Газдық разрядтар түрлері

Газдардың құрамында еркін зарядталған бөлшектер жоқ. Сондықтан қалыпты жағдайда газ аркылы электр тогы жүрмейді. Егер газ құрамына зарядталған бөлшектер енгізсе, олар сыртқы өpic әсерінен реттелген козғалысқа келеді, яғни газ арқылы электр тогы жүреді. Егер сырткы электр өpici үлкен болса, газға кіргізілген зарядтардың осі өpicтегi алатын энергиясы газ молекулаларынан электрондар ұшырып шығаруға жеткілікті болады. Cөйтіп газға кіргізілген зарядталған бөлшектермен қатар газ молекулаларының иондалу кезінде пайда болатын меншікті заряд­талған бөлшектер - электрондар мен иондар пайда болады. Газ аркылы ток жүру процесін газдық разряд деп атайды. Егер газдық разряд кірме зарядталған бөлшектерге (иондаушы көздің болуына) байланысты болса, разряд тәуелді деп аталады. Егер ток меншікті зарядталған бөлшектердің таскын өсуінің нәтижесінде кірме зарядтардың шамасы өте аз болғанда да жүре беретін болса, разряд тәуелсіз деп аталады.

Тәуелді разряд кезінде бірлік көлемдегі электрондар мен ион­дардың сандары үш түрлі себептің нәтижесінде өзгереді. Бipiншіci -сырткы иондаушы көздің әсерінен бірлік көлемде бірлік уакытта , пар иондардың пайда болуынан, екіншісі - рекомбинация процeci кезінде бірлік көлемде бірлік уакытта пар иондардың жоғалуынан, үшіншіci - сырткы өрістің әсерінен бірлік көлемнен бірлік уакытка электродтарға қарай пар иондар сорылып алынады. Динамикалық тепе-тендік күй орнықканнан кейін төмендегідей тендік орындалуы керек

(8.3.2.1)

Иондаушы көздің бірлік көлемде бірлік уакытта тудыратын пар иондар саны белгілі болуға тиісті. Рекомбинациялану кезінде жоғалатын пар иондардың саны оң және тepic иондардың динамикалық тепе-тең күйдегі концентрацияларының көбейтіндісіне пропорционал болуы керек

(8.3.2.2)

мұндағы r - рекомбинациялану коэффициенті деп аталады. Бұл шама газдың табиғатына байланысты. Мысалы, ауа үшін r = .

Тәуелсіз разряд. Кернеуліктің мәні белгілі бip шамаға жеткен кезде токтың шамасы өте жылдам өсе бастайды (1-сурет) Осы кезден бастап тәуелді разрядтың тәуелсіз разрядка өту мүмкіндігі туады. Ceбeбi күштi өpicтe үдетілетін, яғни жылдамдықтары жылдам өсетін электрондардың газ молекулаларымен соктығыскан кезде оларға беретін энергиясы молекуланы иондауға қажетті энергиядан артық болады ().

газ разрядтарының негізгі түрлері. Газдық разрядтарды негізінен солғын, ұшқын, тәж және доғалық разрядтар деп төрт топқа бөледі.

1) Солғын разряд. Солғын разряд ішінде қысымы бірнеше мм сынап бағанасына тең газ бар, ұзындығы жарты метрдей түтіктің карама-карсы ұштарында орналасқан электродтарға бірнеше жүздеген вольт кернеу берген кезде пайда болады. Бұл кезде сәулелену бүкіл түтікті толтырады. Қысым 0,1-0,01 мм сынап бағанасына тең болған кезде разрядтың құрылысы 8.3.4-суретте көрсетілгендей болады. Осы суретте кернеудің түтік бойымен өзгеруі келтірілген.

