Тұрақты электр тогы. Электромагниттік индукция құбылысы

      Сонан соң   ₁  батареясынан  алынатын  кернеуді потенциометр  көме-гімен  10 В-тан  өсіре  отырып, анодтық  токтың  сәйкес  мәндерін  жазамыз. Тіпті тақтаға  кесте  сызуға болады. Алынған  кесте  көмегімен  график  салынады (37 – сурет).

      Катодтың  температурасын  өсіріп  (Т₂ >Т₁) тағы  бір  сипаттаманың  графигін  салуға  болады. Сонан  соң  алынған  тәуелділік  талқыланады. Анодтық  кернеудің  (U_а) төменгі  мәндеріндегі  токтың  (І_а) өзгерісіне  катод айналасындағы электрондық бұлттың (оны  көлемдік  заряд  деп  те  атайды) әсері  түсіндіріледі. Кернеудің белгілі мәнінен бастап, катодтан  шығатын барлық  электрондардың  анодқа  тартылып  кетуіне байланысты  анодтық ток қанығу  мәніне  жетеді, кернеуді  әрі қарай өсіргенмен  анод-тық  ток  өспейді. Катод  температурасын  өсіргенде  тәуелділік сипаты сол  күйінде  қалатындығына  оқушылардың  назарын  аударамыз.

   Вакуумдағы  электр  тогының кернеуге  тәуелділігі металдардағы  токтың  кернеуге  тәуелділігіне ұқсамайтындығын, металдардағы  ток  пен  кернеу-дің  байланысы  Ом  заңына  бағынатындығын  айтуға  болады.

    Оқушыларға  катод  пен  анод  арасындағы  электронның  қозғалыс жылдамдығы  жөнінде  түсінік  беріледі. Электрон  вакуумда  еш  кедергісіз  қозғала  алатындықтан, электр  өрісінің  әсерінен  ол  үдемелі  қозғалысқа  түседі. Анодқа  жеткен кездегі оның  жылдамдығы  максимальді. Егер  анодтық кернеудің мәні  100 В болса, онда  электрон  анодқа  жеткен  кезде-гі  оның  кинетикалық  энергиясы  mv / 2  электр  өрісінің  жасаған  жұмысына  (еU_а) тең , немесе

                  = еU_а ,  одан  v=   = 6 * 10⁶ м/c

       Бұл  жылдамдықты  электрондардың  металдағы  жылдамдығымен   салыстыруға  болады.

    Термоэлектрондық  эмиссия  механизмін  тура  бақылауға  болмайтын-дықтан, электрондық  шам  жөніндегі  кинофильмдерді  көрсету  өте тиімді  екендігін  ескертеміз.

  3) Электронды-сәулелік түтікше. Электронды-сәулелік түтікшенің  құрылысымен және оның  жұмысымен  оқушыларды  таныстыру  үшін  электростатикалық  басқарушы  жүйелі  осциллографиялық  түтікшемен  таныстырған  тиімді. Кейбір  физикалық  кабинеттерде  оның  демонстра-циялық  варианты  да  болуы  мүмкін.

          Электронды-сәулелік түтікшенің  құрылымын  түсіндіру  үшін  оның  схемалық  кескіні  (38-сурет) бейнеленген  плакатты  пайдалануға  болады, өйткені  түтікшенің  өзінен  оның  жұмысшы  бөліктерін  ажыратып  көрсету  мүмкін  емес.

     Электронды-сәулелік түтікше негізгі төрт  бөліктен  тұрады: жоғарғы вакуумды  қолбадан, электрондық  прожектордан, электрондық  сәулені  басқарушы  жүйеден  және  люминесценттік  экраннан.

      Электрондық  прожекторға, оны  электрондық  зеңбірек  деп те  атайды, катод, басқарушы  және  фокустаушы  электрондар  мен  анод  енеді, оның  негізгі  қызметі-интенсивтілігі  белгілі, фокусталған  жіңішке  электрондық  сәуле  жасау. Электрондық  прожектор  қалыпты  жұмыс  істейтін  болса, экранның  дәл  ортасында, диаметрі миллиметрдің  бөлігіндей  болатын  жарық  нүкте  беруі  тиіс.

         Электрондық  прожектордың  шыққан  электрондар  шоғы  экранға  барар  жолда  конденсаторлар  тәріздес, бірінен  кейін  бірі  орналасқан, жазықтық-тары  өзара  перпендикуляр  екі  жұп  пластиналар  арасынан  өтеді, бұл пластиналарды басқару жүйесі немесе ауытқытушы жүйе деп атайды. Плас-тиналардың  бір  жұбы, астарларының  зарядына  байланысты, электрондық  сәулені  вертикаль  бағытта, ал  екінші  жұбы – горизонталь  бағытта  ығыстырады. Егер  пластиналардың  бірінші  жұбына  айнымалы  кернеу  берілсе  экранда  вертикаль  жарық  сызық  пайда  болады да, дәл  сондай  кернеу  екінші  жұбына  берілгенде – горизонталь  жарық  сызық  береді.

       Люминисценттік  экран қолбаның  ішкі  жағынан, электрон  шоғы  келіп түскенде  жарық шығаратын қасиеті  бар  зат (люминофор) жағы  арқылы  дайындалады. Ондай  қасиеті  бар  заттар  жөнінде  болашақта  айтылатын-дығы  туралы  ескерту  керек.

             Электронды-сәулелік түтікшенің  осы  айтылған  бөліктерін  мектеп  осциллографынан  көрсетіп, электрондық  вертикаль  және  горизонталь  бағыттар  бойынша  жылжытуға  болатындығын  демонстрациялау  керек.

     Электронды-сәулелік түтікшелердегі  басқару  жүйесі  ретінде  тек  электростатикалық  өріс  ғана  емес, магниттік  өріс те  қолданылатындығы  айтылуы  тиіс.

     Баяндауды  электронды-сәулелік  түтікшелердің  осциллографтарда, кине-скоптарда, электрондық  есептеу  машиналарының  дисплейлерінде  және де  басқа  әр түрлі  электрондық  құрылғыларда  қолданылатындығын  айтумен  аяқтаймыз.

      Тақырыпты бекіту  үшін  «электронды-сәулелік  түтікше»  деп аталатын, екі бөлімнен  тұратын кинофильмді көрсетуге болады.              

      Металл атомындағы валентті электрондар өте әлсіз байланысқан. Олар өз атомдарынан босанып шыққаннан кейін бос күйге түседі. Осы бос элек-трондардың металдан сыртқа шығуы электрондар эмиссиясы деп аталады. Металдардан электрондарды бөліп алудың бірнеше әдісі бар. Солардың бірі металды қыздыру. Металды қыздырғанда одан электрондардың бөлініп шығу құбылысын термоэлектрондық эмиссия деп атайды. Бұл құбылысты 1883 жылы Эдисон ашты. Егер осы электрондарды бір бағытта қозғалуға мәжбүр етсек, онда ток пайда болады, оны термоэлектрондық ток деп атайды. Термо-электрон құбылысын бақылау үшін ауасы сорылып алынып ( қысымы 10^-6-10^-7мм.сын.бағ.), ішіне екі электрод орнатылған шыны ыдыс қолданылады. Оны диод деп атайды. Электродтардың біреуі катод делінеді, ол өте нашар балқитын металдан (мысалы, вольфрам) жіп түрінде (спираль) жасалады. Катод ток көзі арқылы қыздырылады, сөйтіп одан электрондар бөлініп шығады. Ал анод цилиндр формалы металдан жасалады. Қыздыру батареясының көмегімен катод қызады да, одан электрондар бөлініп шығады. Катодтың айналасында электрон «бұлты» пайда болады.осы кернеудің жәрдемімен электрондар анодқа қарай жол тартады. Бұл кезде анод батареяның оң полюсімен жал-ғанады. Нәтижесінде, катодтан анодқа қарай бағытталған электр тогы пайда болады.

     Анодтың кернеуі белгілі бір  шамаға жеткеннен кейін токтың  өсуі тоқталады. Әрі қарай кернеуді қанша өсіргенімен ток шамасы өзгермейді. Бұл токты қанығу тогы деп атайды.

     Катодтың температурасын өсіретін болсақ, онда қанығу тогының күші өсетінін байқаймыз.

    Диод арқылы ток тек бір бағытта ғана жүреді. Атап айтқанда, анодты батареяның оң полюсімен, катодты теріс полюсімен жалғағанда ғана диодта ток пайда болады. Ал, анодты батареяның теріс полюсімен жалғасақ, онда диод арқылы ток жүрмейді. Диодтың осы қасиеті айнымалы токты түзету үшін қолданылады. Осы мақсатта қолданылатын диодтарды кенотрондар деп атайды          Трансформатордың бірінші орамына айнымалы ток беріледі. Ал, екінші орамында жиілігі берілген айнымалы токтың жиілігіне тең, айнымалы ток пайда болады. Периодтың жартысындай уақытта айнымалы ток 1К₁421 бағытымен жүріп өтеді.

      Периодтың қалған бөлігінде ток 3К₂423 бағытымен жүріп өтеді. 

           Триод- үш электродты шам. Анод пен катодтың ортасында тор болады. Тор катодқа жақынырақ орналасады. Сондықтан тор мен катодтың арасындағы потенциалдар айырмасының өзгеруі катод айналасындағы электр өрісі кернеулігіне көп әсерін тигізеді. Катод пен тор арасындағы потенциалдар айырмасын торлық ток деп атайды. Торлық ток нөлге тең болғанда тордың шамдағы токқа ешқандай әсері болмайды. Егер торды оң зарядтасақ, онда электрондық ток көбейеді. Ал торды теріс зарядтасақ, ток азаяды. Олай болса, триодтағы анодтық ток тордағы кернеуге байланысты.

     Анодтық токтың тордағы кернеуге  байланыстылығы шамның торлық  сипаттамасы деп аталады.     Электронды шам үш параметрмен сипатталады, оның біріншісі торлық сипаттаманың тіктігі деп аталады. Анодтық кернеу du_a=const тұрақты болғанда тіктік мынаған тең:    

                                            S=dI_a/dU_T ,   

Мұндағы  U_T- тор кернеуі.

      Графикке көз салсақ, оның АВ  бөлігінің түзу сызық екенін байқар едік. Бұл торлық сипаттаманың жұмыстық бөлігі деп аталады.       Күшейту коэффициенті шамның екінші статикалық параметрі болады. Анодтық ток тұрақты болғанда  dI_a= const  анодтық және торлық кернеулердің ара қатынасын ашып береді, яғни 

                                                              µ= - dU_a/dU_T .

үшінші  параметр шамның кедергісі делінеді. Ол мынаған тең:          

                                                              R_i = dU_a/dI_a

Электрондық шамның бұл үш параметрінің арасында мынадай байланыс бар:   µ= SR_i , мұны шамның негізгі теңдеуі дейді. Триод өте әлсіз электр тербелістерін күшейту үшін қолданылады.

    Берілген сынақ жүйесіндегі   тыныштықтағы зарядталған бөлшектер  мен денелер бір – бірімен  электростатикалық өрістің көмегімен әсерлеседі. Уақыт бойынша өзгермейтін өрісті электростатикалық өріс дейміз.

      Электр  зарятарының қозғалысымен байланысты құбылыстар мен процестерді зерттейтін бөлінді электродинамика дейміз.

      Тоқтын  пайда болып, жүруі үшін екі шарт орындалуы қажет.

      1.Ортада  еркін қозғалатын бос электрондардың  болуы қажет 

2. Бөлшектерді  белгілі бір бағытқа қозғалысқа  келтіретін                  берілген ортада электр өрісінің  болуы қажет, ол үшін электр  энергиясының көзі керек. 

Ток күші дегеніміз: I=dq/dt

Егер ток күші және бағыты уақыт бойынша өзгермесе ток тұрақты ток деп аталады. 1A=1кл/с 

1.2 Ом, Джоуль- Ленц заңы, Кирхгоф ережесі

Ом  заңы

          Электр тоғынынбағытын сипаттау  үшін электр тоғының тығыздық  векторы деген шама ендіріледі.

                  J = dJ/dS_┴               dS_┴ = dSCosα

            Классикалық электрондық  теорияда қорытылып шығарылғын ток  тығыздығы үшін Ом заңы.

Ом заңыныың дифференциал түрі: j=γĒ(1/ρ)Ē(i)  

                                       γ- меншікті электр өткізгіштік

                                       ρ- меншікті электр кедергісі                

      Ом  заңын былай қорытып шығаруға болады.

                        Ē = Ē _кул+ Ē _сырт

Ē– қорытқы күш, өрісінің кернеулігі

Ē _кул – кулондық күштер өрісінің кернеулігі

Ē _сырт – сыртқы күштер өрісінің кернеулігі 
 

Джоуль  – Ленц заңы.

      Өткізгіштің бойымен ток жүргенде кедергі  күшін жеңу үшін Өріс тарапынан белгігі  энергия жұмсалады осының нәтижесінде  өткізгіш қызып жылу жұмсалады. Осы  жылудың өткізгіш бойындағы токты  сипаттайтын шамалармен байланысын тағайындаған заң Джоуль Ленц заңы деп аталады.

      Математикалық өрнегі

                        Q = I²R∆t = IU∆t = U²/R∆t

      Интегральдық  түрі деп аталады  Ρ=I²/γ  - дифференциалдық түрі. 

Кирхгоф ережесі

       Тармақталған тізбекті зерттеудің нәтижесінде неміс ғалымы Кирхгоф екі заң ашты.

1. Кирхгофтың бірінші заңы.

Тармақталған  ток тізбегіндегі түйіндердің ток  күшінің мәні нольге тең болады.

                                   I + I + I = 0

                                     n                 n

                             Σ Ii Ri =    Σ

                                   k=1            i =1

      2.Кирхгофтың екінші заңы

                  n                n

                 Σ Ii Ri = Σ

                i=1             i=1

Бұл заңды пайдаланғанда  мынаны ескеру қажет

1. Контурдың  бәрін бір бағытта айналып шығу қажет

2. сыртқы тізбекке беретін токтың бағыты (+) болып, қарсы бағытқы (-) болады.

ІІ  Электромагниттік индукция құбылысы. 

2.1 Электромагниттік  индукция құбылысының  ашылу 

                     тарихы. Фарадей заңдары.

    1.Электромагниттік индукция құрылысының ашылу тарихы.

  Электромагниттік индукция құбылысы 1831ж Фарадей ашқан. Кез келген тұйық контурдан өтетін магнит индукциясы ағынын өзгертсек электр тоғы пайда болады, осы тоқты индукциялық тоқ дейміз.

   Тәжірибе  жүзінде индукциялық тоқтың шамасы магнит ағынын өзгертудің эдісіне байланысты емес, магнит ағынын өзгертудің  жылдамдығына тәуелді болады.  Сонымен электр тоғын магнит өрісі көмегімен алуға болады.