Е. Т. Акимбеков физика пәнінен дәрістер курсы нұр-Сұлтан 2020
-дәріс. ЭЛЕКТРСАТИКАЛЫҚ ӨРІСТЕГІ ӨТКІЗГІШТЕР МЕН ДИЭЛЕКТРИКТЕР
жүктеу/скачать 3.65 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Кілттік сөздер
| 12-дәріс. ЭЛЕКТРСАТИКАЛЫҚ ӨРІСТЕГІ ӨТКІЗГІШТЕР МЕН ДИЭЛЕКТРИКТЕР
Дәрістің мақсаты: Электрстатикалық индукция құбылысын түсіну. Өткізгіштің электрсыйымдылығының мағынасын білу. Конденсаторларды тізбектей және параллель қосу ережелерін білу. Кілттік сөздер: диэлектрик, электрстатикалық индукция, электр сыйымдылық, конденсатор. Қарастырылатын сұрақтар: Электрстатикалық өрістегі диэлектриктер мен өткізгіштер. Электрстатикалық индукция. Электр сыйымдылық. Конденсаторларды тізбектей және параллель қосу ережелері. Электр өрісі энергиясы. Егер электрстатикалық өріске бір өткізгішті ендірсек немесе өткізгішке аздаған заряд берсек, онда электрлік күштердің әсерінен осы зарядтар орын ауыстыра бастайды. Сөйтіп зарядтар тепе-тең болып бөлінгенге дейін, өткізгіштер қозғалыста болады. Осы кезде өткізгіштің барлық жеріндегі өріс кернеулігі нольге тең болады, себебі, өткізгіш ішіндегі потенциалдар тұрақты болу керек. Сонымен қатар өткізгіш бетінің әрбір нүктесіндегі өріс кернеулігі бетке нормаль бойымен бағытталады. Демек, тепе-теңдік жағдайда өткізгіштің беті эквипотенциал болады. Тепе-теңдік кезінде өткізгіш ішіндегі кез келген нүктеде өріс болмағандықтан, бет арқылы электрлік зарядтардың ығысу векторының ағыны нольге тең болады. Ол зарядтардың қосындысы да Остроградский-Гаусс теоремасына сәйкес нольге тең. Олай болса, тепе-теңдік кезінде өткізгіштің ішіндегі ешбір жерде артық заряд болуы мүмкін емес, сөйтіп зарядтар өткізгіштің бетінде белгілі біртығыздықпен () орналасуы керек. Егер сыртқы электрстатикалық өріске нейтрал өткізгішті орналастырсақ, онда еркін зарядтар (электрондар, иондар): оң зарядтар өріс бойынша, ал теріс зарядтар өріске қарсы орынауыстыра бастайды: (26, а-сурет). Өткізгіштің бір жақ ұшында оң зарядтардың артығы, келесі ұшында теріс зарядтың артығы жинала бастайды. Бұл зарядтар индукцияланған деп аталады. Бұл процесс өткізгіш ішіндегі өріс кернеулігі нольге теңелгенше жалғаса береді, өткізгіш сыртындағы сызықтар оның бетіне перпен-дикуляр болады (26,б-сурет). Соныменен, электрстатикалық өріске енгізілген нейтрал өткізгіш кернеулік сызықтары-ның бір бөлігін айырады; олар теріс индукцияланған заряд- тарға аяқталады да оң зарядтар- 26-сурет да қайтадан басталады. Сыртқы электрстатикалық өрісте орналас қан өткізгіштегі беттік зарядтардың қайта бөліну құбылысы электрстатикалық индукция деп аталады. Тепе-теңдік жағдайда өткізгіш ішінде заряд болмайды, сонда оның ішкі қуысындағы зарядтардың орналасу конфигурациясына әсер етпейді. Сондықтан да қуыс ішінде де өріс болмайды. Егер осы өткізгішті қуысымен жермен қоссақ, онда қуыстың барлық нүктесінде потенциал нольге тең болады, яғни қуыс толығымен сыртқы электрстатикалық өрістен оқшауланған болады. Осыған электрстатикалық қорғаныс негізделген. Электрстатикалық қорғаныс дегеніміз - денелерді экрандау, мысалы, өлшеу құралдарын сыртқы электрста-тикалық өрістердің әсерінен экрандау. Басқа өткізгіштерде, денелерден және зарядтан оқшау орналасқан өткізгішті қарастыратын болсақ, онда оның потенциалы зарядына тура пропорционал болады. Әртүрлі өткізгіштер бірдей зарядталған болса да потенциалдары әртүрлі болады. Сондықтан оқшауланған өткізгіш үшін келесі өрнекті жазуға болады: q=C (12.1) осыдан оқшауланған өткізгіштің электр сыйымдылығының формуласын жазуға болады: C=q/. Өткізгіштің сыйымдылығы оның пішіні мен өлшеміне тәуелді де, бірақ өткізгіштің тегіне, агрегаттық күйіне және оның ішкі қыртыстарының өлшемдеріне тәуелсіз. Өлшем бірлігі - фарада болады. Диэлектр өтімділігі болатын біртекті ортада орналасқан радиусы R оқшауланған шардың потенциалының формуласын пайдаланып, шардың сыйымдылығының формуласын жазамыз: C=40R. (12.2) Практикада өткізгіш сыйымдылығы үлкен, бірақ өлшемдері кіші құрылғылар қажет болады. Ондай құрылғыларды конденсаторлар деп атайды. Конденсатор диэлектрикпен бөлінген екі өткізгіштен (астардан) тұрады. Астарларының пішініне қарай конденсаторлар жазық, цилиндрлік және сфералық болып бөлінеді. Конденсаторларды параллель қосқанда (27,а-сурет) олардың астарларындағы потенциалдары 1, 2, 3 , сыйымдылық тары С1, С2, С3, зарядтары q1, q2, q3 болады. Конденсатор батареяларындағы заряд: q= qi, барлық батареялардың толық электр сыйымдылығы: C= Ci. (12.3) Конденсаторларды тізбектеп қосқанда (27,б-сурет) олардың астарларындағы зарядтардың шамалары бірдей, ал потенциалдар айырымы мен сыйымдылықтары әртүрлі болады. Барлық батарея үшін потенциалдар айырымы: , ал толық сыйымдылық: . Конденсатор сыйымдылығы деп конденсаторда жинақталған заряд шамасының оның астарларындағы потенциалдар айырмасына қатынасын айтады: (12.4) Сонда жазық конденсатор үшін: , мұндағы S - пластиналардың ауданы, d - олардың ара қашықтығы. Цилиндр тәрізді конденсатордың электр сыйымдылығы: , ал сфералық конденсатордың электр сыйымдылығы: . 1 + + С1 С2 С3 - + + + + + + - - - - - - С1 С2 С3 1 2 3 2 - а б
Зарядталған конденсатор энергиясы: , (12.5) Электрстатикалық өріс энергиясы: , (12.6) ал энергияның көлемдік тығыздығы: (12.7) жүктеу/скачать 3.65 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|