Ткізгіштегі электр тогы 1 страница

q0-бір бөлшектің тасымалдайтын заряды, N -бөлшектер саны, n - бөлшектер шоғыры, S - өткізгіштің көлденең қимасының ауданы, υ - бөлшектердің қозғалыс жылдамдығы.

Ескерту: металдарда электр тогын тасымалдаушы - электрондар (элементар бөлшектер), сондықтан q₀=e=1,6·10^-19 Кл. Олай болса жоғарыдағы жылдамдық мыс өткізгіштен ток өткенде электрондардың реттелген орын ауыстыруының жылдамдығы.

Электр тогын пайдалану үшін электр құралдары деп аталатын құрылғылар керек. Электр құрылғыларды тұтынушылар және өлшеуіш аспаптар деп бөлеміз. Электр тұтынушылар, ток көзі және айырғыштарды өзара тізбектей жалғап электр тізбегін құрастырамыз. Тізбектегі токты амперметр деген құралмен өлшейді. Амперметр тізбектей жалғанады. Ток көзін алу үшін зарядтарды электрлік емес күштердің әсерімен бөлеміз. Зарядтардың бөлінуі дегеніміз - электр өрісін туғызатын бөгде күштердің кулондық күштерге қарсы атқарған жұмысы. Ток көзінің энергетикалық сипаттамасы болып табылатын электр қозғаушы күші деп бөгде күштер жұмысының орын ауыстыратын электр зарядына қатынасына тең шаманы айтады:

Х.Б. жүйесінде э. қ. к.- ші итальяндық ғалым А. Вольтаның құрметіне 1 Вольт (В) деп аталатын өлшем бірлікпен өлшенеді. Тізбектің берілген бөлігіндегі заряд бірлігінің орын ауыстыруы үшін электр өрісінің атқарған жұмысын анықтайтын физикалық шаманы осы бөліктің электр кернеуі деп атайды:

Егер өткізгіш бойымен 1 Кл заряд орын ауыстырғанда, 1 Дж-ге тең жұмыс істелсе, онда тізбек бөлігіндегі электр кернеуі 1 В-қа тең болады. Электр кернеуді өлшеу үшін вольтметрді өткізгіштің ұштарына параллель жалғайды.

Тізбек бөлігіне арналған Ом заңы

Ең алғаш өткізгіштен өтетін токтың кернеуге тәуелділік заңын неміс ғалымы Г. Ом 1827 жылы тұжырымдаған. Төменде R тұтынушы амперметр және вольтметр арқылы ток көзіне жалғанып құрастырылған электр тізбегінің сызбасы көрсетілген.

Г. Ом тәжірибесі: тізбек бөлігінде ток күші осы бөліктің кернеуіне тура пропорционал, ал кедергісіне кері пропорционал.

Өткізгіштердің вольтамперлік сипаттамасы

Кедергі R [Ом] - өткізгіштің өз бойымен электр тогын өткізуіне қарсылық жасау қабілетін білдіретін физикалық шама. Х.Б жүйесінде өлшем бірлігі - Ом. Ұштарындағы потенциалдар айырымы 1 B, өткізгіштен 1A ток өткендегі өткізгіштің кедергісі 1 Ом болады.	Электр сұлбада белгісі Кедергі айнымалы өткізгіш - реостат
Меншікті кедергі- ұ зындығы 1 м, көлденең қимасының ауданы 1 м^2 өткізгіш кедергісі. ρ[Ом·м^2/м]=Ом·м

Өткізгіш кедергісінің температураға тәуелділігі

α ‒ кедергінің температуралық коэффициенті - металдар үшін α > 0 - электролиттер үшін α < 0 - таза металдарда Температураның көтерілуіне байланысты кристалдық торлардың түйіндерінің тербеліс амплитудасы артады, сондықтан кедергі артады.

Температурасы кризистік температурадан төмендегенде өткізгіш кедергісі нольге дейін төмендеу қасиеті. (зат абсолют өткізгіш) металдар:     керамика:

Өткізгіштерді жалғау

Өткізгіштерді қосудың қарапайым және жиі кездесетін түрлері тізбектей және параллель қосулар

Тізбектей Кедергілері бірдей N өткізгіш үшін: Қосымша кедергі- өлшку шегін арртыру үшін вольтметрге тізбектей жалғанатын кедергі (Құралдың бөлек құны артады)

Паралель Кедергілері бірдей N өткізгіш үшін: Шунт ‒ өлшеу шегін арттыру үшін амперметрге парал-лель жалғанатын кедергі (аспаптың бөлік құны өзгереді)

