Электр өрісіндегі өткізгіштер

Пән: Электротехника
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 7 бет
Таңдаулыға:

Электр өрісіндегі өткізгіштер

Өткізгіштер әрқашан заряд тасымалдаушылардың, яғни электрондар немесе
иондар санының көп болатынымен ерекшеленеді.
Өткізгіштердің ішінде заряд тасымалдаушы бөлшектер хаосты түрде
қозғалып жүреді. Егер өткізгіш электр өрісіне түссе, онда
тасымалдаушылардың хаостық козғалысына электр өрісі күштерінің әрекет ету
бағытында реттелген орын ауыстыруы үстемеленеді, артады. Бұл заряд
тасымалдаушылардың өріс әрекетінен бағытталған орын ауыстыруы әрдайым
өткізгіш ішіндегі өрісті әлсіретеді. Өткізгіш ішіндегі заряд
тасымалдаушылар саны орасан зор болуынан (1 см3 металла шамамен 1022 еркін
электрондар бар), олардың өріс әрекетінен туатын қозғалысы өткізгіш ішінде
өріс әбден жоғалғанша созылады. Осы процестің қалай жүретінін қарастырайық.
Бір-біріне тығыз жанасқан екі бөліктен тұратын металл өткізгіш сыртқы
Е электр өрісінде орналасқан. Бұл өткізгіштегі еркін электрондарға солға
қарай бағытталған, яғни кернеулік векторына қарсы бағытталған өрістің
күші әрекет етеді. Осы күштердің әрекетінен электрондардың ығысуы
нәтижесінде өткізгіштің оң жақ артық оң зарядтар, ал сол шетінде артық
электрондар пайда болады. Сондықтан өткізгіштің ұштарының арасында ішкі
өріс пайда болады (ығыстырылған зарядтардың өрісі), ол солға қарай
бағытталған. Өткізгіштің ішінде бұл өріс сыртқы өріске қарсы бағытталған
және өткізгіш ішінде қалған әрбір еркін электронға оңға қарай бағытталған
F2 күш әрекет етеді.
Бастапқыда F1 күші F2 күшінен үлкен және олардың қорытқы күтің солға
қарай бағытталған. Сондықтан электрондар өткізгіштің ішіңде солға қарай
ығыса береді, ал өріс бірте-бірте артады. Өткізгіштің сол жақ шетінде еркін
электрондар көп жинақталған кезде, F2 күшімен F1 күштері теңеседі және
олардың теңәрекет күші нөлге тең. Осыдан кейін өткізгіш ішінде қалған еркін
электрондар хаосты қозғалысқа келеді. Бұл - өткізгіш ішіндегі өрістің
кернеулігі нөлге тең дегенді білдіреді, яғни өткізгіш ішінде өріс жойылады.
Сонымен, өткізгіш электр өрісіне тап болған кезде, ол бір жақ шетінде
оң заряд, ал екінші жақ шетінде шамасы жағынан дәл осындай теріс заряд
пайда болатындай түрде электрленеді. Мұндай электрлену электростатикалық
индукция немесе әрекет арқылы электрлену деп аталады. Бұл жерде тек
өткізгіштің меншікті зарядтарының ғана қайта таралатынын айта кетейік.
Сондықтан мұндай өткізгішті өрістен алшақтатса, онда оның оң және теріс
зарядтары қайтадан өткізгіштің өне бойында біркелкі таралады да оның барлық
бөліктері электрлік бейтарап күйге келеді. Әрекет арқылы электрленген
өткізгіштің қарама-қарсы жақтарында таңбалары қарама-қарсы зарядтардың
бірдей мөлшері болатынына жеңіл көз жеткізуге болады. Бұл өткізгішті екі
бөлікке бөліп, сосын оларды өрістен алып кетейік. Өткізгіштің әрбір бөлігін
жеке электроскопқа жалғап, біз олардың зарядталғанына көз жеткіземіз. Енді
олардың екі бөлігін қайтадан бір өткізгіш болатындай етіп коссақ, онда біз
зарядтардың бейтараптанғанын көрер едік. Демек, қосылғанға дейін
өткізгіштің екі жағындағы зарядтардың шамалары тең және таңбалары жағынан
қарама-қарсы болған.