8.3.4.1 – сурет

Катодтың тікелей жанында астон караңғы кеңістігі жатады. Бұл кеңістікте катодтан ұшып шыққан электрондардың сыртқы өpicтe алған энергиясы газ молекулаларын коздыруға жеткіліксіз болады. Астон караңғы кеңістігінің ені миллиметрдің оннан бip бөлігіндей және газ қысымына кepi пропорционал болады. Одан кейін катодтық қабат деп аталатын жарқылдайтын жұка кабат (2) жатады. Бұл кабатта газ молекулалары мен атомдары электрондар соккысынан энергетикалык деңгейлері жоғары козған күйлерге өтеді, бipaқ ионизация процесі әлі жоктың касы болады. Катодтық кабаттан кейін Крукс қараңғы кеңістігі (3) жатады. Бұл кеңістік шынында караңғы емес, тек өзін екі жактан шектейтін жарығырақ облыстарға қарағанда караңғы болып көрінеді. Мұнда газ атомдары мен молекулаларының жалпылама ионизациялануы, яғни электрон­дық тасқын (лавина) пайда болады. Бұл кезде сәуле шығаратын козған атомдар мен молекулалардың өте азайып кететіндіктен кеңістік қараңғы болып көрінеді. Крукс қараңғы кеңістігі кенеттен солғын сәулеленуге (4) көшеді. Сәулеленудің пайда болуы электрон­дар мен оң иондардың бейтараптануы мен козған атомдардың төменгі энергетикалық деңгейлерге өтуінен. Анодқа карай жылжыған кезде солғын сәулелену бipтe-бipтe Фарадей қараңғы кеңістігіне (5) өтеді.Бұл кеңістікке электрондар мен иондар диффузиялану арқылы жетеді, мұнда олардың саны онша емес, сондықтан рекомбинациялану процесінің интенсивтігі азаятындықтан кеңістік караңғы болып көрінеді. Фарадей караңғы кеңістігінен әpi анодқа дейін разрядтың оң баған (6) деген бөлігі жатады. Оң баған көлемдік зарядының тығыздығы жоктың касы электрөткізгіштігі жоғары иондалған газ-плазма.

2) Ұшқын разряд. Егер белгілі бip кашықтықта орналаскан екі шар электродтар алып, олардың арасында кернеу тудырса электродтар арасында тармакталған, бip-бipiмeн жалғасатын, жаркыл­дайтын жіңішке жолақтар пайда болады. Тармакталған канал арқылы аз уакытта өзгеріп тұратын күші - үлкен ток импульсі өтіп отырады. Осындай разрядты ұшкын разряд деп атайды (2-суретке кара).

Ұшкын разряд өpic кернеулігінің тесіп өту мәнінің газ кысымына катынасы Пашен заңына бағынады, яғни

Атмосфералык кысымда ауаны тесіп өтетін

кернеуліктің мәні 30000 В/см. Табиғи жағдайда ұшкын разряд найзағай түрінде байкалады. Бұл разряд кезінде ток имульсі жүретін каналдың (плазманың) температурасы 10000 К дейін жететіндіктен өткізгіш каналдағы иондалған газдың қысымы жылдам артып, дыбыстық және соққы толкындар тудырады. Сондықтан ұшқын разряд кезінде әлсіз дыбыстан бастап қатты гүрілге дейін естіледі.

3) Тәж разряд. Егер екі электродтың бipeyiн қисыктығы өте үлкен (кисыктың радиусы өте аз) үшкір сым түрінде алса, оның маңында бipтeктi емес күшті электр өpici туады. Осы электрод маңында тәжге (тікірейген шашқа) ұқсас жаркылдайтын жіңішке каналдар пайда болады. Осындай разрядты тәж разряд деп атайды. Егер ток разряд тepic электрод маңында туатын болса оң тәж деп атайды. Тәж разряд кезінде екінші электрод ролін жермен қосылған кезкелген электрод атқаруы мүмкін. Оң және тepic тәждердің пайда болу механизмдері әртүрлі.

4) Доғалық разряд. Егер түйісіп тұрған екі электродтарды үлкен гальвани батареясына қосканнан кейін бip-бipiнeн ақырын алыстата берсе, екі электрод арасында көз каратпайтын жарықтану пайда болады. Электродтар горизонталь орналасқанда жарық шығарып тұрған газ доға түрінде салбырап тұрады. Сондықтан бұл разрядты доғалық разряд деп атайды. Доғалық разрядты 1802 жылы біріншi байқаған В.В.Петров. Доғалық разряд кезіндегі ток күшінің шамасы ондаған мың амперге дейін жетеді, ал электродтар арасын­дағы кернеудің түсуіне бірнеше ондаған вольт болады.

 

74.Конденсаторлар және олардың сыйымдылығы Конденсатор деп арасындағы кеңістікке сыртқы өрістің әcepi болмайтын етіп орна-ластырылған екі өткізгіштен тұратын системаны айтады. Өткізгіштер конденсатордың астарлары деп аталады және олар шамалары тең таңбалары қарама-қарсы зарядталады. Астарларының түріне қарай конденсаторларды жазық, цилиндрлік және сфералық деп бөледі. Конденсатордың сыйымдылығы оның астарларына берілген зарядтың астарларының арасындағы потенциалдар айырымының қатынасымен анықталады:

Жазық конденсатор деп жақын орналастырылған екі жазық өткізгіштен (пластинадан) тұратын системаны айтады (2.4.9.1.1-сурет). Конденсатор астарларының арасындағы кеңістікке сыртқы өрістің әcepi болмауы үшін шарты орындалуы керек және осы шарт орындалғанда астарлар арасындағы өpicтi біртекті деп есептеуге болады.Өрістің кернеулігі -ға тең болады. Ал астарлар арасындағы потенциал айырымы, өріс біртекті болғандықтан Сыйымдылықтың анықтамасы бойынша

Цилиндрлік конденсатордың астарлары концентрлі цилиндрлер болады. Цилиндрлік конденсатор үшін болуы керек. Радиусы аралығында жататын цилиндрлік бетке Гаусс теоремасын қолданып, конденсатор астарларының арасындағы өpic кернеулігін табамыз (2.4.9.2.1-сурет). Бұл кезде шартты пайдаланып, өpic кернеулігі цилиндр өсіне перпендикуляр бағытталған деп есептейміз.

