|
|
механика. ЭЛМАГ 11-20 АЯ. Еквипотенциалды беттіктер. Потенциал мен ріс кернеулігіні байланысы
Еквипотенциалдық беттіктер. Потенциал мен өріс кернеулігінің байланысы.
Потенциалдың таралуын график жүзінде бейнелу үшін эквипотенциал беттер пайдаланылады. Эквипотенциал беттер дегеніміз барлық нүктесінде потенциалдары бірдей мәнде болатын беттер.
Көбіне эквипотенциал беттерді екі көрші эквипотенциал беттердің арасындағы потенциалдар айырымы бірдей болатындай етіп жүргізеді. Сонда эквипотенциал беттердің қалыңдығы әртүрлі нүктедегі өріс кернеулігін көрнекі етіп сипаттайды. Осы беттер қалың орналасқан жерде өріс кернеулігі үлкен. Суретте үзік сызықтармен күш сызықтары, тұтас сызықтармен эквипотенциал беттердің қимасы: оң нүктелік заряд (а), диполь (б), екі аттас заряд (в) күрделі конфигурациялы зарядталған металл өткізгіш (г) үшін бейнеленген .
Нүктелік заряд үшін  потенциал , сондықтан эквипотенциал беттер концентрлік сфера болады. Екінші жағынан кернеулік сызықтар радиал түзулер болады. Сонымен кернеулік сызықтары эквиотенциал беттерге перпендикуляр.
Барлық жағдайда векторы эквипотенциал бетке перпендикуляр және 2)барлық уақытта потенциалдың кему бағытына қарай бағытталғанын көрсетуге болады.
12. Электрстатикалық өрістегі өткізгіштер. Өткізгіштің көлемінде және оның беттігіне жақын
аймақтағы электр өрісі. Өткізгіш–вакуум шекарасындағы шектеулік шарттар.
Электростатикалық өрістегі өткізгіштер. Өткізгіште заряд тасушылар өте аз күштің әсерінен қозғала алады. Сондықтан өткізгіштегі зарядтардың тепе-теңдігі тек төмендегі шарттар орындалғанда ғана байқалады:
Өткізгіш ішінің барлық жеріндегі өріс кернеулігі нольге тең болуы керек:
Өткізгіш бетінің әрбір нүктесіндегі өріс кернеулігі бетке нормаль бойымен бағытталған болуы керек:
Демек, тепе-теңдік жағдайында өткізгіштің беті эквипотенциалды болады.
Егер өткізетін денеге аздаған q заряд берсек, онда ол тепе-теңдіктің шарттары орындалатындай болып таралады. Дене шегінде толық қамтылған кез келген тұйықталған бетті ойша елестетейік. Зарядтардың тепе-теңдік кезінде өткізгіш ішіндегі кез келген нүктеде өріс болмағандықтан, бет арқылы өтетін электрлік ығысу векторының ағыны нольге тең болады. Гаусс теоремасына сәйкес беттің ішіндегі зарядтардың алгебралық қосындысы да нольге тең болады. Бұл өткізгіштің ішінен қалауымызша жүргізілген кез келген өлшемдегі көлем үшін орынды. Демек, тепе-теңдік кезінде өткізгіштің ішіндегі ешбір жерде артық заряд болуы мүмкін емес, олардың барлығы өткізгіштің бетінде белгілі бір тығыздықпен орналасады.
Өткізгіштің (жеке оқшау өткізгіштің) электрлік сыйымдылығы – өткізгіштен шексіз қашықтықта орналасқан нүктенің электр потенциалы нөлге тең деп қабылданған және басқа барлық өткізгіштер шексіз қашықтықта орналасқан деп ұйғарған жағдайда (жеке оқшау өкізгіш деп аталады) өткізгіш зарядының (Q) оның электр потенциалы (U) қатынасына тең скаляр шама:
С = Q/U.
