12. Elektrostatika. Elektrostatika sükunətdə olan elektrik yüklərinin qarşılıqlı təsirini və sabit elektrik cərəyanının xüsusiyyətlərini öyrənir.

Transcript

1 . Elektrostatika Elektrostatika sükunətdə olan elektrik yüklərinin qarşılıqlı təsirini və sabit elektrik cərəyanının xüsusiyyətlərini öyrənir. - Elektrik yükləri Elektrik yükü cismin və ya zərrəciyin daxili məxsusiyyəti olub, onların elektromaqnit qarşılıqlı təsirində iştirak edə bilməsini xarakterizə edir. 9 Elementar elektrik yükü e,6 Kl - dur. Elektrik yüklərinin təcrübi yolla tapılmış aşağıdakı fundamental xüsusiyyətləri var: - iki növdə (müsbət və mənfi) olur. Eyni adlı yüklər bir-birini itələyir, müxtəlif adlı yüklər isə cəzb edir. - elektrik yükü invariantdır, yəni onun qiyməti hesablama sistemindən asılı deyil. - elektrik yükü diskretdir, yəni istənilən cismin elektrik yükü elementar elektrik yükünün e, misllərinə bərabərdir. - elektrik yükü aditivdir. - elektrik yükü yükün saxlanma qanununa tabedir. Qapalı sistemin elektrik yüklərinin cəbri cəmi sistemdə hansı proses getməsindən asılı olmayaraq sabitdir. Elektrik yükləri daşınandır və əvəz olunandır. Əgər biz müəyyən maddəni ipəyə sürtsək, həm ipək və həm də maddə yüklənir. Yüklənmiş obyekti yüksüz etmək mümkündür. Elə maddələr var ki, elektriki yaxşı keçirir, elə maddələr də var ki, onların elektrik keçirməsi çox zəifdir. Bütün metallar və bəzi qeyri- metallar yaxşı keçiricidirlər. Elektriki yaxşı keçirən maddələr istiliyi də yaxşı keçirir. Elektriki yaxşı keçirməyən maddələri dielektriklər və ya izolyatorlar adlandırırlar. Dielektriklər istiliyi də pis keçirirlər. Elektrik keçiriciliyinə görə keçiricilər və dielektriklər arasında olan maddələr yarımkeçiricilər adlanır. Qeyd edək ki, mineralların çoxu elektrik cərəyanını və istiliyi pis keçirir. Kulon qanunu. Vakuumda yerləşən, sükunətdə olan iki nöqtəvi

2 yük arasında qarşılıqlı təsir qüvvəsi F, yüklərlə ( q və q ) düz, onlar arasında məsafənin kvadratı ilə tərs mütənasibdir. F qüvvəsi yükləri birləşdirən düz xətt boyunca yönəlib, yəni mərkəzi qüvvədir. Vektorial olaraq, q yükünün q -ə təsir qüvvəsi, qq r F (.) 4 r r q - yükünə q tərəfindən təsir edən qüvvə isə: F F. (.) Kl - elektrik sabitidir və 8,85 və ya 8,85 F m N m Farad (F) elektrik tutumu vahididir. Əgər qarşılıqlı təsirdə olan zərrəciklər izotrop mühitdə yerləşibsə, Kulon qüvvəsi: F səthi sıxlıq ( q q F 4 r (.3) mühitin dielektrik nüfuzluğudur. F - yüklərin F vakuumda F isə mühitdə qarşılıqlı təsir qüvvəsidir. Yüklər cisimdə kəsilməz paylana bilər. Bu halda, əgər yük dq həcmdə paylanıbsa, həcmi sıxlıq ( ), səthdə paylanıbsa dv dq ), xətt boyunca paylanıbsa xətti sıxlıq d ( dq dl ) anlayışlarından istifadə olunur. Burada dq - elementar yük, dv - elementar həcm, d - elementar sahə, dl - elementar uzunluqdur.

3 - Elektrik sahəsinin intensivliyi ükunətdə olan yüklərin yaratdıqları sahə elektrostatik sahə adlanır. Elektrostatik sahəni potensial (sahənin enerji xarakteristikası) və intensivlik (qüvvə xarakteristikası) kəmiyyətləri ilə xarakterizə edirlər. İntensivlik, q yükünə təsir edən F qüvvəsinin q yükünə nisbəti kimi təyin olunur: F E (.4) Nöqtəvi yükün vakuumda yaratdığı elektrik sahəsinin intensivliyi: q r E, (.5) 4 r r Dielektrikdə isə: q r E (.6) 4 r r Bu ifadələrdə r - verilmiş nöqtəni q yüklü zərrəciyin olduğu nöqtə ilə birləşdirən radius-vektordur. (.5) və (.6) ifadələri uyğun olaraq skalyar formada aşağıdakı kimidir: q E (.7) 4 r və q E (.8) 4 r E vektorunun istiqaməti, müsbət yükə təsir edən qüvvə istiqamətindədir. Əgər elektrik sahəsi müsbət yük tərəfindən yaradılıbsa, E vektoru radius-vektor boyunca nöqtəvi yükdən xarici fəzaya yönəlir, əgər mənfi yük tərəfindən yaradılıbsa, E yükə tərəf istiqamətlənib. Elektrostatik sahəni qrafiki olaraq qüvvə xətləri ilə xarakterizə etmək olar. Qüvvə xətləri elə xətlərə deyilir ki, hər bir nöqtəsində 3 q

4 toxunan həmin nöqtədə çəkilən intensivlik vektoru istiqamətində olsun. Bircins sahələr üçün qüvvə xətləri intensivlik vektoruna paralel olur. Əgər sahə nöqtəvi yük tərəfindən yaradılırsa, qüvvə xətləri yükdən çıxan (müsbət yük) radial düz xətt istiqamətində, yük mənfidirsə, yükə yönələn istiqamətdədir. -3 Elektrik sahə intensivliyi vektorunun ( E ) seli Qüvvə xətləri ilə həm də intensivlik vektorunun qiymətini xarakterizə etmək üçün onları müəyyən sıxlıqda çəkirlər. Qüvvə xətlərinə perpendikulyar olan səthin vahid sahəsindən keçən intensivlik xətlərinin sayı E vektorunun moduluna bərabər olmalıdır. Bu halda elementar d sahəsindən keçən intensivlik xətlərinin sayı E d cos En d olur. En - E vektorunun d səthinə çəkilən normal üzərində proyeksiyasıdır (şəkil.). d E E d E d cos End ( Ed) intensivlik vektorunun daş səthindən keçən seli adlanır. İstənilən qapalı səthindən keçən sel E d ( Ed) (.9) E n olar. ahəyə gətirilmiş yükə təsir edən qüvvə, bu sahəni yaradan yüklərin gətirilmiş yükə təsir edən qüvvələrinin cəminə bərabərdir. Yaradılmış sahənin verilmiş nöqtədə intensivliyi, hər bir yükün həmin nöqtədə yaratdığı sahə intensivliklərinin həndəsi cəminə bərabərdir: 4 n d α E n d E Şəkil. Elektrik sahə intensivliyi vektoru selinin təyininə qrafik nümunə. α

5 E E i (.) i Bu ifadə sahələrin superpozisiya prinsipini ifadə edir və istənilən sükunətdə olan yüklər sisteminin elektrik sahəsini hesablamağa imkan verir (bax əlavələrdə vektorların toplanması ). Qaus teoremi. Elektrik yükləri sisteminin intensivliyini superpozisiya prinsipindən istifadə edərək hesablamaq məsələsini Qaus qanunundan istifadə edərək sadələşdirmək olar. Mərkəzində q yükü yerləşən r radiuslu sferik səthdən keçən sel: q q E End 4r (.) 4 r Bu nəticə yükü özündə saxlayan istənilən formalı qapalı səth üçün doğrudur. Əgər qapalı səth özündə yük saxlamırsa, bu səthdən keçən sel sıfırdır. n sayda yükü özündə saxlayan istənilən formalı qapalı səthə baxaq. uperpozisiya prinsipinə görə ümumi E hər bir yükün ayrılıqda yaratdığı sahə intensivlikləri cəminə bərabərdir. Ona görə də N n n n qi E ENd Ei d Eid qi (.) i i i i Qaus teoremi vakuumda elektrostatik sahənin intensivlik vektorunun istənilən qapalı səthdən keçən seli, bu səthin özündə saxladığı yüklərin cəbri cəminin -a nisbətinə bərabərdir. Əgər yük fəzada müəyyən dq həcmi sıxlığı ilə paylanıbsa, Qaus dv teoreminə görə, E End dv (.3) V alarıq. Divergensiyanın təyinindən (bax əlavələrə ): E d ( Ed) dive dv (.4) E (.4) ifadəsini (.3)-də nəzərə alaraq, n 5 V

6 q dive dv dv (.5) V V və dive (.6) Alırıq. (.6) ifadəsi diferensial formada Qaus qanunu adlanır. -4 İntensivlik vektorunun sirkulyasiyası Müəyyən bir q yükünün yaratdığı elektrostatik sahədə nöqtəvi yükü nöqtəsindən nöqtəsinə hərəkət edirsə, bu zaman nöqtəvi yükə təsir edən qüvvə iş görür (şəkil.). dl elementar yerdəyişməsi zamanı görülən iş: qq da F dl cos dl cos 4 r F qq dr (.7) dr α 4 r d -dən -yə hərəkət zamanı görülən iş q isə: r r qq dr r r A da 4 r r r r qq qq (.8) 4 r r A - trayektoriyanın formasından asılı olmur. Beləliklə, nöqtəvi yükün elektrostatik sahəsi potensiallıdır və elektrostatik qüvvələr konservativdir, istənilən qapalı L dövrəsi (şəkil.3) boyunca yükün yerdəyişməsi zamanı görülən iş sıfıra bərabərdir. da L. 6 q Şək.. Elektro statik sahənin işinin he sablanmasına aid qrafik nümunə.

7 L E dl intensivlik vektorunun verilmiş L dövrəsi boyunca sirkulyasiyası adlanır. İstənilən qapalı L dövrəsi boyunca elektrostatik sahə intensivliyi vektorunun sirkulyasiyası sıfıra bərabərdir, E dl L L α dl E Şəkil.3 Elektrostatik sahədə yükün qapalı kontur boyunca hərəkəti zamanı sahənin gördüyü işin hesablanmasına aid sxem. Belə xüsusiyyətə malik qüvvə sahəsi potensiallı sahə adlanır. Yükün potensial enerjisi. Potensiallı sahədə cisim potensial enerjiyə malik olur və konservativ qüvvələr potensial enerjinin azalması hesabına iş görür. Ona görə də A i işini q yükünün başlanğıc və son halda potensial enerjiləri fərqi kimi göstərmək olar. qq qq A W W 4 r 4 r qq W const q yükünün q yükünün yaratdığı sahədə potensial enerjisi adlanır. 4 r Əgər sahə n nöqtəvi yük tərəfindən yaradılırsa, 7

8 W n n qi U i q i i 4 r i -5 Elektrostatik sahənin potensialı W nisbəti q -dan asılı deyil və sahənin enerji xarakteristikasıdır. Bu nisbət potensial adlanır və, ilə işarə olunur: q W (.9) q Elektrostatik sahənin ixtiyari götürülmüş nöqtəsində potensial, həmin nöqtədə yerləşdirilmiş vahid müsbət yükün potensial enerjisi ilə təyin olunur. q nöqtəvi yükün yaratdığı sahənin potensialı q -dir (.). 4 r Potensiallar fərqi. Elektrostatik sahənin, q - yükünün nöqtəsindən -nöqtəsinə hərəkət etdiyi zaman gördüyü işi A W W q q kimi yazmaq olar. Elektrostatik sahənin və nöqtələrində potensiallarının fərqi A (.) q olur. A Fdl q Edl q Ed olduğundan alırıq. l E l dl (.) 8

9 Əgər q yükünü istənilən nöqtədən sonsuzluğa (potensialı sıfıra bərabərdir) hərəkət etdirsək, A q buradan A q (.3) alarıq. Yəni potensial müsbət vahid yükü istənilən nöqtədən sonsuzluğa qədər hərəkət etdirmək üçün lazım olan iş ilə təyin olunan fiziki kəmiyyətdir. -6 İntensivlik ilə potensial arasında əlaqə Potensiallı sahə üçün, potensiallı (konservativ) qüvvə ilə potensial enerji arasında F gradw W əlaqəsi var. Burada - Hamilton operatorudur və i j k -dır. F qe və W q olduğundan x y z alırıq. E grad (.4) 9

10 3. Dielektriklər 3- Elektrik dipolu Aralarındakı məsafə l sahənin baxılan nöqtəsinə qədər olan məsafədən r çox-çox kiçik (l << r ), qiymətcə bərabər, işarəcə əks olan iki ( q, q ) yükdən ibarət sistem elektrik dipolu adlanır. Dipol oxu üzərində yerləşən və mənfi yükdən müsbət yükə yönəlmiş, qiyməti yüklər arasında məsafəyə bərabər olan vektor dipolun qolu l, p e q l isə dipolun elektrik momenti adlanır. Vakuumda elektrik dipolunun elektrik sahəsi:.dipol oxunun davamı olan xətt üzərində yerləşmiş A nöqtəsində dipol sahəsinin intensivliyi və potensialı : E E E, A ifadələri ilə hesablanır. Qəbul edək ki, r - dipol oxunun ortasından A nöqtəsinə qədər məsafədir (şəkil 3.). r l olduqdan, l A E E E A E r' r E B B Şəkil 3. Dipolun elektrik sahəsinin hesablanmasına aid sxem. E 3

11 E A q 4 l ( r ) p 4 r e 3 q 4 l ( r ) 3 ql 4 r (3.) q q ql pe A 4 l l r r 4 r 4 r (3.). r l şərtində dipol oxunun mərkəzindən qaldırılmış perpendikulyar üzərində yerləşən B nöqtəsində sahənin intensivliyi: q q E E (3.3) 4 r l 4 r E B olduğundan E r ql pe EB E (3.4) 3 r 4 3 r 4 r B nöqtəsi q və q yüklərinin yerləşdiyi nöqtələrdən eyni məsafədə olduğundan, B (3.5) E vektoru l vektorunun əksi istiqamətində yönəlib. B 3- Dielektrik mühitdə elektrostatik sahə Adi şəraitdə praktik olaraq elektrik cərəyanını keçirməyən maddələr dielektriklər adlanır. Dielektrikləri üç növə ayırırlar:. Qeyri-polyar molekullardan ibarət dielektriklər. Belə dielektriklər xarici sahə olmadıqda sıfıra bərabər dipol momentinə malik olurlar (məsələn, N, H, O, CO ). Polyar molekullardan ibarət dielektriklər. Bu dielektriklər asimmetriya nəticəsində sıfırdan fərqli dipol momentinə malik

12 olurlar (məsələn, H O, NH 3, O, CO ). 3. İon dielektrikləri (məsələn NaCl, KCl ). İon dielektrikləri ion kristalları müxtəlif işarəli ionların təkrarlandığı fəza qəfəsinə malik olurlar. Dielektrikləri elektrik sahəsinə gətirdikdə onlar sıfırdan fərqli elektrik momentinə malik olurlar. Elektrik sahəsinin təsiri ilə dipolların istiqamətlənməsi və sahə istiqamətində yönəlmiş dipolların yaranması hadisəsi dielektriklərin polyarlaşması adlanır. Üç növ dielektrikə uyğun olaraq üç növ polyarlaşma ayırırlar. ) Elektron və ya deformasiya polyarlaşması. Qeyri-polyar molekullardan ibarət dielektriklərdə elektron orbitinin deformasiyası nəticəsində molekul və ya atomlarda dipol momenti meydana gəlir (Şəkil 3.). E' E E Şəkil 3. Qeyri-polyar molekullardan ibarət dielektriklər elektrik sahəsində polyarlaşması sxemi. Şəkil 3.3 Polyar molekullardan ibarət dielektrikin elektrik sahəsində polyarlaşma sxemi. ) İstiqamətlənmiş və ya dipol polyarlaşması. Polyar molekullardan ibarət dielektriklər sahəyə görə istiqamətlənirlər (Şəkil 3.3). 3) Dielektrikin ion polyarlaşması. Müsbət ionların qəfəsinin sahə istiqamətində, mənfilərin isə sahənin əksi istiqamətində sürüşməsi dipol momentinin yaranmasına gətirir. Polyarlaşma vektoru. Qəbul edək ki, bircins dielektrik müxtəlif işarəli yüklərlə yüklənmiş, sonsuz uzun iki müstəvi arasında yerləşdirilib. Dielektrikin həcmi V olsun. Bu halda dielektrik 3

13 polyarlaşır və dipol momentinə malik olur. Ümumi dipol momenti p V p i, p i -bir molekulun dipol momentidir. i Dielektrikin polyarlaşmasının kəmiyyət xarakteristikası olaraq p p i V i P (3.6) V V kimi təyin olunan və polyarlaşma vektoru adlanan fiziki kəmiyyət istifadə olunur. İzotrop dielektrik halında (seqnetoelektriklərdən başqa, qalan dielektriklərin əksəriyyəti üçün) polyarlaşma vektoru xarici sahənin intensivliyindən xətti asılı olur: P E (3.7) Burada - dielektrikin xassələrini xarakterizə edən müsbət, ölçüsüz kəmiyyətdir və dielektrik qavrayıcılığı adlanır. Mühitin dielektrik nüfuzluğu. Polyarlaşma nəticəsində dielektrikin səthində bağlı σ σ' σ' σ elektrik yükləri meydana gəlir. Bu yüklər dielektrikin daxilində xarici sahənin əksinə yönəlmiş E sahəsini yaradır. Dielektrik daxi- lində tam sahə E E E olur, E - xarici sahədir. Bizim nümunədə E / -dır. σ - bağlı yüklərin səthi sıxlığıdır (Şəkil 3.4). Oturacağının sahəsi Ѕ hündürlüyü d olan dielektrikin tam dipol momenti p V PV Pd və p V qd d olduğundan, P -dir. P E E E E E E E E E E 33 d Şəkil 3.4 Dielektrik elek trik sahəsində

