Ќазаќстан Республиксыныњ Білім жєне ѓылым министрлігі
жүктеу/скачать 0,56 Mb.
|
|
Мазмұны Кіріспе……………………………………………………………………..…..3 Әр түрлі ортадағы электр тогы.........................................................................6 2.1 Металлдардағы электр тогының таралуы............................................................9 2.2 Жартылай өткізгіштердегі электр тогының таралуы........................................11 2.3 Вакуумдегі электр тогының таралуы.................................................................13 2.4 Газдардағы электр тогы.......................................................................................15 «Әр түрлі ортадағы электр тогы» тақырыбы бойынша сандық есептердің сипаттамалары мен шығару әдістері.............................................................17 Қорытынды......................................................................................................20 Қолданылған әдебиеттер................................................................................21 Кіріспе
Физика ғылымы – жазықтықтар мен өрістер және заттар мен құрылымдардың жалпылама, барлық ерекшеліктері мен қасиеттерін және қозғалыс әрекетінің заңдарын зерттейтін ілім. Физика – жаратылыстану ғылымдарының толықтай барлығымен ерекше байланыста және жетекшісі деседе болады. Басқа да жаратылыстану ілімдері секілді физикада ауқымды даму жолынан өтті. Физика –аспан әлеміндегі қашықтықта орналасқан планеталар мен галктикаларды, шоқ жұлдыздарды, неше түрлі астероидтарды және олардың қозғалысын, денелер мен заттардың жерге тартылуын, тартылыс заңын , магниттік денелерді, дененіңұшу траекториясын, кез келген табиғи құбылыстар мен апаттардың шығу барысы мен өзгерісін, табиғаттың объектілері және процестерің, материалдық денелердің атомдық құрылымын, электр ток көздері мен таралуын зерттейді. Физика ғылым жүзінде тәжірибелік физика және теориялық физика болып табылатын екі бөлімге бөлінеді. Тәжірибелік физика ментеоретикалық физика бір бірімен тығыз байланысты. Физика ғылымының негізгі теориялары болып табылады Классикалық механика – денелердің өзара орналасуы мен өзгерісі және күрделі емес қозғалыстар мен заңдылықтарын зерттейтін физика бөлімі. Классикалық механикада еңбегі сіңген классикалық механиканың көптеген заңдарын тұжырымдаған Ньютон болғандықтан классикалық механиканы «Ньютон механикасы» деп те атайды. Классикалық механика өз кезегінде ішінара, зерттеу бағытына байланысты бірнеше түрге бөлінеді. Статика- тыныштықтағы денелерді модельдейді. Кинематика- қозғалыстағы денелерді модельдейді Динамика- күш әсерінен денелерді модельдейді. Электромагнитизм - электромагниттік өрістердің қасиеттері мен жұмыс істеу барысын зерттейтін физика бөлімі. Зерттеу объектісі электр заряды денелердің негізгі ерекше қасиеттерінің бірі болып табылатын және осы салаға байланысты құбылыс пен заңдылықтар талқыланатын бөлім болып табылады. Термодинамика – физика саласының жылу әрекеті және энергияның күйден күйге алмасуын және олардың жұмысқа , қысымға, көлемге, механикалық әсерге және температураға әрекеті мен әсерінқарастыратын физиканың бөлімі. Термодинамиканың пайда болуы газдардың кеңеюінен пайдалы жұмыс жасайтын жылу қозғалтқыштарын жақсарту әрекеттеріне байланысты. Статистикалық механика – термодинамикамен тығыз байланысы бар теориялық заңдылықтармен максималды жүйелерді олардың құрамдас бөліктерін статистикалық принциптер мен әдістерді қолдану арқылы зерттейтін физика бөлімі. Кванттық