Электр қозғаушы күш және кернеу

САБАҚ ЖОСПАРЫ

Сабақтың тақырыбы: Электр қозғаушы күш және кернеу
Топтар
Тр 9-202

Сабақ өтетін күн
17.09.2020

САБАҚ БАРЫСЫ
І Ұйымдастыру бөлімі:
А) <<Топтық>> ашылған чатқа кіру;
Б) Чатқа оқытушы өзінің пәнін кесте бойынша жариялау;
В) Оқушылардың чатқа қосылғанын тексеру, қадағалау;
Г) Өтетін сабақтың тақырыбын чатқа жазу;
ІІ Үй тапсырмасын тексеру
А) Өткен тақырып бойынша үй тапсырмасын сұрау;
Б) Орындалған үй тапсырмаларын чат арқылы электронды қабылдау
В) Студенттерге үй тапсырмасынан сұрақтар қою;
Өткізгіштің кедергісі оның температурасына тәуелді бола ма?
Металл өткізгіштер кедергісінің температураға тәуелділігі қандай ?
Асқын өткізгіштік құбылысы туралы не білесіңдер ?
Г) Студенттерден ауызша түрде қабылдау;
ІІІ Жаңа оқу материалын баяндау (Электронды түрде: мәтін, сурет, видео)
Электр Қозғаушы Күш - электр тізбегіне жалғанған, табиғаты электрстатикалық емес энергия көзі. Тек қана электрстатик. күштер тұйық тізбекпен тұрақты токтың үздіксіз жүруін қамтамасыз ете алмайды. Өйткені бұл күштердің тұйық контур бойымен зарядты қозғалтуы үшін жұмсайтын жұмысы нөлге тең, ал ток жүрген кезде әдетте энергия шығыны болады. Сондықтан тұйық контурмен үздіксіз ток жүруі үшін электр тізбегінен тыс басқа бір энергия көзі болу керек. Бұл энергия көзі энергияны сырттан ала отырып, оны зарядтардың қозғалыс энергиясына айналдырады да, қосымша электр өрісін (Е) тудырады. Мұндай қосымша электр өрісі күшінің тұйық контур бойымен істейтін жұмысы нөлге тең болмайды: . Е' шамасы Э. қ. к. деп аталады және оның шамасы бірлік зарядты қозғалтуға кететін электрстатик. емес күштердің жұмысына тең. Потенциал сияқты Э. қ. к-тің де өлшеу бірлігі - вольт (в). Электролиттердегі иондардың диффузиясы, контур арқылы өткен магнит ағынының өзгеруі (эл.-магн. индукция), т.б. Э. қ. к-ін тудырады.
Тұйықталған тізбектегі электр тогы энергия көзінің электр қоз-ғаушы күші әсерінен ағады. Тізбекте ток жоқ болған жағдайда да яғни тізбек ажыратылған кезде де энергия көзінде электр қозғаушы күші пайда болады. Тізбекте ток жоқ болған жағдайда да ЭҚК энергия көзінің қысқыштарындағы потенциалдар айырымына тең. Потенциалдар айырымы сиякты, ЭҚК вольтпен (В) көрсетіледі.
Тұйықталған электр тізбегінде де, ажыратылған тізбетке де ЭҚК энергия көзінің қысқыштарындағы потенциалдар айырымын үзбей ұстап түрады. Түйықталған тізбекте ток үздіксіз ағуы үшін энергия көзі, ішіндегі зарядтар қозғалысы электр өрісі күшінің әсеріне қарама-қарсы бағытталған болуы керек. Зарядтардың мұндай қозғалысы сырттан берілген күштердің әсерінен болады.
ЭҚК бар екендігіне көз жеткізу үшін энергия көзінің полюстеріне жалғастырушы өткізгіш сымдар орнына вольтметр деп аталатын аспапты косса болғаны. Ол кезде вольтметрдің нұсқама тілі (стрелкасы) белгілі бір бұрышқа ауытқиды.
Энергия көзінің ЭҚК көп болған сайын вольтметр нұсқама тілінің ауытқуы да солғұрлым көп болады.
Бірақ вольтметр төменде көрсетілетіндей, ЭҚК көрсетпейді, ол ток көзінің қысқыштарындағы кернеуді көрсетеді. Кернеу ЭҚК сияқты вольтпен (В), киловольтпен (кВ), милливольтпен (мВ) өлшенеді.

Тоқ электр тізбегімен өту үшін оның ішінде құрылғы (электр энергиясының көзі) жұмыс істеп тұруы қажет, оның ішінде үздіксіз электр зарядтарын бөліп тұратын және сол арқылы құрылғының қысқыштарында потенциалдардың айырмасын ұстап тұратын процесстер жүріп жатуы керек.
Әлбетте, тізбек бөлігінің көзіне қарағанда сырттағы тоқ қорек көзінің оң қысқышынан теріс қысқышына қарай өтеді, яғни, үлкен потенциалдан кішісіне қарай. Электр тізбегінің ішінде тоқтың үздіксіз өтуіне байланысты қорек көзінің ішінде тоқ теріс қысқыштан оң қысқышқа қарай өтуі керек, яғни, кіші потенциалдан үлкенге қарай өтуі керек. Бұл сырттан келетін энергия есебінен ғана мүмкін. Сондықтан, қорек көзі энергияны сырттан: <<бөгде>> энергияны тұтыну керек. Осылайша, көздің ішіндегі зарядтардың бөлінуіне алып келетін себеп әрқашан <<бөгде>> энергия болады.
<<Бөгде>> күштердің жұмысын сипаттайтын шама электр қозғаушы күш Е деп аталады.
Осылайша, электр қозғаушы күш -- <<бөгде>> күштердің оң зарядты бірлігін қорек көзінің теріс қысқышынан оң қысқышына қарай жылжытуға кететін жұмыс өлшемі:
Мұнда Аст -- <<бөгде>> күштердің жұмысы; Q -- Аст жұмыс жасаған кезде <<бөгде>> күштермен жылжитын заряд.
<<Электр қозғаушы күш>> деген атаудың тарихы бар.
Электр қозғаушы күш электр күшіне қатысы жоқ <<бөгде күштерді>> сипаттайды, бірақ қорек көзінің ішіндегі зарядтардың бөлінуіне және қорек көзінің қысқыштарының арасындағы потенциалдардыі айырмасын тудыратын себеп болып табылады. Осылайша, <<электр қозғаушы күш>> термині кернеуді емес, зарядтарды бөлетін себепті сипаттайды, осылайша электр өрісін (тізбек нүктелері арасындағы кернеу) тудырады, олар электр тізбегіндегі зарядтардың қозғалысына әкеледі. <<Электр қозғаушы күш>> пен одан пайда болатын потенциалдар айырмасы арасындағы айырмашылықты көрсету үшін <<электр қозғаушы күш>> терминімен қоса <<бөгде электр қозғаушы күш>> және <<электр бөлуші күш>> деген анықтамаларды да қолданады.
Түрлі қорек көздерінде зарядтардың бөлінуіне алып келетін себептер әртүрлі болып табылады. Мысалы, электрмашиналық генераторларда -- бұл магнит өрісінің күші, гальваникалық элементтер мен аккумуляторларда -- химиялық реакциялар күші. 2.2 бөлімде электрмашиналық генераторлар мен химиялық көздердің ішіндегі
(2.17) 64

зарядтардың бөліну процесі (ЭҚК пайда болуы) туралы тоқталған болатынбыз.
Алшақ тұрған генератордың қысқыштарындағы потенциалдар айырмасы кернеуден туған электр күші бөгде электр қозғаушы күштерді (электр бөлуші күш) теңдестіргенше өсе береді.
Сондықтан <<бөгде>> күштердің табиғатына қарамастан генераторда болып жатқан электр қозғаушы күштердің өлшемі ретінде алшақ тұрған генератордың қысқыштарында электр қозғаушы күштер көмегімен пайда болатын потенциалдар айырмасын алады:
Е = φА - φк. (2.18)
(2.18) формулаға сәйкес ЭҚК өлшем бірлігі вольт (В):
[Е] = В.
Тізбектің сыртқы бөлігін қорек көзіне қосу және сыртқы бөліктегі рұқсат етілген өзгерістер көздің ЭҚК шамасыа ешқандай әсер етпейтінін тәжирибелер көрсетті. Бұл көзқараспен қарағанда қорек көзінің ЭҚК -- тұрақты шама.
Қорек көзінің электр қозғаушы күші сол көздің ішкі ерекшеліктеріне ғана байланысты. Мысалы, бастапқы химиялық элементтерде (2.2 бөлімді қараңыз) ол электролиттер мен электродтар арасындағы кернеу айырмасы ретінде кездеседі, ал осы кернеулердің әрқайсысы электродтардың табиғатына және жұмыс жасау уақытындағы электролиттің жадайына және электродтар мен электролиттердің өзара әрекеттесу сипатына байланысты. Элементтің геометриялық өлшемі мен пішіні де оның ЭҚК шамасына әсер етпейтінін зерттеулер көрсетті.
Тұйық электр тізбегінде қорек көзіндегі зарядтардың бөлінуі үздіксіз жүреді, өйткені тізбек бойымен тоқ жүрген кезде <<бөгде>> күш пен кернеуден туындаған электр күші арасындағы тепе теңдік бұзылады. Себебі, тізбектің сыртқы бөлігінде жылжып жатқан зарядтар қорек көзінің қысқыштарындағы зарядтарды жартылай өтейді және осылайша генератор қысқыштары мен одан туындаған электр күші арасындағы потенциалдардың айырмасының (кернеуінің) азаюына алып келеді.
Осылайша, тұйық тізбекте қорек көзі қысқыштарындағы кернеу әрқашан оның ЭҚК-нен аз болады: U
Тоқ электр тізбегімен өту үшін оның ішінде құрылғы (электр энергиясының көзі) жұмыс істеп тұруы қажет, оның ішінде үздіксіз электр зарядтарын бөліп тұратын және сол арқылы құрылғының қысқыштарында потенциалдардың айырмасын ұстап тұратын процесстер жүріп жатуы керек.
Әлбетте, тізбек бөлігінің көзіне қарағанда сырттағы тоқ қорек көзінің оң қысқышынан теріс қысқышына қарай өтеді, яғни, үлкен потенциалдан кішісіне қарай. Электр тізбегінің ішінде тоқтың үздіксіз өтуіне байланысты қорек көзінің ішінде тоқ теріс қысқыштан оң қысқышқа қарай өтуі керек, яғни, кіші потенциалдан үлкенге қарай өтуі керек. Бұл сырттан келетін энергия есебінен ғана мүмкін. Сондықтан, қорек көзі энергияны сырттан: <<бөгде>> энергияны тұтыну керек. Осылайша, көздің ішіндегі зарядтардың бөлінуіне алып келетін себеп әрқашан <<бөгде>> энергия болады.
<<Бөгде>> күштердің жұмысын сипаттайтын шама электр қозғаушы күш Е деп аталады.
Осылайша, электр қозғаушы күш -- <<бөгде>> күштердің оң зарядты бірлігін қорек көзінің теріс қысқышынан оң қысқышына қарай жылжытуға кететін жұмыс өлшемі:
Мұнда Аст -- <<бөгде>> күштердің жұмысы; Q -- Аст жұмыс жасаған кезде <<бөгде>> күштермен жылжитын заряд.
<<Электр қозғаушы күш>> деген атаудың тарихы бар.
Электр қозғаушы күш электр күшіне қатысы жоқ <<бөгде күштерді>> сипаттайды, бірақ қорек көзінің ішіндегі зарядтардың бөлінуіне және қорек көзінің қысқыштарының арасындағы потенциалдардыі айырмасын тудыратын себеп болып табылады. Осылайша, <<электр қозғаушы күш>> термині кернеуді емес, зарядтарды бөлетін себепті сипаттайды, осылайша электр өрісін (тізбек нүктелері арасындағы кернеу) тудырады, олар электр тізбегіндегі зарядтардың қозғалысына әкеледі. <<Электр қозғаушы күш>> пен одан пайда болатын потенциалдар айырмасы арасындағы айырмашылықты көрсету үшін <<электр қозғаушы күш>> терминімен қоса <<бөгде электр қозғаушы күш>> және <<электр бөлуші күш>> деген анықтамаларды да қолданады.
