Жылу қозғалтқыштарының жұмыс істеу принциптері

 

Отынның жану энергиясын механикалық энергияға айналдырып беретін двигательдердің барлық түрлерін жылу двигательдері дейді.

Жылу двигательдерінің барлығы да бір-бірімен бір бағытта тізбектеліп жалғасқан жеке процестермен тізбектелген, тұйықталған циклдер жасайды. Олардың барлығында да жұмыс денесі ретінде газ (жанған отынның өнімі) немесе бу пайдаланылады. Жұмыс денесін тұйықталған циклдер жасатуға жағдай тудыратын негізгі түйіндік элементтерге –қыздырғыш, энергияны түрлендіргіш механизм, суытқыш және жұмыс денесін, оның күйін қайта қалпына келтіруші механизмдер жүйесі жатады.

Жылу двигательдерінің пайдалы әсер коэфициенті (ПӘК) істелінген  пайдалы жұмыстың қыздырғыштан алынған Q жылу мөлшеріне қатынасымен өлшенеді.

Егер суытқышқа берілген жылу Q₂ болса, онда пайдалы жұмыс    болады, ендеше:

                                                                  

 

 

Жылу двигательдерінің ПӘК-нің ең жоғарғы мәні Карно циклі бойынша, яғни қыздырғыш пен суытқыштың абсолют температуралары арқылы анықталады.

 

 Карно циклінің графигі бойынша істелінген жұмыс 1-2-3-4 контурының ауданына тең (27-сурет). Мұндағы:

      

1-2 процесс –изотермиялық ұлғаю;

2-3 процесс- адиабаталық ұлғаю;

3-4 процесс – изотермиялық сығылу;

4-1 процесс- адиабаталық сығылу;

 

                                                                                                 

Жылу двигателінің түрлеріне бу турбиналы қондырғылар, іштен жану двигательдері (карбюраторлы, дизельді), реактивті, газтурбиналы двигательдер жатады.

7 – дәріс. «Электродинамика негіздері» бөліміне ғылыми - әдістемелік талдау. Электростатиканы оқыту әдістемесі. Электр заряды. Электр өрісі. Кулон заңы. Электр өрісінің кернеулігі және заряд орын ауыстырғандағы жұмысы. Потенциал және потенциалдар айырымы. Электр сыйымдылығы. Зарядталған конденсатордың электр өрісінің энергиясы. Энергия тығыздығы.

Электростатика деп қозғалмайтын электр зарядтарының өзара әсерлесу заңдылықтарын зерттейтін электродинамиканың бөлімін атайды.

Электр заряды дегеніміз материалық тасымалдаушымен баланысқан электромагниттік өріс көзі.

Электр өрісі дегеніміз электромагниттік өрістің жеке білінуі. Тыныштықта тұрған заряд немесе зарядталған дене электр өрісін тудырады.

Электр зарядтары оң және теріс- екі таңбалы болады. Зарядтар бір- бірімен әсерлеседі. Аттас зарядтар бірнен- бірі тебеді, әр аттас зарядтар біріне – бірі тартылады.

    Электр зарядының сақталу заңы былай айтылады: тұйық жүйеде барлық бөлшектер зарядтарының алгебралық қосынды өзгеріссіз қалады. Егер бөлшектер зарядтарын q₁, q₂, q₃...тағы сол сияқты белгілесек, онда

	q1+ q2+ q3+…+qn=const

Кулон заңы. Қозғалмайтын зарядталған екі нүктелік дененің ваккумдағы өзара әсерлесу күші олардың зарядтарының модульдерінің көбейтіндісіне тура, ал ара қашықтығының квадратына кері пропорционал болады. 

 

                                               

Мұндағы k -пропорционалдық коэффициент.

Зарядтың өлшем бірлігі – Кулон (Кл). Бұл ток күші 1А болғанда, өткізгіштің көлденең қимасынан 1с ішінде өтетін заряд мөлшері.

Пропорционалдық коэффициент: k=9Һ10⁹ НҺм²/Кл²

Интернационалдық жүйеде (Sі):

k=

Мұндағы ε₀ электрлік тұрақты деп аталады. Оның мәні

                                                         ε₀ = 8,85 10^-12 Кл²/Нм²

Табиғаттағы ең кішкентай заряд электрон (немесе протон мен позитрон) заряды болып есептеледі  

е=1,6  10 ^–19 Кл

Атом құрылысында электрон теріс, ал протон оң зарядтар болып табылады. Атомның бейтарап күйінде олардың сандары бір біріне тең болады. Бірақ бұл бөлшектердің массаларында көп айырмашылық бар:

m_e =9,11  10 ^–31 кг,  m_p =1,67  10 ^–27 кг.

Электр өсірінің кернеулігі. Электр өрісі тарапынан нүктелік зарядқа әсер ететін күштің сол зарядқа қатынасымен өлшенетін шаманы электр өрісінің кернеулігі дейді.                     

                                  .         Бұдан .

 

  Электр өрісінің кернеулігі өрістің негізгі сандық сипаттамасы болып табылады.

  Нүктелік заряд өрісінің кернеулігі Кулон заңы бойынша

q₁= q₂= q  деп есептелген жағдайда

.

Өрістің суперпозиция принципі былай тұжырымдалады: егер түрлі зарядталған бөлшектер кеңістіктің берілеген нүктесінде кернеуліктері Е₁, Е₂,Е₃ және т.б. болатын электр өрістерін тудыратын болса, онда өрістің сол нүктедегі қорытқы кернеулігі мынаған тең:

 

 

    Электростатикалық өріс кернеулігінің өлшем бірлігі:

    Электр өрісінің кернеулігін күш сызықтарымен көрсету қабылданған. Күш сызықтары оң зарядтан (немесе оң зарядталған денеден) сыртқа, ал теріс зарядтан (немесе теріс зарядталған денеден) оның өзіне қарай бағытталған.

 

 

                     

Кеңістіктің барлық нүктелеріндегі кернеулігі бірдей болатын электр өрісі біртекті өріс деп аталады (29-сурет)

   Өткізгіштерге ең алдымен жататын- металдарда электр өрісінің әсерінен еркін қозғала алатын зарядталған бөлшектер болады. Осыған байланысты мұндай бөлшектердің зарядтары еркін зарядтар деп аталады.

   Изоляторлар немесе диэлектриктер деп аталатын материалдарда атомдар немесе молекулалар бейтарап күйде болады және олардың зарядтары бірімен-бірі байланысқан болады да өріс әсері жағдайында орын ауыстыра алмайды.

  Өріс әсерінен диэлектриктің байланысқан оң және теріс зарядтарының қарама- қарсы жаққа қарай ығысуын поляризация  деп атайды.

   Ортаның диэлетрлік өтімділігі дегеніміз біртекті диэлектрик ішіндегі электр өрісінің  кернеулігінің модулі, вакуумдағы  өрісі кернеулігінің модулінен неше есе кем екендігін көрсететін физикалық шама. Оны ε арқылы белгілесек:     

                                                    .

  Диэлектриктегі заряд пен шар үшін өріс кернеулігі,

ал зарядтардың әсерлесу күші,

Біртекті электростатистикалық өрісте заряд орын ауыстырылғандағы істелген жұмыс:

 

Өрістегі зарядтың потенциалдық энергиясы осы жұмыс арқылы анықталады, яғни

 

Мұндағы d- зарядтың өрістегі орын ауыстыруы.

Электростатистикалық өрістің потенциалы деп, зарядтың өрістегі потенциалдық энергиясының сол заряд шамасына қатынасып айтады.                               

                                                   немесе                 

 

 

Екі нүктенің арасындағы потенциалдар айырмасы (немесе кернеу) өрістің зарядты бастапқы нүктеден соңғы нүктеге көшіру жұмысының сол заряд шамасына қатынасына тең, яғни

болғандықтан электр өрісі кернеулігінің бірлігі

                                      

Екі өткізгіштің электр сыйымдылығы деп өткізгіштердің біреуінің зарядының сол өткізгіш пен көрші өткізгіш арасындағы потенциалдар айырмасына қатынасын айтады:

    

                                                       .               

