5 страница. Өлшемсіз шаманы ортаның салыстырмалық диэлектрлік өтімділік немесе жай ғана диэлектрлік өтімділік деп атайды

Өлшемсіз шаманы ортаның салыстырмалық диэлектрлік өтімділік немесе жай ғана диэлектрлік өтімділік деп атайды. Сонда: .

Электрлік ығысу векторының өлшем бірлігі – Кл/м².

Диэлектриктегі зарядқа әсер ететін күш:

Поляризацияланғанда диэлектриктердің деформациялануы электрострикция деп аталады.

Тұйықталған бет үшін электрлік ығысу векторын есептеуде Остроградский – Гаусс теоремасы мына түрде жазылады:

Ф .

Егер еркін зарядтар тұйықталған беттің ішінде көлемдік тығыздықпен бөлініп таралған болса, онда формула мына түрге өзгереді:

Ф

36.Оқшауланған өткізгіш пен конденсатордың электр сыйымдылығы. Жазық және сфералық конденсатордың сыйымвдвлқтары.

Өткізгіштегі зарядты қанша есе арттырсақ, онда өрістің әрбір нүктесіндегі кернеулігі де сонша есеге артады. Олай болса, бірлік зарядты шексіздіктен өткізгіштің бетіне алып келу үшін істелген жұмыс және оның потенциалы еселеп артады. Сонымен оқшауланған өткізгіш үшін: .

Мұндағы пропорционалдық коэффициент С өткізгіштердің электр сиымдылығы деп аталады, ол . Сонымен, сиымдылық сан жағынан өткізгіштің потенциалын бір өлшемге арттыруға қажетті зарядқа тең. Сиымдылықтың өлшем бірлігі: Фарада (Ф) деп аталады.

Оқшауланған өткізгіштердің сиымдылығы аз болады. Практикада өткізгіштерді өзін қоршаған денелермен салыстырғанда шамалы потенциалы бола тұрып, шамасы едәуір зарядтарды жинақтайтын қондырғылар қажет болады. Осындай қондырғыларды конденсаторлар деп атайды.

Конденсатор сиымдылығы:

1. Жазық конденсатордың сиымдылығы:

Мұндағы: d – астарлардың арақашықтығы; S - астардың ауданы; - ортаның диэлектрлік өтімділігі.

2. Цилиндрлік конденсатордың сиымдылығы:

3. Сфералық конденсатордың сиымдылығы:

Конденсаторларды параллель қосқан кезде сиымдылық:

Конденсаторларды тізбектей қосқан кезде сиымдылық:

37.Электр зарядтарының өзара әсерлесу энергиясы. Зарядталған өткізгіш пен конденсатордың энергиясы. Электростатикалық өрістің энергиясы. Электр өрісінің энергиясының көлемдік тығыздығы

Бөлшектер жүйесінің әсерлесу энергияларының өзгерісі нәтижесінде осы бөлшектердің өзара орын ауыстыру жұмыстары жасалынады. Ол бөлшектердің өзара әсерлесу заңдылықтарына және орналасуына тәуелді. Сондықтан, жүйедегі барлық әсерлесуші бөлшектер жүйесі: . Мұндағы, -i-ші бөлшектің жүйедегі қалған барлық бөлшектердің өрісіндегі потенциалды энергиясы. Потенциалдың анықтамасы бойынша әсерлесуші нүктелік зарядтар жүйесі үшін: , мұндағы жүйедегі барлық зарядтардың заряд орналасқан нүктедегі толық потенциалы. Зарядталған конденсатор энергиясы. Конденсатор потенциалдары екі өткізгіштен тұрады, олай болса істелетін жұмыс . Бұдан зарядталған конденсатор энергиясы: .

Электрстатикалық өріс энергиясының көлемдік тығыздығын (13.8) өрнегін пайдаланып мына түрде алуға болады

. (13.9)

Изотропты диэлектриктерде және векторларының бағыттары бағыттас, сондықтан (13.9) формуласындағы -ны -ге алмастырып, алатынымыз:

. (13.10)

Бірінші қосынды вакуумдегі, екіншісі диэлектрикті полярлауға кеткен өріс энергия тығыздығын сипаттайды.

