Сыйымдылық. Өлшем бірлігі. Формуласы.

Өткізгіштің электрсыйымдылығы мынандай факторларға байланысты өзгереді:

1. Өткізгіштің электрсыйымдылығы оған екінші зарядталмаған өткізгішті жақындатқанда артады;

2. Екінші өткізгішті жерге жалғау бірінші өткізгіштің электрсыйымдылығын арттырады;

3. Қатты диэлектриктің болуы жүйенің электрсыйымдылығын арттырады;

4. Диэлектриктің қалыңдығын азайтса, өткізгіштер жүйесінің сыйымдылығы артады;

5. Диэлектриктің диэлектрик өтімділігі артқанда, жүйенің электрсыйымдылығы артады;

6. Өткізгіштердің бір-бірімен айқасу ауданын арттырғанда жүйенің электрсыйымдылығы артады;

Конденсаторларды сыртқы механикалық әсерлерден қорғау үшін оларды арнайы корпустармен қаптайды. Конденсаторды схемада мына түрде белгілейміз:

ГОСТ 2.728-74 бойынша белгіленуі	Сипаттамасы
	Тұрақты сыйымдылығы бар конденсатор
	Поляризацияланған конденсатор
	Айнымалы сыйымдылығы бар конденсатор
	Варикап

Конденсатор түрлері

Сипаттық тағайындалуына қарай конденсаторларды шартты түрде жалпы және арнайы қолданыстағы конденсаторлар деп бөлуге болады:

· Жалпы қолданыстағы конденсаторларға кең тараған төмен вольтты конденсаторлар жатады және олар құралдар мен аппараттардың көптеген түрлерінде қолданылады

· Ал қалған конденсаторлардың барлығы арнайы қолданыстағы конденсаторлар деп аталады. Оларға жоғарғы вольтты, импульстік, бөгетті жойғыш, дозиметриялық және т.б конденсаторлар жатады.

Конденсатордың негізгі сипаттамасы оның электрсыйымдылығы болып табылады. Ол конденсатордың электрзарядын жинақтау қабілетін көрсетеді. Сыйымдылықтың анықтамасы бойынша конденсатордың жапсарларындағы заряд оның жапсарларының арасындағы кернеуге тура пропорционал. Конденсатордың сыйымдылығы әдетте 1 пФ–тан жүздеген мкФ–қа дейін, сонымен бірге сыйымдылығы ондаған Ф–қа дейінгі конденсаторлар да кездеседі. Сонымен қатар конденсаторларды жапсарларының пішініне қарай жазық, цилиндр тәріздес, шар тәріздес және т.б деп бөледі.

1745 жылы Лейден қаласында неміс физигі Эвальд Юрген фон Клейст және голланд физигі Питер ван Мушенбрук тарихта ең алғашқы конденсатор – «лейден банкасын» жасады.

Конденсатордеп жұқа диэлектрик қабатымен бөлінген екі өткізгіштен тұратын жүйені айтамыз. Ол латынның “condenso”- қоюлату, жинақтау деген сөзінен шыққан. Конденсатор электр энергиясын және электр зарядтарын жинақтау үшін қолданылады. Конденсатордың екі өткізгішін оның жапсарлары деп атайдың Ол жапсарларды шамасы жағынан тең, таңбалары жағынан қарама –қарсы зарядтпен зарядтайды.Бұл құрал өзіміз көріп жүрген телевизорларда, радиоқабылдағыштарда, магнитофонда және т.б электр құралдарында қолданылады.

Электр өрісінің энергиясы

Зарядталған оқшау өткізгіштердің электр өрісінің энергиясы келесі формуламен анықталады:

.

Зарядталған конденсатордың энергиясы

.

Зарядталған конденсатордың энергиясын астарлар арасындағы электр өрісін сипаттайтын шамалар арқылы өрнектеуге болады. Жазық конденсатордың электр сыйымдылығы екенін ескерсек

көбейтіндісі көлемді, қатынасы электр өрісінің кернеулігін береді.

Сондықтан электр өрісінің энергиясын келесі түрде өрнектеуге болады:

Бірлік көлемдегі электр энергиясын өріс энергиясының тығыздығы деп атайды.

Өлшем бірлігі .

38. Материалдық нүктенің динамикалық сипаттамасы. Динамиканың негізгі заңдары.

Ньютон заңдары. Динамика негізінде, аксиомалар ретінде қабылданатын, бірінші қағидалар жатады. Бұл қағидалар табиғатты құбылыстарға жасалынған көптеген жылғы бақылаулар мен тәжірибелерді және қоғамдық практика нәтижелерін жалпылап қорытындылаудан алынған. Механика аксиомаларын ең толық және ақырғы түрінде тағайындаған И. Ньютон еді. Сондықтан да оларды Ньютон заңдары деп атайды.

Ньютонның бірінші заңы (инерция заңы). Егер материалық нүкте ешбір күш әсер етпесе, онда ол өзінің қозғалысын сақтайды. Бұл инерция заңы және де Ньютон басқа да заңдары қандай да бір қозғалмайды деп саналатын координаталар осьтеріне қатысты айтылады. Ньютон заңдары орындалатын бұл координаталар осьтерінің системасын негізгі, болмаса абсолюттік системе дейді. Ал абсолют қозғалмайтын денелер табиғатта кездеспейді. Сондықтан да абсолют немесе негізгі системаны тек жуықтап қана тағайындай аламыз.

