Банк экзаменационных вопросов для 030140 – математика
жүктеу/скачать 56 Kb.
|
|
7 Билет Өткізгіштердің кедергісі және оның температураға тәуелділігі. Асқынөткізгіштік. Токтың жұмысы мен қуаты. Джоуль-Ленц заңы. Өткізгіштердің кедергісі және оның температураға тәуелділігі. Өткізгіштің электр кедергісі деп электр тогын өткізуге қарсы әрекет жасайтын қасиетін айтады. Өткізгіштердің кедергілері тәжірибе жүзінде анықталған. Көптеген тәжірибелер өткізгіштердің кедергілері олардың ұзындығына, қандай материалдардан жасалғанына және көлденең қимасының ауданына тәуелді болатынын көрсетті. Эксперимент жүзінде анықталған бұндай тәуелділік былайша тұжырымдалады: Өткізгіштің кедергісі оның ұзындығына және материалдарын сипаттайтын меншікті кедергісіне тура пропорционал, көлденең қимасының ауданына кері пропорционал: R = ρl /S , мұндағы: ρ – өткізгіштің меншікті кедергісі; l – өткізгіштің ұзындығы; S – өткізгіштің көлденең қимасының ауданы. Тәжірибе негізінде алынған жоғарыдағы формуладан өткізгіштің меншікті кедергісін мына өрнек бойынша анықтайды: ρ = RS/ l . Халықаралық бірліктер жүйесінде өткізгіштің меншікті кедергісі Ом ⋅ метр (Ом · м) бірлігімен өлшенеді. Әдетте, материалдардың меншікті кедергілері кестелерден табылады. Тәжірибелер өткізгіштерді қыздырғанда олардың кедер гілерінің бірнеше есе өсетіндігін көрсетті. Тәжірибелердің нәтижелерін қорытындылай отырып, өткізгіш кедергісінің температураға тәуел ділігін сипаттайтын формула анықталды. Бұл формула былайша өрнектеледі: Rt = R0 (1 + αt) немесе rt = r0 (1 + αt), мұндағы: Rt – өткізгіштің t0С температурадағы кедергісі; R0 – 0оС темпе ратурадағы кедергісі; r – өткізгіштің меншікті кедергісі; α = (Rt – R0 )/t – кедергінің температуралық коэффициенті деп аталады. Таза металдар үшін бұл коэффициенттің жуық мәні мына теңдіктен табылады: α = ( 1/ 273 ) 0С–1 Асқынөткізгіштік:1911 жылы голландық физик ғалым Ка мер линг – Оннес өте төмен температурада сынаптың электр өткізгіштігін зерттей отырып, . Сынаптың температурасын сұйық гелийдің ішінде абсолют нөл градусқа жақындатып, 4,1 К-ге дейін төмендеткенде оның электр кедергісі күрт жойылады.Бұл құбылыс асқынөткізгіштік деген атау алды. Өткізгіштің электр кедергісі жойылатын температурасын Тсын сындық температура деп атайды. Асқынөткізгіштер деп белгілі бір сындық температурада электр кедергілері кенет жойылатын ерекше өткізгіштерді айтады. Асқынөткізгіштік құбылысы кейінірек көптеген басқа металдарда (қорғасын, алюминий т.б.) байқалды. 1986–1987 жылдары жоғары тем пературада өтетін асқынөткізгіштік ашылды. Ондай материалдардың кедергісі 100 К температура шамасында нөлге айналады Асқынөткізгіштік құбылысы ғылым мен техникада кеңінен қол даныс тапты, болашағы да жарқын. Оған көптеген мысалдар келтіруге болады. Біріншіден, асқынөткізгіштерді пайдалану бірден электр энергия сын 15%-ға үнемдеуге әкеледі. Екіншіден, асқынөткізгіштерді пайдаланып, аса күшті магнит өрі сін туғызуға болады. Егер электрмагниттің орамын асқынөткізгіштен жасаса, онда одан мейлінше үлкен ток өтеді де, соншама үлкен маг нит өрісі пайда болады. Мұндай магниттер, мысалы, 500–600 км/сағ жылдамдықпен жалғыз рельсті жолдың түйісулерінде «шусыз» қоз ғала алатын электр пойыздарында «магниттік жастық» ретінде қолда нылады. Үшіншіден, асқынөткізгіштер есептегіш машиналар үшін ең қа жетті, ең жақсы материал болып табылады. Асқынөткізгіштерді «есте сақтау» мүмкіншілігі орасан зор жасанды интеллект-қондырғыларда қолдануға болады. Мұндай қондырғылардың «еске түсіру қабілеті» де таңғаларлықтай жоғары. Олар әп-сәтте ақпараттың орасан мол 1011 ағымдары ішінен іздеген материалды 1 мкс уақыт ішінде тауып бере алады. Токтың жұмысы мен қуаты: Зарядтардың бағытталған қозғалысын электр тогы деп атайтындықтан, бұл жұмысты қысқаша электр тогының (I = q t ) жұмысы деп атайды. Ендеше, электр тогының жұмысы мына формуламен өрнектеледі: А = qU = IUt Электр тогының жұмысы деп кернеу мен ток күшінің жұмыс істелген уақытқа көбейтіндісін айтады: А = IUt. Халықаралық бірліктер жүйесінде электр тогының жұмысы джоуль мен (Дж) өлшенеді: 1 Дж = 1 А · 1 В · 1 с. қуат деп бір өлшем уақытта істелген жұмысты айтқанбыз: N = A/ t . Электртехникада қуатты басқаша P әрпімен белгілейді: P = A/ t . Жоғарыдағы өрнектерді ескеріп, электр тогының қуатын мына формула бойынша табамыз: P = A/ t = IUt/ t = IU. Электр тогының қуаты деп ток күші мен кернеудің көбейтіндісін айтады: P = IU. Халықаралық бірліктер жүйесінде электр тогының қуаты ваттпен (Вт) өлшенеді: 1 Вт = 1 А · 1 В Джоуль-Ленц заңы. Өткізгіштерден ток өткенде бөлінетін энергия (жылу) мөлшерін бір-біріне тәуелсіз ағылшын ғалымы Дж. Джоуль және орыс физигі Э. Ленц зерттеді. Олар өткізгіште бөлінетін жылудың мөлшерін жоғары да көрсетілген қондырғыны пайдаланып), тәжірибе жүзін де анықтады. Тізбектегі резистордың кедергілерін R1 , R2 , R3 … Rn шамаларына өзгертіп, оларға сәйкес келетін І1 , І2 , І3 … Іn ток күштерін амперметрмен өлшеп отырды. Белгілі бір уақыт ішінде әр резисторда бөлініп шығатын жылудың Q1 , Q2 , Q3 … Qn мөлшері Q = сm(t2 – t1 ) формуласы бойын ша калориметрлік тәсілмен анықталды. Формуладағы t1 қондырғыдағы судың бастапқы температурасы, t2 белгілі бір уақыт өткеннен кейінгі температурасы. Тәжірибе барысында анықталған ток күштері мен кедергілердің мәндерін резисторларда бөлініп шыққан жылумен салыстыра отырып, Джоуль мен Ленц мынадай тұжырым жасады: Өткізгіштен ток өткенде одан бөлініп шығатын жылудың мөл шері ток күшінің квадратына, өткізгіштің кедергісіне және токтың өткен уақытына тура пропорционал болады: . Бұл тұжырым Джоуль–Ленц заңы деген атаумен физика ғылымының тарихына енді. Джоуль–Ленц заңы атқарылған жұмыс пен бөлінетін жылу мөлшерінің арасында эквивалентті байланыстың барлығын дәлелдейтін тағы бір мысал болып табылады. Шынында да, электр тогының жұмысын (А = IUt) және тізбектің бөлігі үшін Ом заңын (I = U/R) біле отырып, мына өрнекті аламыз: Бұдан ток күшінің істеген жұмысы өткізгіште бөлініп шығатын жылудың мөлшеріне тең болатынын көреміз жүктеу/скачать 56 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|