Әрбір нүктедегі өріс энергиясының тығыздығын білсек, төмендегі интеграл көмегімен бүкіл V көлемдегі энергияны табуға болады.

. (13.11)

Бұл біртекті және біртекті емес электрстатикалық өрісті, сонымен қатар айнымалы потенциалды емес өрісті есептеуге пайдалынатын әмбебап формула.

38. Электр тогы. Ток күші және ток тығыздығы. Тұрақты токтың болу шарты.

Электр тогы – зарядтардың бағытталған қозғалысы. Металдардағы электр тогы еркін электрондардың, электролиттердегі сондардың, ал газдардағы – электрондар мен сондардың реттелген қозғалысы. Токтың бағытына оң зарядтың орын ауыстырғандағы бағытын алады. Токтың пайда болу шарттары:1токты тасымалдайтын еркін зарядтар болуы тиіс. 2электр қозғаушы күші(ЭКҚ). Токтың тигізетін әсері:жылулық, химиялық, магниттік. Ток күші – скалярлық шама, бет арқылы өтетін зарядтың уақыт бойынша алынған туындысы . Ток айнымалы және тұрақты болып екіге бөлінеді. Тұрақты ток – шамасы мен бағыты уақыт бойынша өзгермейтін ток. Тұрақты ток тек қана тұйықталған тізбекте пайда болады. Ток тығыздығы – векторлық шама, өткізгіштің көлденең қимасы арқылы өтетін токтың таралуын сипаттайтын шама, бағыты оң зарядтың қозғалыс бағытымен сәйкес алынады .

39.Металдардың электр өткізгіштігінің классикалық электрондық теориясының негізгі қағидалары, оның тәжірибелік негіздемесі. Ом және Джоуль-Ленц заңдарының дифференциалды түрі.

Гальвонометрге жалғанған өткізгіш бір V тұрақтыжылдамдықпен қозғалады, егер өткізгішті кілт тоқтатсақ гальвонометр токты көрсетеді. Бұл құбылыс былайша, түсіндіріледі, егер металда еркін зарядталған бөлшектер болса, олар өткізгішті кілт тоқтатқан кезде өз инерциясымен барлығы алға ретті қозғалады, олай болса ток пайда болады. Берілген тәжірибе арқылы меншікті зарядты табуға болады. бұдан . l,V,R шамаларын өлшеп алып шамасын табамыз, бұл электронның меншікті зарядының мәнін береді. Металдар өткізгішінің классикалық теориясын Друде мен Лоренц зерттеген. Олар металдағы электрондарды газ молекулалары ретінде қарастырды, тек айырмашылығы электрондар өзара емес, металдың кристал торларын түзейтін иондармен соқтығысады. Электрондардың жылулық қозғалысының орташа жылдамдығы . Электрондардың реттелген қозғалысының <υ> орташа жылдамдығы <u> жылулық қозғалыстың орташа жылдамдығынан шамасындай аз, электрондардың еркін жүруінің τ орташа уақыты мына формуламен анықталады . Өткізгіште еркін электрондар электр өрісімен үдетеледі. Ом заңы. Дифференциалды түрдегі Ом заңы былай өрнектеледі . Джоуль-ленц заңы. Электрон әр соқтығыста тордағы ионға электр өрісінің орташа энергиясын береді . Дифференциал түрдегі Джоуль-Ленц заңы – .

40.Токтың жұмысы мен қуаты. Дифференциалды және интегралды түрдегі Джоуль-Ленц заңы. Ток көзінің ПӘК-і. 1827 жылы неміс ғалымы Ом көптеген тәжірибелердің нәтижесінде мынадай қорытынды шығарды: тұрақты температурадаөткізгіш ұштарындағы кернеудің ток шамасына қатынасы әр уақытта тұрақты болады: I=U/R, мұндағы R- өткізгіштің кедергісі деп аталады

ПӘК – А_п пайдалы жұмыстың А_т толық жұмыстың қатынасымен анықталады. . Токтың жұмысы – кернеу мен токқа және уақытқа тура пропорционал

