Электр дипольі және оның өрісі

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 14 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
Ғ. ДАУКЕЕВ АТЫНДАҒЫ АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ
Коммерциялық емес акционерлік қоғамы

Ғарыштық инженерия кафедрасы

ФИЗИКА
Пәні бойынша

СӨЖ №1

Мамандығы: Ақпараттық қауіпсіздік жүйелері

Орындаған: Ахметов Рахат

Тобы: СИБк -20-1

Қабылдаған: аға оқытуышы Сыздыкова Р.Н.

Алматы 2021ж.

Тақырыбы №1. Электр дипольі және оның өрісі.
Жұмыс мақсаты: Электр дипольі және оның өрісі туралы мағлұматтар алу.

1.1Тапсырма:

1.1Электр дипольі.

Электр дипольі - деп карама-карсы тацбалы, шамалары озара тен екі зарядтан түратын жүйені айтады, егер олардың бір-бірінен қашықтығы l өріс кернеулігін анықтайтын нүктеге дейінгі r ара қашықтыктан өте аз болса lr .

1 - сурет

1.1.2 Электр дипольінің берілген нүктедегі өріс кернеуліктерін есептеу.

Екі зарядтың арасын қосатын түзуді диполь өсі деп атайды. Диполь өсіндегі А , сондай-ақ диполь центрі арқылы және оның өсіне перпендикуляр
түзудің бойында жатқан в нүктесінің өріс кернеуліктерін табайық. Ол үшін суперпозиция принципін пайдаланайық. Сонда, А нүктесіндегі кернеулік векторы
EA=E++E-.
Мұндағы
E+=qr+2, E-=-qr-2,
r+=r-l2, r+=r+l2, l≪r.
А нүктесі үшін:
E=E++E-.
Сондықтан,
EA=-qr+2-qr-2=qr-2-r+2r+2 r-2=q(r--r+)(r-+r+)r+2 r-2
r--r+=l, r-+r+=2r,
Және (lr) болғандықтан
r+2+r-2=r4.
Сонда
EA=2qlr3 EA=14PIε02qlr3. (1)
P=ql (1')
P - диполь моменті деп аталады. Сонымен:
EA=2Pr3 EA=14PIε02Pr3. (2)
В нүктесі үшін:
EB=E++E-.
В нүктесінің зарядтардан r+ және r- қашықтықтары бірдей болғандықтан,
E+=E-=qr+2.
Шамасы жөнінен қорытқы вектор
E=E+cosα+E-cosα=2qr+2cosα=2qr+2l2r+ =qlr3 (lr) болғандықтан r+=r-.
Сондықтан
E=qlr3=Pr3 E= 14PIε0Pr3 (3)
Сонымен (2) және (3) өрнектерді салыстыра отырып E~P, және олар ~1r3 көреміз.

Кез келген нүктедегі дипольдің өріс кернеулігі мынадай өрнек арқылы анықталатындығын көрсетуге болады:
E=Pr31+3cos2α, E=14PIε0Pr31+3cos2α. (4)
Мұндағы α-дипольдің өсі мен берілген нүкте бағытының арасындағы бұрыш. α=0 болса А нүктесіндегі кернеуге, ал α=PI2 болса В нүктесіндегі кернеуге сәйкес келеді.
Диполь өріс кернеулігіне тән нәрсе, оның дипольді туғызатын зарядтар шамасы арқылы емес дипольдің моменті P=ql аркылы анықталатындығында.

1.2 Бақылау сұрақтары:

1.2.1 Электр дипольі дегеніміз не?

Электрлік диполь моменті-бұл жалпы зарядпен (және аз қолданылатын жоғары мультипольдік моменттермен) бірге олар құратын өріс мағынасында зарядталған бөлшектер жүйесінің (зарядтардың таралуы) электрлік қасиеттерін және оған сыртқы өрістердің әсерін сипаттайтын векторлық физикалық шама. Жалпы зарядтан кейінгі негізгі және жүйенің жалпы орналасуы (оның радиус-векторы), оны алыстан бақылау кезінде жүйенің зарядтарының конфигурациясының сипаттамасы.

1.2.2 Электрлік момент және диполь иіні.

Электрлік диполь моменті-бұл жалпы зарядпен (және аз қолданылатын жоғары мультипольдік моменттермен) бірге олар құратын өріс мағынасында зарядталған бөлшектер жүйесінің (зарядтардың таралуы) электрлік қасиеттерін және оған сыртқы өрістердің әсерін сипаттайтын векторлық физикалық шама. Жалпы зарядтан кейінгі негізгі және жүйенің жалпы орналасуы (оның радиус-векторы), оны алыстан бақылау кезінде жүйенің зарядтарының конфигурациясының сипаттамасы.

1.2.3 Электр дипольінің берілген нүктедегі өріс кернеуліктерін есептеу?

Кез келген нүктедегі дипольдің өріс кернеулігі мынадай өрнек арқылы анықталатынды:
E=Pr31+3cos2α, E=14PIε0Pr31+3cos2α.

Тақырыбы №2. Электр сыйымдылығы. Конденсаторлар.Сфералық, цилиндрлік және жазық конденсаторлар сыйымдылықтары.
Жұмыс мақсаты: Электр сыйымдылығы және конденсаторлар туралы ұғымды түсіну.

2.1Тапсырма:

2.1.1 Электр сыйымдылығы.

Өткізгіштің сыйымдылығы оның айналасындағы денелердің орналасуына байланысты. Сондыктан әуелі окшау тұрған өткізгіштің сыйымдылығын анықтайык. Оқшау тұрган өткізгіштің V потенциалы q зарядтың шамасына пропорционап, өйткені зарядты белгілі бір есе өсіргенде өріс кернеулігі Е-де сонша есе артады. Демек, бірлік зарядты шексіздіктен өткізгіштің бетіне кез келген жолмен апып келу үшін істелетін жүмыста, яғни өткізгіштің потенциалы да сонша есе артады. Сөйтіп оқшауланған өткізгіш үшін:
q=CV (1)
Мұндағы С пропорционалдык коэффициент, өткізгіштін формасы мен шамасына байланысты. Оны электр сыйымдылығы немесе кыскаша сиымдылык деп атайды.
C=qV. (2)

2.1.2 Конденсаторлардың құрылысы және қызыметі.

Конденсаторлар техникалық құрылғыларда электр зарядын жинақтау үшін кеңінен қолданылады. Конденсатордың электр зарядтарын жинақтау және сақтау қасиеті, мысалы, электрондық фото жарқыл алуда пайдаланылады. Бұл аспапта конденсатор гальваникалық элементтер батареясынан ұзақ зарядталады да, арнайы шам арқылы тез разрядталады.
Лейден банкасы - алғаш рет XVIII ғасырда жасалған конденсатор, сыртқы және ішкі жағынан станиолмен (станиоль-қалайының жұқа қабаты) желімделген банка түрінде болады. Қағаз конденсаторда астар ретінде станиоль жолақтары, ал өткізбегішке - парафин сіңдірілген қағаз қиындылары алынады. Электролиттік конденсаторларда астардың бірінің қызметін атқаратын фольга жолағы екінші астардың қызметін атқаратын электролит ерітіндісі алынады. Диэлектрик ретінде фольганы жабатын тотық алынады. Кейде конденсатордың сыйымдылығын өзгерту қажет болғанда, айнымалы сыйымдылықты конденсаторлар пайдаланылады.
Конденсаторлар катушка немесе резистормен бірге жиілікке тәуелді әртүрлі тізбек құрастыру үшін қолданылады
(тербелмелі контур, кері байланыс тізбегі).
Конденсаторды жылдам разрядтау кезінде үлкен қуатты импульс алуға болады(фото жарқыл, импульстік лазерде).
Конденсатор электр зарядын көпке дейін сақтайтын болғандықтан электр энергиясын сақтаушы құрал ретінде қолданады (аккумуляторлар).
Өндірістік электротехникада реактивті қуатты толықтыру үшін қолданылады.
Конденсаторлар көп заряд жинақтай алатындықтан жапсарларындағы кернеу үлкен болады, сондықтан оны зарядталған бөлшекті үдету үшін де қолданылады.
Сыйымдылығының өзгерісіне байланысты өлшеуіш түрлендіргіштер жасалады және т.б салаларда кең қолданыс тапқан

