыстыр“анда кемітеді. Диэлектриктен тыс жерде .

Сонымен, байланыс›ан зарядтар сырт›ы (еркін зарядтар тудыр“ан) йрісіне ›арсы ба“ыттал“ан ›осымша электр йрісін тудырады, ол сырт›ы йрісті кемітеді. Диэлектрик ішіндегі ›орыт›ы йріс



(екі шексіз зарядтал“ан жазы›ты›тар тудыр“ан йріс), сонды›тан

(3)

Байланыс›ан зарядтардыЈ беттік ты“ызды“ын аны›тайы›. Диэлектрик пластинкаларыныЈ толы› дипольды› моменті , м±нда“ы - пластинка ›ырларыныЈ ауданы, - оныЈ ›алыЈды“ы. Екінші жа“ынан толы› диполь моменті байланыс›ан зарядтардыЈ -діЈ олардыЈ ара ›ашы›ты›тарыныЈ кйбейтіндісіне теЈ болады, я“ни .

Сонымен,

немесе (4)

я“ни байланыс›ан зарядтардыЈ беттік ты“ызды“ы поляризациялану“а теЈ болады.

Орындарына ›ойса›

Диэлектрик ішіндегі ›орыт›ы йріс кернеулігі

(5)

Екінші жа“ынан былай да жазу“а болады:



(6)

(5), (6) ескерсек, онда



(7)

Шынында да, йрістіЈ диэлектрик есебінен неше есе кемитінін кйрсетеді.

Диэлектриктегі электростатикалы› йрісті сипаттау Їшін электрлік индукция (ы“ысу) векторы ±“ымын енгіземіз. Ол мына“ан теЈ:

(2) жЩне (7) теЈдеулерді ескерсек, онда электрлік ы“ысу



(8)

Электрлік индукция (ы“ысу) векторы ортаныЈ ›асиеттеріне байланысты емес, ол еркін зарядтар тудыратын йрісті сипаттайды. векторы тек еркін зарядтардан басталады жЩне ая›талады. Байланыс›ан зарядтар орналас›ан йріс айма›тарында векторыныЈ сызы›тары Їзілмейді.

Сонымен, векторы диэлектрик бар кездегі еркін зарядтардыЈ тудыратын йріс кернеулігін сипаттайды. Электрлік индукция (ы“ысу) векторыныЈ а“ысына арнал“ан Гаусс теоремасы былай жазамыз

(9)

м±нда тек еркін зарядтар “ана ескеріледі. Вакуум Їшін , онда т±йы› беттен йтетін кернеулік векторы .

Ортада электр йрісін, еркін зарядтармен ›оса байланыс›ан зарядтар да тудырады. Сонды›тан, Гаусс теоремасын жалпы тЇрде былай жазу“а болады:

(10)

м±нда“ы - сЩйкесінше т±йы› ›амтитын еркін жЩне байланыс›ан зарядтардыЈ алгебралы› ›осындылары.

Енді электр йрісіне орналастырыл“ан жа›ын орналас›ан екі ЩртЇрлі диэлектриктерді ›арастырайы›. Осы диэлектриктердіЈ Щр›айсысында электр йрісініЈ Щсерінен беттік ты“ызды›тары жЩне поляризациялан“ан зарядтар пайда болады.

2-сурет
ДиэлектриктердіЈ ›абаттас›ан шекарасы беттік ты“ызды“ы -ге теЈ болып зарядталады. Осы зарядтар диэлектриктіЈ Щрбір ауданынан йтетін кернеулік а“ынын тудырады:



ирістіЈ кернеулік векторларын осы екі диэлектриктер шекарасында жанама жЩне нормаль ›±раушылар“а жіктейміз.

3-сурет
Беттердегі зарядтардыЈ электр йрістері осы беттерге перпендикуляр, сонды›тан осы беттерге жанама йріс ›±раушысы йзгермейді, ендеше олардыЈ екі диэлектриктегі мЩндері бірдей болады:

(11)

Ал кернеуліктіЈ нормаль ›±раушыларыныЈ мЩндері ЩртЇрлі, олардыЈ айырмасы диэлектриктердіЈ бйліну шекарасында“ы бірлік бет ауданынан йтетін кернеулік векторыныЈ а“ынына теЈ:



Электрлік индукция векторын ескере отырып, былай жазу“а болады:



(12)