Тұрақты ток үшін жазсақ, A=IUt (10.17)

Токтың қуаты келесі өрнекпен есептеледі: N=dA/dt=(IUdt)/dt=IU (10.18)

Егер ток қозғалмайтын металл өткізгіш арқылы жүрсе, онда біршама жылу бөлініп шығады, осы кезде ток жұмысы энергияның сақталу заңына байланысты жылуға айналады: dA=dQ. (9.19). Q=IUt=I2Rt (10.20).-Осы өрнек Джоуль-Ленц заңы деп аталады.:өткізгіштен бөлініп шығатын жылу мөлшері уақытқа, өткізгіштің кедергісіне және ток күшінің екі дәрежесіне пропорционал болады. Енді Джоуль-Ленц заңының дифференциалдық түрін жазатын болсақ, w=gE2 (10.21), бұл өрнек тұрақты және айнымалы токтар үшін орындала береді.

41.Токтардың магниттік өзара әсерлесуі. Магнит өрісі. Магнит индукция векторы.

Бір бағытта қозғалған зарядтар электр тоғын туғызады, ал ток өздерін қоршаған кеңістіктің қасиеттерін өзгертіп өзінің айналасында магнит өрісін туғызады. Магнит өрісі негізінен тогы бар өткізгішке әсер ететін күш арқылы білінеді. Магнит өрісін сипаттау үшін, оның тогы бар рамкаға тигізетін әсерін қолданамыз. Тогы бар рамка магнит өрісінде белгілі бір бұрышқа бұрылады, айналу бағыты бойынша магнит өрісінің бағытын анықтай аламыз. Магнит өрісінің рамкаға бағдарлаушы әсері рамкада қос күшті тудырады. Осы қос күштің моментінің шамасы сыртқы магнит өрісінің индукциясына, рамкадағы ток күші мен өлшемдеріне және рамканың орналасуына тәуелді. , мұндағы - контурдың нормаль бірлік векторы мен магнит индукциясының арасындағы бұрыш. Векторлық түрде - контурдың магнит моменті. Олай болса айналдырушы момент Бұдан магнит индукциясының шамасы қатынасымен анықталады. Бағыты сыншы контурға түсірілген оң нормальдың тепе-теңдік бағытына сәйкес векторлық шама. Магнит индукциясының күш сызықтары үшін, кез келген нүктедегі жанамасы осы нүктедегі индукция векторымен бағыттас сызықты аламыз. Магнит индукциясының күш сызықтарының электр өрісінің кернеулік сызықтарынан ерекшелігі – ол әр уақытта тұйық болады.

Магнит индукциясының векторы магнит өрiсiнiң күштiк сипаттамасы болып табылады. Магнит индукциясы векторының бағытын Максвелл ережесi (бұранда ережесi) бойынша анықтайды: егер бұранданы өткiзгiштегi ток бағыты бойынша бұраса, онда бұранда сабының қозғалыс бағыты магнит индукциясы векторының бағытына нұсқайды.

42. Магнит ағыны.Вакуумдегі магнитостатиканың негізгі теоремалары.Вакуумдегі өріс үшін Гаусс теоремасы.

Магнит ағыны скалярлық шама, м агнит индукция векторының жазық бетінің ауданына көбейтіндісі Егер магнит өрісі бір текті болса Ф=B_nS. Өлшем бірлігі Вебра(Вб). Магнит ағыны косинус бұрышының таңбасына байланысты оң немесе теріс мәндерін қабылдайды, яғни нормальдың оң бағытына сәйкес анықталады.

Магнитостатиканың негізгі теоремасы (Острагадскийй-Гаусс теоремасы) – кез келген тұйық бет арқылы өтетін магнит ағыны әр уақытта нөлге тең болады.

43. Суперпозиция принципі. Био-Савар-Лаплас заңы. Осы заңды пайдаланып, түзу және дөңгелек токтардың магнит өрісін есептеу.

Суперпозиция принципі- егер берілген кеңістік нүктесінде әртүрлі токтар B_1, B_2,......B_n магнит өрістерін туғызса, онда осы нүктедегі қорытқы магнит өрісі олардың B=B₁+B₂+…+B_n=∑B_i векторлық векторлық қосындыларымен анықталады.

Био-Савар-Лаплас заңы кез келген I тогы бар өткізгіштің dl элемент өрісінің бір C нүктесіндегі магнит өрісінің бағыты мен шамасын анықтайды.

Лаплас заңы былайша өрнекеледі:

1) Дөнгелек тоқтын центріндегі магнит өрісін анықтау ,

2.шексіз түзу өткізгіштің бойымен өткен тоқтын магнит өрісі,

3.үзын соленойд немесе катушка ішіндегі магнит индуқциясы. мұндағы n бірлік ұзындығына келетін орам саны

44. Магнит индукция векторының циркуляциясы туралы теорема және оны қарапайым жүйелердің (түзу ток пен ұзын түзу соленоид) магнит өрістерін есептеу үшін қолдану.

Магнит өрісі потенциалды емес,екінші сөзбен айтқанда магнит индукциясының циркуляциясы 0-ге тең емес. В вектор циркуляциясы cosα=1 екені ескерілген.

45. Лоренц және Ампер күші. Магнит өрісінде өткізгіш пен тогы бар контурды орын ауыстырғанда атқарылатын жұмыс.

Ампер күші-магнит өрісіндегі тогы бар өткізгіштің dl элементіне әсер ететін күш. dF=I[dlB], модулі dF=IdlBsinα.

Лоренц күші-магнит өрісінде жылдамдықпен қозғалған зарядқа әсер ететін күш, F=q[BV], модулі F=qBVsinα

Тогы бар өткізгіште сыртқы магнит өрісінде тогы бар жылжымалы өткізгіш еркін қозғалады. Сыртқы өріс контур жазықтығына перпендикуляр кесіп өтсін. Ампер күші әсерінен өткізгіш dx аралығына қозғалып,жұмыс істейді dA=Fdx=IBldx=IBds

Мұнда Bds=dФ магнит индукциясының ағынын береді. Олай болса dA=IdФ немесе А=I(Ф₂-Ф₁)

46. Заттардағы магнит өрісі. Зат ішіндегі өріс үшін толық ток заңы.

Заттардағы магнит өрісі

Заттардың магниттік қасиеттерін қарастырғанда оларды магнетиктер деп атайды. Барлық заттарды сыртқы магнит өрісіне енгізгенде олар азды-көпті магниттеледі, яғни заттар сыртқы магнит өрісінде өзінің меншікті магнит өрісін тудырады.

Заттар магниттік қасиеттеріне байланысты 3-ке бөлінеді:

1. Диамагнетиктер. Диамагнетиктердің меншікті магнит өрісі сыртқы магнит өрісіне қарсы бағытталады. Нәтижесінде диамагнетиктердегі магнит өрісі сыртқы магнит өрісінен кем болады.

2. Парамагнетиктер. Парамагнетиктердің меншікті магнит өрісі сыртқы магнит өрісімен бағыттас болады. Нәтижесінде парамагнетиктердегі магнит өрісі сыртқы магнит өрісінен үлкен болады.

3. Ферромагнетиктер. Ферромагнетиктер сыртқы магнит өрісін көп есе күшейтеді.

Заттардағы магнит өрісі үшін толық ток заңы;

.

. Заттардағы магнит өрісін макро және микро (молекулалық) токтар тудырады. Макротоктар деп өткізгіштік, конвекциялық және т.б. токтарды айтады. Француз ғалымы Ампер затттардың магниттік қасиеттерін олардың молекулаларындағы (атомдарындағы) микротоктар арқылы түсіндірді. Затттардың молекулаларындағы (атомдарындағы) ядроларды айнала қозғалатын электрондарды микроток (молекулалық) деп қарастыруға болады және бұл микротоктар өзінің магнит өрісін тудырады.

47. Атомдардың магнит моменттері. Магнит өрісіндегі атом. Диа- және парамагнетиктер.

