Электростатикалық өрістегі өткізгіштер мен диэлектриктер. Диполь. Диэлектритердің поляризациялануы. Сегнетоэлектриктер.

Өткізгіштер – электр тогын өткізетін және еркін (бос) зарядтары (электрондар, иондары) бар заттар. Бұларға металдар жатады.

Өткізгіш ішіндегі электрондарға күш әсер еткендіктен − тең болғанша қысқа мерзімді ток пайда болады. сыртқы өріс кернеулігі, зарядтардың қайта бөлініп орналасуы кезінде туатын кернеулік.

Диэлектрик - электр тогын өткізбейтін, байланысқан зарядтары бар заттар. Бейтарап атомдардағы электр зарядтары (зарядталған бөлшектер: электрондар мен ядролар) бір-бірімен байланысқан болады да, заттың бүкіл көлемінде, өткізгіштердегі еркін зарядтар сияқты өріс әсерінен орын ауыстыра алмайды.

Полярлы диэлектриктер	Полярсыз диэлектриктер

 

	Электр өрісінде диполдар күш сызықтары бойымен бағдарланады. Диэлектриктер поляризацияланады. Байланысқан зарядтар диэлектрик ішінде сыртқы электр өрісін әлсірететін өріс туғызады.		Күш сызықтардың бойымен бағдарланған дипольдар түзіледі. Диэлектриктер поляризацияланады

ішкі өріс тудырады өткізгіш ішінде өріс әлсірейді.

Заттың диэлектрик өтімділігі

-вакуумдегі электр өрісінің кернеулігі диэлектрик ішіндегі электр өрісінің кернеулігі.

Диэлектрик ішінде электр өрісінің кернеулігі қанша есе азайғанын көрсетеді.

 

Диэлектриктің молекуласының құрылысына байланысты поляризация үшке бөлінеді:

1. Бағыттық поляризация

2. Иондық поляризация

3. Электрондық поляризация

· Бағыттық поляризация полярлы диэлектриктерде байқалады. Полярлы диэлектриктің молекулалары сыртқы электр өрісіне енгізілгенде электрлік моменттері сыртқы электр өрісімен бағыттас болатындай түрде орналасады.

· Электрондық поляризация – полярсыз диэлектриктерде байқалады, яғни сыртқы электр өрісіне енгізгенде полярсыз диэлектриктердегі оң және теріс зарядтар бір-біріне қатысты ығысады.

· Иондық поляризация – иондық кристалдарда байқалады.

Полярлы диэлектриктің поляризациясы абсолют температураға тәуелді.

 

Электрлік диполь

Бір-бірінен қашықтықта орналасқан шамалары бірдей және таңбалары қарама-қарсы екі зарядтан тұратын электрлік жүйені электрлік диполь деп атайды.

 

-q ₊ q

 

Электрлік дипольді сандық сипаттау үшін дипольдік момент немесе электрлік момент деп аталатын физикалық векторлық шама енгізілген.

Сегнетоэлектриктер — белгілі температуралар аралығында (сегнетоэлектрлік фазаға сәйкес) бағыты сыртқы әсерлер арқылы (электр өрісімен немесе механикалық кернеулермен) өзгертіле алатын спонтанды поляризацияланған кристалл диэлектриктер (соның ішінде сұйық кристаллы).

Идеал газдың молекулалы-кинетикалық теориясы. Статистикалық жэне термодинамикалық зерттеу әдістері. Идеал газдың тәжірибелік заңдары. Идеал газдың теңдеуі. Молекулалы-кинетикалық теорияның негізгі теңдеуі.

Идеал газдың молекулалық – кинетикалық теориясының (МКТ) негізгі теңдеуінің екі жағын да мольдік көлемге көбейтейік

Менделеев-Клапейронтеңдеуінен шығатыны

.

Теңдеулердің оң жақтарын теңестіре отырып, алатынымыз

(11.1)

Жаңа тұрақтыны (Больцман тұрақтысы) енгізейік

 

, сонда, (11.2)

 

және

 

.

Қыздырылған және суытылған газ барлық басқа денелер сияқты өзінің температурасымен сипатталады. Сондықтан температура мен молекулалардың орташа кинетикалық энергиясының арасында байланыс бар деп айта аламыз. Ондай байланыс теңдеуі жоғарыда алынған.