14 E (3.8) -dielektrik nüfuzluğu adlanır. 3-3 Elektrik sürüşmə vektoru (induksiya vektoru) Elektrik sahəsinin intensivliyi mühitin xüsusiyyətlərindən asılıdır. Bundan başqa sahə intensivliyi dielektrik sərhədini keçdikdə kəskin dəyişir, ona görə də dielektriklərin polyarlaşmasını nəzərə almaqla, elektrik sahəsini kəsilməz funksiya ilə ifadə etmək üçün elektrik induksiya vektoru fiziki kəmiyyəti daxil edilir. İzotrop mühit üçün induksiya vektoru ( D ) aşağıdakı kimi yazılır: D E E E P (3.9) Elektrik induksiya vektorunun vahidi kl m -dır. Vakuumda yüklərin fəzada paylanması, dielektrikdə olduğuna analoji olan halda, vakuumdakı elektrik sahəsi D vektoru ilə xarakterizə olunur. D -nin vahidi kl m. D vektoru sərbəst yüklərin yaratdığı elektrik sahəsini dielektrik olduğu halda xarakterizə edir. İstənilən qapalı səthindən D vektorunun seli D d D d -dir (3.) D Dielektrikdə elektrik sahəsi üçün Qaus teoremi. ürüşmə vektorunun istənilən qapalı səthdən keçən seli bu səthin daxilindəki yüklərin cəbri cəminə bərabərdir: n Dd q (3.) 34 E n i Əgər yüklər müəyyən həcmdə dq dv sıxlığı ilə kəsilməz paylanıbsa, Dd dv (3.) və ya vektorun divergensiyasının təyinini nəzərə alaraq (bax əlavələrə): i V

15 divd (3.3) İki dielektrik mühitində sərhəd şərti. İki dielektrik sərhədində, sərbəst yüklərin yoxluğu şərtində E vektorunun qapalı ABCDA dövrəsi (Şəkil 3.5) boyunca sirkulyasiyası ( E dl ) olduğundan, E l E l olmalıdır. ABCDA l A B ε ε D C ε Buradan Şəkil 3.5 İki dielektrik sərhədi. D E olduğunu nəzərə alsaq, D (3.5) D taparıq. Qaus teoreminə görə iki dielektrik sərhədində hündürlüyü çox kiçik olan silindrdə (Şəkil 3.6) D vektorunun seli sərbəst yüklərin olmaması hesabına sıfırdır. Beləliklə Dn Dn və E E (3.4), D D (3.6) E E n n n n ε ε 35 n n Δ Şəkil 3.6 İki dielektrik sərhədində hündürlüyü çox kiçik olan silindrin sxemi. (3.7)

16 İki dielektrik sərhədində, keçiddə E vektorunun toxunan toplananı E ) və D vektorunun normal toplananı D ) kəsilməz, ( ( n E vektorunun normal toplananı ( En) və D vektorunun tangensional toplananı ( D ) pilləvarı dəyişir. eqnetoelektriklər. Xarici elektrik sahəsi olmadıqda hissələrinin özbaşına dipol elektrik momentinə malik olması məxsusiyyətinə malik olan kristal dielektriklər seqnetoelektriklər adlanır. eqnetoelektriklərə nümunə olaraq seqnet duzunu ( NaKC4H 4O6 4H O ) barium titanatı BaTiO 3 göstərmək olar. eqnetoelektriklər polyarlaşma vektoru müxtəlif istiqamətlərdə olan domenlərdən ibarətdir. Küri temperaturu adlanan temperaturdan yuxarı temperaturlarda seqnotoelektrik məxsusiyyətləri yoxa çıxır. eqnetoelektriklərdə E və P arasında əlaqə xətti deyil və xarici sahə götürüldükdən sonra da polyarlaşma saxlanılır. Bu hadisə dielektrik histerezis hadisəsi adlanır. ıxıldıqda və ya dartıldıqda elektrik polyarlaşması meydana gələn kristal dielektriklər pyezodielektriklər adlanır. Bu hadisə isə düzünə pyezoeffekt adlanır. Elektrik sahəsinin təsiri ilə kristal dielektriklərdə mexaniki deformasiyanın yaranması əksinə pyezoeffekt hadisəsi adlanır. 36

17 4. Keçiricilər 4- Keçiricilər elektrostatik sahədə Əgər keçiricini elektrostatik sahədə yerləşdirsək və ya onu yükləsək, bu halda keçiricidə olan yüklü zərrəciklərə qüvvə təsir edir və onlar o vaxta qədər hərəkət edər ki, keçiricinin daxilində sahə E olsun. E halı qərarlaşmazsa, keçiricidə yüklər hərəkət edər və xarici sahədən enerji almamış hərəkət davam etmiş olar ki, bu da enerjinin saxlanma qanununa ziddir. E olduğundan E grad const alırıq. Yəni:. Keçiricinin bütün nöqtələrində potensial eynidir.. Keçiricinin səthi ekvipotensialdır. 3. E vektoru keçiricinin hər bir nöqtəsində onun səthinə perpendikulyardır. 4. Elektroneytral keçiricini fəzanın elektrik sahəsi olan hissəsində yerləşdikdə onda olan sərbəst, yüklü zərrəciklər hərəkətə başlayırlar. Bu zaman müsbət yüklü zərrəciklər sahə istiqamətində (Şəkil 4. a, b) hərəkət edirlər. Bunun nəticəsi olaraq keçiricinin bir sonluğunda müsbət yüklü zərrəciklərin, başqa sonluğunda isə mənfi yüklü zərrəciklərin artıqlığı meydana gəlir. Bu yüklər induksiyalanmış yüklər adlanır. 5. Əgər keçiriciyə müəyyən q yükü verilibsə, bu yük keçiricinin səthində paylanır və D və E olur. Burada - yüklərin səthi sıxlığı və - keçiricini əhatə edən xarici mühitin dielektrik 37 E= a) b) Şək. 4. Kecirici material elektrik sahəsində.(a)-zərrəciklərin hərəkət istiqaməti,(b)-qüvvə xətləri.

18 nüfuzluğudur. Elektrik sahəsinə gətirilmiş elektroneytral keçirici intensivlik xətlərinin müəyyən hissəsini kəsir. İntensivlik xətləri mənfi induksiyalanmış yüklərdə qurtarır və yenidən müsbət yüklərdən başlayır. İnduksiyalanmış yüklər keçiricinin xarici səthində paylanırlar. Xarici sahəyə gətirilmiş keçiricidə səthdə yüklərin yenidən paylanması elektrostatik induksiya hadisəsi adlanır. 4- Elektrik tutumu Təklənmiş, yəni başqa cisim və yüklərdən kənarlaşdırılmış keçiriciyə baxaq. Təcrübə göstərir ki, eyni yüklə yüklənmiş müxtəlif keçiricilər, müxtəlif potensiala malik olur. Keçiricinin q yükünün onun potensialına nisbətinə bərabər fiziki kəmiyyət keçiricinin elektrik tutumu (C ) adlanır: q C (4.) Elektrik tutumu qiymətcə naqilin potensialını vahid qədər dəyişmək üçün ona verilməli yükə bərabərdir. Elektrik tutumu naqilin forma və ölçülərindən və onu əhatə edən xarici mühitin dielektrik nüfuzluğundan asılıdır. Təklənmiş kürənin elektrik tutumu: q C R 4 (4.). Elektrik tutumu vahidi Faraddır ( F ). Bir farad elə keçiricinin tutumudur ki, ona Kl yük verdikdə potensialı V dəyişir. Kondensatorlar. Əgər q yüklü cismə başqa cisimlər yaxınlaşdırırıqsa, yaxınlaşdırılmış cismin səthində induksiyalanmış (keçiricidə) və ya bağlı (dielektrikdə) yüklər meydana gəlir. Bu yüklər q yükünün yaratdığı sahəni zəiflədir, keçiricinin potensialını azaldır və onun keçiriciliyini artırır. Kondensator, iki modulca bərabər, işarəcə əks olan yüklə yüklənmiş elə keçirici sistemdir ki, forma və ölçüləri sahənin çox kiçik məsafədə yerləşməsinə imkan 38

19 yaradır. Kondensatorun elektrik tutumu onda yığılan yükün q, potensiallar fərqinə nisbətinə bərabərdir. Müstəvi kondensatorun tutumu aşağıdakı kimidir: C (4.3), d burada - kondensatorun köynəyinin səthinin sahəsi, d - kondensatorun köynəkləri arasındakı məsafədir. Kondensatorların birləşdirilməsi. Kondensatorlar paralel birləşdirilibsə (Şəkil 4.), onların köynəkləri arasındakı potensiallar fərqi eyni qaldığından C n C i i Ardıcıl birləşmə (Şəkil 4.3) üçün isə n C C n C i i olur. (4.4) olur. (4.5) Δφ C Δφ Δφ Δφ 3 Δφ n C C C C 3 C n Şəkil 4. Kondensa torların paralel bir ləşdirilməsi sxemi. Şəkil 4.3 Kondensatorların ardıcıl birləşdirilməsi sxemi 4-3 Elektrostatik sahənin enerjisi ükunətdə olan nöqtəvi yüklər sisteminin enerjisi. İki q və q yüklərindən ibarət sistemdə bir yük o biri yükün sahəsində enerjiyə malik olur. Əgər yüklər arasında məsafə r isə, bir yükün enerjisi: 39

20 W q q q q q W 4 r 4 r (4.6) Ona görə də W q q q q olur. n sayda sükunətdə olan yüklərin enerjisi: n W q i i (4.7) i Burada i, q i yüklü zərrəciyin olduğu nöqtədə i saylı yükdən başqa qalan yüklərin yaratdığı sahənin potensialıdır. Yüklənmiş tək keçiricinin enerjisi. Yükü, potensialı və tutumu uyğun olaraq q,c, olan tək keçiriciyə baxaq. dq yükünü sonsuzluqdan gətirərək keçiriciyə vermək üçün Kulon itələmə qüvvəsinə qarşı görülən iş da dq Cd dir. Keçiricini potensialın sıfır qiymətindən qiymətinə qədər yükləmək üçün C A Cd (4.8) işini görmək lazımdır. q C olduğundan, yüklənmiş keçiricinin enerjisi üçün C q q W (4.9) C ifadəsini alarıq. Yüklənmiş kondensatorun enerjisi. Kondensatorun ikinci köynəyindən birinci köynəyinə dq elementar yükü aparmaq üçün xarici qüvvələrin gördüyü iş qdq da dq, (4.) C kondensatorun yükünün -dan q -yə qədər artırmaq üçün görülən iş, q qdq q A (4.) C C q 4

21 olur. Kondensatorun enerjisi q C q W olur. (4.) C Elektrostatik sahənin enerjisi. Ümumi halda, sükunətdə olan yüklənmiş cisimlər sisteminin enerjisini, W d dv (4.3) V ifadəsi ilə tapmaq olar. və uyğun olaraq yüklərin səthi və həcmi sıxlıqlarıdır. Müstəvi kondensator üçün, onun enerjisinin sahənin intensivliyi ilə ifadə edək. Kondensator üçün C / d və Ed -dir. W E d E V (4.4) Kondensatorun bircins sahəsində onun enerjisi bütün həcm boyu bərabər paylanıb. Müstəvi kondensatorun enerjisinin həcmi sıxlığı W w E ED D E (4.5) V Bu ifadə elektrostatik sahənin enerjisinin elektrostatik sahədə cəmləşdiyini göstərir. (4.5) ifadəsi həm də qeyri-bircins sahələr üçün doğrudur. Ponderomotor qüvvələr. Elektromaqnit sahəsində yerləşdirilmiş yüklü zərrəciklərə təsir edən mexaniki qüvvələr ponderomotor qüvvələr adlanır. (ponderis-ağırlıq, motor-hərəkət edən). Məsələn, müstəvi kondensatorda onun köynəklərinin bir-birinə cazibə q qüvvəsi potensial enerjinin azalması hesabına iş görür. və E olduğunu nəzərə alaraq: dw q F E (4.6) dx 4

22 Burada - işarəsi bu qüvvənin cazibə qüvvəsi olmasını göstərir. Bu qüvvə təsiri nəticəsində kondensatorun köynəkləri onlar arasında yerləşdirilmiş dielektriki sıxır və dielektrikdə təzyiq yaranır: F p E (4.7) 4

23 5. Elektrik cərəyanı 5- Cərəyanın şiddəti və sıxlığı Yüklü zərrəciklərin istiqamətlənmiş hərəkəti elektrik cərəyanı adlanır. Cərəyan istiqaməti olaraq müsbət yüklərin hərəkət istiqaməti götürülür. dq (5.) dt nisbəti cərəyan şiddəti, d j (5.) d kəmiyyəti isə cərəyan sıxlığı adlanır. Cərəyan sıxlığı vektorial kəmiyyətdir və onun istiqaməti verilmiş nöqtədə elektrik cərəyanı istiqamətindədir. İstənilən sahəli səthdən keçən cərəyan şiddəti cərəyan sıxlığı vektorunun seli kimi təyin olunur: jd (5.3) Burada d n d ( n d səthinə çəkilmiş vahid vektorudur). Əgər dt müddətində naqilin en kəsiyindən dq ne v dt miqdar elektrik yükü keçirsə, bu halda cərəyan şiddəti dq I ne v (5.4), dt cərəyan sıxlığı isə j ne v (5.5) kimi təyin olunur. Burada v elektronların orta sürətidir. Kənar qüvvələr. Elektrik cərəyanının yaranması və mövcud olması üçün aşağıdakı şərtlər ödənilməlidir:. ərbəst hərəkət edə bilən yüklü zərrəciklərin mövcudluğu.. Enerji ilə təchiz olunan elektrik sahəsinin mövcudluğu. Elektrik cərəyanının şiddəti və istiqaməti zaman keçdikcə dəyişmirsə, belə cərəyan sabit cərəyan adlanır. abit cərəyan üçün: 43

24 q I (5.6) t Əgər dövrədə təkcə elektrik sahəsi qüvvəsi təsir edirsə, yüklü zərrəciklərin yerdəyişməsi nəticəsində dövrənin bütün nöqtələrində potensial eyni olur. Beləliklə elektrik sahəsi mövcud olmur. Dövrədə sabit cərəyanın mövcud olması üçün elektrik təbiətinə malik olmayan qüvvələrin hesabına potensiallar fərqi yaradan cihazın olması vacibdir. Belə cihazlar cərəyan mənbələri adlanır. Mənbə tərəfindən yüklərə təsir edən qeyri-elektrik təbiətli qüvvələr kənar qüvvələr adlanır. 5- Elektrik hərəkət qüvvəsi və gərginlik Kənar qüvvələrin q müsbət yükü üzərində gördüyü A işinin həmin q yükünə nisbəti elektrik hərəkət qüvvəsi ( e. h. q ) adlanır. A (5.7) Kənar qüvvələrin təsir etmədiyi dövrə hissəsi bircins adlanır. Kənar qüvvələrin təsiri varsa dövrə hissəsi qeyri bircins adlanır. Qapalı dövrədə q yükünün yerdəyişməsi zamanı kənar qüvvələrin işi A Fkenardl q E kenardl kimi (5.8) təyin olunur. Burada e. h. q -i kənar qüvvələr sahəsinin intensivlik vektorunun sirkulyasiyası kimi təyin olunur: ( E kenar dl ) (5.9) Beləliklə, qapalı kontur boyunca kənar qüvvələr sahəsinin intensivlik vektorunun sirkulyasiyası sıfıra bərabər deyil. Yəni, kənar qüvvələr potensiallı qüvvələr deyil. Dövrə hissəsinin iki nöqtəsi arasındakı (məsələn -) hissəsində təsir edən e. h. q -i: d (5.) q E kenar l Əgər q yükünə həm kənar qüvvələr, həm də elektrostatik sahə 44

25 qüvvəsi təsir edirsə, əvəzləyici qüvvə: F Fkenar Fe q E kenar E (5.) Əgər q yükünə həm kənar qüvvələr, həm də elektrostatik sahə qüvvəsi təsir edirsə, bu yükün - hissədə hərəkəti zamanı görülən iş: A q E dl q Edl q q. (5.) kenar Dövrənin müəyyən hissəsində gərginlik dedikdə bu hissədə müsbət vahid yükün hərəkəti zamanı elektrostatik və kənar qüvvələrin bu yük üzərində gördükləri işlərin cəmi başa düşülür. A q U. (5.3) 5-3 Elektrik müqaviməti Dövrənin bircins hissəsi (cərəyan mənbəyi olmayan hissəsi) üçün Om qanunu aşağıdakı kimidir. Bircins metal naqildən axan cərəyanın şiddəti naqilin uclarındakı gərginliklə düz mütənasibdir: U I (5.4) R Mütənasiblik əmsalı R-elektrik müqaviməti, 45 isə elektrik R keçiriciliyi adlanır. Naqilin müqaviməti: l R (5.5) ifadəsi ilə təyin olunur. Burada l - naqilin uzunluğu, isə naqilin en kəsiyinin sahəsidir. Mütənasiblik əmsalı naqilin materialını xarakterizə edir və xüsusi elektrik müqaviməti adlanır. (5.6) kəmiyyəti xüsusi keçiricilik adlanır. Om qanununun diferensial forması j E kimidir. (5.7)

26 Naqillərin birləşdirilməsi: ) n naqili ardıcıl birləşdirilməsi zamanı: I I... I I IR U n U 46 n n i i i n R R i i I R I ) n naqilin paralel birləşdirilməsi zamanı: U U... U i i n U n i R i (5.8) n (5.9) R i Ri Müqavimətin temperatur asılılığı. Təcrübələr nəticəsində məlum olmuşdur ki, çox hallarda xüsusi müqavimətin (həmçinin müqavimətin) temperaturdan asılı olaraq dəyişməsi aşağıdakı kimi ifadə olunur: t (5.) və ya R R t (5.) Burada və, R və R - uyğun olaraq keçiricinin t və temperaturlarında xüsusi müqavimət, - müqavimətin temperatur əmsalıdır. Metalların elektrik müqavimətinin temperatur asılılığından istifadə edərək müqavimət termometrləri düzəldirlər. 5-4 Cərəyanın işi və gücü Uclarındakı gərginlik U, müqaviməti R olan bircins naqilə baxaq. dt zaman müddətində naqilin en kəsiyindən dq dt miqdarda yük keçir. Bildiyimiz kimi, sahənin iki nöqtəsi arasında q yükünün hərəkəti zamanı görülən iş A q (5.) kimi təyin olunur. Buradan

27 U da Udq Udt Rdt dt. (5.3) R Cərəyanın gücü da U P U R olur. (5.4) dt R Coul-Lens qanunu. Naqildən cərəyan keçdiyi zaman yük daşıyıcılarının öz aralarında və başqa zərrəciklərlə toqquşması nəticəsində enerjinin səpilməsi baş verir. Əgər cərəyan sükunətdə olan keçiricidən axırsa, cərəyanın bütün da işi naqilin qızmasına ( dq istilik miqdarının ayrılmasına) sərf olunur Enerjinin saxlanması qanununa görə: U da dq, dq Udt Rdt dt R Dövrə hissəsində sabit cərəyanın ayırdığı istilik miqdarı cərəyan şiddətinin kvadratı, bu hissəsinin elektrik müqaviməti və cərəyanın keçmə zamanının hasilinə bərabərdir: Q R t (5.5) Diferensial formada Coul-Lens qanunu aşağıdakı kimidir: w E (5.6) Qeyri-bircins dövrə hissəsi üçün Om qanunu. Qeyri elektrik təbiətli qüvvələr təsir edən - qeyri bircins dövrə hissəsinə baxaq. - hissəsində e. h. q -i, hissənin sonluqları arasında potensiallar fərqi olsun. Əgər - dövrə hissəsi sükunətdədirsə, yükdaşıyıcılar üzərində kənar və elektrik sahə qüvvələrinin gördükləri A işi bu dövrə hissəsində ayrılan istilik miqdarına bərabərdir. q yüklü zərrəciyin hərəkəti zamanı qüvvələrin işi: A q q t zaman müddətində naqildə Q I Rt IR I t IRq qədər istilik miqdarı ayrılır. (8.3) və (8.33) dən IR (5.7) 47

28 və ya I (5.8) R alırıq. (5.8) ifadəsi qeyri-bircins dövrə hissəsi üçün inteqral formada Om qanununun ifadəsidir. 5-5 Qaz boşalmaları İonlaşdırıcının təsiri ilə qazın neytral molekulları (atomları) ionlara və elektronlara ayrılır, yəni qaz ionlaşır. Atomdan bir elektron çıxarmağa sərf olunan enerji ionlaşma enerjisi adlanır. İonlaşmanın əksi olan proses, yəni müsbət və mənfi ionların, müsbət ionla elektronun görüşdüyü zaman onların birləşərək uyğun olaraq neytral molekul və ya atom əmələ gətirməsi rekombinasiya hadisəsi adlanır. İonlaşmış qazdan elektrik cərəyanın keçməsi qaz boşalması hadisəsi adlanır. Boşalma xarici ionlaşdırıcının təsiri ilə davam etdikdə qeyri-müstəqil boşalma, xarici təsir götürüldükdə davam edərsə, müstəqil boşalma, adlanır. Qəbul edək ki, müəyyən hissəsində qaz aralığı yerləşən elektrik dövrəsi var (şəkil 5.) və qaza fasiləsiz və sabit intensivlikli ionlaşdırıcı təsir edir. İonlaşdırıcının təsiri nəticəsində qazda müəyyən miqdar elektrik keçirmə xüsusiyyəti yaranır və dövrədən cərəyan axır. Bu cərəyanın gərginlikdən asılılığı (voltamper xarakteristikası) şəkil 5.-də göstərilmişdir. Qrafikin OA hissəsində Om qanunu ödənilir. onra isə (AB hissəsi) cərəyan şiddətinin artması yavaşıyır. BC hissəsində gərginliyin artmasına baxmayaraq cərəyan şiddəti sabit qalır. Bu halda xarici ionlaşdırıcının təsiri ilə yaranan ion və elektronların sayı elektrodlara 48 V R ma Şəkil 5. Qaz molekullarına ionlaşdı rıcı təsir etmək üçün mümkün qurğunun sxemi.

29 çatan ion və elektronların sayına bərabərdir. BC hissəsinə uyğun olan cərəyan şiddəti doyma cərəyanı I doy adlanır. Gərginlik artdıqda ionlaşdırıcı tərəfindən yaradılan birinci elektronlar elektrik sahəsində sürətlənərək özləri də molekullara zərbə nəticəsində elektron və ion yaratma prosesində iştirak edirlər. Elektronların anoda yaxınlaşması ilə elektron və ionların sayı zəncirvarı artır. Bu da cərəyanın artmasına gətirir (qrafitdə CD hissəsi). Böyük gərginliklərdə elektrik sahəsində sürətlənmiş ionlar da molekulları ionlaşdırmağa kifayət edəcək enerji alır ki, bu da ion selini çoxaldır və praktik olaraq gərginlik artmadıqda da cərəyan artır. Elektron və ion zərbələri ilə ionlaşma, boşalmanın müstəqilliyini yəni xarici təsir götürüldükdən sonra da davam etməsini təmin edir. Müstəqil qaz boşalması yaranan gərginlik deşilmə gərginliyi adlanır. Qazın təzyiqindən, elektrodların yerləşməsindən və xarici dövrənin parametrlərindən asılı olaraq dörd növ müstəqil boşalma ayırırlar:. Alovsuz boşalma. Bu boşalma kiçik təzyiqlərdə yaranır.. Qığılcım boşalması. Qığılcım boşalması elektrik sahəsinin böyük intensivliklərində baş verir. Bu zaman qazın təzyiqi atmosfer təzyiqi səviyyəsində olur. 3. Qövs boşalması. Bu boşalma aşağıdakı şərtlərdə baş verir: a) qığılcım boşalmasından sonra elektrodlar arasında məsafəni yavaşyavaş azaltdıqda; b) qığılcım boşalmasını gözləmədən yüksək gərginlik mənbəyinə birləşdirilmiş elektrodları (məsələn, kömür elektrodları ) bir-birinə toxundurub, sonra azacıq araladıqda. 4. Tac boşalması. Tac boşalması yüksək təzyiqlərdə, səthinin əyriliyi çox olan elektrodların yaxınlığında elektrik sahəsinin kəs- 49 I I doy A B C D E Şəkil 5. Cərəyanın gərginlikdən asılılıq qrafiki. sərbəst olmayan boşalma 3 U sərbəst boşalma

30 kin qeyri-bircins olması şərtində yaranır. Müstəqil qaz boşalmasının yaranması üçün ionlaşdırıcının təsiri ilə yaranan ion və elektronların enerjilərinin qiymətinin yükdaşıyıcıların təkrarən yaranması üçün kifayət qədər böyük olması vacibdir. İonlaşdırıcının təsiri ilə qazda ionlar və elektronlar yaranır və qaz elektrik cərəyanını keçirir. 5

31 6. Metallarda elektrik cərəyanı 6- Metallarda elektrik cərəyanı Metallarda elektrik cərəyanının daşıyıcıları sərbəst elektronlardır. Kristallik qəfəs əmələ gəldikdə atomların valent elektronları ümumiləşir və kristal hərəkətsiz metal ionları qəfəsi və onların arasında xaotik hərəkət edən elektronlardan ibarət olur. Bu elektronlar birlikdə ideal qaz məxsusiyyətlərinə malik elektron qazı yaradır. Drude-Lorens nəzəriyyəsinə görə elektronların istilik hərəkətinin enerjisi bir atomlu molekul qazının enerjisinə bərabərdir. Elektronların istilik hərəkətinin orta (enerjisi) sürəti u kimi 8kT 3 C təyin olunur. Burada k,38 Bolsman sabiti, m e - K elektronun kütləsi, T - mütləq temperaturdur. Otaq temperaturunda elektronların istilik hərəkətinin orta sürəti 5 u, m / san olduğundan elektronların xaotik istilik hərəkəti cərəyanın yaranmasına gətirə bilməz. Xarici elektrik sahəsi təsir etdikdə metallarda elektronların istiqamətlənmiş hərəkəti baş verir. Kirxhof qaydaları. Üç və ya daha çox cərəyanlı naqilin birləşdiyi istənilən nöqtə düyün nöqtəsi adlanır (şəkil 6.). Düyün nöqtəsinə daxil olan cərəyanlar müsbət, çıxanlar isə mənfi hesab olunur. Kirxhofun birinci qaydasına görə, düyün nöqtəsində cərəyanların cəbri cəmi sıfıra bərabərdir: k I I A m e I I 3 I 4 Şəkil 6. Düyün nöqtə si (A) və ora gələn və çıxan cərəyanların sxemi. I (6.) k I 5 6 5

32 Məsələn, şəkil 6.-də verilmiş düyün nöqtəsi üçün Kirxhofun birinci qaydasına görə I I I I I I Kirxhofun ikinci qaydasına görə elektrik dövrəsində götürülmüş istənilən qapalı hissədə (şəkil 6.), cərəyan şiddətinin I i bu hissəyə uyğun R i müqavimətinə hasillərinin cəbri cəmi, bu dövrədə rast gəlinən elektrik hərəkət qüvvələrinin cəbri cəminə bərabərdir: R R 4 A I B I 4 D R 3 I 3 3 I R C i R i i I (6.) k k Şəkil 6. Cərəyan mənbəyi və müqa vimətlərdən ibarət, ixtiyari seçilmiş qapalı dövrə sxemi. Məsələn, şəkil 6.-də verilmiş qapalı ABCDA dövrəsi boyunca saat əqrəbi istiqamətində dövr etdikdə Kirxhofun ikinci qaydası aşağıdakı kimi yazılır: I R IR I3R3 I4R4 3 Kirxhof qaydalarından istifadə edərək mürəkkəb elektrik dövrələrini hesabladıqda aşağıdakıları nəzərə almaq zəruridir:. Bütün dövrə boyunca cərəyanların istiqamətini istənilən seçməli. Əgər axtarılan cərəyan məsələnin həllindən sonra mənfi alınırsa, onun həqiqi istiqaməti seçilən istiqamətin əksinədir.. IR hasili, verilmiş hissədə cərəyanın istiqaməti ilə e. h. q. -nin istiqaməti eyni olduğu halda müsbət, əks olduqda isə mənfi hesab olunur. 3. Axtarılan naməlum kəmiyyətlərin sayı qədər tənlik yazmalı. 5

33 6- Metalların keçiciliyinin klassik elektron nəzəriyyəsində, elektrik cərəyanın əsas qanunları Om qanunu. Qəbul edək ki, metal keçiriciyə E const elektrik sahəsi təsir edir. F e E qüvvəsinin təsiri nəticəsində elektron a təcili ilə hərəkət edərək, sərbəst qaçış yolunun sonunda ee m ee t vmax m sürətini alır. Elektronun sərbəst qaçış yoluna sərf etdiyi orta zaman t l u, sərbəst qaçış yolunun uzunluğu l və elektronların kristal qəfəsə nəzərən hərəkətinin orta sürəti u v u ilə təyin olunur. Elektronların istiqamətlənmiş hərəkətinin orta sürəti: v v ee t ee l max m m u (6.3), cərəyan sıxlığı isə: j ne v ne l m u E E (6.4) burada ne l m u (6.5) metalın xüsusi keçiriciliyidir. Coul-Lens qanunu. ərbəst qaçış yolunun sonunda elektron elektrik sahəsinin təsiri nəticəsində əlavə E k mv max e l m u E (6.6) kinetik enerjisi alır. Bu enerji elektronun ionla toqquşması zamanı kristal qəfəsə ötürülür. Qəbul edək ki, elektronların konsentrasiyası n -dir. Bu halda vahid zamanda və vahid həcmdə 53

34 n u l sayda toqquşma baş verir, kristal qəfəsə u ne l w n Ek l m u qədər enerji ötürülür. Videman-Frans qanunu. Eyni temperaturda bütün metallar üçün istilik keçirmənin xüsusi keçiriciliyə nisbəti eynidir və temperatur artdıqca artır. T (6.8) k Burada 3 -dır. e E E (6.7) Klassik elektron nəzəriyyəsinin çətinlikləri:. Bu nəzəriyyəyə görə R R( T ) - dir. Təcrübə göstərir ki, R RT.. Xüsusi keçiriciliyin təcrübi nəticələrlə alınan qiymətini nəzəriyyədən tapmaq üçün sərbəst qaçış yolunun uzunluğunu ( l ) atomlar arasındakı məsafədən dəfələrlə böyük götürmək lazım gəlir. 3. Metalların istilik tutumu kristal qəfəsin istilik tutumu və elektron qazının istilik tutumları cəmindən ibarət olduğundan, metalların xüsusi istilik tutumu dielektriklərin xüsusi istilik tutumundan kifayət qədər çox olmalıdır. Çünki dielektriklərdə sərbəst elektronlar yoxdur. Lakin təcrübələr bu nəticəni təkzib edir. Bütün bu çətinliklər kvant nəzəriyyəsi vasitəsi ilə aradan götürülüb. Emissiya hadisələri. Elektronu bərk yaxud maye (məsələn civə) cisimdən vakuuma aparmaq üçün görülən iş metalın çıxış işi adlanır. Metalın çıxış işi onun kimyəvi tərkibindən və səthinin təmizliyindən asılıdır. əthinə uyğun kənar maddənin təbəqəsini çəkməklə metalın çıxış işini azaltmaq mümkündür. Çıxış işini 54

35 elektron voltlarla ölçürlər. Potensiallar fərqi V olan iki nöqtə arasında elektron hərəkət etdikdə sahənin gördüyü iş elektronvolt (ev ) adlanır. ev,6 Coul -dur. 9 Elektrona çıxış işinə bərabər və ondan çox enerji verdikdə elektronun metaldan çıxma hadisəsi elektron emissiyası adlanır.. Qızdırılmış metallardan elektron çıxması termoelektron emissiyası;. Elektromaqnit şüalanmasının təsiri nəticəsində metaldan elektronun çıxması fotoelektron emissiyası; 3. Metalın, yarımkeçiricinin və dielektrikin səthini elektronlarla bombardman etdikdə onlardan elektron çıxması ikinci elektron emissiyası; 4. Güclü xarici sahənin təsiri ilə metaldan elektron çıxması avtoemissiya hadisəsi adlanır. 55

36 7. Maqnit sahəsi Maqnit qüvvələri qalaktikamızda təsir edən fundamental qüvvələrdəndir. Hələ təqribən 5 il bundan əvvəl FeO Fe O3 - maqnetit mineralının dəmiri cəzb etməsi və Yerin maqnit sahəsində istiqamətlənməsi məlum idi.abit maqnit maqnit oxuna malikdir və onun sonluqları maqnitin qütbləri adlanır.yerin coğrafi şimal qütbünü göstərən qütb, şimal maqnit qütbü ( N və ya qütb ) coğrafi cənub qütbünə istiqamətlənən qütb isə maqnitin cənub qütbü ( və ya mənfi qütb) adlanır. Ferromaqnit materialları (dəmir, nikel, kobalt və onların müəyyən birləşmələri) maqnit sahəsinə gətirməklə, onları soyutmaqla, bundan başqa maqnitə yaxınlaşdırmaqla maqnitləndirmək olar. Bütün maddələrin az-çox maqnitlənmək xüsusiyyəti var. Bu xüsusiyyətinə görə maddələri ferromaqnitlər,para maqnitlər və diamaqnitlər kimi üç qrupa bölürlər. Faydalı qazıntıların axtarışında və kəşfiyyat işində kimyəvi elementlərin maqnit hərisliyini nəzərə alaraq, yeni faydalı qazıntı yataqları açmaq mümkündür. Bu məqsədlə ferromaqnitometr cihazından istifadə olunur. Ferromaqnit qrupu yerləşən sahədə cihaz adi maqnit sahəsinə nisbətən güclü hərisliyə malik olur. Belə sahələr maqnit anomaliyaları adlanır. Daha böyük sahə tutan sahələr isə geoanomaliya adlanır. Kursk, Qrivoyroq, Daşkəsən, Şərqi ibir, kandinaviya, Labrador geoanomaliya sayılır. abit maqniti yarıdan kəsiriksə alınan hissələr özləri N və qütbünə malik olur. Onlarıda iki hissəyə kəsiriksə dörd maqnit alırıq.bu təcrübələr maddənin maqnitlənməsinin molekulyar səviyyədə baş verməsinin göstəricisidir. Maqnitləşdirici mənbə götürüldükdən sonra saxlanılan maqnitlənmə qalıq maqnetizm adlanır. Maddələri Küri temperaturu (Curie point) adlanan temperaturdan yuxarı temperaturlarda qızdırdıqda onlar özlərinin maqnit xüsusiyyətlərini itirirlər. Atmosfer təzyiqində Küri temperaturu nikel üçün 33 C, dəmir üçün 77 C və magnetit üçün isə 58 C -dir.təzyiq artdıqca Küri temperaturu azalır. 56

37 Maqnit sahəsinin əsas xüsusiyyətləri. XIX əsrdə sabit maqnitin və cərəyanlı naqilin qarşılıqlı təsiri təcrübi yolla öyrənilib. Təcrübələr göstərib ki, elektrik yüklərini əhatə edən fəzada elektrik sahəsi yarandığı kimi cərəyanlı naqilin və sabit maqnitin ətrafında da qüvvə sahəsi yaranır və bu sahə maqnit sahəsi adlanır. Aşağıdakı iki təcrübi fakt aşkarlanıb:. Maqnit sahəsi hərəkət edən yüklərə təsir edir.. Hərəkət edən yüklər maqnit sahəsi yaradır. Maqnit sahəsi həm hərəkətdə həm sükunətdə olan yüklərə təsir edən elektrik sahəsindən fərqli olaraq təkcə hərəkətdə olan yüklərə təsir edir. Təcrübələr göstərir ki, maqnit sahəsi ilə cərəyanlı naqilin qarşılıqlı təsirinin xarakteri: () naqilin formasından, () onun yerləşdiyi hissədən, (3) cərəyanın istiqamətindən asılıdır. Maqnit sahəsinin istiqaməti. Elektrostatik sahəni öyrəndiyimiz zaman nöqtəvi yükdən istifadə etdiyimiz kimi maqnit sahəsini öyrəndikdə müstəvi qapalı cərəyanlı çərçivədən istifadə edəcəyik. Çərçivənin fəzada vəziyyətini ona çəkilən normal ilə xarakterizə edəcəyik. Normalın müsbət istiqaməti kimi sağ burğu cərəyan istiqamətində fırlandığı zaman onun ucunun irəliləmə hərəkətini götürəcəyik. Maqnit sahəsi cərəyanlı çərçivəyə istiqamətləndirici təsir göstərir, onu fırladır. Bu məxsusiyyət maqnit sahəsinin istiqamətini seçmək üçün istifadə olunur. Maqnit sahəsinin istiqaməti olaraq çərçivəyə çəkilmiş normalın istiqaməti götürülür. 7- Maqnit induksiya vektoru. Çərçivəyə təsir edən fırlanma momenti verilmiş nöqtədə sahənin məxsusiyyətindən və cərəyanlı çərçivənin xüsusiyyətlərindən asılı olub, M p B (7.) ifadəsi ilə təyin olunur. Burada, p m - cərəyanlı çərçivənin maqnit momenti vektoru, B maqnit induksiya vektorudur. Müstəvi cərəyanlı çərçivə üçün maqnit momenti 57 m

38 p m n (7.) ifadəsi ilə təyin olunur. Burada, I çərçivədən keçən cərəyan şiddəti, çərçivənin səthinin sahəsi, n - səthə normal istiqamətində vahid vektordur. Bu halda fırlanma momenti M n B (7.3) ifadəsi ilə təyin olunur. Maqnit induksiya vektoru B maqnit momenti vahid olan çərçivənin normalının sahə istiqamətinə perpendikulyar olduğu halda, ona təsir edən fırlanma momentinin maksimum olması ilə təyin olunur. Qrafiki olaraq maqnit sahəsi hər bir nöqtəsinə çəkilən toxunan maqnit induksiya vektoru istiqamətində olan xətlərlə - maqnit induksiya xətləri ilə təsvir olunur. Makrocərəyanlar və mikrocərəyanlar. Elektrik dövrəsindəki naqillərdən axan cərəyanlar makroskopik cərəyanlar, atom və molekullarda elektronların hərəkəti hesabına yaranan cərəyanlar isə mikroskopik cərəyanlar adlanır. abit maqnitlərin maqnitlənməsi onlarda mikrocərəyanların mövcudluğunun nəticəsidir. Xarici maqnit sahəsi bu cərəyanlara istiqamətləndirici, düzləndirici təsir edir. Məsələn, istənilən bir cisim yaxınlığında cərəyanlı naqil yerləşdirsək (makrocərəyan), onun maqnit sahəsinin təsiri nəticəsində, cisim atomlarındakı mikrocərəyanlar istiqamətlənərək cisimdə əlavə maqnit sahəsi yaradacaq. B maqnit induksiya vektoru bütün makro- və mikro cərəyanların yaratdıqları yekun maqnit sahəsini xarakterizə edir. Buna görə də eyni bir makrocərəyan olduğu halda müxtəlif mühitlərdə B vektoru müxtəlif qiymətlərə malik olur. Makrocərəyanların maqnit sahəsi, maqnit sahəsinin intensivliyi adlanan H kəmiyyəti ilə ifadə olunur. Mühitdə makrocərəyanların maqnit sahəsi, mühitin mikrocərəyanları hesabına güclənir. B ilə H arasında əlaqə. Bircins izotrop mühit üçün maqnit induksiya vektoru 58

39 B H (7.4) kimi təyin olunur. Burada, -maqnit sabiti, -mühitin maqnit nüfuzluğudur. Bio-avar-Laplas qanunu. I cərəyanlı naqilin dl elementinin müəyyən bir nöqtədə yaratdığı sahənin induksiya vektoru dl, r d B (7.5) 3 4 r ifadəsi ilə təyin olunur. Burada, r -d l elementindən fəzanın verilmiş nöqtəsinə çəkilən radius -vektorudur. Amper qanunu. Maqnit sahəsində yerləşdirilmiş cərəyanlı naqilin dl elementinə təsir edən d F qüvvəsi Amper qanununun * ifadəsi ilə təyin olunur: d F dl, B (7.6) Maqnit induksiya vektorunun və maqnit sahəsi intensivliklərinin vahidləri. Fərz edək ki, I cərəyanlı naqilin d l elementinin istiqaməti maqnit sahəsinə perpendikulyardır. Amper qanununa görə: df Bdl (7.7) Buradan, df B -dır. (7.8) dl Maqnit induksiya vektorunun vahidi Tesla dır Tl. N Tl kimi təyin olunur. B H ifadəsindən vakuum A m üçün, * Richard P. Feynmanın The Feynman Lectures on physics mainly electromagnetism and matter dərsliyində Amper qanunu B vektorunun qapalı kontur boyunca inteqralın qapalı konturun əhatə etdiyi elektrik cərəyan şiddətinin c -na nisbətinə bərabər olması nəzərdə tutulur. Qeyd edək ki, hər iki qanun Amper tərəfindən kəşf olunub. Ona görə də hər iki deyiliş doğrudur. 59

40 B H alırıq (7.9) Maqnit sahəsinin intensivliyinin vahidi A/m götürülür ki, bu 7 da vakuumda induksiyası 4 Tl olan maqnit sahəsinin intensivliyidir. 7- Yerin maqnit sahəsi İpdən asılmış və ya iti ucluğa bərkidilmiş maqnit əqrəbi Yer səthinin hər bir nöqtəsində müəyyən qaydada, təqribən şimaldan cənuba istiqamətlənir. Bu təcrübi fakt Yerin maqnit sahəsinin varlığının əsas şərtidir. Yerin maqnit sahəsi,qəbul etsək ki,onun mərkəzində sabit maqnit yerləşdirmişik, bu halda alınan maqnit sahəsinə oxşardır. Yerin maqnit sahəsinin olması kompasdan istifadıni və başqa tədqiqat imkanlarını açır.belə tədqiqatlardan dəmir filiz yataqlarının axtarılmasını qeyd etmək olar. Yerin maqnit və coqrafi qütbləri üst-üstə düşmədiyindən, maqnit əqrəbinin şimal-cənub istiqamətlərinin göstərməsi təqribidir. Maqnit əqrəbi qoyulan müstəvi maqnit meridian müstəvisi,bu müstəvinin üfüqi müstəvi ilə kəsişmə xətti maqnit meridianı adlanır.maqnit meridianı ilə həndəsi meridian arasında qalan bucaq maqnit meyl bucağı və ya inhiraf bucağı adlanır. Onu adətən ilə işarə edirlər.yerin maqnit qütbləri sabit olmayıb, yerlərini ildə 5 6 km şərqə ya da qərbə dəyişir. Ona görə də qərb və şərq meyilliliyi ayırırlar. Şərq meyilliyini adətən müsbət, qərb meyilliliyini isə mənfi ilə işarə edirlər. Yerin maqnit sahəsinin qüvvə xətləri Yerin səthinə paralel olmadığından Yerin maqnit sahəsi intensivliyi verilmiş hissədəki üfüq müstəvisində yerləşmir və onunla bucaq əmələ gətirir. Bu bucağı adətən i ilə işarə edirlər. Yerin müxtəlif hissələrində bu bucaq müxtəlifdir. Yerin müxtəlif hissələrində i və bucaqlarının verilməsi həmin hissədə Yerin maqnit sahə intensivliyi istiqamətini təyin etməyə kifayət edir. 6

41 Yerin maqnit sahə intensivliyinin ədədi qiymətinin təyininə baxaq. Qəbul edək ki, şəkil 7.-də P müstəvisi verilmiş hissədə maqnit meridian müstəvisidir. Yerin, bu müstəvidə yerləşmiş maqnit sahə intensivliyini ( H ) üfüqi H və şaquli ( H ) toplananlırına ayıraq. i bucağını və toplananlardan birinin qiymətini bilərək o biri komponenti və ya Yerin maqnit sahə intensivliyinin qiymətini hesablaya bilərik. Məsələn H məlumdursa, düzbucaqlı üçbucaqdan: P i H M Z Şəkil 7. Yerin maqnit sahə intensivliyinin ədədi qiymətinin təyininə aid qrafik nümunə. H H H ( M ) : H Htgi ( Z H tgi) cos i cos i Təcrübədə Yerin maqnit sahəsinin üfüqi toplananının təyini daha məqsədə uyğundur. Beləliklə Yerin maqnit sahəsini, i, və üfüqi toplanan kimi üç kəmiyyət tam xarakterizə edir. Lorens qüvvəsi. Maqnit sahəsi cərəyanlı naqilə təsiri ilə yanaşı hərəkət edən yüklərə də təsir edir. B - induksiyalı maqnit sahəsində v -sürəti ilə hərəkət edən q - yüklü zərrəciyə F qv, B (7.) qüvvəsi təsir edir. Bu qüvvə Lorens qüvvəsi adlanır. Lorens qüvvəsi hərəkət sürətinə perpendikulyar olduğundan sabit maqnit 6

42 sahəsi orada hərəkət edən yüklü zərrəcik üzərində, iş görmür, zərrəciyin kinetik enerjisi dəyişmir. Maqnit sahəsi zərrəciyin təkcə hərəkət istiqamətini dəyişir. Fəzada E - intensivlikli elektrik və B - induksiyalı maqnit sahəsi mövcud olduğu halda, v - sürəti ilə hərəkət edən q - yüklü zərrəciyə F qe qv, B (7.3) ifadəsi ilə tapılan Lorens qüvvəsi təsir edir. 7-3 B - vektorunun sirkulyasiyası haqqında teorem Verilmiş L qapalı dövrəsi boyunca L 6 B dl B l dl (7.4) inteqralına B vektorunun sirkulyasiyası deyilir. Burada d l - dövrədə fırlanma istiqamətində götürülmüş uzunluq elementidir. B a-vektorunun istənilən qapalı dövrə boyunca sirkulyasiyası bu dövrənin əhatə etdiyi cərəyanların cəbri cəminin -a vurulmuş qiymətinə bərabərdir: dl B dl l B k L L k L n (7.5). Burada n - cərəyanlı naqillərin sayıdır. Bu teorem təkcə vakuumda sahə üçün doğrudur. Maddədə isə molekulyar cərəyanları nəzərə almaq lazımdır. Vakuumda maqnit sahəsi üçün Qaus teoremi.istənilən d səthindən keçən maqnit seli aşağıdakı ifadə ilə təyin olunur: Bd Bnd d B (7.6) Qaus teoreminə görə qapalı səthdən maqnit induksiya vektorunun seli sıfıra bərabərdir, yəni d B (7.7) Bu teorem maqnit yüklərinin olmaması faktını təsdiq edir. Ona görə də maqnit induksiya xətlərinin başlanğıcı və sonu yoxdur, onlar qapalıdırlar.

43 8. Elektromaqnit induksiyası 8- Elektromaqnit induksiya hadisəsi. Faradaey təcrübəsi. Qəbul edək ki, solenoid qalvanometrə qoşulub (Şəkil 8.). Əgər onun içərisinə sabit maqnit yeritsək, və ya çıxarsaq qalvanometrin əqrəbinin meyl etməsi müşahidə olunur. Yəni, solenoiddə e. h. q. yaranır. Əqrəbin dönmə istiqaməti sabit maqniti daxil etməkdən və ya çıxarmaqdan asılı N olaraq dəyişir. Əgər sabit maqnitin qütblərini dəyişərək fırlatsaq qalvanometrin əqrəbinin G dönməsi əks istiqamətdə olur. Qalvanometrin əqrəbinin dönmə bucağı sabit maqnitin solenoidə nisbətən sürətinin artması ilə artır. Əgər Şəkil 8. sabit maqniti sükunətdə saxlayıb, solenoidi ona Faradey təc nəzərən hərəkət etdirsək həmin effekt müşahidə olunur. Faradeyin bu və başqa təcrübələri sxemi. rübəsinin nəticəsində elektromaqnit induksiya hadisəsi kəşf olunmuşdur. Qapalı naqildən ibarət dövrədə bu dövrəni əhatə edən səthdən keçən maqnit selinin dəyişməsi nəticəsində elektrik cərəyanı yaranır və bu elektrik cərəyanı induksiya elektrik cərəyanı adlanır. İnduksiya cərəyanının əsas xüsusiyyətləri: ) İnduksiya cərəyanı dövrədən keçən maqnit induksiya vektoru selinin dəyişməsi zamanı yaranır. ) İnduksiya cərəyanının şiddəti maqnit selinin dəyişmə üsulundan asılı deyil və təkcə maqnit selinin dəyişmə sürətindən asılıdır. Elektromaqnit induksiya hadisəsinin kəşfi, elektrik və maqnit sahələri arasında qarşılıqlı əlaqənin olmasını göstərdi və maqnit sahəsindən istifadə edərək cərəyanın alınması mümkünlüyünü aşkar etdi. 8- Elektromaqnit induksiya qanunu Dövrədə yaranan elektrik cərəyanı həmin dövrədə e. h. q. -nın mövcudluğunu göstərir. Bu induksiya e. h. q. adlanır. 63

44 Dövrədə yaranan induksiya e. h. q. - qiymətcə bu dövrənin əhatə etdiyi səthdən keçən maqnit selinin dəyişməsinə bərabərdir. Yəni: d i (8.) dt İnduksiya cərəyanının istiqaməti Lens qaydası ilə təyin olunur. Dövrədən keçən maqnit selinin hər dəyişməsi bu dövrədə elə istiqamətdə elektrik cərəyanı yaradır ki, bu cərəyanın yaratdığı maqnit sahəsi maqnit selinin dəyişməsinin əksinə yönəlsin. ükunətdəki naqillərdə induksiya elektrik hərəkət qüvvəsi. Faradey qanununa görə dəyişən maqnit sahəsində sükunətdə olan dövrədə induksiya e. h. q. yaranır. Lakin sükunətdəki yüklərə Lorens qüvvəsi təsir etmədiyindən, e. h. q. -nın yaranmasını bu qüvvə ilə izah etmək olmaz. Bundan başqa, təcrübələr göstərir ki, induksiya e. h. q. naqilin B düzəldildiyi materialın növündən və onun halından (naqil boyunca temperaturun paylanmasından) asılı deyil. Beləliklə, maqnit sahəsi vasitəsilə yaradılan xarici qüvvələr maqnit sahəsinə gətirilmiş keçiricinin məxsusiyyətlərinin dəyişməsi ilə əlaqədar deyil və maqnit sahəsinin özü ilə bağlıdır. E Şəkil 8. Dəyişən Maksvell, induksiya e. h. q. -nın yaranmasını maqnit sahəsinin bu izah etmək üçün dəyişən maqnit sahəsinin rulğanlı elektrik sahə ətraf fəzada burulğanlı elektrik sahəsini si yaratmasının qrafik təsviri. yaratmağı fikrini təklif etmişdir. Bu, dövrədə induksiya cərəyanının yaranma səbəbidir. Şəkil 8.-də nümunə olaraq, maqnit sahəsi artdıqda yaranan burulğanlı elektrik sahəsi qrafik göstərilmişdir. Burulğanlı elektrik sahəsi elektrostatik deyil. Bildiyimiz kimi elektrostatik sahənin qüvvə xətləri elektrik yüklərində başlayır və elektrik yüklərində qurtarır. Ona görə də elektrostatik sahədə yerləşən qapalı dövrədə gərginlik sıfırdır. Beləliklə bu sahə elektrik hərəkət qüvvəsinin yaranmasına gətirmir. Elektrostatik sahənin əksinə olaraq burulğanlı elektrik sahəsinin qüvvə xətləri qapalıdır və belə sahə elektronların qapalı 64