Электр және электромагниттік құбылыстар электр зарядының саңталу заңы

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

ЭЛЕКТР ЖӘНЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТТІК ҚҰБЫЛЫСТАР

ЭЛЕКТР ЗАРЯДЫНЫҢ САҢТАЛУ ЗАҢЫ

Ағылшын физигі У. Гильберттің (1544-1603) пікірі бойынша кейбір денелерде үйкелгеннен кейін ұсақ бөлшектерді өзіне тарту қасиеті байқалған, ол электрлену құбылысы деп аталады. Электрленген дене зарядталады. Қазіргі пікір бойынша заряд денелер бір-бірімен тиістірілгенде ғана пайда болып, электрлік күй бір денеден екінші денеге беріле алады. Сөйтіп, электр зарядының бар болуы зарядталған денелердің басқадай зарядталған денемен өзара әсерлесетінінен көрінеді.

Француз ғалымы Дюфе (1698 - 1739) электр заряды екі түрлі болатынын тұжырымдаса, американдық ғалым Фрамклин (1706-1790) шартты түрде оң және теріс деп аталатын екі түрлі электр зарядының бар екенін айтты. Мысалы, шыны таяқшаны теріге үй- кегенде оның он таңбалы электрленуі, ал терінің теріс электрленуі 1 кездейсоқ ашылған болатын. Осы себептен электрленген денелер- дің өткізгіш және өткізбейтін (изолятор) болып бөлінуін бірінші рет ағылшын ғалымы Грей 1729 жылы айтқан.

Американ физигі Р. Милликен (1868-1953) мен совет физигі, А. Иоффе тәжірибелердің қорытындысынан электр зарядының эле-ментар заряд деп атауға болатынын тұжырымдады, яғни е- 1, 6-10- ⁹ Кл. Электрон теріс зарядты, протон оң зарядты тасушы, ал нейтрон- заряды нөлге тең элементар бөлшек. Зат атомдары осы бөлшектерден құралатындықтан, электр зарядтары барлық дене-лердің құрамына кіреді. Олай болса, электронның массасы m _е = 9, 11*10 ^-31 кг, протонның массасы m _р = 1, 67-10- ²⁷ кг.

Көптеген тәжірибелердің қорытындыларынан ағылшын физигі М. Фарадей (1791 -1*867) табиғаттың негізгі бір заңы - зарядтар-дың сақталу заңын ашты. Кез келген тұйықталған жүйеде электр зарядтарының алгебралық қосындысы әруақытта өзгеріссіз қалып отырады, яғни

Сонымен, қозғалыста әлде тыныштықта екеніне қарамастан электр заряды санақ жүйесіне тәуелсіз болады екен. Зарядтар жаңадан жасалмайды да, жойылып та кетпейді, оларды тек бір денеден екін-ші денеге көшіруге болады немесе бір дененің өз ішінде орын ауыстырады. Сонда денелердің ішімде заряд тасушы бөлшектер (электрондар, иондар және т. б. ) болса, онда ол денелер электр тогын өткізеді дейміз. Өткізгіштердің өзі бірінші және екінші текті өткізгіштер болып белінеді. Бірнеше текті өткізгіштер ішінде заряд орын ауыстырғанда олардын химиялық табиғатында ешқандай өз-геріс және зарядпен ілесе аларлықтай зат бөлшектерінің тасымал дауы да болмайды. Екінші текті өткізгіштер ішінде зарядтардын орын ауыстыруы химиялық өзгерістерге байланысты, сонын нәте-жесінде оларды кұраушы заттардың басқа өткізгіштермен жанас-қан жерімде бөлшектердің бөлінуі байқалады. Бірінші текті өткіз-гіштерге барлық металдар, ал екішпі текті өткізгіштерге балқыған тұздар, тұздардын, қышқылдардың және сілтілердің ерітінділері жатады. Диэлектриктерге (изоляторларға) тұздардың кристалда-рын, пластмассаны, майды, ауаны, шыныны, кәрлеиді фарфорды, эбонитті, балауызды каучукты және тағы басқа көптеген заттарды жатқызуға болады.

КУЛОН ЗАҢЫ

XVIII ғасырға дейін электрлік кұбылыстар тек сапалық тұрғыда ғана зерттеліп келді. Көптеген тәжірибелердің нәтижесі дене де электр зарядтарының екі түрі болатынын көрсетті. Онда аттас зарядты денелер бір-бірінен тебіледі де, әр аттас зарядты денелер бір-біріне тартылады, Нүктелік деп аталатын зарядтардың өзара әсер күші бағынатын заңды 1785 жылы Ш. Кулон ашқан.

Нүктелік заряд деп осы дененің электр зарядтарын тасыма-дайтын басқа денелерге дейінгі қашықтығымен салыстырғанда өлшемін ескермеуге болатын зарядталған денені айтады. Кулон нүктелік мөлшерін есептеп табу заңдылығын ашты. Бұрын айтқанымыздай, механика бөлімінде материалдық нүктенің ролі қандай болса, электр бөлімінде нүктелік зарядтың алатын орны да сондай.

Иірмелі таразының Кулон зарядталған екі рядтар шамасына және ара қашықтығына байланысты өз ара күшін өлшеді. Бұл жағдайда Кулон зарядталған металл шарға тап сондай зг

металл шарды жанастырғанда заряд екі шарға теңдей бөлінетінін негізге алды.

ЭЛЕКТР ӨРІСІНІҢ КЕРНЕУЛІК СЫЗЫҚТАРЫ

Электр өрісі кернеулігін графикпен кескіндеу үшін, өрістің әр нүктесі арқылы, осы нүктедегі электр өрісі кернеулігінін, шамасы мен бағытын көрсететін стрелка жүргізсе болар еді, бірақ өрісті бұлай кескіндеу тиімсіз, өйткені стрелкалар бір-бірімен қабатта-сып, түсініксіз суреттср берер еді. Сондықтан ағылшын ғалымы Фарадей өрісті сызықтармен кескіндеуді ұсынды. Ол сызықтардың әр нүктесіндегі жанамалар, сол нүктедегі өрістің кернеулігі (Е) векторымен дәл келетін болу керек. Мұндай сызықтар өрістің күш сызықтары деп немесе кернеулік сызықтары деп аталады.

Күш сызықтары оң зарядтардан басталып, теріс зарядтарда не-месе шексіздікте аяқталады деп ұйғарылған. Кернеулік күш сызықтарының өрісте орналасу қоюлығына қарап, өріс кернеулігінің шамасын да сипаттауға болады.

Нүктелік зарядтыц Е сызықтары, егер заряд оң болса зарядтан шығатын, егер теріс болса зарядқа қарай радиус бойымен бағыт-талған радиал түзулердің жиынтығы екендігі айқын. Енді шама-лары бірдей әр аттас зарядталған (а) , және аттас (б) екі нүктелік заряд өрістері.

КЕРНЕУЛІК ВЕКТОРЫНЫҢ АҒЫНЫ.

ЭЛЕКТРЛІК ЫҒЫСУ

Кеңістікте орналасқан зарядтар мен оның айналасында пайда болған электр өрісінің кернеулік векторының (Е) арасындағы бай-ланыс заңдылығын көрсету үшін кернеулік векторының ағыны

деген ұғым ендіріледі.

Кернеулік сызықтарының жиілігі сан мәніне тең болсын. Сонда белгілі бір бетті тесіп өтетін кернеулік сызықтарының жал-пы санын сол беттен өтетін кернеулік ағыны немесе өрістің кернеу-лік ағьны деп атайды. Мысалы, біртекті электр өрісінде 5 жазық бетті тесіп өтетін керннулік векторлар ағынын анықтайық. Электр өрісінің күш сызыктары 5 бетін перпепдйкуляр (нор-маль) бағытта тестеп өтсін, кернеулік сызықтардын 5 бетке көбейтіндісі кернеулік векторының ағыны деп аталады, опы Ф әрпімен белгілейді:

ОСТРОГРАДСКИЙ - ГАУСС ТЕОРЕМАСЫ

Остроградский - Гаусс теорсмасы кез келген тұйық беттен өтетін электрлік ығысу ағынының сол беттің ішіндегі электр зарядының арасындағы байланысты көрсетеді. Сөйтіп бұл теорема бірте-бірте ең қарапайым нүктелік зарядтың электр өрісін, кез келген бетте таралып орналасқан зарядтар жүйесінің өрістерін қарастырады. Енді теңдеуге сәйкес, ортасында д нүктелік заряды бар, радиусы г шар тәрізді сфералық бетті тесіп өтіп жатқан кернеулік векторының ағынын анықтайық:

Сөйтіп, тұйықталған беттің пішіні қандай болғанымем де, д нүкте-

лік зарядты қоршаған осы бетті тесіп өтетін Е векторлар ағыны екен.

Егер қандай да бір тұйықталған беттің ішінде әр аттас п заряд болса, онда оның толық ағыны барлық нүктелік зарядтардың қо-сындысына тең болады:

Ф=І> Есі5.

Электр өрісінің суперпозиция принципін еске алсақ, кернеуліктер-дің векторлық қосындысы.

ЭЛЕКТРОСТАТИКАЛЫҢ ӨРІСТІҢ ПОТЕНЦИАЛЫ.

ЭЛЕКТР ӨРІСІНДЕП ЖУМЫС

Зарядтар электростатикалық өрісте орын ауыстырғанда заряд-тарға түсірілетін күштер жұмыс атқарады. Электростатикалық күштердін, бір ерекшелігі олардың заряд орын ауыстырғандағы жұ-мысы, зарядтың қандай жолмем орын ауыстырғандығына байла-ныссыз, тек зарядтың шамасы мен оның бастапқы және соңғы ор-нына ғана байланысты болады. Өрістің осы қасиеті өрістің кез кел-ген нүктесінің потенциалы деп аталатын ерекше функциямен си-патталады. Заряд бір нүктеден екінші нүктеге орын ауыстырғанда істелетін жұмыс сол екі нүктедегі потенциалдар мәндерінің айы-рымымен анықталады. Олай болса, зарядтың электростатикалық өрістегі жұмысының энергаясы потенциалдық энергия (А-Е _р ) болып табылады. Сөйтіп, зарядтың әр түрлі нүктелердегі энергия-сы түрліше және ол энергияның мәні өрістің қасиеті мен зарядтың шамасына байланысты ғана болады.

Енді бір нүктелік оң заряд біртекті электр өрісінде козғалып, ара қашықтыққа Ғ күштің әсерінен орын ауыстырса, онда оның істеген элементар жұмысы

Мұндағы - электр өрісінің кернеулігі.

ПОТЕНЦИАЛ ГАРДИЕНТІ. ЭКВИПОТЕНЦИАЛДЫҚ БЕТТЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫҢ ҚАСИЕТТЕРІ

Электростатикалық өрістің потенциалы нүктеден-нүктеге өзге-ретін функцияға жатады. Олай болса, әрбір нақты жағдайда потенциалдары бірдей болып келетін иүктелер жиынтығын бөліп алуға болады.

Потенциалдары тұрақты нүктелердің геометриялық орны по-тенциал деңгейінің беті немесе эквипотенциал бет деп аталады. Потенциал деңгейінің бетінде зарядты көшіру жұмысы нөлге тең болады.

Енді кернеулік пен потенциалдар арасындағы қатысты қарас-тырайық. Электростатикалық өрістің кернеулігі оның күштік қа-сиетін сипаттаса, өрістің потенциалы оның энергетикалық касиетін керсетеді. Олай болса, кернеулік пен потенциалдар арасындағы байланыс электр күштерінің жұмысы кернеулік арқылы да, өріс нүктелерінің потенциалдар айырымы арқылы да өрнектелетіндігі-нен байқалады. Потенциал скалярлық шама болатындықтан, электр өрісін скаляр өріс ретінде қарастыруымыз керек. Сондықтан ска-ляр градиенті деген үғым ендірейік. Айталық, заряд өрісіндегі нүктелік заряд 0 нүктесінен 0' нүктесіне ара қашықтыққа Ғ күші арқылы көшіріліп, жұмыс жасайды ол . Ал осы жұмыстың шамасын ц' нүктелік зарядтың О және О' нүктелеріндегі потенциалдар айырымына көбейтіп анықтауға болады, яғни

мұндағы минус таңбасы d нүктелік зарядты қалықтатып көшірілген нүктедегі оның потенциалының шамасы бірте-бірте кемитінін көрсетелді.

ДИЭЛЕКТРИКТЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫҢ ПОЛЯРИЗАЦИЯСЫ.

ДИЭЛЕКТРИКТЕРДЕГІ ӨРІС КЕРНЕУЛІГІ.

СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКТЕР

Диэлектриктер - электр өткізбейтін заттар оң зарядтар мен теріс зарядтары тең мөлшерде болып келетін молекулалардан не-месе диэлектрик ішінде емін-еркін қозғала алмайтын иондардан тұрады. Сыртқы электрлік күштердің әсерімен диэлектриктегі за-рядтар не аз ғана ығысады, не өздерінің орналасу бағытын өзгер-теді. Сөйтіп диэлектриктер бейтарап денелер болып табылады. Ди-электриктер бейтарап денелер болып табылады. Диэлектриктер тобына эбонит, фарфор сияқты қатты денелер және сұйықтар мен газдар жатады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.