Потенциал. Потенциалдар айырымы
Потенциал φ – электростатикалық өрiстi энергетикалық сипаттайтын скаляр шама. Ол өрiс зарядының потенциалдық энергиясының осы зарядқа қатынасына тең:
(4.10)
Потенциал өрiстiң берiлген нүктедегi q зарядының потенциалдық энергиясын анықтайды.
Практикалық мәнге ие болатын нүктедегi потенциалдың өзi емес, потенциалдың өзгерiсi, яғни потенциалдың санақ басын таңдап алуға тәуелсiз шама – потенциалдар айырымы.
Екi нүкте арасындағы потенциалдар айырымы (кернеу) зарядтың бастапқы нүктеден соңғы нүктеге орынауыстырғанда электростатикалық өрiс жұмысының зарядқа қатынасына тең:
(4.11)
| Егер 1 Кл заряд бiр нүктеден екiншi нүктеге орынауыстырғанда электр өрiсi 1 Дж жұмыс жасаса, онда бұл екi нүкте арасындағы потенциалдар айырымы бiрге тең. Бұл бiрлiк вольт (В) деп аталады; 1В = 1Дж/1Кл. |
§ 4.8 Кернеу. Бiртектi өрiс кернеуi мен кернеулiгi арасындағы байланыс
Бiртектi өрiс кернеулiгi мен потенциалдар айырмасы арасындағы байланыс келесi түрде жазылады:
(4.12)
Потенциал Δd, арақашықтықта неғұрлым аз өзгерсе, электростатикалық өрiс кернеулiгi соғұрлым аз болады; егер потенциал тiптi өзгермесе, онда өрiс кернеулiгi нөлге тең.
|
| СИ жүйесiнде электр өрiсiнiң кернеулiк бiрлiгi ретiнде – бiр вольттың метрге қатынасы (1 В/м) – кернеулiк сызығы бойында бiр-бiрiнен 1 м қашықтықта орналасқан екi нүкте потенциалдарының айырымы 1 В болатын бiртектi электр өрiсiнiң кернеулiгi алынады. |
|
| 4.11-сурет |
|
| 4.12-сурет |
Электростатикалық өрiстегi эквипотенциал бет деп потенциалдары тең геометриялық нүктелер орнын айтады.
Эквипотенциал беттер күш сызықтары сияқты кеңiстiкте өрiстiң таралуын сипаттайды.
Эквипотенциал беттiң әрбiр нүктесiнде кернеулiк вектор осы бетке перпендикуляр және потенциалдың кему жағына бағытталған.
Эквипотенциал беттер ешуақытта да қиылыспайды (4.11, 4.12, 4.13 – сурет).
|
| 4.13-сурет |
Электростатикалық өрiсте кез келген өткiзгiштiң бетi эквипотенциалды болып табылады. Өткiзгiш iшiндегi өрiс кернеулiгi нөлге тең болғандықтан, өткiзгiштiң iшiндегi барлық нүктелерде потенциалдар бiрдей болады.
Эквипотенциал бет бойымен зарядтың орынауыстыруы кезiнде өрiстiң жұмысы нөлге тең.
§ 4.9 Электр сыйымдылығы. Өткiзгiш сфераның электр сыйымдылығы
Қандайда бiр әдiспен екi өткiзгiштi зарядтағанда оның бiрi шамасы q оң зарядталып, ал екiншiсi шамасы дәл сондай терiс зарядталады. Өткiзгiштер арасында электр өрiсi пайда болып, потенциалдар айырымы (кернеу) туындайды. Егер электр өрiсi жеткiлiктi күштi (кернеу жоғары) болса, онда диэлектриктiң iстен шығуы орын алады: диэлектрик өткiзгiшке айналады, онда өткiзгiштер арасында ұшқын пайда болып, олар разрядтала (зарядтарын жоғалта) бастайды. Табиғатта бұл құбылысты күн күркiрегенде найзағай ойнағанынан байқауға болады. Өткiзгiштер арасындағы кернеу тез өсуi бәсеңдеген сайын олардың зарядтарының көбейгенi, көп заряд ұстап қалуға мүмкiндiк бередi.
Электр сыйымдылығы дегенiмiз екi өткiзгiштiң электр зарядын ұстап қалу қабiлетiн сипаттайтын шама.
Екi өткiзгiштiң электр сыйымдылығы деп бұл екi өткiзгiштiң бiрiнiң зарядының олардың потенциалдарын айырмасына қатынасын айтады:
(4.13)
Дараланған өткiзгiштiң электр сыйымдылығы деп, өткiзгiш потенциалы шексiз қашықтықта нөлге тең деп жорамалдағанда, бұл өткiзгiштiң зарядының q оның потенциалына φ қатынасын айтады:
(4.14)
Өткiзгiштiң электр сыйымдылығы оның формасынан, сызықты өлшемдерiнен және қоршаған ортаның электрлiк қасиеттерiнен тәүелдi.
Радиусы R дараланған шардың немесе өткiзгiш сфераның электр сыйымдылығы мынаған тең:
(4.15)
мұнда ε0- электр тұрақтысы.
| Екi өткiзгiштiң электр сыйымдылығы СИ жүйесiнде бiрге тең, егер оларға +1 Кл және –1 Кл заряд жiберiлсе, олардың арасындағы потенциалдар айырымы 1 В. Бұл бiрлiктi фарад (1 Ф) деп атайды; 1 Ф = 1 Кл/В. |
§ 4.10 Конденсатор. Жазық конденсатордың электр сыйымдылығы
|
| 4.14-сурет |
|
| 4.15-сурет |
Конденсатор деп диэлектриктердiң жұқа қабатымен бөлiнген модульдары бойынша тең әр аттас зарядталған зарядтардың екi өткiзгiштен тұратын жүйесiн айтады.
Бұл жағдайда конденсатордың орамдары деп аталатын өткiзгiштердiң формасымен бiр-бiрiне қатысты орналасуы олардың тудыратын электр өрiсi кеңiстiктiң шектеулi аймағына бағытталатындай болуы керек.
Конденсаторлар жазық, сфералық және цилиндрлiк деп ажыратылады.
Конденсатордың электр сыйымдылығы жоғарыда көрсетiлген формуладағыдай екi өткiзгiштiң электр сыйымдылығынан есептеледi:
|
| 4.16-сурет |
|
| 4.17-сурет |
Жазық конденсатор бiр-бiрiнен аз арақашықтықта орналасқан бiрдей екi параллель пластинадан тұрады. Жазық конденсатордың электр сыйымдылығы мынаған тең:
(4.16)
мұнда S – әр пластинаның ауданы, d – пластиналар арасындағы арақашықтық.
§ 4.11 Электр өрiсiнiң энергиясы. Конденсаторды тiзбектей және параллель жалғау
Зарядталған конденсатор энергиясы мына формуламен анықталады:
(4.17)
мұнда q – конденсатор орамының заряды, U – орамдар арасындағы потенциалдар айырымы.
Зарядталған конденсатордың энергиясы деп олардың электр өрiсiн жасайтын энергияны айтады.
|
| 4.18-сурет |
Электр өрiсiнiң энергиясы өрiстiң негiзгi сипаттамасы – кернеулiк арқылы өрнектеледi:
(4.18)
мұнда 
- электр тұрақтысы.
Берiлген кернеуде қажеттi сыйымдылықты алу үшiн конденсаторды батареяға жалғайды.
|
| 4.19-сурет |
Сыйымдылықтары 
конденсаторларды параллель жалғағанда (4.19 – сурет) батареяның қорытқы электр сыйымдылығы мына формуламен есептеледi:
, (4.19)
бұл жағдайда конденсаторлар орамдары арасындағы потенциалдар айырымы бiрдей.
|
| 4.20-сурет |
Конденсаторларды тiзбектей жалғағанда (4.20 – сурет) батареяның сыйымдылығы келесi формуламен анықталады:
(4.20)
бұл кезде конденсаторлардың заряды тең. Бұл жағдайда қорытқы сыйымдылық батареяға кiретiн кез-келген конденсатордың ең кiшi сыйымдылығынан кiшi болады.
| ||||||||||||||||||
§ 6.1 Токтардың өзара әсерi. Бұранда және сол қол ережесi.Магнит индукциясы. Магнит өрiсi
Қозғалмайтын электр зарядтары электр өрiсiн туғызады, қозғалатын зарядтар басқа өрiс – магнит өрiсiн туғызады.
Бұған иiлмелi өткiзгiшмен жасалған тәжiрибеден көз жеткiзуге болады. Егер екi параллель өткiзгiштер бойымен бiр бағытта ток өтсе, өткiзгiштер бiр бiрiне тартылады, ал егер ток бағыттары қарама-қарсы болса, онда өткiзгiштер бiр-бiрiнен тебiле бастайды.
Ток өтетiн өткiзгiштер арасындағы пайда болатын әсер магниттiк әсер деп аталады. Бұл жағдайда өткiзгiштердiң бiр-бiрiне әсер ететiн күштерiн магниттiк күштер деп атайды.
Электромагниттiк өрiстiң байқалуының бiр түрiн магнит өрiсi деп атайды [Видеоматериал]. Оның ерекшелiгi болып, ол өрiс тек қана электрзаряды бар қозғалыстағы бөлшектер мен денелерге, сонымен қатар қозғалатын не қозғалмайтындығына байланыссызмагниттелген денелерге әсер ететiндiгi табылады.