Электр сыйымдылығының бірлігіне Фарад (Ф) алынған:

1Ф=10⁶ мкФ =10¹² пФ

Конденсатор дегеніміз– қалыңдығы өткізгіштер өлшемдерімен салыстырғанда өте аз, диэлектрик қабатымен бөлінген екі өткізгіш.

Жазық конденсатордың электр сыйымдылығы:

 

 

мұндағы S- конденсатордың бір пластинасының ауданы, d-пластиналардың ара қашықтығы.

Сиымдылықтары С₁, С₂,...С_n конденсаторларды параллель жалғағанда олардың жалпы сиымдылығы

Тізбектей жалғанған С₁, С₂,...С_n конденсаторлардың жалпы сиымдылығын мына қатынастан табады.

Электр сыйымдылығы арқылы диэлектрик өтімділік ε плаcтиналар арасында диэлектрик болған жағдайдағы С сиымдылықтың ол болмаған жағдайдағы С_о сиымдылыққа қатынасымен өлшенеді

 

 

Зарядталған конденсатордың энергиясы:

Көлем бірлігіне келетін өріс энергиясы, яғни энергия тығыздығы:

Д ебиеттер

Негізгі

 

1. Бугаев А.И. Методика преподавания физики в средней школе: Теоретические. основы: Учеб. пособие для студентов пед.институтов по физ.-мат. спец.- М.:Просвещение,1981.-288 с., ил.;

2. Основы методики преподавания физики в средней школе. /В.Г.Разумовский, А.И.Бугаев,  Ю.И.Дик. и др.; Под ред. А.В.Перышкина и др.-М.:Просвещение, 1984.-398 с. ил.;

3. Методика преподавания физики в 7-8 классах средней школы. Под ред. А.В.Усовой. Изд. 4-е, перераб. М.:Просвещение,1990.-319с.с.ил.;

4. Методика преподавания физики в 8-10 классах средней школы. Ч.1/В.П.Орехов, А.В.Усова, И.К.Турышев и др.; Под ред. В.П.Орехова и А.В.Усовой.- М.:Просвещение,1980.-320с.; ил.;

5. Методика преподавания физики в 8-10 классах средней школы. Ч.2/В.П.Орехов, А.В.Усова, С.Е.Каменецкий и др.; Под ред. В.П.Орехова, А.В.Усовой.-М.:Просвещение,1980.-351с., ил;

6. Методика преподавания физики в средней школе: Частные     вопросы: Учеб.пособие для студентов пед. институтов по физ.- мат. спец./С.В.Анофрикова, М.А.Бобкова, Л.А.Бордатская и др.; Под ред. С.Е.Каменецкого, Л.А.Ивановой.-.:Просвещение,1987.-336с.;ил.;              

7. Резников Л.И. и др. Методика преподавания физики в средней школе. Механика. Пособие для учителей:М.:Просвещение,1974.-238с.ил.;

8. Методика преподавания физики в средней школе. Молекулярная физика. Основы электродинамики. Пособие для учителей.-М.:Просвещение.1975.-256с.ил.;

9. Контроль знаний учащихся по физике. /Ред. В.Г. Разумовского и др. М: Просвещение, 1982;

10. А.С. Енохович., С.Я. Шамаш., Э.Е. Эвенчик. Контрольные работы по физике в 6-10 классах. М: Просвещение, 1986;

11. В.Н. Мощанский. Формирование мировоззрения учащихся при изучении физики. М: Просвещение, 1989;

12. Хрестоматия по физике 8-10 /под. ред. проф. Б.И. Спасского. М: Просвещение, 1987;

13. Теория и методика обучения физике в школе. Общие вопросы /под. ред. С.Е. Каменецкого, - М: Академия, 2001;

14. Теория и методика обучения физике в школе. Частные вопросы. /под. ред. С.Е. Каменецкого, - М: Академия, 2000;

