O‘zbekiston respublikasi oliy va o‘rta maxsus ta’lim vazirligi o‘rta maxsus, kasb-hunar ta’limi markazi a. G. G‘aniyev, A. K. Avliyoqulov
Download 4 Mb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- 104- rasm. b) 103- rasm.
- Dielektrik singdiruvchanlik.
- 105- rasm. 106- rasm.
- 68- §. Elektr maydondagi o‘tkazgichlar
- Elektrostatik maydonda o‘tkazgich.
- 109- rasm.
- 69- §. Elektr sig‘imi. Kondensatorlar. Kondensatorlarni ulash
- Yakkalangan o‘tkazgichning elektr sig‘imi.
- Sharsimon yakkalangan o‘tkazgichning sig‘imi.
- Kondensatorlar dielektrik bilan ajratilgan ikkita o‘tkazgichdan (qoplamadan) iborat qurilmadir.
- Kondensatorlarning elektr sig‘imlari
- Kondensatorlarni parallel ulash.
- Kondensatorlarni ketma-ket ulash.
|
Qutblanish. Dielektriklar tashqi elektr maydonga kiritilsa, ularda noldan farqli elektr momenti vujudga keladi. Boshqacha aytganda, dielektriklar qutblanadi. Qutblanish deb tashqi elektr maydoni ta’sirida dielektrikdagi di pollarning maydon bo‘ylab joylashib qolishiga yoki maydon bo‘ylab joylashgan di pollarning vujudga kelishiga aytiladi. Dielektriklarning uch turiga mos ravishda qutblanish ham uch turga ajratiladi. 1. E l e k t r o n q u t b l a n i s h . Qutblanmagan molekula (103- a rasm) elektr maydoniga kiritilsa, maydon ta’sirida elektron orbitala- rining deformatsiyalanishi ro‘y berib, atomlarda dipol momentlari vujudga keladi (103- b rasm). 2. D i ð o l ( y o ‘ n a l i s h b o ‘ y i c h a j o y l a s h i b ) q u t b - l a n i s h . Betartib harakatda bo‘lgan qutblangan molekulalarning di pollari (104- a rasm) tashqi maydon bo‘ylab batartib joylashib qoladi (104- b rasm). 3. I o n l i q u t b l a n i s h . Òashqi maydon ta’sirida kristall panja- radagi musbat ionlarning maydon bo‘ylab, manfiy ionlarning esa qarama-qarshi tomonga siljishi ro‘y beradi. Qutblanganlik. Demak, dielektrik tashqi maydonga kiritilganda qutblanadi, ya’ni noldan farqli di pol momentiga ega bo‘lib qoladi. Dielektrikning di pol momenti quyidagicha aniqlanadi: = = = + + + å 1 2 1 ...
, v
n i i P P P P P r r r r r
(67.1) bu yerda i P r — bitta molekulaning di pol momenti, n — dielek- trikdagi molekulalar soni. Demak, dielektrikning di pol momenti undagi molekulalar di- pol momentlarining geometrik yig‘indisiga teng bo‘lar ekan.
www.ziyouz.com kutubxonasi 235 0
Dielektrikning ko‘p yoki kam qutblanganligini baholash uchun
langanlik deb dielektrikning birlik hajmiga to‘g‘ri keluvchi di pol momenti bilan aniqlanadigan kattalikka aytiladi: 1 , = å = = V n i i P P P V V r r r
(67.2) bu yerda V — dielektrikning hajmi. Izotrop dielektriklar uchun qutblanganlik qo‘yilgan maydon kuchlanganligiga proporsional: = e c 0
E r r , (67.3)
bu yerda c dielektrik qabul qiluvchanlik deyilib, moddaning tuzili- shi va temperaturasiga bog‘liq. U birliksiz kattalik bo‘lib, qiymati doimo noldan katta: c
Demak, qutblanganlik r
maydoni E r bo‘ylab yo‘nalgan bo‘ladi. Dielektrik singdiruvchanlik. Qutblanish natijasida dielektrik qirralarida qo‘shni dipollar bilan kompensatsiyalanmagan zaryadlar paydo bo‘ladi (105- rasm). Dielektrikning bir sirtida musbat zaryad- lar, ikkinchisida esa manfiy zaryadlar vujudga kelib, ular bog‘langan zaryadlar deyiladi. Bog‘langan zaryadlar dielektrik molekulalariga te- gishli bo‘lib, uning sirtidan uzoqlashtirilishi mumkin emas. Dielektrik ichida bog‘langan zaryadlar tomonidan vujudga keltiriladigan elektr maydon kuchlanganligi ¢ r
maydon kuchlanganligi 0 r
ga qarama-qarshi yo‘nalgan bo‘ladi (106- rasm). Demak, natijaviy kuchlanganlik r
105- rasm. 106- rasm. www.ziyouz.com kutubxonasi 236 xususiyatlariga bog‘liq bo‘lib, dielektrikka qo‘yilgan tashqi maydon kuchlanganligi r
0 ga proporsionaldir: 0 E E e = r r . (67.4) 0
E e =
r bu yerda dielektrik bo‘shliqdagi maydon kuchlanganligini necha marta kuchsizlantirishini ko‘rsatadi. U birliksiz bo‘lib, die- lektriklarning elektr maydonida qutblanish xususiyatlarini miqdoran tavsiflovchi kattalik hisoblanadi. e ga dielektrik singdiruvchanlik deyiladi. U dielektrik qabul qiluvchanlik bilan quyidagicha bog‘langan: e = 1 + c
(67.5)
Quyida ba’zi moddalarning dielektrik singdiruvchanliklari keltirilgan. 6- jadval Modda
e Modda
e Toza suv Havo Kvars
Radiotexnik chinni Transformator moyi 81 1,0006
4,5 80 ãà÷à
2,2 Parafin
Slyuda Shisha
Ebonit Kahrabo
2,2 6–8
6–10 3 2,8 Sinov savollari 1. Dielektriklar deb qanday moddalarga aytiladi? 2. Dielektrikning molekulasini elektr di poli sifatida qarash mumkinmi? 3. Bunday di pol- ning elektr momenti nimaga teng? 4. Birinchi guruh dielektriklar qanday dielektriklar? Misollar keltiring. 5. Ikkinchi guruh dielektriklar qanday dielektriklar? Misollar keltiring. 6. Uchinchi guruh dielektriklar qanday dielektriklar? Misollar keltiring. 7. Dielektriklarning qutblanishi deb nimaga aytiladi? 8. Dielektriklar nechta turli qutblanishi mumkin? 9. Elektron qutblanish qanday ro‘y beradi? 10. Dipol qutblanish qanday ro‘y beradi? 11. Ionli qutblanish qanday ro‘y beradi? 12. Qutblanganlik tushunchasi nima maqsadda kiritiladi? 14. Qutblanganlik deb nimaga aytiladi? 15. Qutblanganlik tashqi elektr maydon kuchlanganligiga bog‘liqmi? Yo‘nalishi-chi? 16. Dielektrik qabul qiluvchanlik qanday kattalik? Uning qiymati, birligi? 17. Bog‘langan zaryadlar deb qanday zaryadlarga aytiladi? 18. Bog‘langan zaryadlarni modda sirtidan uzoqlashtirish mumkinmi? www.ziyouz.com kutubxonasi 237 19. Dielektrik ichidagi maydon kuchlanganligining yo‘nalishi tashqi maydon kuchlanganligi bilan mos keladimi? Ular qanday bog‘langan. 20. Dielektrik singdiruvchanlik va uning fizik ma’nosi qanday ? 21. Dielektrik singdiruvchanlik va qabul qiluvchanliklar qanday bog‘langan?
M a z m u n i : o‘tkazgichdagi erkin zaryadlar; elektrostatik may- dondagi o‘tkazgich; elektrostatik himoya.
ham atomlardan tashkil topgan. Atom tarkibiga esa musbat zaryadlan- gan protonlar va manfiy zaryadlangan elektronlar kiradi. Normal holdagi atom elektroneytraldir. Chunki atom yadrosidagi protonlar soni «elektron qobig‘ida», yadro atrofida aylanadigan elektronlar soniga teng bo‘ladi. Elektronlar atomda yadroning elektr tortish kuchi ta’sirida tutib turi- ladi. Lekin metallar shunday xususiyatga egaki, tashqi ta’sir natijasida elektronlar o‘z atomlarini osongina tashlab ketishlari va boshqa atom tomonidan tutib olinmaguncha erkin harakatlanishlari mumkin. O‘z atomlari bilan aloqani yo‘qotgan elektronlarga erkin elektronlar deyiladi. Ularning harakati betartib xarakterga ega bo‘lib, temperatura ko‘tarili- shi bilan erkin elektronlarning harakat tezliklari ham ortadi. Metall o‘tkazgichda erkin elektronlarning konsentratsiyasi 10 28 m -3 bo‘ladi. Shu bilan birga elektronga qarama-qarshi yo‘nalishda u tark etgan atom, yani musbat ion ham harakatlanadi. Elektrostatik maydonda o‘tkazgich. Agar o‘tkazgich tashqi elektro- statik maydonga kiritilsa, o‘tkazgichdagi erkin zaryadlarga (elektronlar- ga va ionlarga) elektrostatik maydon ta’sir qiladi va musbatlari maydon bo‘ylab, manfiylari esa maydonga qarshi harakatga keladi (107- rasm). Natijada o‘tkazgichning AB sirtida ortiqcha erkin manfiy zaryadlar, SD sirtida esa ortiqcha musbat zaryadlar vujudga keladi. Bu zaryadlarga induksiyalangan zaryadlar deyiladi. Jarayon o‘tkazgich ichidagi kuch- langanlik nolga tenglashguncha, o‘tkazgich tashqarisidagi kuchlanganlik chiziqlari esa o‘tkazgich sirtiga perpendikular bo‘lguncha davom etadi (108- rasm). Bu esa o‘tkazgich ichidagi barcha nuqtalarda potensial doimiy (j = const), ya’ni elektrostatik maydondagi o‘tkazgich sirti teng potensialli ekanligini ko‘rsatadi.
www.ziyouz.com kutubxonasi 238 o‘tkazgichdagi zaryadlarning siljishi natijasida vujudga keladi va ular siljigan zaryadlarning sirt zichligi (s) deyiladi. O‘tkazgich yaqinida elektr siljishi r
siljigan zaryadlarning sirt zichligi s ga teng. Shuning uchun ham r
vektor elektr siljish vektori deyiladi.
barcha zaryadlar o‘tkazgich sirti bo‘ylab s zichlik bilan taqsimlana- di, ya’ni o‘tkazgichning ichida hech joyda ortiqcha zaryadlar bo‘lmaydi. (Zaryadning sirtiy zichligi Q S s =
munosabat bilan aniqlanib, o‘tkazgich- ning birlik sirtiga to‘g‘ri keluvchi zaryadlarni ko‘rsatadi va 1 C/m 2 larda o‘lchanadi.) Zaryad kovak o‘tkazgich holida ham, xuddi yaxlit o‘tkazgich kabi sirt tekisligi bo‘ylab taqsimlanadi. Bu xulosa quyidagicha tajriba o‘tkazgan M. Faradey tomonidan aniq namoyish etilgan (109- rasm). Agar sim to‘rdan qafas shaklidagi Shunday qilib, elektrostatik maydonga kiritilgan neytral o‘tkazgich kuchlanganlik chiziqlarining bir qismini uzadi. Ular in- duksiyalangan manfiy zaryadlarda tugab, musbat zaryadlardan yana qayta boshlana- di. Induksiyalangan zaryadlar o‘tkazgich- ning tashqi sirtida taqsimlanadi.Òashqi elektrostatik maydon ta’sirida o‘tkazgich ichidagi zaryadlarning qayta taqsimlanish hodisasi elektrostatik induksiya deyiladi. 108- rasmdan ko‘rinib turibdiki, induk- siyalangan zaryadlar maydon ta’sirida
(Faradey qafasi) yopiq kovak o‘tkaz- gich tayyorlab, uni izolatsiyalangan tayanchga o‘rnatib, ichki va tashqi sirtlariga elektroskop vazifasini bajara oladigan qog‘oz bargchalari osib qo‘yilsa va qafas elektrofor mashina yordamida zaryadlansa, faqat tashqa- ridagi qog‘oz bargchalarigina ko‘ta- rilishi kuzatiladi. Bu qafas ichida elektr maydoni yo‘qligini ko‘rsatadi. Shunday qilib, o‘tkazuvchi sirt o‘zi o‘rab tur- gan soha fazosini elektr maydon ta’siridan ishonchli himoya qiladi. Bunday sirtlardan elektrostatik himoya sifatida foydalaniladi. 109- rasm. www.ziyouz.com kutubxonasi 239 Sinov savollari 1. Erkin elektronlar deb qanday elektronlarga aytiladi? 2. Metallarda erkin elektronlar qayerdan paydo bo‘ladi? 3. Metall o‘tkazgichlarda erkin elektronlarning konsentratsiyasi qancha? 4. Elektron tark etgan musbat ion o‘zini qanday tutadi? 5. Agar o‘tkazgich tashqi elektrostatik maydonga kiritilsa qanday hodisa ro‘y beradi? 6. Induksiyalangan zaryadlar deb qanday zaryadlarga aytiladi? 7. Induksiyalanish jarayoni qachongacha davom etadi? 8. Qachon o‘tkazgich ichidagi potensial doimiy bo‘ladi? 9. O‘tkazgich ichida kuchlanganlik chiziqlari qanday o‘zgaradi? 10. Elektrostatik induksiya deb qanday hodisaga aytiladi? 11. Induksiyalangan zaryadlar qayerdan paydo bo‘ladi? 12. Elektr siljishi va siljigan zaryadlarning sirt zichligi orasida qanday munosabat mavjud? 13. Zaryadning sirtiy zichligi deb qanday kattalikka aytiladi? 14. Zaryad o‘tkazgichda qanday taqsimlanadi? 15. Faradey qafasini bilasizmi? 16. O‘tkazuvchi sirtlarning qanday xususiyatlari ulardan elektrostatik himoya vositasi sifatida foydalanishga imkon beradi?
M a z m u n i : yakkalangan o‘tkazgichning elektr sig‘imi; sharsimon yakkalangan o‘tkazgichning sig‘imi; elektr sig‘imining birligi; kondensatorlar; kondensatorlarning elektr sig‘imlari; kondensatorlarni ulash. Yakkalangan o‘tkazgichning elektr sig‘imi. Boshqa o‘tkazgichlar, jismlar va zaryadlardan uzoqlashtirilgan o‘tkazgich, ya’ni yakkalan- gan o‘tkazgichni ko‘rayotgan bo‘laylik. Bunday o‘tkazgichning elektr sig‘imi nimalarga bog‘liq bo‘ladi? Òabiiyki elektr sig‘imi undagi zaryad miqdoriga to‘g‘ri proporsional, ya’ni undagi zaryad miqdori qancha ko‘p bo‘lsa, bu o‘tkazgichning elektr sig‘dira olish xususiyati, elektr sig‘imi shuncha katta ekanligini ko‘rsatadi. Quyidagi
j = (69.1)
ifoda bilan aniqlanadigan kattalik yakkalangan o‘tkazgichning elektr sig‘imi deyiladi. Yakkalangan o‘tkazgichning elektr sig‘imi uning potensialini bir birlikka o‘zgartiradigan zaryad miqdori bilan aniqlanadi. Shunday qilib, o‘tkazgichning yoki o‘tkazgichlar sistemasining elektr sig‘imi, shu o‘tkazgich va o‘tkazgichlar sistemasi o‘zida elektr zaryadini yig‘a olish xususiyatini xarakterlovchi fizik kattalikdir. Umumiy holda o‘tkazgichning sig‘imi u turgan muhitga va uni o‘rab turgan jismlarga bog‘liq bo‘ladi. Shu bilan birga, misol uchun www.ziyouz.com kutubxonasi
240 bochkaning sig‘imi unga quyiladigan suvning miqdori va zichligiga bog‘liq bo‘lmaganidek, o‘tkazgichning elektr sig‘imi ham unga be- rilgan zaryad miqdori va potensialiga bog‘liq emas. Elektr sig‘imi birligi. SI da elektr sig‘im birligi qilib farad (F) qabul qilingan. U ingliz fizigi M. Faradey sharafiga shunday nomlangan. 1 F sig‘im shunday yakkalangan o‘tkazgichning sig‘imiki, unga 1 C zaryad miqdori berilganda potensiali 1 V ga o‘zgaradi. 1F juda ulkan kattalik. Hattoki Yer sharidek o‘tkazgichning sig‘imi ham 7 · 10 –4 F ni
tashkil etadi. Shuning uchun ham amalda uning ulushlari bo‘lgan birliklar: 1 mF = 10 -6 F, 1 nF = 10 -9 F, 1 pF = 10 -12 F lardan foydalaniladi. Sharsimon yakkalangan o‘tkazgichning sig‘imi. Bizga ma’lumki, R radiusli sharsimon o‘tkazgichning sirtidagi potensiali 0 4 Q R pe j = ga teng. Agar j ning bu qiymatini (69.1) ga qo‘ysak, quyidagiga ega bo‘lamiz: C = 4pe 0
(69.2)
bu yerda e 0 — elektr doimiysi. Agar shar e dielektrik singdiruvchanlikli bir jinsli muhitda turgan bo‘lsa, uning sig‘imi quyidagicha aniqlanadi: C = 4pe 0 eR. (69.3) Agar (69.3) ifodadan e 0 ni topsak, 0 4 R C pe e = va bu ifoda yordamida e 0 ning SI dagi birligini aniqlasak, [ ] [ ]
[ ] 0 F m 1
R e =
= ni hosil qilamiz. Demak, e 0 uchun biz oldin foydalangan bu birlik sig‘imning ifodasi yordamida hosil qilingan ekan. Kondensatorlar. Amalda elektr zaryadlarini yig‘ish va zarur bo‘lganda ulardan foydalanish juda muhimdir. Shu maqsadda kon- densator deb ataluvchi qurilmalardan foydalaniladi. Ularning o‘lcham- larini iloji boricha kichraytirish, elektr sig‘imlarini esa kattalashtirish muhim ahamiyatga egadir. Kondensatorlar dielektrik bilan ajratilgan
kondensatorning sig‘imiga tashqi jismlar ta’sir etmasligi, yig‘adigan zaryadlari esa qoplamalar orasidagi tor tirqishda to‘planmog‘i kerak. Bunday shartlarni esa: 1) ikkita yassi plastinkadan; 2) ikkita ichma- ich silindrdan; 3) ikkita ichma-ich sferadan iborat sistemalargina bajarishi mumkin. Shuning uchun ham, shakliga qarab kondensatorlar www.ziyouz.com kutubxonasi
241 yassi, silindrik va sferik kondensatorlarga ajratiladi. Maydon kondensa- tor ichida mujassamlashgani sababli, kuchlanganlik chiziqlari bir qop- lamadan boshlanib ikkinchisida tugaydi. Shuning uchun ham qoplama- lardagi erkin zaryadlarning miqdorlari teng, ishoralari esa qarama- qarshi bo‘ladi. Kondensatorning sig‘imi unda yig‘ilgan zaryad miqdori Q ning qoplamalar orasidagi potensiallar farqi j 1 — j
2 ga nisbati bilan aniqlanadi: 1 2
Q C j - j
=
(69.4) Kondensatorlar teshish kuchlanishi bilan xarakterlanadi. Qopla- malar orasidagi potensiallar farqi bu kuchlanishdan ortsa, elektr zaryadi dielektrik qatlami orqali o‘tadi. Kondensatorlarning elektr sig‘imlari. 1. Y a s s i k o n d e n s a t o r - n i n g s i g ‘ i m i (110- a rasm): 0
e e
=
(69.5) bu yerda S — kondensator qoplamasining yuzi, d — qoplamalar orasidagi masofa, e — qoplamalar orasidagi dielektrikning sing- diruvchanligi. 2. S i l i n d r i k k o n d e n s a t o r n i n g s i g ‘ i m i (110- b rasm): ( )
0 2 , ln L R r C pe e
=
(69.6) bu yerda R va r — ichma-ich silindrlarning radiuslari, L — silindr- ning balandligi 3) S f e r i k k o n d e n s a t o r n i n g s i g ‘ i m i (110- d rasm): 0 4
rR R r C pe e
- =
(69.7) bu yerda r va R — sferalarning radiuslari. (69.6) — (69.7) formulalardan ko‘rinib turibdiki, ularning sig‘imi qoplamalar orasidagi dielektrikning dielektrik kirituvchanligiga to‘g‘ri proporsionaldir.
16 Fizika, I qism www.ziyouz.com kutubxonasi
242 Kondensatorlarni parallel ulash. Sig‘imni orttirish yoki uning kerakli qiymatini hosil qilish uchun kondensatorlar bir-birlariga ulanib batareya hosil qilinadi. Ularni ikki xil : parallel va ketma-ket usullarda ulash mumkin. Soddalik uchun uchta kondensator ulangan holni ko‘ramiz. Lekin xulosalar istalgan miqdordagi kondensatorlar uchun ham o‘rinli bo‘ladi. Parallel ulanganda kondensatorlarning bir xil ismli qoplamalari birga ulanadi (111- rasm). Bunda batareyaning umumiy zaryadi
1 + Q 2 + Q 3 ga teng bo‘ladi. Lekin Q 1 = U AB · C 1 ;
2 = U AB · C 2 ; Q 3 = U AB
3 bo‘lganligidan: Q um = U AB (C 1 + C 2 + C 3 ). Bunday batareyaning sig‘imi: C um = um AB Q U = C 1 + C 2 + C 3 .
kirgan kondensatorlar sig‘imlarining yig‘indisiga teng bo‘ladi: 1
um i i C C = = å . (69.8)
Bu yerda n — batareyadagi kondensatorlar soni. Agar kondensa- torlarning sig‘imlari bir xil bo‘lsa, quyidagiga ega bo‘lamiz: C um = n · C. (69.9) Kondensatorlarni ketma-ket ulash. Ketma-ket ulanganda konden- satorlarning turli ismli qoplamlari bir-biriga ulanadi (112- rasm). Bunda batareyaning zaryadi Q um = Q 1 = Q 2 = Q 3 ga teng bo‘ladi. A va B nuqtalar orasidagi kuchlanish: U AB = U 1 + U 2 + U 3 = 1 2 3 um 1 2 3 1 2 3 1 1 1 . Q Q Q C C C C C C Q æ ö + + = + + ç ÷ è ø Agar C um = um AB Q U ekanligini nazarda tutsak, Download 4 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|