Радиоактивті ыдырау 2 страница

(1.38)

Бұдан (1.33) өрнегін пайдаланып, мынаны аламыз:

яғни

Өткізгіштің барлық нүктелеріндегі потенциалдар бір-біріне тең, бірдей екенін көреміз, яғни өткізгіштердің беттері эквипотенциалды беттер екен, кернеулік сызықтары өткізгіштердің беттеріне перпендикуляр болып бағытталады.

Енді электростатикалық өріске орналасқан өткізгіштің ішінде заряд болмайтынын, зарядтар оның беттеріне орналасатынын дәлелдейік. Өріске тұйықталған өткізгішті орналастырайьіқ. Ос­троградский - Гаусс теоремасына сәйкес (жоғарыдағы (1.19) өрнегін еске алайық), өткізгіштің бетінен өтетін кернеулік векторының ағыны мынаған тең:

өйткені Е=0

яғни өткізгіштің ішінде q = 0 және зарядтар оның бетінде орналасқан. Ал электр өрісіне орналастырылған өткізгіштің ішінде өрістің болмауы техникада әртүрлі электрлік құралдарда, өткізгіштерді сыртқы электр өрістерінің әсерінен электростатикалық әдіспен қорғау үшін кеңінен қолданылады.

22-сурет

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 (ɛ_r) 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 (ɛ_r) тәуелді болады. Электрлік сыйымдылық тың бірліктердің халықаралық жүйесіндегі өлшем бірлігі – фарад (Ф). Электрлік сыйымдылықты өлшеу үшін сыйымдылық өлшеуіштерді пайдаланады.

Конденсаторларды қосу

Конденсаторлардың оң полюстерін бір теріс полюстерін бір қоссақ, онда

мұндай жалғау параллель жалғау деп аталады. Осы үш конденсаторды ||

жалғайық. Əрбір пластиналардағы заряд барлық тұрақты пластина үшін 1 2 y − y

тұрақты болғандықтан

Осы мəндерді мүшелеп қоссақ,

болады.

Сонда жалпы сыйымдылық мынаған тең:

Сонымен батарея сыйымдылығы параллель қосылған жеке конденсаторлар

сиымдылығының қосындысына тең.

Конденсаторларды тізбектеп қосу жағдайында бірінші конденсатордың оң

пластинасы екіншісінің терісімен, ал екіншісінің терісі үшіншісінің оңы ж.т.с.с.

жалғанады. Бір-бірімен тікелей жалғанған пластинаға жалпы потенциалы

белгіленеді.

Батарея сыйымдылығы бірінші пластина

зарядының шеткі пластиналардың арасындағы

потенциалдар айырмасына қатынасымен

өлшенеді.

38. Тұрақты электр тоғы. Тізбек бөлігіне, толық тізбекке арналған Ом заңы. Электр қозғаушы күш.

Электр тогы (Э.т) – электр қозғаушы күштің әсерінен зарядтардың (зарядталған бөлшектер немесе дене) бағытталған қозғалысы. Бұл зарядталған бөлшектер: өткізгіштерде —электрондар, электролиттерде —иондар (катиондар мен аниондар), газда —иондар мен электрондар, арнайы жағдайдағы вакуумда — электрондар, жартылай өткізгіштерде —электрондар мен кемтіктер (электронды-кемтіктік өтімділік) болып табылады.

Электр тогы энергетика саласында — энергияны алыс қашықтыққа жеткізу үшін, ал телекоммуникация саласында — ақпаратты шалғайға тасымалдау үшін қолданылады.

Электр тогының бағыты шартты түрде өткізгіштердегі оң заряд тасушылардың орын ауыстыру бағыты алынады, бірақ өткізгіштердегі заряд тасушылардың заряды теріс (мысалы, металда электрон) болғандықтан ток бағыты электрондардың бағытына қарсы келеді.

Токтың тұрақты ток (ағылш. direct current, DC) (англ. direct current, DC) және айнымалы ток (ағылш. alternating current, AC) деп аталатын екі түрі бар.

· Тұрақты ток — уақыт бойынша бағыты және шамасы аз өзгереді.

Қарама-қарсы таңбалы зарядтар тасыйтын екi ток өткiзетiн денелердi алайық. Егер осы денелердi өткiзгiш арқылы қоссақ, сол зарядтардың электр өрiсiнiң әсерiнен өткiзгiште электр тогы пайда болады (5.5 сурет). Бiрақ бұл ток өте қысқа уақыт болады. Екi дене арасындағы электр өрiсi әлсiзденедi де, ақыр аяғында денелердiң потенциалдары теңесуiнiң нәтижесiнде жоқ болады.

5.5-сурет

Ток тұрақты болуы үшiн өткiзгiштiң ұштарындағы потенциалдардың айырымы тұрақты болуы қажет, яғни өткiзгiште өзгермейтiн электр өрiсi болуы керек. Ол үшiн денелердiң зарядтарға әсер ететiн электростатикалық күшiнiң бағытына қарама-қарсы бағытта зарядтарды бiр денеден екiншi денеге тасымалдайтын ерекше құрылғы – ток көзi керек. Мұндай құрылғыда зарядтарға, электр күштерден басқа тегi электрлiк емес күштер әсер ету тиiс (5.5 сурет). Мұндай күштердi бөгде күштер дейдi.

5.6-сурет

Тұйық контурдағы электр қозғаушы күш (қысқаша ЭҚК) зарядты контурдың бойымен орын ауыстыруындағы бөгде күштердiң жұмысының сол зарядқа қатынасын анықтайды:

. (5.13)

Толық тiзбек үшiн Ом заңы. ЭҚК-i ε, кедергiсi r (iшкi кедергi) ток көзiнен кедергiсi R болатын сыртқы тiзбек бөлiгiнен тұратын тұйық тiзбектек үшiн Ом заңы

(5.14)

формуласымен өрнектеледi (5.6 сурет). Тұйық тiзбектегi ток күшi ток көзiнiң ЭҚК-нiң, тiзбектiң сыртқы және iшкi кедергiлер қосындысына қатынасына тең.

Немiс физигi Георг Ом ток күшi тiзбектiң бөлiгiндегi кернеуге тура пропорционал екенiн тапты:

I~U.

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 , (5.3)

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

Ом заңы бойынша өткiзгiш кедергiсi өткiзгiштiң ұштарындағы кернеудiң ток күшiне қатынасына тең:

. (5.4)

Халықаралық бiрлiктер жүйесiнде СИ кедергi оммен (1 Ом) өлшенедi:

.

Электр Қозғаушы Күш – электр тізбегіне жалғанған, табиғаты электрстатикалық емес энергия көзі. Тек қана электрстатик. күштер тұйық тізбекпен тұрақты токтың үздіксіз жүруін қамтамасыз ете алмайды. Өйткені бұл күштердің тұйық контур бойымен зарядты қозғалтуы үшін жұмсайтын жұмысы нөлге тең, ал ток жүрген кезде әдетте энергия шығыны болады. Сондықтан тұйық контурмен үздіксіз ток жүруі үшін электр тізбегінен тыс басқа бір энергия көзі болу керек. Бұл энергия көзі энергияны сырттан ала отырып, оны зарядтардың қозғалыс энергиясына айналдырады да, қосымша электр өрісін (Е) тудырады. Мұндай қосымша электр өрісі күшінің тұйық контур бойымен істейтін жұмысы нөлге тең болмайды:. Е' шамасы Э. қ. к. деп аталады және оның шамасы бірлік зарядты қозғалтуға кететін электрстатик. емес күштердің жұмысына тең. Потенциал сияқты Э. қ. к-тің де өлшеу бірлігі – вольт (в). Электролиттердегі иондардың диффузиясы, контур арқылы өткен магнит ағынының өзгеруі (эл.-магн. индукция), т.б. Э. қ. к-ін тудырады.

39. Джоуль-Ленц заңы. Тоқтың жұмысы мен қуаты

Электр тогы металл өткізгіштер арқылы өткенде электрондар бірде нейтраль молекулалармен, бірде электрондарынан айрылған молекулалармен соқтығысады. Қозғалыстағы электрон өзінің кинетикалық энергиясын жоғалта отырып, нейтраль молекуладан жаңа электронды бөліп алады, да жаңа оң ион түзеді, немесе электронынан айрылған молекуламен (оң ионмен) қосылып нейтраль молекула кұрады. Электрондар молекулалармен соқтыққанда энергия жұмсалады, cол энергия жылуға айналады. Кедергіні жеңе отырып жүретін кез-келген қозғалыс белгілі энергия жұмсалуын қажет етеді. Мысалы, қайсы бір денені орнынан қозғалту үшін үйкеліс кедергісін жеңу керек. Оған жұмсалатын жұмыс жылуға айналады. Өткізгіштің электр кедергісінің маңызы да үйкеліс кедергісі сияқты болады. Сөйтіп, өткізгіштен ток өткізу үшін ток көзі біраз энергия жұмсайды, cол энергия жылуға айналады. Электр энерғиясының жылу энергиясына өтуі Ленц — Джоуль заңымен анықталады. Бұл заңды токтың жылулық әсер заңы деп те атайды.

Орыс ғалымы және ағылшын физигі Джоуль бір мезгілде және бір-бірінен тәуелсіз электр тогы өткізгіш арқылы өткенде, өткізгіште бөлінетін жылу мөлшері ток квадратына, өткізгіш кедергісіне және токтың өткізгіштен өту мерзіміне тура пропорционал болатындығын анықтады. Бұл ереже Ленц — Джоуль заңы деп аталады. Егер ток әрекеті жасалған жылу мљлшерін Q әрпімен өткізгіштен өтетін ток күшін I әрпімен, өткізгіш кедергісін R әрпімен және, токтың өткізгіштен ағып өту уақытын t әрпімен белгілесек, онда Ленц — Джоуль заңының өрнегін былай жазуға болады:

мұндағы - тізбектің учаскесінде уақыт ішінде бөлініп шығатын жылу мөлшері.

I=U/R және R=U/t, болғандықтан: Q = UІt = U²t/R.

Тогы бар тізбектегі электр энергиясының энергияның басқа түрлеріне айналуының өлшеуіші ток жұмысының, яғни өрістегі зарядтарды орын ауыстырғандағы электр күші атқаратын жұмыстың шамасы болып табылады. A=q·U

мұндағы А - электр өрісіндегі зарядты орын ауыстырғандағы жұмыс, q-заряд. Осы формуладан тұрақты токтың істеген жұмысын да анықтауға болады. t уақытта өткізгіштің көлденең қимасы арқылы q=It заряд өтсін. Сонда A=I·Ut болады.

Электр тогының жұмысы – ток күші, кернеу және жұмысты істеуге кеткен уақыттың көбейтіндісіне тең.

SI жүйесінде джоульмен (Дж) өлшенеді. 1Дж=1A·1B·1c

Тізбектің бөлігіне арналған Ом заңы және U=I·R негізінде келесі формулаларды аламыз. A=I²·Rt,

Уақыт бірлігіндегі өндірілген токтың жұмысы электр тогының қуаты болып табылады. Электр қуаты P әрпімен белгіленеді.Қуат мынаған тең: P =I U

Токтың қуаты табу үшін өткізгіштегі ток күші және кернеуді өлшеп, олардың көбейтіндісін табу керек.

Сонымен қатар токтың қуаты үшін мына өрнектер дұрыс: P = I²R

Халықаралық бірліктер жүйесінде қуат бірлігіне ватт алынған: 1Вт

1ватт (1Вт) қуат бірлігіне 1В кернеуі бар тізбек бөлінгендегі 1А ток күшінің қуатын алады:

1Вт=1А·1В. 1ватт=1ампер·1вольт.

1 Ватт онша көп қуат емес.Тәжірибеде ватқа еселік болып келетін бірліктерді қолданады: гектоватт 1гВт=10² Вт; киловатт 1кВт=10³ Вт; мегаватт 1МВт=10⁶ Вт.

Токтың қуатын – өлшеуге арналған аспапты ваттметр деп атайды.Токтың жұмысын өлшеуге арналған құрал электр санауыш деп аталады.Электр санауышында ток жұмысының 1кВ·сағ=3,6·10⁶ Джекенін есептеу қиын емес.

40. Металдардағы электр тогы.

Металдағы электр тогы-сыртқы электр өрісінің ықпалымен еркін электрондардың реттелген қозғалысы.Тоқ тығыздығы өткізгіштің бірлік көлденең ауданынан бірлік уақытқа тасымалданатын барлық j=ne (v) (j,v векторлық шамалар) электрондардың зарядына тең. Металдарда тоқ тасушылар электрондар болып табылады.Мұны тәжірибе жүзінде Толмен мен Стюарт тағайындаған.Металдағы тоқты еркін электрондар туғызады.олардың концентрациясы үлкен болады және металл атомдарының концентрациясымен бір ретті болады.Металдар электр өткізгіштігінің классикалық электрондық теориясының негізінде келесі ұйғарымдар жатады:1)металдағы электрондар өздерін идеал газ молекулалары секілді ұстайды.»электрондық газ» идеал газ заңдарына бағынады.2)ретсіз қозғалыс кезінде еркін электрондар өзара соқтығыспайды,олар кристалдық торлардың иондарымен соқтығысады;

3)электрондар иондармен соқтығысқанда өздерінің кинетикалық энергиясын толығымен береді.Металдағы электрондардың реттелген қозғалысының орташа жылдамдығы v өткізгіштің берілген нүктесіндегі эл.өрісінің кернеулігіне пропорционал болады. V=eƮ/2m*E (Ʈ-векторлық шама)

Мұндағы; е-электрон ззаряды;m-оның массасы;Ʈ -тектелес екі соқтығысудың арасындағы орташа уақыт.Металдардағы электр тогы дегеніміз еркін электрондардың бірыңғай реттелген қозғалысы яғни кристалл торындағы иондармен байланыспаған электрондардың қозғалысы.Бұл қорытынды көптеген тәжірибелердің нәтижесінді эл.теорияға айналды.Сондай тәжірибелердің біріне 1901 ж Рикке жасаған тәжірибені айтуға болады.Тәжірибеннің мазмұны мыныдай:жиектері мұқият тегістеліп өңделген (Cu+Al+Cu) радиустары бірдей 3 цилиндрді өзара қосқан.Цилиндрдің салмақтары өлшеніп алынған және осы өткізгіштер бойымен 1 жыл бойы үздіксіз тоқ жургізілген.Сонда осындай 10-6 Кл заряд өткені анықталды.Сол сияқты өткізгіштер түйіскен жерде металдың екінші металға өтпегендгі анықталды.Тәжірибе нәтижесінде металдардағы эл.тогын тасымалдаушылар Д.Томсон ашқан электрондар екендігі анықталды.

41. Электролиттердегі электр тогы. Фарадейдің электролиз заңы.

Электр тогы деп электр зарядтарының реттелген қозғалысын айтады. Осындай қозғалыс мүмкін болатын заттар электрдің өткізгіштері болып табылады,ал осы өткізгіштерде пайда болған электр тогы өткізгіш ток деп есептелінеді.Өткізгіште электр тогының болып тұруы үшін біріншіден, орындата алатын электр зарядтарының жəне екіншіден осы зарядтар қозғалысқа келтіруге шығындалатын электр өрісінің болуы қажет. Арнайы қойылған тəжірибелер металдарды электрді тасымалдаушы электрондар (теріс зарядты бөлшектер) екенін көрсетті.Табиғаттағы барлық электрондар бірдей болғандықтан олардың өріс күш əсерінен метал өткізгіш бойымен қозғалыс өткізгіш құрыла ешқандай да өзгертпейді. Мəселен,тəжрибеде алтын мен күміс түйіскен жері арқылы күші 10А токты бірнеше жыл бойы жүргізген металдың ешқандай тасымалданбағандығы байқалады. Электролиттердегі электр тогының металдардан өзгешелігі онда зарядты оң немесе теріс иондар болады жəне ток жүру кезінде электролит зат тасымалданады. Электр тогының сипаттамасына өткізгіштің қимасы арқылы өтетін Δq зарядының осы зарядты көшірудегі Δt уақыт аралығына қатынасы жатады.

I= Δq/Δt

Ι = Бұл шама ток күші деп аталатын болды. Егер Δq/Δt қатынасы уақыттқа байланысты ешқандай өзгермесе онда ток күшін бұл жағдайда Ι = q/t

(1А) тұрақты немесе стационар ток деп атайды.СИ өлшем бірліктерінде ток күші бірлігіне Ампер (А) алынады.Бұл бірлік 1881 жылы француз ғалымы Ампердің құрметіне берілген. Ампердің анықталуы токтың

электромагниттік əсерімен байланысты жəне кейін қарастырылады.1А тұрақты ток кезіндегі өткізгіштің көлденең қимасы арқыл 1сек ішінде 1К заряд өтеді.СГС системасында ток бірлігіне 1сгс q зарядты 1сек ішіндегі ток алынады.

1a= = = СГС

Токтың бағытына,əдеттегідей оң зарядтың бағыты алынады. Ол бағыт металдардағы электрондардың қозғалу бағытына кері болады. Фарадейдің бірінші заңы. «Электр тогының электролит ерітіндісі арқылы өткендегі электродта бөлінетін зат массасы электр көлеміне тура пропорционалды болады». ∆m=kэQ. Мұндағы ∆m-реакцияға түскен заттың мөлшері; Q- электр мөлшері; kэ- электр мөлшерінің бірлігіне қанша зат әсер еткенін көрсететін пропорционалдық коэффициент.k мөлшері электрохимиялық эквивалент деп аталады. k=M/(Naz|e|) мұндағы z ион валенттілігі; М электродта бөлінген заттың молярлық массасы; Na Авогадро тұрақтысы, |e|=1,6·10-19 Кл. Фарадейдің екінші заңы.

Фарадейдің екінші заңы бойынша, өткен электрдің берілген мөлшерінде реакцияға түскен заттардың массаларының қатынасы олардың химиялық эквиваленттерінің қатынасына тең: ∆m1\A1=∆m2\A22=∆m3\A3=constЭлементтің химиялық эквиваленті сутегінің бір атомдық массасын немесе оттегінің жарты атомдық массасын қосатын немесе алмастыратын химиялық қосылыстарда 1\12 атом массасының C12болатын элемент бөлшегі массасы қатынасына тең. «химиялық эквивалент» түсінігі қосылыстарға қолданылады. Солай, қышқылдың химиялық эквиваленті сан бойынша оның молярлық массасының негізіне бөлінуін айтамыз (сутегі иондарының саны), негіздің химиялық эквиваленті-оның молярлық массасының қышқылдығына бөлінуін (бейорганикалық негіздерде- гидроксильді топтардың санына), тұздың химиялық эквиваленті- оның молярлық массасының катиондар немесе аниондар зарядтарының қосындысына қатынасы болып табылады.

42. Газдардағы жəне плазмадағы электр тоғы. Плазма туралы түсінік.

Қалыпты жағдайда газдарда еркiн ток тасушылар (электрондар мен иондар) болмайды.

Газдардың атомдары мен молекулаларына электронның үзiлiп кетуi газдардың иондалуы дейдi. Газдарда электр тогын тасушылар тек газдар иондалғанда ғана пайда болуы мүмкiн. Электронның газ атомдарымен (молекуларымен) соқтығысуынан болатын газдың иондалуын электронды соққыдан иондалу дейдi.

Газдардың иондалу сыртқы әсерленген (сыртқы ионизаторлардан): қатты қыздырудан, әр түрлi сәулеленуден пайда болуы мүмкiн. Электрондардың атомнан бөлiнiп кетуiне қажет минимальдi энергияны иондау энергиясы дейдi. Газдың иондалу үшiн жұлынып кететiн және атомның (молекуланың) қалған бөлiгiнiң арасындағы әсерлесу күшiне қарсы иондалу жұмысын жасау қажет (A_И).

Қарама – қарсы зарядттаған бөлшектердiң қайтадан бейтарап атом (молекула) құрыуын рекомбинация дейдi. Сыртқы ионизаторлар тұрақты болса, ионизациялану мен рекомбинациялану арасында динамикалық тепе – теңдiк қалыпасады. Бұл жағдайда жаңадан құрылған зарядтталған бөлшектердiң саны бейтарап атомға (молекулаға) бiрiккен парлардың санына тең болады.

Газдағы электр ток газ разряды деп аталады.

Сыртқы ионизаторлардан (қатты қыздырудан, әр түрлi сәулеленуден) пайда болатын газдың электр өткiзгiштiгi тәуелдi газ разряды деп аталады.

Электр тогының газдан сыртқы ионизаторларға тәуелсiз өту құбылысы, тәуелсiз газ разряды дейдi. Тәуелсiз разряд болғанда газ атомдар мен молекулардың электрондардың соғуынан болатын иондалуы газдың иондалуының негiзгi механизмi болады. Электрондық соққыдан иондалу электронның еркiң жолының ұзындығы λ болғандағы кинетикалық энергиясы W_k электронның атомнан бөлiнiп кетуiне жұмсаған жұмысына A_и жеткiлiктi, яғни: W_k ≥ A_и, немесе

eE λ≥ A_и (7.9)

болған жағдайда мүмкiн болады. Мұндағы Е -электрлiк өрiстiң кернеулiгi, λ- электронның еркiң жолының ұзындығы.

Әдетте, атомдар мен молекулалардағы электрондар байласының энергиясы (иондау энергиясы) электронвольтпен (эВ) өрнектеледi. Бiр электронвольт электр өрiсiнiң элементар заряды бар электронды немесе басқа бөлшектi өрiстiң кернеулiгi 1 Вольт болатын екi нүктесiнiң аралығындағы орын ауыстыруына жұмсайтын жұмысқа тең:

Дата добавления: 2014-12-16