15. Внеурочная работа по физике /О.Ф. Кабардин, Э.М. Браверманн, Г.Р. Глущенко и др.; Под. ред. О.Ф. Кабардина. – М.: Просвещение, 1983;

16. Планирование учебного процесса по физике /Л.С. Хижнякова, Н.А. Родина, Х.Д. Рошовская и др.; Под ред. Л.С. Хижняковой. – М.: Просвещение, 1982. – 224 с., ил.;

17. Современный урок физики в средней школе В.Г. Разумовский и др.; Под ред. В.Г. Разумовского, Л.С. Хижняковой. – М.: Просвещение, 1983;

18. Физика. Орта жалпы білім беретін мектептің 7-9 сыныптарына арналған     

бағдарламалар. – Алматы, 2008. – 23 б.

19. Физика. Орта жалпы білім беретін мектептің 10-11 сыныптарына арналған    

бағдарламалар. – Алматы, 2008. – 23 б.

20. Башарұлы Р. Және т. Б. Физика және астрономия: Жалпы білім беретін мектептің 7 – сыныбына арналған оқулық. – Алматы, 2008. – 224 б.

21. Дүйсенбаев Б.М., т. Б. Физика және астрономия: Жалпы білім беретін мектептің 8 – сыныбына арналған оқулық. – Алматы: Мектеп, 2008. – 256 б., сур.

22.  Физика және астрономия: Жалпы білім беретін мектептің 9 – сыныбына

арналған оқулық. – Алматы: Мектеп, 2008. – 248 б., сур.

23. Кронгарт Б. А., т. Б.  Физика: Жалпы білім беретін мектептің 10 – сыныбына арналған оқулық. – Алматы: Мектеп, 2008. – 352 б., сур.

24. Физика: Жалпы білім беретін мектептің 11 – сыныбына арналған оқулық. – Алматы: Мектеп, 2008. – 348 б., сур.

      25.Намазбаев Қ.Т. Орта мектепте физиканы оқыту әдістемесі.Теориялық

            негіздер. Студ. Арналған оқу құралы. Талдықорған.- І. Жансүгіров ат-ғы

            ЖМУ баспасы, 2012 ж.- 235 бет, илл.

Осымша

1. В.Н. Мощанский, Е.В. Саелова. История физики в средней школе. – М.: Просвещение, 1981

2. Физика и научно-технический прогресс: Кн. Для учителя /В.Г. Разумовский, Э. М. Браверманн, Н.Е. Важеевская и др.: Под ред. А.Т. Глазунова и др. – М.: Просещение, 1988

3. Кабинет физики средней школы /А.Г. Восканян, Е.С. Грейдина, Б.С. Зворыкин и др.; Под. Ред. А,А, Покровского. – М.: Просвещение, 1982

4. Хорошавин С.А. Физико-техническое моделирование. – М.: Просвещение, 1983

5. Яворский Б.М. Основные вопросы современного школьного курса физики: Пособие для учителей. – М.: Просвещение, 1980

6. Межпредметные связи курса физики в средней школе /Ю.И. Дик, И.К. Турышев, Ю.И. Лукьнов и др.; Под ред. Ю.И. Дика, И.К. Турышева. – М.: Просвещение, 1987

7. Глазунов А.Т. Техника в курсе физики средней школы. – М.: Просвещение, 1977

8. Кожеуров И.В. Элементы космонавтики в курсах физики и астрономию. – М.: Просвещение,1977

9. Малафеев Р.И. Проблемное обучение физике в средней школе: Из опыта работы. – М.: Просвещение, 1980

10. Политехническое образование и профориентация учащихся в процессе преподавания физики в средней школе /А.Т. Глазунов, Ю.И. Дик и др.; Под ред. А.Т. Глазунова, В. А. Фабриканта. – М.: Просвещение, 1985. – 159 с., ил.

11. Намазбаев Қ.Т. Мектептің физика курсы бойынша бақылау жұмыстары. Мұғалімдерге. арналған оқу-әдістемелік құрал. Талдықорған.- І. Жансүгіров ат-ғы ЖМУ баспасы, 2009 ж.- 105 бет.