Mavzu: Asosiy elektr kattaliklar(zaryad, tok,kuchlanish,energiya,quvvat) va ularning ozaro munosabatlari

1- mustaqil ish
Mavzu: Asosiy elektr kattaliklar(zaryad, tok,kuchlanish,energiya,quvvat) va ularning ozaro munosabatlari.
Reja:
1. Asosiy elektr kattaliklari haqida
2. Asosiy elektr kattaliklarining vazifasi
3. Elektr kattaliklarining hayotdagi o'rni

Kuchlanish va tok kuchi elektr fizikasining eng muhim tushunchalari sanaladi. Ushbu darsda biz elektr fizikasining muhim qismlaridan boʻlgan mana shu ikkita kattalik haqida dastlabki bilimlarga ega boʻlamiz. Keyinchalik kuchlanish va tok kuchi natijasida hosil boʻladigan quvvat tushunchasiga ham toʻxtalib oʻtamiz.

Zaryad
Elektr tushunchasi tabiatni kuzatishdan kelib chiqqan. Biz jismlar orasidagi taʼsirni kuzatganimizda gravitatsiyaga oʻxshash masofalar aro taʼsir qiladigan kuchga duch keldik. Bu kuchning manbai zaryad deb ataladi. Elektr kuchlarining eʼtiborli jihati shuki, ular gravitatsiya kuchlariga nisbatan ancha katta boʻladi. Gravitatsiyadan farqli oʻlaroq, zaryad ikki turga boʻlinadi. Turli ishorali zaryadlar oʻzaro tortishadi, bir xil ishorali zaryadlar esa oʻzaro itarishadi. Gravitatsiyaning faqatgina bitta turi bor: tortishish kuchi, itarish kuchi mavjud emas.
Oʻtkazgichlar va dielektriklar
Oʻtkazgichlar odatda tashqi qobigʻidagi elektronlari yoki valent elektronlari yadrosi bilan nisbatan kuchsiz bogʻ hosil qilgan atomlardan tashkil topgan. Quyida mis atomining taxminiy chizmasi berilgan. Bir necha metall atomlari birgalikda oʻzlarining tashqi qobigʻidagi elektronlarini hech qanday qiyinchiliksiz oʻzaro almasha oladi. Bir gala elektronlar muayyan bir yadroga bogʻliq boʻlmay qoladi. Demak, hatto kichkina qiymatdagi elektr kuchi ham elektronlar galasini siljitishga yetarli boʻladi. Mis, oltin, kumush va alyuminiy, shuningdek, shoʻr suv yaxshi oʻtkazgich boʻla oladi.

Shuningdek, yomon oʻtkazgichlar ham mavjud. Masalan, chogʻlanma lampochkalarda ishlatiladan metall – volfram yoki uglerodning olmosdagi holati nisbatan yomon oʻtkazgichlar sanaladi. Chunki ularning elektronlari siljishga moyil emas.

Dielektriklar (yoki izolyatorlar) – bu tashqi elektronlari yadrosi bilan mustahkam bogʻlangan moddalar. Oʻrtacha elektr kuchlari ularning elektronlarini erkin holatga chiqara olmaydi. Elektr kuchi taʼsir qilgan paytda elektronlar buluti kuchga javoban choʻziladi va deformatsiyalanadi, ammo elektronlar harakatlanmaydi. Shisha, plastik, tosh va havo izolyatorlarga misol boʻladi. Ammo hatto izolyatorlarga ham juda katta elektr kuch bilan taʼsir qilib, ularning elektronlarini harakatlantirish mumkin va bu holat dielektrik teshilish deyiladi. Siz uchqunni koʻrgan paytingizda havo molekulalari bilan aynan shu hodisa roʻy beradi.
Yarim oʻtkazgichlar dielektrik va oʻtkazgich xususiyatlariga ega materiallardir. Ular odatda izolyatorlar kabi ishlatiladi, ammo biz muayyan sharoitlarda ularni oʻtkazgichlar sifatida ishlatishimiz mumkin. Eng mashhur yarim oʻtkazgich material – Kremniy (tartib raqami 141414). Kremniyning dielektrik va oʻtkazuvchanlik xossalarining oʻta noziklik bilan ishlatilishi bir qator zamonaviy moʻjizalarning (kompyuterlar, uyali telefonlar) yaratilishiga sabab boʻldi. Yarim oʻtkazgichli uskunalarning atomlari tuzilishi kvant mexanikasi nazariyalari bilan boshqariladi.
Elektr toki
Zaryadli zarralarning tartibli oqimi elektr toki deyiladi.
Tok – bu zaryadli zarralar oqimi. Nega bir jumlani ikki marta takror keltirdingiz?
Tok kuchi deb oʻtkazgichning koʻndalang kesim yuzasidan vaqt birligi ichida oʻtayotgan zaryad miqdoriga aytiladi. Simning koʻndalang kesim yuzasini tasavvur qiling. Simning yuzasiga yaqin turing va oʻtayotgan zaryad zarralarini sanang. Bir sekund ichida nechta zaryad koʻndalang kesim yuzasidan oʻtganini qayd qiling. Biz musbat zaryad harakatlanayotgan yoʻnalishdagi tok kuchining ishorasini musbat deb belgilaymiz.

