тұрақты электр тогы. Тұрақты электр тогы. Траты электр тогы
 Скачать 20.67 Kb.
|
|
Тұрақты электр тогы. Зарядталған бөлшектердің реттелген қозғалысы электр тогы деп аталады. Электр тогы еркін электрондардың немесе иондардың реттелген орын ауыстыруы кезінде ғана пайда болады. Дегенмен, егер бейтарап тұтас дене орын ауыстырса, ондағы қисапсыз көп электрондар мен атом ядроларының реттелген қозғалысына қарамастан, электр тогы пайда болмайды. Бұл жағдайда өткізгіштің кез келген қимасы арқылы орын ауыстыратын толық заряд нөлге тең, өйткені таңбалары әр түрлі зарядтар бірдей орташа жылдамдықпен орын ауыстырады. Электр тогының белгілі бір бағыты болады. Токтың бағытына оң зарядталған бөлшектердің қозғалыс бағыты алынады. Егер ток теріс зарядталған бөлшектердің қозғалысынан пайда болса, онда ток бағыты бөлшектер қозғалысының бағытына қарама – қарсы деп саналады. Ток күші (І) электр тогын сипаттайтын шама. өткізгіштің көлденең қимасынан бүкіл уақыт ішінде ағып өтетін заряд санын ток күші деп атайды: I=dq/dt. Ток күші ампермен (А) өлшенеді 1А=1Кл/1с. Көлемі V, көлденең қимасы S цилиндр тәрізді өткізгіш алайық. Өткізгіштің ішінде бос жүрген электрондардың заряды е, ал бірлік көлемдегі бос электрондар саны n болсын. Егер осы өткізгішке электр өрісімен әсер етсе, онда бос электрондар бір бағытта үдей қозғала бастайды, электрондардың үдей қозғалғандағы орташа жылдамдығын v делік. Сонда dt уақыт ішінде осы өткізгіштен ағып өтетін электр заряды (dq) мынаған тең: dq=e*nV=enSvdt, сонда ток күші I=dq/dt=enSvdt/dt=enSv. Уақыт бірлігі ішінде өткізгіштің көлденең қимасынан бірдей мөлшерде заряд тасымалдаушылар өтіп жатса, мұндай электр тогын тұрақты электр тогы деп атайды.Ал ток тығыздығын J=I/S=enSv/S=env. Электр өрісіне орналасқан электронға Ғ=еЕ күші әсер етеді де, ол үдеуге a=F/m=eE/m ие болады. Сондықтан екі соқтығысу аралығындағы электрон жылдамдығы өзгеріп, дәлірек айтқанда өсіп отырады Осы арада электр тогының табиғатын жете түсіну үшін заряд тасушылардың концентрациясы және олардың қозғалысымен байланысты кейбір құбылыстарды айта кетуге болады. Металдар ішіндегі бос электрондар еркін қозғалып жүреді. Әлдебір себептермен электрон металдан сыртқа шығатын болса, онда металл оң зарядталады да шығып кеткен электронды қайтадан өзіне тартып алады. Алайда басқа электрон сыртқа «ыршып» шығады. Сөйтіп, металдың айналасында электрон «бұлты» пайда болады. Бұл электрон «бұлты» электрондардың сыртқа шығуына кедергі жасаса, екінші жағынан оң зарядталған тор иондары электронды өзіне тартып жібермейді. Электрон осы екі күшті жеңіп сыртқа шығуы үшін шығу жұмысы атқарылуы тиіс А=еφ, мұндағы φ- шығу потенциалы, ол металл мен оны қоршаған ортаның потенциалдар айырмасы болып саналады. 1797 жылы Вольта екі түрлі металл алып, оларды біріне-бірін түйістірген. Сонда бір металдың оң, екіншісінің теріс зарядталғанын байқаған. Екі металдың арасында потенциалдар айырмасы пайда болады. Бұл құбылыс былайша түсіндіріледі. Айталық, бірінші металдың шығу жұмысы А1, екіншісінікі – А2*А1>А2 делік. Сонда шығу жұмысының шамасы аз металдың электрондары шығу жұмысының шамасы көп металдарға қарағанда тезірек өтіп кетеді. Электронынан айырылған металл оң зарядталады да, электрон қабылдаған металл теріс зарядталады. Біздің мысалымызда 2-металл оң зарядталады да, 1-металл теріс зарядталады. Көптеген тәжірибелердің нәтижесінде Вольта екі заң тұжырымдады: 1) металдарды түйістірген кезде пайда болатын потенциалдар айырмасы металдардың химиялық табиғатына және олардың температурасына байланысты; 2) бірнеше металды түйістіргенде пайда болатын потенциалдар айырмасы тек екі шеткі металдың табиғаты мен температурасына байланысты болады да, ортадағы металдардың саны мен табиғатына байланысты болмайды. Екі түрлі металдан істелген өткізгіштен тұйық тізбек жасап, оның бір жапсарын қыздырып, екіншісін суытсақ, онда ол тізбектен ток жүргенін байқауға болады. Бұл термопараның жұмыс істеу принципі болып табылады. Тұйық тізбектің бір жапсарын қыздырып, екіншісін суытқанда Зеебек эффектісі байқалады. Термопара көмегімен өте жоғары немесе өте төмен температураны өлшеуге болады. Ол үшін екі түрлі өткізгіш алып олардан тұйық тізбек жасайды. Тізбектің бір жапсарын (b) еріп тұрған мұзға салады да, екіншісін (а) температурасы өлшенетін затқа салады. Температуралары бірдей екі түрлі металл өткізгіштен тұйық тізбек жасап, одан ток жіберсек, тізбектің бір жапсары қызады да, екіншісі суиды, бұны Пельте эффектісі деп атайды. Бұл эффект тоңазытқыштарда қолданылады. Металдағы және вакуумдағы электр тогы. Классикалық электрондық теорияның негізгі қағидалары мен тәжірибелік дәлелдемелері, орта мектеп бағарламаласы бойынша, осы тақырыпта оқытылады. Көп уақыт бойы мәселені оқыту керектігі талас туғызып келген болатын. Қазір ол бағдарламаға қосылғанымен, материалдың қандай дәрежеде берілу керектігі әдіскерлер арасында айтыс туғызуда. Бағдарламада мәселені формулалар қолданбай-ақ тек сапа жағынан ғана қарастыру көзделген. Дегенмен, кейбір әдіскерлер 10-сыныпта қарапайым есептеулерді, материалды түсіндіруге қажетті формулаларды, формулаларға енетін шамалардың физикалық мағынасын қосуды тиімді деп есептейді. Қалай болғанда да мұғалім материалды жақсы меңгерген болуы тиіс, онсыз материалды сапалық тұрғыдан да түсіндіруі қиын. Материалдың электр өткізгіштігінің теоиясын 1900 жылы алғаш жасаған П. Друде болғанымен, оны жетілдірген Г.А. Лоренц болды. Әр түрлі зат-тардың электрлік қасиетін олардағы электрондардың қозғалысы арқылы түсіндіру электрондық теорияның мазмұнын құрайды. Классикалық электрондық теория мынадай қағидаларды басшылыққа алады: Электрондардың қозғалысы классикалық механика заңдарына бағынады. Электрондар бір-бірімен әсерлеспейді. Электрондар тек кристалдық тордағы иондармен әрекеттеседі, әрекет-тесуі – олардың тек соқтығысуы ғана. Соқтығысулар аралығында электрондар еркін қозғалады. Денедегі еркін электрондар идеал газ тәрізді электрондық газ түзеді, электрондық газ да энергияның еркіндік дәрежесіне қарай бір қалыпты таралу заңына бағынады. Сонан соң 1 батареясынан алынатын кернеуді потенциометр көме-гімен 10 В-тан өсіре отырып, анодтық токтың сәйкес мәндерін жазамыз. Тіпті тақтаға кесте сызуға болады. Алынған кесте көмегімен график салынады Катодтың температурасын өсіріп (Т2 >Т1) тағы бір сипаттаманың графигін салуға болады. Сонан соң алынған тәуелділік талқыланады. Анодтық кернеудің (Uа) төменгі мәндеріндегі токтың (Іа) өзгерісіне катод айналасындағы электрондық бұлттың (оны көлемдік заряд деп те атайды) әсері түсіндіріледі. Кернеудің белгілі мәнінен бастап, катодтан шығатын барлық электрондардың анодқа тартылып кетуіне байланысты анодтық ток қанығу мәніне жетеді, кернеуді әрі қарай өсіргенмен анод-тық ток өспейді. Катод температурасын өсіргенде тәуелділік сипаты сол күйінде қалатындығына оқушылардың назарын аударамыз. Вакуумдағы электр тогының кернеуге тәуелділігі металдардағы токтың кернеуге тәуелділігіне ұқсамайтындығын, металдардағы ток пен кернеу-дің байланысы Ом заңына бағынатындығын айтуға болады. Оқушыларға катод пен анод арасындағы электронның қозғалыс жылдамдығы жөнінде түсінік беріледі. Электрон вакуумда еш кедергісіз қозғала алатындықтан, электр өрісінің әсерінен ол үдемелі қозғалысқа түседі. Анодқа жеткен кездегі оның жылдамдығы максимальді. Егер анодтық кернеудің мәні 100 В болса, онда электрон анодқа жеткен кезде-гі оның кинетикалық энергиясы mv / 2 электр өрісінің жасаған жұмысына (еUа) тең , немесе = еUа , одан v= = 6 * 106 м/c Бұл жылдамдықты электрондардың металдағы жылдамдығымен салыстыруға болады. Термоэлектрондық эмиссия механизмін тура бақылауға болмайтын-дықтан, электрондық шам жөніндегі кинофильмдерді көрсету өте тиімді екендігін ескертеміз. Электронды-сәулелік түтікше. Электронды-сәулелік түтікшенің құрылысымен және оның жұмысымен оқушыларды таныстыру үшін электростатикалық басқарушы жүйелі осциллографиялық түтікшемен таныстырған тиімді. Кейбір физикалық кабинеттерде оның демонстра-циялық варианты да болуы мүмкін. Электронды-сәулелік түтікшенің құрылымын түсіндіру үшін оның схемалық кескіні (38-сурет) бейнеленген плакатты пайдалануға болады, өйткені түтікшенің өзінен оның жұмысшы бөліктерін ажыратып көрсету мүмкін емес. Электронды-сәулелік түтікше негізгі төрт бөліктен тұрады: жоғарғы вакуумды қолбадан, электрондық прожектордан, электрондық сәулені басқарушы жүйеден және люминесценттік экраннан. Электрондық прожекторға, оны электрондық зеңбірек деп те атайды, катод, басқарушы және фокустаушы электрондар мен анод енеді, оның негізгі қызметі-интенсивтілігі белгілі, фокусталған жіңішке электрондық сәуле жасау. Электрондық прожектор қалыпты жұмыс істейтін болса, экранның дәл ортасында, диаметрі миллиметрдің бөлігіндей болатын жарық нүкте беруі тиіс. Электрондық прожектордың шыққан электрондар шоғы экранға барар жолда конденсаторлар тәріздес, бірінен кейін бірі орналасқан, жазықтық-тары өзара перпендикуляр екі жұп пластиналар арасынан өтеді, бұл пластиналарды басқару жүйесі немесе ауытқытушы жүйе деп атайды. Плас-тиналардың бір жұбы, астарларының зарядына байланысты, электрондық сәулені вертикаль бағытта, ал екінші жұбы – горизонталь бағытта ығыстырады. Егер пластиналардың бірінші жұбына айнымалы кернеу берілсе экранда вертикаль жарық сызық пайда болады да, дәл сондай кернеу екінші жұбына берілгенде – горизонталь жарық сызық береді. Люминисценттік экран қолбаның ішкі жағынан, электрон шоғы келіп түскенде жарық шығаратын қасиеті бар зат (люминофор) жағы арқылы дайындалады. Ондай қасиеті бар заттар жөнінде болашақта айтылатын-дығы туралы ескерту керек. Электронды-сәулелік түтікшенің осы айтылған бөліктерін мектеп осциллографынан көрсетіп, электрондық вертикаль және горизонталь бағыттар бойынша жылжытуға болатындығын демонстрациялау керек. Электронды-сәулелік түтікшелердегі басқару жүйесі ретінде тек электростатикалық өріс ғана емес, магниттік өріс те қолданылатындығы айтылуы тиіс. Баяндауды электронды-сәулелік түтікшелердің осциллографтарда, кине-скоптарда, электрондық есептеу машиналарының дисплейлерінде және де басқа әр түрлі электрондық құрылғыларда қолданылатындығын айтумен аяқтаймыз. Тақырыпты бекіту үшін «электронды-сәулелік түтікше» деп аталатын, екі бөлімнен тұратын кинофильмді көрсетуге болады. Металл атомындағы валентті электрондар өте әлсіз байланысқан. Олар өз атомдарынан босанып шыққаннан кейін бос күйге түседі. Осы бос элек-трондардың металдан сыртқа шығуы электрондар эмиссиясы деп аталады. Металдардан электрондарды бөліп алудың бірнеше әдісі бар. Солардың бірі металды қыздыру. Металды қыздырғанда одан электрондардың бөлініп шығу құбылысын термоэлектрондық эмиссия деп атайды. Бұл құбылысты 1883 жылы Эдисон ашты. Егер осы электрондарды бір бағытта қозғалуға мәжбүр етсек, онда ток пайда болады, оны термоэлектрондық ток деп атайды. Термо-электрон құбылысын бақылау үшін ауасы сорылып алынып ( қысымы 10-6-10-7мм.сын.бағ.), ішіне екі электрод орнатылған шыны ыдыс қолданылады. Оны диод деп атайды. Электродтардың біреуі катод делінеді, ол өте нашар балқитын металдан (мысалы, вольфрам) жіп түрінде (спираль) жасалады. Катод ток көзі арқылы қыздырылады, сөйтіп одан электрондар бөлініп шығады. Ал анод цилиндр формалы металдан жасалады. Қыздыру батареясының көмегімен катод қызады да, одан электрондар бөлініп шығады. Катодтың айналасында электрон «бұлты» пайда болады.осы кернеудің жәрдемімен электрондар анодқа қарай жол тартады. Бұл кезде анод батареяның оң полюсімен жал-ғанады. Нәтижесінде, катодтан анодқа қарай бағытталған электр тогы пайда болады. |