Магнит индукциясының векторы  магнит өрiсiнiң күштiк сипаттамасы болып табылады.
Магнит индукциясы векторыныңбағыты ретiнде ток әсерiнен туған кейбiр магнит өрiсiнде еркiн қозғала алатын магнит тiлшесiнiң оңтүстiк S полюсiнен солтүстiк N полюсiне бағыты алынған. Бұл бағыт тогы бар тұйық контурға түсiрiлген оң нормаль бағытымен сәйкес келедi.
Оң нормаль бағыты тұйық контурдағы токтың бағыты бойынша айналғандағы оң кесiлген бұранда ұшының iлгерiлемелi қозғалысымен сәйкес келедi (6.1 - сурет). Тогы бар түзу сызықты өткiзгiштiң магнит тiлшесi жазықтығы өткiзгiшке перпендикуляр, ал центрi өткiзгiш өсiнде жатқан шеңбердiң жанамасы бойынша орналасады. 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. Магнит индукциясы векторының модулi магнит өрiсi тарапынан тогы бар өткiзгiштiң бiр бөлiгiне әсер ететiн максималды күштiң ток күшiнiң сол бөлiк ұзындығына көбейтiндiсiнiң қатынасына тең:
Егер Өрiстердiң суперпозиция принципi. Егер кеңiстiктiң берiлген нүктесiнде магнит өрiстерi магнит индукциясының векторлары
Магнит өрiстерiн бейне түрiнде кескiндеу үшiн магнит индукциясы сызықтарын пайдаланады.
Магнит индукциясы сызықтары – әр нүктедегi жанамалары өрiстiң осы нүктелерiндегi Тұрақты магнит орналасқан қағаз бетiне темiр ұнтақтарын сеуiп, магнит индукциясы сызықтарының толық сутеттер көрiнiсiн көзбе-көз көруге болады (6.2 - сурет). Магнит индукциясының сызықтары әрқашан да тұйық және өрiс туғызатын тогы бар өткiзгiштердi қамтиды. Магнит индукциясы сызықтарының тұйықтығы табиғаттағы еркiн магнит зарядтарының бар болуының дәлелденбегендiгiмен түсiндiрiледi. Тұйық күштiк сызықтары бар өрiстердi құйынды өрiстер деп атайды. Магнит өрiсi құйынды өрiс болып табылады. Бiртектi өрiстiң магнит индукциясының сызықтары параллель болады. Магнит өрiсi потенциалды болмайды, яғни тұйық контурдағы зарядтың орын ауыстыруы бойынша магнит өрiсiнiң жұмысы нөлге тең емес. Магнит тiзбегi деп магнит өрiсi жинақталған кеңiстiктiң аймақтары немесе денелердiң жиынтығы аталады. Магнит тiзбегiндегi магнит ағыны электр тiзбегiндегi ток күшi сияқты рөлдi атқарады. Бет арқылы өтетiн магнит ағыны деп
1 Вб магнит ағыны магнит индукциясы векторына перпендикуляр орналасқан ауданы 1 м2 бет арқылы өтетiн 1 Тл магнит индукциясы бар бiртектi магнит өрiсiнен туады. § 6.2 Ампер күшi – магнетизмнiң негiзгi заңы
Тогы бар өткiзгiшке магнит өрiсi тарапынан әсер ететiн күштi Ампер күшi деп атайды. Ток элементiмен α бұрышын құрайтын индукциясы
Ампер күшiнiң бағытысол қол ережесi бойынша анықталады (6.3.сурет): егер сол қолды § 6.3 Лоренц күшi Қозғалыстағы зарядталған бөлшекке магнит ағыны тарапынан әсер ететiн күштi Лоренц күшi деп атайды. Магнит өрiсiнде қозғалатын электрондардың бастапқы бағытынан ауытқуына әкелiп соғатын Лоренц күшi, табиғаттың көптеген құбылыстарында кездеседi. Мысалы, «полярлық шұғыла» құбылысы (6.4, 6.5 - суреттер).
Лоренц күшiнiң модулi ұзындығы Δl өткiзгiш бөлiгiне әсер ететiн F күшiнiң модулiнiң өткiзгiштiң осы бөлiгiндегi қалыптасып қозғалатын зарядталған бөлшектердiң N санына қатынасына тең:
мұндағы q – бөлшек заряды, ν – олардың қалыптасқан қозғалысының жылдамдығы,
Лоренц күшiнiң бағытысол қол ережесi бойынша анықталады (6.6 - сурет): егер сол қолды заряд жылдамдығына перпендикуляр § 6.4 Заттың магниттiк қасиеттерi. Ферромагнетиктер Заттың магниттiк қасиеттерiн қарастырғанда оларға магнетик деген терминдi қолданады. Магнит өтiмдiлiгi μ - бұл ортаның магниттiк қасиеттерiн сипаттайтын өлшемсiз шама және ол ортаның
Магнит өрiсiне енгiзiлген барлық денелер магниттеледi, яғни меншiктi магнит өрiсiн туғызады. Магниттiк қасиеттерi бойынша магнетиктер шартты түрде 3 топқа бөлiнедi: диамагнетиктер, парамагнетиктер және ферромагнетиктер. Диамагнетиктер дегенiмiз сыртқы өрiс индукциясына қарама-қарсы бағытта бәсең магниттелетiн, яғни сытрқы магнит өрiсiн бәсеңдететiн заттар. Мысалы, күмiстiң, қорғасынның, кварцтың және көптеген газдардың да диамагнетиктiк қасиеттерi бар. Диамагнетиктерде μ<1. Өте күштi диамагнетик деп саналатын висмуттың магниттiк өтiмдiлiгi – μ=0.999824. Парамагнетиктер дегенiмiз сыртқы өрiс индукциясы бағытында бәсең магниттелетiн заттар. Парамагнетиктердiң магниттiк өтiмдiлiгi бiрден сәл үлкен, μ>1. Ең күштi пармагнетиктiң бiрi - платина, оның өтiмдiлiгi μ=1.00036. Ферромагнетиктер дегенiмiз магниттiк өтiмдiлiгi өте үлкен заттар, μ>>1.
Ферромагнетизм электрондардың магниттiк қасиеттерiмен түсiндiрiледi. Атом ядросының айналасында айналып жүрген әрбiр электронды меншiктi (спиндiк) магнит өрiсi тудыратын шеңбер бойындағы электр тогы ретiнде қарастыруға болады. Көптеген заттарда спиндiк магнит өрiстерi бiрiн-бiрi толықтырып отырады.(6.7 - сурет). Бiрақ кейбiр кристалдарда, мысалы темiрдiң кристалдарында электрон бөлшектерiнiң спиндiк магнит өрiсiнiң индукция векторларының паралелль бағытталуына жағдай туады. Осының нэтижесiнде кристаллдардың iшiнде бойы 10-2-10-4 болатын магниттелген аймақтар пайда болады. Осылай өз бетiнше магниттелетiн аймақтарды домендер деп атайды. Әртүрлi домендерде магнит өрiсiнiң индукциялары әртүрлi бағытта болады. Сыртқы магнит өрiсiне ферромагнетиктi енгiзсе, сыртқы өрiс бойымен бағытталған домендердiң көлемi артады. Магниттелген заттардың магниттiк индукциясы өседi. Берiлген ферромагнетик үшiн белгiлi бiр температурадан асқанда оның ферромагниттiк қасиеттерi жоғалады. Осы температураны Кюри температурасы деп атайды. |
(6.1)
векторларының арасындағы бұрыштың косинусына көбейтiндiсiне тең шаманы айтамыз, мұндағы 
(6.3)
(6.4)
(6.5)
(6.6)
| ||||||||||||||||
§ 7.1 Металдардағы электрлiк ток. Металдардың өткiзгiштiгiнiң электрондық теориясының негiздерi. Электрондардың реттелген қозғалысының жылдамдығы
Металдағы токты еркiн электрондар туғызады. Олардың концентрациясы үлкен болады және металл атомдарының концентрациясымен бiр реттi болады.
Металдар электр өткiзгiштiгiнiң классикалық электрондық теориясының негiзiнде келесi ұйғарымдар жатады:
1) металдағы еркiн электрондар өздерiн идеал газ молекулары төрiздi ұстайды; “электрондық газ" идеал газ заңдарына бағынады;
2) ретсiз қозғалыс кезiнде еркiн электрондар өзара соқтығыспайды ( идеал газ молекулалары төрiздi), олар кристалдық торлардың иондарымен соқтығысады;
3) электрондар иондармен соқтығысқанда өздерiнiң кинетикалық энергиясын толығымен бередi.
Металдағы электрондардың реттелген қозғалысының орташа жылдамдығы  өткiзгiштiң берiлген нүктесiндегi элекр өрiсiнiң кернеулiгiне пропорционал болады:
 (7.1)
мұндағы е- электрон заряды, m- оның массасы,  - тектелес екi соқтығудың арасындағы орташа уақыт (электронның еркiн жолының орташа уақыты).
§ 7.2 Ом заңы металдар өткiзгiштiлiгiнiң электрондық теориясының позициясынан
Кернеулiгi Е тең электр өрiсiнiң жерiнен металлдағы пайда болатын ток күшiн есептейiк. §5.1 бойынша
I=envS, (7.2)
мұндағы, n — өткiзгiштiк электрондардың концентрациясы, e — электрон заряд, ал v — электрондардың реттелген қозғалысының жылдамдығы. Әрбiр электрондарға әсер ететiн eE күштiң әсерiнен пайда болатын үдеу  мынаған тең болады. Сондықтан еркiн жолдың аяғында электронның жылдамдығы
 (7.3)
болады.
Мұндағы, τ - электронның тор иондарымен iргелi соқтығысулардың арасындағы орташа уақыт.
Соқтығысулар арасында электрон бiрқалыпты үдемелi қозғалады. Сондықтан жылдамдықтың орташа шамасы оның максимал шамасының жартысына тең
 . (7.4)
Осылай анықталған v (7.2) өрнекке қойып
 (7.5)
табамыз.
Ал  (U- өткiзгiштiң кернеуi, l- өткiзгiштiң ұзындығы ) тең болғандықтан ток күшi келесi өрнекпен анықталады
 . (7.6)
Осыдан ток күшiнiң өткiзгiштiң кернеуiне пропорционал екеннiң көрiп отырмыз. Ом заңы (§5.1) осы пропорционалдықты анықтайды. (Осы тұжырым Ом заңымен (§5.1) анықталады).
§ 7.3 Кедергiнiң температураға тәуелдiлiгi. Асқын өткiзгiштiк
Температураның өзгеруiне қарай өткiзгiш кедергiсi өзгередi. Егер T0= 273oK (0oC)-да өткiзгiш кедергiсi R0-ге тең, ал T температурада R-ға тең болса, онда кедергiнiң салыстырмалы өзгеруi, тәжiрибиенiң көрсетуi бойынша, ΔT температураның өзгеруiне тура пропорционал:
мұндағы α - кедергiнiң температуралық коэффициентi, ол сан жағынын өткiзгiштi 1oК қыздырғандағы кедергiнiң салыстырмалы өзгерiсiне тең. (7.2)-i келесi түрде жазайық: R = R0(1+αδT). (7.8) Бұл тәуелдiлiк 7.1 суретте көрсетiлген. 1911 жылы Камерлинг-Оннес сынапты бiртiндеп мұздатқанда, оның кедергiсi әуелi сызықты заңдылықпен азайып, ал температура 4,15 К-ге жеткенде кенет 0-ге дейiн төмендейтiнiң ашты. Бұл құбылыс асқын өтгiзгiштiк деп аталады. 0-ге тең емес температурада асқын өткiзгiштiк күйге ауыса алатын материалды асқын өткiзгiштер дейдi. Асқын өткiзгiштен ток өткенде энергия шығыны болмайды, өткенi асқын өткiзгiштiк күйдегi сақинада бiр қоздырылған электр тогы барынша ұзақ уақыт өзгермейдi.
Асқын өткiзгiштер пратикада кеңiнен қолданылады, олар электромагниттерде пайдаланылады. Электромагнитттерде пайда болған магнит өрiсi ұзақ уақыт аралығында болады, өткенi асқын өткiзгiштi орамаларда жылу бөлiну болмайды. Бiрақ асқын өткiзгiштертердiң көмегiмен үлкен магнит өрiсiн құруға болмайтын айта кету керек. Өткенi үлкен магнит өрiсiнде асқын өткiзгiштiк күйi бұзылады. Өткiзгiштен ток өткенде, оның iшiнде және айналасында магнит өрiсi пайда болады. Асқын өткiзгiштен едәуiр ток өткенде, оның асқын өткiзгiштiгi жойылады. Асқын өткiзгiштен едәуiр ток өткенде үлкен магнит өрiсi пайда болады да, асқын өткiзгiштiк жойылады. Сондықтан, әрбiр өткiзгiштiң асқын өткiзгiштiк күйi үшiн оның осы күйiн бiлдiретiн ток күшiнiң кризистiк мәнi болады. Асқын өткiзгiш магниттер магнитогидродинамикалық генераторларда, элементар бөлшектердi үдеткiш құрылығыларда пайдалынады. Асқын өткiзгiштi электiрлiк берiлiс жолдарын құрылуы зерттелiп жатыр. Жоғарғы температурадағы асқын өткiзгiштiң ашылуы бүкiл электротехника, радиотехника және ЭВМ – дi конструкциялауда жаңа техникалық төнкерiске жеткiзу мүмкiн. § 7.4 Газдағы электр тогы. Тәуелдi және тәуелсiз разрядтар Қалыпты жағдайда газдарда еркiн ток тасушылар (электрондар мен иондар) болмайды. Газдардың атомадары мен молекулаларына электронның үзiлiп кетуi газдардың иондалуы дейдi. Газдарда электр тогын тасушылар тек газдар иондалғанда ғана