Жеке оқшау өткізгіш үшін электр сыйымдылық өткізгіштің өлшемдеріне, пішініне, сондай-ақ оқшаулаушы ортаның диэлектрикөтімділігіне (ɛr) тәуелді болады. Екі өткізгіш арасындағы электрлік сыйымдылық (екі өткізгіштің өзара электрлік сыйымдылығы) – өткізгіштер зарядтарының мәндері бірдей, ал таңбалары қарама-қарсы болған жағдайда және басқа барлық өткізгіштер шексіз қашықтықта орналасқан кезде өткізгіштің біріндегі зарядтың абсолюттік мәнінің осы екі өткізгіштің электр потенциалдары айырымыныңқатынасына тең скаляр шама:
С = Q/(ɸ1–ɸ2).
Вакуумдағы электростатикалық өріс үшін гаусс теоремасы. Электростатикалық өрістердің суперпозициялары принципінің көмегімен электр зарядтары жүйесі өрісінің кернеулігін есептеуді, еркін тұйық бетке толассыз электр өрісінің кернеулік векторының ағынын анықтауға болады. Q нүктелік зарядын қамтитын, r радиусын сфералық бетіне толассыз кернеулік веторының ағыны:
13. Электрлеу құбылысы. Электрстатикалық қорғау.
14. Электрсыйымдылық. Конденсаторлар. Әртүрлі геометриясы бар конденсаторлардың электрсыйымдылығы (жазық, цилиндрлік, сфералық конденсаторлар).
Электр Сыйымдылық – өткізгіштің немесе өткізгіштер жүйесінің электр зарядтарын жинау және ұстап тұру қабілетін сипаттайтын физикалық шама. Өткізгіштің (жеке оқшау өткізгіштің) электрлік сыйымдылығы – өткізгіштен шексіз қашықтықта орналасқан нүктенің электр потенциалы нөлге тең деп қабылданған және басқа барлық өткізгіштер шексіз қашықтықта орналасқан деп ұйғарған жағдайда (жеке оқшау өкізгіш деп аталады) өткізгіш зарядының (Q) оның электр потенциалы (U) қатынасына тең скаляр шама:
С = Q/U.
Жеке оқшау өткізгіш үшін электр сыйымдылық өткізгіштің өлшемдеріне, пішініне, сондай-ақ оқшаулаушы ортаның диэлектрик өтімділігіне (ɛr) тәуелді болады. Екі өткізгіш арасындағы электрлік сыйымдылық (екі өткізгіштің өзара электрлік сыйымдылығы) – өткізгіштер зарядтарының мәндері бірдей, ал таңбалары қарама-қарсы болған жағдайда және басқа барлық өткізгіштер шексіз қашықтықта орналасқан кезде өткізгіштің біріндегі зарядтың абсолюттік мәнінің осы екі өткізгіштің электр потенциалдары айырымының қатынасына тең скаляр шама:
С = Q/(ɸ1–ɸ2).
Екі өткізгіштің өзара электр сыйымдылығы олардың өлшемдеріне, пішіндеріне, өзара орналасуына және олардың арасындағы ортаның диэлектрик өтімділігіне (ɛr) тәуелді болады. Электрлік сыйымдылық тың бірліктердің халықаралық жүйесіндегі өлшем бірлігі – фарад (Ф). Электрлік сыйымдылықты өлшеу үшін сыйымдылық өлшеуіштерді пайдаланады.
Егер заряды бар өткізгішке басқа дене жақындатса, онда оның бетінде индукцирленген (өткізгіште) немесе байланысқан зарядтар (диэлектрикте) пайда болады. Бұл зарядтар заряды жасайтын өрісті нашарлатады, сонымен қатар өткізгіш потенциалын кемітіп және оның электр сыйымдылығын артырады.
Конденсатор – бұл модулі бойынша тең, таңбасы қарама қарсы зарядпен зарядталған екі өткізгіштен (астарлар) тұратын жүйе, олардың формасы мен орналасуы мынадай, астар арасындағы жіңішке кеңістік саңлауда өріс жинақталатындай болып орналасқан.
Конденсаторлардың жалғауы.