Modomiki, tok vaqt birligi ichida koʻndalang kesim yuzidan oʻtayotgan zaryadlar miqdoriga teng ekan, biz uni matematik jihatdan quyidagicha ifodalashimiz mumkin:

Tok kuchiga oid baʼzi eslatmalar
Metallarda tok kuchini nima tashiydi? Modomiki, elektronlar metallarda erkin harakatlanar ekan, harakatlanayotgan elektronlar metallarda tok kuchi hosil qiladi. Metall atomlardagi musbat yadrolar bir nuqtada turadi va ular tok kuchi hosil qilmaydi. Elektronlar manfiy zaryadga ega boʻlishi va koʻplab elektr zanjirlarda deyarli barcha ishni qilishiga qaramasdan, biz hali ham musbat zaryadlar harakatlanadigan yoʻnalishda oqayotgan tok kuchini musbat deb olamiz.
Musbat zaryadlar ham tok kuchini tashiydimi? Ha. Bunga juda ham koʻp misollar bor. Masalan, shoʻr suvda tok ham musbat, ham manfiy zaryadlar yordamida hosil qilinadi. Agar biz odatiy osh tuzini suvga solsak, u juda ham yaxshi oʻtkazgichga aylanadi. Osh tuzi – bu natriy xlorid, NaCl. Tuz suvda parchalanadi va Na^+
start superscript, minus, end superscript ionlariga ajraladi. Ikkala ionga ham elektr maydon taʼsir qiladi va ular eritma boʻylab qarama-qarshi yoʻnalishda harakatlanadi. Bunday holatda tok kuchi erkin elektronlar bilan emas, harakatlanayotgan atomlar, yaʼni musbat va manfiy ionlar yordamida hosil qilinadi. Bizning tanamizda ham musbat, ham manfiy ionlar tok kuchini olib oʻtadi. Tok kuchining taʼrifi bu yerda ham oʻrinli: u vaqt birligida oqib oʻtgan zaryad miqdoriga teng.
Tok kuchi paydo boʻlishiga nima sabab boʻladi? Zaryadli zarralar elektr va magnit kuchlar taʼsirida harakatlanadi. Bu kuchlar elektr va magnit maydonlar sababli yuzaga keladi. Maydonlarni esa oʻz navbatida zaryadlarning harakati va joylashgan oʻrni hosil qiladi.
Tok kuchining tezligi qancha? Biz odatda tok kuchining tezligi haqida fikr yuritmaymiz. “Tok qanchalik tez oqyapti?” degan savolga javob topish murakkab fizik hodisalarni tushunishni talab qiladi. Tok kuchining tezligi odatdagidek metr taqsim sekund emas, balki zaryad taqsim sekundga teng. Koʻpincha biz “Qancha tok oqib oʻtyapti?” degan savolga javob beramiz.
Biz tok kuchi haqida qanday fikr yuritamiz? Tok kuchi muhokama qilinayotganda, orqali va boʻylab soʻzlari koʻp narsani hal qiladi. Tok qarshilik orqali oqmoqda; tok sim boʻylab oqmoqda. Agar siz “tok ichida...” degan gʻalati gapni eshitsangiz, bilingki, bu absurd tushunchadir.
Kuchlanish
Kuchlanish tushunchasini bilishimiz uchun oldin quyidagi oʻxshashlikka qaraylik:
Kuchlanish ogʻirlik kuchini eslatadi
mmm massali jism uchun hhh balandlikning oʻzgarishi potensial energiyaning oʻzgarishiga olib keladi, \Delta U = mg\Delta hΔU=mgΔhdelta, U, equals, m, g, delta, h.
qqq zaryadga ega zarra uchun kuchlanish potensial energiyaning oʻzgarishiga olib keladi, \Delta U = qVΔU=qVdelta, U, equals, q, V.
Elektr zanjirdagi kuchlanish g\cdot \Delta hg⋅Δhg, dot, delta, h koʻpaytmaga oʻxshaydi. Bu yerda g – erkin tushish tezlanishi, \Delta hΔhdelta, h esa balandlikning oʻzgarishidir.
Qirning tepasida turgan toʻp pastga qarab harakatlanmoqda. Yoʻlning yarmida u potensial energiyasining yarmini sarflagan boʻladi.
Kuchlanish “tepaligi”ning yuqorisidagi elektron simlar va zanjir elementlari orqali pastga “harakatlanadi”. U yoʻl boʻylab ish bajarib, potensial energiyasini yoʻqotib boradi. Elektron tepalikning oʻrtasiga kelganda potensial energiyasining yarmini yoʻqotgan boʻladi.

Toʻp uchun ham, elektron uchun ham tepalikdan pastga tushish oʻz-oʻzidan sodir boʻladi. Toʻp va elektron past energiya sathlariga qarab oʻz-oʻzidan harakatlanadi. Toʻpning pastga tomon harakati davomida uning yoʻlidan daraxt yoki ayiqqa oʻxshagan, u urilib qaytishi mumkin boʻlgan narsalar chiqishi mumkin. Biroq biz elektronlarni simlar yordamida yoʻnaltiramiz va ularni zanjirning maʼlum qismlari boʻylab oqishga majbur qilamiz.

Matematik nuqtayi nazardan, kuchlanish zaryadni koʻchirishda bajarilgan ishga teng:

Quvvat
Quvvat – bu vaqt birligida bajarilgan ish. Quvvatning birligi joul/sekund, ushbu birlik xalqaro birliklar sistemasida vatt (uatt) deb ataladi.

Elektr zanjiri quvvatni uzata oladi. Tok kuchi – vaqt birligida oqayotgan zaryad miqdori, kuchlanish esa birlik zaryadni koʻchirishda bajarilgan ish. Biz ushbu taʼriflarni quyidagi quvvat formulasiga qoʻllaymiz:
Elektr quvvat kuchlanishning tok kuchiga koʻpaytmasiga teng. Birligi – vatt.
Xulosa
Tok kuchi va kuchlanishning ushbu modellari bizni har xil qiziqarli elektr zanjirlarni ishga tushirishimizga yordam beradi.