Ньютонның екінші заңы (Негізгі заң) Материалық нүктеге әсер етуші күш осы нүкте үдеуімен бағытталады және шамасы үдеуге пропорционал болады. Материалық нүкте түсірілген күшті Ғ деп, ал осыдан пайда болған нүкте үдеуін а деп белгілейік.

Ньютонның үшінші заңы (әсер және кері әсер заңы) Материалдық екі нүкте біріне –бірі бұл нүктелерді қосатын түзу бойымен қарама –қарсы бағытталған, модульдері тең күштермен әсер етеді.

Мысалы; стол үстіндегі өзінің салмағындағы күшпен столға қысым түсірсе, онда стол денеге сондай күшпен кері әсер етеді.

Динамика деп материялық денелердің, олардың инерциясын есепке алуымен күштер әсерінен пайда болатын қозғалысын қарастыратын теориялық механиканың бөлімін атайды. Инерция деп материялық дененің өзінің қозғалыс немесе тыныштық қалпын күштер түспеген кезде сақтап қалу қасиетін айтады. Ілгерілемелі қозғалыстағы дененің инерциясының өлшемі болып табылатын зат мөлшеріне тәуелді физикалық шама дененің массасы m деп аталады.

Нүкте динамикасы 4 аксиомаға негізделеді.

1-аксиома (инерция заңы): күштер түспейтін материялық нүкте (МН), оған күштер түсіп, қалпын өзгерткенге дейін тыныштықта немесе бірқалыпты түзу сызықты қозғалыста болады. Күштер болмағандағы нүктенің қозғалысы инерциялық қозғалыс деп аталады. Инерция заңы орындалатын санақ жүйесі (СЖ) инерциялық СЖ деп аталады. Көптеген есептерде Жермен байланысқан СЖ инерциялық деп алынады.

2-аксиома (динамиканың негізгі заңы): МН-нің үдеуі оған түсетін күшке пропорционал және сол күшпен бағыттас. Динамиканың негізгі теңдеуі

. (5.1)

3-аксиома (әсер мен кері әсер заңы): екі МН бір-біріне модульдері тең және нүктелерді қосатын түзу бойымен қарама-қарсы бағытталған күштермен әсер етеді.

4-аксиома (күштер әсерінің тәуелсіздік заңы): әр күш бөлек түскенде МН алатын үдеулердің векторлық қосындысы барлық күштер біржолы түскенде алатын үдеуіне тең

(5.2)

(5.2) теңдеуінің орнына (5.1) теңдеуін, күші ретінде тең әсерлі күшті алып, қолдануға болады.

Ауырлық күш әсерінен денелер бірдей үдеуіне ие болады, ол ауырлық күш үдеуі немесе еркін түсу үдеуі деп аталады. Егер МН-ге тек қана ауырлық күші түсетін болса, онда (5.1) бойынша

. (5.2)

Дененің массасы оның орналасуына және оған түсетін күштерге тәуелсіз, ал дененің салмағы дене орнының географикалық еніне және оның Жер орталығына дейінгі қашықтығына тәуелді еркін түсу үдеуінің өзгеруімен өзгеріп тұрады.

39. Термодинамиканың екінші және үшінші бастамалары. Жылу машинасы. Жылу машинасының пайдалы әсер коэффициенті. Карно теоремасы. Карно циклы. Тоңазытқыш машина.

Термодинамиканың екінші бастамасы — статистикалық нысандардың (мысалы, атом, молекулалардың) үлкен санынан тұратын жүйелердің өз бетінше ықтималдығы аздау күйден ықтималдығы молырақ күйге ауысу процесін сипаттайтын табиғаттың түбегейлі заңы.

§11.Термодинамиканың екі н ші заңы

 

Термодинамиканың екінші заңы табиғаттағы процестердің жүру бағытын көрсетеді.

Өзін қоршаған кеңістікте ешқандай қалдық өзгерістер болмайтындай түрде жүретін термодинамикалық процесті қайтымды процесс деп атайды. Қайтымды процесс кезінде термодинамикалық жүйе бастапқы күйіне қайта келеді.

Сыртқы ортада өзгерістер қалатындай түрде жүретін процесті қайтымсыз процесс деп атайды. Қайтымсыз процесс кезінде жүйе бұрынғы күйіне қайтып келмейді. Үйкеліс, кедергі күштерімен жүретін процестер қайтымсыз процесс болып табылады.

Жылу алмасу кезінде жүретін процесс қайтымсыз процесс болып табылады.

11.1.Тұйық процестер

Термодинамикалық жүйе бастапқы күйіне қайтып келетіндей түрде жүретін термодинамикалық процестердің жиынтығын тұйық процесс немесе цикл деп атайды.

Тұйық процестер немесе циклдер барлық жылу машиналарының жұмыс істеу принципінің негізі болып табылады. Заттардың ішкі энергиясын энергияның кез келген түріне айналдыратын механизмдерді жылу машиналары деп атайды. Жылу машиналарына іштен жану двигательдері, пар немесе газ турбиналары, салқындатқыштар және т.б. қондырғылар жатады.

