Е. Т. Акимбеков физика пәнінен дәрістер курсы нұр-Сұлтан 2020
-дәріс. ТҰРАҚТЫ ЭЛЕКТР ТОГЫ
жүктеу/скачать 3.65 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Кілттік сөздер
| 13-дәріс. ТҰРАҚТЫ ЭЛЕКТР ТОГЫ
Дәрістің мақсаты: Тұрақты ток заңдарын білу; Ом заңдарын есеп шығаруда қолдана білу; тізбектегі ток шамаларын есептей білу. Кілттік сөздер: Электр заряды, ток күші, кернеу, кедергі, Ом заңы, Кирхгоф ережелері. Қарастырылатын сұрақтар: Токтың сипаттамасы мен болу шарттары. Ток тығыздығы мен күші. Сыртқы күштер. ЭҚК және кернеу. Тұрақты ток заңдары. Дифференциалды түрдегі Ом және Джоуль-Ленц заңдары. Зарядталған бөлшектердің немесе макроскопиялық денелердің реттелген қозғалысы электр тогы деп аталады. Электр тогының екі түрі бар: өткізгіштердегі электр тогы және конвекциялық ток. Заттардағы немесе вакуумдағы зарядталған бөлшектердің, яғни ток тасымалдаушылардың реттелген қозғалысынан немесе өріс әсерінен өткізгіште пайда болатын ток өткізгіштегі ток деп аталады. Мысалы: металдардағы, электролиттердегі, ионданған газдардағы, жартылай өткізгіштердегі токтар, вакуумдағы электрондар немесе иондардың шоқтары тудырады. Кеңістіктегі зарядталған макроскопиялық денелер қозғалысынан туатын электр тогы конвекциялық ток деп аталады. Немесе тасымалдаушы ток деп атайды, өйткені зарядтарды өзі тұрған ортамен қоса көшіреді. Мысалы: электрстатикалық генератордың диэлектрик материалдан жасалған, қозғалыстағы лентасы конвекциялық ток тудырады. Электр тогының бағыты ретінде қозғалыстағы оң зарядтардың бағыты алынады. Өткізгіштегі ток электр өрісінің әсерінен туады. Металдарда ток тасымалдаушы электрондар болса, электролиттерде-оң және теріс иондар, жартылай өткізгіштерде-өткізгіш электрондар мен кемтіктер болады. Токты ұстап тұру үшін қандайда бір энергия түрін электр тогы энергиясына айналдыратын қондырғы-электр энергиясының көзі қажет болады. Электр тогын сипаттайтын негізгі шама ток күші деп аталады. Уақыт бірлігі ішінде берілген өткізгіштің көлденең қимасы арқылы өтетін заряд шамасы-ток күші деп аталады. (13.1) ток күшінің өлшем бірлігі- ампер. Егер ток күшінің мәні мен бағыты өзгермейтін болса, онда ток тұрақты ток деп аталады. Тұрақты ток шамасы шамасы: . Қарастырып отырған беттің әр нүктесіндегі токтың бағытын және ток күшінің таралуын (біртекті бөлінуін) анықтау үшін ток тығыздығы деп аталатын векторлық шама енгізіледі. Токтың тығыздығы – зарядты бөлшектердің ретті орын ауыстыру бағытына перпендикуляр беттің бірлік ауданынан бірлік уақытта өтетін зарядқа тең векторлық физикалық шама. (13.2) Ауданы еркін беттен өтетін ток күші: (13.3) мұндағы – ток тығыздығы векторының нормальға проекциясы. Интеграл беттің толық ауданымен анықталады. Металдағы электр тогы– сыртқы электр өрісінің ықпалымен еркін электрондардың реттелген қозғалысы (электрондардың бағытты дрейфі немесе ретті ығуы) (28-сурет). Ток тығыздығы өткізгіштің бірлік көлденең ауданынан бірлік уақытта тасымалданатын барлық электрондардың зарядына тең: 28-сурет
мұндағы - электрондардың ретті қозғалысының орташа жылдамдығы, –өткізгіштік электрондарының концентрациясы. ЭҚК көзі (кернеу көзі)– тізбекте табиғаты электрстатикалық емес күштердің жұмысы есебінен потенциалдар айырымын қамтамасыз ететін қондырғы. Бөгде күштер – заряд тасушы бөлшектерге ықпал ететін табиғаты электрстатикалық емес ЭҚК көзінің күштері. Электр қозғаушы күш (ЭҚК) – бірлік оң зарядты тасымалдауда бөгде күштердің атқаратын жұмысына тең физикалық шама: Aб/q0. Бөгде күштердің тұйық тізбекте бірлік оң зарядты тасымалдау жұмысы: , oсыдан: (13.4) ЭҚК бөгде күштер өрісінің кернеулік векторының циркуляциясына тең болады. Электр энергиясының көзі бар тізбектің кез келген бөлігінде кернеулігі кулондық күштердің электрстатикалық өрісі мен кернеулігі бөгде күштердің өрісі бар. Қортқы өрістің кернеулігі: Тізбектің бөлігіндегі (1 және 2 нүктелердің арасында) ток тығыздығы: . Осыдан: (13.5) мұндағы өткізгішке жүргізілген жанама бойымен ток тығыздығы векторына бағыттас, модулі тізбектің аз бөлігінің ұзындығына тең вектор. Өрнектің бірінші қосылғышы кулондық күштердің бірлік оң q0 зарядты 1-нүктеден 2- нүктеге тасымалдау жұмысына тең: Өрнектің екінші қосылғышы бөгде күштердің бірлік оң q0 зарядты тізбектің 1-нүктесінен 2-нүктесіне тасымалдау жұмысына тең. Жұмыс көзде жұмсалған энергияның есебінен атқарылады. Сондықтан, жалпы жағдайда шамасын тізбектің 1-2 бөлігіне қосылған ток көзінің ЭҚК деп атау қабылданған: (13.6) Кернеу –ток көзі бар тізбектің бөлігінде электрстатикалық (кулондық) күштер мен бөгде күштердің бірлік оң q0 зарядты тізбек бойымен 1-нүктеден 2- нүктеге тасымалдау жұмысына тең шама: (13.7) Кернеу - потенциалдар айырымының жалпыланған ұғымы: тізбектің ток көзі жоқ бөлігінің шеттеріндегі потенциалдар айырымы кернеуге тең. Кедергі – тізбек бөлігінінің 1 және 2 қималарының арасында: (13.8) Қимасы тұрақты біртекті өткізгіш үшін ( ): (13.9) мұндағы – өткізгіштің меншікті электрлік кедергісі Электрлік өткізгіштік – электр тізбегі бөлігінің ток өткізу қабілетін сипаттайтын шама: Меншікті электрлік өткізгіштік – біртекті өткізгіштің бірлік ұзындығы мен бірлік көлденең қимасынан ток өткізу қабылетін сипаттайтын шама: (13.10) Кедергінің температураға тәуелділігі – заттың ток өткізгіштік қабілеті химиялық табиғатымен қатар температураға да тәуелді. Бірінші текті өткізгіштердің кедергісі – таза металдардың - температураға тура пропорционал , , (13.11) мұндағы – өткізгіштің 00С температурадағы кедергісі, –кедергінің температуралық коэффициенті (таза металдар үшін ). Кейбір өткізгіштердің кедергісі (сәйкесінше, меншікті кедергісі) белгілі бір төмен температурада (кризистік температура) күрт төмендейді, яғни зат абсолют өткізгішке айналады (асқын өткізгіштік). Тізбектің біртекті бөлігі үшін Ом заңы: . (13.12) Ом заңының дифференциалдық түрі: (13.13) Толық тұйық тізбек үшін Ом заңы: (13.14) Тізбектің біртекті емес бөлігі үшін Ом заңы: (13.15) Ом заңының дифференциалдық түрдегі теңдеуі: (13.16) Джоуль-Ленц заңы: Қозғалмайтын өткізгіш бойымен уақыт ішінде ток өткенде элементар көлемде бөлінетін жылу токтың квадратына, электрлік кедергіге, токтың өткен уақытына тура пропорционал: . (13.17) Токтың меншікті жылулық қуаты – өткізгіштің бірлік көлемінде бірлік уақытта бөлінетін жылу мөлшері: . Джоуль-Ленц заңының дифференциалдық түрдегі теңдеуі: (13.18) Кирхгофтың бірінші ережесі(түйіндер ережесі): Түйінде тоғысатын ток күштерінің алгебралық қосындысы нөлге тең болады. (13.19) Мысалы, 29-сурет бойынша: . Бұл ереже электрлік зарядтардың сақталу заңына негізделген. Кирхгофтың екінші ережесі (контурлар ережесі): тармақталған электр тізбегінің кез келген тұйық контурында оның бөліктеріндегі ток күштерінің сәйкес кедергілеріне көбейтіндісі контурдағы барлық ток көздерінің ЭҚК алгебралық қосындысына тең болады: . (13.20) Есептің шартына сәйкес тармақталған тізбекте біртекті және әртекті бөліктерден құралған бірнеше контур бөліп қарастырылады. 29-суретте келтірілген екі түйінді (a және d) сұлбада үш контурды бөліп қарасты-руға болады: abcd, adef және abcdef. Осы үш контурдың тек екеуі ғана тәуелсіз: abcd және adef. Тізбектің тәуелсіз түйіндері мен контурлары үшін Кирхгофтың ережелеріне сәйкес құрылған сызықты теңдеулер саны тармақтардағы токтардың санына тең болады. Бірінші ереже бойынша a түйіні үшін: . екінші ереже бойынша abcd контуры үшін: , екінші ереже бойынша adef контуры үшін: Егер есептің жауабында қандай да бір бөліктегі ток күші теріс таңбамен шықса, 29-сурет осы бөліктегі токтың нақты бағыты болжанған бағытқа қарсы дегенді білдіреді. жүктеу/скачать 3.65 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|