Жұмыс, қуат, жылу мөлшері

Тұйықталған тізбек бойымен электр тогы өткенде, тізбектің ішкі бөлігі - ток көзінде және тізбектің сыртқы бөлігі – энергия тұтынушыларында энергияның бір қатар түрленулері болады. Ток көзінде энергияның табиғаты электрлік емес (механикалық, химиялық) электр өрісінің энергиясына, басқаша айтқанда электр энергиясына айналуы болып жатады. Электр энергиясы сыртқы тізбекте электр тогының жұмысы есебінен энергияның басқа түрлеріне: өткізгіштің ішкі энергиясына, сәулелену энергиясына, химиялық реакцияның энергиясына айналады. Электр тогының жұмысы электр өрісіндегі зарядтың орын ауыстыру жұмысының формуласынан қортылады.

Токтың жұмысы А [Дж] - ток күші, кернеу және жұмыс істеуге кеткен уақыттың көбейтіндісіне тең

Тогы бар өткізгіштің қоршаған ортаға бөліп шығаратын жылуының мөлшерін анықтайтын заңды бірінші болып ағылшын ғалымы Д. Джоуль мен орыс ғалымы Э. Х. Ленц тәжірибе жүзінде тағайындаған: тогы бар өткізгіштің бөліп шығаратын жылуының мөлшері ток күшінің квадраты, өткізгіштің кедергісіне және өткізгіш бойымен ток жүретін уақыттың көбейтіндісіне тең

‒ Джоуль-Ленц заңы

Кезкелген электр приборы – электр шамы, т.б. уақыт бірлігінде белгілі бір энергия тұтынуға есептелінген. Сондықтан токтың қуаты деген ұғымның маңызы зор.

Токтың қуаты белгілі бір уақыт аралығындағы ток жұмысының сол уақыт аралығына қатынасына тең

Х.Б. жүйесінде қуат бірлігіне ватт (Вт) алынған, 1 Вт қуат бірлігіне 1 B кернеуі бар тізбек бөлігіндегі 1 А ток күшінің қуатын алады: 1 Вт =1В·1А

Тәжірбиеде ватқа еселік болатын бірліктер қолданылады:

1 гВт = 10² Вт 1 кВт = 10³ Вт 1 МВт = 10⁶ Вт

Токтың жұмысын өлшеуге арналған құрал электр санауыш жұмысты 1 кВт·сағ-пен өлшейді, яғни қуаты 1 кВт құрылғының 1 сағатта істеген жұмысы. Осы сияқты тұрмыста және техникада электр тогының жұмысын 1 Вт·сағ және 1 МВт·сағ деген өлшем бірліктерімен өлшейді 1 кВт·сағ=3,6·10⁶ Дж.

Толық тізбек үшін Ом заңы

Энергияның сақталу заңының көмегімен ток күшінің э.қ.к. пен кедергіге тәуелділігін қарастырайық.

(Ток көзі)

↓

бөгде күштер әсерінен потенциалдар айырымын тудыратын құрылғы

Бөгде күштер

Тізбектегі ток тұрақты болу үшін, ток көзінде оң және теріс зарядтарды бөлу қажет. Зарядтарды үнемі бөлу үшін Кулондық күштердің шамасы жетпейтіндіктен (тегі Кулондық емес) оң және теріс зарядтарды бөліп отыратын бөгде күштер қажет

Электр қозғаушы күш (ЭҚК) ε [В] (Ток көзінің энергетикалық сипаттамасы) ε ‒ ток көзінің ЭҚК-і   r ‒ ток көзінің ішкі кедергісі R ‒ сыртқы тізбектің кедергісі (энергияның сақталу заңы)

контур бойымен бірлік оң зарядты тасымалдайтын бөгде күштердің жұмысына тең физикалық шама   толық тізбекке арнал-ған Ом заңы

Әр түрлі ортадағы электр тогы

Электр тогын қатты, сұйық және газ тәрізді денелер өткізеді. Әр түрлі ортадағы электр тогының басты айырмашылығы олардағы электр зарядын тасымалдайтын бөлшектерінде және олардың пайда болу табиғатында.

Металдар -кристалдық торлы зат. Валенттік электрондар дене ішінде еркін қозғалады. Олардың шоғыры өте үлкен 10²⁸ 1/м³, бұл электрондар бейберекет жылулық қозғалысқа қатысады. Электр өрісінің әсерінен олар 10^-4м/с орташа жылдамдықпен қозғалады. Металдарда өткізгіштік ‒ электрондық. Электр тогы ‒ электрондардың бағытталған қозғалысы екендігін тәжірибе жүзінде Л. И. Мандельштам мен Н.Д. Папалекси және Б. Стюарт пен Р. Толмен дәлелдеген.

Металдарда кедергі торлардың ақауы және иондардың жылулық тербелісінің салдарынан туындайды және температура көтерілген сайын кедергісі артады. Металдардағы электр тогы Ом заңына бағынады.

Ерекшеліктері: 1. Металдар арқылы ток жүргенде зат тасымалданбайды

2. Асқын өткізгіштік құбылысы байқалады (Т ‒ төменгі температурада)

Сұйықтарда қатты денелер сияқты – диэлектриктер, өткізгіштер және жартылай өткізгіштер болып бөлінеді. Электролиттер - электр тогын өткізетін ерітінділер (тұздардың, қышқылдардың, сілтілердің ерітінділері). Өткізгіштік ‒ иондық (электр тогы ‒ иондардың қозғалысы).

Кедергісі - температура көтерілген сайын диссоциациялану дәрежесі артады, яғни иондар концентрациясы артады. Электролитте электр тогы артады, ал кедергісі азаяды.

Кедергісі - температура көтерілген сайын диссоциациялану дәрежесі артады, яғни иондар концентрациясы артады. Электролитте электр тогы артады, ал кедергісі азаяды.

Электролиттік диссоциация - еріткіштің әсерінен зат молекулаларының ерітіндіде иондарға ыдырауы.

Электролиз - электролит арқылы электр тогы өткенде электродтарда заттың бөлінуі.

Электролиз заңдары (Фарадей заңы)

t уақыт ішінде электродта бөлініп шығатын заттың массасы (m) электролит арқылы өтетін зарядтың шамасына тура пропорционал.

F = 96500 Kл/ моль Фарадей саны

электрохимиялық эквиваленті деп атайды және бір кулонға келетін килограммен өрнектейді (кг/Кл). n ‒ заттың валенттілігі, F - Фарадей саны, μ – молярлық масса.

Вакуум - бөлшектерінің еркін жүру жолының ұзындығы (соқтығысуларға дейінгі жүрген арақашықтық) ыдыс өлшемдерінен үлкен болған жағдайдағы өте сиретілген газ. (Р << Р_атм; Р~10^-13 мм.сын.бағ.)

Өткізгіштігі ‒электрондық (ток − электрондардың қозғалысы). Кедергісі ‒ болмайды. Термоэлектрондық эмиссия - қыздырылған денелердің бетінен (катодтан) еркін электрондардың ұшып шығуы. Электронның ұшу шарты:

(температураға t° тәуелді); А_ш ‒ заттың қасиеттеріне тәуелді электронның заттан шығу жұмысы.

Вакуумды диод

Вакуумды диод электр тогын бір бағытта өткізеді. Бұл қасиет біржақтылық деп аталады. Қолданылуы: айнымалы электр тогын түзету.

I_қ – қанығу тогы (катодтың қыздыру Т-на байланысты)

Триод

Триод – электрлік тербелістерді кү-шейткіш және түзеткіш ретінде қолданылады

Электронды-сәулелік түтікше

(осциллограф, телевизор, ЭВМ, радар)

1. қыздыру қыл сымы 2. катод 3. электрондық шоқ модуляторы 4. анодтар жүйесі 5. горизонталь ауытқытушы пластиналар 6. вертикаль ауытқытушы пластиналар 7. люминесценттік қабат (экран)

Электролюменциялық қабатқа электрондар түскенде сәулеленеді

Жартылай өткізгіштер - электрлік кедергісі (бос электрондар саны) температурасына және жарықталынуына тәуелді болатын ковалентті байланыстағы заттар (В, С, Si, Ge, Sn, P, As, Sb, S, Se, T, In).

Өткізгіштігі – электрондық және кемтіктік (жартылай өткізгіштердегі электр тогы – электрондар мен кемтіктердің қозғалысы).

а) tº ‒ температурасы көтерілгенде еркін зарядтардың концен-трациясы артып кедергі азаяды (термо-резисторлар).

ә) Жартылай өткіз-гіштерді жарықтан-дырғанда еркін за-рядтардың шоғыры артып, кедергісі азаяды (фоторезисторлар).

Меншікті өткізгіштік - қоспасы жоқ таза жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі (кремний, германий). Қоспасыз жартылай өткізгіште электрондар мен кемтіктердің саны бірдей

Барлық валенттік электрондар коваленттік байланыс жасайды (бос зарядтар жоқ)

температурасы артқанда валентті электрондардың бір бөлігі ковалентті байланысын үзеді (еркін зарядтар).

(Көрші электрондар үшін жоқ энергетикалық тиімді орын). Жартылай өткізгіш ішінде кемтіктер мен еркін электрондардың орындарының өзгеруінен электр тогы пайда болады

Қоспалық өткізгіштік а) донорлық қоспа (n типті қоспа) қоспаның валенттілігі негізгі затқа қарағанда көп: негізгі зат - кремний (Si) – 4 валентті, қоспа - мышьяк (Аs) – 5 валентті - зарядты негізгі тасымалдаушы: электрондар - қосымша тасымалдаушылар: кемтіктер n‒типті жартылай өткізгіштер (электрондық өткізгіштік)

б) Акцепторлық қоспа (р типті қоспа) негізгі затқа қарағанда қоспаның валенттілігі аз: негізгі зат - кремний (Si) – 4 валентті, қоспа – индий (In) – 3 валентті Коваленттік байланысты құруға бір электрон жетіспейді – кемтік болады -негізгі заряд тасымалдаушылар: кемтіктер -негізгі емес заряд тасымалдаушылар: электрондар р-типті жартылай өткізгіштер (кемтіктік өткізгіштік)

p – n-ауысу кері ауысу (I→0) (негізгі емес заряд тасымалдау- шылар көмегімен ток пайда болады

Біржақтылық өткізгіштік (диод) тура ауысу (I↑) (негізгі заряд тасымал-даушылар (q) ток тудырады)

п-р-п (р-п-р) ауысу (транзистор) электрлік сигналдарды күшейтеді

Газ -өзіне тиісті кеңістікті еркін қозғалатын бөлшектерімен бірқалыпты толтыратын заттың бір күйі. Өткізгіштігі ‒ иондық және электрондық (иондар мен электрондар қозғалысы) ток туғызады. Кедергісі: Қалыпты жағдайда газдар-диэлектриктер (R→ ∞). Иондану кезінде электр тогын тасымалдаушылары пайда болады.

Иондану

Ионизатор (ультра-күлгін, рентген және радиоактивті сәуле-ленулер; қыздыру) көмегімен бейтарап атомның оң ион мен электронға ыдырауы.

Рекомбинация

Электрон мен оң ионның бейтарап атом болып бірігуі. Егер ионизатор әсері тоқтаса газ қайта диэлектрик болады

Газдық разряд ‒ газ арқылы электр тогының өтуі.

Тәуелді газ разряды (өздік емес) ‒ тек сыртқы ионизатор әсерінен болатын разряд.

Түтіктегі газ иондалған газда электродтарға (U) кернеу беріледі; түтікте (I) ток пайда болады. Кернеу (U) артқанда сайын ток күші де артады.

Бір секунд ішінде пайда болған зарядталған бөлшектер осы уақыт ішінде электродтарға жетеді. (Белгілі бір кернеуде (U), ток қанығады (I_қ). Ионизатор әсері тоқтаса, газ разряды тоқтайды (I=0).

Тәуелсіз газ разряды немесе өздік ‒ сыртқы ионизатор әсері тоқтағаннан кейін де газда разрядтың сақталуы

Разрядты сақтап тұру үшін ионизатордың қажеті жоқ. Электрондардың соққылауынан иондалу жүреді

Тәуелсіз разрядтың түрлері

а) Солғын ‒ төменгі қысымды пайда болады (газ түтікшелері және газды лазерлерде).

б) Ұшқынды ‒ үлкен электр өрісінде, Р = Р_атм атмосфералық қысымда (найзағай, диэлектриктің тесілуі).

в) Электр доғасы ‒ жақындатылған электродтар арасында (доғалық шамдар, дәнекерлеу).

г) Тәж ‒ қисықтығы үлкен беттері (үшкір) бар біртекті емес ортада пайда болады (Эльма әулиенің жарығы).

Магнит өрісінің сипаты

Магнит өрісі - тұрақты магнит пен тогы бар өткізгіштің айналасындағы кеңістіктегі күштік өріс. Магнит өрісін қозғалған электр зарядтары тудырады және магнит өрісі қозғалған электр зарядтарына әсер етеді

Магниттік өзара әсерлер

- Тогы бар өткізгіштердің өзара әсерлесуі магниттік деп аталады. - Тогы бар өткізгіштердің бір-біріне әсер ету күштері ‒ магниттік күштер деп аталады.

Эрстед тәжірибесі   Магниттік тілше өткізгіш айналасында бағдарланады. Тогы бар өткізгіштің айналасында магнит өрісі болады.

Дата добавления: 2014-11-25