Azərbaycan Dövlət Aqrar Universiteti. mühəndislik ixtisasları. Aqrar fizika və riyaziyyat. f.-r.e.n., dosent Ağayev Q.Ü.

Transkript

1 Azərbaycan Dövlət Arar Unverstet. Fakültə: ühəndslk xtsasları Kafedra: Arar fzka və ryazyyat Fənn: Fzka Mühazrəç: f.-r.e.n., dosent Ağayev Q.Ü. Ədəbyyat:. Савельев И.В. Общий курс физики. I, II, III т.т. М Frş.A. Toryeva A.N. Üu fzka kursu. I, II, III hssələr, 96.. Qocayev N. M. Üu fzka kursu. Mexanka. Bakı, Xaйкин С.Э. Физические основы механики.м., Raazanzadə M. H. Fzka kursu. Bakı, Кикоин И.К. Кикоин А.К. молекулярная физика. М., Kalaşnkov. Q. Elektrk bəhs. Bakı, Грабовский Р.И. Курс физики. М. 7 GƏNCƏ-

2 Mövzu 4 Keçrclər və delektrklər elektrk sahəsndə.. Keçrclər elektrk sahəsndə.. Delektrklər elektrk sahəsndə.. Pyezoelektrk hadsəs. 4. Delektrk avrayıcılığı. 5. Elektrostatk nduksya. 6. Delektrkdə elektrk sahəs üçün Qayss teore. 7. Nallər elektrk tutuu. Kondensatorlar. 8. Elektrk sahəsnn enerjs. Keçrclər elektrk sahəsndə. Keçrc cslərn daxlndə olan elektrk yüklər sərbəst hərəkət edə blr (etallar, elektroltlər, onlaşış azlar). Keçrcdək yüklərn tarazlıda olası üçün aşağdakı şərtlər ödənəldr:. Eletrk sahəsnn ntensvly keçrcnn daxlndə sıfır olalıdır: E E rad olasından belə çıxır k, keçrc daxlndə potensal sabt olalıdır: const. elektrk sahə ntensvly vektoru keçrcnn xarc səthnə həşə perpendkulyar olalıdır. E E n Bu şərtlər ödədkdə, yən yüklərn keçrcdə tarazlığı olduda,keçrcnn səth ekvpotensal olur. Keçrcyə hər hansı yükü verdkdə, o elə paylanır k, və şərtlər ödənsn. Yükün haısı keçrcnn səthndə yerləşr və keçrcnn ç boş və ya dolu olasından asılı deyl. Neytral keçrcn elektrk sahəsnə daxl etdkdə sərbəst yüklər hərəkətə gəlr və bunun nətcəsndə keçrcnn səthndə əks şarəl yüklər yığılır. Bu yüklərə nduksya yüklər deyrlər. Bu yüklərn sahəs xarc sahənn əksnə yönəlr. ərbəst yüklərn hərəkət və şərtlər ödəyənədək dava edr. Bu zaan keçrcnn daxlndə elektrk sahəsnn olaası elektrostatk üdafənn əsasını təşkl edr.(ekranlı kabel, chazları etal tora salınası və.s). Delektrklər elektrk sahəsndə. Delektrklərdə sərbəst yüklər yoxdur və onlarda ato və olekulların (+) və (-) yüklərnn darı bərabərdr. Quruluşundan asılı olara delektrk addələr üç rupa ayıra olar:. (+) və (-) yüklərnn ərkəzlər üst- üstə düşən delektrklər eyr polyar delektrklər adlanır (bratolu olekullartəsrsz azlar və etal buxarları; setrk uruluşa alk olan çoxatolu olekullar). Elektrk sahəs oladıda bu delektrklərn olekulları dpol oentnə alk olur. Elektrk sahəsnn təsr lə əks adlı yüklərn ərkəzlər arasında üəyyən əsafə əələ gəlr. Hər br olekul P=l dpol oent azanır. Molekul polyarlaşır.. xarc elektrk sahəs oladıda olekullar dpol oentnə alk olan delektrklər- polyar delektrklər. L= const olur və xarc elektrk sahəsndə əvvəl xaotk paylanış dpollar (olekullar) əsasən (sahə boyunca) üvvə xətlər staətndə düzülürlər. E sahəs yaranır. Kondensatordakı delektrkn daxlndə xarc E E E - yekun sahə. (+) lövhənn yaxınlığında (-) yüklər, (-) lövhənn yaxınlığında sə (+) yüklər eydana gəlr.

3 . rupa on uruluşlu krstal delektrklər daxldr (NaCl, KCl və.s) Ion uruluşlu krstal delektrklərn delektrk sahəsndə krstal əfəsnn (+) onları sahə staətndə, (-) onları sə sahənn əks stanətndə azacı sürüşür və delektrk bütövlükdə xarc sahə boyunca yönəlş və sahənn ntensvly lə E düz ütənasıb olan dpol oent azanır. Bütün növ delektrklər xarc elektrk sahəsndə polyarlaşırlar. Pyezoelektrk hadsəs. Br sıra krstalları (turaln, kvars, aış şəkər, senet duzu və.s) üəyyən staətdə sıxdıda və ya dartdıda (xətt deforasya) polyarlaşırlar, və arşı-arşıya olan k səthndə elektrk yüklər əələ gəlr. Bu hadsə pyezoelektrk effekt adlanır.(elektron alışanda pyezoelektron var). Belə polyarlaşa krstalı ızdırıb və ya soyutduda da baş verə blər. Bu proelektrk effekt adlanır. Kvars lövhə sıxılıb və dartılarkən onun arşı- arşıya olan şərtlərndə əks şarəl yüklər əələ gəldy k, səthlər arasında üəyyən potensallar fər yaratdıda lövhənn uzunluğu dəyşş olur. Bu hadsəyədə elektrostrksya deylr və ya əks pyezoelektrk effekt deylr. Məs: bu hadsə əsasında ultrasəs ənbələr uruluşdur. Delektrk avrayıcılığı. Delektrkn polyarlaşası zaanı onun hər br olekulu dpola çevrlr və P e l l -yüklərn sürüşəs. elektrk oent əldə edr. Delektrkn polyarlaşasını kəyyətcə polyarlaşa vektoru P adlanan kəyyətlə xarakterzə edrlər. Delektrkn vahd həcnn elektrk oentnə paylaşa vektoru deyrlər: P P e V Pe - tükün səth sıxlığıdır. l l P l P vektoru E staətndə yönəlr. P E Təcrübələr göstərr k, çox güclü olayan sahələrdə P ~ E olur. B-də N Kl vahdlər eyndr. Onda E və P Kl Kl N N Kl vahdlər eyn olası üçün əlavə edrlər. P və E P E Burada ütənasblk əsalı vahdszdr, elektrk avrayıcılığı adlanır və delektrkn uruluşundan (E-dən yox) asılıdır. Qrafkdə - eyrpolyar delektrklərn, polyar delektrklərn asılılığını göstərr. OA- polyar delektrkdək elektron palyarlaşanı xarakterzə edr. Elektrostatk nduksya. Kondensatorun lövhələr arasında brcns delektrkn səthlərndə polyarlaşa nətcəsndə eyr sərbəst (bağlı) elektrk yüklər toplanır. Bu yüklərn səth sıxlığı olarsa, onların yaratdığı əlavə sahənn ntensvly E olar.

4 Şəkldən görünür k, P E E E E olduğundan P E E bərabərdr. Burada P E -n yernə yaza P E E E E E E Buradan E E (şarə edək) delektrk nüfuzluğu adlanır. Onda E E, buradan E E alırı. D E E E EE E P () Ifadəs elektrostatk nduksya adlanır. Delektrkdə elektrk sahəs üçün Qayss teore. Delektrkn vahd perpendkulyar səthndən keçən elektrk nduksya (xəttlərnn) vektorlarının sayına bu səthdən keçən elektrk nduksyası sel deylr: Dd. Qapalı səthdən keçən elektrk nduksya sel bu səth daxlndə olan sərbəst yüklərn cəbr cənə bərabərdr. D Dd dv dv. V V V D E D və ya Dd alırı. Nallərn elektrk tutuu. Kondensatorlar. Təcrübə göstərşdr k, naln potensalı, ona verlən yük darı lə ütənasbdr c () Mütənasblk əsalı c naln elektrk tutuu adlanır. R-raduslu yükü lə yüklənş kürənn potensalını hesablaya. Kürənn potensalı Edr bərabərdr. E 4 r R oduğundan dr () 4 r R R 4 c 4 R () () (): Naln elektrk tutuu onun həndəs forası, ölçülər və ətraf ühtn delektrk xassələrndən asılı olub naln yükündən asılı deyl. Aralarındakı əsafə ölçülərnə nsbətən kçk olan k paralel keçrc lövhə üstəv kondensator adlanır. Lövhələrn potensalları və delektrk nüfuzluğu olan kondensator üçün D, aralarındakı əsafə d, sahələr, aralarındakı delektrkn c U () 4

5 Müstəv kondensatorda E d Ed c d r lndrk kondensatorun tutuu ln r l ; c r l ln r ferk kondensatorun tutuu: 4 r r 4 r r c r r Elektrk sahəsnn enerjs. Təklənş nalə ədər yük verək. Bu naln yaratdığı sahə potensalı belə olacadır: () c Naln yükünü d ədər artıra üçün, bu yükü -dan nalə gətrək üçün üəyyən ş görüləldr: da d d () Burada əbul olunub. () (): d da c Naln yükünü d ədər artırdıda onun potensal enerjsdə görülən ş ədər artır. Yən: d dw da c d olduda dw olur. Naln yükünü -dan -dək artıra üçün görülən ş, yən naln alk olduğu potensal enerj: d W dw c c Yüklənş kondensatorun elektrk sahə enerjs : cu (4). W Burada üstəv kondensantor üçün c və U Ed olduğundan alırı: d E d W E d d d V olduğundan: E V W Vahd həcə düşən enerjyə enerj sıxlığı deylr: 5 W E V C Mövzu 5 abt elektrk cərəyanı. Metalların keçrcly.. abt elektrk cərəyanı və onun yarana şərtlər.. Metalların klassk elektron nəzəryyəs.