механика – молекулалық пен атомдық және кішкентай жүйелер мен денелерді және олардың басқарылатын және бақыланатын шамаларын пайдалана отыра, сәулеленумен әрекеттесуін қарастыратын теориялық физиканың ең үлкен бөлімдерінің бірі. Кванттық механика негізгі зерттеу бағыты энергияның барлық түрлерін шоғырлар ретінде шығарылатынын бақылап, зерттеуге негізделген. Физика теориялары әртүрлі пәндік салаларда қолданылады. Физиканың ішкі тақырыптарға бөлінуі анық емес және ішкі тақырыптарды бір-бірінен ажырату физиканы басқа ғылымдардан ажырату сияқты қиын. Тиісінше, әртүрлі салалар арасында көптеген қабаттасулар мен өзара қарым-қатынастар бар. Мұнда қарастырылатын объектілердің көлеміне сәйкес пәндік салалардың жинағы берілген және осы жұмыс барысында оларға қатысты пәндік салаларға сілтеме жасалады. Көрсетілген тақырыптарды бір теорияға нақты бөлуге болмайды, бірақ зерттелетін пәнге байланысты әртүрлі теориялық түсініктерді пайдаланамыз. Әр түрлі ортадағы электр тогы Физика ілімінде белгілі бір жағдайлардың бірі денелердің белгілі бір жағдайларда электр зарядтарына ие болатыны. Бұл жағдайларды электр зарядтарымен зарядталған денелердің бір-бірімен әрекеттесуі арқылы білуге болады. Заңдылықтары бойынша оң және теріс зарядтан тұратыны белгілі. Бірдей таңбалы екі заряд бір-бірінен тебілсе, екі таңбалы зарядтар бір-біріне тартылады. Басты қасиеттерінің бірі электр зарядты элементтердің бөлінбейтіні болып табылады. Абсалют шама бойынша элементар бөлшектердің барлығының да заряды бірдей болады. Электр заряды е әріпімен белгіленеді. Элементар бөлшектерге электрон, протон және нейтрон жатады. Электрон теріс зарядты, протон оң зарядты болып табылады. Электр тогы деп электр қозғаушы күш әсерлесетін зарядтардың белгілі бір бағытқа бағытталған қозғалысының жиынтығын атайды. Зарядталған бөлшектер болып табылады: өткізгіштерде — электрондар электролиттерде —иондар (катиондар мен аниондар) газда —иондар мен электрондар арнайы жағдайдағы вакуумда — электрондар жартылай өткізгіштерде —электрондар мен кемтіктер. Электр тогы түрлі салаларда пайдалы және тиімді болып табылады. Энергетика саласында — энергияны тасымалдау үшін, ал телекоммуникация саласында — ақпаратты алыс шалғайларға тасымалдау үшін қолданылады.Электр тоғының жинақталған, бағытталған белгілі бір бағыты, жолы болады.Тоқтың бағыты ретінде оң зарядталған денелердің қозғалыс бағыты алынады. Денеде, материалда тұрақты электр тогының пайда болуы мен жүріп тұруы үшін бөлшектер еркін зарядталған болуы міндетті, және де зарядталған бөлшектердің бағытталған қозғалысын тудырып және ұстап тұру үшін оларға белгілі бір бағытты әсер ететін күш болса жеткілікті.Зарядталған бөлшектерге негізгі әсер ететін күш электр өрісі екені белгілі. Көп жағдайда, зарядталған бөлшектердің бағытталған қозғалысын туындатушы және оған әсер етіп тұруға себепші болатын өткізгіштің құрамындағы сол электр өрісі болып табылады. Ескере кететін жайт егер де өткізгіштің ішінде электр өрісі бар болған жағдайда, онда заңдыққа сәйкес өткізгіш ұштарының арасында потенциалдар айырмасы пайда болады.Осы қағидалардың барлығы толық орындалуы үшін электр тізбегі құрылады. Электр тізбегі деп негізгі бөлігіне ток көзі, жалғағыш сымдар, тізбекті қосып ажырататын элементтер, ток тұтынушылар жататын компоненттерді айтамыз. Токтың жылулық, химиялық және магниттік әрекеттері электр тізбегі бойымен жылжып, бағытталғанда пайда болады. Тоқтың бағыты мен әрекетін бақылау және бағалау үшін физика іліміндегі енгізілген физикалық шама ток күші деп аталады.