м±нда“ы жЩне - орталардыЈ диэлектрлік йтімділіктері. Сонымен, екі диэлектрик шекарасынан йткенде кернеуліктіЈ нормаль ›±раушысы секірмелі тЇрде йзгеріске ±шырайды. (20) формула“а сЩйкес индукция векторыныЈ тангенциальды ›±раушысы диэлектриктер шекараларыныЈ екі жа›тарында ЩртЇрлі жЩне ортаныЈ диэлектрлік йтімділігіне тура пропорциональ:



(13)

Осылардан диэлектрик шекараларында кернеулік сызы›тары жЩне индукция сызы›тары сынуы керек. Шынында да, 9-суреттен кйрініп т±р“андай



;

(10), (11) ›олдана отырып, табамыз



(14)

Б±л формула кернеулік сызы›тарыныЈ сыну заЈын сипаттайды: диэлектрлік йтімділігі жо“ары диэлектриктен йтімділігі аз диэлектрикке йткенде нормаль мен кернеулік сызы›тары арасында“ы б±рыш азаяды, сызы›тар сирек орналасады, керісінше болса, кернеулік сызы›тары жиілейді. Алын“ан нЩтижелер екі диэлектрик шекарасынан йткенде индукция векторыныЈ нормаль ›±раушысы мен кернеулік векторыныЈ тангенциаль ›±раушысы Їзіліссіз йзгеретінін, ал индукция векторыныЈ тангенциаль ›±раушысы мен кернеулік векторыныЈ нормаль ›±раушысы кЇрт йсетінін кйрсетеді.

ДЩріс № 6
Электр зарядтарыныЈ йзара Щсерлесу энергиясы.
љоз“алмайтын нЇктелік зарядтардан т±артын жЇйе энергиясы.

Бір-бірінен ›ашы›ты›та орналас›ан екі жЩне зарядтардан т±ратынг жЇйеніЈ потенциалы› энергиясын табайы›. Б±л зарядтардыЈ Щр›айсысы потенциалы› энергия“а ие:



;

м±нда“ы - сЩйкесінше заряд орналас›ан нЇктедегі зарядтыЈ тудыр“ан жЩне заряд орналас›ан нЇктедегі зарядтыЈ потенциалдары.



жЩне

сонды›тан жЩне

Егер жЇйе зарядтан т±ратын болса, онда

(1)

М±нда“ы - осы заряд орналас›ан нЇктедегі бас›а барлы› зарядтардыЈ тудыр“ан потенциалы.

Зарядтал“ан оЈашалан“ан йткізгіштіЈ энергиясы.

ОЈашалан“ан йткізгіштіЈ заряды, сиымдылы“ы жЩне потенциалы мына“ан теЈ болсын: . Осы йткізгіш зарядын -ге арттырайы›. Ол Їшін шексіздіктен зарядты осы йткізгіш бетіне ауыстыру керек, осы кезде істелетін ж±мыс



ДененіЈ потенциалын 0-ден -ге дейін артттыру Їшін мынадай ж±мыс жасау ›ажет



(2)

(42) зарядтал“ан йткізгіштіЈ энергиясыныЈ теЈдеуі де болып табылады:



(3)

(43)-ті йткізгіштіЈ барлы› нЇктелерінде потенциалы бірдей, себебі йткізгіштіЈ беттік ›абаты эквипотенциалды екендігін ескере отырып алу“а болады. иткізгіш потенциалы -ге теЈ деп, аламыз



м±нда“ы -йткізгіш заряды.

Кез келген зарядтал“ан йткізгіш сия›ты конденсатордыЈ да энергиясы бар, ол мына“ан теЈ

(4)

-конденсатор заряды, -оныЈ сиымдылы“ы, -конденсатор астарларында“ы потенциалдар айырмасы. ЭнергияныЈ теЈдігін ›олдана отырып, конденсатор пластиналарыныЈ бір-біріне тартылу кЇшін аны›тау“а болады. Ол Їшін пластинкалар ара ›ашы›ты“ы -ке йзгерсін деп аламыз. Сонда, осы кЇш жЇйеніЈ потенциалы› энергиясыныЈ кемуі есебінен ж±мыс жасайды



немесе


(5)

Сонда (34) теЈдеуді (44) теЈдеуге ›ойса›, онда



(6)

ЭнергияныЈ на›ты мЩндері бойынша дифференциалдаса›



(7)

минус таЈбасы кЇштіЈ азаю“а ±мтылатынын, я“ни тартылу кЇші екендігін кйрсетеді.