Түрлі қорек көздерінде зарядтардың бөлінуіне алып келетін себептер әртүрлі болып табылады. Мысалы, электрмашиналық генераторларда -- бұл магнит өрісінің күші, гальваникалық элементтер мен аккумуляторларда -- химиялық реакциялар күші. 2.2 бөлімде электрмашиналық генераторлар мен химиялық көздердің ішіндегі
(2.17) 64
зарядтардың бөліну процесі (ЭҚК пайда болуы) туралы тоқталған болатынбыз.
Алшақ тұрған генератордың қысқыштарындағы потенциалдар айырмасы кернеуден туған электр күші бөгде электр қозғаушы күштерді (электр бөлуші күш) теңдестіргенше өсе береді.
Сондықтан <<бөгде>> күштердің табиғатына қарамастан генераторда болып жатқан электр қозғаушы күштердің өлшемі ретінде алшақ тұрған генератордың қысқыштарында электр қозғаушы күштер көмегімен пайда болатын потенциалдар айырмасын алады:
Е = φА - φк. (2.18)
(2.18) формулаға сәйкес ЭҚК өлшем бірлігі вольт (В):
[Е] = В.
Тізбектің сыртқы бөлігін қорек көзіне қосу және сыртқы бөліктегі рұқсат етілген өзгерістер көздің ЭҚК шамасыа ешқандай әсер етпейтінін тәжирибелер көрсетті. Бұл көзқараспен қарағанда қорек көзінің ЭҚК -- тұрақты шама.
Қорек көзінің электр қозғаушы күші сол көздің ішкі ерекшеліктеріне ғана байланысты. Мысалы, бастапқы химиялық элементтерде (2.2 бөлімді қараңыз) ол электролиттер мен электродтар арасындағы кернеу айырмасы ретінде кездеседі, ал осы кернеулердің әрқайсысы электродтардың табиғатына және жұмыс жасау уақытындағы электролиттің жадайына және электродтар мен электролиттердің өзара әрекеттесу сипатына байланысты. Элементтің геометриялық өлшемі мен пішіні де оның ЭҚК шамасына әсер етпейтінін зерттеулер көрсетті.
Тұйық электр тізбегінде қорек көзіндегі зарядтардың бөлінуі үздіксіз жүреді, өйткені тізбек бойымен тоқ жүрген кезде <<бөгде>> күш пен кернеуден туындаған электр күші арасындағы тепе теңдік бұзылады. Себебі, тізбектің сыртқы бөлігінде жылжып жатқан зарядтар қорек көзінің қысқыштарындағы зарядтарды жартылай өтейді және осылайша генератор қысқыштары мен одан туындаған электр күші арасындағы потенциалдардың айырмасының (кернеуінің) азаюына алып келеді.
Осылайша, тұйық тізбекте қорек көзі қысқыштарындағы кернеу әрқашан оның ЭҚК-нен аз болады: U IV. Бағалау
А) Студенттерге жаңа тақырып бойынша сұрақтар қою;
Б) Студенттерден ауызша түрде қабылдау;
Сұрақтар мен тапсырмалар
1.ЭҚК-і дегеніміз не?
2.Бөгде күштердің жұмысы дегеніміз не?
3.ЭҚК-і мен қысқа тұйықталу кезіндегі ток арасындағы байланысы қандай?
4.Ток күші мен кернеудің арасындағы тәуелділік графигі қалай орналасады?
В) Студенттердің тапсырма жауаптары бойынша баға қою.
V. Үй тапсырмасын беру
Үй тапсырмасы
Жаңа сабақты оқып, пысықтау.
Сұрақтар мен тапсырмаларға жазбаша және электронды түрде жауап беру.