Sharof rashidov nomidagi samarqand davlat universiteti fizika fakulteti

Kurs ishi maqsadi: Dielektriklarda elektir maydon.
Kurs ishi vazifalari:

• 
  Dielektrik haqida ma’lumot berish.
  
• 
  Dielektrik ichidagi elektr maydonining tashkil etuvchilari, dielektriklardagi o‘rtacha makros-kopik maydon. Dielektriklardagi lokal maydon. Klazius-Masotti tenglamasi.
  

Kurs ishi tarkibi: Kirish, mavzuga taalluqlirejalar, xulosa, foydalanilgan adabiyotlar ro’yxatidan iborat.

1.1. Dielektriklar haqida umumiy ma’lumot
Dielektrik so’zi yunoncha dia - orqali va inglizcha elektrik - elektr so’zlaridan tuzilgan. Ionlanmagan barcha gazlar, ba’zi bir suyukliklar va kattik jismlar dielektriklar buladi. Klassik fizikada dielektriklarning barcha elektronlari bog’langan bo’lib, ularni elektr maydon o’z atomlaridan ajratib ololmaydi, balki biroz siljitadi deb tushuntirar edi. Qattiq jismlarning kvant fizikasi elektronlar energiya zonalarining turlicha to’ldirilganligidan qattiq jismlarning elektr, optik va boshqa ko’p xossalari kelib chiqishligini tushintirib bera oldi. Xususan dielektriklarda valent zonalar to’la to’ldirilgan bo’lib, ularning yuqorisidagi bo’sh zona to’ldirilgan zonalardan ancha yuqorida joylashgan, to’la to’ldirilgan zona elektronlari elektr utkazuvchanlikda qatnasha olmaydi, ularning bo’sh zonaga o’tib olib, o’tkazuvchanlikda qatnasha olishi uchun yengib o’tilishi zarur bo’lgan energetik to’siq ancha katta, bunday o’tish imkoniyati, odatda juda kichik, shuning uchun dielektriklar elektr tokini deyarli o’tkazmaydi. Zonalar nazariyasiga asosan, dielektriklar bilan yarimo’tkazgichlar orasidagi farq yuqorigi to’ldirilgan zona bilan bo’sh zona orasidagi takiklangan zona kengligining har xil bo’lishligidan iborat. Dielektrik - elektr tokini juda yomon o’tkazadigan materiallarga aytiladi. "Dielektrik" atamasini fanga M. Faradey kiritgan. Ionlashmagan barcha gazlar, baʼzi suyukliklar va qattiq jismlar dielektriklar hisoblanadi. Tashqi elektr maydon taʼsiri boʻlmagan hollarda dielektrikni qutbli dielektrik hamda qutbsiz dielektrikga ajratish mumkin. Bunda dielektrik molekulalarining dipol momentlari nolga teng (qutbsiz molekulalar) yoki fazodagi yoʻnalishlar boʻyicha ixtiyoriy ravishda taqsimlangan boʻladi (qutbli molekulalar). Ikkala holda ham dielektrikning yigʻindi elektr momenti nolga teng boʻladi. Qutblanish elektr maydon kuchlanishiga, muhitning elektr xossasiga bogʻliq. Qutbli dielektrikga spirt, toza suv; qutbsiz dielektrikga inert gazlar, kislorod, vodorod, benzol, polietilen va boshqalar kiradi. Qutbli molekulalardan tashkil topgan dielektrik elektr maydonga joylashtirilganda, har bir dipolni maydon kuchlanganligi yoʻnalishida buruvchi taʼsir kuchlari vujudga keladi. Ammo toʻla burilishga issiklik harakatlari toʻsqinlik qiladi. Natijada musbat zaryadlar elektr maydon yoʻnalishida, manfiy zaryadlar esa teskari yoʻnalishda koʻchadi. Umuman barcha turdagi qutblanish natijasida tashqi maydon kuchlanganlik chiziqdari dielektrikdan chiqayotgan nuqtalarda musbat va dielektrikga kirayotgan nuqtalarda manfiy bogʻlangan zaryadlar hosil boʻladi. Qutblanish elektronlar va ionlarning siljishi tufayli vujudga kelsa, bundan dielektrikning dielektrik kirituvchanligi 4 dan 15 gacha qiymatlarga ega boʻlishi mumkin. Dielektrik qattiq (organik, anorganik), suyuq va gazsimon xillarga boʻlinadi. Qattiq organik dielektrikga sellyuloza, kauchuk, qatron, bitumlar, parafinlar, mum, yogʻoch, qogʻoz, plastmassalar, lok boʻyoqlar va boshqalar kiradi. Bular signal kabellarini izolyasiyalashda, kondensatorlar, gʻaltaklar, qistirmalar tayyorlashda, elektr apparaturalar simlari va chulgʻamlarining izolyasiyalariga shimdirishda ishlatiladi. Qattiq anorganik dielektrikga radiotexnik keramika, segnetoelektriklar, pyezoelektriklar, elektronik shisha, slyudalar va boshqalar kiradi. Bulardan izolyatorlar, yuqori chastotali kondensatorlar, pyezoelementlar, ballonlar, elektrovakum asboblar va boshqalar tayyorlanadi. Suyuq dielektriklarga kuch transformatoriga, yuqori kuchlanishli uzib-ulagichlarga quyiladigan mineral moylar misol boʻladi. Gazsimon dielektriklarga vodorod, inert gazlar, havo va boshqalar kiradi. Dielektriklar - bu elektrostatik maydonni qutblashi va ushlab turishi mumkin bo'lgan moddalar. Funktsiyalariga ko'ra ular passiv va faol bo'linadi. Passiv dielektriklar elektr izolyatsiya qiluvchi materiallar sifatida ishlatiladi. Faol dielektriklarda (ferroelektriklar, piezoelektriklar va boshqalar) elektr xossalari elektr moslamalari va qurilmalarining xususiyatlarini o'zgartirishi mumkin bo'lgan boshqarish signallariga bogliq. Molekulalarning elektr tuzilishiga ko'ra qutbsiz va qutbli dielektriklar ajratiladi. Qutbiy bo'lmagan dielektriklar qutbsiz (nosimmetrik) molekulalardan iborat bo'lib, ulardagi musbat va manfiy zaryadlar markazlari bir-biriga to'gri keladi. Polar dielektriklar assimetrik molekulalardan (dipollardan) iborat. Dipol molekulasi dipol momenti bilan tavsiflanadi. Kvant nazariyasi metallarning va dielektriklarning elektr xossalarining farqini elektronlarning energiya sathlari bo'yicha har xil taqsimlanishi bilan izohlaydi. Dielektriklarda elektronlar bilan to'ldirilgan yuqori energiya darajasi ruxsat etilgan polosalardan birining yuqori chegarasiga to'gri keladi (metallarda u ruxsat berilgan qatorda yotadi) va taqiqlangan band bilan to'ldirilganlardan eng yaqin erkin sathlar ajratiladi, bu elektronlar unchalik kuchli bo'lmagan elektr maydonlari ta'sirida yengib chiqa olmaydi. Dielektriklar butunicha olib qaralganda neytral bo’lgan atom yoki molekulalardan tuzilgan. Bunday moddalarda manfiy zaryadga ega bo’lgan elektronlar bilan musbat zaryadlangan yadro bir-biriga bog’langan bo’lib, maydon ta’sirida ko’chib yura oladigan erkin zaryadlar bo’lmaydi. Shuning uchun dielektriklar tashqi elektr maydonida o’zini o’tkazgichlardan farqli tutadi. Dielektriklarni ham ikki turga: qutbli va qutbsiz dielektriklarga ajratish mumkin. Ba’zi jismlarda bo’lgan zaryadlar orasidagi masofa atom yoki molekulalar o’lchami tartibida yoki yana ham kichik bo’lsa, ular orasidagi elektr maydon kuchlanganligi katta bo’ladi. SHunday tuzilishdagi qattiq jismlarning ba’zilarida kristall tuguniga boglanmagan erkin elektronlar uchraydi, bular metall ichida ixtiyoriy hamma tomonga erkin harakat qila oladilar, bunday jismlar o’tkazgichlar deyiladi. Qattiq moddalarning kvant nazariyasi metallar va elektrelektrlarning elektr xususiyatlarining energiya darajasidagi elektronlarning turli taqsimotidagi farqni ochib beradi. Dielektrlarda yuqori elektronlar bilan to'ldirilgan energiya darajasi ruxsat etilgan zonalarning yuqori chegarasiga to'g'ri keladi va eng yaqin erkin darajalar taqiqlangan zonalar bilan to'ldirilgan narsalardan ajralib turadi, bu elektronlar juda kuchli elektr maydonlari tufayli engib o'tolmaydi. Harakat elektr maydoni dielektrik polarizatsiyasiga olib keladigan elektron zichligi qayta taqsimlanishini kamaytiradi. Dielektriklar - elektrokimyoviy ta'sir o'tkazmaydigan yoki yomon harakat qilmaydigan modda. Turli-tuman fizik xossalar ichida dielektrik moddalarni xarakterlovchi eng muhim xossalarga elektrik qutblanish, elektr o‘tkazuvchanlik, dielektrik yo‘qotishlar va h.k.lar kiradi. Uzoq yillar davomida dielektriklar asosan izolyatorlar sifatida qo‘llanilgan va shu sababli ularning kam elektr o‘tkazuvchanligi va dielektrik yo‘qotishlari, yuqori darajadagi elektr mustahkamligi muhim sanalgan. Zamonaviy sharoitlarda dielektriklar nafaqat turli elektr sxemalarining passiv elementlari sifatida, balki ular yordamida mexanik va issiqlik eenergiyalarini elektr energiyasiga aylantiruvchi qurilmalar sifatida ishlatilmoqda (p’ezoelektriklar va piroelektriklar). Bir qator dielektriklar elektr va optik signallari detektorlash, kuchaytirish va modulyatsiya qilishda keng qo‘llanilmoqda. Bunda fotoeffekt, elektrooptik va galvanomagnit singari xossalar muhim rol o‘ynaydi. Dielektrikni tavsiflovchi fizik parametr dielektrik doimiydir. Dielektrik doimiysi dispersiyaga ega bo'lishi mumkin. Klassik fizika dielektriklar va metallarning elektr o'tkazuvchanligidagi miqdoriy farqni metallar erkin elektronga ega ekanligi bilan tushuntirishga harakat qildi, elektronlarda barcha elektronlar bir-biriga ulanadi (alohida atomlarga tegishli) va elektr maydoni yirtilmaydi, lekin ularni biroz joyidan siljitadi. Dielektriklar elektr inshootlarida, mashinalarda va qurilmalarda izolyatsion material sifatida ishlatiladi, bu erda ular yuqori kuchlanish ta'siriga uchraydi va elektr maydon kuchlari tomonidan yo'q qilinishi mumkin. Dielektriklar tashqi elektr maydonini zaiflashtirishga qodir. Elеktr tоki o’tkаzmаydigаn mоddаlаr dielеktriklаr bo’lib hisоblаnаdi. Dielеktriklаrdа erkin hаrаkаtlаnаdigаn zаryadlаr bo’lmаydi. Аgаr elеktr mаydоngа dielеktrik kiritilsа mаydоnninghаm dielеktrikningхаm хоssаlаri o’zgаrаdi. Dielеktriklаrdаgi аtоm vа mоlеkulаlаrning musbаt vа mаnfiy zаryadlаri o’zаrо tеng bo’lаdi. Bundаy hrllаrdа mоlеkulа elеktrоnеytrаl sistеmа dеb qаrаlаdi. Аgаr mаnfiy vа musbаt zаryadlаr mаrkаzi uzаrо usmа-ust tushsа bundаy mоlеkulа qutbsiz, аks hоldа qutblаngаn mоlеkulа bo’lib hisоblаnаdi. Qutbli mоlеkulаlаrdаn tаshkil tоpgаn dielеktriklаr qutbli
dielеktriklаr, qutbsiz mоlеkulаlаrdаn tаshkil tоpgаn dielеktriklаr qutbsiz dielеktriklаr dеyilаdi. Elеktr mаydоn yo’q pаytlаrdа dielеktrik mоlеkulаlаrining dipоl mоmеnti nоlgа tеng. Tаbiаtdа bаrchа dielеktriklаr nеytrаl hоlаtdа bo’lаdi. Demak muhitning dielektrik singdiruvchanligi elektr maydonga kiritilgan dielektrikdagi maydon vakumdagi maydon kuchlanganligiga nisbatan qanchaga susayishini ifodalaydi. Diеlеktriklar-molikuladan iborat bo`lib bu molеkulalar diеlеktrik ichida erkin xarakat qila olmaydilar, lеkin tashqi elеktr maydoni tasirida o`zlarining orеntatsiyalarini bir oz o`zgartiradi. Diеlеktrik