-Mavzu - Механика кириш

7-Mavzu Dielektrik singdiruvchanlik, elektr qabul qiluvchanlik va atom qutblanuvchanligi o’rtasidagi bog’lanish. P’ezoelektriklar va segnetoelektriklar to’g’risida tushuncha. O’zgarmas elektr toki qonunlari. Tarmoqlangan zanjirlar, Kirxgof qoidalari
Elektrostatik maydon potensial maydon bo’lib, bu maydonda zaryadni ko’chirishda bajarilgan ish:
dA Fdrcosa (5.1)
ifoda bilan yoziladi. Bunda F-Kulon kuchi, dr-elektrostatik maydonning qaralayotgan ikki nuqtasi orasidagi masofa, a –kuch vektori bilan harakat yo’nalishi orasidagi burchak. Ish tashqi kuch hisobiga bajarilganligi uchun dA<0 deb olamiz. U holda
(5.2)
bo’lganligi uchun (5.2) formula bajarilgan ish zaryadning maydonda bosib o’tgan yo’liga bog’liq bo’lmay, balki bu zaryadning maydondagi boshlang’ich va oxirgi holatlariga bog’liq ekanligini ko’rsatadi.
Mexanikadan ma’lum-ki, kuchlarning potensial maydonida joylashgan jism potensial energiyaga ega bo’lib, maydon kuchlari shu energiya hisobidan ish bajaradi. Elektr maydonida bajarilgan ishni potensial energiya farqi sifatidaifodalash mumkin:
, (6.1)
Bu tenglama bilan (5.2) ni taqqoslasak, ye1 va ye2 aniqlanadi. Demak, o’zaro ta’sir potensial energiyasi ye . Elektrostatik maydon potensiali esa, sinovchi qo zaryadning elektrostatik maydon ixtiyoriy nuqtasidagi potensial energiyasi ye ning shu zaryad miqdoriga nisbati bilan aniqlanadigan fizik kattalikka aytiladi, ya’ni:
. (6.2)
Potensial son jihatidan birlik musbat zaryadning maydondagi muayyan nuqtadagi potensial energiyasiga tengdir. Zaryadlar sistemasi hosil qilgan maydon potensiali sistema tarkibiga kirgan har bir zaryadning alohida hosil kilgan maydon potensiallari algebraik yig’indisiga tengdir.
Agar bizga potensiallari 1 va 2 ga teng bo’lgan, bir-biridan d=d2-d1 masofada joylashgan ikkita parallel plastinka berilgan bo’lsa, maydon kuchlanganligi uchun
E (6.3)
ifodani olamiz, bu yerda 2- 1 U - plastinkalar orasidagi potensiallar farqi yoki kuchlanish deyiladi. XBS da kuchlanish 1V birligi bilan o’lchanadi.Tajriba shuni ko’rsatadiki, tabiatdagi hamma jismlar elektr o’tkazuvchanligiga qarab uch sinfga bo’linadi:
elektr tokini yaxshi o’tkazuvchi jismlar – o’tkazgichlar;
elektr tokini o’tkazmaydigan jismlar – izolyatorlar yoki dielektriklar;
elektr tokini sust, lekin tashqi fizik ta’sir ostida sezilarli darajada o’tkazuvchi jismlar – yarim o’tkazgichlar .
O’tkazgichdagi zaryad tashuvchilar juda kichik kuch ta’siri ostida harakat qila oladi. SHuning uchun zaryadlarning muvozanati quyidagi shartlar bajarilgan taqdirdagina kuzatiladi:
1. O’tkazgich ichidagi barcha nuqtalarda maydon kuchlanganligi nolga teng bo’lishi zarur, ya’ni ye 0;
2. Maydon kuchlanganligining o’tkazgich sirti har bir nuqtasidagi yo’nalishi sirtga o’tkazilgan normalga mos bo’lishi kerak, ya’ni ye En. Demak, zaryadlar muvozanatda bo’lganda o’tkazgich sirti ekvipotensial bo’ladi. Muvozanatdagi o’tkazgich ichidagi hech qanday nuqtada ortiqcha zaryadlar bo’lishi mumkin emas, barcha zaryadlar o’tkazgichning sirti bo’ylab ma’lum zichlik bilan joylashadi.
8-Mavzu: Toklarning bo’shliqdagi magnit maydoni. Tok elementlarining o’zaro ta’siri, Amper qonuni. Magnit maydonining induktsiyasi va kuchlanganligi, Bio-Savar qonuni. Lorents kuchi. Magnit dipol’ momenti. Muhitning magnit singdiruvchanligi. Dia-, para-, ferromagnetizm.