Ток күші деп өткізгіштің көлденең қимасы арқылы бірлік уақыт ішінде қандай заряд өтетінін көрсететін физикалық мәнді айтады. Ток күшінің өлшем бірлігі ампер болып бекітілген: Формуласы: Ток күші және ток күшінің бағыты уақыт байланысты өзгермеген жағдайда, онда электр тогы тұрақты электр тогы деп аталады. Тұрақты ток үшін: Электр тогын сипаттау үшін өткізгіштің бірлік қимасынан қандай ток өтетінін көрсететін шаманы ток тығыздығы деп аталады. Формуласы: Ток тығыздығының өлшем бірлігі: Бірлік электр зарядының орын ауыстыру бойымен электр өрісінің жасайтын жұмысымен анықталатын физикалық шаманы электр кернеуі деп аталады. Формуласы: Тұйықконтурдағыэлектрқозғаушыкүшконтурдыңбойымензарядтыңорынауыстыруындағыбөгдекүштердіңжұмысыныңсолзарядқақатынасынкөрсететін формуласы: Электрқозғаушыкүштіңөрнектейтін шама вольтдепаталады. Электр қозғаушы күштерде табиғи немемсе жасанды кедергілер болады. Оны өткізгіш кедергісі деп атайды. Өткізгіш кедергісі R белгіленеді. Өлшем бірлігі Ом. Тізбектің бөлігіне арналған Ом заңының қағидаларына сәйкес ток күші түсірілген кернеуге тура пропорционал болады да, ал өткізгіштің кедергісіне кері пропорционал болып табылады. Тағы да айта кетерлік заңдылық, егер электр тогының бағыты шартты түрде өткізгіштердегі оң заряд тасушылардың орын ауыстыру бағыты алынады, бірақ өткізгіштердегі заряд тасушылардың заряды теріс болатындықтан ток бағыты электрондардың бағытына қарсы болады. Осы заңдылыққа сәйкес электр тогы өткізгіш бойымен спиральді түрде қозғалыста болады. Ток өз кезегінде тұрақты ток және айнымалы ток деп екіге бөлінеді. Уақыт бойынша бағыты мен шамасы өзгермейтін ток тұрақты ток деп аталады. Тұрақты ток көздеріне жататындар: аккумуляторлар мен батареялар, т.б. Қарама-қарсы түсінікте уақыт бойынша бағыты мен шамасы периодты түрде өзгеріске ұшырап отыратын электр тогын айнымалы ток деп атаймыз. Айнымалы ток- радио, теледидар, телефон секілді байланыс құрылғыларында қолданылады. Қорытындылай келсек, электр тогы деп электр зарядтарының бағытталған қозғалысын атаймыз. Электр тогы пайда болып бағытталуы үшін екі қажетті шарт орындалуы тиіс: қарастырылып отырған денеде токтың еркін тасушылар, яғни бүкіл денеде қозғалысқа жарамды зарядталған бөлшектердің бар болуы керек; дененің ішінде электр өрісі болуы керек. Токтың бағыты ретінде оң зарядтардың қозғалыс бағыты алынған. Ток күші және ток тығыздығы болып электр тогының сандық сипаттамасы екі шама ретінде пайдаланылады. Металлдардағы электр тогының таралуы Металлдардағы электр токты құрамындағы еркін электрондар туғызады. Еркін электрондардың концентрациясы айтарлықтай үлкен болады және металлдық атомдарының концентрациясымен бір ретті болып табылады. Металлдардың электр тогының өткізгіштікі классикалық электрондық теориясының негізінде болғандықтан келесі ұйғарымдарға сай болады: Металлдың еркін электрондары идеал газ молекулары секілді әрекетте болады. Ескере кететін жайт электрондық газ идеал газ заңдарына бағынышты; Хаостық (ретсіз) қозғалыс барысында еркін электрондар идеал газ молекулалары секілді өзінара соқтығыспайды, оның орнына кристалдық торлардың иондарымен соқтығысып, әрекетке түседі; Еркін электрондар кристалдық торлардың иондарымен соқтығысып, әрекетке түскенде өздерінің толық кинетикалық энергиясын береді. Металлдардағы еркін электрондардың бағытталған, реттелген қозғалысының орташа жылдамдығы өткізгіштің белгіленген нүктесіндегі электр өрісінің кернеулігіне пропорционал болып табылады: Формуладағы - электрон заряды, - электрон массасы, - элетронның еркін жүру жолының орташа уақыты. Температураның металл өткізгіштігіне тәуелділігі. Асқын өткізгіштік. 