Реферат Тақырыбы: Еркін және байланысқан зарядтар. Электрстатикалық индукция векторы



Дата23.09.2023
өлшемі140.29 Kb.
#478369
түріРеферат
Еркін және байланысқан зарядтар. Электрстатикалық индукция векторы


ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
М.Әуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан университеті

Реферат
Тақырыбы: Еркін және байланысқан зарядтар. Электрстатикалық индукция векторы


Орындаған: Аптықай Қазыбек
Қабылдаған: Аблязимова Н.М
Группа: ЕП 20-14к

Шымкент 2022ж.



Кіріспе
Жалпы идеал диэлектриктерде электр өрісінің әсерінен оның бойымен орын ауыстыра алатын еркін зарядтар болмайды. Диэлектриктердің атомдары және молекулалары сан жағынан тең, теріс және оң микроскопиялық зарядтарға ие болғандықтан, ол электрлік тұрғыдан нейтрал, яғни бейтарап жағдайда болады.
Өздерінің құрылысы бойынша барлық диэлектриктерді үлкен үш топқа бөлуге болады.
Бірінші топқа оң және теріс зарядтарының «ауырлық центрлері бір – біріне дәл келетін диэлектриктер жатады. Мысалы, парафин, бензол, газ тектес сутегі, азот және т.б. Мұндай диэлектриктердің молекулалары полярлы емес, немесе полюсті емес деп аталады, өйткені, мұндай диэлектриктердің молекулалары сыртқы электр өрісі жоқ кезде дипольдік моментке ие бола алмайды (2.1.а – сурет). Ал, сыртқы электр өрісінде оң және теріс зарядтардың ауырлық центрлері бір – біріне қарағанда қарама – қарсы бағытта белгілі бір қашықтыққа ығысады (молекула өлшеміне қарағанда өте аз шамаға).

2.1- сурет
Бұл жағдайда әрбір молекула дипольдік моментке ие болады, ол шамамен өріс кернеулігіне тура пропорционал болады. (2.1. ә - сурет). Рационалданған (системада) жүйеде пропорционалдық коэффиценті түрінде жазылады, мұндағы - электрлік тұрақты, ал - молекуланың полюстену қабілеті деп аталатын шама мен бағыттары дәл келетіндігін ескере отырып былай жазуға болады:

Сыртқы өісті «өшірсек, молекулалар бұрынғы қалпына келеді де дипольдік момент нөлге айналады. Мұндай дипольдер «серпімді» деп аталады.
Екінші топқа су, нитробензол, ацетон және т.б. заттар жатады. Мұндай диэлектриктердің молекулаларының оң және теріс зарядтарының «ауырлық центрлері бір-біріне қарағанда ығысқан жағдайда болады да, сыртқы өріс жоқ кездің өзінде олар өзара қатаң диполь болып табылады. Мұндай молекулалар полярлы немесе полюсті деп аталады. Бұл диполь моменттері сыртқы өріс жоқ кезде жылулық қозғалыс нәтижесінде кеңістікте хаосты жағдайда орналасады да, дипольдің орташа электрлік моменті нөлге тең болады (2.2,а - сурет). Сыртқы өріс әсерінен әрбір дипольге оны өріс бағытында бұруға тырысатын электрлік күштер әсер етеді. Молекулалардағы зарядтар бір-бірімен салыстырғанда оң зарядтар өріс бағытымен, теріс зарядтар өріске қарсы ығысады. Бұған жылулық хаосты қозғалыс кедергі жасайды. Мұның нәтижесінде молекулалар өріске белгілі бұрыштармен орналасып, орташа бір электрлік моментке ие болады (2.2, ә - сурет). Оның шамасы өріс кернулігіне тура пропорционал, ал абсолюттік температураға кері пропорционал болады. Поляризацияның бұл түрі бағдарлаушылық немесе дипольдік поляризация деп аталады.


2.2 – сурет
Үшінші топқа ионды құрылысты кристалды диэлектриктер жатады (хлорлы натрий, хлорлы калий т.б.). Мысалы, NaCl ас тұзының молекуласын қарастырайық. Натрий атомындағы сыртқы электрондық қабықшада атоммен әлсіз байланысқан бір валенттік электрон бар. Хлордың валенттік электроны жетеу. Молекула құрастырылған кезде натрийдің жалғыз валенттік электронын хлор қосып алады. Бейтарап атомдардың екеуі де таңбалары қарама – қарсы екі ионнан тұратын жүйеге айналады. Бұларды электр өрісіне енгізгенде, кристалл торының оң иондары өріс бағытымен, ал теріс иондар оған қарсы бағытта ығысады да дипольдік момент пайда болады.
Егер поляризация кристалл остерімен салыстырғанда электр өрісінің бағытына байланысты болмаса, онда мұндай диэлектриктер изотропты, ал байланысты болса, анизатропты деп аталады. Біз изотропты диэлектриктерді қарастырумен шектелеміз.
Сыртқы электр өрісі болмаған кезде диэлектрик молекулалардың дипольдік моменттері не нөлге тең (полярлы емес молекулалары), не кеңістіктегі бағыттар бойынша қалыпты түрде бөлініп тараған (полярлы молекулалар) болады. Екі жағдайда да диэлектриктің электрлік моментінің қосындысы нөлге тең.
Сыртқы өрістің әсерінен диэлектрик поляризацияланады. Мұның өзі диэлектриктің қорытқы электрлік моменті нөлден өзгеше болады деген сөз. Диэлектриктің поляризациялану дәрежесін сипаттайтын шама ретінде бірлік көлемдегі электрлік моментті алады. Егер өріс немесе диэлектрик (немесе екеуі де) біртекті болмаса, диэлектриктің түрліше нүктелеріндегі поляризациялану дәрежесі әр түрлі болады. Берілген нүктеден поляризациялануды сипаттау үшін, осы нүктені қамтитын физикалық шексіз кішкентай көлемді бөліп алу керек. Осы көлемдегі молекулалар моменттерінің қосындысы тауып, мына қатынасты аламыз:

Осы формуламен анықталатын шамасы диэлектриктің поляризациялану векторы деп аталады.
Диэлектриктің поляризациялану векторы сол нүктедегі өріс кернеулігімен мынадай қарапайым қатынаспен байланысқан:

мұндағы - скаляр шама және ол берілген заттың поляризациялық коэффиценті немесе диэлектрлік қабылдағыштығы деп аталады, ол - ге тәуелсіз өлшемсіз шама.
Полюсті емес молекулалардан құралған диэлектриктер үшін (2.3) формуласы мына төмендегі қарапайым ұйғарулардан шығады. көлім шегіне саны - ға тең молекула орналасады, мұндағы -бірлік көлемдегі молекулалардың саны. моменттердің әрқайсысы бұл жағдайда (2.1) формуламен анықталады. Сөйтіп,

Бұл өрнекті - ға бөліп, поляризациялану векторын аламыз:

Соңында

Белгілеуді енгізіп, (2.3) формулаға келтіреміз.
Диэлектриктегі өрістің кернеулігі дегеніміз – физикалық шексіз кішкентай көлемдегі шын өрістің орташа мәнін табу арқылы анықталған - нің мәні. Диэлектриктегі шын (микроскопиялық) өріс молекула аралық қашықтықтарда айтарлықтай өзгереді. Алайда, өрістің макроскопиялық денеге әсерлерін қарастырғанда, бұл өзгерістер білінбейді де өрістің денеге әсері мәнінің орташа (макроскопиялық) санын табу арқылы анықталады.
Макроскопиялық өріс екі өрісті беттестірудің нәтижесінде алынады: еркін зарядтардың, жанасқанда бір денеден екіншісіне ауыса алатын зарядтардың туғызатын өрісі және байланысқан зарядтың еркін зарядтардың өрісі байланысқан (поляризатцияланған) зарядтардың еркін зарядтардан айырмашылықтары болады. Байланысқан зарядтарды олардың серіктерінен, қарама – қарсы таңбалы зарядтардан бөліп әкетуге болмайды. Өрістердің суперпозиция принципі бойынша:

Диэлектриктердің поляризациясы осы өріс қосындысының әсерімен пайда болады. Демек, осы - ні (2.3) формуласына қоямыз.
(2.7) өрнегімен анықталатын векторы үшін Остроградский – Гаусс теоремасын мына түрде жазу керек:

Мұндағы - ді байланысқан зарядтардың қосындысы, яғни тұйықталған бет үшін вектор ағынын есептегенде тек еркін зарядтардың ғана емес, осы беттің ішіндегі байланысқан зарядтардың да алгебралық қосындысын есептеу керек. Сондықтан, (2.8) диэлектриктегі векторды табу үшін жарамсыз болады.

Достарыңызбен бөлісу:




©www.dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет