Лекциялар жинағы Физика 1 бөлімі бойынша 050704 мамандығының қазақ бөлімінде сырттай оқитын студенттерге арналған Өскемен 2009

жүктеу/скачать 460,62 Kb.

бет	43/58
Дата	22.09.2023
өлшемі	460,62 Kb.
	#109845
түрі	Лекция

1 ... 39 40 41 42 43 44 45 46 ... 58

Конденсатордың сыйымдылығын мына өрнектің көмегімен анықтайды:

C  ^q_,

₁  ₂

мұндағы q – астарлардың біреуіндегі заряд, ₁ ₂
арасындағы потенциалдар айырмасы.
- конденсатор астарларының

Вакуумді конденсатордың сыйымдылығы

C₀, ал астарлары арасындағы

кеңістік біртекті диэлектрикпен толтырылған сол конденсатордың сыйымдылығы C болсын. Сонда

^С 
С₀

қатынасын диэлектриктің салыстырмалы диэлектрлік өтімділігі деп атайды.

Жазық конденсатордың сыйымдылығы


d

_{C }q _ S _^₀^S_,

⁰  ^d
1

2
 ₀
ал диэлектрикпен толтырылған жазық конденсатордың сыйымдылығы

_{C } ₀S _.

Цилиндрлік конденсатордың сыйымдылығы

q
C₀ _{  }

l _^2₀^l

,
 ^{r r}

1 2 _ln²

_ln 2

2 ₀r₁r₁

ал диэлектрикпен толтырылған цилиндрлік конденсатордың сыйымдылығы

_{C }2 ₀l _.
ln ^r2

r₁

Сфералық конденсатордың сыйымдылығы

C  ^q ^q

_4 ₀

⁰  

q ^1

1 ^{ }1
1 ^{ ,}

1 2 _

4 _{0 }r₁

 ^

^r2 


 ^r1

 ^

^r2 

ал диэлектрикпен толтырылған сфералық конденсатордың сыйымдылығы

_C_4 ₀

^1 1 ^{ .}

^ ^

r r
 1 2 
Берілген кернеу үшін керекті сыйымдылықты алу мақсатында конденсаторларды бір-бірімен батарея құрып жалғайды.

Конденсаторларды_параллель_жалғау'>Конденсаторларды параллель жалғау

C  _C_i

i1

C
1

_n ₁

Конденсаторларды тізбектей жалғау _С

_.

^{i 1}i

Өткізгіштің ішкі бөліктерінде зарядтың болмауы Гаусс теоремасының салдары болып табылады. Ал Гаусс теоремасының өзі Кулон заңына негізделген.

Бір бірінен r ара қашықтықта орналасқан нүктелік

q₁және

q₂зарядтардың

өзара потенциалдық энергиясын q₂зарядының өрісінде орналасқан q₁

зарядының потенциалдық энергиясы, немесе q₁
зарядының өрісінде орналасқан

q₂зарядының потенциалдық энергиясы деп қарастыруға болады:

W  ¹

q₁q₂
 q 
 q 
 ¹q 
 q  _,

0
^p4 r

1 1 2 2

₂1 1 2 2

мұндағы ^{ }

1 q₂
және ^{ }
1 q₁
-

q заряды орналасқан нүктедегі q

0
0

¹4 r ² ^{4 r 1 2}

заряды тудыратын және потенциалдарға сәйкес.

q₂заряды орналасқан нүктедегі q₁
заряды тудыратын

Тыныштық күйдегі n заряд үшін нүктелік зарядтар жүйесінің өзара әрекеттесу энергиясы

W_p

₁n


²i 1

^qi^i ,

мұндағы _i

жүйенің i -ші зарядынан басқа, барлық зарядтарының

q_iзаряды

орналасқан нүктедегі тудыратын потенциалы:

_i
1

4 ₀



n

k 1,k i
q_{k .}

^rik

Оқшауланған өткізгіштің беті эквипотенциалды болып табылады,

яғни  const . Өткізгіш бетіндегі q зарядты қарастыруға болады. Сонда
q_iнүктелік зарядтар жүйесі деп

W_p

₁n


²i 1

q_i

 ¹ ⁿq


i

²i 1
 ¹q

.
2

Өткізгіш бетіндегі зарядпен оның потенциалының арасындағы байланысты ескере отырып, зарядталған өткізгіштің энергиясы үшін төмендегідей өрнектерді жазуға болады:
1 q ²C ²

W_p q   _.

2 2C 2

Заряды + q конденсатор астарының потенциалы астарының потенциалы ₂–ге тең болды делік. Сонда
₁-ге, ал заряды - q

W  ¹ q

p ₂1
  q ₂
  ¹q

₂1
  ₂
  ¹qU _.

Конденсатор астарларындағы заряд пен олардың арасындағы потенциал айырмасының байланысын ескере отыра зарядталған конденсатор энергиясы үшін мына өрнектерді жазуға болады:

1 q ²CU ²

W  qU   _.

^p2 2C 2
Конденсатор астарлары бір-бірін тартатын механикалық (пондеромоторлық) күшті жазық конденсатордың потенциалдық энергиясы арқылы анықтауға болады:

F_x 
W_p

x

_{ } ^q ²


 

_2

q

x ^  _.

x _2
0 ^S

2 ₀S

Зарядталған конденсатордың энергиясы оның электр өрісінде, яғни оның астарларының арасындағы кеңістікте шоғырланған. Конденсатордың энергиясын оның электр өрісін сипаттайтын шамалар арқылы өрнектеуге болады. Жазық конденсатор үшін мына өрнекті жазуға болады:

CU ²
 SU ²

^ ^U²
 E ²

W  ^0^0_{ }Sd ^0V _,

^p2 2d 2 _d _2

мұндағы

^{Sd  V}- өрістің алып отырған көлемі.

