Таырыбы: Потенциал, потенциалдар айырмасы , кернеу ымдарын тсіндіру дістемесі.

Электростатикалы рісті потенциалдыы. детте электростатикалы рісті потенциалдыын крсету шін біртекті электр рісінде зарядты денені озалысы арастырылады. Электростатикалы кштерді зарядты денені рісті бір нктесінен екінші нктесіне озаанда жасайтын жмысыны траекторияа байланысты болмайтындыы длелденеді. Сонымен атар нктелік заряд рісіні де потенциалды болатындыын айту те маызды. Ол шін нктелік заряд рісіні сфералы симметриялы ріс болатындыын пайдаланамыз. рісті жасап тран о нктелік

заряд (Q) болсын. рісті А нктесіне нктелік сыншы о заряд орналастырайы. рісті серінен заряды В нктесіне орын ауыстырады. Бл кезде жасалынан жмысты табасы о болады. Егер сырты кшті серінен заряд В нктесінен айтадан А нктесіне келінетін болса жасалынан жмыс теріс болады да жасалынан жмыстар осындысы нольге те болады.

Енді заряд А нктесінен В нктесінеорын ауыстырсын. Бл жадайда да жне жолдарымен орын ауыстыру кезінде жасалынатын жмыстар зара те болады, йткені заряд жне доалары бойымен озаланда ріс жмыс жасамайды да тек кесінділеріні бойымен озаланда ана жмыс жасалынады.

Олай болса заряд электр рісіні бір нктесінен екінші нктесіне орын ауыстыранда жасалынатын жмысты шамасы жрілетін жолды тріне байланысты болмай отыр. Осы шарт орындалатын рістерді потенциалды ріс деп атайтындыы айтылады. Сонымен электростатикалы ріс потенциалды ріс болып табылады.

Нктелік заряд рісіні потенциалдыын талдауды таы бір маызды жаы бар. Егер біртекті рісті потенциалдыын ана арастырумен шектелсек , онда оушыларда ажеті жо ”біртекті ріс - потенциалды” ассоциация пайда болуы ммкін. Біртекті магнит рісін ткенде ондай ассоциация магнит рісіні потенциалды болмайтындыын тсіндіруді иындатып жібереді.

Электр рісіндегі зарядты потенциалды энергиясы. Электр рісіні потенциалдыы тсіндірілгеннен кейін, электр рісіні белгілі нктесіне орналастырылан зарядты потенциалды энергиясы болатындыы жнінде айтуа болады. Бл мселені тсіндіру шін электростатикалы рісті гравитациялы ріске састыын пайдаланан дрыс. Біртекті электр рісіні кш сызыы бойынан екі нкте алынады. Электр рісіні серінен заряды бірінші нктеден екінші нктеге дейін озалады дейік, онда сер етуші кш болады да орын ауыстыру 1 болады. Мндай жадайда жасалынан жмыс

болады, мндаы жне алынан бірінші жне екінші нктелерді теріс зарядпен зарядталан пластинадан ашытыы. Егер жасалынан жмыс озалыс траекториясына байланысты болмаса онда ол жмысты мні денені сол нктелердегі потенциалды энергияларыны теріс табамен алынан айырмасына те немесе

Соы жазылан екі формуланы салыстыра отырып ріске орналасан зарядты потенциалды энергиясыны рнегін алуа болады:

Бл Жер рісіндегі денені потенциалды энергиясына сас екендігіне оушыларды назарын аударамыз. Олай болса , электр рісінде энергияны белгілі оры бар деп тжырымдаймыз.

Біра осындаы потенциалды энергияны нольге те болатын жадайына айрыша тоталу ажет болады. Біз арастыран біртекті электр рісінде потенциалды энергияны нольдік дегейі теріс зарядты пластинканы бетіне сйкес келеді. Ол нольдік нктені шартты трде алынатындыын , физикадаы теориялы жмыстарда нольдік нкте ретінде ріс жасаушы зарядтан шексіз алыстаы нкте , ал практикалы мселелерде (электротехникада) Жер бетіні нктесі алынатындыын , сондытан да лшеу жмыстарында приборларды жерге осатындыы (заземление) тсіндірілуі тиіс.

ріс потенциалы. Енді ріс потенциалы ымын ендіруге болады. Ол шін ріс нктесіндегі зарядты потенциалды энергиясыны заряд шамасына атынасы заряд шамасына байланысты болмайтындыын айтамыз. Ол атынас шама даынан бір лшем о зарядты біз арастырып отыран ріс нктесінен нольдік нктеге дейін алып барандаы рісті жасайтын жмысына те болатындыы тсіндіріледі, оны ріс потенциалы деп атайтындыымызды айту керек. ріс потенциалын ріпімен белгілесек онда

болатындыы, ріс потенциалы ымы рісті энергетикалы трыдан сипаттайтындыы айтылады. Сонан со потенциалды модульі мен табасы тадап алынан нольдік нктеге байланысты екендігі ескертіледі. Егер нольдік нкте ретінде шексіздігі нкте алынса, онда о заряд жасап тран ріс нктелеріні потенциалы о болады да ал теріс заряд жасап тран ріс нктелеріні потенциалы теріс болады. рісті серінен еркін о зарядтарды потенциалды сетін баытында озалатындыы айтылуы тиіс. Егер рісті бірнеше заряд жасап тран болса , онда мндай рісті нктесіндегі потенциал жеке зарядтар рістеріні осы нктедегі потенциалдарыны алгебралы осындысына те болатындыы тсіндірілуі ажет.

Потенциалдар айырмасы. Кернеу. Біз жоарыда потенциалды мні нольдік нктені тадап алуа байланысты болатындыын крдік. Олай болса, нольдік нкте тадап алынанда ана потенциал ымыны физикалы маынасы бар. Ал рісті екі нктесіні потенциалдарыны айырмасы нольдік нктеге туелсіз шама жне оны белгілі физикалы маынасы бар , ол бір лшем о зарядты бір нктеден екінші нктеге дейін озаланда электр рісіні жасайтын жмысына те немесе

Сонымен электр рісін зерттегенде кбінесе потенциалдан грі потенциалдар айырмасы жиі олданылады. Потенциалдар айырмасы кернеу деп те аталады, кернеу U ріпімен белгіленеді. Егер рісті екі нктесіні потенциалдар айырмасы (кернеу) белгілі болса , онда ріс серінен сол екі нктені арасында q заряды орын ауыстыруы шін жасалатын жмыс мынадай формуламен аныталатындыы айтылуы ажет.

Бл формула есеп шыаранда жне кейін электр тогыны уаты жнінде айтыланкезде ажет.

Осыдан кейін потенциалдар айырмасыны (кернеуді) лшем бірлігі берілуі тиіс. Ол СИ жйесінде 1 кулон зарядты электр рісі бір нктеден екінші нктеге дейін озаанда жасалынатын жмыс 1 Джоуль болса, ондай екі нктені потенциалдар айырмасы (кернеу) 1 Вольт (В) деп аталатындыы тсіндіріледі.

ріс кернеулігі мен потенциалдар айырмасы (кернеу) арасындаы байланыс. Бл байланысты табу шін жоарыдаы (2-пункт) біртекті рісте заряд озалан кезде , рісті жасайтын жмысыныы формуласына айтадан оралу керек:

бдан

Олай болса

Бл формуладан біз электростатикалы ріс кернеулігі сан жаынан кернеуді бір лшем зындытаы згерісіне те болатындыын кріп отырмыз.

Соы формула кмегімен ріс кернеулігіні СИ жйесіндегі таы бір лшем бірлігі ендіріледі, ол В/м, 1В/м-ді 1Н/Кл-а те екендігін длелдеу иын емес.

Эквиопотенциал беттер. Айтылан ымдарды бекіту масатында эквиопотенциал беттер ымын енгізуге болады. Мысал ретінде арама-арсы зарядтармен зарядталан параллель екі пластина арасындаы рісті арастыру тиімді. Мынадай мселелерді тсіндіре кеткен жн:

1)барлы уаытта кш сызытары эквмпотенциал бетке перпендикуляр болады;

2)эквипотенциал беттерді жиілігіне орай электр рісіні сипаты аныталады;

3) кез-келген зарядталан денені беті эквипотенциал бет болып табылады.

Е соында длелсіз нкелік зарядты вакуумдаы электростатикалы ріс потенциалыны формуласы

жне екі нктелік зарядты зара серлесуіні потенциалды энергиясыны формуласын

беруге болады, мнан кейін потенциалдар айырмасын (кернеуді) лшеу дістері айтылады.

Лекция 6

Траты ток задарын оыту дістемесі. Траты ток.Тік блігі, тйы тізбек шін Ом заы. Э..К. Ом заыны диференциалды трі.

 

Двигательдер, электр шамдары жне р трлі ток ттынушыларды алыпты жадайда жмыс істеулері ондаы ток кшіні белгілі бір мнінде ммкін болады. Олай болса, ток кзіне приборларды осанда ток кші неге байланысты болады деген орынды сра туындайды.

Егер ток ттынушылар ток кзіне осылан болса, онда ондаы кернеу белгісіз жне оны шамасы ток кзіне р трлі ттынушылар жаланан болса згеріп отырады. Мны тжірибеде крсетуге болады.

2-суретте крсетілген вольтметр тізбектегі кернеуді крсетеді. Реостат арылы кедергіні арттырса соан сйкес ток кзіні полюсіндегі кернеу де згереді. Олай болса, кернеу ток кзіне ана емес сырты кедергіге де байланысты болады екен. Оушылар алдына ойылан осы проблема Ом заын орытуды арастыруа алып келеді.

Тізбекті тйытаан стте электр зарядтарыны озалысы басталады. Тізбекті сырты блігінде электростатикалы ріс серінен о зарядталан блшектер ток кзіні о полюсінен теріс полюсіне озалады.