(44) теЈдеуге (37) теЈдеуді жЩне ›ойып, жазы› конденсатор энергиясыныЈ теЈдеуін аламыз

(8)

м±нда“ы - конденсатор кйлемі. ТеЈдеуден кйріп отыр“анымыздай, конденсатор энергиясы электростатикалы› йрісті сипаттайтын шама- кернеулік -мен йрнектелген. Б±л электростатикалы› йрістіЈ де осындай энергия“а ие екендігініЈ дЩлелі.

ДЩріс № 7

Т±ра›ты электр тогы




  1. Электр тогы. Ток ты“ызды“ы жЩне ток кЇші.

  2. Тізбек бйлігіне арнал“ан Ом заЈы.

  3. иткізгіштердіЈ кедергілері. иткізгіштер кедергілерініЈ температура“а тЩуелділігі. Ас›ын йткізгіштік.

  4. Ток кйздерініЈ электр ›оз“аушы кЇші. Толы› тізбекке арнал“ан Ом заЈы.

  5. Тарма›тал“ан электр тізбектері. Кирхгоф ережелері.

  6. Дифференциаль формада“ы Ом жЩне Джоуль-Ленц заЈдары.

Электр то“ы дегеніміз электрлік зарядтардыЈ реттелген (ба“ыттал“ан) ›оз“алысы. Егер йткізгішті сырт›ы электр йрісіне Щкеліп ›ойса›, онда онда“ы еркін электр зарядтары: оЈ зарядтар йріс ба“ытымен, ал теріс зарядтар йріске ›арсы орын ауыстыра бастайды, я“ни йткізгіште электр то“ы пайда болады (1 а-сурет). Егер кеЈістікте электр зарядтарыныЈ тасымалдануы зарядтал“ан макроскопиялы› денелердіЈ орын ауыстыруы салдарынан пайда болса, онда пайда бол“ан токты конвекциялы› ток деп атайды (1 б –сурет).

а) б)

1-сурет
Электр то“ы болуы Їшін еЈ алдымен ток тасушылар - реттелген ›оз“алыс›а тЇсе алатын еркін зарядтар жЩне электр йрісі ›ажет. Осы электр йрісініЈ энергиясы еркін зарядтар ›оз“алысын реттеуге ж±мсалады. Ток ба“ыты ретінде оЈ зарядтардыЈ ба“ыты алынады.



Электр то“ыныЈ санды› сипаттамасы – ток кЇші. Ток кЇші – бірлік уа›ыт ішінде йткізгіштіЈ кйлденеЈ ›имасы ар›ылы йтетін зарядтармен аны›талады.

Шамасы мен ба“ыты уа›ыт йтуімен йзгермейтін токты т±ра›ты ток деп атайды. Т±ра›ты ток Їшін



м±нда“ы - йткізгіштіЈ кйлденеЈ ›имасы ар›ылы йтетін заряд.

Ток кЇшініЈ йлшем бірлігі – ампер (А).

иткізгіштіЈ бірлік кйлденеЈ ›имасынан йтетін ток кЇші ток ты“ызды“ы деп аталады. Ток ты“ызды“ы векторлы› шама, оныЈ ба“ыты реттелген оЈ заряд тасушылар ба“ытымен ба“ыттас.



Ток кЇші мен ток ты“ызды“ын йткізгіштегі зарядтардыЈ ›оз“алыс жылдамды“ымен йрнектейік. Егер ток тасушылар концентрациясы жЩне Щрбір ток тасушы элементар заряд -ге ие деп алатын болса›, онда йткізгіштіЈ кйлденеЈ ›имасы ар›ылы уа›ыт ішінде тасымалданатын заряд шамасы -ге теЈ.

Ток кЇші , ал ток ты“ызды“ы .

Ток кйзі тарапынан зарядтар“а Щсер етуші электростатикалы› емес кЇштерді бйгде кЇштер деп атаймыз. Бйгде кЇштер зарядтарды орын ауыстырта отырып ж±мыс жасайды. Тізбекте бірлік оЈ заряд›а Щсер етуші бйгде кЇштердіЈ ж±мысы электр ›оз“аушы кЇш деп аталады:



(1)

Б±л ж±мыс ток кйзі энергиясы есебінен істеледі, сонды›тан оны ток кйзініЈ электр ›оз“аушы кЇші деп атаймыз.