пайда болуы мүмкiн. Электронның газ атомдарымен (молекуларымен) соқтығысуынан болатын газдың иондалуын электронды соққыдан иондалу дейдi. Газдардың иондалу сыртқы әсерленген (сыртқы ионизаторлардан): қатты қыздырудан, әр түрлi сәулеленуден пайда болуы мүмкiн. Электрондардың атомнан бөлiнiп кетуiне қажет минимальдi энергияны иондау энергиясы дейдi. Газдың иондалу үшiн жұлынып кететiн және атомның (молекуланың) қалған бөлiгiнiң арасындағы әсерлесу күшiне қарсы иондалу жұмысын жасау қажет (AИ). Қарама – қарсы зарядттаған бөлшектердiң қайтадан бейтарап атом (молекула) құрыуын рекомбинация дейдi. Сыртқы ионизаторлар тұрақты болса, ионизациялану мен рекомбинациялану арасында динамикалық тепе – теңдiк қалыпасады. Бұл жағдайда жаңадан құрылған зарядтталған бөлшектердiң саны бейтарап атомға (молекулаға) бiрiккен парлардың санына тең болады. Газдағы электр ток газ разряды деп аталады. Сыртқы ионизаторлардан (қатты қыздырудан, әр түрлi сәулеленуден) пайда болатын газдың электр өткiзгiштiгi тәуелдi газ разряды деп аталады. Электр тогының газдан сыртқы ионизаторларға тәуелсiз өту құбылысы, тәуелсiз газ разряды дейдi. Тәуелсiз разряд болғанда газ атомдар мен молекулардың электрондардың соғуынан болатын иондалуы газдың иондалуының негiзгi механизмi болады. Электрондық соққыдан иондалу электронның еркiң жолының ұзындығы λ болғандағы кинетикалық энергиясы Wk электронның атомнан бөлiнiп кетуiне жұмсаған жұмысына Aи жеткiлiктi, яғни : Wk ≥Aи, немесе eEλ≥Aи (7.9) болған жағдайда мүмкiн болады. Мұндағы Е-электрлiк өрiстiң кернеулiгi, λ- электронның еркiң жолының ұзындығы. Әдетте, атомдар мен молекулалардағы электрондар байласының энергиясы (иондау энергиясы) электронвольтпен (эВ) өрнектеледi. Бiр электронвольт электр өрiсiнiң элементар заряды бар электронды немесе басқа бөлшектi өрiстiң кернеулiгi 1 Вольт болатын екi нүктесiнiң аралығындағы орын ауыстыруына жұмсайтын жұмысқа тең:
Мысалы сутегi атомының иондау энергиясы 13,6 эВ тең, ал оттегi молекуласының иондау энергиясы 12 эВ тең болады. Егер ток көзiнңғ қуаты тәуелсiз разрядты ұзақ уақытқа жалғастыруға жетпеген жағдайда ұшқынды разряд деп аталатын тәуелсiз разрядтын түрi пайда болады. Найзағай -ұшқынды разрядтың мысалы болады. § 7.5 Электролиттердiң ерiтiндiлерiндегi жөне балқымаларындағы электрлiк ток. Электролиз заңдары Ток тасушылары иондар болатын сұйық жөне қатты заттарды электролиттер дейдi. Иондар деп бiр немесе бiрнеше электрондарды жоғалтқан немесе өзiне қосып алған атом мен молекулаларды айтады. Қышқылдар, сiлтiлер және тұздар ерiтiндiлерi электролит болады. Электр тогының сұйықтан өтуi электролизбен (электодтарда, электролиттердiң құрамына кiретiн зат бөлiнуiмен) қатар жүредi. 1. Электолиздiң бiрiншi заңы (Фарадейдiң бiрiншi заңы): электродтарда бөлiнетiн заттын массасы электролиттен өткен q зарядына тура пропорционал
( өйткенi, 2. Электролиздiң екiншi заңы (Фарадейдiң екiншi заңы): заттардың электрохимиялық эквиваленттерi олардың М мольдық (немесе атомдық) массаларының валенттiлiгiне ( n ) қатынасына тура пропорционал:
§ 7.6 Вакуумдегi электр тогы. Электрондық эмиссия. Электонды- сәулелiк түтiкше Вакуум деп газдың сиретiлуiнiң оның молекулаларының соқrығысуын ескермеуге және еркiн жолыныҟ орташа ұзындығы Вакуум күйдегi электродтар аралығындағы өткiзгiштiктi вакуумдегi электр тогы дейдi. Термоэлектрондық эмиссия деп қыздырылған денелер бетiнен еркiн электрондардың шығу құбылысын айтады. Термоэлектрондық эмиссия құбылысына негiзделген құрылғыны электронды-сәулелiк түтiкше дейдi.