Конденсаторлардың жалғануы: Сыйымдылықты арттыру үшін конденсаторларды параллель қосады. Бұл кезде конденсаторлардың аттас зарядталған жапсарлары бірге қосылады,немесе параллель жалғағанда кернеу бірдей және тізбектің кернеуіне тең, яғни U=U1=U2=…=Un болғандықтан С=С1+С2 немесе С=C1+C2+…+Cn
Конденсаторларды тізбектей жалғаған кезде барлық конденсаторлардағы заряд бірдей болады және олардың әр аттас зарядталған жапсарлары қосылады.Әрбір конденсатордың кернеуі; Конденсатордың жалпы кернеуі U=U1+U2+…+Un
Ажыратқыш конденсатор (Разделительный конденсатор) — күшейткіш каскадтарды немесе сигнал көзін күшейткіш каскад кірісінен ажыратып, тұрақты токты өткізбей, тек айнымалы сигналды өткізетін конденсатор. Күшейткіш каскадтар арасында ажыратқыш конденсатор алдыңғы каскадтың шығысынан келесі каскадтың кірісіне кернеу немесе токтың тұрақты құрастырушысын бөгеп өткізбей, тек күшейтілген сигналдың айнымалы құрастырушысын еркін өткізіп жіберуі тиіс. Ажыратқыш конденсатор ретінде олардың қосылу полярлығын сақтай отырып, оқшаулау кедергісі өте үлкен диэлектриктерді (қағаз, пластмасса немесе слюда) және ылғалдан қорғалған конденсаторларды қолданған жөн. Олардың сыйымдылығы бірнеше мың пикофарад болуы мүмкін. Сондай-ақ ажыратқыш конденсатор электронды-сәулелік аспаптың бейнеленетін, берілген немесе түрлендірілетін кескіннің ұсақ бөліктерін айырып тану қабілетін сипаттайды. Қабылдағыш электронды сәулелік аспаптарда ажыратқыш конденсатор ажыратылып көрінетін немесе кескіннің берілген айқындылығына сәйкес келетін кескін элементтерінің өлшемі немесе санымен анықталады. ЭСА экранында электрондық сәуле сызып шығатын сызық енімен; биіктік, диоганаль немесе экран диаметрі бойынша не ұзындық бірлігіндегі жеке бейнеленетін сызықтардың (штрихтардың) ең үлкен санымен; жолдағы кескін элементтерінің максималды санымен сипатталады. ЭСА-да Ажыратқыш конденсаторды теледидарлық сынақ кестесінің берілетін кескініндегі оны жоғары ажыратушы күші бар видеобақылау құрылғысының экранында қайталап шығарғанда айырылып танылатын күңгірт және ашық енсіз жолақтар ("сызықтар") саны бойынша бағалайды.
Айнымалы конденсатор (Переменный конденсатор) — сыйымдылығын белгілі шектерде өзгертуге болатын конденсатор. Айнымалы конденсатор жеке және баптау конденсаторлары (триммерлер) деп бөлінеді. Айнымалы конденсатордың сыйымдылық өзгөрісін механикалық түрде (кең тараған) немесе электрлік әдіспен (варикондтар және варикаптар) басқаратын түрлері бар. Айнымалы конденсатор вакуумдік, ауалық және керамикалық t болып, сондай-ақ бір бөлімді және көп бөлімді болып бөлінеді. Вакуумдік Айнымалы конденсаторды, негізінен, бірнеше киловольт кернеулерде қуатты, қысқа толқынды радиотаратқыштарда қолданады. Төменгі кернеулерде (бірнеше жүздеген В-қа дейін) ауалық aйнымалы конденсаторды пайдаланады. Мысалы, радио өлшеуіш аппаратурада РЭА-ның тербеліс контурларының жиілігін реттеу, келтіру және баптау үшін қолданады.
Электрстатикалық өрістегі диэлектриктер. Үіектелген заріадтар. Үіектелімдік. Үіектеу векторы.
Диэлектрик (dielectric) — поляризацияға қабілеттілігі негізгі электрлік қасиеті болып табылатын, металлдар мен шалаөткізгіштерге қарағанда электр тогын нашар өткізетін, үлестік электр кедергісі өте үлкен (j = 10^6/10^16 Ом • м) қатты, сұйық және газ тәріздес заттар. Газ тәрізді диэлектриктер туралы негізгі мәліметтер Газ тәрізді диэлектриктерге барлық газдар және ауа жатады. Көптеген газдарды газ толтырылған конденсаторларда, жоғары кернеуліктегі ауа ажыратқыштарда және басқа электртехникалық қондырғыларда диэлектриктер ретінде қолданады. Ауа барлық электрлік қондырғыларды айнала қоршайды және диэлектрик сияқты олардың жұмысының сенімділігін анықтайды. Сол сияқты, фарфорлы немесе әйнекті изоляторлар көмегімен діңгекке бекітілген жоғары кернеуліктегі электрбергіш сым тораптары бір-бірінен ауа қатпарымен оқшауланған. Кейде ауа қатпарында ашық күлгін жарық - электрлік тәж бақыланады. Электрлік тәж ауаның электризоляциялық қасиеттерінің нашарлауы барысында немесе жоғары кернеуде ауаның әрекет етуі барысында пайда болады және энергияның шығынына әкеледі. Бұл құбылыспен күресу қажет. Әсіресе, жұмыстың жарамсыз жағдайында қатты изоляцияның ішінде газды қосылғыштар (ауа көпіршіктері) пайда болады. Көптеген газдардың диэлектрлі өткізгіші 1-ге жақын, ал қатты диэлектриктердікі 2-8-ге дейінгі аралықта. Мұның нәтижесінде қатты изоляция ішіндегі газды қосылғыштар кернеулер әсерінде болады, бүл олардың иондалуына әкеледі, яғни, электрлік зарядталған бөлшектер көп түзіледі. Бұл изоляцияда тесіктің пайда болуына және электрлі машиналардың, аппараттың, кабельдің істен шығуына әкеледі. Қатты немесе сұйық диэлектриктердің ішіндегі газды қосылғыштарда жергілікті тесік пайда болуын жартылай разряд деп атайды. Қалыпты жұмыс жағдайында газ тәрізді диэлектриктердің өте аз өткізгіштігі және диэлектрлік шығындары болады Сұйық диэлектриктер туралы негізгі мәліметтер Сұйық диэлектриктерді электртехникалық қондырғыларда кең қолданады. Олармен күш трансформаторларының ішкі кеңістігін толтырады. Электрқұралдарға вакуум астында құйылатын сұйық диэлектриктер оралмалардың кеуекті изоляциясын жақсы сіңіреді. Сонымен қатар сұйык диэлектриктер жылу өткізгіш орта рөлін атқарады. Трансформатордағы изоляциялық май орамаларда қыздырылады, кейіннен трансформатор багының суық қабырғаларына өтіп, оларға алынған жылуды береді. Майлы ажыратқыштарда сұйық диэлектрик тек ток өткізуші бөлшектерді оқшаулап қана қоймай, сонымен бірге электрлік доғаны сөндіретін орта рөлін де атқарады.
Сұйық диэлектриктер ретінде мұнайлы электризоляциялық майлар кең тарап отыр, олар үш топқа бөлінеді.
1. Трансформаторлар және жоғары вольтті ажыратқыштар үшін. 2.Конденсаторлардың қағаз изоляциясын сіңдіру үшін. 3. Жоғары вольтті кабельдер үшін.
Синтетикалық майларды сирек қолданады:
1.Совол. 2.Совтал. 3.Кремний органикалық сұйықтықтар.
Сұйық диэлектриктердің электрлік өткізгіштігі ондағы иондардың орын ауыстыруында, олар диссоциация нәтижесінде пайда болады. Эксплуатациядағы ластанған сұйық диэлектриктер, ионды электрлік өткізгіштен басқа коллоидқа ие. Сұйық диэлектриктердің электрлік беріктігі ондағы судың коллоидты бөлшектеріне байланысты. Электрлі күш әсерінен судың зарядталған бөлшектері немесе қара майлы заттар тізбек түрінде құрылады. Судың коллоидты бөлшектеріне қарай газ көпіршіктері де жүреді. Бұл жағдайда диэлектриктің тесілуі газ каналында жүреді. Сұйық диэлектриктердің электрлі сипаттамаларын арттыру үшін оны түрлі ластанудан және ылғалдан тазалайды, сондай-ақ газсыздандырады.
Әрбір диэлектрик үшін диэлектрикті ойып-тесетін сыртқы электр өрісі кернеулігінің шектік мәні бар.[1] Поляризация түріне қарай диэлектрик екі топқа бөлінеді: активті және пассивті. Активті диэлектриктерге сегнетоэлектриктер, пъезоэлектриктер мен электриктер жатады. Қалған диэлектрик пассивті деп аталады.
Қозғалмайтын нүктелік зарядтар жүйесінің энергиясы.
18. Электр өрістегі зарядтардың қозғалуы. Электр тогы. Тізбектің учаскесі үшін Ом заңы.
Электр тогы деп электр зарядтарының реттелген қозғалысын айтады.
Өткiзгiштегi оң зарядталған бөлшектердiң қозғалыс бағыты электр тогының бағыты ретiнде алынады.
Ток күшi деп аталатын скалярлық шама I электр тогының сандық сипаттамасы болады. Өткiзгiштiң көлденең қимасы арқылы бiр уақыт аралығында тасымалданатын заряд мөлшерiн ток күшi дейдi. Егер өткiзгiштiң көлденең қимасы арқылы Δt уақыт аралығында Δq заряды тасымалданса, ток күшi
тең болады.
Халықаралық бiрлiктер жүйесiнде СИ ток күшi ампермен (1 А) өлшенедi. Ол француз ғалымы Андре Мари Ампердiң атымен аталады.
Өткiзгiштегi ток күшiнiң ток тасушылар концентрациясына n, олардың бағытталған қозғалысының жылдамдығына v, өткiзгiштiң қимасының ауданына S және әрбiр ток тасушының тасымалдаған зарядына q тәуелдiлiгi мынадай болады:
I = qnvS. (5.2)
Немiс физигi Георг Ом ток күшi тiзбектiң бөлiгiндегi кернеуге тура пропорционал екенiн тапты:
IU .
Ол өткiзгiштi басқа өткiзгiшпен ауыстырғанда тiзбектегi кернеу дәл сондай, ал ток күшi өзгеше болатынын байқады. Демек, әр түрлi өткiзгiштер тiзбектегi ток күшiн әр түрлi шектейдi. Тәжiрибелер нәтижелерiн математикаша былай жазуға болады:
 немесе 
мұндағы  -пропорционал коэффициентi, ол өткiзгiштердiң қасиетiне тәуелдi. Өткiзгiштiң тiзбектегi ток күшiн шектеу қасиетiн сипаттайтын шама кедергi деп аталады. Еркiн электрондардың кристалл торының иондарымен соқтығысуы өткiзгiш кедергiсiне себеп болады.
(5.3) өрнегi бойынша, ток күшi тiзбек бөлшегiндегi кернеуге тура пропорционал және сол бөлшектiң кедергiсiне керi пропорционал болады (5.1 сурет):
|
5.1-сурет
| (5.3) формула тiзбектiң бөлiгi үшiн Ом заңын өрнектейдi [Видеоматериал].
Ом заңы бойынша өткiзгiш кедергiсi өткiзгiштiң ұштарындағы кернеудiң ток күшiне қатынасына тең:
 . (5.4)
Халықаралық бiрлiктер жүйесiнде СИ кедергi оммен (1 Ом) өлшенедi:
 .
19. Зарядталған өтікізгіш пен конденсатордың энергиясы.
20. Кедергінің температураға тәуелділігі.
Кедергінің температуралық тәуелділігі.
Көптеген жағдайларда меншікті кедергінің өзгерісі (сонымен бірге кедергі) температурамен сызықтық заңдылықпен сипатталатындығы тәжірибе жүзінде айқындалды:
 немесе 
Мұндағы p және p₀ , R және R₀-сәйке t және 00С ( Цельций шкаладағы), өткізгіштің меншікті кедергісі мен кедергісі, α- кедергінің температуралық коэффициенті.
Металдардың электрлік кедергісінің температураға тәуелділігіне термометрлердің кедергісінің әсері негізделген.
Көптеген металдардың кедергісі әр затқа тән Tк (0,14-20К) критикалық деп аталатын өте төмен температурада секірмелі нольге дейін төмендейді және металл абсолют өткізгіш болады. Бұл құбылыс төтенше өткізгіштік деп аталады |
|
|
Скачать 173 Kb.