Agar o’tkazgichg biror q zaryad berilsa, u o’tkazgich sirti bo’yicha shunday taqsimlanadiki, o’tkazgichdagi maydonning kuchlanganligi nolga teng bo’ladi. Agar q zaryadga ega bo’lgan o’tkazgichga kattaligi xuddi shunday zaryad berilsa, zaryad ham oldingi zaryad kabi taqsimlanishi kerak, aks holda u o’tkazgichda nolga teng bo’lmagan maydon paydo bo’ladi. O’tkazgichdagi zaryadning ko’payishi atrofdagi jismlar zaryadlarining qayta taqsimlanishiga olib kelmagan holdagina yuqorida aytib utiladigan shart bajarilishini eslatib utish zarurdir. SHunday qilib, boshqa jismlardan o’zok masofada joylashgan o’tkazgichda kattaliklari har xil bo’lgan zaryadlar yuqoridagiga o’xshash taqsimlanadi, ya’ni jismning istalgan ikkita nuqtasi ularni olingan zaryad zichliklarining nisbati zaryadlarning kattaligi qanday bo’lishiga qaramay doimiy bo’ladi. Potensial va zaryad o’rtasidagi proporsionallik koeffitsenti o’tkazgichning elektr sig’imi deyiladi. Ushbu kattalik C bilan belgilanadi.
Sig’im son jihatidan shunday zaryadga tengki, bu zaryad o’tkazgichga berilsa, uning potensiali bir birlikka ortadi. Agar ikki o’tkazgichga 1 Kl va -1 Kl zaryad berilganda, ular orasida 1 V potensiallar ayirmasi hosil bo’lsa, bu ikki o’tkazgichning elektr sig’imi bir birlikka teng bo’ladi. Bu birlik (F) Farada deyiladi va u 1F 1Kl/1V bo’ladi.Tajribalar shuni ko’rsatadiki, agar o’tkazgichlar o’zaro yaqinlashtirilsa, ularning umumiy sig’imi keskin ortadi. Agar o’tkazgichlar orasiga dielektrik muhit kiritilsa, o’tkazgichlar sistemasining sig’imi yanada ortadi. Bu prinsip o’tkazgichlardan kondensator yasashda ishlatiladi.
Kondensator deb, qoplamalari deb ataladigan bir-biriga cheksiz yaqin joylashtirilgan va dielektrik muhit bilan ajratilgan o’tkazgichlar sistemasiga aytiladi.
Faraz qilaylik, ikki parallel yuzalari bo’lgan metall plastinka shaklidagi o’tkazgichlar nisbiy dielektrik singdiruvchanlik koeffitsienti bo’lgan dielektrik muhit bilan bir-biridan izolyatsiya qilingan bo’lsin. Zaryadlarning yuza zichliklari va , potensiallari 1 va 2 bo’lsin. (6.3) ifodadan
(9.1)
kelib chiqadi. Ikki parallel plastinka orasidagi maydon kuchlanganligi
(9.2)
ekanini hisobga olib, yassi kondensatorning sig’imi uchun:
(9.3)
ifodani yoza olamiz. (9.3) dan ko’rinadiki, kondensatorning elektr sig’imi S plastinkalarning yuzi S va ular orasidagi masofa d hamda elektr xossalariga bog’liq.
Har qanday olingan o’tkazgich ham elektr sig’imga ega. Masalan, radiusi R bo’lgan va dielektrik singdiruvchanligi ga teng bo’lgan muhitda joylashgan metall sferaning elektr sig’imi:
(9.4)
Kondensatorlar konstruksiyalariga ko’ra yassi, silindrik, sferik formalarda bo’lib, dielektrik muhit materillariga qarab har xil: qog’ozli, slyudali, keramikali, elektrolitli va hokazo turlari mavjud. Ular radio va elektrotexnikada keng ishlatiladi. Ayniqsa hozirga zamon texnikasida mikrominiatyura (jajji) sopol (keramika) li kondensatorlar kichik o’lchamli va katta sig’imga ega bo’lganliklari uchun keng qo’llanilmoqdi. Faraz qilaylik, o’tkazgich q zaryadga ega bo’lsin. Zaryad miqdorini dq ga oshirish uchun, ma’lum ish bajarishimiz kerak. Bu ish:
. (10.1)
- bo’lganligi uchun:
. (10.2)
Aksincha, dq – zaryadni shu o’tkazgichlan cheksizlikka olib borish uchun elektrostatik maydon ham ma’lum ish bajarishi kerak. Demak, o’tkazgichning zaryadi dq ga oshganda, uning potensial enerrgiyasi ham shu miqdorga oshadi, ya’ni
. (10.3)
. (10.4)
yoki ifodani qo’llab (10.4) ifodani
, (10.5)
ko’rinishda yoza olamiz. Tabiiyki, bu formulalarda q- o’tkazgichdagi zaryad miqdori, S- o’tkazgich sig’imi.