Электронды-сәулелiк түтiкшенiң схемасы 7.3. суретте келтiрiлген. Катод электрондар көзi болады. Электондар шоғын фокустеу үшiн басқарушы электродқа терiс потенциалдар жiберiледi. Осы электрод өрiсi электондар шоғын сығады. Үдеткiш анодтарға оң потенциалдар жiберiледi. Анод пен экранның арасында ауытқытушы екi пар пластиналарға кернеу берiледi. Пластинкалардағы кернеу шоқтың вертикаль және горизонталь ығысуын туғызады. Электронды-сәулелiк тутiкшелер теледидардағы бейнелердi шығару және осциллографтағы кернеулер айнымалыларын зерттеу ушiн пайдаланылады. § 7.7 Жартылай өткiзгiштердегi электр тогы. Жартылай өткiзгiштердiң меншiктi және қоспалы өткiзгiштiгi Жартылай өткiзгiштер деп кедергiсi кең көлемде өзгере алатын және температурасы жоғарылаған сайын кедергiсi тез азаятын заттарды айтады. Таза (қоспасыз) жартылай өткiзгiш кристалындағы еркiн электрондардың және кемтiктердiң қозғалысынан болатын өткiзгiштiктi жартылай өткiзгiштердiң меншiктi өткiзгiштiгi дейдi. Таза жартылай өткiзгiштiң электрөткiзгiштiгi тек қана кристалдағы коваленттiк байланыстар узiлген жағдайда ғана мүмкiн болады. Мысалы, қыздыру коваленттiк байланыстардың үзiлуiне келтiредi, сондықтан еркiн электрондар пайда болып, таза жартылай өткiзгiштiң меншiктi электрондық өткiзгiштiгi (n-типтi өткiзгiштiгi) болады. Электрон кеткен жерде артық оң заряд пайда болады да, оң кемтiк құрылады. Сыртқы электр өрiсiнде электрондар электр өрiсiнiң кернеулiгiнiң бағытына қарама қарсы жаққа ығысады. Оң кемтiктер электр өрiсiнiң кернеулiгiнiң бағытына қарай орын ауыстырады, яғни электр өрiсiнiң әсерiнен оң зарядтың қозғалатын жағына қарай орын ауыстырады. Кемтiктердiң реттi орын ауыстыруанан болатын таза жартылай өткiзгiштiң электрөткiзгiштiгiң меншiктi кемтiктiк өткiзгiштiгi (p-типтi өткiзгiштiгi) дейдi. Жартылай өткiзгiштердiң кристалдық торларына қоспаларды (қоспалық центрлерiн) еңгiзуiнен болатын электрөткiзгiштi қоспалық өткiзгiштiк дейдi.
Қоспалар жартылай өткiзгiштер кристалдарына электрондарды қосымша жабдықтаушы болуы мүмкiн. Мысалы, жартылай өткiзгiштiң торында германийдiң төрт валенттiк электроны бар бiр атомы бес валенттiк электроны бар қоспаның (мышьяк, сүрме) атомымен ауыстырылсын. Қоспалық атомның төрт электроны көршi германий атомдарының электрондарымен коваленттiк байланыстар жасауға қатысады, ал бесiншi электрон коваленттiк байланыс жасауға қатыса алмайды. Ол “артық" болады, өз атомымен әлсiз байланыста болады, сондықтан одан оңай бөлiнiп кетедi де, еркiн атом бола алады.(7.4 сурет). Электр өрiсiнiң әсерiнен жартылай өткiзгiштегi сондай электрондар реттелген қозғалысқа келедi, ал жартылай өткiзгiште электрондық қоспалық өткiзгiш пайда болады. Мұндай өткiзгiштiгi бар өткiзгiштер электрондық немесе n-типтiк жартылай өткiзгiштер дейдi.
Жартылай өткiзгiштегi төрт валенттiк электроны бар бiр атом үш валенттiк электроны бар қоспа атомымен (индий, алшюминий) алмасқанда, торда барлық коваленттiк байланыстар құрылуы үшiн бiр электрон жетiспейдi (7.5 сурет). Бiрақ, қоспалы атом тордағы ең жақын негiзгi атомның электронын алған жағдайда, ол барлық байланыстарды құра алады. Онда негiзгi атомнан кеткен электронның орнында оң кемтiк пайда болады, осы кемтiкке тордағы келесi көршiлес атомның электроны ырғып түсуi мумкiн және т.с.. Электрондардың оң кемтiктердi бiр iздi толтыруы жартылай өткiзгiштегi кемтiктердiң қозғалысына және онда ток тасымалдаушылардың пайда болуына тендес. Электр тогының әсерiнен кемтiк өрiс кернеулiгiмен бағыттас орын ауыстырады да, жартылай өткiзгiште кемтiктiк қоспалық өткiзгiштiк пайда болады. Осындай өткiзгiштiгi бар жартылай өткiзгiштедi қоспалық кемтiктiк немесе p-типтiк жартылай өткiзгiштер дейдi. § 7.8 Жартылай өткiзгiштi диод. Транзисторлар. Жартылай өткiзгiштi приборлардың қолданылуы Монокристалдық өткiзгiштiң кемтiктiк өткiзгiштен электрондық өткiзгiшке ауысатын ауданың электронды кемтiктiк ауысу (p – n ауысу) дейдi. Жартылай өткiзгiштер кристалына сәйкес қоспаларды еңгiзуiнен әртүрлi (p - және n- пайда болатын аймақтарда p-n ауысуы болады. Әртүрлi типтi өткiзгiштiгi бар екi жартылай өткiзiштердiң түйiсу шекарасынан өтетiн ток тасышулардың өзара диффузиясы осы түйiсуi арқылы болады. n- жартылай өткiзгiштегi электрондар кемтiктiк p- жартылай өткiзгiшке диффузияланады. Сөйтiп, электрондар түйiсу шекара жанындағы n- жартылай өткiзгiш көлемiнен кетедi, бұл көлемде электрондар азаяды, онда шекара манында оң зарядтар артық болады. Тап солай p- жартылай өткiзгiштегi кемтiктiктер диффузиясы шекара манында p- жартылай өткiзгiште терiс зарядтарының артық болуына себеп болады. Нәтижесiнде электронды кемтiктiк ауысу шекарасында жуандығы l болатын электрлiк жапқыш қабат пайда болады.
Электронды кемтiктiк ауысуда өткiзгiштiк бiржақты болады. Сондықтан, бiр p-n -аусуы бар жартылай өткiзгiштi жартылай өткiзгiштi диод дейдi. Жартылай өткiзгiштi диод көбiнесе кремний кристалдарынан жасалады, оларда сәйкес қоспалар арқылы өзара түйiсушi электронды және кемтiктi өткiзгiштерi бар аймақтар пайда болады. Егер, мысалы, электронды өткiзгiштiгi бар кремний пластинкасына индий тамшысын балқытса, онда индий атомдары еңген кремнийдiң беттiк қабаты кемтiктiк өткiзгiштiк болады. Сонда кремнийдiң электронды және кемтiктiк өткiзгiштiгi бар аймақтар арасында p-n аусуы пайда болады.
7.7-суретте жартылай өткiзгiштi диодтан өтетiн токтың күшiнiң кернеуге тәуелдiлiгi, яғни оның вольт-амперлiк сипаттамасы көрсетiлген. Вольт-амперлiк сипаттаманың оң тарамы токты диодтан өткiзетiн бағытына сәйкес келедi (егер кернеу өссе ток күшi кенет ұлғаяды), ал сол тарамы жабылу бағытына сәйкес келедi. Транзистор деп екi p-n-аусуы және электр тiзбекке қосылатын үш ұштары бар жартылай өткiзгiштi приборды атайды. p-типтi өткiзгiштiгi бар екi аймақтың арасында база деп аталатын n- типтi өткiзгiштiгi бар қабат құрады. (7.8 сурет)
Базамен бөлiнген аймақтардың бiреуi эмиттер деп, ал екiншiсi- коллектор деп аталады. Екi p-n-ауысуын екi ток көзi жалғастырады. Жартылай өткiзгiштi приборлардың қолданылуы. Жартылай өткiзгiштi приборларды радиотехника, автоматика және ғылым мен техниканың басқа салаларында кеңiнен қолданылады. Жердiң жасанды серiктерiнде жартылай өткiзгiштi күн сәулелi батареялар орналастырылған, ондағы электр тогы Күн сәулесi энергиясынан болады. Күн сәулелi батареялардың энергиясын үйлердi жылытуға пайдалану үшiн оларды үйлердiң төбесiне қондыру проектердi көп елдерде зерттеп дамытуда. p-n аусуы бар жартылай өткiзгiштер күн сәулелi батареялардың маңызды бөлiгi болады, онда сәуле энергиясынан ЭҚҚ пайда болады. |
(7.7)
(7.10)
, I – ерiтiндiден Δt уақытында өткен тұрақты токтың күшi).
(7.11)
- шамасын Фарадейдiң саны дейдi.
-дiң гаг тұрған ыдыстың өлшемi d-дан аса !99лкен ( 
) болатын де"#1187гейiн айтады.
Түсiнiктеме сөздiк