Өткізгіш бетінің эквипотенциал беттері

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 59 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының ғылым және білім министрлігі

С. Аманжолов атындағы Шығыс Қазақстан мемлекеттік университеті

Әкбар Н.

Электродинамикадан орта мектепке арналған демонстрациялық құрылғыларды құрастыру

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

5В011000 - «Физика» мамандығы

Өскемен 2020

Қазақстан Республикасының ғылым және білім министрлігі

С. Аманжолов атындағы Шығыс Қазақстан мемлекеттік университеті

«Қорғауға жіберілді»

«___»2020 ж.

«Физика және технологиялар»

кафедрасының меңгерушісі

Г. С. Бектасова

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

Тақырыбы: Электродинамикадан орта мектепке арналған демонстрациялық құрылғыларды құрастыру

5В011000 - «Физика» мамандығы бойынша

Орындаған күндізгі оқу бөлімінің

4-курс студенті

Н. Ж. Әкбар

Орындаған күндізгі оқу бөлімінің4-курс студенті:

Ғылыми жетекші

аға оқытушы

«__»2020 ж.

Н. Ж. Әкбар: А. М. Жилкашинова

Орындаған күндізгі оқу бөлімінің4-курс студенті: Нормабақылаушы

Н. Ж. Әкбар:

Орындаған күндізгі оқу бөлімінің4-курс студенті: «__»2020 ж.

Н. Ж. Әкбар:

Өскемен 2020

Мазмұны

Анықтамалар

Анықтамалар: Қысқартылған сөздер мен белгіленулер

4: 5

Анықтамалар: Кіріспе

4: 6

Анықтамалар: 1

4: Демонстрациялық құрылғылардағы физикалық құбылыстардың негізгі теориялары

Анықтамалар: 1. 1

4: Электростатикалық өрістегі өткізгіштер

Анықтамалар: 1. 2

4: Өткізгіш кедергісінің температураға тәуелділігі. Асқан өткізгіштік

Анықтамалар: 1. 3

4: Электромагниттік индукция. Магниттік ағын. Ленц заңы

Анықтамалар: 1. 4

4: Сұйықтықтағы электр тогы. Электролиз үшін Фарадей заңы

Анықтамалар: 2

4: Демонстрациялық құрылғылармен электродинамика тақырыбын орта мектепте оқыту әдістемесі

Анықтамалар:

2. 1

2. 2

Жаңғыртылған бағдарлама бойынша мектеп курсында зерттеу жұмысын ұйымдастыру бағытында пьезогенераторларды зерттеу

Пәнді игеруге арналған күнтізбелік-тақырыптық жоспар

Анықтамалар: 2. 3

4: Тақырып бойынша жоспарланған есептер

Анықтамалар: 2. 4

Тақырып бойынша материалдарды меңгеруге арналған тесттік тапсырмалар

2. 5

Анықтамалар: Қорытынды

4: 57

Анықтамалар: Қолданған әдебиеттер тізімі

4: 58

Анықтамалар: Қосымша А

Анықтамалар: Қосымша Б

Анықтамалар: Қосымша В

Анықтамалар

Электростатикалық индукция - өткізгішті сыртқы электр өрісіне ендіргенде ондағы электрондардың ығысып қайта орналасуы нәтижесінде оның беттерінің әр таңбалы зарядтармен зарялталуы.

Эквипотенциал бет - өткізгіштің барлық нүктелерінің потенциалдары өзара тең өткізгіштің беті.

Автоэлектрондық эмиссия - зарядтың өткізгіштің үшкір ұшынан «ұшып шығу» құбылысы.

Электр өткізгіш орта - сыртқы электр қозғаушы күшінің әсерінен ортада белгілі бір бағытта заряд тасылатын орта.

Электрондар - өткізгіштердегі заряд тасушылар.

Еркін электрондар - атомдардың өзара әрекеттесуі нәтижесінде сыртқы валенттік электрондары төл ядроларының өрісінен кетіп, басқа кез келген ядролардың өрісінде еркін қозғалуы.

Фонондар - кристалдың периодты потенциалдық өрісінің элементар қозулары.

Сындық температура - өткізгіштің асқын өткізгіш күйіне көшетін температурасы.

Сындық тоқ - асқын өткізгіштік күйін бұзатын тоқ.

Атом - химиялық элементтерді құрайтын, олардың өзіне тән ерекшеліктерін сақтайтын ең кішкене бөлшек.

Кернеу - ток тудыратын электр өрісін сипаттайтын физикалық шама.

Электрлік кедергі - электр тізбегінің немесе өткізгіштің электр тогына қарсы бағытталған әсерін сипаттайтын шама.

Электр тогы - электр қозғаушы күштің әсерінен зарядтардың (зарядталған бөлшектер немесе дене) бағытталған қозғалысы.

Тұрақты ток - уақыт бойынша бағыты және шамасы өзгермейді. Тұрақты ток көздері: аккумуляторлар, батареялар.

Айнымалы ток - бағыты мен шамасы периодты түрде өзгеріп отыратын электр тогы.

Электр өрісі - электрмагниттік өрістің дербес бір түрі. Ол электр зарядының айналасында немесе бір уақыт ішіндегі магнит өрісінің өзгерісі нәтижесінде пайда болады.

Ом заңы - электр тогының негізгі заңдарының бірі. Өткізгіштегі ток күшінің (І) осы өткізгіштің ұштары арасындағы кернеумен (U) байланысын анықтайды.

Диссоциациялану дәрежесі - иондарға ыдыраған молекула санының жалпы молекула санына қатынасы.

Диссоциация құбылысы - ерітіндідегі молекулалардың иондарға ыдырауы.

Қысқартылған сөздер мен белгіленулер

U - өткізгіштегі кернеу;

J - өткізгіштегі ток;

- өткізгіштің кедергісі;

ЭҚК - электр қозғаушы күш;

- меншікті кедергі;

- температура;

Σ - меншікті өткізгіш.

L - сымның ұзындығы;

S - көлденең қиманың ауданы;

Q - заряд;

F - инерция күші;

Е - металл кернеулігі;

$\overrightarrow{j}$ - ток тығыздығы;

t - уақыт, с;

$C_{\nu_{r}}$ - газдың меншікті жылу сыйымдылығы;

N - электрондардың саны;

R - өткізгіштің t ⁰ C-тағы кедергісі;

R ₀ - өткізгіштің 0 ⁰ С-тағы кеедргісі

L - контурдың индуктивтілігі

Z - ионның атомының валенттілігі

eN ₀ - электрондардың бір мөлінің зарядына тең әмбебап шама.

k - электролит арқылы бір өлшем заряд тасылғанда электродта бөлінетін заттың массасын көрсететін тұрақты.

A/Z - химиялық балама

Кіріспе

Физика - жаратылыстану ғылымдарының бірі болғандықтан, физикалық құбылыстарды зерттеуде, оны мектеп курсында оқып-үйретуде теорияның практикамен тығыз байланысты болуы және оның демонстрациялық құрылғылар көмегімен әрдайым дәлелденіп отыруы өте маңызды. А. Эйнштейн айтқандай: «Қоршаған әлем туралы білімді тек логикалық түрде ойлап меңгеру мүмкін емес, нақты әлем туралы білім тәжірибеден басталып, тәжірибемен аяқталуы тиіс» [6] .

Физиканың өзге салалары секілді, электродинамика да практикаға, оның демонстрациялық түрде теориямен байланысының дәлелденіп отыруына мұқтаж. Бұл дипломдық жұмыста электродинамиканың мектеп курсында оқытылатын әр тарауына байланысты демонстрациялық құрылғылар қарастырылған. Дипломдық жұмыстың екінші бөлімінде сол демонстрациялық құрылғыларды мектеп курсындағы педагогикалық үрдісте пайдалана білудің және жалпы электродинамика тарауын оқытудың тиімді әдістері қарастырылған.

Демонстация (лат. demostratio «көрсету») - бір нәрсені көпшілікке көрсету деген мағынаны, ал педагогикада, сондай-ақ, түсіндіру деген мағынада да қолданылады [1] . Яғни, бұл дипломдық жұмыста электродинамикалық теориялардың эксперимент жүзінде көрініс табуы және мектеп курсына тән демонстрациялық құрылғылар қарастырылып, теориямен байланысы талқыланды.

