Elektr fizikasi har birimiz bilan shug'ullanishimiz kerak bo'lgan narsadir. Maqolada biz u bilan bog'liq asosiy tushunchalarni ko'rib chiqamiz.
Elektr energiyasi nima? Noma'lum odam uchun bu chaqmoq chaqishi yoki televizor va kir yuvish mashinasini oziqlantiradigan energiya bilan bog'liq. U elektr poyezdlari elektr energiyasidan foydalanishini biladi. U yana nima deyishi mumkin? Elektr tarmoqlari unga bizning elektr energiyasiga qaramligimizni eslatadi. Kimdir yana bir nechta misol keltirishi mumkin.
Ammo boshqa koʻplab, unchalik aniq boʻlmagan, lekin kundalik hodisalar elektr bilan bogʻliq. Fizika bizni ularning barchasi bilan tanishtiradi. Biz maktabda elektr energiyasini (vazifalar, ta'riflar va formulalar) o'rganishni boshlaymiz. Va biz juda ko'p qiziqarli narsalarni o'rganamiz. Ma’lum bo‘lishicha, urib turgan yurak, yugurayotgan sportchi, uxlayotgan chaqaloq va suzayotgan baliq elektr energiyasini ishlab chiqaradi.
Elektronlar va protonlar
Asosiy tushunchalarni aniqlaymiz. Olim nuqtai nazaridan, elektr fizikasi elektronlar va boshqa zaryadlangan zarralarning turli moddalardagi harakati bilan bog'liq. Shuning uchun bizni qiziqtirgan hodisaning tabiatini ilmiy tushunish atomlar va ularni tashkil etuvchi subatomik zarralar haqidagi bilim darajasiga bog'liq. Kichkina elektron bu tushunchaning kalitidir. Har qanday moddaning atomlarida xuddi sayyoralar quyosh atrofida aylanayotganidek, yadro atrofida turli orbitalarda harakatlanadigan bir yoki bir nechta elektron mavjud. Odatda atomdagi elektronlar soni yadrodagi protonlar soniga teng bo'ladi. Biroq, elektronlardan ancha og'irroq bo'lgan protonlarni atomning markazida mahkamlangan deb hisoblash mumkin. Atomning bu nihoyatda soddalashtirilgan modeli elektr fizikasi kabi hodisaning asoslarini tushuntirish uchun yetarli.
Yana nimani bilishingiz kerak? Elektronlar va protonlar bir xil elektr zaryadiga ega (lekin ishorasi boshqacha), shuning uchun ular bir-biriga tortiladi. Protonning zaryadi musbat, elektronniki esa manfiy. Odatdagidan ko'p yoki kamroq elektronga ega bo'lgan atomga ion deyiladi. Agar atomda ular yetarli bo'lmasa, u musbat ion deyiladi. Agar uning tarkibida ulardan ortiqcha bo'lsa, u manfiy ion deb ataladi.
Elektron atomni tark etganda, u qandaydir musbat zaryad oladi. O'zining qarama-qarshi tomoni - protondan mahrum bo'lgan elektron boshqa atomga o'tadi yoki oldingisiga qaytadi.
Nega elektronlar atomlarni tark etadi?
Bu bir necha sabablarga bog'liq. Eng umumiyi shundaki, yorug'lik impulsi yoki qandaydir tashqi elektron ta'sirida atomda harakatlanayotgan elektron uning orbitasidan chiqib ketishi mumkin. Issiqlik atomlarni tezroq tebranishga majbur qiladi. Bu shuni anglatadiki, elektronlar o'z atomlaridan uchib chiqishlari mumkin. Kimyoviy reaksiyalarda ular ham atomdan atomga o'tadiatom.
Kimyoviy va elektr faollik o'rtasidagi bog'liqlikning yaxshi namunasi mushaklarimiz tomonidan berilgan. Ularning tolalari asab tizimidan keladigan elektr signali ta'sirida qisqaradi. Elektr toki kimyoviy reaktsiyalarni rag'batlantiradi. Ular mushaklarning qisqarishiga olib keladi. Tashqi elektr signallari ko'pincha mushaklar faoliyatini sun'iy rag'batlantirish uchun ishlatiladi.
Oʻtkazuvchanlik
Ba'zi moddalarda tashqi elektr maydon ta'sirida elektronlar boshqalarga qaraganda erkinroq harakatlanadi. Bunday moddalar yaxshi o'tkazuvchanlikka ega deb aytiladi. Ular o'tkazgichlar deb ataladi. Bularga ko'pchilik metallar, qizdirilgan gazlar va ba'zi suyuqliklar kiradi. Havo, kauchuk, moy, polietilen va shisha elektr tokini yomon o'tkazuvchidir. Ular dielektriklar deb ataladi va yaxshi o'tkazgichlarni izolyatsiya qilish uchun ishlatiladi. Ideal izolyatorlar (mutlaqo elektr o'tkazmaydigan) mavjud emas. Muayyan sharoitlarda elektronlar har qanday atomdan chiqarilishi mumkin. Biroq, bu shartlarni bajarish odatda shunchalik qiyinki, amaliy nuqtai nazardan, bunday moddalarni elektr o'tkazmaydigan deb hisoblash mumkin.