1-сурет. Температураның өзгерісіне байланысты өткізгіш кедергісі де өзгеріске ұшырайды. Егер де = 273°K (0°C) болғанда өткізгіш кедергісі -re тең болады, ал температурада R-ға тең болса, онда кедергінің салыстырмалы өзгеруі, тәжірибиенің көрсетуі бойынша, Т температураның өзгеруіне тура пропорционал болып табылады. Бұл жердегі -кедергінің температуралық коэффциенті болып табылады. Температуралық коэффициенті сан жағынан өткізгішті қыздырғанда пайда болатын кедергінің салыстырмалы өзгерісіне теңболатын мәнге ие. 1911 жылы голландық физик Хейке Камерлинг-Оннес сынапты баяулатып мұздату барысында, оның кедергісі әуелі сызықты заңдылықпен азайып, ал температура 4,15 К-ге жеткенде кедергінің 0- ге дейін төмендейтінің ашты. Бұл құбылысты физикада асқын өтгізгіштік деп аталды. 0-ге тең емес температурада асқын өткізгіштік күйге ауыса алатын материалды асқын өткізгіштер дейді. Асқын өткізгіштік деп кейбір өткізгіштерді белгілі бір температураға дейін суыту кезінде олардың электрлік кедергісінің секірмелі түрде кенет нөлге дейін төмендеу құбылысын атайды. Асқын өткізгіштен ток өту барысында энергия шығыны болмайды, себебі асқынөткізгіштік күйдегі сақинада 6ipқыздырылған электр тогы барынша ұзақ уақыт мерзімде өзгермей тұрады. 2 – сурет. Асқын өткізгіштер пратикада кеңінен электромагниттерде көбірек пайдаланылады. Электромагниттерде пайда болған магнит өрісі ұзақ уақыт аралығында болады, өйткені асқынөткізгішті орамаларда жылу бөліну болмайды. Жартылай өткізгіштердегі электр тогының таралуы. Ешқандай қоспасы жоқ идеал жартылай өткiзгiштiң электр тогын өткiзуiн оның меншiктi электр өткiзгiштiгiмен анықтауға болады.Жартылай өткізгіштер қатарына германий, кремний және селен тағы да қазiргi кезде Менделеев таблицасындағы ІІІ және V, ІІ және ІV, ІІ және VІ топтардың элементтерiнің қосындысынан алынатын күрделi жартылай өткiзгiш қоспалар(галий мен мышьяктың (галий арсенидi), галиймен фосфор, сынап пен теллурдың қоспалары және т.б.. Жартылай өткiзгiшке енгiзетiн қоспа түрiнде бор, фосфор, индий, мышьяк, сурьма және жартылай өткiзгiшке қажеттi қасиеттер беретiн басқа да элементтер) кіреді. Жартылай өткiзгiштерде екi түрлі электр тогын тасымалдаушылар болады. Қоспа атомдарын енгiзу нәтижесiнде пайда болатын негiзгi электр тогын тасымалдаушылар; Жылулық энергия нәтижесiнде пайда болатын негiзгi емес электр тогын тасымалдаушылар. Алғашқы техникада қолданылған жартылай өткiзгiш материал селен болған. Ал қазiргi уақытта кремний, германий, селен жиі қолданылатын жартылай өткізгіш материалдар болып табылады.Жартылай өткiзгiш атомын сыртқы электрондық қабықшасындағы электрондар саны негiзгi атомның электрондарынан аз болатын қоспамен ауыстырғанда байланыстарға электрондар жетпейді де бос орындар қалады, сондықтан кемтiктер пайда болады. Жоғарыда айтылғандай осы бос орынға көршi атомнан электрон келе алады және кемтiк кристалда еркiн орын ауыстырады. Кемтiктердiң қозғалысы- бұл электрондардың бiр байланыстан көршiлес жатқан екiншi байланысқа көшуi болып табылады. Осындай қоспаларды электрон алатынакцепторлық қоспалар деп те атайды. Кристалдағы қоспалардың мөлшерi артқанда оның өткiзгiштiгi электрондық немесе кемтiктiк сипат алады. Negativ (терiс) деген латын сөзiнiң бiрiншi әрiпiне сәйкес электрондық өткiзгiштiгi n-типтi өткiзгiштiк, positiv (оң) сөзiнiң бiрiншi әрiпiне сәйкес кемтiктiк өткiзгiштiктi p-типтi өткiзгiштiк деп аталады. Бос орындарға көршi байланыстағы электрон(p-титі өткізгіш) орын ауыстыра алатын болғандықтан, кемтiк(n-типті өткізгіш) те кристалл iшiнде орын ауыстыра алады және электр тогының оң зарядты тасымалдаушысы болып табылады. Осы жағдайда электрондар мен кемтiктердiң мөлшерi теңдесіп, идеал кристалдың электр өткiзгiштiгiне тең мөлшерде болатын оң және терiс зарядтардың қозғалысы арқылы анықталады.Егер де жартылай өткiзгiштiң атомының орнына сыртқы электрондық қабаттың бiр электроны артық қосылып атомын орналастырған жағдайда, бұл электрон кристалдағы атомаралық байланысқа түсе алмайды және өз атомымен нашар байланысқа түседі. Осы электрон аз энергияның әсерінен өз атомынан босайды және еркiн электронға айналады. Жартылай өткізгіштің қоспасының атомы оң зарядталатын жағдайда кемтiк пайда болмайды. Бұл оң заряд өз атомымен байланысқандықтан электр өткiзгiштiк процесiне қатыспайтындықтан жартылай өткізгіштік принциптері қалыптасады. Жартылай өткізгіштердегі электр тогы Жартылай өткiзгiштер деп өткiзгiштiгi барысында электр тогын жақсы өткiзетiн заттар, өткiзгiштер мен электр тогын өткiзбейтiн заттар, диэлектриктер арасында жататын заттарды айтады.Жартылай өткiзгiштердiң өткiзгiштiгi олардың қасиеттерiне, құрамындағы қоспаларға және температурасына өте тәуелдi. Жартылай өткiзгiштердегi қоспалардың мөлшерiн әдеттегі бөлiгiнен 0,1-1%-не дейiн өзгерту арқылы оның өткiзгiштiгiн миллиондаған есе өзгертуге болады. Жартылай өткiзгiштердегi электр тогының тасымалдану ерекшелігі электрондармен ғана емес, сонымен қатар оң зарядтар- кемтiктермен тасымалдануында. Кемтiк зарядының абсолют шамасы электронның абсалют зарядына тең болады. 3-сурет Жартылай өткiзгiш кристалындағы атомдар сыртқы электрондық қабықшадағы электрондар арқылы байланысқандықтан атомдардың жылулық тербелiсi кезiнде жылулық энергия байланысты құрайтын электрондар арасында бiртексiз болып таралады. Соның нәтижесiнде кейбiр электрондар өз атомының байланысын үзiп, кристалда еркiн орын ауыстыратындай жылулық энергия мөлшерiн алады, яғни электр тогын тасымалдаушыларға айналып өткiзгiштiк зонаға өтедi. Электронның осылай әрекет жасауы атомның электрлiк бейтараптығын бұзады. Әсерінен атомда заряды кеткен электрон зарядына тең оң заряд пайда болады. Осы электронсыз қалған бос орын кемтiк деп аталады. Жартылай өткізгішті диод. Жоғары да айтылғандай жартылай өткізгіштер электр тогын өткізу қасиеті бойынша өткізгіштер мен диэлектриктердің аралығында орналасқан . Жартылай өткізгіштерде еркін электрондардың саны аз болуына байланысты олардың меншікті өткізгіштігі де онша үлкен болмайды, мәселен, қалыпты жағдайда германийдің көлемінде атомның саны болғанымен еркін электрондар саны құрайды. Жартылай өткізгіштерді қыздырған кезде немесе электромагнитті өріс әсер еткенде атомдардың байланысы үзіліп, валенттік электрондар еркін электрондар болып өзгереді. Вакуумдегі электр тогының таралуы Электр өткізгіштігі вакуумда ғана, егер еркін қозғалатын (миграциялық) электрондар эмиссия арқылы тиісті кеңістікке әкелінсе орын алады. Мұны термиондық эмиссия немесе фотоэмиссия арқылы жасауға болады. Кернеу қолданылғанда және электр өрісі болған кезде электрондар бағытталған және негізінен кедергісіз қозғалады. Бұл салыстырмалы түрде жоғары жылдамдыққа жетуге мүмкіндік береді. вакуум ауасы жоқ кеңістікті білдіреді, осылайша біз қалдық газдың әсері