6 . Elektron nəzəryyəsnə əsasən O anununun zahı. 4. Metalların stlk keçrcly lə elektrk keçrcly arasında əlaə. 5. Coul-Lens anununun elektron nəzəryyəsnə əsasən zahı. 6. O anununun nteral şəkl. Potensallar fər. E.H.Q. Gərgnlk. 7. Krxhof aydaları. 8. Metalların klassk elektron nəzəryyələrnn çətnlklər. 9. O anununun tətb hüdudları. Elektrk cərəyanı və onun yarana şərtlər. Elektrk cərəyanı sərbəst elektrk yüklərnn staətlənş hərəkət nətcəsndə yaranır. Elektrk cərəyanının yaranası üçün:. sərbəst elektrk yüklərnn və. enerjs bu elektrk yüklərnn yerdəyşəsnə sərf olunan elektrk sahəsnn olası gərəkdr. Təcrübələr göstərr k, etallarda sərbəst yüklər elektronlardır. Təbətdək elektronların haısı eyn olduğundan, onların elektrk sahə təsrndən etal boyu hərəkət etalın uruluşunu dəyşr. Cərəyan axarkən etalda br elektronlar dgərlər lə əvəz olunur və etalın özülü olan krstalk əfəs dəyşəz alıb cərəyanın axasında ştrak etr. Cərəyanın əsas xarakterstkası cərəyan şddətdr J. t zaan fasləsndə naln en kəsyndən keçən yükün darı d olarsa, cərəyan şddət belə təyn olunar d I dt Yən hər hansı səthdən keçən cərəyan şddət vahd zaanda o səthdən keçən elektrk yüklərnn darı lə ölçülən kəyyətdr. d const olarsa cərəyan sabt cərəyan adlanır və I. Kl I A dt t san Cərəyanın şddətnn staət olara, (+) yüklərn hərəkət staət götürülür. Cərəyanın xəttlərnə perpendkulyar oyuluş vahd səthdən vahd zaanda keçən yükün darına bərabər olan kəyyətə cərəyan sıxlığı deylr: j d dj 6 A j Cərəyan sıxlığı vektoral kəyyətdr, onunda staət (+) yüklərn nzalı hərəkət lə eyndr. j en və ya j n n-sərbəst yüklərn konsentrasyası, - sərbəst yüklərn sürətdr. > olduda j olur. Cərəyan şddət zaandan asılı olara dəyşərsə d const cərəyan dəyşən cərəyan adlanır. dt Metalların klassk elektron nəzəryyəs. Elektron nəzəryyəsnə görə etallarda olan elektronların br hssəs sərbəstdr (onlara elektron az da deyrlər). Bu sərbəst elektronlar etalın krstal əfəs daxlndə alara (əks halda krstal parçalanardı) xaotk stlk hərəkətndə ştrak edrlər. Elektron az etalın krstal əfəs lə (onlarla) stlk tarazlığında olur və ona görədə hər br elektronun knetk enerjs bratolu az olekulunun enerjs ədər olur, yən: or. kv kt Burada - elektronun kütləs, or.kv - onun kvadratk sürət, T sə ütlə teperaturdur. kt or. kv or. kv ~ 5 san Elektronların belə ( or. kv ) böyük sürət olağına baxayara, bu hərəkət xaotk olduğundan onlar elektrk cərəyanı yaratırlar.

7 Cərəyan yarata üçün etal daxlndə elektrk sahəs yaradıb, elektronlara əlavə staətlənş sürət or.st verək lazıdır. Cərəyan sıxlığı j enor. st olacadır. Burada n N, - etalın sıxlığı, - ato çəks, A N A -Avoadro ədəddr. V E olduda or. st. olur. san Elektron nəzəryyəsnə əsasən O anununun zahı. Fərz edək k, L uzunllu apalı dövrənn naldə E ntensvlkl elektrk sahəs var. Hər br sərbəst elektrona sahə tərəfndən F ee üvvə təsr edr. Bu üvvənn təsrndən elektronlar staətlənş st sürət alara krstallk əfəsn onları arasında br zərbədən F dgərnə ədər a təcl lə hərəkət edr və sürətlər st. n -dan st. ax a -dək dəyşr. Burada -elektroun sərbəst açış əsafəsn getdy zaandır. F ee a () Deəl a a ee st. or olduğundan alırı or.kv Cərəyan sıxlığının ee st. or () or. kv en fadəsndə ()-n nəzərə ala j or. st e ne j () or. kv Burada e n sabt teperaturda verlş nal üçün sabt br kəyyətdr və naln xüsus or. kv keçrcly adlanır. Onda j E və ya j E (4) Bu O anununun dferensal forasıdır., - xüsus üavətdr. E d I j Bu fadələr (4)- də yernə yaza I və ya d I l Burada l R naln üavət olduğundan I alırı. R Buradan R I Brnc baxışda elə gəlr k, əgər cərəyanı n dəfə artırsa üavət də n dəfə azalar, halbuk O anununa görə I-n n dəfə artıra üçün -n də n dəfə artıra lazıdır. Ona görə də cərəyan şddətnn dəyşəs R- dəyşdrə bləz, yən 7