Дипломдық жұмысымыз электродинамиканың мектеп курсында өтілетін барлық тарауын қамту үшін, электростатика, тұрақты ток, магнит өрісіндегі электр тогы, әр түрлі ортадағы электр тогы тақырыптарына демонстрациялық жұмыстар жасалды.

Физика пәніндегі электродинамика бөлімін оқытуда қазіргі заманауи технологияларды қолдана отырып, оқытудың сыни тұрғысынан ойлау технологиясымен оқыту әдістемесін қолдандым. Сыни тұрғыдан ойлау - бақылаудың, тәжірибенің, ойлау мен талқылаудың нәтижесінде алынған ақпаратты ойлауға, бағалауға, талдауға және синтездеуге бағытталған пәндік тәсіл, бұл одан кейін де әрекет жасауға негіз бола алады.

Жаңа ХХІ ғасырды - білім ғасыры, ақпарат ғасыры десек те, физикалық қағидалар кеше, бүгін, ертең және әрқашанда табиғат құбылыстарын сипаттаушы негізгі заңдылықтар болып қала бермек.

Жоғарыда айтылғандай, экспермент физиканың ғылымдағы айрықша үлесіне сәйкес, оқыту үрдісінің негізгі құраушы бөлігі және уақыт өткен сайын эксперименттің оқу жүйесіндегі маңызы үдей түсуде. Өйткені экспериментсіз физиканы, физикасыз экспериментті елестетудің өзі мүмкін емес. Тек эксперимент қана оқушыларға әлемнің материалды екенін, оны оқып-түсінуге болатындығын және табиғатты танудың жалғыз құралы екендігіне көз жеткізеді [15] .

Сондай-ақ, демонстрациялық құрылғылар құрау барысында, жаңартылған мектеп бағдарламасына сәйкес, мектеп курсында зерттеу жұмыстарын ұйымдастыру мәселесіне тереңірек зерттеулер жүргізе отырып, пьезогенераторларды зерттеу және қазіргі қоғамда пайдалану тақырыбында қосымша жұмыстар жүргізіліп, дипломдық жұмысқа енгізілді.

Дипломдық жұмыстың соңында оқушылардың білімін бекіту мақсатында тақырыпқа сәйкес есептер мен тесттер құрастырылды.

Жұмыстың өзектілігі: Электродинамика бөлімі бойынша демонстрациялық құрылғылар құрастыру және оны педагогикалық үрдісте қолданаудың тиімді әдістерін зерттей отырып мектеп курсында қолдану.

Ғылыми жаңалық: Теориялық тұрғыда дәлелденген мағлұматтар мен тәжірибелерді демонстрациялық түрде көрсету. Бұл - тәжірибенің жаңалығы.

Дипломдық жұмыстың мақсаты: Мектеп курсына арналған демонстрациялық құрылғылар жасау және оларды жаңартылған мектеп бағдарламасына сәйкес қолдана білуді талдау. Оқушылардың білімін бекітуде есептер мен тесттер құрастыру.

Зерттеу нысаны: Зерттеу нысаны ретінде электростатикалық өткізгіштер, электролиттер, потенциалдық беттер және оқу үрдісі алынды.

Зерттеу мақсаттары: Көзделген мақсатымызға жету үшін келесі жұмыстар атқарылды:

1. Электродинамиканың бірнеше бөлімі бойынша демонстрациялық құралдардағы физикалық заңдылықтарға анықтама беру.

2. Тәжірибе жүзінде шыққан нәтижелерді теориямен салыстырып отыру.

3. Істелген жұмыстарды мектеп курсында және қазіргі қоғамда қолдана алу.

4. Тақырыпқа сәйкес есептер мен тест сұрақтарын құрастыру.

Зерттеу әдісі: Зерттеудің басты әдістері эксперимент және талдау.

Ғылыми-практикалық маңызы: Демонстрациялық құрылғыларды қарапайым әдістермен құрастыра алуға болатындығы және мектеп курсында қолдануға болатындығы айқын болды.

Диплом кіріспеден, екі бөлімнен, қорытынды және қолданылған әдебиеттер тізімінен тұрады.