Fizika kabi fan ("Elektr energiyasi" bo'limi) bilan tanishib, biz moddalarning maxsus guruhi mavjudligini bilib olamiz. Bu yarim o'tkazgichlar. Ular qisman dielektriklar va qisman o'tkazgichlar kabi harakat qilishadi. Bularga, xususan: germaniy, kremniy, mis oksidi kiradi. Xususiyatlari tufayli yarimo'tkazgich ko'plab ilovalarni topadi. Misol uchun, u elektr klapan bo'lib xizmat qilishi mumkin: velosiped shinalari valfi kabizaryadlarning faqat bitta yo'nalishda harakatlanishiga imkon beradi. Bunday qurilmalar rektifikatorlar deb ataladi. Ular miniatyura radiolarida, shuningdek, oʻzgaruvchan tokni toʻgʻridan-toʻgʻri toʻgʻridan-toʻgʻri oqimga aylantirish uchun yirik elektr stansiyalarida qoʻllaniladi.
Issiqlik molekulalar yoki atomlar harakatining xaotik shaklidir va harorat bu harakat intensivligining o'lchovidir (ko'pchilik metallarda haroratning pasayishi bilan elektronlar harakati erkinlashadi). Bu shuni anglatadiki, elektronlarning erkin harakatiga qarshilik haroratning pasayishi bilan kamayadi. Boshqacha aytganda, metallarning o'tkazuvchanligi oshadi.
Supero'tkazuvchanlik
Ba'zi moddalarda juda past haroratlarda elektronlar oqimiga qarshilik butunlay yo'qoladi va elektronlar harakatlana boshlagan holda, uni cheksiz davom ettiradilar. Ushbu hodisa supero'tkazuvchanlik deb ataladi. Mutlaq noldan (-273 °C) bir necha daraja yuqori haroratlarda qalay, qo'rg'oshin, alyuminiy va niobiy kabi metallarda kuzatiladi.
Van de Graaff generatorlari
Maktab oʻquv dasturi elektr energiyasi bilan bogʻliq turli tajribalarni oʻz ichiga oladi. Jeneratorlarning ko'p turlari mavjud, ulardan biri haqida batafsilroq gapirishni xohlaymiz. Van de Graaff generatori o'ta yuqori kuchlanishlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Agar idish ichiga ortiqcha musbat ionlar bo'lgan ob'ekt joylashtirilsa, ikkinchisining ichki yuzasida elektronlar paydo bo'ladi va tashqi yuzasida bir xil miqdordagi musbat ionlar paydo bo'ladi. Agar biz ichki yuzani zaryadlangan jism bilan tegizsak, unda barcha erkin elektronlar unga o'tadi. Tashqi tomondanijobiy toʻlovlar qoladi.
Van de Graaff generatorida manbadan olingan musbat ionlar metall shar ichidagi konveyer tasmasiga qo'llaniladi. Lenta sharning ichki yuzasiga taroq shaklida o'tkazgich yordamida ulanadi. Elektronlar sharning ichki yuzasidan pastga tushadi. Uning tashqi tomonida ijobiy ionlar paydo bo'ladi. Effektni ikkita generator yordamida kuchaytirish mumkin.
Elektr toki
Maktab fizikasi kursida elektr toki kabi narsa ham mavjud. Nima u? Elektr toki elektr zaryadlarining harakatidan kelib chiqadi. Batareyaga ulangan elektr chiroq yoqilganda, oqim sim orqali batareyaning bir qutbidan chiroqqa, so'ngra uning sochlari orqali oqib o'tadi va bu uning porlashiga olib keladi va ikkinchi sim orqali batareyaning boshqa qutbiga qaytadi.. Agar kalit aylantirilsa, sxema ochiladi - oqim to'xtaydi va chiroq o'chadi.
Elektronlar harakati
Oqim koʻp hollarda oʻtkazgich boʻlib xizmat qiladigan metalldagi elektronlarning tartibli harakatidir. Barcha o'tkazgichlarda va boshqa ba'zi moddalarda, hatto oqim bo'lmasa ham, har doim tasodifiy harakat sodir bo'ladi. Moddadagi elektronlar nisbatan erkin yoki kuchli bog'langan bo'lishi mumkin. Yaxshi o'tkazgichlarda harakatlana oladigan erkin elektronlar mavjud. Ammo yomon o'tkazgichlarda yoki izolyatorlarda bu zarralarning aksariyati atomlar bilan etarlicha kuchli bog'langan, bu ularning harakatlanishiga to'sqinlik qiladi.
Ba'zan elektronlarning ma'lum bir yo'nalishdagi harakati o'tkazgichda tabiiy yoki sun'iy ravishda hosil bo'ladi. Bu oqim elektr toki deb ataladi. U amper (A) bilan o'lchanadi. Ionlar (gazlarda yoki eritmalarda) va "teshiklar" (yarim o'tkazgichlarning ayrim turlarida elektronlarning etishmasligi) ham tok tashuvchisi bo'lib xizmat qilishi mumkin. Ikkinchisi musbat zaryadlangan elektr toki tashuvchilar kabi harakat qiladi. Elektronlarning bir yo'nalishda harakatlanishi uchun ma'lum bir kuch kerak yoki Tabiatda uning manbalari quyidagilar bo'lishi mumkin: quyosh nuri ta'siri, magnit ta'sirlar va kimyoviy reaktsiyalar. Ularning ba'zilari elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Odatda, bu maqsad uchun: magnit effektlardan foydalanadigan generator va ta'siri tufayli bo'lgan hujayra (batareya). kimyoviy reaksiyalarga. Har ikki qurilma ham elektromotor kuch (EMF) yaratib, elektronlarning zanjir bo‘ylab bir yo‘nalishda harakatlanishiga olib keladi. EMF qiymati volt (V) bilan o‘lchanadi. Bular elektrning asosiy birliklari.
EMFning kattaligi va oqim kuchi suyuqlikdagi bosim va oqim kabi bir-biriga bog'langan. Suv quvurlari har doim ma'lum bir bosim ostida suv bilan to'ldiriladi, lekin suv faqat jo'mrak yoqilganda oqib chiqa boshlaydi.
Shunga oʻxshab, elektr zanjiri EMF manbasiga ulanishi mumkin, lekin elektronlar boʻylab harakatlanish yoʻli yaratilmaguncha, unda oqim oʻtmaydi. Bu, aytaylik, elektr chiroq yoki changyutgich bo'lishi mumkin, bu erdagi kalit oqimni "bo'shatib qo'yadigan" kran rolini o'ynaydi.
Hozirgi va o'rtasidagi munosabatkuchlanish
Sonchadagi kuchlanish ortishi bilan tok kuchi ham oshadi. Fizika kursini o'rganib, biz elektr davrlari bir nechta turli bo'limlardan iborat ekanligini bilib olamiz: odatda kalit, o'tkazgichlar va elektr energiyasini iste'mol qiladigan qurilma. Ularning barchasi bir-biriga ulangan bo'lib, elektr tokiga qarshilik hosil qiladi, bu komponentlar uchun (doimiy haroratni hisobga olgan holda) vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydi, lekin ularning har biri uchun farq qiladi. Shuning uchun, agar lampochka va dazmolga bir xil kuchlanish qo'llanilsa, u holda qurilmalarning har birida elektronlar oqimi har xil bo'ladi, chunki ularning qarshiliklari boshqacha. Shuning uchun kontaktlarning zanglashiga olib keladigan ma'lum bir qismidan o'tadigan tokning kuchi nafaqat kuchlanish bilan, balki o'tkazgichlar va qurilmalarning qarshiligi bilan ham aniqlanadi.
Om qonuni
Elektr qarshiligining qiymati fizika kabi fanda ohm (Ohm) bilan o'lchanadi. Elektr energiyasi (formulalar, ta'riflar, tajribalar) juda keng mavzu. Biz murakkab formulalarni olmaymiz. Mavzu bilan birinchi tanishish uchun yuqorida aytilganlar etarli. Biroq, bitta formula hali ham ishlab chiqarishga arziydi. U juda oddiy. Har qanday o'tkazgich yoki o'tkazgichlar va qurilmalar tizimi uchun kuchlanish, oqim va qarshilik o'rtasidagi munosabatlar formula bilan ifodalanadi: kuchlanish=oqim x qarshilik. Bu Om qonunining matematik ifodasi boʻlib, bu uchta parametr oʻrtasidagi munosabatni birinchi boʻlib oʻrnatgan Jorj Om (1787-1854) nomi bilan atalgan.
Elektr toki fizikasi fanning juda qiziq sohasi. Biz faqat u bilan bog'liq bo'lgan asosiy tushunchalarni ko'rib chiqdik. BilasizmiElektr energiyasi nima va u qanday ishlab chiqariladi? Umid qilamizki, bu maʼlumot sizga foydali boʻladi.