 

(11.3)

Температураны тек жанама әдіспен ғана өлшеуге болады. Бұл әдіс тікелей және жанама өлшеулерге бағынатын дененің бірқатар физикалық қасиеттерінің температурадан тәуелділігіне негізделген. Мысалы, дененің температурасы өзгерген кезде оның ұзындығы, көлемі, тығыздығы, электр кедергісі, серпімділік қасиеттері қоса өзгереді. Оларды термометрлік шама деп атайды. Осы қасиеттердің кез-келгенінің өзгерісі температураны өлшеуге

 

негіз болып табылады. Ол үшін термометрлік дене деп аталатын бір дене үшін берілген қасиеттің температурадан функционалды тәуелділігі белгілі болса жеткілікті. Термометрлік денелердің көмегімен құрылатын температуралық шкалаларды

эмпирикалық деп атайды.

11.1-сурет

Халықаралық жүзградустік шкалада температура ºС-пен (Цельсия градусы) өлшенеді және t–мен белгіленеді. Қалыпты қысымда (1,01325·10⁵ Па) мұздың еруі мен судың қайнау температуралары 0 ºС пен 100 ºС – қа тең деп есептелінеді.

Температураның термодинамикалық шкаласында температура Кельвинмен (К) өлшенеді және Т – мен белгіленеді.

Абсолют температура Тменжүзградустік шкала бойыншатемператураның арасындағы байланыс:Т=273,15+ t.

Т=0(t=-273,15⁰С) температураныңабсолют нөлі деп аталынады..

Механикалық жүйенің і еркіндік дәрежелерінің саны деп оның кеңістіктегі орны мен конфигурациясын анықтайтын тәуелсіз координаталардың санын айтады.

Бір атомды молекула үшін і =3, екі атомды молекула үшін і =5, (3-ілгерілемелі, 2-айналмалы), үш атомды молекула үшін і =6 (3- ілгерілемелі, 3—айналмалы)

Больцманның энергияның еркіндік дәрежелер бойынша тең таралу заңы: егер термодинамикалық жүйе T температурада жылулық тепе-тең-дікте тұратын болса, онда ілгерілемелі және айналмалы еркіндік дәрежелерінің әрқай-сысына орташа алғанда бірдей кинетикалық энергия келеді,

. (11.4)

Сонымен, молекулалардың орташа кинетикалық энергиясы мынаған тең болу керек

, (11.5)

бұл жерде жалпы жағдайда ілгерілемелі, айналмалы және екі еселенген тербелмелі еркіндік дәрежелер сандарының қосындысы:

(11.6)

 

 

Дененің ішкі энергиясы – бұл молекулалардың жылулық қозғалысының

кинетикалық энергиясы мен олардың өзара әсерлесуінің потенциалдық энергиясының жиынтығы.

Идеал газдың бір моль мөлшері үшін оның ішкі энергиясы:

, (11.7)

 

ал газдың кез-келген массасы үшін

 

. (11.8)

Механикалық қозғалыстың энергиясы жылулық қозғалыстың энергиясына ауыса алады және керісінше. Осындай ауысу кезінде энергияның сақталу және түрлендірілу заңы орындалады. Термодинамикалық процестерге қатысты бұл заң термодинамиканың бірінші бастамасы болып табылады.

Ішкі энергиясы -ге тең кейбір жүйе (поршень астындағы цилиндрдегі газ) сырттан жылу мөлшерін алып, сыртқы күштерге қарсы жұмыс атқарсын. Сонда жүйе ішкі энергиясы -ге тең жаңа күйге ауысады.

Егер жылу жүйеге берілсе оң болып саналады, ал жұмыс оң болу үшін ол сыртқы күштерге қарсы орындалу қажет.

Жүйе бірінші күйден екіншіге кез келген тәсілмен ауысқанда энергияның сақталу заңына сәйкес ішкі энергияның өзгерісі бірдей болады да мынаған тең:

, немесе

Жүйеге берілген жылу мөлшері оның ішкі энергиясын өзгертуге және жүйенің сыртқы күштермен жұмыс істеуіне жұмсалады.

 

Термодинамиканың бірінші заңының дифференциалды түрі:

 

,

(11.9)

мұндағы - толық дифференциал, ал және толық дифференциал емес.

Күй функциясы дегеніміз жүйе бір күйден екіншіге ауысқанда өзгерісі осы ауысуға сәйкес келетін термодинамикалық процестің түріне тәуелсіз болатын және бастапқы күймен соңғы күйдің параметрлерінің мәндерімен толық анықталатын жүйенің физикалық сипаттамасы. Күй функциясына ішкі энергия жатады.

Жүйенің істейтін жұмысы және оның алған жылу мөлшері жүйенің бір күйден екінші куйге ауысу жолына тәуелді, сондықтан олар процесс функциясына жатады. Осыған байланысты, жүйенің әр түрлі күйдегі ие болатын жұмысы немесе жылу қоры туралы айтудың мағынасы жоқ.

 

Мысалы,

 

, ,

 

Егер жүйе бастапқы күйге қайтып оралатын болса, оның ішкі энергиясының өзгерісі . Сонда .