8 Metalların əksəryyət üçün 7 - üavətn terk əsalı. d const t T Metalların stlk keçrcly lə elektrk keçrcly arasında əlaə. Metallarda stlk keşrcly əsasən sərbəst elektronlar vastəs lə baş verr. Elektron nəzəryyəsnə görə etallarında stlkkeçrə əsalarını azlar stlkkeçrə əsalı k hesablaa olar. Br elektonun orta enerjs W kt () Vahd həcdək elektron azının orta enerjs W ne nkt Deəl elektron azın vahd həcnn stlk tutuu C dw nk olacadır. V dt Br elektronun stlk tutuu sə C e k () Molekulyar fzka kursundan əludur k, azın stlkkeçrə əsalı: or. kvnc () e e n Bu fadən - elektrk keçrclynə bölək. or. kv nc e or. kv C e 4 WC e or. kv (4) e n e e () və ()-n nəzərə ala 4 k kt k T (5) Vdeen-Fraus anunu. e e Deəl etalların stlkkeçrə əsalının xüsus elektrk keçrə əsallarına olan nsbət, onların növündən asılı olayıb, anca ütlə teperaturdan asılıdır. Bu ünasbət təcrüb olara Vdean və Frans tərəfndən təsd edlşdr. (5) düsturunu Drude alışdır. Coul-Lens anununun elektron nəzəryyəsnə əsasən zahı. Elektronun orta knetk enerjs etal əfəsn təşkl edən zərrəcklərn (onların) orta knetk enerjs ədərdr. Metal daxlndə elektrk sahəs yaratdıda, elektronlar əlavə staətlənş sürət aldığından enerj tarazlığı pozulur. Bu andan başlayara elektronlar elektrok sahəsndə aldığı enerjlərn əfəsə verə blr. Elektronlar sahənn təsrndən əlavə staətlənş sürət alara üəyyən enerj alır, və touşa zaanı bu enerjn etal əfəsə verərək əfəsn enerjsn artırır, etal ızır. ərbəst yolun sonunda touşadan əvvəl elektronun sürət ee olduğundan hər br or / kv elektronun touşadan əvvəlk knetk enerjs: e E W () or. un Elektronların konsentrasyası n, elektronun br sanyədək touşalarının sayı z olarsa, cərəyanın vahd həcdə, vahd zaanda ayırdığı stlk enerjs W nzw z or. kv ne E ne W z E () or. kv or. kv 8

9 Burada n e naln xüsus keçrclydr. or. kv Onda W E ()- cərəyanın, naln vahd həcdə, vahd zaanda ayırdığı stlk darı sahə ntensvlynn kvadratı lə düz ütənasbdr. Bu Coul-Lens anununun dfferensal şəkldr. Fərz edək k, nal en kəskl,l uzunlulu slndr şəklndədr.cərəyanın hər hansı t zaanda ayırdığı stlk darı W W V t Q ; V l -naln həc, W E - Coul-Lens anunu. Q le t JR E və olduğuna görə alırı l l Q J Rt (4) bu Coul-Lens anununun ryaz fadəsdr. O anununun nteral şəkl. Potensallar fər. E.H.Q. Gərgnlk. Kulon üvvələr elektrk yüklərn naldə elə paylayır k, naldə elektrk sahəs yox olur və bütün nötələrn potensalları bərabərləşr. Ona görə Kulon üvvələr elektrk cərəyanının yaranası səbəb ola bləzlər. abt elektrk cərəyanının yaranası üçün naldə E və E const olalıdır, dövrələr apalı olalıdır və Kulon üvvələrndən əlavə sərbəst yüklərə kənar üvvələr (elektrostatk təbət olayan) təsr etəldr. Kənar üvvələrn apalı yolda gördüyü ş sfra bərabər deyl, və onları dövrəyə alvank eleent (batareya),akuulyator, elektrk generatoru və.s oşala əldə etək olar. Kənar üvvələr təsrndən elektronlar E.H.Q ənbəy daxlndə (Kulon üvvələrndən böyükdür) Kulon üvvələr əksnə hərəkət edrlər. E.H.Q olayan dövrə hssəsndə elektronlar Kulon üvvələr təsrndən hərəkət edrlər ( Fkul F k ). nar Nal daxlndə cərəyan axanda onun stənlən nötəs üçün E E kul E k ' nar Onda O anunu belə yazılar j E E kul E k ' nar () Fərz edk k, apalı dövrənn - hssəsndə E.H.Q ənbəy oşulub. Xəyal olara dövrənn elə kçk dl hssəsn götürək k, orada naln en kəsyn const hesab etək olsun və j. Onda I E kul E k nar () Bu fadən dl -ya vura dl və - yolda nterallaya: Burada dl E k nar R I dl I E kul dl E k ' nar dl dl E kul dl E knar dl () - dövrənn - hssənn ta üavətdr. dl - cərəyan ənbəynn E.H.Q-dr, yətcə kənar üvvələrn (+) vahd yükün dövrənn - hssəsndə yerləşəs üzrə gördüyü şə bərabərdr. E kul dl -- kəsçlər arasındakı potensallar fərdr. Ekul Ekn dl U Edl - gərgnlk adlanır. 9

10 Gərgnlk yətcə kulon və kənar üvvələrn vahd (+) yükün dövrənn - hssəsndə yerdəyşəs zaanı gördüyü şə bərabərdr. Beləlklə U və ya IR U (4) () və (4) fadələr O anununun nteral şəkln fadə edrlər. Krxhof aydaları. Krxhof aydaları budalanış dövrələrn hesablanasını sadələşdrrlər. I ayda: budalana nötəsndə sabt cərəyanların cəbr cə sıfra bərabərdr. I I I I I I I I I I II ayda: O anunundan belə çıxır k, apalı dövrədə IR Ir. E.H.Q bütün gərgnlk düşgünlərnn cənə bərabərdr. Dövrəyə br neçə ənbə oşularsa və onların ürəkkəb brləşəsndə konturun hər hansı düyün nötəsndən başlayara onu hər hansı staətdə dolanırlar. Bu zaan (-) ütbdən (+) ütbə keçdkdə E.H.Q. (+) şarəl; (+)-dən (-)-yə keçdkdə sə E.H.Q. (-) şarəl götürülür. I R 4 4 I 5 5 Mürəkkəb şəbəkələrdə, hər hansı apalı konturda, budaların cərəyan şddətlərnn onların üavətlərnə haslnn cəbr cə konturda ştrak edən E.H.Q-n cəbr cənə bərabərdr. Metalların klassk elektron nəzəryyələrnn çətnlklər..lorens tərəfndən aparılan hesablaalar Vdean-Frans anununda k T e əsalı əsalı lə əvəz etəyə gətrd, bu da nəzəryyənn təcrübə lə daha da uzalığına gətrd..elektron nəzəryyəyə görə C dw kn və v dt C e k br valentl etallar üçün stlk tutuu kc Cetal Cato Celektron 7. 5 bərabərdr. k ato K Başa sözlə etallarda elektron az praktk olara stlk tutuuna alk deyl. Bu gözlənləz və başa düşüləyən br hadsədr..kulon elektron nəzəryyəs R R t asılılığını zah edə blrd. e n -da, kt, yən ~ -olur. T R R t -n zahı üçün sə ~ olalıdır. T Göstərlən zddyətlər, XX əsrn əvvəllərndə elektronun xassələr əlu oladığından onları Kulon elektron nəzəryyəsndə nəzərə alaasına görədr. Bu xassələr sonralar atoun uruluşunu öyrənərkən üəyyən olundu və 94- cü ldə yen nəzəryyə - kvant (dalğa) exankası yaradıldı. O anununun tətb hüdudları. Müəyyən şəratdə O anunundan kənaraçıxalar və hətta onu ödəəəs də ola blər.. O anununun ödənəs öçün j E, const olalıdır,yən n const, n const n n const. Həətdə belə olur.. Güclü sahələrdə O anunu ödənr. Güclü elə sahələrə deyrlər k, sərbəst açış əsafəsndən elektronun sürət xaotk hərəkət sürət ədər olsun (etallarda or.kv

11 V E~ 8 ). Ona görə etallarda belə sürət ükün deyl, etal bu halda an olara buxara çevrlərd.. Ionlaşış azlarda O anunu ödənr. 4. O anunu ödənr eyr xətt kontaktlarda (yən j və E asılılığı xətt deyl)