Өткізгіштің әрекет арқылы электрлену уақыты соншалықты аз болуынан,
оны лезде өтеді деп айта аламыз. Осы кезде өткізгіш ішіндегі кернеулік,
демек, потенциалдар айырымы да, оның барлық нүктелерінде нөлге тең. Сонда
өткізгіштің ішіндегі кез келген екі нүкте үшін , яғни қатынасы
орындалады.
Демек, өткізгіштегі зарядтардың тепе-теңдігі кезінде оның барлық
нүктелерінің потенциалдары бірдей. Зарядталған денемен жанасу арқылы
зарядталған өткізгіш үшін де осы заңдылық орындалады.
Сонымен, өткізгіштің қандай жолмен электрленгеніне тәуелсіз
зарядтардың тепе-теңдігі кезінде өткізгіштің ішінде өріс болмайды, ал
өткізгіштің барлық нүктелерінің потенциалдары бірдей (өткізгіштің ішінде
де, бетінде де). Бірақ осы кезде электрленгей өткізгіштің сыртында өріс бар
және оның кернеулік сызықтары өткізгіштің бетіне перпендикуляр. Демек,
өткізгіштегі зарядтардың тепе-теңдігі орныннан бет эквипотенциал бет болып
табылады.
Электр индукциясы құбылысын XVIII ғасырда орыс ғалымы Ф.У. Элинус
(1724—1802) зерттеген.
Электр зарядтарының өткізгіштің сыртқкы бетінде орналасатынын тұңғыш
рет Кавендиш дәлелдеді. Ол оқшауланған жез шарды зарядтайды да сосын электр
өткізбейтін қолсаппен ұстап тұрып, оған екі қуыс металл жарты шарларды
кигізеді. Жарты шарларды қайтадан алып кеткеннен кейін ол інікі шардың
зарядталмағанын, ал жарты шарлардың зарядталғанын анықтады.
Кейінірек Фарад ей мұндай зерттеуді фольгамен қапталған, қабырғасы 4 м
болатын кубпен жасады. Тәжірибе кезінде ол қолына өте сезгіш электроскоп
алып, осы кубтың ішіне орналастырды, бірақ кубтың ішінен ол ешқандай электр
зарядтарын таппады, ал осы кезде кубтың қабырғаларының электрленгені
сондай, сыртқы бетіне жақындаған кезде кішігірім найзағай ойнайтындай күйде
тұрды.
Егер өлшемдері бірдей оқшауланған, біреуі тұтас, ал екіншісі қуыс екі
шарды алып, бірдей электрлесе, онда шарлардың төңірегіндегі өрістер бірдей
болады. Мұны тұңғыш рет Фарадей дәлелдеді.
Сонымен қуыс өткізгішті электр өрісіне қойса немесе оны зарядталған
денемен жанастырып электрлесе, онда зарядтардың тепе-теңдігі кезінде
қуыстың ішінде өріс болмайды. Электростатикалық қорғаныс, міне, осыған
негізделген. Егер қандай да бір аспапты металл қорапқа салса, онда сыртқы
электр өрісі қораптың ішіне енбейді, яғни мұндай аспаптың жұмысы мен
көрсетулері сыртқы электр өрісіне де, оның өзгерістеріне де тәуелсіз.
Сонымен қатар зарядтың тек сфералық пішіндегі өткізгіштің бетінде ғана
біркелкі таралатыны тағайындалған. Өткізгіштің пішіні кез келген түрде
болса, зарядтардың тығыздығы, демек, өткізгіштің бетіне жуық жерлердегі
өрістің кернеулігі беттің қисықтығы көбірек жерде күштірек болады. Әсіресе,
өткізгіштің шығыңқы және сүйір жерлерінде зарядтың тығыздығы, жоғары.
Сүйір немесе сүйірленген өткізгіштер зарядтан тез айырылып қалады.
Сондықтан зарядты ұзақ сақтауы қажет өткізгіштің пішіні сүйір болмауы тиіс.

Электр өрісіндегі диэлектриктер

Диэлектрик электр өрісіне енгізілген кезде қандай болатынын
қарастырайық. Диэлектрик деп электр тогын өткізбейтін затты атайтынын еске
түсіре кетейік. Диэлектрикте еркін заряд тасымалдаушылар жоқ. Диэлектриктің
барлық электр зарядтары оның молекулаларының ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.