шамалы болатын осындай вакуумдағы процестерді қарастырылады. Бұл электронды түтіктерде (түтік диодында, түтік триодында, вакуумдық фотоэлементте, электронды сәулелік түтікте) болады. Заттардағы сияқты электрөткізгіштік осындай вакуумда келесі екі шарт орындалғанда ғана жүзеге асады: Еркін қозғалатын, миграциялық заряд тасымалдаушылар болуы керек: (вакуумдық жағдайда бұл әртүрлі тәсілдермен түзілетін электрондар). Тиісті кеңістікте электр өрісі болуы керек, бұған екі электрод, анод пен катод арасында электр кернеуін қолдану арқылы қол жеткізіледі. Вакуумдағы электрөткізгіштік процесінің жүруі мыналармен сипатталады: Газдағы электрондар электр өрісінің бағытына қарсы үдеумен негізінен түзу сызықпен қозғалады және соңғы жылдамдық тек қолданылатын кернеуге байланысты болып табылады; Электрондардың бағытталған қозғалысына ешқандай кедергі болмайды. Электрон анодқа немесе экранға түскенде оның энергиясы жылу және жарық түрінде бөлінеді. Вакуумдағы электрондарды электрөткізгіштік процесіне екі процесс арқылы қол жеткізуге болады: 1883 жылы американдық өнертапқыш және зерттеуші Томас Альва Эдисон жарқырау-электр эффектісін, яғни электрондардың жарқыраған металл беттерінен шығуы құбылысын ашты. Бұл термиондық эмиссия термиондық катодтардың көмегімен бос электрондарды генерациялау үшін қолданылады. Бұл мүмкіндік негізінен электронды сәулелік түтіктерде және рентгендік түтіктерде қолданылады. 1888 жылы Вильгельм Холлвокс (1859-1922) ультракүлгін сәулесі әсер еткенде мырыш пластинкасынан электрондар шығатынын анықтады. Бұл басқа беттерге де қатысты болды. Фотоэмиссия (сыртқы фотоэффект, сыртқы фотоэффект, реверберация эффектісі туралы да айтылады) осылайша вакуумдегі электр өткізгіштік процесс үшін электрондарды тудырудың екінші мүмкіндігі болып табылды. Фотокатодтар, мысалы, фотоэлементтерде кеңінен қолданылады. Вакуумдегі электрондардың қозғалысы Вакуумдағы бос электрондар катод (ыстық катод, фотокатод) пен анод арасындағы электр өрісі электр өрісінің бағытына қарсы үдей түседі. Процесс барысында өріс энергиясы электрондардың кинетикалық энергиясына айналады. Электрондар катодтан шыққаннан кейін бірден нөлдік жылдамдыққа ие болады және оны есептесек, онда: Электр өрісінің энергиясы электронның кинетикалық энергиясына пропорционал Бұл теңдеудің шешімі береді: Осылайшы үдеу кернеуі мен электронның меншікті заряды анықталады: Катод пен анод арасындағы 1 В үдеу кернеуінің өзінде жылдамдық шамамен болады. Электрондық түтіктер шамамен 15 кВ жеделдету кернеуімен, кернеуі 50 кВ пен 200 кВ аралығындағы рентгендік түтіктермен жұмыс істейді. Термиондық эмиссия(термоэлектрлік әсер) 4-сурет Фотоэмиссия(фотоэффект) 5-сурет Газдардағы электр тогы Өткізгіштік процесі иондану немесе эмиссия нәтижесінде еркін қозғалатын (миграциялық) электрондар немесе иондар болған жағдайда ғана газдарда жүреді. Кернеу қолданылғанда және электр өрісі болған кезде электрондар мен иондар бағытталған түрде қозғалады. Электр энергиясы жылу энергиясына айналады. Жалпы өткізгіштік моделіне сәйкес электр өткізгіштік процесі үшін екі шарт орындалуы керек: Еркін қозғалатын (миграциялық) заряд тасымалдаушылардың болуы: Қалыпты жағдайда газдарда заряд тасушылар өте аз болғандықтан, олар иондану немесе сәуле шығару (жарқырау, фотоэмиссия) арқылы түзілуі керек. Заряд тасымалдаушылардың қалай пайда болатынына байланысты, электрондар және оң зарядталған иондар көшуге қабілетті заряд тасымалдаушылар ретінде қол жетімді болады. Электр өрісінің болуы керек. Бұған электр кернеуін қолдану арқылы қол жеткізіледі. Газдардағы электрөткізгіштік процесінің жүруі мыналармен сипатталады; Электрондар мен иондар газда бағытталған бір бағытта қозғалады; Электрондардың немесе иондардың бағытталған қозғалысы басқа иондармен және молекулалармен соқтығысқан кезде кедергі жасайды; Электр энергиясы өткізу процесі кезінде жылулық энергиясына айналады. Жылулық энергиясы қоршаған ортаға жылу және жарық түрінде таралады. Қысымға тәуелді сипаттамалық жарық құбылыстары газдардағы өткізгіштік процестерге тән. Газдардағы өткізгіштік процестердің пайда болуы және қолданылуы: Газдардағы өткізгіштік процестер газда иондар бар жерде жүруі мүмкін. Бұл, мысалы, атмосфераның әртүрлі қабаттарында белгілі бір жағдайларда, найзағай немесе полярлық шамдар кезінде, тағы да басқа да жағдайлар газдардың электр өткізгіш процестер болып табылады. Газдардағы өткізгіштік процестер негізінен жарықтандыру технологиясында қолданылады. Флуоресцентті лампалар немесе жарқырау шамдары бұған мысал бола алады. Әдетте, газдарда ток тасымалдайтын негізгі еркін ток тасымалдаушы электрон мен иондар болмайды. Газдардың иондалуы дегеніміз атомдардан электрон бөлініп шығуын айтады. Газдардағы ток таралуы көп жағдайда атомдар иондалған жағдайда жүреді.Ал электрон мен газ атомдарының соқтығысуынан пайда болатын процес электронды соққыдан иондалу деп атайды. Газ разряды деп газдағы электр тогын айтады. Бұл процес жалғасып, сыртқы ионизаторларға өтетін құбылыс тәуелсіз газ разряды деп аталады. Атомдардағы электрондардың байланысының энергиясы электронвольтпен өлшенеді, өрнектеледі. 1 электронвольт бағытталған электр өрістің элементар зарядты электронды және кернеулік 1 вольтқа тең болатын осы екі нүктенің арасында орын ауыстыруына жұмсалатын жұмысқа тең мәнді береді: Электролиттердегі электр тогының таралуы Электролиттер деп- электр тасымалдаушылары иондар болатын қатты немесе сұйық заттарды айтады. Әр түрлі қышқылдар мен сілтілер, тұздар да электролит болып табылады. Сұйықтықта электр тогының таралуы электролизбен бірге жүреді. Фарадейдің бірінші заңы электролиздің бірінші заңы. Заң бойынша электродтарда бөлінетін масса элекролиттерден өткен зарядқа тура пропорционал болады. мұндағы шамасы Фарадей саны деп аталады. «Әр түрлі ортадағы электр тогы» тақырыбы бойынша сандық есептердің сипаттамалары мен шығару әдістері. Заряд дегеніміз барлық артық электрондардың зарядтарының қосындысы: Ток күші өткізгіштің көлденең қимасы арқылы өтетін зарядтың уақытқа қатынасы ретінде анықталады: Осыдан, уақыттағы ток күші өткізгіштің көлденең қимасы арқылы өтетін жалпы заряд . Электронның зарядын біле отырып, уақыт ішінде өтетін электрондардың санын табу оңай Мысалы: Шамның ток күші 0,64 А. 0,1 с ішінде жіптің көлденең қимасынан қанша электрон өтетінің анықтау керек. Берілгені I=0,64 A T=0,1 c Табу керек Жауабы: Металлда тасымалданатын электр тогы таралу барысында болатын процестің кинетикалық энергиясың анықтау үшін Формуласы қолданылады. Электрон металлдан шығып кетуі үшін кинетикалық энергиясы металлдың электрондарының жұмысы мен жылдамдығынан артық болуы керек. Мысалы электр тогына зарядталған электронның күмістен шығу жылдамдығын қарастырайық; №2 Берілгені: Бізге белгілі Табу керек; осыдан Мәндерді орнына қойып; Өткізгіштің көлденең қимасы арқылы өтетін электрондар саны; Ток күші тең: Осыдан электр тогы тасылмалдайтын электрондардың жылдамдығын аламыз: №3 Ток күші 10 А болғанда көлденең қимасы сымдағы