Тұйық процеске қатысатын денені жұмыс денесі деп атайды. Көп жағдайда жұмыс денесі газ болып табылады.

 

Суретте көрсетілген тұйық процесте

11.2.Карно циклі

Негізінен жылу машиналары Карно циклімен жұмыс атқарады. Карно циклі 2 изотермадан және 2 адиабатадан тұрады.

 

 

1) 1 – 2 – изотермиялық ұлғаю.

2) 2 – 3 – адиабаталық ұлғаю.

3) 3 – 4 – изотермиялық сығылу.

4) 4 – 1 – адиабаталық сығылу.

Карно циклімен жұмыс кез-келген жұмыс машинасы температурасы Т₁ қыздырғыштан (1), жұмыс денесінен (3) және температурасы Т₂ салқындатқыштан (2) тұрады (сурет).

Карно, шексіз жай ағатын (үйкелістен жоғалуы) 1-2-3-4 процессті қарастырған, сол себептен жұмысшы заттар механикалық тепе-теңдікте болады. Бұдан басқа, жұмыстық денемен температура көзі Т1 арасындағы, 1-2 изотерма бойында және Т2, 3-4 бойында шексіз аздаған температура айырмашылығы бар. Сонымен, термиялық тепе-теңдік сақталады. Сондықтан, цикл, қайтымды деп саналады. Бұл циклды, Карноның идеалды циклы деп атайды.

Бірінші теоремасы:жылулық қозғалтқыштың пайдалы әсер коэффициенті туралы теорема. Оны француз оқымыстысы Н.Л.С. Карно (1796 – 1832) тұжырымдаған (1824). Карно теоремасы бойынша Карно циклінің пайдалы әсер коэффициенті [η=(T1–T2)/T1, мұндағы T1 – қыздырғыштың температурасы, T2 – суытқыштың темп-расы] жұмыстық дененің табиғатына және жылулық қозғалтқыштың құралымына тәуелді болмайды, ол тек қыздырғыш (T1) пен суытқыштың (T2) температураларымен ғана анықталады. пайдалы әсер коэффициенті термодинамиканың екінші бастамасын тұжырымдау кезінде маңызды рөл атқарды;

Екінші теоремасы:соққы теориясында – абсолют серпімсіз соққы кезіндегі кинетикалық энергияның кемуі жайлы теорема.Соққы кезіндегі жүйенің кинетикалық энергиясының кемуі, жүйе нүктелерінің кеміген жылдамдықпен қозғалған кезіндегі кинетикалық энергиясына тең.

 

Бір циклде жұмыс денесі қыздырғыштан Q₁ жылу мөлшерін алады, салқындатқышқа Q₂ жылу мөлшері береді және сыртқы денелермен А жұмыс атқарады.

.

Кез-келген қондырғының тиімділігі - пайдалы әсер коэффициентімен анықталады.

.

Жылу машинасының пайдалы әсер коэффициенті бір цикл кезінде атқарылған пайдалы жұмысының қыздырғыштан алынған жылу мөлшеріне қатынасына тең болады.

 

11.3.Энтропия

Термодинамикалық жүйенің күйін анықтайтын шаманың бірі энтропия болып табылады. Энтропия зат молекулаларының қозғалысының тәртіпсіздігінің мөлшері болып табылады. Өлшем бірлігі

мұндағы: - күй ықтималдығы.

.

Қайтымды тұйық процесте энтропиялық өзгерісі нольге тең.

Кез-келген жылу машинаның пайдалы әсер коэффициенті идеал жылу машинаның пайдалы әсер коэффициентінен үлкен болмайды.

Идеал жылу машинаның пайдалы әсер коэффициенті

Идеал жылу машинаның пайдалы әсер коэффициенті тек қыздырғыш пен салқындатқыштың температурасына тәуелді.

Термодинамиканың екінші заңы:

1. Сыртқы ортада ешқандай өзгеріс болмаған жағдайда ешқашан салқын денеден ыстық денеге жылу берілмейді.

2. Дененің ішкі энергиясының есебінен шексіз жұмыс атқару мүмкін емес. .

3. Кез-келген процестерде жүйенің энтропиясы кемімейді.

Термодинамиканың үшінші заңы (Нернст теоремасы)

.

Абсолют нольде термодинамикалық жүйенің энтропиясы нольге тең болады.

 

Термодинамиканың үшінші бастамасы — абсолюттік нөлге жуық температура маңында, реакцияның жылу эффектісі мен максимал жұмысты сипаттайтын қисық сызықтар өзара бірігіп кетеді, ал олардың ортақ жанамасы температуа осіне параллель болады дейтін, химиялық реакцияларға тән эксперименттік нәтижелерді қорытындылаудан туатын постулат.

40. Толқындық процесстер. Көлденең және қума толқындар. Толқын теңдеуі.

Механикалық толқындар. Механикалық не серпімді толқындар деп серпімді ортада таралатын механикалық қозуларды (деформациялар) атайды. Ортаға әсер ете отырып, осы қозуларды тудырушы денелер толқындардың көзі деп аталады.

Дыбыстық не акустикалық толқындар деп интенсивтілігі аз серпімді толқындарды, яғни серпімді ортада таралатын әлсіз механикалық қозуларды атайды.

Серпімді толқындардың ортада таралуы заттың орнын ауыстырумен байланыста емес. Шексіз ортада ол орта бөлектері толқын көздерінен барған сайын алыстай беретін жағдайда оларды мәжбүрлі тербелістерге тартудан тұрады. Мұнда орта құрылымы толық орта ретінде қарастырылады.

Егер орта бөлшектері толқынның таралу бағытында тербелетін болса, серпімді толқын бойлық деп аталады,. Бойлық толқындар серпімді ортаның көлемді деформациясымен байланысты, сондықтан кез кеген ортада – қатты, сұйық, газ тәрізді – тарала алады. Мұндай толқындардың мысалы ретінде ауадағы дыбыс толқындарын айтуға болады.

Серпімді деформация. Форманың серпімділігі. Көлемдік серпімділік.

Серпімді толқын көлденең деп аталады, егер, орта бөлшегі толқынның таралу бағытына перпендикуляр жазықтықтарда тербелсе. Көлденең толқындар серпімді ортаның ығысу деформациясымен байланысты, демек, тек формасы серпімді ортада ғана, яғни қатты денелерде пайда болып, тарала алады.

Ерекше орынды сұйықтың еркін беті бойымен таралатын беттік толқындар алады, бұл беттін қозуы сыртқы әсердің күшімен туындайды.

Серпімді толқын синусоидалды, немесе гармониялы делінеді, егер тиісінше, орта бөлшектерінің тербелістері гармониялы болса. Бұл тербелестердің жиілігі толқынның жиілігі деп аталады.

Ортаның жекелеген бөліктерінің ортаны бойлай, қайсыбір белгілі жылдамдықпен таралушы гармониялық қозғалысы гармониялық қума толқын деп аталады.

Механикалық қозулар (деформациялар) серпімді ортада v шекті жылдамдығымен таралады.

41. Сұйықтардағы молекулалық құбылыстар. Молекулалық қысым. Беттік керілу. Капиллярлық құбылыстар. Ерітінділер. Осмостық қысым.

Сұйық молекуласына айналысындағы басқа молекулалар тарапынан тартылу күштері әсер етеді. Егер молекула сұйық бетінен молекулалық әсерлесу сферасының радиусынан артық арақашықтықта, демек, сұйық ішіндегі орналасса, онда оған әсер етуші күштер тепе теңдік күйде болады. егер молекула қалыңдығы молекулалақы әсерлесу сферасының радиусына тең болатын шекаралық қабатта болса, онда оған сұйық ішіне қарай бағытталған қорытқы күш әсер етеді. Сондықтан молекуланы сұйық ішінен беттік қабатқа шығару үшін жұмыс атқару керек. Сұйық бетінің ауданын изотермиялық және квазистатикалық бір бірлікке (көлемді сақтап) арттыруға қажетті жұмысты сұйықтың беттік керілуі деп атайды. Изотермиялық жұмыс жүйенің еркін энергиясының кемуіне тең. Сыртқы күштер әсер етпейтін сұйықтың еркін энергиясын мына түрде жазуға болады:

(1)

Мұндағы еркін энергияның көлемдік және беттік құраушылары. Егер сұйықтың көлемі өте үлкен болса, онда , демек . Ал, егер сұйықтың көлемі аз болса, онда . Жоғарыда айтылғандарды ескерсек

(2)

мұндағы сұйықтың беттік керілуі, сұйық бетінің ауданы. Сонымен беттік керілуді сұйық аудан бірлігіндегі беттің еркін энергиясы ретінде қарастыруға болады.

2.Тік бұрышты сымнан жасалған каркас алайық. Каркастың СД бөлігі АС және ВД бағыттары бойынша еркін сырғи алсын.АВДС ауданына жұқа сабын қабыршақ тартайық. Бұл қабыршақ екі жақты. Осы екі қабыршақтың ортасында сұйық бар. Тәжірибелерден қабырщақтың қысқаруға ұмтылатынын көруге болады. сондықтан СД жоғары қарай қозғалады. СД-ны орнында ұстап тұру үшін белгілі күшпен әсер ету керек, мысалы жүк ілу керек. Қабықша екеу болғандықтан бұл күшті 2Ғ деп белгілейміз. Егер температураны тұрақты етіп ұстап Ғ күшін өте аз шамаға көбейтсек, онда СД төмен қарай жол жүреді және қабыршақ үстінен жұмыс атқарады. Бұл кезде қабыршақ ауданы шамаға артады. Мұндағы l- СД ның ұзындығы; әрбір қабықшаның ауданының өсімшесі. . Осы екі өрнекті теңестіріп,

(3)

екенін анықтаймыз.

(4)

Бұдан қабықшаның керілген күйде екенін көруге болады.

Сұйықтың беттік керілуін анықтағанда оның қандай ортамен шектесетінін білу қажет. Беттік керілу температура артқанда кемиді

(5)

Қамыс қанты ерітіндісінің әртүрлі концентрациясының осмостық қысымдарын зерттеп, Пфеффер менде Фриз алған нәтижелерін пайдалана отырып 1887 жылы Ван-Гофф осмостық қысым заңдылықтарын ашты. Ол күшті сұйытылған ерітіндінің осмостық қысымы идеал газ заңдарына бағытталумен анықталады. Тұрақты температурада осмостық қысым концентрацияға тура пропорционал, еріген заттың массалық көлеміне кері пропорционал екендігімен анықталады.

Р₁ /Р₂ = С₁ /С₂

Егер концентрция тұрақты болса, осмостық қысым термодинамикалық температурасын тап.

Р₁ /Р =T₁ / T₂

Бірдей температура мен бірдей концентрацияда әр түрлі заттардың бірдей осмостық қысымдары болады.Осы заңдылықтарды біріктіргенде осмостық қысымға арналған күй теңдеуін аламыз.

P = m/v·RT = CRT (Вант-Гофф теңдеуі)

Бұл формула бойынша клайпейрон – Менделеев теңдеуіне тура келеді.

c=m/v – молярлық концентрация.

R – универсал газ тұрақтысы, Т- термодинамикалық температура, С – концентрация төмен болған сайын Вант-Гофф теңдеуі орындалмайды. Концентрация жоғары болған сайын Вант-Гофф теңдеуінен ауытқулар болады.Жоғары концентрациялар кезінде вант-Гофф заңынан ауытқуларды ескеруге болады, егерде көлемдік молярлық концентрацияның орнына молялдық концентрацияны С_m қолданса болады.

P = C_mRT = RT m₁ / m₂M· 1000

m₁ – еріген зат массасы, m₂ – ерітіндінің массасы. Вант-Гоффтың біріктірілген ерітіндінің осмостық қысымы еріген зат газ күйінде сол температураларды ерітіндінің көлеміндегі көлемде түсіретін газ қысымына тең болады. Сондықтан нағыз ерітіндідегі осмостық қысым үшін еріген бөлшектердің массасы, өлшемдері пішінін емес,тек бөлшектер санының ғана маңызы болады. Осмостық жануарлар мен өсімдіктердің тіршілік әрекетіндегі маңызы зор. Ол өсімдік сабағымен судың көтерілуін клетканың өсуін т.б. құбылыстарды қамтамасыз етеді. Бірдей жағдайда бірдей осмостық қысымдары болатын ерітінділер изотондық ерітінділер деп аталады.

Клетка сыртындағы ерітіндінің осмостық қысымы клетка ішінен жоғары болса гипертондық ерітінділер, ал төмен болса гипотондық ерітінділер делінеді. Адам қанының осмостық қысымы 0,8 мПа. Мұндай осмостық қысым 0,9 ⁰/₀ NaCI ерітіндісінде де болады. Сондықтан мұндай концентрациялы ерітіндіні физиологиялық ерітінділер деп аталады.

42. Потенциалдар айырымы. Электр қозғаушы күш. Кернеу. Джоуль-Ленц заңының интрегралды және дифференциалды көрінісі, оны қорытып шығару.

Тізбек бөлігіндегі кернеу  дегеніміз электростатикалық өрістің қорытқы күші мен осы тізбек бөлігінде бірлік зарядты орын ауыстыруға жұмсалатын сыртқы күштердің жұмыстарының қосындысына тең физикалық шама.

Неміс физигі Ом тәжірибе жүзінде біртекті метал өткізгіштен өтетін ток күші өткізгіш ұштарындағы кернеуге тура пропорциональ екендігін дәлелдеді:

     Өткізгіш кедергісі оның өлшеміне, формасына және материалына байланысты. Цилиндрлік өткізгіштің кедергісі  оның ұзындығы -ге тура, ал көлденең қимасының ауданы -ке кері пропорциональ болады:

мұндағы - пропорциональдық коэффициент, ол өткізгіш материалына байланысты. Ол меншікті электрлік кедергі деп аталады.

Ом заңын дифференциаль түрде жазып көрсетуге болады.

              

Бұл өткізгіштің әрбір нүктесіндегі ток тығыздығын осы нүктедегі электростатикалық өріс кернеулігімен байланыстыратын дифференциаль түрдегі Ом заңы.

Өткізгіштерді тізбектей қосқанда олардың кедергілері қосылады , ал параллель қосқанда кедергіге кері шамалары қосылады:

Тәжірибелер көрсеткендей кедергінің температураға сызықты тәуелді.

мұндағы  және ,  және - және  температуралардағы сәйкесінше өткізгіштің меншікті кедергісі мен кедергісі. - кедергінің температуралық коэффициенті, ол таза металдар үшін . 

    Біртекті өткізгіштің ұштарына  кернеу берілсін. Осы өткізгіштің көлденең қимасы арқылы  уақыт ішінде  заряд тасымалданады. Сонда токтың жұмысы                   

Егер өткізгіш кедергісі  болса, онда Ом заңын қолдана отырып былай жазуға болады:                   

Токтың қуаты     - бұл теңдеу тұрақты ток үшін де, айнымалы ток үшін де қолданылады.

Егер ток қозғалмайтын металл өткізгіштен өтетін болса, онда токтың барлық жұмысы осы өткізгішті қыздыруға кетеді де, энергияның сақталу заңы бойынша           - Джоуль-Ленц заңының теңдеуі.

Өткізгіштен элементар цилиндрлік көлем  бөліп алайық. Оның кедергісі . Джоуль-Ленц заңы бойынша  уақыт ішінде осы көлемнің бөліп шығаратын жылуы          

Бірлік уақытта, бірлік көлемнен бөлініп шығатын жылу мөлшері токтын меншікті жылулық қуаты деп аталады. Ол мынаған тең:             

Ом заңының дифференциаль формасын және  қатынасын қолдана отырып, аламыз           бұл теңдеу Джоуль-Ленц заңының дифференциаль формасы. Оны тұрақты және айнымалы токқа және кез келген өткізгішке қолдануға болады. Егер берілген тізбек бөлігінде ток көзі болмаса (), онда      

Егер электр тізбегі тұйық болса, онда ;  

мұндағы -тізбектегі э.қ.к., ал - тізбектің толық кедергісі. Жалпы түрде , - ток көзінің ішкі кедергісі, - сыртқы бөлік кедергісі. Сондықтан берілген тізбекке арналған Ом заңы мына түрде болады: . Егер тізбек тұйық болмаса, онда ток жоқ, ендеше Ом заңына сәйкес .

Үштен кем емес өткізгіштердің қиылысқан нүктесін түйін деп атайды. Түйінге кіретін токтар оң, ал түйіннен шығатын токтар теріс деп есептеледі.

Кирхгофтың І-ші ережесі: түйіндегі токтардың алгебралық қосындысы нольге тең:

Кирхгофтың ІІ-ші заңы:Тармақталған электр тізбегінің кез келген тұйық контурындағы ток күші мен кедергінің көбейтіндісінің алгебралық қосындысы осы контурда кездесетін э.қ.к. алгебралық қосындысына тең.

              

43. Клапейрон-Клаузиус теңдеуі. Үштік нүкте. Күй диаграммасы. Фазалық ауысу. 1 және 2 шекті фазалық ауысу.

Клапейрон - Клаузиус теңдеуі – заттың бір фазадан басқа бір фазаға (булану, балқу, сублимация, т.б.) ауысу процесін сипаттайтын термодинамикалық теңдеу. Клапейрон - Клаузиус теңдеуі бойынша тепе-тең күйде өтетін процестегі L фазалық ауысу жылуы (мысалы, булану жылуы, балқу жылуы) мына өрнек бойынша анықталады:

, мұндағы T – ауысу температурасы (изотермиялық процесс), dp/dT – фазалық тепе-теңдік қисық сызығындағы қысымның температура бойынша алынған туындысы, – 1-фазадан 2-фазаға ауысу кезіндегі зат көлемінің өзгерісі. Клапейрон - Клаузиус теңдеуі француз оқымыстысы Б.П. Э.Клапейрон (1799 – 1864) сұйықтық пен жылулық тепе-теңдікте тұрған конденсацияланған буға арналған Карно циклін талдау нәтижесінде алды (1834). 1850 ж. неміс физигі Р.Клаузиус (1822 – 1888) теңдеуді одан әрі жетілдіріп, оны басқа да фазалық ауысуларға арнап, қорытындылады. Бұл теңдеуді жылуды жұту немесе шығару арқылы өтетін кез келген фазалық ауысуларға қолдануға болады. Клапейрон - Клаузиус теңдеуін шешу үшін L, V1 және V2 шамаларының температура мен қысымға байланысты қалай өзгеретіндігін білу қажет. Мұның өзі күрделі мәселе. Әдетте, бұл тәуелділік тәжірибе жүзінде анықталып, Клапейрон - Клаузиус теңдеуінің сан мәні есептеледі. Клапейрон - Клаузиус теңдеуі таза заттармен қатар ерітінділерге және олардың жеке құраушыларына да қолданылады. Соңғы жағдайда Клапейрон - Клаузиус теңдеуін берілген құраушыдағы будың парциал қысымын, оның парциал булану жылуымен байланыстырады

Үштік нүкте, термодинамикада — заттың үш фазасының да бірдей бір мезгілдегі тепе-теңдік күйіне сәйкес келетін күй диаграммасындағынүкте. Фазалар ережесі бойынша жеке химиялық зат (бір құраушылы жүйе), тепе-теңдік кезінде, үш фазадан артық күйде бола алмайды. Бұл үш фазаның (қатты, сұйық және газ) бір мезгілде тепе-теңдікте болуы температура (Т) мен қысымның (р) белгілі бір мәндерінде ғана жүзеге асады. Мысалы, көмір қышқыл газы (СО₂) үшін Тү.н.T 216,6 К, рү.н.р 5,12 атм, су үшін Тү.н.Т 273,16 К (дәл), рү.н.4,58 мм сын. бағ.

44. Газдардағы электр тогы. Газ разряды. Плазма.

Газдардан электр тогының өтуін газ разряды деп атайды. Қалыпты жағдайда газ молекулалары электрлік бейтарап болады. Газдардан электр тогы өту үшін газ молекулаларын иондарға және электрондарға ыдырату қажет. Газдар сыртқы ионизаторлардың әсерінен оң иондарға және электрондарға ыдырайды. Бұндай ионизаторларға от, рентген, ультракүлгін сәулелері және т.б. әсерлер жатады.

    Газдың атомы (молекуласы) иондалған кезде иондалу жұмысы атқарылады. Иондалу жұмысы деп электронды атомнан жұлып шығаруға жұмсалатын энергияны айтады. Біратомды газды соққымен иондау, иондаушы бөлшектін келесі кинетикалық энергиясында жүреді:

мұндағы:  - иондалу жұмысы, М – атом массасы.

Газ разряды тәуелді және тәуелсіз болып екіге бөлінеді. Тәуелді газ разряды дегеніміз – сыртқы әсер тоқтағанда, газдардан электр тогы өту құбылысы тоқтайтын разряд, осыған қарама-қарсы құбылыс, яғни сыртқы әсер тоқтағанмен, электр тогы өту құбылыс байқалатын болса, бұл тәуелсіз разряд деп аталады.

Тәуелсіз разрядтың 4 түрі бар:

1. Солғын разряд - салқын катоды бар разрядты түтікшелерде төменгі қысымда(бірнеше килопаскаль немесе одан төмен қысымдарда) жүреді;

2. Ұшқындық разряд - газдардағы қалыпты атмосфералық қысымда, өте үлкен потенциалдар айырмасында жүреді (мысалы найзағай);

3. Тәжді разряд - қалыпты атмосфералық қысымда, біртекті емес электр өрісінде жүреді;

4. Доғалық разряд – орыс ғалымы В.В.Петров ашқан. Бұл газдық разряд электродтар арасында аз потенциалдар айырмасында, бірақ үлкен ток тығыздығында жүреді.

Плазма. Плазма дегеніміз – оң және теріс зарядтарының тығыздықтары бірдей аса ионданған күйдегі газды айтады. Плазма – заттың ерекше күйі.

Аса жоғары температура салдарынан пайда болатын плазма жоғарғы температуралық плазма деп аталады.

Плазманың иондану дәрежесі ионданған бөлшектер санының плазманың бірлік көлемдегі бөлшектер санына қатынасымен сипатталады. Осы шаманың мәніне қарап плазманың әлсіздеу ионданған, жеткілікті түрде ионданған және толығымен ионданған деп бөледі.

Плазмада ток тасушылардың концентрациясы өте жоғары. Сондықтан плазманың электр өткізгіштігі өте жоғары болады. Электронның қозғалғыштығы оң иондардың қозғалғыштығына қарағанда үлкен болғандықтан, плазмада токты негізінен электрондар тасиды.

 Плазманың қасиеттері:

1. Толық иондану кезінде плазманың иондану дәрежесі өте жоғары болады.

2. Иондану кезінде плазмада оң және теріс зарядтар өзара тең болады.

3. Плазманың электр өткізгіштігі өте жоғары болады.

4. Электр және магнит өрістерімен күштірек әсерлесе алады.

 

Газ Разряды.Газды ортада қалыпты жағдайда еркiн зарядтар жоқ, орта электр тогын өткiзбейдi, оның молекулалары нейтралды, бейтарап. Газ молекулалары иондалса (мысалы, рентген сәулелерiмен), онда газдан электр тогы өтуi мүмкiн. Бұл процесс - газ разряды деп аталады. Сыртқы иондаушы әсерiнен пайда болған орындалған разряд өздiгiнше емес разряд деп аталады. Ток күшi I әр аттас электродтар арасындағы U кернеуге байланысты.

45. Электростатика. Кулон заңы. Электр о статикалық өрісі, оның кернеулігі. Гаусс теоремасы. Электр диполі.

 

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.

46. Газ заңдары. МКТ-ның негізгі теңдеуі. Молекулалардың еркін жүгіру жолы.

Газдардың молекула-кинетикалық теориясы

Газдардың физикалық қасиеттерін зерттеуге статистикалық әдісті қолданайық.

Молекула –кинетикалық теорияның негізгі қағидалары:

1. Барлық заттар бөлшектерден тұрады (молекулалар мен атомдардан);

2. Осы бөлшектер тәртіпсіз, хаостық қозғалыста болады. Бұл қозғалыс жылулық қозғалыс деп аталады;

3. Бөлшектер бір-бірімен өзара әсерлеседі.

Зат бөлшектерінің жылулық қозғалысын қөрнекі түрде көрсететін тәжірибені ағылшын ғалымы Броун жасады. Броун микроскоптың көмегімен сұйықта қалқыған гүл тозаңдарының жылдам, тәртіпсіз қозғалысын бақылады. Осындай зат бөлшектерінің жылулық қозғалысын Броундық қозғалыс деп атайды.

 

9.1.Молекула –кинетикалық теорияның негізгі теңдеуі

Макроскопиялық параметрлердің (қысым, көлем) микроскопиялық параметрлермен (молекулалардың массасы, жылулық қозғалыс жылдамдығы, кинетикалық энергиясы) арасындағы байланысты көрсететін өрнекті молекула-кинетикалық теорияның негізгі теңдеуі деп атайды.

Молекулалардың орташа жылдамдығы:

өрнегімен анықталады.

Молекулалар концентрациясы - молекулалар саны. Концентрация деп бірлік көлемдегі бөлшектер санын айтамыз. Өлшем бірлігі .

Бір бағытта қозғалатын бөлшектер саны-

 

Сонымен -уақытта ауданы S-қабырғаға соқтығысатын молекулалар саны-

Әрбір молекула қабырғаға F₁-күшпен әсер етеді:

Соқтығысатын барлық молекулалардың қабырғаға әсер ететін қысым күші:

Әр түрлі молекулалардың түрліше жылдамдықтармен қозғалатынын ескерсек, өрнекке молекулалардың жылдамдығының квадратының орташа мәні койылады.

Молекулалардың орташа квадраттық жылдамдығы:

 

.

Қысым күштің күш әсер ететін ауданына қатынасымен анықталады:

немесе ,

осыдан екенін анықтаймыз,

мұндағы: - газ молекуласының ілгерілемелі қозғалысының кинетикалық энергиясының орташа мәні.

Осы алынған өрнекті молекула-кинетикалық теорияның негізгі теңдеуі немесе Клаузиус теңдеу і деп атайды.

Газдың қысымы газ молекулаларының жылулық қозғалысының орташа кинетикалық энергиясына тура пропорционал болады.

Температураның негізгі физикалық мағынасын көрсететін өрнек-

мұндағы- Больцман тұрақтысы деп аталады.

Температура газ молекуласының орташа кинетикалық энергиясының сандық мөлшері болып табылады. Больцман тұрақтысы температура 1 Кельвинге өзгергенде газ молекуласының орташа кинетикалық энергиясы қаншаға өзгеретінін көрсетеді.

9.2.Газ молекуласының еркіндік дәрежесі

Газ молекуласының еркіндік дәрежесі деп молекуланың кеңістіктегі орнын анықтайтын тәуелсіз параметрлердің жиынтығын айтамыз. Егер кез-келген дене кеңістікте қозғалатын болса, онда осы қозғалысты тәуелсіз алты қозғалыстың жиынтығы түрінде қарастыруға болады: үш ілгерілемелі қозғалыстың (тікбұрышты координаталар жүйесінің осьтері бойымен), үш айналмалы қозғалыстың (дененің массалар центрі арқылы өтетін өзара перпендикуляр үш осьтің айналасында) жиынтығы.

Қалыпты жағдайда газ молекулаларының еркіндік дәрежесі:

Жоғары температураларда бұл еркіндік дәрежесіне тербелмелі қозғалыстың бұл еркіндік дәрежесі қосылады.

Бір атомды газ үш бағытта ілгерілемелі қозғала алады. Сондықтан бір атомды газдың еркіндік дәрежесі -ке тең.

Екі атомды газ үш бағытта ілгерілемелі және екі бағытта айналмалы қозғала алады (сурет). Сондықтан екі атомды газдың еркіндік дәрежесі -ке тең болады.

 

2-атомды газ үшін 3-атомды газ үшін

Үш атомды газ үш бағытта ілгерлемелі және үш бағытта айналмалы қозғала алады Сондықтан үш атомды газдың еркіндік дәрежесі -ға тең болады.

 

9.3.Максвелл таралуы

Ағылшын ғалымы Максвелл газ молекулаларының жылдамдық бойынша таралып орналасуын анықтайтын заңды ашты. Бұл заңдылық Максвелл таралуы деп аталды.

Максвелл ықтималдық теориясы мен математикалық статистика заңдылықтарын пайдалана отырып таралу функциясын алды.

Таралу функциясы - дегеніміз жылдамдықтары модулі интервалы арасында жататын газ молекулаларының үлесі болып табылады.

-функциясы газ молекулаларының жылдамдықтар бойынша таралып орналасу функциясы деп аталады. Өз кезегінде молекулалардың жылдамдықтарының модульдері және аралығында жату ықтималдылығын анықтайды.

мұндағы: -таралу тығыздығы,

.

 

Жылдамдықтары -ден -ге дейінгі аралықта жататын молекулалар саны:

Газ молекулаларының жылдамдықтар бойынша таралу графигі келесі суретте көрсетілген.

мұндағы: Т₁<Т₂.

Газ температурасы артқан сайын графиктің максимумы үлкен жылдамдықтар жағына ығысады. Сондықтан газдарды қыздырғанда аз жылдамдықпен қозғалатын молекулалардың үлесі азаяды, ал үлкен жылдамдықпен қозғалатын молекулалардың үлесі артады.

Газдағы көпшілік молекулалар ықтимал жылдамдықтай жылдамдықпен қозғалады. .

 

Молекулалардың орташа жылдамдығы - .

Молекулалардың орташа квадраттық жылдамдығы -

Яғни осы формулалардан болатыны көрінеді.

Больцман таралуы

Сыртқы күштер болмаған жағдайда термодинамикалық тепе-теңдік күйіндегі газ молекулаларының орташа концентрациясы бар жерде бірдей болады.

Ал газ сыртқы өрісте орналасқан кезде молекулалардың таралып орналасуы өзгеше болады. Сыртқы потенциалды өрістегі газды қарастырамыз. Мысалы: ауырлық өрісіндегі ауаны. Газдың барлық қабаттарындағы температурасы бірдей деп есептейік. Сыртқы күш төмен, ал z осі жоғары бағытталсын.

Газда ойша қабатын бөліп аламыз (сурет). Осы қабатқа төменнен жоғары бағытталған қысым айырмасының нәтижесінде пайда болған күш әсер етеді, ал жоғарыдан төмен қарай сыртқы өрістің F күші әсер етеді. Бөлініп алынған газ қабатының төменгі және жоғарғы қабатына әсер ететін және қысымдарының айырмасы гидростатикалық қысымға тең болады:

.

екенін ескере отырып, келесі өрнекті аламыз:

немесе .

Осы өрнек