,

Енді қатынасын пайдалансақ:

Соңғы теңдіктен,

Сфералық конденсатор сыйымдылығының алдыңғы екі пункттердегі әдісті пайдаланып

болатынын көрсету керек. Сонымен қатар цилиндрлік және сфералық конденсаторлар сыйымдылықтарының , кезде жазық конденсатор сыйымдылығына ұмтылатына көз жеткізу керек.

Магнетиктер түрлері

Егер тогы бар шексіз ұзын соленоидтің ішіндегі вакуумды кез келген затпен толтырсақ, ол зат магниттеледі. Нәтижесінде осы зат молекулаларының тудыратын магнит өрісінің В` индукциясы мен соленоид ішіндегі вакуумдық кеңістікте пайда болатын біртекті магнит өрісінің В₀ индукциясына қосылып, қорытқы өріс индукциясын береді:

В = B₀ + B`

Вакуумдағы магнит өрісін өзгерте алатын заттарды магнетиктер д.а.

Қорытқы өріс индукциясы В-нің Вакуумдағы В₀ магнит индукциясына қатынасы ортаның магниттік қасиетін сипаттайды және ол заттың магниттік өтімділігі деп аталады:

𝞵 – заттың магниттік өтімділігі. Кез келген заттың магниттік өтімділігі түрліше болады. Вакуумдағы магниттік өтімділіктің мәні 1-ге тең (𝞵=1)

Көптеген заттардың магниттік қасиеттері онша жоғары болмайды. Оларды парамагнетиктер (𝞵>1) және диамагнетиктер (𝞵<1) деп атайды.

Парамагнетиктерге мысалы: азот үшін 𝞵=1,000013; сұйық оттегі үшін 𝞵=1,000017; алюминийдікі 𝞵=1,000023; вольфрамдікі 𝞵=1,000175. Осы мысалдарға қарағанда парамагнит заттар магнит өрісін аз шамаға (10^-4) болса да күшейтетінін көреміз.

Екіншіден, магнит өрісіне орналасқан диамагнетиктер өте аз шамаға сол өрісті әлсірететінін тәжірибе көрсетті. Өрістің кемуі шамамен алғашқы мәнімен10^-6, яғни миллиондық бөлігіне ғана азаяды. Мысалы: су үшін 𝞵=0,999991; мыс үшін 𝞵=0,999912; висмут үшін 𝞵=0,999824.

Магниттік өтімділігі өте жоғары (𝞵>>1) және магнит индукциясына тәуелді болатын заттар ферромагнетиктер деп аталады.

Ферромагнетиктер үшін магниттік өтімділіктің мәндері өте үлкен шама болады. Мысалы, кобальт үшін 𝞵=100-180, никель 𝞵= 200-300, темірдікі 𝞵=5000-10000, ал болат үшін 𝞵=10000-20000.

78-сурет.

Парамагнетиктерге сұйық оттегі, платина, вольфрам, алюминий, эбонит, ауа, азот т.с.с заттар, ал ферромагнетиктерге темір, шойын, никель, кобальт және басқа да заттар, ал диамагнетиктерге шыны, су, бензол, мыс, аз тұзы, кварц, сияқты заттар жатады. Ферромагнетиктер үшін берілген 78- суреттен магнит өтімділігі нөлден басталмайбастапқы өтімділігі болатындығын, В₀ кернеулігінің бір мәнінде (В_m) өтімділіктің максимал 𝞵_m шамасы туғаннан кейін магнит өтімділігі В₀ өскен (В₀ →) азайып, оның мәні бірге ұмтылатынын байқаймыз.

Ферромагнетиктер үшін 𝞵-дің мәні тұрақты болып қоймай магнит өрісіне тәуелді болатынын орыс ғалымы А.Г.Столетов тәжірибе арқылы анықтаған.

Заттың магниттелуін бірлік көлемдегі магнит моменттері арқылы, яғни магниттелу векторы деп аталатын шамамен өрнектеуге болады:

P_m – заттың көлеміндегі әр молекуланың магнит моменті.

