ТҰраҚты электр тогы

Электр зарядтарының реттелген (бағытталған) қозғалысы электр тогы деп аталады. Электр тогы пайда болуы үшін екі қажетті шарттың орындалуы тиіс:

1. қарастырылып отырған денеде токтың еркін тасушыларының, яғни бүкіл дене шегінде қозғала алатын зарядталған бөлшектердің бар болуы;

2. дененің ішінде электр өрісінің бар болуы.

Токтың бағыты ретінде шартты түрде оң зарядтардың қозғалыс бағыты алынған.

Электр тогының сандық сипаттамасы ретінде екі шама пайдаланылады: ток күші және ток тығыздығы.

Ток күші I – бірлік уақыт ішінде өткізгіштің көлденең қимасы арқылы өтетін электр зарядымен анықталатын физикалық шама:

I = dq

dt.

Егер токтың күші және бағыты уақытқа орай өзгермесе, мұндай ток

тұрақты деп аталады. Тұрақты ток үшін

I = q

t.

Ток күшінің өлшем бірлігі – ампер (А).

Бірлік уақыт ішінде тоқтың бағытына перпендикуляр орналасқан бірлік бет арқылы өтетін зарядпен анықталатын физикалық шаманы тоқтың тығыздығы деп атайды:

j = dq dS ^ dt.

Тоқтың тығыздығы зарядтардың реттелген қозғалысының (дрейфінің) v r

жылдамдығына байланысты:

j = qn v r,

 

мұндағы n және q - ток тасушыларының шоғыры мен зарядына сәйкес.

Өткізгіштің әр нүктесіндегі ток тығыздығының j векторын біле тұра, токтың күшін анықтауға болады:

I = ò jn dS,

S

мұндағы интегралдау өткізігштің S қимасының бүкіл беті бойымен алынады.

Үздіксіздік теңдеуі зарядтың сақталу заңын өрнектейді:

dq

-

S

dt = ò jn dS.

 

Егер өткізгіштің күйі өзгермесе, онда әр өткізгіш үшін оның ұштарындағы

потенциалдар айырмасы мен оның бойындағы ток күші арасында

I = f (U)

бірмәнді тәуелділік орын алады. Оны өткізгіштің вольтамперлік сипаттамасы деп атайды.

Металдар үшін бұл тәуелділікті алғаш рет эксперименталды түрде неміс физигі Г. Ом анықтаған болатын.

Тізбек бөлігі үшін Ом заңы бойынша ток күші түсірілген кернеуге пропорционал болады, яғни

I = 1 U,

R

мұндағы R – өткізгіштің электр кедергісі.

Кедергінің өлшем бірлігі – ом (Ом): 1 Ом - ұштарында 1 В кернеу кезінде өзі арқылы күші 1 А тұрақты токты өткізетін өткізгіштің кедергісі. Өткізгіштің кедергісі олардың өлшемдері мен пішініне, сондай-ақ өткізгіш ретінде қолданылатын материалға тәуелді. Цилиндр пішінді өткізгіш үшін бұл тәуелділікті әсіресе қарапайым түрде жазуға болады:

R =  l,

S

мұндағы l - өткізгіштің ұзындығы, S - оның көлденең қимасының ауданы,  - заттың тегі мен күйіне ғана тәуелді болып келетін меншікті кедергі. Меншікті кедергінің өлшем бірлігі - Ом∙м.

Металдардың кедергісі температура жоғарлаған сайын ұлғаяды:

 =  0 (1 + t),

мұндағы  0

- 0˚С кезіндегі металдың меншікті кедергісі,  - металл

кедергісінің температуралық коэффициенті. Көптеген металдар үшін  коэффициентінің мәні жуықтап алғанда 1/273 °С-1-ге тең және температураға тәуелсіз деуге болады.

Өте төмен температурада кейбір заттарда асқын өткізгіштік құбылысы байқалады, бұл кезде кедергі кенет нольге айналады. Асқын өткізгіштікті алғаш рет 1911 ж. голланд физигі Х. Камерлинг-Оннес сынапта байқаған. Кейін, асқын өткізгіштік қорғасында, мырышта, ниобийде және басқа металдарда,

сондай-ақ бірқатар қоспаларда байқалған. Кедергі жоғалатын Tc

температура

кризистік температура деп аталады. 1933 ж. неміс физигі В. Мейсснер асқын

өткізгіштердің екінші фундаменталды қасиетін ашты: Tc

мәнінен төмен

температурада магнит өрісі үлгінің қалың қабатынан итеріліп шығатыны анықталды (Мейсснер эффекті).

1986 жылы Tc

кризистік температуралары қалыпты атмосфералық

қысымдағы сұйық азоттың қайнау температурасынан (77К) асатын металоксидті жоғары температуралық асқын өткізгіштер (ЖТАӨ) ашылды.