Бл жадайда зарядталан блшектерді энергиясы сырты тізбекті кедергісі салдарынан оны ыздыруа жмсалады.

Тосын кштер сер ететін ток кзіні ішінде о зарядтар электростатикалы ріске арама-арсы теріс полюстен о полюске арай озалады. Тізбекті ішкі блігіні кедергісі боландытан энергия ток кзіні ішінде жмсалады.

Тізбекті сырты блігіндегі электростатикалы ріс кштеріні жмысы ток кзіні ішіндегі ріске арсы істелетін жмыса те, табасы жаынан арама-арсы болады. Тізбекті барлы блігіндегі электростатикалы ріс кштеріні толы жмысы нольге те екені оушылара белгілі. Сондытан тізбекте ешандай згерістер болмаса, онда ток кзіндегі тосын кштерді жмысы тізбекте блініп шыатын жылу млшеріне те A=Q

Тізбекте ток ткенде онда блініп шыатын жылу млшері

Q=J²Rt

Ток кзіндегі тосын кштерді жмысы

A=J²R_тt

Электр озаушы кшіні анытамасы бойынша

Е =A_т /q

Олай болса q Е =J² R_т t. q=J t екенін ескерсек

Е = J R_т, J = Е / R_т

R_т - толы кедергі R_т = R + r

r – тізбекті ішкі кедергісі, R - тізбекті сырты кедергісі

J = Е / (R+r)

Тйы тізбек шін Ом заын орытан со, тізбектегі ток кшіні неге байланысты екеніне жауап беруге болады.

Кпшілік жадайда оушылар Ом заыны формуласын білгенімен, тізбектегі ток Э..К. ішкі кедергіге жне тізбекті сырты кедергісіне туелді екенін дрыс біле бермейді.

Сонымен атар оушылар ток кзіні ішкі кедергісіні маызын, полюстер арасындаы кернеуді траты емес екенін жне оны алдын - ала берілмейтінін, тізбекті сырты кедергісіне едуір байланысты болатынын жасы тсінбейді. Мысалы, 3,5 В кернеуге есептелген лампочка алта фонарыны батарейкасына осанда, батарейканы шындаы кернеу 4,5 В боланымен оны не себепті лсіз жанатынын тсіндіре алмайды.

Ток кзіні электр озаушы кші мен сырты тізбекпен тйыталан полюстер арасындаы кернеуді айырмашылыын білу шін мынадай тжірибе крсету ажет.

Индукциялы генератора 127 В кернеуге есептелген, уаты 10-15 Вт жарытандырыш лампаны жалайды. Лампа жанады. Содан кейін, бл лампаны 3,5 В есептелген алта фонарымен алмастыранда ол жанбайды.

Кез-келген ток ттынушылар (берілген жадайда лампа) здеріне есептелген ток ткен кезде ана алыпты режимде жмыс істейді. Сырты тізбектегі ток кші ондаы кернеуге байланысты. Лампадаы кернеу ток кзіні Э..К. жне кедергісі белгілі жадайда тмендегідей аныталады.

Е = J R + J r

J R = Е - J r

Мндаы JR - сырты тізбекті кернеуді тсуі, ал Jr - ток кзіні ішкі кедергісіндегі кернеуді тсуі. Егер R>>r болса JR>Jr болады.

Жоарыда бірінші жадайда лампаны кедергісі R₁>r, сондытан лампаны жануы шін ондаы кернеу жеткілікті.

Екінші жадайда алта фонары лампасыны кедергісі R₂<<r, сондытан ондаы кернеу лампаны жануы шін жеткіліксіз.

Кернеуді едуір блігі тізбекті ішкі блігіне сйкес келеді. Бл жадайда тізбекті ішкі блігіндегі кернеуді тсуі ток кзіні Э..К. те болады. Мнда оушылар ток кзіні ішкі кедергісі аншалыты маызды роль атаратынын креді.

Ток кзі бірдей боланда тізбектегі ток шамасы тек тізбекті сырты кедергісіне байланысты болады. Егер R®0 ток кші максимум, R®¥ болса ток кші минимум болады.

R®O ысаша тйыталуа сйкес келеді.

J_max = Е / r

Формуладан ысаша тйыталу кезінде ток кші ток кзіні Э..К. арылы ана емес ішкі кедергісі арылы да аныталатынын кріп отырмыз. Ішкі кедергісі лкен ток кздері шін ысаша тйыталу тогы кп болмайды, сондытан ол ауіп тндірмейді. Егер ток кзіні ішкі кедергісі аз болса, ысаша тйыталу тогы лкен болады да ток кзі істен шыып алады.

Екінші шекті жадайа тізбекті тйыталмауы сйкес келеді. Бл жадайда ток кші нольге те болады, ток кзіні ішкі кедергісі болмайды, ток кзіні полюстеріні штарындаы кернеу Э..К. те болады.