Егер өріс біртекті болса, онда оның ішіндегі энергия кеңістікте тұрақты тығыздықпен таралады:

E

  ¹ ²

₂0 .
Әр нүктедегі электр өрісі энергиясының тығыздығын біле тұра, кез келген V көлеміндегі электр өрісінің энергиясын табуға болады:

W  _

V

dV

 ¹


0

_V2

E ²dV

13 лекция.

ТҰРАҚТЫ ЭЛЕКТР ТОГЫ
Электр зарядтарының реттелген (бағытталған) қозғалысы электр тогы деп аталады. Электр тогы пайда болуы үшін екі қажетті шарттың орындалуы тиіс:

қарастырылып отырған денеде токтың еркін тасушыларының, яғни бүкіл дене шегінде қозғала алатын зарядталған бөлшектердің бар болуы;
дененің ішінде электр өрісінің бар болуы.

Токтың бағыты ретінде шартты түрде оң зарядтардың қозғалыс бағыты алынған.
Электр тогының сандық сипаттамасы ретінде екі шама пайдаланылады: ток күші және ток тығыздығы.

Ток күші I – бірлік уақыт ішінде өткізгіштің көлденең қимасы арқылы өтетін электр зарядымен анықталатын физикалық шама:

_I_dq

dt ^.
Егер токтың күші және бағыты уақытқа орай өзгермесе, мұндай ток

тұрақты деп аталады. Тұрақты ток үшін
I  ^q

_t.
Ток күшінің өлшем бірлігі – ампер (А).
Бірлік уақыт ішінде тоқтың бағытына перпендикуляр орналасқан бірлік бет арқылы өтетін зарядпен анықталатын физикалық шаманы тоқтың тығыздығы деп атайды:

_{j }dq dS_dt _.

Тоқтың тығыздығы зарядтардың реттелген қозғалысының (дрейфінің) v^

жылдамдығына байланысты:

j  qn v _,

мұндағы n және q - ток тасушыларының шоғыры мен зарядына сәйкес.
Өткізгіштің әр нүктесіндегі ток тығыздығының j векторын біле тұра, токтың күшін анықтауға болады:

I  _j_ndS _,

S
мұндағы интегралдау өткізігштің S қимасының бүкіл беті бойымен алынады.

Үздіксіздік теңдеуі зарядтың сақталу заңын өрнектейді:

dt
 _j_ndS _.

Егер өткізгіштің күйі өзгермесе, онда әр өткізгіш үшін оның ұштарындағы
потенциалдар айырмасы мен оның бойындағы ток күші арасында I  f U 
бірмәнді тәуелділік орын алады. Оны өткізгіштің вольтамперлік сипаттамасы деп атайды.
Металдар үшін бұл тәуелділікті алғаш рет эксперименталды түрде неміс физигі Г. Ом анықтаған болатын.

Тізбек бөлігі үшін Ом заңы бойынша ток күші түсірілген кернеуге пропорционал болады, яғни

I  ¹U _,

R
мұндағы R – өткізгіштің электр кедергісі.

Кедергінің өлшем бірлігі – ом (Ом): 1 Ом - ұштарында 1 В кернеу кезінде өзі арқылы күші 1 А тұрақты токты өткізетін өткізгіштің кедергісі. Өткізгіштің кедергісі олардың өлшемдері мен пішініне, сондай-ақ өткізгіш ретінде қолданылатын материалға тәуелді. Цилиндр пішінді өткізгіш үшін бұл тәуелділікті әсіресе қарапайым түрде жазуға болады:
R   ^l_,

S
мұндағы l - өткізгіштің ұзындығы, S - оның көлденең қимасының ауданы,  - заттың тегі мен күйіне ғана тәуелді болып келетін меншікті кедергі. Меншікті кедергінің өлшем бірлігі - Ом∙м.
Металдардың кедергісі температура жоғарлаған сайын ұлғаяды:
  ₀1  t _,
мұндағы ₀- 0˚С кезіндегі металдың меншікті кедергісі,  - металл
кедергісінің температуралық коэффициенті. Көптеген металдар үшін  коэффициентінің мәні жуықтап алғанда 1/273 °С^-1-ге тең және температураға тәуелсіз деуге болады.
Өте төмен температурада кейбір заттарда асқын өткізгіштік құбылысы байқалады, бұл кезде кедергі кенет нольге айналады. Асқын өткізгіштікті алғаш рет 1911 ж. голланд физигі Х. Камерлинг-Оннес сынапта байқаған. Кейін, асқын өткізгіштік қорғасында, мырышта, ниобийде және басқа металдарда,

сондай-ақ бірқатар қоспаларда байқалған. Кедергі жоғалатын T_c

температура

кризистік температура деп аталады. 1933 ж. неміс физигі В. Мейсснер асқын

өткізгіштердің екінші фундаменталды қасиетін ашты: T_c
мәнінен төмен

температурада магнит өрісі үлгінің қалың қабатынан итеріліп шығатыны анықталды (Мейсснер эффекті).

1986 жылы T_c
кризистік температуралары қалыпты атмосфералық

қысымдағы сұйық азоттың қайнау температурасынан (77К) асатын металоксидті жоғары температуралық асқын өткізгіштер (ЖТАӨ) ашылды.

жүктеу/скачать 460,62 Kb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 ... 39 40 41 42 43 44 45 46 ... 58

Лекциялар жинағы Физика 1 бөлімі бойынша 050704 мамандығының қазақ бөлімінде сырттай оқитын студенттерге арналған Өскемен 2009

. 2

.
2