Электр өрісіндегі өткізгіштер

Сегнетоэлектриктердің ерекше қасиеттері.

1. Диэлектрик өтімділігі өте жоғары.

2. Диэлектриктер өрісі кернеулігімен индукция.

3. Векторлары өзара сызықты байланысқан.

4. Диэлектриктік өтімділік электр өрісі кернеулігіне тәуелді.

5. Поляризация уақытында дипольдық моменттердің электр өрісі кернеулігінің кешігіп жүруі.

Бұл сызыққа яғни дипольдік моменттің электр өрісі кернеулігімен кемігу сызығына гистерезис деп аталады. Мұндай құбылыс магниттелетін заттарда ұшырайды яғнни кездеседі. Сонда қалдық магнетизмнің әсерінен бір түрлі заттар өзінің магниттелу қасиеттерін сақтап қалып тұрақты магнитке айналады. Бірақ оларда өздерінің кюри температурасына ие. Мұндай зерттеулер негізінен лабараториялық жұмыстармен дәлелденген. Ал табиғатта оны бұл құбылысты өте қиын. Себебі температурадан тыс ол заттарға өте күрделі күштер әсер етуінен және табиғаттағы перомагнетиктер жер қыртысында өте шұңқырда жатады.

Электр өрісіндегі өткізгіштер

Өткізгіштердің электрлік қасиеттері олардағы еркін зарядталған бөлшектердің болуымен сипатталады. Мысалы, металлдарда еркін электрондар болады. Электр өрісіне өткізгішті енгізгенде ондағы еркін зарядтар ығысып, қайта таралып орналасады. Зарядтардың бұл қайта таралып орналасуы өткізгіш ішіндегі электр өрісі нольге тең болғанша жүреді.

Электр өрісіндегі зарядтардың қайта таралып орналасуын электростатикалық индукция құбылысы деп атайды, ал өткізгіш бетінде пайда болатын теңеспеген зарядтарды индукцияланған зарядтар деп атайды.. Өткізгіш сыртқы электр өрісінде тұрса электр өрісінің әсерінен, оның еркін зарядтары қозғалысқа келеді. Сыртқы өрістің кернеулігінің бағытында оң зарядтар, ал кернеуліктің бағытына қарама қарсы бағытта теріс зарядтар қозғалады.

Сүйтіп, бар зарядтар орын ауыстырып болған соң, зарядтардың қозғалысы тоқтайды да өткізгіштің ішінде. Сыртқы өрістің бағытына қарама -қарсы өріс пайда болады. Осы екі өріс бірін -бірі теңестіріп, өткізгіштің ішіндегі қорытқы өріс нулге тең болады.

- - -

Өткізгіштегі зарядтар сыртқы өрістің әсерінен өткізгіштің беткі қабатында орналасады. Егер өткізгішке бір q заряды берілсе, онда ал өткізгіштің ішіндегі өріс кернеулігі болатындай таралады. Сонда өткізгіш бетінің кез келген екі нүктесіндегі заряд тығыздықтарының қатынасы зарядтың кезкелген шамасы үшін бірдей болады.

Бұдан оң аталынған өткізгіштің потенциалы ондағы бар зарядқа пропорционал болатынын көруге болады. Мысалы, өткізгіштегі зарядты қанша есе артырсақ, онда өрістің әрбір нүктесіндегі кернеулігінің де сонша есеге артатынын байқаймыз.

Сыртқы электр өрісіндегі өткізгіштерде келесі шарттар орындалады:

1. Электр өрісіндегі өткізгіштің ішіндегі электр өрісінің кернеулігі нольге тең, ;

2. Өткізгіш бетіндегі кез келген нүктедегі электр өрісінің кернеулігі өткізгіш бетіне нормаль бағытталады, ;

3. Өткізгіш беті эквипотенциал бет болып табылады;

4. Өткізгіштің ішіндегі кез-келген көлем үшін Остроградский-Гаусс теоремасы келесі түрде жазылады:

;

5. Өткізгіш бетіндегі кез-келген тұйық бет үшін Остроградский-Гаусс теоремасы мына түрде жазылады:

Ығысу векторы өткізгіш бетіндегі еркін зарядтардың беттік тығыздығына тең болады:

екенін ескерсек, өткізгіш бетіндегі өріс кернеулігі өрнегімен анықталады. Мұндағы өткізгішті қоршаған ортаның диэлектриктік өтімділігі.

6. Өткізгіштің сыйымдылығы оның формасы мен өлшеміне тәуелді де, бірақ өткізгіштің тегіне, агрегаттық күйіне және оның қыртыстарының өлшемдеріне тәуелсіз. Мұны зарядтардың өткізгіштің сыртқы қабатына (беттеріне) орналасуынан деп түсіну керек.

Енді радиусы R оңашаланған шардың сыйымдылығын анықтаймыз.

;

Сонда , , ал бұл шама жердің радиусынан 1500 есе үлкен.

Конденсаторлар. Оңашаланған өткізгіштердің сыйымдылығы аз болады. Практикада өзін қоршаған денелер мен салыстырғанда шамалы потенциалы бола тұрып шамасы едәуір зарядтарды жинақтайтын қондырғылар қажет болады. Осындай қондырғыларды конденсаторлар деп атайды. Конденсаторлар жасалу түріне байланысты, цилиндр концентрлі сфера, жазық конденсаторлар болып келеді.

Енді екі зарядталған параллель пластинкадан тұратын жазық конденсатордың сыйымдылығын анықтаймыз.

q q

; (1.25)

Екі пластинканың арасындағы өріс кернеулігі: ;

мұндағы ; зарядтың беттік тығыздығы.

Астарлардың арасындағы потенциалдар айырмасы:

осыдан ; (1.26)

мұндағы d - конденсаторлардың астарларының арақашықтығы. – астарларының арасындағы диэлектрдің өтімділігі.

1.Конденсаторлардың параллель қосу.

Конденсаторларды параллель қосқанда олардың астарларының потенциалдары де сыйымдылықтары зарядтары болады.

Жеке конденсатордың астарлары үшін зарядтардың шамалары:

Барлық батареялардың толық сыйымдылығы:

Сүйтіп параллель қосқанда конденсаторлардың сыйымдылығы қосылады.

+ -

1. Тізбектей қосу. Тізбектей қосылған конденсаторлардың астарларындағы зарядтар тең болады, бірақ потенциалдар айырмасы мен сыйымдылықтары әртүрлі болады.

+ + - +

- +

Барлық батарея үшін потенциалдар айырмасы

; ;

Сонымен тізбектей қосқанда конденсаторлардың сыйымдылықтарының кері шамаларының қосындысына тең болады.

Электр өрісінің энергиясы. Зарядталған денелердің өзара әсерлесу күші, консервативтік күш болғандықтан зарядтар жүесінің потенциалдық энергиясы болады. Бір – бірінен арақашықтықта тұрған және нүктелік зарядтардың потенциалдық энергиясын анықтаймыз. Бұл екі заряд бірінің өрісінде бірі тұрады. Сонда олардың сәйкес потенциалдық энергиялары , , мұндағы және зарядтар тұрған нүктелердегі зарядтардың потенциалдары. Олай болса, осы потенциалдар өрнегі: