сабақ. Электр өрісінің кернеулігі.
Құзыреттілік:
Ақпараттық: Электр өрісінің парамертлерін есептеуді меңгереді. Электр өрісінің кернеулігі жөнінде ұғым қалыптастыру.
Коммуникативтік: Электр өрісінің кернеулігі тәжірбие жүзінде жасай білу керек.
Мәселелерді шешу: Өріс потенциалы мен электр өрісінің кернеулігімен таныстыру.
Сабақтың түрі: Аралас сабақ
Қолданылатын технология: Ақпараттық коммуникативтік технология. Ұжымдық технологияның элементтерін қолдану.
Қолданылатын құрал-жабдықтар: Мультимедиапроектор, слайдтар жинағы, электрлік аспаптар.
Қолданылған әдебиеттер: Ахметов А.К. «Электротехника» А.: Фолиант 2010 ж. Нәдіров Е.Е., Балабатыров С.Б., Ғали К.О. «Электротехника және электроника негіздері» Алматы 2012 ж.
Әдістемелік нұсқаулар
Әр түрлі жағдайда пайда болған электр өрістерінің, бір-бірінен түрлері жағынан да, сандық және сапалық жағынан да айырмашылықтары болады. Электр өрістерін салыстыру, олардың қолданылу мүмкіндіктерін бағалау және тиісті есептеулер жүргізу үшін, электр өрісіне күштік және энергетикалық сипаттамалары қолданылған және тағайындалған.
Дәріс
Практикалық маңызы бар электр өрісінің қасиеті мен сипаты заряды бар дененің пішінінен; оның зарядының таңбасынан және зарядталған денелердің өзара орналасуынан (егер бірнеше денелер тудыратын болса), зарядталған денелерді қоршаған ортаның қасиетінен және басқа да факторлардан тәуелді болады.
Сондықтан да, әр түрлі жағдайда пайда болған электр өрістерінің, бір-бірінен түрлері жағынан да, сандық және сапалық жағынан да айырмашылықтары болады.
Электр өрістерін салыстыру, олардың қолданылу мүмкіндіктерін бағалау және тиісті есептеулер жүргізу үшін, электр өрісіне күштік және энергетикалық сипаттамалары қолданылған және тағайындалған.
Жоғарыда қарастырған электр өрісі тақырыбына баяндалған тәжірибеде біз оң зарядталған дененің (1.2 сурет) электр өрісіне жібек жіпке ілінген сыншы заряд – жеңіл шарик әкелдік (шарик оң зарядталған). Шарик денеге жақындатқан сайын, өрістің әсерінен ол денеден кейн шегініңкірей түсті.
Зарядталған қандай дененің болса да электр өрісінде сыншы оң зардты жылжыта отырып, өрістің әр жеріндегі оған әсер ететін өріс күші әр түрлі екенін аңғару оңай.
Өрістің белгілі бір нүктесіне шамалары әр түрлі сыншы оң зарядтарды кезек-кезек қойсақ, оларға әсер ететін күштер әр түрлі болатынына бірақ өрістің дәл осы нүктесі үшін күштің тиісті заряд шамасына қатысты тұрақты болатынына көз жеткізу оңай, яғни:
Егер дәл осындай тәсілмен өрістің әр түрлі нүктелерінен зерттесек, мынадай қорытындыға келеміз: электр өрістің әр нүктесі үшін, сыншы зарядқа әсер ететін күш шамасының осы заряд шамасына қатысты тұрақты болады және сыншы зарядтың шамасына байланысты болмайды.
Олай болса, өрістің әр нүктесіндегі электр өрісін әлгі қатыстың шамасымен сипаттауға болады.
Өрістің берілген нүктесіне қойылған оң зарядқа әсер ететін күштің осы зарядтың шамасына қатысымен өлшенетін шаманы берілген нүктедегі электр өрісінің кернеулігі деп атайді, демек
мұндағы – электр өрісінің кернеулігі, – сыншы заряд. Халықаралық жүйеде электр өрісі кернеулігінің өлшем бірлігі B/м (вольт метрге) алынады.
Айталық нүктелік q заряды электр өрісін тудырып тұр дейік. Осы өрістің кез-келген М нүктесіндегі өріс кернеулігін есеп шығару үшін осы нүктеде оған әсер ететін күшін есептеп шығарайық (1.4-сурет), -дің арасы R болсын (вакуум жағдайында).
Кулон заңы бойынша
(1.5) теңдеуінің теңдігінің оң және сол жағын -ге бөлеміз, сонда электр өрісінің М нүктесіндегі кернеулігінің сан мәнін табамыз:
(1.6) өрнегінен нүктелік зарядтың электр өрісінің (вакуумдағы) берілген бір нүктесіндегі кернеулігі сол зарядтың шамасына пропорционал болады да, заряд пен әлгі нүктенің қашықтығының квадратына кері пропорционал болады.
Өрістің кернеулігі оның күштік сипаттамасы болады. Өрістің белгілі бір нүктесіндегі Е кернеулікті білсек, осы нүктеге қойылған q зарядқа өрістің әсер ететін күшін есептеп шығару оңай:
Электр өрістің кернеулігі – веторлық шама өрістің кез-келген берілген нүктесіндегі кернеуліктің бағыты осы нүктедегі сыншы оң зарядқа әсер ететін күштің бағытымен дәл келеді (1.4-сурет).
Егер өріс бірнеше, мысалы, зарядтардын пайда болса (1.5-сурет), онда өрістің А нүктесіндегі өріс кернеулігі және зарядтарының тударытан және кернеулік векторларының қосындысына тең:
Нүктелік зарядтардың саны көп болғанда ( ) өрістің кернеулігі әрбір зарядтың тудыратын өріс кернеулігінің геометриялық қосындысына тең:
,
Яғни бұдан электр өрісін есептегенде суперпозиция әдісін қолдануға болатындығы көрінеді.
Электр өрісін графикпен кескіндеу үшін, өрістің әр нүктесі арқылы, осы нүктедегі электр өрісінің кернеулігінің шамасы мен бағытын көрсететін бағыттама сызық жүргізсе болар еді. Бірақ өрісті бұлай кескіндеу тәсілі өте ыңғайсыз, өйткені жеке бағыттама сызықтар бір-бірімен қабаттаса келіп‚ өте шатысқан суреттер берер еді.
Ағылшын ғалымы Майкл Фарадей (1791-1867) өрісті кескіндеудің әлгіден гөрі ыңғайлырақ тәсілін ойлап тапты, бұл электр өрісін күш сызықтарымен кескіндеу тәсілі болатын.
Күш сызықтарын көбінесе кернеулік сызықтар деп те атайды.
Кернеулік сызықтарының берілген нүктелеріне жүргізілген жанамалар, өрістің осы нүктелеріндегі өріс кернеуліктерінің векторларының бағытына сәйкес келуі керек (1.6-сурет). Демек, қарастырып отырған сызықта орналасқан нүктедегі өріс кернеулігі -нің бағытында кернеулік сызығы да бағытталады деп есептелінеді.
Мысалы, 1.6-суретінде кернеулік сызығы солдан оңға бағытталған.
Кернеулік сызықтары оң зарядтан басталып, теріс зарядта немесе шексіздікте аяқталады деп ұйғарылған (1.7‚а-‚в-сурет).
1.7 -суретінде куш сызықтары (кернеулік сызықтары) арқылы берілген электр өрісінін кескіні бейнеленген. Бұл суреттерден күш сызықтарының бір-бірімен еш жерде де қиылыспайтынын жене олардың тек заряд тұрған жерге келіп тоғысатынын немесе одан тарайтынын көруге болады.
Кернеулік сызығын электростатикалық өрістегі зарядталған өте жеңіл бөлшектердің козғалыс тракториясы деп түсінуге болмайды. Бөлшектің тракториясының қасиеті бойынша оның әрбір нуктесіне жүргізілген жанама бойымен бөлшектің жылдамдығы бағытталатыны белгілі.
Ал кернеулік сызығы болса, онда оған жүргізілген жанама бойымен сол өріс тарапынан әсер ететін күш және бөлшектің үдеуі бағытталады (1.7 в-сурет).
Барлық нуктелеріндегі кернеуліктердің шамасы мен бағыттары бірдей болатын өрісті біртекті өріс деп атайды. Біртекті өрістің күш сызықтары (кернеулік сызықтары) - қоюлығы барлық жерде бірдей параллель тузулер болып келеді.
1.8‚а және 6-суреттерінде, әр аттас пластиналардан жасалған кернеуліктері әр турлі, екі өрістің бейне суреттері келтірілген (өріс пластина шеттерінде ғана әр текті).
Кернеулік сызықтары неғұрлым кою болса, оның өріс кернеулігі соғұрлым үлкен болады. 1.8‚ә-суретінде кернеулік үлкен.
Біртекті өріс - электр өрісінің ең қарапайым, бірақ іс жүзінде көп кездесетін өте маңызды түрі.
Достарыңызбен бөлісу: |