76.Диэлектростатикалық өріс энергиясы Диэлектриктің электр өрісіндегі энергиясын анықтау үшін электростатикалық өрістің толық энергиясын анықтауға арналған (1) теңдігін пайдаланамыз. Энергия есептеу барысын жеңілдету үшін диэлектрик біртекті және бүкіл кеңістікті толтыра орналасқан деп есептейміз. Әрине, зарядтар бүкіл кеңістікті толтырмай, тек оның белгілі бір бөлігінде орналасады.Алдымен, вакуумда орналасқан зарядтардың электростатикалық өрісін қарастырайық. Өрістің толық энергиясы оның кернеулік және индукция векторлары арқылы (2) өрнегімен анықталады. Мұнда интеграл амалы бүкіл кеңістікті қамтиды. Енді барлық кеңістік көлемін өтімділігі ε - ға тең диэлектрикпен толтырсақ, диэлектриктің поляризациялануы нәтижесінде қорытқы өріс өзгереді. Ал алғашқы өрісінң көзі болып саналатын зарядтар шамалары жағынан да, кеңістікте таралып орналасулары жағынан да өзгеріссіз қалады деп есептейміз. Пайда болған жаңа өрістің кернеулік және индукция векторларын , ε деп белгілесек, оның толық энергиясы W (3) теңдігімен анықталады. Ал диэлектриктің өрістегі энергиясы (W_D) вакуумдағы электр өрісін толық энергиясы (W₀) мен кеңістік диэлектрикпен толтырғандағы электр өрісінің толық энергиясының (W) айырымымен анықталады: W_D=W-W₀= )dV (4) Диэлектриктің әсерінен электр өрісінің кернеулігі (ε/ε₀) есе азаятындығын, яғни = (5) болатындығын пайдаланып, интеграл амалының астындағы өрнекті былай түрлендіреміз: - = - (6), мұнда (7). (6)-өрнегін пайдаланып, (4)-теңдігінен диэлектриктің электр өрісіндегі энергиясы үшін W_D=- , (8) W_D= - (9) теңдіктерін табамыз. (8) және (9) – өрнектері көлемдері шектелген диэлектриктердің энергиясын есептеу үшін де жарайды. Ол үшін интегралдау амалын қарастырылып отырған шектелген диэлектрик көлемі бойынша жүргізу керек. Диэлектриктің сыртқы электр өрісіндегі толық потенциалдық энергиясы екі бөліктен тұрады: бірінші, диэлектриктің дипольдарын құрап тұрған нүктелік зарядтардың сыртқы электр өрісіндегі потенциалдық энергиялары, екінші, поляризацияланған диэлектриктің тудыратын электр өрісіндегі потенциалдық энергиясы. Сондықтан диэлектриктің электр өрісіндегі потенциалдық энергиясын анықтау үшін бүкіл кеңістіктегі электр өрісінің энергиясын анықтауға мүмкіндік беретін W=- өрнегімен пайдалану керек. Диэлектриктің сыртқы электр өрісіндегі потенциалдық энергиясы қарастырылып отырған және сыртқы өріс орналасқан диэлектриктердің диэлектрик өтімділіктерінің айырымына және диэлектердегі сыртқы электр өрісінің кернеуліктерінің көбейтіндісіне тура пропорционал. Диэлектриктердің әсерінен электр өрісінің толық энергиясы кемиді. Бұл жағдай электр өрісінің энергиясының диэлектриктің поляризациялану кезінде энергияның басқа түрлеріне айналуымен байланысты.

77.Диамагнетиктердің магниттелу механизмі (Ерболат)

Диамагнетиктердің магниттелу механизмі. Лармор прецессиясы кезінде пайда болатын косымша магниттік момент

(10.10)

Сырткы магнит өpiciнe карама-карсы бағытталған. Олай болса, магниттік момент тудыратын косымша магнит өpici де магниттеуші магнит өрісінe карама-карсы бағытталған. Сондыктан магниттелген диамагнетиктерде магнит өpici әлсірейді. Диамагнетизм барлык заттарда да байкалады.

78. Полярлы диэлектриктер. Барлық диэлектриктердің молекулаларының құрамына кіретін оң және тepic зарядтардың центрлері дәл келе бермейді. Сондықтан сыртқы электр өpici жоқ кезде де кейбір диэлектриктердің молекулаларының электрлік моменті болады. Мұндай диэлектриктерді электр өpiciнe орналастырған кезде, оның молекулаларының электрлік моменттері өpic бойымен орналасуға тырысады. Осының нәтижесінде диэлектрик поляризацияланады. Диэлектриктің осындай механизм негізінде поляризациялануын бағытталғыш поляризация, диэлектриктің өзін полярлы диэлектрик деп атайды.