заряд›а Щсер етуші бйгде кЇштерді былай жазу“а болады:

м±нда“ы -бйгде кЇштер йрісініЈ кернеулігі. Т±йы› тізбек бйлігіндегі бірлік заряд›а Щсер етуші бйгде кЇштердіЈ ж±мысы мына“ан теЈ



(2)

(2)-теЈдеуді -бйліп, тізбектегі э.›.к табамыз



(3)

заряд›а бйгде кЇштерден бас›а электростатикалы› йріс тарапынан да кЇш Щсер етеді. Сонымен, заряд›а тізбектегіЩсер етуші ›орыт›ы кЇш мына“ан теЈ:

1-2 тізбек бйлігіндегі заряд›а Щсер етуші ›орыт›ы кЇштіЈ ж±мысы



Б±л теЈдеуді мына тЇрде де жазу“а болады:



(4)

Т±йы› тізбек Їшін электростатикалы› кЇштіЈ ж±мысы нольге теЈ, ендеше

Тізбек бйлігіндегі кернеу дегеніміз электростатикалы› йрістіЈ ›орыт›ы кЇші мен осы тізбек бйлігінде бірлік зарядты орын ауыстыру“а ж±мсалатын сырт›ы кЇштердіЈ ж±мыстарыныЈ ›осындысына теЈ физикалы› шама.

Неміс физигі Ом тЩжірибе жЇзінде біртекті метал йткізгіштен йтетін ток кЇші йткізгіш ±штарында“ы кернеуге тура пропорциональ екендігін дЩлелдеді:



(5)

м±нда“ы -йткізгіштіЈ электрлік кедергісі. (5) - ОмныЈ тізбек бйлігіне арнал“ан заЈы (ток кйзі жо›): йткізгіштегі ток кЇші йткізгіш ±штарында“ы кернеуге тура, ал кедергіге кері пропорциональ болады. шамасы йткізгіштіЈ электрлік йтімділігі деп аталады. иткізгіштіктіЈ йлшем бірлігі сименс (См). иткізхгіш кедергісі оныЈ йлшеміне, формасына жЩне материалына байланысты. Цилиндрлік йткізгіштіЈ кедергісі оныЈ ±зынды“ы -ге тура, ал кйлденеЈ ›имасыныЈ ауданы -ке кері пропорциональ болады:



(6)

м±нда“ы - пропорциональды› коэффициент, ол йткізгіш материалына байланысты. Ол меншікті электрлік кедергі деп аталады.

Ом заЈын дифференциаль тЇрде жазып кйрсетуге болады. Осы (6) теЈдеуді Ом заЈыныЈ теЈдеуіне ›ойса›, онда

(7)

меншікті кедергіге кері шамасы – меншікті электрлік йтімділік деп аталады. ОныЈ йлшем бірлігі - . иткізгіштегі электростатикалы› йрістіЈ кернеулігі жЩне ток ты“ызды“ы екенін ескерсек, онда (7) теЈдеуді былай жазу“а болады:



(8)

Шрбір нЇктедегі заряд тасушылар векторы ба“ытымен ›оз“алатын бол“анды›тан мен -ныЈ ба“ыты ба“ыттас. Сонды›тан (8) теЈдеуді мына тЇрде жазу“а болады:



(9)

Б±л йткізгіштіЈ Щрбір нЇктесіндегі ток ты“ызды“ын осы нЇктедегі электростатикалы› йріс кернеулігімен байланыстыратын дифференциаль тЇрдегі Ом заЈы.

иткізгіштерді тізбектей ›ос›анда олардыЈ кедергілері ›осылады , ал параллель ›ос›анда кедергіге кері шамалары ›осылады:

ТЩжірибелер кйрсеткендей кедергініЈ температура“а сызы›ты тЩуелді.





м±нда“ы жЩне , жЩне - жЩне температураларда“ы сЩйкесінше йткізгіштіЈ меншікті кедергісі мен кедергісі. - кедергініЈ температуралы› коэффициенті, ол таза металдар Їшін .

Ендеше, деп жазу“а болады.

МеталдардыЈ кедергілерініЈ температура“а тЩуелділігі 1-суретте кйрсетілген (1-›исы›). Кейіннен кйптеген металдардыЈ кедергілері (0,14-20 К) критикалы› температура деп аталатын йте тйменгі температурада секірмелі тЇрде нольге дейін кемитінін кйрсетті (2-›исы›).

1-сурет
Б±л ас›ын йткізгіштік деп аталатын ›±былысты ал“аш рет сынап Їшін Г. Камерлинг-Оннес аны›та“ан. Ас›ын йткізгіштік ›±былысы квантты› теория бойынша тЇсіндіріледі. Ас›ын йткізгіштердіЈ ›асиеттерін зерттеуге арнал“ан кйптеген тЩжірибелер металл ас›ын йткізгіштік кЇйге йткенде оныЈ кристалды› торында еш›андай йзгерістер болмайтынын, я“ни оныЈ механикалы› жЩне оптикалы› ›асиеттерініЈ йзгермейтінін дЩлелдеді. Біра› та оныЈ электрлік ›асиеттерініЈ секірмелі йзгеріске ±шырауымен ›атар, магниттік жЩне жылулы› ›асиеттері де йзгеріске ±шырайды.

Ас›ын йткізгіштік ›±былысын былай тЇсіндіруге болады. Металл электрондарыныЈ арасында кулонды› тебіліс кЇштерінен бас›а, электрондар мен кристалды› тордыЈ тербелісі арасында Щлсіз тартылыс пайда болады. Белгілі бір жа“дайларды б±л тартылыс тебілістен кЇштірек болуы мЇмкін. ОсыныЈ нЩтижесінде йткізгіш электрондар бір-біріне тартылып, байланыс›ан кЇйге ±шырайды, оны куперов ж±бы деп атайды. Ж±птардыЈ йлшемі орташа атомаралы› ара›ашы›ты›тан кйп Їлкен, я“ни ж±птас›ан электрондар арасында кйптеген бос электрондар орналаса алады. Осы куперов ж±бын б±зу Їшін (оныЈ бір электронын ж±лып алу Їшін) ›андай да бір энергия ж±мсау керек. Ол электрон ж±птарыныЈ тартылысын жеЈуге кетеді. Осы ж±птар йзара Щсерлесе отырып бЇтін бір топты(ансамбльді) ›±райды. Куперов ж±бына кіретін электрондардыЈ спиндері ›арама-›арсы ба“ыттал“ан. Жалпы ж±птардыЈ спиндері нольге теЈ, ендеше олар бозондар. Бозондар“а Паули принципі ›олданылмайды, бір кЇйде болатын бозондар санына шек ›ойылмайды. Сонды›тан, йте тймен температураларда бозондар негізгі кЇйге жина›талады, оларды ›оз“ан кЇйге орналастыру йте ›иын. Осы бйлшектер жЇйесінен электрондарды бйліп алу мЇмкін емес, олар сырт›ы электр йрісі Щсерінен кедергісіз ›оз“алады да, ол ас›ын йткізгіштікке алып келеді.

Біртекті йткізгіштіЈ ±штарына кернеу берілсін. Осы йткізгіштіЈ кйлденеЈ ›имасы ар›ылы уа›ыт ішінде заряд тасымалданады. Сонда токтыЈ ж±мысы

(10)

Егер йткізгіш кедергісі болса, онда Ом заЈын ›олдана отырып (10) былай жазу“а болады: (11)

ТоктыЈ ›уаты (12)

(12) теЈдеу т±ра›ты ток Їшін де, айнымалы ток Їшін де ›олданылады.

Егер ток ›оз“алмайтын металл йткізгіштен йтетін болса, онда токтыЈ барлы› ж±мысы осы йткізгішті ›ыздыру“а кетеді де, энергияныЈ са›талу заЈы бойынша (13)

(11), (12), (13) теЈдеулерді ›олдана отырып



(14)

(14) - Джоуль-Ленц заЈыныЈ теЈдеуі.

иткізгіштен элементар цилиндрлік кйлем бйліп алайы›. ОныЈ кедергісі . Джоуль-Ленц заЈы бойынша уа›ыт ішінде осы кйлемніЈ бйліп шы“аратын жылуы

Бірлік уа›ытта, бірлік кйлемнен бйлініп шы“атын жылу мйлшері токтын меншікті жылулы› ›уаты деп аталады. Ол мына“ан теЈ:



(15)

Ом заЈыныЈ дифференциаль формасын жЩне ›атынасын ›олдана отырып, аламыз



(16)

(15), (16) теЈдеулер Джоуль-Ленц заЈыныЈ дифференциаль формасы. Оны т±ра›ты жЩне айнымалы ток›а жЩне кез келген йткізгішке ›олдану“а болады.

Біз біртекті тізбек бйлігіне арнал“ан Ом заЈын ›арастырды›. Енді біртекті емес тізбек бйлігіне арнал“ан Ом заЈын ›арастырайы›. Егер ток ›оз“алмайтын йткізгіштіЈ 1 бйлігінен 2 бйлігіне йтсін, осы кездегі барлы› кЇштердіЈ ж±мысы болсын. уа›ыт ішінде йткізгіштен йтетін заряд -ге теЈ. Осы зарядты 1-2 йткізгіш учаскесінде тасымалдайтын кЇштердіЈ ж±мысы (4) теЈдеуге сЩйкес мына“ан теЈ:

(17)

Электр ›оз“аушы кЇш -де, ток кЇші сия›ты скаляр шама. Егер э.›.к. оЈ зарядтардыЈ ›оз“алыс ба“ытына кймектессе, онда , ал ›оз“алыс›а кедергі келтірсе, онда .



уа›ыт ішінде йткізгіштен бйлініп шы“атын жылу

(18)

(17), (18) теЈдеулерден, аламыз



(19)

Осыдан


(20)

(19), (20) теЈдеулербіртекті емес тізбек бйлігіне арнал“ан Ом заЈыныЈ интегральды формасы. Егер берілген тізбек бйлігінде ток кйзі болмаса (), онда



Егер электр тізбегі т±йы› болса, онда



м±нда“ы -тізбектегі э.›.к., ал - тізбектіЈ толы› кедергісі. Жалпы тЇрде , - ток кйзініЈ ішкі кедергісі, - сырт›ы бйлік кедергісі. Сонды›тан берілген тізбекке арнал“ан Ом заЈы мына тЇрде болады: . Егер тізбек т±йы› болмаса, онда ток жо›, ендеше Ом заЈына сЩйкес .

(14) теЈдеу бойынша берілген Ом заЈын кез келген кЇрделі тізбек Їшін ›олдану“а болады. Біра› та, бірнеше тарма›тал“ан т±йы› тізбек Їшін ›олдану йте ›иын. Ондай тізбектерге Кирхгоф ережелерін ›олданамыз. ®штен кем емес йткізгіштердіЈ ›иылыс›ан нЇктесін тЇйін деп атайды. ТЇйінге кіретін токтар оЈ, ал тЇйіннен шы“атын токтар теріс деп есептеледі.

КирхгофтыЈ І-ші ережесі: тЇйіндегі токтардыЈ алгебралы› ›осындысы нольге теЈ:



2-сурет


Мысалы, 2-суретте кескінделген тЇйін Їшін КирхгофтыЈ І-ші ережесін былай жазамыз:

КирхгофтыЈ І-ші ережесі электр зарядтарыныЈ са›талу заЈынан шы“ады. Шынында да, йткізгіштіЈ бірде бір жерінде жЩне оныЈ бірде бір бйлігінде электр зарядтары жина›талып ›алмауы керек. Олай болмаса, токтар т±ра›ты бола алмайды.

КирхгофтыЈ ІІ-ші заЈы Ом заЈынан шы“ады. ®ш бйліктен т±ратын контурды ›арастырайы› (3-сурет). Контурда“ы оЈ ба“ыты ретінде са“ат тілініЈ ба“ытын аламыз. Контур ба“ытымен ба“ыттас барлы› токтар оЈ, ал о“ан ›арама-›арсы токтар теріс деп есептеледі. Ток кйздерініЈ э.›.к. оЈ болады, егер олар тудыр“ан ток контур ба“ытымен ба“ыттас болса.

3-сурет
Ом заЈын ›олдана отырып, жазамыз:



Осы теЈдеулерді мЇшелеп ›осып, аламыз



(21)

(21) – КирхгофтыЈ ІІ заЈыныЈ теЈдеуі: Тарма›тал“ан электр тізбегініЈ кез келген т±йы› контурында“ы ток кЇші мен кедергініЈ кйбейтіндісініЈ алгебралы› ›осындысы осы контурда кездесетін э.›.к. алгебралы› ›осындысына теЈ.