1 Демонстрациялық құрылғылардағы физикалық құбылыстардың негізгі теориялары

Электростатикалық өрістегі өткізгіштер

Еркін қозғалып заряд тасуға қатыса алатын бөлшектері бар орта «электр өткізгіш» орта деп аталады. Орта қатты, сұйық, газ күйінде болады. Ал заряд тасушы бөлшектер электрондар, атомдар мен молекулалардың оң және теріс зарядталған иондары болуы мүмкін.

Заряд тасушылаары еркін электрондар болатын қатты денелерде сыртқы электр өрісінің әсерінен жүретін құбылыстарды қарастырайық.

Зарядталмаған өткізгішті сыртқы электр өрісіне ( $\overrightarrow{Е}$ _сырт. ) (мысалы, жазық конденсатордың астарларының арасындағы электр өрісіне) орналастырсақ, оның электрондары өріс бағытына кері бағытта ығысып қозғалысқа келеді, яғни тоқ пайда болады:

$I = \left( \overrightarrow{j} \bullet {\overrightarrow{n}}_{0} \right) S$ (1)

мұнда S - өткізгіштің қимасының ауданы, n ₀ - қима бетінің бірлік нормалі.

Электрондар өткізгіштің сәйкесті бетіне шоғырланып оны теріс зарядтайды. Ал, өткігіштің қарама-қарсы беті электрондардың жетіспеуі салдарынан оң зарядталады. Өткізгіштің зарядталған беттері сыртқы электр өрісіне қарама-қарсы бағытталған - ішкі электр өрісін ( $\overrightarrow{Е}$ _ішкі. ) тудырады. Ішкі электр өрісі сыртқы электр өрісін бейтараптай бастайды.

Өткізгішті сыртқы электр өрісіне ендіргенде ондағы электрондардың ығысып қайта орналасуы нәтижесінде оның беттерінің әр таңбалы зарядтармен зарядталуын электростатикалық индукция дейді.

$C:\Users\ASUS\Desktop\Без имени.png$

1-сурет. Сыртқы электр өрісі пайда болғандағы өткізгіш

Өте аз уақыт аралығында (τ ≈ 10 ^-9 с) өткізгіштегі ішкі электр өрісі ( $\overrightarrow{Е}$ _ішкі. ) сыртқы электр өрісін ( $\overrightarrow{Е}$ _сырт. ) толық бейтараптайды, яғни

$\left {\overrightarrow{E}}_{сырт. } \right = \left {\overrightarrow{E}}_{ішкі} \right\$ (2)

теңдігі орындалады. Динамикалық тепе-теңдік орнайды. Электрондардың қозғалысы тоқталып, тоқ нөлге теңеседі

$\overrightarrow{j} = \sigma\overrightarrow{E. }$ (3)

(3) -теңдігінен өткізгіштің ішкі көлеміндегі электр өрісі нөлге айналатындығын, яғни

$\overrightarrow{E} = 0$ (4)

болатындығын көреміз. Ал өткізгіштің ішінде көлемдік зарядтың жоқтығы, яғни ρ=0 болатындығы белгілі. Басқаша айтқанда, өткізгішті тұрақты электр өрісіне ендіргенде зарядтар өткізгіштің бетінде қалыңдығы атом өлшемімен шамалас қабатта орналасады да, оның ішкі көлемінде заряд болмайды. Әрине, өткізгіштің ішкі қабатында атомдар мен молекулалардың зарядтары бар. Бірақ оң заряд пен теріс зарядтардың сандары бірдей болғандықтан, олар бірін-бірі бейтараптайды.

Өткізгіш бетінің кез-келген нүктелерінің арасындағы потенциал айырымы ( $\mathrm{\Delta}\varphi = - El\cos\alpha)$ нөлге тең.

Яғни өткізгіштің барлық нүктелерінің потенциалдары өзара тең. Өткізгіштің беті - эквипотенциал бет.

Электр өрісінің кернеулігі өткізгіш бетіне перпендикуляр бағытталған, яғни оның тангенциал құраушысы нөлге тең. Ал егер электр өрісінің тангенциал құраушысы нөлге тең болмаса, онда оның әсерінен өткізгіштің электрондары қозғалысқа келіп, олар кернеуліктің тангенциал құраушысы нөлге тең болғанша қайта таралып орналасады.

Өткізгішті сыртқы электр өрісіне ендіргенде оның еркін электрондарының қайта таралып орналасуы нәтижесінде, онда сыртқы электр өрісіне қарама-қарсы бағытталған ішкі электр өрісі пайда болады. Өткізгіштің өріске қарсы және бағытындағы беттері зарядталып, олардың өрісі сыртқы өріске қарама-қарсы бағытталады. Бұл құбылысты - электростатикалық индукция дейді.

Динамикалық тепе-теңдік орнаған сәттен бастап ішкі электр өрісі сыртқы электр өрісін толық бейтараптайды. Өткізгіштің ішкі қабатында заряд болмайды, электр өрісі нөлге тең болады. Өткізгіштің беті эквипотенциал бетке айналады.

Сыртқы элек өрісінің кернеулігі өткізгіш бетіне перпендикуляр бағытталады, яғни оның тангенциал құраушысы нөлге тең болады.

Өткізгіш бетінің маңындағы өрістің кернеулігін табайық. Өткізгіштің бетінен $\mathrm{\Delta}$ S-ке тең элементін бөліп алып, оған биіктігі h-қа тең тік цилиндр тұрғызып, оның толық S бетінен ағып өтетін электр өрісінің ағынын Гаусс теоремасы арқылы табайық.

Өткізгіштерде заряд тек оның бетінде орналасатындықтан, цилиндрдің ішіндегі толық заряд

$Q = S\sigma$ (5)

шамасына тең. Мұнда σ - зарядтың беттік тығыздығы. Өткізгіш ішінде заряд, яғни электр өрісі жоқ. Сондықтан цилиндрдің өткізгіш ішінде орналасқан бөлігінің беті арқылы өтетін $\overrightarrow{Е}$ векторының ағыны нөлге тең. Ал цилиндрдің өткізгіштің сыртында орналасқан бөлігінің бетінен өтетін кернеулік векторының ағыны екі құраушыдан тұрады: бірінші, цилиндрдің бүйір бетіне сәйкесті ағын, екінші, цилиндрдің табандары арқылы өтетін ағын. Егер цилиндрдің биіктігін нөлге дейін азайтсақ, оның бүйір бетіне сәйкесті ағын нөлге ұмтылып, толық ағын цилиндрдің табандары $\mathrm{\Delta}$ S арқылы ағып өтетін ағынмен ғана анықталады.

Өткізгіштің бетінің маңындағы өрістің кернеулігінің нормаль құраушысы зарядтың беттік тығыздығы арқылы толық анықталады. Өткізгіш маңындағы өрістің кернеулігінің тангенциал құраушысын талдайық.

Кернеуліктің тангенциал құраушысының нөлге тең болатындығын, мәңгілік қозғалтқыш (двигатель) жасауға мүмкін еместігін пайдаланып, былай дәлелдеуге болады. Ол үшін өткізгіштің іші арқылы өтетін, тұйық контурдың бойымен оң зарядты тасығанда кернеуліктің тангенциал құраушысы істейтін жұмысын табайық. Есептеу барысын оңайлату мақсатымен контурдың АВ және СД қабырғалары перпендикуляр болсын деп есепейік.

$C:\Users\Пользователь\Desktop\Безымянный.png$

2-сурет. Өткізгіштің іші арқылы өтетін тұйық контур

Өткізгіштің ішінде өріс жоқ. Сондықтан контурдың өткізгіш ішінде орналасқан қабырғалары арқылы зарядты тасығанда істелген жұмыс, кернеуліктің тангенциал құраушысы да нөлге тең болады. Кернеуліктің тангенциал құраушысы ${\overrightarrow{Е}}_{\tau}$ өткізгіштің сыртында нөлге тең болмасын дейік. Оң зарядты АВ қабырғасының бойымен тасығанда ${\overrightarrow{Е}}_{\tau}$ кернеулігі оң жұмыс істейді. Ал контурдың АВ және СД қабырғаларын өткізгіш бетіне шексіз жақындатсақ, АД және ВС қабырғаларының ұзындықтары да, олардың бойымен оң зарядты тасығанда істейтін жұмыстар да нөлге дейін азаяды. Сонымен АВСД - тұйық контурының бойымен оң зарядты тасығанда кернеуліктің тангенциал құраушысы оң таңбалы жұмыс істейді. Ал жүйе ешқандай өзгеріске ұшырамайды. Бұл циклді қайталап жүргізіп істелетін жұмыстың шамасын шексіз көбейтуге болады. Сонымен өрістің кернеулігінің тангенциал құраушысы ${\overrightarrow{Е}}_{\tau}$ ешқандай қосымша энергия жұмсамай шексіз үлкен жұмыс істейді. Яғни кернеуліктің тангенциал құраушысы мәңгілік қозғалтқыш - мәңгілік энергия көзін жасауға мүмкіндік береді. Бұл мүмкін емес. Сондықтан кернеуліктің тангенциал құраушысы нөлге тең болу керек. Екінші жағынан, өткізгіштің ішінде элек өрісінің және оның кернеулігінің тангенциал құраушысының ${\overrightarrow{Е}}_{\tau}$ нөлге тең болуы электросататикалық өрістің потенциалдық қасиетінің салдары. ${\overrightarrow{Е}}_{\tau} = 0$ теңдігі - электр өрісі кернеулігінің өткізгіш бетіне перпендикуляр болатындығының куәсі.

Өткізгіш бетінің маңындағы өрістің кернеулігі өткізгіш бетіне перпендикуляр бағытталып, шамасы $E_{n} = \frac{\sigma}{\varepsilon_{0}}$ теңдігімен, яғни зарядтың беттік тығыздығы арқылы анықталады.

Өткізгіш бетінің маңындағы өрістің пайда болу табиғатын қарастырайық. Өткізгіш бетінің $\mathrm{\Delta}$ S элементар бөлігін бөліп алайық. Өткізгіш бетінің маңындағы электр өрісінің негізгі көздер өткізгіштің $\mathrm{\Delta}$ S элементар бетінде және одан тыс орналасқан зарядтар болады. Сондықтан өткізгіш бетінің маңындағы электр өрісінің кернеулігі $\overrightarrow{Е}$ екі құраушыдан тұрады.

$\mathrm{\Delta}$ S бетінде орналасқан зарядтар өткізгіштің бетінің сыртында да $({\overrightarrow{Е}}_{1})$ , ішінде де $({\overrightarrow{Е}}_{1}^{1})$ шамалары бірдей, бағыттары қарама-қарсы өріс тудырады, яғни

$\left {\overrightarrow{E}}_{1} \right = \left {\overrightarrow{E}}_{1}^{1} \right = \sigma/2\varepsilon_{0}$ (6)

${\overrightarrow{E}}_{1} = - {\overrightarrow{E}}_{1}^{1}$ (7)

теңдіктері орындалады. Өткізгіштен тыс орналасқан зарядтар оның бетінің маңында да ${\overrightarrow{E}}_{2}$ , ішінде де ${\overrightarrow{E}}_{1}^{1}$ өріс тудырады. Өріс үздіксіз болғандықтан, олардың кернеуліктері бағыты жағынан да, шамасы жағынан да бірдей болады, яғни

${\overrightarrow{E}}_{1} = {\overrightarrow{E}}_{2}^{1}$ (8)

теңдігі орындалады. Өткізгіштің ішінде қорытқы өріс ( $\overrightarrow{\acute{Е}}$ ) нөлге тең:

${\overrightarrow{E}}^{1} = {\overrightarrow{E}}_{1}^{1} + {\overrightarrow{E}}_{2}^{1} = 0\$ (9)

яғни ${\overrightarrow{E}}_{1} = - {\overrightarrow{E}}_{1}^{1}$ болады. (8) -(9) -теңдіктерін пайдаланып,

${\overrightarrow{E}}_{1} = {\overrightarrow{E}}_{2} = \frac{1}{2}\overrightarrow{E}$ (10)

теңдігін табамыз.

Мынадай қорытынды жасауға болады: Өткізгіштің бетінің маңындағы өрістің кернеулігі өзара тең екі құраушыдан тұрады: бір құраушысы өткізгіштің элементар бетінде орналасқан зарядтардың өрісінің кернеулігі, ал екінші құраушысы өткізгіштің элементар бетінен тыс орналасқан зарядтардың өрісінің кернеулігі.

Өткізгіш бетінің маңындағы өрістің кернеулігі өткізгіш бетіне перпендикуляр бағытталып, шамасы зарядтың беттік тығыздығына тура пропорционал болады, яғни, $E_{n} = \sigma/\varepsilon_{0}$ теңдігі орындалады.

Өткізгіш бетінің маңындағы өрістің кернеулігі өзара тең екі құраушыдан тұрады: бір құраушысы өткізгіштің элементар бетінде орналасқан зарядтардың өрісінің кернеулігі, ал екінші құраушысы өткізгіштің элементар бетінен тыс орналасқан зарядтардың өрісінің кернеулігі.

Өткізгіш бетіндегі зарядтың тығыздығы беттің қисықтығына тәуелді. Қисықтық үлкен болса, зарядтың беттік тығыздығы үлкен, ал қисықтық кіші болса, кіші болады. Яғни беттің қисықтық радиусы мен зарядтың беттік тығыздықтары бір-біріне кері пропорционал заңдылықпен өзгереді σ ₁ /σ ₂ =r ₂ /r ₁ .

Өткізгіш бетіндегі зарядтардың тығыздығы зарядтар жүйесінің потенциалдық энергиясының ең аз мәнімен анықталады.

Зарядталған өткізгіштің бетінің қисықтығы үлкен, яғни ол үшкір болса, ондағы зарядтың беттік тығыздығы да, сәйкесті электр өрісінің кернеулігі де үлкен болып, оның әсерінен өткізгіштің үшкір ұшынан зарядар ұшып шығады дейді. Шындығында, ешқандай заряд ұшып шықпайды. Зарядтар ұшып шығу үшін, яғни электрондарды металдан жұлып шығару үшін, электр өрісінің кернеулігі 10 ⁵ -10 ⁷ В/см-ден кем болмау керек. Бұл құбылысты «автоэлектрондық эмиссия» дейді. Зарядтың өткізгіштің үшкір ұшынан ұшып шығу құбылысын төмендегідей түсіндіруге болады.

Өткізгіштің үшкір бетінің маңындағы кеңістікте орналасқан зарядталған бөлшектер (мысалы, ғарыш сәулелерінің әсерінен пайда болаған оң және теріс зарядталған иондар мен электрондар) өткізгіш бетіндегі зарядтардың электр өрісінің әсерінен үдей қозғалып, ауа бөлшектерін (атомдарды, молекулаларды) иондайды. Өткізгіш бетінің маңында зарядталған бөлшектерге толы көлемдік аймақ пайда болады. Аймақтағы зарядтармен өткізгіш бетінде орналасқан зарядтар Кулон және Ньютон заңдарына сәйкес бір-бірімен шамасы жағынан өзара тең, ал бағыты жағынан қарама-қарсы күштермен әсерлеседі. Олардың әсерлесуі кезінде алатын импульстары шамалары жағынан өзара тең, бағыттары жағынан қарама-қарсы. Аймақтағы таңбалары өткізгіш бетінде орналасқан зарядтардың таңбалары мен қарма-қарсы зарядтар өткізгішке қарай қозғалып, оған онымен соқтығысады. Өткізгіш бетіндегі және оған түскен зарядтардың импульстері де, таңбалары да қарма-қарсы болғандықтан, олар бірін-бірі толық бейтараптайды. Зарядтары да, өзара әсерлері де нөлге айналады. Тек өткізгіштің бетіндегі заряд тығыздығы кемиді. Яғни аттас емес зарядтардың өзара әсерлесуі нәтижесінде зарядталған өткізгішке әсер ететін күш пайда болмайды. Ал егер өткізгіш маңындағы кеңістіктегі зарядтар оның бетіндегі зарядтармен аттас болса, онда былай болады. Зарядтар өткізгіш бетіндегі зарядтардан тебіліп сыртқа қарай қозғалады. Сыртқа қозғалыс кезінде олар ортаның бөлшектерін (атомдарды, молекулаларды) ілестіріп әкетеді. Бұл жағдай, жоғарыдағы өткізгіш бетіндегі зарядтың тығыздығының кемуін ескерсек, өткізгіштің үшкір бетінен зарядтардың ұшып шығып жатқан тәріздес болып көрінеді. Аттас зарядтардың өзара әсері өткізгішке түсірілетін реактив күшті тудырады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.