Радиоактивті ыдырау 3 страница

Мысалы сутегi атомының иондау энергиясы 13,6 эВ тең, ал оттегi молекуласының иондау энергиясы 12 эВ тең болады.

Егер ток көзiнің қуаты тәуелсiз разрядты ұзақ уақытқа жалғастыруға жетпеген жағдайда ұшқынды разряд деп аталатын тәуелсiз разрядтын түрi пайда болады. Найзағай -ұшқынды разрядтың мысалы болады.

Температураны 5000°-тан жоғарылатқанда диссоциацияға түсіп, иондалмайтын заттар қатары сиреп, 10000°-тан асқанда ыдырамаған заттар қалмайды. Осы күйді плазма дейді. Бүл — заттың төртінші күйі. Зат плазмалық күйде оларды аса қуатты электрлік, магниттік өріске енгізгенде де болады. Сонымен заттардың плазмалық күйде болуы үшін өте жоғары температура, аса күшті электрлік немесемагниттік өріс қажет екен. Жұлдыздар мен планеталар, космостық денелердің бәрі де плазмалық күйде.

Плазма терминін ғылым тіліне үстіміздегі ғасырдын, 20-жылдары американдық ғалым И. Ленгмюр енгізді, ол “жинақталған”, “жапсырылған” деген мағынаны береді. Сонымен плазма дегеніміз — құрамы тең мөлшерде, дербес түрінде оң және теріс зарядталған бөлшектен тұратын заттын, төртінші күйі. Плазмадағы он, және теріс зарядталған бөлшектер саны өзара тең болғандықтан, ол квазибейтарап. Егер оң зарядталған атом ядросы не ионы және теріс зарядталған электрондар аса сиретілген ортада, мысалы, ауасыз шыны түтіктің ішінде зарядталган бөлшектер қалпында ретсіз қозғалыста болса, бұл да плазма. Демек, плазманы алу үшін заттарды газды күйге айналдырып, сосын оны жоғарыда айтылғандай иондандырғыш ортаға енгізу керек.

Плазманы екі түрге бөледі: изотермалық және газразрядты. Изотермалық плазма жоғары температура кезінде пайда болады немесе температура әсерінен заттар атомдары диссоциацияланып, оң және теріс зарядталған бөлшектерге айналады. Изотермалық плазма тұрақты және көп уақыт сақталады. Ол космос кеңістігінде кездесетін құбылыс. Жер атмосферасының қабаты да өз алдына өзгешелігі бар плазма түрі.

Газразрядты плазма электрлік разряд кезінде пайда болады. Оған үйлердегі, көшелердегі түрлі-түсті жазуларды көрсетіп тұрған, ішінде электр жарығы бар шыны түтіктер мысал. Демек, газ- разрядты плазма, электр тогы (өрісі) беріліп тұрғанда ғана тұрақты да, ол жоқ болса, плазма да жоқ.

Плазманың температурасы бірнеше ондаған мың градусқа жетеді. Алайда плазманы құрайтын зарядталған бөлшектердің, біріншіден, ол аса сиретілген газ сияқты, концентрациясы өте аз, екіншіден, жылу өзін қоршаған ортаға таралып үлгермейді. Плазма- ның келесі бір қасиеті — оның электр өткізпштігі. Плазма температурасы жоғарылаған сайын оның электр өткізгіштігі артады. Олай болса, плазма арқылы бірнеше жүз, мың, тіпті миллиондаған амперлік ток күші бар кернеуді тасымалдауға болады. Плазма арқылы жіберілген ток плазмалық өткізгіш айналасында магнит өрісін туғызады да, осы өріс ішінде электрондар

мен иондар тобын жинақтап, плазмалық бау жасайды. Бұл да плазма ішіндегі жылуды түтік қабырғасына жеткізбейтіндіктен, ондай түтікті шамдар шамалы ғана жылынады. Мұндай плазмалық баудың электромагниттік өрістегі кысылуы ондағы ток күшіне тәуелді, яғни плазма арқылы жіберілген ток күші көбейген сайын плазмалық баудың қысымы артады. Осы негізгі сипатты пайдаланып, плазманың температурасы мен қысымын бірнеше мыңдаған рет еселей көтеруге болады. Қазіргі атомдық электр станциялары мен термоядролық реакторлар жұмысы плазманың осы қасиетіне негізделген.

43. Өткізгіштердің кедергісі. Өткізгіштерді тізбектей жəне параллель қосу.

1827 жылы неміс ғалымы Ом (1787-1854) көптеген тәжірибелердің нәтижесінде мынадай қорытынды шығарды: тұрақты температурада (T=const) өткізгіштің ұштарындағы кернеудің ток шамасына қатынасы әр уақытта тұрақты болады: U/I=R, мұндағы шамасы өткізгіштің кедергісі деп аталды. Өткізгіштің кедергісі оның пішініне және мөлшеріне, сол сияқты табиғаты мен температурасына да тәуелді. Осы формула арқылы кедергінің өлшем бірлігін тағайындауға болады. Кедергінің бірлігі үшін кернеуі 1 В өткізгіштегі ток 1 А болатын өткізгіштің кедергісі алынады. Оны Ом деп атайды. 1 Ом = 1 В / 1 А.

I=U/R (3.12)

Бұл Ом заңының формуласы болып табылады. Сонымен ток шамасы өткізгіштердің ұштарындағы кернеуге тура пропорционал да, кедергісіне кері пропорционал екен. Өткізгіштің кедергісіне кері шама өткізгіштік деп аталады: μ=1/R

Кедергінің кері шамасы, яғни өткізгіштік сименспен (См) өлшенеді.

Әр түрлі өткізгіштер үшін ток пен кернеу арасында мынадай тәуелділік бар: I=f (U) (3.13)

Бұл байланыс өткізгіштің вольт-амперлік сипаттамасын көрсетеді. Сондықтан Ом заңы өткізгіштің ұштарындағы кернеу мен токтың сызықтық байланысын білдіреді. Мысалы,металдар мен электролиттер үшін Ом заңы кең түрде орындалады. Ом табиғаттары мен мөлшерлері әр түрлі көптеген өткізгіштерді зерттей отырып, біртекті цилиндр тәрізді басқа өткізгіштердің кедергісі оның ұзындығына тура пропорционал да, көлденең қимасына кері пропорционал болатындығын көрсетті: R=ρ (3.14)

мұндағы пропорционалдық коэффициент ρ - өткізгіштің меншікті кедергісі, ол өткізгіштің қандай заттан жасалғанын көрсетеді. Меншікті кедергінің кері шамасы меншікті өткізгіштік деп аталады: g=1/ρ

Мұның өлшем бірлігі сименс бөлінген метр (См/ м). Ал меншікті кедергінің өлшеміне Oм*м алынады. Меншікті кедергі өте аз болатын материалға күміс (Ag, ρ=1.6* Oм*м және мыс - Cu (ρ=1.6* ), сондай-ақ алюминий- Al (2.6* ) жатады. Өткізгіштердің меншікті кедергісі зат құрамындағы қоспаларға байланысты. Өткізгіштерді тізбекке қосудың екі түрі бар: егер өткізгіштерді тізбектей қоссақ, онда олардың толық кедергісі R=R1+R2+….+Rn

І = I1 = I2 = …. = I n

U= U1+U2+…..+Un (3.15) болады.

Өткізгіштерді параллель қоссақ, онда олардың толық кедергісі

= + +…+

U= U1=U2=…..=Un

І=І1+І2+….+Іn (3.16)

Өткізгіштің кедергісіне кері шама оның электр өткізгіштігі екенін ескерсек, онда тізбекке параллель қосылған өткізгіштердің толық электр өткізгіштігі олардың жекелеген электр өткізгіштерінің қосындысына тең болады. Ом заңына сәйкес өткізгіштің ішкі бөлігі үшін кернеудің шамасы немесе кернеудің түсуі мынаған тең: U1 = Іr

мұндағы r - ішкі кедергі, I- ток күші. Егер тізбек тұйықталған болса, онда ток көзінің э. қ. к-і () ішкі бөлігіндегі кернеу мен сыртқы кернеудің қосындысына тең: =Ir+U. Осы өрнекқарастырылып отырған дербес жағдай үшін энергияның сақталу заңын сипаттайды. Тұйық тізбекте электростатикалық күштердің жұмысы А=0 болады да, барлық жұмыс тек бөгде күштер арқылы істелінеді, яғни U= -Ir

Тізбек бөлігі үшін Ом заңын, яғни U=IR ескеріп, тізбектегі ток күшін тапсақ:

I= (3.17)

Осы формула тұйық тізбек үшін Ом заңы деп аталады да, былайша тұжырымдалады: тұйық тізбектегі ток күші э. қ. к-і шамасына тура пропорционал да, тізбектің сыртқы және ішкі кедергілерінің қосындысына кері пропорционал болады. Э.қ.к-нің мәні =IR+Ir, мұндағы - зарядты сыртқы тізбекте тасымалдау үшін істелетін жұмыc; Ir - ток көзінің ішкі кедергісіне қарсы жасалатын жұмыс. Осыған байланысты э.қ.к-не басқаша анықтама беруге болады: э.қ.к-і тұйық тізбектің барлық бөлігі арқылы зарядты тасымалдау үшін істелген жұмыс шамасы. Сонымен тізбекте әр уақытта ток болу үшін электр өрісі де, ток көзі де міндетті түрде бар болуы және ондағы зарядтар электр күштері арқылы орын ауыстыруы керек екен. Енді Ом заңын дифференциал түрде жазып көрсетейік. Ток жүріп тұрған цилиндр тәрізді өткізгіштің көлденең қимасының ара қашықтығы dl болсын. Сонда өткізгіш бөлігінің ұштарындағы потенциалдар айырымы dU=U1-U2

Тізбек бөлігі үшін Ом заңы: I=

Электр өрісінің кернеулігі E= болса, онда потенциалдар айырымы dU=Edl. Олай болса, Ом заңы:

I= = EdS

Токтың тығыздығы j=I/S екенін ескерсек және g = 1/ρ меншікті электр өтімділігі десек, онда соңғы өрнек мына түрде жазылады: =γ (3.18)

Осы формула ток тығыздығы үшін Ом заңының дифференциалдық түрі болып есептеледі. Бұл өрнек өткізгіштің көлденең қимасындағы токтың біркелкі әрі оның әр нүктесіндегі ток тығыздығының әр түрлі болуына қарамастан орындала береді.

Заттың ток өткізгіштік қабілеті оның меншікті кедергісі ρ -мен немесе меншікті электр өткізгіштігі μ-мен сипатталады. Көптеген тәжірибелер металдар кедергілері температура өскен сайын артатындығын көрсетті:

= (1+α ) (3.19)

мұндағы - С температураға сәйкес келетін кедергі; - белгілі бір С температураға сәйкес келетін кедергі.

Меншікті кедергінің температураға тәуелділігін кедергінің температуралық коэффициенті деп аталатын шама арқылы жазайық: =

α- әр түрлі температуралар үшін әр түрлі болады. Барлық металдар үшін меншікті кедергі температураға сызықты түрде тәуелді өзгереді: = (3.20)

мұндағы - С температураға сәйкес меншікті кедергі, - С температураға сәйкес меншікті кедергі. Ал

α -ның сан мәні көптеген металдар үшін 1/273=0.004-ке жуық. Кейбір қорытпалар үшін, мысалы, константан үшін α-нің мәні өте төмен, шамамен =0.1* . Осындай заттардан кедергілер эталонын жасайды. Өте төменгі температурада (1-8 К) біраз металдардың және қорытпалардың кедергісі кенеттен төмендеп нөлге жуықтайды. Осы құбылыс асқын өткізгіштік деп аталады. Бұл құбылысты алғаш голланд физигі Камерлинг -Оннес 1911 жылы сынап (Hg) үшін ашқан болатын. Кейінірек асқын өткізгіштік қасиеттер мырыш (Zn), қорғасын (Pb), қалайы (Sn) және тағы басқа металдарда, сол сияқты бірқатар қорытпаларда да байқалады. Асқын өткізгіштік күйді теория тұрғысынан толық түсіндірген совет физигі Н.Н. Боголюбов (1958) болды.

Электр кедергілерінің температураға тәуелділігі кедергілік термометрлерде пайдаланылады. Мұндай тұрақты температуралық нүктелер бойынша градуирленген кедергілік термометр өте төмен және өте жоғары температураларда да аса дәлдікпен өлшей алады.

44. Тізбектің тармақталуы. Кирхгоф ережелері.

Тармақталған күрделі тізбектерді қарастырғанда Кирхгофтың екі заңымен пайдаланған.Оның біріншісі сан үштен кем емес өткізгіштердің түйісу нүктесі жатады.Мұндай нүктелерді түйіндер дейді. Екіншісі тармақталған беттен ойша бөлініп алынған кез-келген тұйық тізбекке жатады. Кирхгофтың бірінші заңы: белгілі бір стационар жағдайда түйінге келетін токтардың қосындысы одан шығатын токтардың қосындысы тең екендігін тағайындайды. Шындығында да мұндай теңдік орналасқан түйіндерде

зарядтардың шоғырлануы ұлғайып, стационар (режим)тəртіп бұзылар еді. А түйінге кіретін токтарды оң,ал одан шығатын токтарды теріс деп санасақ заңды қысқаша ғана өрнектеуге болады: түйіндерде кездесетін санақ заңды алгебралық қосындысы нольге тең. Σ I=0

Кирхгофтың екінші заңы: Тармақталған бірнеше э.қ.к. жалғанған түрде оны белгілі бір бағытпен тұйықталған контур бөліп аламыз,оны белгілі бір бағытпен жылжи отырып (мəселен сағат стрелкасы бағытымен) əрбір бөлікке Ом заңын қолданамыз. Тізбек бөлігіне (φ1-φ2) потенциалдар айрымы түскен жағдайда жəне оған э.қ.к. қосылған жағдай үшін ом заңы мына түрде жазылады: I=

Мұндағы: R тізбек бөлігінің толық кедергісі.Осыған ұқсас тізбектің əр бөлігі үшін теңдеу құрамы

± Ι1 R1 =ϕ1 –ϕ2 ± Ε1

± Ι2 R2 =ϕ2 –ϕ3 ± Ε2

± Ι3 R3 =ϕ3 –ϕ1 ± Ε3 осылардың барлығын қосамыз.

± Ι1 R1 ± Ι2 R2 ±Ι3 R3 = ±Ε1 ± Ε2 ± Ε3

Алынған нəтижені сөзбен балай өрнектеуге болады; тармақталған тізбектің барлық тұйықталған контуры үшін оның сəйкес бөліктеріндей тоқпен кедергінің көбейтінділерінің алгебралық қосындысы осы контурдаға жұмысқа қосылған электр қозғауышкүштердің алгебралық қосындысына болады,яғни Σ IR = Σ E Сонымен көрші тармақтардың болуына жəне олардың контурдың жеке бөліктеріндегі ток күшіне тигізетін ықпалына қарамастан тек осы контурды сипаттайтын шамалардың арасындағы қатынасты табудың сəті түседі екен.Бұл электр өрісінің сыртқы күштер энергиясын тізбекті жеке бөліктеріне бөліп беріп,бірақ өзі жалпы ешқандай жұмыс істемейтіндігіне байланысты мүмкін болады.Жоғарыда келтірілген теңдеуге кіретін қосынды орындауда,ток күші мен э.қ.к. егер олардың бағыты айналып жылжу бағытымен сəйкелсе оң ал оған керісінше келсе теріс болып саналады.

45. Магнит өрісі. Магнит индукция векторы. Лоренц күші. Ампер заңы.

Қозғалмайтын электр зарядтары электр өрiсiн туғызады, қозғалатын зарядтар басқа өрiс – магнит өрiсiн туғызады. Бұған иiлмелi өткiзгiшмен жасалған тәжiрибеден көз жеткiзуге болады. Егер екi параллель өткiзгiштер бойымен бiр бағытта ток өтсе, өткiзгiштер бiр бiрiне тартылады, ал егер ток бағыттары қарама-қарсы болса, онда өткiзгiштер бiр-бiрiнен тебiле бастайды.

Ток өтетiн өткiзгiштер арасындағы пайда болатын әсер магниттiк әсер деп аталады. Бұл жағдайда өткiзгiштердiң бiр-бiрiне әсер ететiн күштерiн магниттiк күштер деп атайды.

Электромагниттiк өрiстiң байқалуының бiр түрiн магнит өрiсi деп атайды. Оның ерекшелiгi болып, ол өрiс тек қана электр заряды бар қозғалыстағы бөлшектер мен денелерге, сонымен қатар қозғалатын не қозғалмайтындығына байланыссыз магниттелген денелерге әсер ететiндiгi табылады.

Магнит индукциясының векторы магнит өрiсiнiң күштiк сипаттамасы болып табылады.

Магнит индукциясы векторының бағыты ретiнде ток әсерiнен туған кейбiр магнит өрiсiнде еркiн қозғала алатын магнит тiлшесiнiң оңтүстiк S полюсiнен солтүстiк N полюсiне бағыты алынған. Бұл бағыт тогы бар тұйық контурға түсiрiлген оң нормаль бағытымен сәйкес келедi.

6.1-сурет

Оң нормаль бағыты тұйық контурдағы токтың бағыты бойынша айналғандағы оң кесiлген бұранда ұшының iлгерiлемелi қозғалысымен сәйкес келедi (6.1 - сурет). Тогы бар түзу сызықты өткiзгiштiң магнит тiлшесi жазықтығы өткiзгiшке перпендикуляр, ал центрi өткiзгiш өсiнде жатқан шеңбердiң жанамасы бойынша орналасады. Магнит индукциясы векторының бағытын Максвелл ережесi (бұранда ережесi) бойынша анықтайды: егер бұранданы өткiзгiштегi ток бағыты бойынша бұраса, онда бұранда сабының қозғалыс бағыты магнит индукциясы векторының бағытына нұсқайды. Магнит индукциясы векторының модулi магнит өрiсi тарапынан тогы бар өткiзгiштiң бiр бөлiгiне әсер ететiн максималды күштiң ток күшiнiң сол бөлiк ұзындығына көбейтiндiсiнiң қатынасына тең:

(6.1)

СИ жүйесiнде Магнит индукциясының бiрлiгi ретiнде бiр тесла (1 Тл) – ұзындығы 1 м өткiзгiш бөлiгiне 1 А ток күшi болғанда өрiс тарапынан Fmax = 1 H максималды күш әсер ететiн бiртектi өрiстiң магнит индукциясы қабылданған.

Егер векторлары өрiстiң барлық нүктелерiнде бiрдей болса, магнит өрiсiн бiртектi деп атайды. Өрiстердiң суперпозиция принципi. Егер кеңiстiктiң берiлген нүктесiнде магнит өрiстерi магнит индукциясының векторлары ₁, ₂, ₃ және т.б. болып келген әртүрлi магнит көздерiнен құралса, онда қорытынды магнит өрiсiнiң векторы мынаған тең болады: = ₁+ ₂+ ₃+… (6.2) Магнит өрiстерiн бейне түрiнде кескiндеу үшiн магнит индукциясы сызықтарын пайдаланады. Магнит индукциясы сызықтары – әр нүктедегi жанамалары өрiстiң осы нүктелерiндегi векторының бағытымен сәйкес келетiндей етiп жүргiзiлген бейне сызықтар. Тұрақты магнит орналасқан қағаз бетiне темiр ұнтақтарын сеуiп, магнит индукциясы сызықтарының толық сутеттер көрiнiсiн көзбе-көз көруге болады. Магнит индукциясының сызықтары әрқашан да тұйық және өрiс туғызатын тогы бар өткiзгiштердi қамтиды. Магнит индукциясы сызықтарының тұйықтығы табиғаттағы еркiн магнит зарядтарының бар болуының дәлелденбегендiгiмен түсiндiрiледi. Тұйық күштiк сызықтары бар өрiстердi құйынды өрiстер деп атайды. Магнит өрiсi құйынды өрiс болып табылады. Бiртектi өрiстiң магнит индукциясының сызықтары параллель болады.

Магнит өрiсi потенциалды болмайды, яғни тұйық контурдағы зарядтың орын ауыстыруы бойынша магнит өрiсiнiң жұмысы нөлге тең емес.

Магнит тiзбегi деп магнит өрiсi жинақталған кеңiстiктiң аймақтары немесе денелердiң жиынтығы аталады.

Магнит тiзбегiндегi магнит ағыны электр тiзбегiндегi ток күшi сияқты рөлдi атқарады.

Бет арқылы өтетiн магнит ағыны деп магнит индукциясы векторының модулiнiң жазық беттiң S ауданына және және векторларының арасындағы бұрыштың косинусына көбейтiндiсiне тең шаманы айтамыз, мұндағы - жазық бетке түсiрiлген нормаль:

СИ жүйесiнде магнит ағынының бiрлiгi ретiнде – бiр вебер (1 Вб) - өткiзгiштiң көлденең қимасы арқылы 1 Кл электр мөлшерi өткендегi кедергiсi 1 Ом электр тiзбегiндегi нөлге дейiн кемiген магнит ағыны алынады.

1 Вб магнит ағыны магнит индукциясы векторына перпендикуляр орналасқан ауданы 1 м² бет арқылы өтетiн 1 Тл магнит индукциясы бар бiртектi магнит өрiсiнен туады.

Ампер күшi – магнетизмнiң негiзгi заңы

6.3-сурет

Тогы бар өткiзгiшке магнит өрiсi тарапынан әсер ететiн күштi Ампер күшi деп атайды.

Ток элементiмен α бұрышын құрайтын индукциясы болатын магнит өрiсi тарапынан I тогы бар өткiзгiштiң аз ғана кесiндiсiне әсер ететiн Ампер күшiнiң модулi F мына формула бойынша анықталады:

(6.4)

Дата добавления: 2014-12-16