(22)

Тексеруге арналан с±ратар:

  1. Ток ты“ызды“ы жЩне ток кЇші.

  2. Тізбек бйлігіне арнал“ан Ом заЈы.

  3. иткізгіштердіЈ кедергілері. иткізгіштер кедергілерініЈ температура“а тЩуелділігі. Ас›ын йткізгіштік.

  4. Ток кйздерініЈ электр ›оз“аушы кЇші.

  5. Толы› тізбекке арнал“ан Ом заЈы. Тарма›тал“ан электр тізбектері.

  6. Кирхгоф ережелері.

  7. Дифференциаль формада“ы Ом жЩне Джоуль-Ленц заЈдары.

ДЩріс № 8


Контактілі потенциалдар айырмасы. Термоэлектрлік ›±былыстар.

Газда“ы жЩне плазмада“ы электр тогы.


Шы“у ж±мысы ЩртЇрлі екі йткізгішті ›арастырамыз, олар бір-бірімен электрлік контактіде болады (1 а-сурет). иткізгіштер температуралары бірдей.

иткізгіштер беттері эквипотенциальды, сонды›тан, шы“у ж±мысы ЩртЇрлі бол“ан кезде, мысалы болса, онда йткізгіштен тыс, біра› йткізгіш бетіне жа›ын жердегі екі жЩне нЇктелері арасында потенциалдар айырмасы пайда болады (1 а-сурет). Б±л айырма сырт›ы контакті айырмасы деп аталады (1 а-сурет):

. (1)

иткізгіштер арасында“ы саЈылауда Щлсіз электр йрісі пайда болады.

ТЇйісетін металдардыЈ энергетикалы› диаграммасын ›арастырайы›. 2-суретте осы металдардыЈ тЇйіскенге дейінгі энергетикалы› диаграммасы кескінделген, олардыЈ сипаттамалары: , . ТЇйіскеннен кейінгі металдарда“ы энергияныЈ таралуы 2 б-суреттегідей болуы керек. Химиялы› потенциалдардыЈ тепе-теЈдігін тепе-теЈдік шарты етіп аламыз. БіздіЈ жа“дайымызда б±л Ферми деЈгейі. Ферми деЈгейі теЈескенше электрондар бірінші металдан екінші метал“а йтеді (2 в-суретті ›ара). МатериалдыЈ сипаттамалары - шы“у ж±мысы жЩне Ферми деЈгейініЈ мЩні екінші металл диаграммасыныЈ тймен ›арай тЇсуіне алып келеді. изініЈ біраз электрондарын берген екінші металл - оЈ, ал электрондар ›осып ал“ан бірінші металл теріс зарядталады. ОлардыЈ арасында ішкі потенциалдар айырмасы пайда болады (2 в-суретті ›ара, онда“ы - ішкі контактілік потенциалдар айырмасы).

2 – сурет Екі металдыЈ энергетикалы› диаграммасы :

а) контакт жо›; б) контактіде тепе-теЈдік жо›; в) тепе-теЈдік жа“дайында (- металдардыЈ йткізгіштік зоналарыныЈ тЇбі).

. (2)

Шдетте  вольттіЈ оннан бір бйлігі немесе бір вольт, – милливольт, біра› техникада ішкі контактілік потенциалдар айырмасы кеЈ ›олданыс табуда.

Классикалы› физика ішкі контактілік потенциалдар айырмасыныЈ пайда болу себебін металдарда“ы йткізгіш электрондар концентрациясыныЈ ЩртЇрлі болуымен тЇсіндіреді: , жЩне ᱓ан еш›андай ›арама-›айшылы› жо›, себебі электрондар концентрациясына байланысты болады.

Бірнеше металдарды тЇйістіргендегі ішкі контактілік потенциалдар айырмасыныЈ неге теЈ екендігін аны›тайы› (2 б-суретті ›ара): (3)

м±нда“ы ; жЩне т.б.

Барлы› тізбектіЈ контактілік потенциялдар айырмасы аралы› екінші жЩне Їшінші металдар болма“ан кездегі сия›ты болады. Егер тізбек т±йы›тал“ан болса, онда контактілік потенциялдар айырмасы нйлге теЈ болады. Б±л дЩнекерленген (контактіленген) металдар температурасы бірдей бол“ан кезде орындалады.





  1   2   3   4   5


©netref.ru 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет