Электростатика 2 страница

Салыстырмалы ылғалдылық φ [%] – берілген температурадағы ауа құрамындағы су буының парциал қысымының (тығыздықтың) сол температурадағы қаныққан бу қысымына (тығыздығына) қатынасы (процентпен берілген)

Шық нүктесі - су буының қаныққан буға айналу температурасы (шық түседі).

Ылғалдылықты анықтайтын құралдар:

а) Ламбрехт гигрометрі (эфирлі) (шық нүктесін анықтау үшін);

б) Шаш гигрометрі (әрекеті құрғақ шаштың ылғалдылыққа байланысты ұзындығының өзгеруі қасиетіне негізделген);

в) Психрометр (әрекеті ылғалды және құрғақ термометрлердің көрсетулерін салыстыруға негізделген).

Қатты денелердің механикалық қасиеттері

Қатты денелер сұйықтар сияқты өзінің көлемін ғана сақтап қоймайды, сонымен қатар пішінін де сақтайды. Олардың пішіні дұрыс болу себебі қатты денелердің атомдары немесе молекулалары кеңістікте белгілі орын алып реттеліп орналасқан кристаллдар құрайды. Физикалық қасиеттердің кристалл ішіндегі бағыттарға тәуелділігі анизотропия деп аталады (грек сөзі «анизос»- бірдей емес, «тропос» - бағыт).

  Кейбір заттар әртүрлі жағдайда аморфтық және кристаллдық қасиеттер білдіреді.  

Қатты денелер өзіне түсірілген күштің әсерінен пішіндерін өзгертеді, яғни деформацияланады. Сыртқы күштер әсері тоқталғаннан кейін толық жойылатын деформациялар серпімді деформация (созылу, сығылу ) деп аталады.

	Созылу деформацияның сипаттамалары: Δ l ‒ абсолюттік ұзару, салыстырмалы ұзару, Δl=l - l0; механикалық кернеу [Па], мұндағы Fс – серпімділік күші, S-дененің көлденең қимасының ауданы.
Созылу диаграммасы	ОА ‒ абсолюттік серпімді деформация аймағы (Гук заңы орындалады), σп.ш.- пропорционалдық шегі; серпімділік шегі; ВС ‒ материалдың аққыштық аймағы; беріктілік шегі.

Тәжірибе нәтижелері бойынша салынған созылу диаграммасынан шамалы деформацияларда σ-кернеу салыстырмалы ұзаруға тура пропорционал. Бұл тәуелділік Гук заңы деп аталады .

Мұндағы Е- пропорционалдық коэффициент, Юнг модулі немесе серпімділік модулі деп аталады (материалдың деформацияға қарсылығын сипаттайды), [Па].

Гук заңынан олай болса - қатаңдық коэффициенті дененің көлденең қимасының ауданына және бастапқы ұзындығына байланысты. Гук заңы орындалатын кездегі максимум кернеу пропорционалдық шек деп аталады. Кернеу σ_б.ш. беріктік шегі деп аталатын өзінің максимум шамасына жеткеннен кейін үзілу болады.

Дене қабаттарының бір біріне қатысты ығысуына байланысты деформацияның түрі ығысу деформациясы деп аталады. Тіреу нүктелерінде барлық бөренелер, детальдарды біріктіріп ұстап тұратын тойтарма шегелер мен бұрандалар ығысу деформациясына ұшырайды.

Деформацияның күрделірек түрлеріне иілу және бұралу жатады. Мысалы, жүк салынған бөрене иілуге ұшырайды. Болттарды бұрағанда, машина біліктері, бұрғылар айналғанда бұралу деформациясы орын алады.

Термодинамика (анықтама)

Термодинамика - термодинамикалық тепе-теңдік күйіндегі макроскопиялық жүйелердің жалпы қасиеттерін, күйлерге өту процестерін зерттейтін физиканың бөлімі. Термодинамикада термодинамикалық жүйе және термодинамикалық процестер ұғымы қолданылады. Термодинамикалық жүйе - бұл басқа денелердің әрекетінен оқшауланған физикалық денелердің жиыны.

Термодинамикалық процестер деп термодинамикалық жүйенің бір күйден екінші күйге өткенін айтады.

Ішкі энергия. Жылу мөлшері.

МКТ көзқарасы тұрғысынан макроскопиялық денелердің ішкі энергиясы U [Дж] - денені құрайтын бөлшектердің (молекулалардың, атомдардың, электрондардың, т.б.) хаосты қозғалыстары мен өзара әсерлесуінің энергияларының қосындысы.

Идеал газдың ішкі энергиясы оның молекулаларының тек жылулық қозғалысының кинетикалық энергияларының қосындысы болып табылады, өйткені идеал газ бөлшектерінің өзара әрекетін ескермеуге болады. Идеал газ - молекулалар арасындағы өзара әсер ескерілмейтін газ моделі. Сондықтан идеал газда молекулалардың потенциалдық энергиясы 0-ге тең

бір атомды идеал газдың молекуласының орташа кинетикалық энергиясын, N-молекуланың санына көбейтіп оның ішкі энергиясын есептеуге болады. Барлық молекулалардың кинетикалық энергиясы бірдей деп есептейміз (орташа кинетикалық энергия)

Біратомды идеал газдың ішкі энергиясы

Берілген газ массасы үшін температураның өзгерісінен оның ішкі энергиясы өзгереді

Екі атомды (мысалы, О₂, H₂, N₂) газдардың ішкі энергиясын анықтайтын формула

Ішкі энергияның өзгеру тәсілдері: ж ұмыс істеу (А), жылу берілу (Q).

Жүйенің ішкі энергиясын өзгертуде мәжбүрлеп істелінетін жұмыс термодинамикадағы жұмыс. Газбен жұмыс істегенде әруақытта көлемі өзгереді

Газдың ұлғаюы	Газдың сығылуы	A- cыртқы күштердің жұмысы

Термодинамикадағы жұмысты Р(V) графигі бойынша анықтау:

Термодинамикадағы жұмыстың сан мәні Р(V) графигі астындағы фигураның S ауда-нына тең	изобара	изотерма	изохора	жалпы жағдай

Жылу өткізгіштік - жұмыс істемей дененің ішкі энергиясының өзгеруі (қаттырақ қызған денеден суығырақ денеге жылу берілу). Жылу мөлшері - жылуалмасу кезіндегі ішкі энергия өзгерісінің өлшемі Q [Дж].

Әр түрлі жылулық процестердегі жылу алмасу арқылы берілген энергияны ж ылу мөлшері деп атайды және ол ішкі энергиянын өзгерісіне тең.

Жылу (суу)	Меншіктік жылу сыйымдылығы с [Дж/кг·К]	1 кг затты 1 К-ге қыздырғанда жұтылатын (суытқанда бөлінетін) жылу мөлшері
Булану (конденсациялану)	Меншікті булану жылуы L [Дж/кг]	Қайнау температурадағы 1 кг сұйықтың буға айналғанда жұтылатын (қатайғанда бөліп шығаратын) жылу мөлшері
Балқу (қатаю)	Меншікті балқу жылуы λ [Дж/кг]	балқу температурадағы қатты заттың сұйыққа айналғанда жұтатын (қатайғанда бөліп шығарылатын) жылу мөлшері
Отынның жану жылуы	Отынның меншікті жану жылуы q [Дж/кг]	Массасы 1 кг отын толық жанғанда бөлінетін жылу мөлшерін көрсететін физикалық шама.

Қоршаған ортадан оқшауланған термодинамикалық жүйенің ішінде жұмыс атқарылмайды, сондықтан жүйедегі ішкі энергия өзгерісі сол денелердің алған немесе берген жылу мөлшеріне тең. Жүйенің ішінде ішкі энергия өзгермейтінін ескеріп жылулық баланс теңдеуін аламыз

Мұндағы Q₁, Q₂, Q₃ ... Q_m - денелердің алған немесе берген жылу мөлшері.

Дене жылу мөлшерін алса (энергия жұтса), Q>0, ал бөліп шығарса, Q<0 деп есептеледі.

Термодинамиканың бірінші заңы

Энергияның сақталу заңы: энергия табиғатта жоқтан пайда болмайды және жоғалып кетпейді, энергия бір түрден екінші түрге айналады. Бұл заңды ХІХ ғасырдың ортасында білімі жағынан дәрігер, неміс ғалымы Р. Майер, ағылшын ғалымы Д. Джоуль ашты, оның толық тұжырымдамасын неміс ғалымы Г. Гельмгольц жасады.

Жылу процестеріндегі энергияның айналу және сақталу заңы термодинамиканың бірінші заңы деп аталады

	Дененің ішкі энергиясы жылу мөлшерінің берілуі мен сыртқы күштердің атқарған жұмысы есебінен өзгереді.
	Жүйеге берілген Q жылу мөлшері жүйенің ΔU ішкі энергиясын өзгертуге және жүйенің сыртқы күштерге қарсы атқарған жұмысына жұмсалады.

Термодинамиканың бірінші заңының пайдаланып әртүрлі процестерді қарастырайық.

Изотермиялық ұлғаю		(ішкі энергия өзгермейді); (газға берілген жылу мөлшері газдың жұмыс атқаруына жұмсалады)	Сыртқы ортадан жылудың жұтылуының салдарынан газ жұмыс атқарады ( ішкі энергия өзгермейді)
Изотрмиялық сығылу		Ішкі энергия өзгермейді; (сыртқы күш жұмыс атқарады); Q < 0 (жылу бөлінеді)	Газбен жұмыс істелгенде газ сыртқы ортаға жылу береді ( ішкі энергия өзгермейді)
Изобаралық қыздыру		ішкі энергия артады; -газ жұмыс істейді; жылу жұтылады	Газ сыртқы ортадан жылу алады. Ол ішкі энергияның өзгруіне және газдың жұмыс атқаруына жұмсалады
Изобаралық салқындау		(ішкі энергия кемиді); (сыртқы күш жұмыс атқарады; (жылу бөлінеді)	Сыртқы күш жұмыс атқарады. Бұл кезде газ сыртқы ортаға жылу бөліп шығарады да, ішкі энергия кемиді
Изохоралық қыздыру		(ішкі энергия артады); (жұмыс атқарылмайды); (жылу жұтылады)	Сыртқы ортадан алған жылудың салдарынан газдың ішкі энергиясы артады
Изохоралық салқындау		(ішкі энергия кемиді); (жұмыс атқарылмайды); (жылу бөлінеді)	Газ сыртқы ортаға жылу бөледі; бұл кезде ішкі энергиясы кемиді
Адиабаталық ұлғаю		(ішкі энергия кемиді); (газ жұмыс атқарады); жылуалмасу болмайды	Газ ішкі энергияның өзгеруі есебінен жұмыс атқарады (ішкі энергия кемиді)
Адиабаталық сығылу		(ішкі энергия артады); (сыртқы күш жұмыс атқарады); (жылуалмасу болмайды)	Газ жұмыс жасамайды, ішкі энергия артады; сыртқы күш жұмыс атқарады

Адиабаталық процесс - сыртқы ортамен жылу алмасу болмайтын процесс Q=0 (процестің жылдамдығы: жылу алмасу болып үлгермейді).

Термодинамиканың екінші заңы. Жылу қозғалтқыштың пайдалы әсер коэффициенті.

Термодинамиканың екінші заңы мүмкін болатын энергетикалық түрленудің бағытын көрсетеді және сол арқылы табиғаттағы процестердің қайтымсыздығын білдіреді. Заңның сырттай өзгешелігіне қарамастан, негізгі мағынасы бір, сондықтан тең түсетін бірнеше тұжырымдамасы бар.

Кельвин тұжырымдамасы:	Салқын жүйеден жылу алып, оны жұмысқа айналдыратын машина жасау мүмкін емес
Жекелеген жүйені сол жүйенің температурасынан төмен температурада суыту арқылы үздіксіз жұмыс жасау мүмкін емес
Клаузиус тұжырымдамасы:	Жылу өздігінен ыстық денеден суық денеге беріледі

Отынның ішкі энергиясын механикалық энергияға айналдыратын қозғалтқыштарды ж ылу қозғалтқыштары деп атаймыз.

Жылу қозғалтқыштарының дұрыс схемасы және жұмыс істеу принциптері:

	Қыздырғышта отын жанғанда энергия бөлініп, жұмыстық денеге (газға) беріледі. (Отынның ішкі энергиясы газдың (будың) ішкі энергиясына айналады). Газ ұлғайып, механикалық жұмыс атқарылады. Қозғалтқыш цикльді жұмыс істеу үшін, газды бастапқы жағдайына дейін сығу қажет. Сығылған газдың жұмысын азайту үшін суытқышты қолданады
Энергияның сақталу заңы бойынша:	- газ ұлғайғанда атқарылатын жұмыс Qк- қыздырғышта өндірілетін жылу мөлшері Qс- суытқышқа берілетін жылу мөлшері

Идеал жылу қозғалтқыштың жұмыстық денесі – идеал газ.

Жылу қозғалтқыштың атқаратын жұмысының, қыздырғыштан алатын жылу мөлшеріне қатынасын ж ылу қозғалтқыштың пайдалы әсер коэффициенті (ПӘК) дейді.

‒ идеал Ж.Қ. үшін

Жылу қозғалтқыштарының қыздырғыштан алған жылу мөлшерінің біраз бөлігі салқындатқышқа беріледі, сондықтан ПӘК<1, олардың ПӘК–і қыздырғыш пен салқындатқыштың температураларының айырымына тура пропорционал.

Электродинамика (анықтама)

Электродинамика - электр зарядтары, қозғалысы мен өзара әсерлесуін қарастыратын физиканың бөлімі. Ғылым ашқан – гравитациалық, электромагниттік, күшті (ядролық) және әлсіз (элементар бөлшектердің түрленуі) төрт түрлі өзара әсерлесудің ішінде кең таралуы жағынан және әртүрлі болып көріну жағынан электромагниттік өзара әсер бірінші орын алады. Біздің мақсатымыз электромагниттік өзара әсерлердің негізгі заңдарын оқып үйрену, сонымен қатар электр энергиясын алудың негізгі тәсілдерімен және оны іс жүзінде пайдаланудың жолдарын меңгеру.

Электростатика – қозғалмайтын электр зарядтарын зерттейтін электродинамиканың бөлімі.

Денелердің электрленуі. Кулон заңы.

Электромагниттік өзара әсерді сипаттау үшін электр заряды, зарядталған дене, элементар бөлшектер, электр тогы деген ұғымдар ендіруге тура келеді. Біздің заманымызға дейінгі 600- жылдары ертедегі гректер сары янтарьдың теріге немесе жүнге үйкегенде, ол біраз уақыт бойы шашты, жапырақты, астықтың сабағын өзіне тартатынын бақылаған. Гректер осы шайырды электрон, ал оған қатысты құбылысты денелердің электрленуі (зарядталуы) деп атаған. Электрон сөзінен электр деген термин шықты.Электрленген денелердің өзара әсерін электрлік күштер деген ұғыммен сипаттады. Электрлік қасиеті бар денелер электр заряды деген физикалық шамамен сипатталады. Электр заряды q [Кл] - электромагниттік өзара әсерлердің интенсивтігін көрсететін физикалық скаляр шама. Зарядтардың таңбасына байланысты өзара әсерін төмендегі кесте арқылы қарастыруға болады:

Зарядтар оң және теріс болып бөлінеді	Аттас зарядтар тебіледі
Зарядты тасымалдаушылар зарядталған элементар бөлшектер: электрон (-), протон (+)	Әр аттас зарядтар тартылады
Элементар заряд	электрон мен протонның зарядтарының модулі өзара тең е=1,6 ·10^-19

Дененің заряды (q) элементар зарядтардың санымен өрнектеледі мұндағы N-электрондардың саны. Денені электрлеу үшін теріс зарядтың, яғни электрондардың біразын олармен байланысқан оң зарядтан ажырату керек, мұны денелерді үйкеу арқылы немесе басқа электрленген денелермен түйістіру арқылы жүзеге асырады. Мысалы, құрғақ шашты тарағанда, шаш өзінің біраз электрондарын тараққа беріп оны теріс зарядтайды, ал шаш теріс зарядталған электрондардан айырылып оң зарядталады.

Электрлену (зарядталу)	денеге заряд беру	1) үйкелу 2) жанасу 3) әсер ету
Денелерді электрлеу кезінде: -артық электрондары бар дене теріс зарядталады -электрондары жетіспейтін дене оң зарядталады

Зарядтардың сақталу заңы ‒ тұйық жүйеде зарядтардың алгебралық қосындысы тұрақты q₁ + q₂ +…+ q_n = const.

Енді электромагниттік өзара әсерлесулерді сан жағынан сипаттайтын заңдарды оқып үйренеміз. Электр зарядтардың өзара әсерін тағайындауда француз ғалымы Ш. Кулон иірілмелі таразы көмегімен қозғалмайтын зарядталған денелердің бір-біріне әсерін қарастырды. Иірілмелі таразы серпімді жіңішке сымға асылған шыны таяқшадан тұрады, таяқшаның бір ұшына металл шар, ал екінші ұшына оны теңгеріп тұратын жүк бекітілген. Тағы бір металл шар таразының қақпағына жылжымайтындай етіп бекітілген. Шарларға аттас зарядтар бергенде олар бір-бірінен тебіледі. Шарларды белгіленген арақашықтықта ұстап тұру үшін, серпімді қылсымды қайсыбір бұрышқа бұру керек. Шарлардың өзара әсер күшін қылсымның ширатылу бұрышы арқылы өлшейді. Тәжірибенің нәтижесінде зарядтардың өзара әсер күшінің шамасы зарядтардың шамасына және арақашықтығына байланысты екені анықтап, француз ғалымы Ш. Кулон электростатиканың негізгі заңын төмендегідей тұжырымдады. Зарядтың өлшем бірлігі Кулон заңы ашылғаннан кейін тағайындалды. Х.Б. жүйесінде зарядтың бірлігі кулонды ток күші бірлігі арқылы тағайындады. 1 кулон (Кл) – бұл ток күші 1 А болғанда, өткізгіштің көлденең қимасынан 1 секундта өтетін заряд.

Дата добавления: 2014-11-25