Agar q1, q2, q3, ... ,qn nuqtaviy zaryadlar sistemasi berilgan bo’lsa, bu zaryadlar sistemasi hosil qilgan energiyasi:
, (10.6)
bunda , (k-1) zaryadlar tomonridan hosil qilingan maydon potensiali.
Har qanday formaga ega bo’lgan zaryadlangan kondensatorning elektrostatik maydon energiyasi:
,
Elektrostatik maydon energiyasining zichligi V hajm birligiga to’g’ri kelgan potensial energiya W bilan o’lchanadigan fizik kattalik bo’lib,
; (10.7)
XBS dagi birligi - .
9 – Mavzu Toklarning bo’shliqdagi magnit maydoni. Tok elementlarining o’zaro ta’siri, Amper qonuni. Magnit maydonining induktsiyasi va kuchlanganligi, Bio-Savar qonuni. Lorents kuchi. Magnit dipol’ momenti. Muhitning magnit singdiruvchanligi. Dia-, para-, ferromagnetizm.
Yassi kondensatorda maydon bir jinsli bo’lgani uchun, shu kondensator ichidagi maydonning energiya zichligi,
(10.8)
bo’ladi.
Agar o’tkazgichda elektr maydoni hosil kilinsa, u holda zaryad tashuvchilarning tartibli harakati, ya’ni musbat zaryadlarning maydon yo’nalishida, manfiy zaryadlarning esa qarama-qarshi yo’nalgan harakati vujudga keladi. Zaryadlarning tartibli harakati elektr toki deyiladi. Agar o’tkazgich ko’ndalang kesimidan dt vaqt ichida dq zaryad o’tsa, tok kuchi
, (11.1)
ga teng bo’ladi.
Agar har qanrday teng vaqt birligi ichida yuzadan o’tuvchi tokning yo’nalishi va miqdori o’zgarmasa, bunday tok o’zgarmas tok deb atalib, u
(11.2)
formula bilan aniqlanadi.
Musbat zaryadlarning yo’nalishi tokning yo’nalishi deb qabul qilingan. Elektr tokini tok zichligi vektori j orhali to’laroq xarakterlash mumkin. Bu vektor miqdor jihatidan berilgan nuqtada zaryad tashuvchilarning yo’nalishiga perpendikulyar bo’lgan dS yuzadan o’tuvchi tok kuchi di ning shu yuza kattaligi dS ga bo’linganiga teng:
, (11.3)
agar tok o’zgarmas bo’lsa, uning zichligi
. (11.4)
Vaqt o’tishi bilan tok kuchi o’zgarmaydigan tok o’zgarmas tok deyiladi. Tok kuchini XBS dagi birligi (A=Amper) Tokning muntazam oqib turishi uchun zanjirning ma’lum sohalariga yoki butun zanjirga ta’sir etuvchi tashqi kuchlar zarur ekan. Ularni ximiyaviy protsesslar, bir jinsli bo’lmagan muhitda yoki har xil turdagi ikki xil modda chegarasida zaryad tashuvchilarining diffuziyasi, o’zgaruvchan magnit maydonlari hosil qiladigan elektr maydonlari va x.k. vujudga keltirish mumkin. Tashqi kuchlarning birlik zaryad ustida bajargan ishiga teng bo’lgan kattalik zanjirdagi yoki uning bir qismidagi elektr yurituvchi kuch (EYUK- ε ) deyiladi.
ε (12.1)
bu yerda Ach Am =q( ) bo’lib, manbaning qutblari ochiq (uzilgan) bo’lsa,
0, ε U. (12.2)
Elektrostatik va tashqi kuchlarning birlik (+) zaryadni ko’chirishda bajargan ishiga teng bo’lgan kattalik zanjirning berilgan qismidagi kuchlanish tushuvi yoki U kuchlanish deyiladi. Bir jinsli metall o’tkazgichdan o’tayotgan tok kuchi o’tkazgichdagi kuchlanish tushuvi U ga proporsional bo’ladi:
0>
|