Трансформаторлар

Қуаттың тұрақты мәнінде айнымалы ток кернеуінің ток күшімен қатар өзгеруін айнымалы токтың трансформациясы дейді. Айнымалы токтың трансформациясын жүзеге асыру үшін трансформатор деп аталатын құрал қолданылады. Ол электромагниттік индукция құбылысының негізінде жұмыс істейді. Бұл құралды орыс ғалымы П.Н. Яблочков ойлап тапқан, кейін оны И.Ф. Усагин жетілдірген. Кәзіргі трансформаторлар, Фуко тогын азайту үшін оқшауланған пластинкалардан құралған тұйық өзекшеден тұрады. Темір өзекке орам саны әртүрлі, N₁ және N₂ екі катушка оралған. Егер орам саны аз катушкаға (бірінші) U₁ айнымалы кернеу көзін қосатын болса, онда екінші катушканың ұштарында электромагниттік индукция заңы бойынша U₂ кернеу алынады. Кернеулердің бір-біріне аз немесе көп болуы трансформатор катушкаларындағы орам сандарына байланысты болады. Трансформатордың мақсаты

Трансформатор

айнымалы токты, кернеуді бірнеше есе арттырып немесе кемітіп, ал қуатты іс жүзінде шығындатпай (энергия шығынсыз) түрлендіру. Оның құрлысы феромагниттік өзекшесі бар екі катушка (екі орамдар). N1 –бірінші реттік орам саны, N2 – екінші реттік орам саны. Өзекше бірінші және екінші реттік барлық орамдарды бірдей магнит өрісі (магнит ағыны) тесіп өтетіндей етіп өз бойында және қималарда магнит ағынын жинақтайды. Нәтижесінде әр орамда бірдей индукция ЭКҚ­і пайда болады (еі)

1. Жүктемесіз жүріс тәртібі (I₂=0). Екінші орам тұйықталмаған.

Егер R=0, онда - 1 орамдағы индукцияның ЭҚК-і

k – трансформация коэффициенті

k>1 ‒ төмендеткіш трансформатор (U₁>U₂, N₁> N₂ )

k<1 ‒ жоғарылатқыш трансформатор (U₁<U₂, N₁< N₂)

Жұмыстық жүріс тәртібі (I₂≠0). Екінші орам R жүктеме арқылы тұйықталды.

Трансформаторлар аз шығынмен электр энергиясын таратуда кернеуді арттыру үшін қолданылады. Кернеуді неше рет арттырса, ток күші сонша есе кемиді. Казіргі трансформатордың ПӘК­і өте жоғары, ол 99%­ға дейін жетеді, яғни шығын бар болғаны 1-2%.

Электромагниттік толқындар

Электромагниттік құбылыстар физикасына М. Фарадейдің қосқан негізгі жаңалығы кеңістікті күш сызықтармен толтырып тұратын өріс ұғымын енгізу. Д. Максвелл Фарадейдің идеялары негізінде тәжірибе жүзінде дәлелденген зарядтар мен токтар жүйесі туғызатын электромагниттік өріс теориясын жасады. Магнит өрісі өзгергенде айнымалы электр өрісінің пайда болуы құбылысын зерттей отырып Максвелл: магнит өрісінің кезкелген өзгерісі қоршаған кеңістікте құйынды электр өрісін туғызады, деді.

Электромагниттік толқындар - кеңістікте айнымалы электромагниттік өрістердің таралуы.

ЭМТ вакуумде таралу жылдамдығы:

Электромагниттік толқынның ортадағы таралу жылдамдығы: ε­-ортаның диэлектрлік өтімділігі, μ- магниттік өтімділігі

Электромагниттік толқынның теориялық есептеулер арқылы табылған вакуумдегі жылдамдығы тікелей өлшенген жарық жылдамдығына тең болуының маңызы ерекше. Жарық – электромагниттік толқын болып шықты.

Электр өрісінің кернеулік векторы, магнит индукция векторы тербелістерінің фазалары кезкелген нүктеде сәйкес. мен векторлары бағыты және толқындардың таралу бағыты өзара перпендикуляр. Электромагниттік толқындар – көлденең толқындар.

Бірдей фазада тербелетін ең жақын екі нүктенің арақашықтығы электромагниттік толқының ұзындығы деп аталады Электромагниттік толқының негізгі сипаттамасы оның тербеліс жиілігі ν. Себебі электромагниттік толқын бір ортадан екінші ортаға өткенде толқын ұзындығы өзгереді, ал жиілігі тұрақты болып қалады. Электромагниттік толқын электр зарядтарының үдемелі қозғалысы кезінде туындайды. Электромагниттік толқынның энергетикалық сипаттамаларының бірі - электромагниттік толқын шығару ағының тығыздығы. Ол толқынның таралу бағытына перпендикуляр ауданы S беттен ∆t уақыт ішінде өтетін электромагниттік W энергияның беттің ауданы мен энергияның өту уақыты көбейтіндісіне қатынасы:

немесе

Яғни, толқынның шығару ағынының тығыздығы беттің бірлік ауданнан бір периодта өтетін электромагниттік толқын шығарудың орташа қуаты немесе оны толқынның интенсивтілігі деп атайды. Х.Б. жүйесінде оның өлшем бірлігі Вт/м².

Жазық электромагниттік толқын тарайтын кеңістіктің ∆V көлемінен ∆t уақыт ішінде белгілі бір энергия өтіп үлгереді. Бұл элекромагниттік өріс энергиясы

W=w·∆V=w·S·c·∆t

мұндағы w- элекромагниттік толқын энергиясының тығыздығы. Олай болса I=w·c.

Элекромагниттік толқын шығару ағынының тығыздығы электромагниттік энергия тығыздығы мен толқының таралу жылдамдығының көбейтіндісіне тең.

- нүктелік көзден шығатын толқының интенсивтілігі арақашықтықтың квадратына кері пропорционал.

Енді электромагниттік толқының электр өрісінің және магнит өрісінің энергияларының тығыздықтары өзара тең

Олай болса электромагниттік өріс энергиясының тығыздығы w=w_э+w_М=2w_э. Электр өрісінің кернеулігі және магнит өрісінің индукциясы E~a~ω² немесе B~a~ω², олай болса өрістің энергия тығыздықтары және Сондықтан электромагниттік толқының интенсивтілігі жиіліктің төртінші дәрежесіне пропорционал I=w·c ~ ω⁴.

Электромагниттік толқындарды жиілік бойынша жіктеу электромагниттік толқындар шкаласы деп аталады. Олар (ν=10^-3Гц) төменгі жиілікті толқындар мен радиотолқындардан бастап, гамма сәулелерге дейінгі (ν<10²¹Гц) аралықты қамтиды.

Электромагниттік толқындардың қасиеттері (механикалық толқындармен салыстыру)

а) Шағылу	ә) Сыну	б) Дифракция

а) Шағылу заңы бойынша түскен, шағылған сәулелер және түсу нүктесінен шағылдырушы бетке тұрғызылған перпендикуляр бір жазықтықта жатады; сәуленің бетке түсу бұрышы шағылу бұрышына тең ∠α=∠β.

б) Сыну заңы: түскен, сынған сәулелер және түсу нүктесінен екі ортаның шекарасына тұрғызылған перпендикуляр бір жазықтықта жатады; түсу бұрышы синусының сыну бұрышы синусына қатынасы сәуленің түсу бұрышына тәуелді емес, тек 1-ортадағы толқын жылдамдығының 2-ортадағы жылдамдығына қатынасы тең.

в) Интерференция – әр түрлі толқын көзінен таралған толқындардың қосылуы	г) Поляризациялану
Δr – толқындардың жүрген жол айырымы n=0, 1, 2…	Поляризация 09былысы электромагниттік толқынның көлденең толқын екенін дәлелдейді

д) Дисперсия ‒ортада толқын жылдамдығының оның жиілігіне тәуелділігі

1895 жылы 7 мамырда орыс ғалымы А.С.Попов Ресейдің физика-химия қоғамының мәжілісінде тәжірибе жүзінде радиотолқындар арқылы байланыс жасауды жүзеге асыратын радионы демонстрациялады. 1896 жылы 24 наурызда әлемде бірінші рет 250 метр қашықтыққа сымсыз, екі сөзден тұратын «Генрих Герц» деген радиограмма таратып, оны қабылдады. Байланыстың бұл түрі радиотелеграфтық байланыс деп аталды. Кейін американдық инженер Д. Форес үш электродты шамды − триодты ойлап тапқаннан кейін радиотелефондық байланыс жүзеге асты. Радио және телехабарларда, радиобайланыста, радиолокация мен радионавигацияда қолданылатын электромагниттік толқындарды радиотолқындар деп атайды. Радиотолқындар арқылы объектіні тауып, оған дейінгі қашықтықты және оның кеңістіктегі орынын, қозғалыс жылдамдығын анықтау радиолокация деп аталады. Бұл радиолокатор немесе радар арқылы жүзеге асады. Радиолокатор импульстік режимде жұмыс істейді. Әр импульстің ұзақтығы 10^-6 с шамасындай. Электромагниттік толқынның объектіге барып және шағылып қайту уақытын өлшеу арқылы арақашықтықты анықтайды: мұндағы с=3·10⁸ м/с радиотолқының вакуумде таралу жылдамдығы.

Оптика (анықтама)

Оптика - жарық электромагниттік толқындарының пайда болуымен, таралуымен және затпен әсерлесуімен байланысты құбылыстар мен заңдылықтарды зерттейтін физиканың тарауы.

Геометриялық оптика

Геометриялық оптика - жарық энергияларының мөлдір ортада таралу заң-дылықтарын қарастыратын оптиканың бөлімі.

Жарық сәулесі - бойымен жарықтың электромагниттік толқындары таралатын сызық

Біртекті ортада жарық түзусызықты таралады. Жарық толқындары бір-бірімен кездескенде қиылысқаннан соң бір-біріне байланыссыз таралады. Жарықтың түзусызықты таралуы көлеңке мен жартылай көлеңкенің пайда болуын түсіндіреді. Көлеңке дегеніміз – мөлдір емес дененің артындағы кеңістіктің жарық энергиясы түспейтін аумағы. Жарықтың түзусызықты таралуы оның жылдамдығын анықтауға мүмкіндік берді. 1607 жылы Италия физигі Г. Галилей бірінші болып жарық жылдамдығын анықтады с=3·10⁸ м/с.

Шағылу заңдары

Жарықтың шағылуы деп екі ортаның шекарасына бағытталған жарық сәулесінің таралу бағытының өзгеру құбылысын айтады. Бұл жағдайда жарық сәулесі шыққан ортасына қайта оралады.

Жарықтың шағылу заңдары: І. Түсу бұрышы шағылу бұрышына тең α = β. ІІ. Түскен сәуле, шағылған сәуле және түсу нүктесіне тұрғызылған перпендикуляр бір жазықтықта жатады.

Жарық айнадағы кескін. Жазық айна деп тегіс өңделген және шағылдыратын қабатпен жабылған, қисықтық радиусы шексіздікке ұмтылатын жазық бетті айтады.

1. Кескін жалған болады (шағылғаннан кейін сәулелер өздері қиылыспайды, олардың созындылары қиылысады) 2. Кескін мен айнаның арақашықтығы, айнадан денеге дейінгі қашықтыққа тең: d= -f (жазық айнаның формуласы). 3. Кескін өлшемі дененің өлшеміне тең.

Шағылдыратын беттері қисық болып келетін айналарды қисық айналар дейді.

Сыну заңдары

Жарықтың сыну құбылысы деп бірінші ортадан екінші ортаға өткенде жарық сәулелерінің таралу бағытының өзгеруін айтады. Әртүрлі ортада жарықтың таралу жылдамдығы әртүрлі болғандықтан жарықтың сыну құбылысы байқалады.

Жарықтың сыну заңдары: І. Түсу бұрышының синусының сыну бұрышының синусына қатынасы екі орта үшін тұрақты. ІІ. Түскен сәуле, сынған сәуле және екі орта шекарасындағы түсу нүктесіне жүргізілген перпендикуляр бір жазықтықта жатады.

Салыстырмалы сыну көрсеткіші (n_2,1) - берілген екі ортаның сипаттамасы болатын физикалық шама. Жарық жылдамдығының бір ортадан екінші ортаға өткенде неше есе өзгеретінін көрсетеді

Сынудың абсолют көрсеткіші - берілген ортаның вакууммен салыстырғандағы сыну көрсеткіші с - вакуумдағы жарық жылдамдығы

Жарықтың оптикалық тығыз ортадан оптикалық тығыздығы аз ортаға өтуін қарастырсақ, сәуленің түсу бұрышы сыну бұрышынан кіші болады. Түсу бұрышы өскен сайын сыну бұрышы артады. Белгілі бір мезетте α_шек түсу бұрышына сәйкес сыну бұрышы 90⁰-қа тең болады Яғни жарық сәулесі екі ортаның шекарасы бойымен кетеді. Мұндай құбылыс толық ішкі шағылу деп аталады.

болғанда Егер шектік бұрыш түсу бұрышында толық ішкі шағылу болады.

Егер жарық (n₁=n) белгілі бір ортадан ауаға өтсе, n₂=1 онда

Жазық параллель пластина   Екі жағы параллель мөлдір бетте сәуле өзіне параллель ығысады. (х-ығысу)   беттің тереңдігі h – сұйықтықтың көрінерлік тереңдігі, α – жарықтықтың түсу бұрышы, β – сыну бұры шы.

Призма   Жарық сәулесі призма табанына қарай ауытқиды Ауытқу бұрышы - призмаға кірген сәуле мен призмадан шыққан сәуле бағыттары арасындағы бұрыш жұқа призманың формуласы - жарықтың максимум ауытқу шарты.

Жарық вакуумнен абсолют сыну көрсеткіші n=2 болатын мөлдір ортаға өткенде толқын ұзындығы

Дата добавления: 2014-11-25