Ауданы S болатын, дөңгелек орбитамен қозғалатын электронның магнит моменті:

Егер электрон сағат тілімен бағыттас қозғалса, онда ток сағат тіліне қарсы жүреді және бағыты (оң бұрғы ережесі бойынша) электрон орбитасы жазықтығына перпендикуляр болады.

Электрондарға тек қана заряд тән емес, сонымен бірге оның массасы бар, олай болса орбита бойымен қозғалған электрон тек қана магнит моментіне ие болып қоймай, сонымен бірге белгілі бір импульстің механикалық моментіне ие болады:

L_e=mωr²=2mnS

мұндағы, w=2pn – электронның бұрыштық жылдамдығы, pr²=S. векторы электронның орбитальды механикалық моменті деп аталады. векторының бағыты да оң бұрғы ережесімен анықталатындықтан және бағыттары қарама-қарсы. Сондықтан

мұндағы, шамасы орбитальды моменттің гиромагниттік қатынасы деп аталады.

Кл/кг – электроның меншікті заряды.

Электронның орбитальды моменттен басқа спин деп аталатын меншікті механикалық моментінің импульсі бар. Электронның спиніне меншікті магниттік момент сәйкес келеді. векторы бағытындағы спиннің проекциясы келесі мәндердің біреуіне ғана ие болады:

мұндағы ( - Планк тұрақтысы), – Бор магнетоны, ол электронның магниттік моментінің бірлігі болып табылады.

Атомның немесе молекуланың жалпы магнит моменті атомға (молекулаға) кіретін электрондардың магниттік моменттерінің (орбитальды және спиндік) векторлық қосындысына тең.

Атом ядросының магниттік моменті электронның магниттік моментінен 1000 есе аз, сондықтан оны ескермеуге болады.

Магнит өрісінің әсерінен магниттік моментке ие болатын (магниттелсе) кез-келген зат магнетик деп есептелінеді.

Орбита бойымен қозғалыстағы электронға, тұйық ток сияқты, магнит өрісінде айналмалы күш моменті әсер етеді. Нәтижесінде электрон қосымша бірқалыпты айналысқа келеді де, векторы индукция векторының айналасында бұрыштық жылдамдықпен W айналып конус сызады. Мұндай қозғалыс прецессия деп аталады.

Атомдардың магнит өрістерінің келтірілген құраушылары қосылып, сыртқы магнит өрісін әлсірететіндей заттың меншікті магнит өрісін туғызады. Бұл эффект диамагниттік эффект деп, ал сыртқы магнит өрісінде өріс бағытына қарама-қарсы магниттелетін заттар диамагнетиктер деп аталады (мысалы, Ag, Au, Cu…).

Диамагниттік эффект заттағы атомдардың электрондарына сыртқы магнит өрісінің әсеріне негізделгендіктен, диамагнетизм барлық заттарға тән.

Диамагниттік заттармен қатар сыртқы магнит өрісінде өріс бағытымен бағыттас магниттелетін парамагнетик заттар да бар (мысалы, сирек кездесетін металдар, Pt, Al…).

Парамагниттік заттарда сыртқы магнит өрісі жоқ кезде электрондардың магниттік моменттері бірін-бірі теңгермейді және парамагнетиктердің молекулалары әрқашанда магниттік моменті бар (ондай молекулалар полярлы деп аталады).

Молекулалардың жылулық қозғалы-сының салдарынан олардың магниттік моментінің бағыты ретсіз болады, сондықтан магнит өрісі жоқ кезде парамагнетиктерде магниттік қасиет байқалмайды. Парамагнетикті сыртқы магнит өрісіне ендірген кезде көбінесе атомдардың (молекулалардың) магниттік моменттері өріс бойынша бағдарланады (толық бағдарлануына атомдардың жылулық қозғалысы кедергі жасайды).

Сонымен, парамагнетик бағыты сыртқы өріс бағытымен бірдей болатын және сыртқы өрісті күшейтетін меншікті магнит өрісін тудыра отырып, магниттеледі. Бұл эффект парамагниттік деп аталады. Егер атомдардың (молекулалардың) магниттік моменті өте үлкен болса, онда заттың парамагниттік қасиеті диамагниттік қасиетінен басым түседі де, зат парамагнетик болады.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: