Fizika fani bo’yicha

Muhammad al-Xorazmiy nomidagi Toshkent Axborot Texnologiyalari Universiteti

Fizika fani bo’yicha

MUSTAQIL ISHI


Mavzu: Elektromagnitizm


Bajardi: 710-21 gurux talabasi

Abdurayimov Jaloliddin

Tekshirdi: Abduraxmanov Q.P.

3-topshiriq: Elektromagnetizm

Topshiriq rejasi:

1.Dielektriklar turlari.

2.Dielektriklarning qutblanishi va qutublanganlik.

3. Elektr maydonda dielektriklar.

4.Dielektrikdagi elektr maydon uchun Gauss teoremasi.

5.Elektrostatik maydondagi o‘tkazgichlar.

6.Elektr sig‘imi.

7.Zaryadlangan kondensatorlarning energiyasi.

8.Xulosa.

9.Foydalanilgan adabiyotlar.

1. Dielektrik turlari.

Dielektriklar atom va molekulalardan tashkil topgan. Atom esa, musbat zaryadli yadro va manfiy zaryadli elektronlardan iboratdir. Atomning musbat zaryadi yadroda to'plangan bo'lib, manfiy ishorali elektronlar esa, yadro atrofida harakatda bo'ladi.

Koʼp hollarda manfiy zaryadlarning markazi musbat zaryadli yadro markazi bilan ustma - ust tushadi.

Birinchi turdagi dielektriklar (N2

, H2, O2, CO2 va b.) molekulalaridagi elektronlar yadro atrofida simmetrik joylashib tashqi elektrostatik maydon bo'lmaganda, musbat va manfiy zaryadlarning og'irlik markazlari ustma - ust tushgan bo'ladi. Bunday dielektriklar molekulalari qutbsiz molekulalar deyiladi.

Tashqi elektrostatik maydon E ta'sirida qutbsiz molekula zaryadlari siljiy boshlaydi. Musbat zaryadlar maydon yoʼ nalishda, manfiy zaryadlar maydonga teskari yoʼnalishda siljiydi (1 - rasm). Shunday qilib, molekula P = ql dipol momentiga ega bo'ladi.

1-rasm.Tashqi elektrostatik maydon taʼsirida qutubsiz molekulalarning Dipol momentiga ega boʻlishi.

Ikkinchi turdagi dielektriklar (H2O, NH3, SO2, CO ,..... ) molekulalaridagi elektronlar yadro atrofida nosimmetrik joylashgan bo'ladi va tashqi elektrostatik maydon bo'lmaganda ham musbat va manfiy zaryadlarning og'irlik markazlari ustma-ust tushmaydi. Bunday dielektrik molekulalari tashqi maydonsiz ham dipol momentiga ega bo'lib, ular qutbli molekulalar deb ataladi (2 - rasm).

2-Dielektiriklarning qutublanishi va qutublanganlik.

Tashqi elektrostatik maydon bo'lmaganda molekulalarning tartibsiz harakati tufayli dielektrik bo'yicha molekulalarning umumiy dipol momentlari nolga teng bo'ladi. Agar bunday dielektrik tashqi elektrostatik maydonga kiritilsa, maydon kuchlari dipollarni maydon yo nalishiga qarab burishga harakat qiladi va noldan fargli umumiy dipol momenti paydo bo'ladi.

2-rasm.Qutbli molekula dipoli.

Shunday qilib, tashqi elektrostatik maydon ta'sirida ikkala turdagi dielektrikda ham noldan fargli dipol momentlari hosil bo'ladi. Bu hodisa dielektriklarning qutblanishi deb ataladi.

Demak, qutblanish deb, tashqi elektrostatik maydon ta'sirida dipollarning maydon kuch chiziqlari tomon yo nalishini o'zgartirish jarayoniga aytiladi.

Quyidagi qutblanish turlari mavjuddir:

1.elektronli qutblanish;

2.oriyentatsiyaviy yoki dipolli qutblanish.

Elektronli qutblanish deb, qutbsiz molekulalardan tashkil topgan dielektrik, tashqi elektrostatik maydonga kiritilganda, atomlar elektron qobiqlarining deformatsiyasi hisobiga induksiyaviy dipol momentlari hosil bo'lishiga aytiladi.

Oriyentatsiyaviy yoki dipolli qutblanish deb, qutbli molekulalardan tashkil topgan dielektrik tashqi elektrostatik maydonga kiritilganida, tartibsiz yoʼnalgan molekulalar dipol momentlarining maydon yoʼ nalishiga qarab burilishiga aytiladi. Ammo molekulalar issiqlik harakati natijasida faqat ayrim molekulalarning dipol momentlari maydon yo nalishi boyicha joylashadi va u maydon kuchlanganligiga bog'liq bo'ladi.

Molekulalari qutbsiz bo'lgan dielektriklarning eng soddasi vodorod molekulasining atomidir. Tashqi elektrostatik maydon bo'lmaganda E = 0 , vodorod atomidagi bitta elektron yadro atrofida r radiusli orbita bo'ylab harakatlanadi (3 - rasm).

3-rasm.Vodorod atomining dipoli.

Bu holatda elektronning yadroga tortilish kuchi Kulon qonuniga asosan:

dan iborat boʻladi,markazga intilma kuch esa

teng.Elektronning yadroga tortilish kuchi markazga intilma kuchi markazga intilma kuch bilan muvozanatda boʻladi.

bu yerda w - elektronning orbita bo'ylab harakatining burchak tezligidir.

Kuchlanganligi E bo'lgan elektrostatik maydonga atom kiritilsa, elektron orbitasi deformatsiyalanib, E - vektorning yoʼnalishiga qarama-qarshi tomonga ∆l - masofaga siljiydi. Bunda Fmi; = mw²r markazga intilma kuch teng ta'sir etuvchi kuch F dan iborat bo'lib, elektrostatik maydonning elektronga ta'sir kuchi F1 = qE va elektronning yadroga tortishish kuchi F2 dan iborat bo'ladi (4 -rasm).

4-rasm.Vodorod atomi dipolining tashqi elektrostatik maydondagi deformatsiyasi

Rasmdagi burchaklardan

munosabatga ega boʻlamiz.

Agar atomning hajmini V=¾πr³ ga teng deb olsak,

ga ega boʻlamiz.

 

a=3V- proporsionallik koeffitsiyenti bo'lib, unga atomning qutblanuvchanligi deyiladi.

Demak, atomning qutblanuvchanligi uning uchlangan hajmiga teng bo'lgan fizikaviy kattalikdir.

3.Elektr maydonida dielektriklar

Xizmat ko'rsatish sohasida, texnikada eng ahamiyatli materiallardan biri ham elektr o'tkazmaydigan moddalar, dielektriklardir.

Texnikada ishlatiladigan dielektriklar har xil. Ular tabiiy (marmar, slyuda va boshqalar) va sun'iy (chini, rezina va boshqalar) boʼlishi mumkin. Ammo, ular fizik tuzilishlari jihatidan uch turga ajratiladi: 1) gaz, 2) suyuq, 3) qattiq.

Dielektriklar fizik tuzilishlariga qaramay, bir-birlari bilan tubandagi elektr harakteristikalari orqali solishtiriladi:

a)Elektr o'tkazuvchanlik. Tabiatda ideal dielektrik uchramaydi. Har qanday dielektrik ozmi-koʼpmi elektr o'tkazadi. Dielektriklardagi elektr o'tkazuvchanlik ko'pincha unga teskari bo'lgan izolyatsiya qarshiligi bilan belgilanadi. Izolyatsiyaning qarshiligi dielektrik sirti bo'yicha bir xil bo'lsa, uning qalinligi, hajmi bo'yicha boshqacha bo'lishi mumkin. Shuning uchun ko'pincha dielektrikni harakterlashda uning sirtqi solishtirma

qarshiligi va hajm solishtirma qarshiligi haqida gapirishga to'g'ri keladi.

b)Dielektrik singdiruvchanligi. Dielektrik singdiruvchanligi dielektriklarning ichida elektr maydoni kuchlanganligi bo'shliqqa (vakuumga) nisbatan qancha kamayishini ko'rsatadigan koeffitsiyentdir. U dielektrikning elektr tabiatini harakterlaydi.

v) Dielektrik nobudliklari. Texnikada ishlatiladigan barcha izolyatsiya materiallari elektr maydoni ta'sirida ma'lum energiya nobudligiga sabab bo'ladi. Tabiatda absolyut dielektrik yo'q. Dielektrikdan oz bo'lsa-da, tok o'tadi, natijada ma'lum energiya issiqlik energiyasiga aylanadi. Agar dielektriklar o'zgarmas kuchlanish ta'siri ostida bolsa, unda hosil bo'luvchi nobudliklar faqat Lens-Joul qonuniga bog'liq bo'ladi.Dielektrikka o'zgaruvchan kuchlanish ta'sir etsa, unda qo'shimcha nobudliklar ham bo'ladi. Bunday energiya nobudligi dielektrik gisterezisidir.Agar elektr maydonga dielektrik kiritsak, shu maydonda hamda dielektrikda o'zgarishlar kuzatiladi. Bu o'zgarishlarning sodir bo'lishi sababini tushunish uchun atom va molekulalarning tarkibida musbat zaryadlangan yadrolar va manfiy zaryadlangan elektronlar bor ekanligini hisobga olish zarur. Elektronlar atom yoki molekulalar chegaralarida juda katta tezliklar bilan harakat qilib, ularning yadroga nisbatan holatlarini uzluksiz o'zgartirib turadilar. Shuning uchun har bir elektron tashqi zaryadlarga ta'sir qilganda elektronning vaqt bo'yicha o'rtacha holatida joylashgan qo'zg'almas zaryad kabi ta'sir qiladi.Molekula o'Ichamlariga qaraganda katta bo'lgan masofalarda elektronlarning ta'siri ularning molekulaning biror nuqtasiga joylashgan yig'indi zaryadi ta'siriga teng bo'ladi. Bu nuqtani manfiy zaryadlaming ogirlik markazi deb ataladi. Shunga o'xshash yadrolar zaryadlarining ta'siri musbat zaryadlar og'irlik markazi deb aytiladigan nuqtaga joylashgan yig'indi zaryad ta'siriga tengdir. Musbat zaryadlar og'irlik markazining radius vektori quyidagi formula bo'yicha hisoblanadi:

bu yerda n' - i chi musbat zaryad joylashgan nuqtaning radius vektori; q - molekulaning yig'indi musbat zaryadi.

Mos ravishda manfiy zaryadlarning radius - vektori uchun quyidagi formulani hosil qilamiz:

Tashqi elektr maydon bo'lmaganda, musbat va manfiy zaryadlarning og'irlik markazlari mos tushishi yoki bir-biriga nisbatan ma'lum masofaga siljigan bo'lishi mumkin. Agar zaryadlarning og'irlik markazlari siljigan bo'lsa bunday molekula qutbli deb ataladi va u esa elektr momentiga ega bo'ladi:

Tashqi maydon yoʼqligida turli ishorali zaryadlarining og'irlik markazlari mos tushgan molekula elektr momentga ega bo'Imaydi va qutbsiz molekula deyiladi.Molekulalar o'zlarining elektr xususiyatlari bo'yicha dipollarga o'xshash bo'lgani sababli dielektriklardagi bo'layotgan

hodisalarni tushunish uchun dipolning tashqi elektr maydonidagi harakatini o'rganish kerak.

Agar dipolni bir jinsli elektr maydonga joylashtirsak, u holda dipolni tashkil qilgan +q va -q zaryadlar kattaliklari teng, lekin yo'nalishlari qarama-qarshi bo'lgan F1 va F2 kuchlar ta'sirida bo'ladi (5-rasm)

Bu kuchlar yelkasining uzunligi { sina ga teng. Dipolga ta'sir qilayotgan juft kuch momentining kattaligi quyidagiga teng:

4.Dielektrikdagi elektr maydon uchun Gauss teoremasi.

Faraz qilaylik, q zaryad ixtiyoriy yopiq S sirt ichida joylashgan boʻlsin.(6-rasm)

6-rasm.yopiq sirtning burchagiga toʻgʻri keluvchi elektr induksiya vektori.

Elektr induksiya vektorining ifodasiga koʻra:

dN=Q=pdV ga tengdir .

(21.5) va (21.6) ifodalarni taqqoslasak , quydagiga ega boʻlamiz:

divE=p

Bu ifoda Ostrogradskiy-Gauss teoremasining differensial ko 'rinishidir. Elektr maydonining divergensiyasi elektr oqimining fazoviy koordinatalar yo 'nalishlari bo 'yicha gradiyentlar yig'indisiga yoki zaryadlangan hajmning hajmiy zaryad zichligiga teng bo 'ladi.

Ostrogradskiy-Gauss teoremasini amalda tatbiq etish uchun, quyidagi tushunchalarni kiritamiz:

• zaryadlarning hajmiy zichligi deb, jismning bir birlik hajmiga mos kelgan zaryadga miqdor jihatdan teng bo'Igan fizikaviy kattalikka aytiladi, ya'ni

bu yerda q - jismning V hajmiga mos kelgan zaryad miqdori.

• zaryadning sirt zichligi deb, jismning bir birlik sirt yuzasiga mos kelgan zaryadga miqdor jihatdan teng fizikaviy kattalikka aytiladi, ya'ni

bu yerda q - jismning S yuzasiga mos kelgan zaryad miqdori.

• zaryadning chiziqli zichligi deb, jismning uzunlik birligiga mos kelgan zaryadga miqdor jihatdan teng fizikaviy kattalikka aytiladi, ya'ni

bu yerda q - jismning l uzunligiga mos kelgan zaryad miqdori.

Tavsiya etiladigan adabiyotlar:

1.Q.P.Abduraxmanov, V.S.Xamidov, N.A.Axmedova. FIZIKA. Darslik. Toshkent. 2018 y.

2.Douglas C. Giancoli. Physics. Principles with Applicathions. January 17, 2004 USA ISBN-13^ 978-0-321-62592-2.

3. Абдурахманов К.П., Тигай О.Э., Хамидов В.С. Физикадан мультимедиа лекциялар тўплами. Ўқув қўлланма. 2013 й. Pdf + диск + СНМ.

4.Internet sahifalari.