2.1.3 Конденсаторлар түрлері және олардың сыйымдылықтарын есептеу.

а) Жазык конденсатор.
Егер астардың ауданы S , ондағы заряд q болса, онда астарлардың арасындағы өріс кернеулігі өрнек бойынша

Мұнда біз формуланы пайдаландық жэне пластиналардың арасындағы диэлектриктердің бар болу мүмкіндігін ескердік.
Мұндағы

ортаның салыстырмалы диэлектрлік өтімділігін немесе жай ғана диэлектрлік өтімділігін аныктайтын шама. Өрнекке сәйкес астарлардың арасындағы потенциалдар айырмасы мынаған тең:

Осыдан жазык конденсатордың сыйымдылығы үшін мына формуланы табамыз:

Осы өрнектен ε0 электрлік тұрактының өлшем бірлігі шығады.

ε - өлшемсіз шама.
б) Цилиндрлік конденсатордың сыйымдылығы
Оны анықтау үшін формуланы пайдаланамыз, мұндағы

l-астарлардың ұзындығы.
Сонда

Астарлардың арасындағы потенциалдар айырмасын интегралдау арқылы мынаны табамыз. Өрнек бойынша

осыдан

Сондықтан

в) Сфералық конденсатордың сыйымдылығы, өрнек бойынша

ал өрнек бойынша:

Осыдан

2.2 Бақылау сұрақтары:

2.2.1 Электр сыйымдылығы дегеніміз не және өлшем бірлігі?

Электр Сыйымдылық - өткізгіштің немесе өткізгіштер жүйесінің электр зарядтарын жинау және ұстап тұру қабілетін сипаттайтын физикалық шама.
Электрлік сыйымдылық тың бірліктердің халықаралық жүйесіндегі өлшем бірлігі - фарад (Ф).

2.2.2 Конденсатор дегеніміз не?

Конденсатор деп жұқа диэлектрик қабатымен бөлінген екі өткізгіштен тұратын жүйені айтамыз. Ол латынның "condenso"- қоюлату, жинақтау деген сөзінен шыққан. Конденсатор электр энергиясын және электр зарядтарын жинақтау үшін қолданылады.

2.2.3 Конденсатор түрлері?

Конденсатордың түрлері: Жазық конденсатор, Цилиндрлік конденсатордың, Сфералық конденсатордың.

2.2.4 Конденсатордың жұмыс істеу принципі?

Конденсаторларды бір-біріне жакын орналаскан өткізгіштер түрінде жасайды. Конденсатор қүрайтын өткізгіштерді оның астарлары деп атайды. Сыртқы денелер конденсаторлардың сыйымдылығына әсер етпеу керек. Ол үшін астарларына жинакталған зарядтар бір-біріне қатысты орналасатындай және жинақталған зарядтар туғызатын өріс толығымен конденсатордың ішінде шоғырланатындай форма беруге болады. Бүл шартты бір-біріне жакын орналасқан екі пластинка, екі коаксиалды цилиндр және екі концентрлі сфералар канағаттандырады.
Халықаралық стандарт бойынша конденсаторларды жұмыс істеу принциптеріне байланысты тізбекте шартты түрде былай белгілейміз:
ГОСТ бойынша белгіленуі. Сипаттамасы.

Тұрақты сыйымдылығы бар конденсатор.

Поляризацияланған конденсатор.

Айнымалы сыйымдылығы бар конденсатор.

Тақырыбы № 3 Өткізгіш және өткізгіш бетіне жақын жердегі электр өрісі. Өткізгіш-вакуум шекарасындағы шекаралық шарттар.
Жұмыс мақсаты: Өткізгіштердің электрлік қасиеттерін оқып үйрену

3.1Тапсырма:

3.1.1Электр өрісіндегі өткізгіш

Өткізгіш - басы бос еркін козгалатын электрондары бар дене. Электрондардың зарядтары өткізгіштің кристалл решеткасымен байланысты болатын оң зарядтармен теңгерілген болады. Өкізгіште заряд тасушылар ете аз күштердің әсерінен козғала апады. Егер біз электростатикалық мәселелерді ғана қарастырсак, онда зарядтардың тепе-теңдік шарттарын анықтауға тиіспіз. Өткізгіштегі зарядтардың тепе-теңдігі тек төмендегі екі шарт орындалғанда ғана байқалады.

3.1.2 Өткізгіш ішіндегі электр өрісі

1) Өткізгіш ішінің барлық жеріндегі өріс кернеулігі нөльге тен болуы керек:
E=0
Сонда өрнек бойынша өткізгіш ішіндегі потенциал түрақты болуы керек, яғни
V=const
2) Өткізгіш бетінің әрбір нүктесіндегі өріс кернеулігі бетке перпендикуляр бойымен бағытталуы керек,
E=En
Демек, тепе-тендік жағдайында өткізгіштің беті эквипотенциалды, яғни потенциалдың деңгей беті болады. Бұл шарт бойынша зарядғалған өткізгіштегі теңгерілмеген зарядтар өікізгіштің сыртқы бетінде ғана орналасатындығын көрсетеді, яғни өткізгіштің ішінде және ішкі бетінде артық заряд болмайды деген сөз.
Егер ток өткізетін денеге аздаған q зарядты берсек, онда ол шарттар орындалатындай болып таралады, өйткені өрнекке сәйкес V=тұр болуы керек. Енді осыны Остроградский-Гаусс теоремасы бойынша дәлелдеп көрсетейік.
Ол үшін дене, яғни өткізгіш шегінде толық қамтылған кез келген түйықталған бетті ойша бөліп алау керек. Зарядтардың тепе-теңдік кезінде өткізгіш ішіндегі кез келген нүктеде Е = 0 болғандықтан бөліп алған бет арқылы өтетін E кернеулік вектор ағыны нольге тең болу керек. Осыдан Остроградский-Гаусс теоремасы бойынша зарядтардың алгебралық қосындысы да нольге тең болады. Демек, тепе-тендік кезінде өткізгіштің ішіндегі ешбір жерде артық зарядтардың болуы мүмкін емес, олардың барлығы өткізгіштің бетінде белгілі бір тығыздықпен орналасады. Зарядтар өткізгіштің ішінде болмауы былай тұрсын, тіпті өткізгіштің ішкі қуысына қараған беттерінде де болмайтындығын келешекте көреміз.

3.1.3 Өткізгіш-вакуум шекарасындағы шекаралық шарттар

Вакуум шекарасындағы шекаралық шарттар. Электр сиымдылық Өткізгіштерге металдар, электролиттер және плазма жатады. Металдарда электр зарядын тасымалдаушылар - квазиеркін электрондар, электролиттерде - оң және теріс иондар, плазмада - еркін электрондар мен иондар. Металдар мен ток өткізетін көміртекті кейде 1-текті өткізгіштер, электролиттерді - 2-текті өткізгіштер деп атайды. Заттың өткізгіштігі температуратемператураға және басқа бірқатар факторларға байланысты болғандықтан оның өткізгіш болуы немесе болмауы ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.