электрондардың реттелген қозғалысының жылдамдығын табыңыз, егер өткізгіш электрондардың концентрациясы болған жағдайда. Берілгені; Табу керек: №4 Өткізгіш электрондарының концентрациясы , өріс кернеулігі болатын болат өткізгіштегі электрондарының реттелген қозғалысының жылдамдығын табыңыз. Берілгені: Шешуі: , 1) Темірдің меншікті кедергісі Табу керек: 2) Өткізгіштің ұштарындағы потенциалдар айырмасы 3) Өткізгіш кедергісі 4) Ток күші тең 5) формуласын ескере отырып электрондар жылдамдығын анықтаймыз: осыдан №5 Ендігі де электролиттерде байқалатын электр тогы тасымалдануын қарастырсақ; Мысал ретінде электр шамы ас тұзының әлсіз ерітіндісімен толтырылған электролиттік ваннаға тізбектей қосылған делік. Ерітіндіге тағы біраз тұз қосса, шамның жұмысы өзгере ме? Қарастырайық; Шам мен ванна тізбектей жалғанғандықтан олардағы ток күші бірдей болып табылады. Егер әлсіз ерітіндіге белгілі мөлшерде тұз қосылса, онда иондардың концентрациясы жоғарылайды, ал оның кедергісі төмендейді. Электр ваннасының кедергісі төмендегеннен шамның қыздыру күші артады. №6 Күнделікті қолданыстағы қыздыру шамдары қосылған кезде жиі күйіп кетеді? Жіптің кедергісі оның температурасына байланысты. Суық жіптің кедергісі ыстық жіптің кедергісінен аз. Қазіргі уақытта шам қосылған, жіп салқын, ал спиральда жоғары қуат босатылады, яғни жіптегі ток номиналдыдан бірнеше есе жоғары. Қорытынды Электр тогы ‒ электрондардың бағытталған қозғалысы. Түйіндей келе электр тогын қатты, сұйық және газ тәрізді денелердің өткізетіні белгілі. Әр түрлі ортадағы электр тогының басты айырмашылығы әр түрлі денелердегі электр зарядын тасымалдайтын бөлшектерінде және олардың пайда болу барысында. Металлдар - кристалдық торлы зат болып табылады валенттік электрондары дене ішінде еркін қозғалатын материал. Олардың шоғыры өте үлкен . Және де электрондары бейберекет жылулық қозғалысқа қатыса береді. Электр өрісінің әсерінен олар орташа жылдамдықпен қозғалады. Металлдардағы өткізгіштік ‒ электрондық болады. Металдардағы электр тогының таралу кезінде пайда болатын кедергі торлардың ақауы немесе иондардың жылулық тербелісінің салдарынан туындайды және температура көтерілген сайын кедергі де еселенеді. Металлдардағы электр тогы Ом заңына бағынады. Ерекшеліктері: Металдар арқылы ток жүргенде зат тасымалданбайды Асқын өткізгіштік құбылысы байқалады тек төменгі температурада. Сұйықтарда қатты денелер сияқты – диэлектриктер, өткізгіштер және жартылай өткізгіштер болып бөлінеді. Электролиттер - электр тогын өткізетін ерітінділер (тұздардың, қышқылдардың, сілтілердің ерітінділері). Өткізгіштік ‒ иондық болып табылады (электр тогы ‒ иондардың қозғалысы екені белгілі). Сұйықтарда кедергі - температура көтерілген сайын диссоциациялану дәрежесі артады, яғни иондар концентрациясы артады, ал электролитте электр тогы артып, кедергісі азаяды. Электролит арқылы электр тогы өткенде электродтарда заттың бөлінуін электролиз деп атайды. Электролиз заңдары (Фарадей заңдары): Электролиттік диссоциация - еріткіштің әсерінен зат молекулаларының ерітіндіде иондарға ыдырауы. Вакуум - бөлшектерінің еркін жүру жолының ұзындығы (соқтығысуларға дейінгі жүрген арақашықтық) ыдыс өлшемдерінен үлкен болған жағдайдағы өте сиретілген газ. Өткізгізгіштігі электрондық, кедергісі болмайды Қолданылған әдебиеттер 1. Жалпы физика курсы(Савальев И.В.) 2. Электр және электроника негіздері2 3. Физика задачник (Ф.П. Рымкевич) жүктеу/скачать 0,56 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|