tеrmini M Faradеy tomonidan fanga kiritilgan. Agar diеlеktrik polyar molеkulalardan iborat bo`lsa, bu molikulalar tartibsiz joylashgan bo`lib, diеlеktrik elеktriknеytral bo`ladi. Agar diеlеktrik tashqi elеktrostatik maydon bilan ta'sir etsak, rolyar molеkulalar ma'lum yo`nalishga nisbatan tartiblashib joylashadi. Yumshoq diеlеktriklarda tashqi elеktrostatik maydon ta'siri ostida qutubli molеkulalar yo`nalishilari o`zgargandan qatiy nazar o`zlarining dipol momеntlari ham o`zgaradi. Qattiq dipolli diеlеktriklarda, molеkulalarda molеkulalar tashqi maydon tasir ostida o`z yo`nalishlarini o`zgartiradi lеkin molеkulalarning dipollari o`zgarmaydi. Qutubsiz diеlеktriklar ham bor. Bu diеlеktriklar molеkullarida dipol fakat tashqi maydon ta'siri ostida elеktronlarni molеkula markaziga nisbatan siljish hisobiga, yana elеktron qutublanish hisobiga hosil bo`lib, maydon ta'sir etmay qo`ysa, dipol ham qutblanish ham yo`qaladi. Diеlеktriklarda elеktronlar mеttallardagiga o`xshab «erkin» bo`lmay balki bog`langan shaklda bo`ladi. O`tkazgichlar birinchi va ikkinchi turdagi o`tkazgichga bo`linadi. Birinchi turdagi o`tkazgichlarga tok tashuvchilar elеktronlar hisoblanadi. Ikkinchi turdagi o`tkazgichlarda tok tashuvchilarda asosan ionlardan iborat bo`ladi.Zaryadlar o`z'ora tеng va karama-karshi bo`lgan va o`zaro mustahkam bog`langan sistеmaga dipol dеb ataladi. Diеlеktriklar tashqi elеktr maydon ta'sir ostida diеlеktriklarda qutublanish hodisasi ro`y bеradi. Tashqi elеktrostatik maydonga kiritilgan diеlеktrik bog`langan zaryadlar o`zaro o`zlari kuchlanganlik hosil qiladilar. Bu kuchlanagnalik tashqi kuchlanaganlikka qarshi yo`nalaga bo`ladi. Tabiatdagi hamma jismlar elеktr utkazuvchanligida qarab uch sinfga bo`linadi: 1) elеktr jokini o`tkazuvchanlikjismlar-o`tkazgichlar: 2) elеktor takini o`tkazmaydigan jismlar-izaluator yoki diеlеktriklar: 3) Elеktor tokini sist lеkin tashqi fizik jasiz ostida sеzilarli darajada o`tkazuvchi jismlar-yarim o`tgichlar. Dielektriklarda zaryadlarning erkin ko’chishi mumkin bo’lmaganligi tufayli uning ichkarisiga yetarlicha kuchli tashqi elektr maydonlari kira oladi. Dielektrik muhitda tashqi ta’sir ostida elektr dipollar vujudga kelishi mumkin. Agar dielektrik namunasini statik elektr maydonga joy- lashtirilsa, kristallning statik dielektrik singdiruvchanligi ni aniqlab, kristallning ichki tuzilishi o’zgarishi haqida muhim ma’lumot olish mumkin. Dielektrikning optik xossalarini, ya’ni uning yuqori takroriylikli elektromagnit maydon bilan o’zaro ta’sirini aniqlash uchun dielektrik singdiruvchanlikning takroriylikka bog’lanishni, ya’ni ni hisoblash zarur. Bundan sindirish ko’rsatkichi ni aniqlash mumkin. Yuqori takroriyliklarda ular- ning dielektrik doimiysi kompleks = kattalikbulib, uning haqiqiy qismi tashqi maydon bilan bir fazada uzgaruvchi dielektrik qutblanishini ifodalaydi, mavhum qismi esa tashqi maydondan faza bo’yicha orqada qolayotgan me­xanizm paydo qiladigan dielektrk yo’qotishlarni aks ettiradi. Umuman aytganda, va o’zgaruvchan elektr maydon takroriyligiga bog’liq. Dielektrik doimiyning moduli amplitudasini aniqlaydi. Doimiy elektr maydonda =0, buladi. Demak, birlik hajmining qutblanishi Bunga mos dielektrik qabulchanlikinduksiya vektori O ning tebranishlari amplitudasi.