-сурет 43 Жылу қозғалтқыштар және қоршаған ортаны қорғау

43
Жылу қозғалтқыштар және қоршаған ортаны қорғау.
Жылу  қозғалтқышының  түріне  қарай  отынның  (химиялық,  ядролық 
немесе басқа түрдегі) ішкі энергиясын түрлендіру түрліше өтеді. Кез келген 
жылу қозғалтқышының жұмыс принципін түсіндіру жылу қозғалтқыштары 
туралы белгілі бір политехникалық мәліметтерді қарастыруды талап етеді.
1. Заманауи техникада пайдаланылып жүрген әртүрлі қозғалтқыштардың 
ішінде жылу қозғалтқыштары теңдесіз орын алады. Жер шарында өндірілетін 
энергияның 80–85% солардан алынады.
2. Жылу  қозғалтқыштарының  барлық  басқа  қозғалтқыштардан  іргелі 
айырмашылығы  бар.  Жылу  қозғалтқыштарының  жұмысында  отын 
энергиясының механикалық энергияға қайтымсыз айналуы пайдаланылады. 
Жылулық процестердің қайтымсыздығы термодинамиканың екінші заңының 
көмегімен түсіндіріледі.
3. Үздіксіз  жұмыс  істейтін  барлық  жылу  қозғалтқыштары  циклді 
жұмыс жасайды. Оларда жұмыс жұмыс денесі (әдетте, газ) периодты түрде 
қыздырылған немесе салқындатылған кезде ол бір ретпен сығылады немесе 
ұлғаяды. Жылу циклі — қозғалтқыш жұмысының маңызды сипаттамасы. 
Қазіргі  қозғалтқыштарда  жұмыс  жұмыс  денесінің  сығылу  және  ұлғаю 
процестерінің циклді құрайтын түрлі комбинациялары пайдаланылады.
4.  Түрлі  циклдер  бойынша  қозғалтқыш  жұмысының  үнемділігі  ПӘК 
көмегімен  бағаланады.  Карно  циклі  бойынша  жұмыс  жасайтын  жылу 
қозғалтқыштары үшін ПӘК мынадай қарапайым формуламен өрнектеледі:
η = 
T
T
T
1
2
1
−
. Карно циклі идеал, оны реал, яғни нақты қозғалтқыштарда 
пайдалану  мүмкін  емес.  Алайда,  Карно  формуласы  кез  келген  жылу 
машинасының  ПӘК  арттырудың  жалпы  жолын  көрсетеді:  қыздырғыштың 
температурасын арттырып, суытқыштың температурасын төмендету қажет. 
Кез келген жылу машинасының ПӘК әрқашан 1-ден аз, өйткені, ондағы жылу 
жұмысқа қайтымсыз айналады әрі оны толық айналдыруға тырысу болмайды.
Отынның қазіргі түрлері жанғанда шамамен 2000 K температура береді, бірақ 
қазіргі бар конструкциялық материалдардың бір де біреуі бұндай температурада 
ұзақ уақыт жұмыс жасауға жарамайды. Суытқыштың температурасын абсолют 
нөлге дейін төмендету мүмкін емес, бұл термодинамиканың үшінші заңын 
дәлелдейді. Сондықтан жылу машиналарының көпшілігінің ПӘК 30 – 40% 
аспайды.
Осы айтылғандардан, жылу машиналары — механикалық жұмыс өндіру 
үшін  отынның  ішкі  энергиясын  пайдалану  мүмкіндігін  көрсететін  іргелі 
мысалдардың бірі болып табылатыны шығады. Сондықтан, мектепте физиканы 
оқыту кезінде политехникалық принципті жүзеге асыруда осы мысал арқылы 
оқушыларға  жылу  техникасы  термодинамика  заңдары  негізінде  аталған 
проблеманы  қалай  шешетінін  көрсету  қажет.  Бұл  әдістемелік  міндеттің 
орындалуы  бірқатар  мәселелерді  қарастырумен  байланысты.  Жұмыс  — 
ішкі энергияны өзгерту тәсілдерінің бірі болғандықтан, жұмыс оны өндіру 
жағдайларына қалай тәуелді болатынын айқындау маңызды. Бұл тәуелділікті 
термодинамиканың бірінші заңының көмегімен газдағы түрлі изопроцестер 
үшін  энергетикалық  балансты  қарастыра  отырып,  идеал  газ  мысалында 
талдауға  болады.  Талдау  нәтижесінде  адиабаталық  және  изотермиялық 

44
ïроцестерге сәйкес ішкі энергия мен газға берілген жылу мөлшері толығымен 
оның жұмыс жасауына кететіні айқындалады. Басқа жағдайларда (изохоралық 
және изобаралық) газ, сәйкесінше, не жұмыс жасамайды, не оны жасау үшін 
газға берілген жылу мөлшерінің тек бір бөлігі ғана жұмсалады. Газдың цикл 
ішіндегі жұмысын қарастыру оның сан мәні жағынан 
p – V координаталарда 
бейнеленген циклдің ауданына тең болатынын көрсетеді.
Осы білімдерді пайдалана отырып, мәңгі қозғалтқыш жасау мүмкін емес 
екен  туралы  үздіксіз  жұмыс  жасайтын  жылу  қозғалтқышының  негізгі 
элементтері туралы мәселені талқылауға болады. Термодинамиканың бірінші 
заңы бірінші ретті мәңгі қозғалтқыш жасау мүмкін емес деп тұжырымдайды. 
Дегенмен екінші ретті мәңгі қозғалтқыш жасау бұл заңға қайшы келмейді.
Осыған байланысты жылу қозғалтқышында қыздырғыштан газға берілетін 
жылу мөлшерінің жұмысқа айналуын қарастыру қажет. Егер бұл қозғалтқыш 
периодты түрде жұмыс жасайтын болса, онда қыздырғышпен және жұмыс 
жасайтын механизммен қатар, суытқыштың да болуы тиіс. Қозғалтқыштың 
циклдік жұмысы кезінде жылуды толығымен жұмысқа айналдыру мүмкін 
емес. Міне, осыны В. Томсонның тұжырымдамасындағы термодинамиканың 
екінші заңы дәлелдейді.
Оқулықта  жылу  қозғалтқыштарының  жұмыс  принциптері  негізінен 
жоғарыда баяндалғандарға сәйкес қарастырылған. Сонымен қатар оқушыларға 
жылу қозғалтқыштарының басқа — қозғалтқыштардың периодты түрде жұмыс 
істеуі үшін суытқыштың қажеттігі, мәңгі қозғалтқыш жасаудың мүмкін емес 
екенін  дәлелдеу,  сондай-ақ  жұмыс  денесі  мен  суытқыш  температуралары 
бірдей болған кезде қозғалтқыштың жұмыс істей алмайтын сияқты принципті 
маңызы бар мәселелерді түсіндіру қажет.
“Молекулалық физика. термодинамика” тақырыптары бойынша 
бақылау жұмысы
1-нұсқа
1. Озон О
3
-тің 10
22
 молекуласының массасы неге тең?
 
Жауабы: ò ≈ 0,8 · 10
–3
 кг = 0,8 г.
2. Газды изотермиялық процесте ұлғайтқан кезде оның қысымы неліктен 
азаятынын түсіндіріңдер.
Жауабы: Изотермиялық процесте қысым концентрацияға тура пропорцио-
нал 
(р=пkТ), ал концентрация көлемге кері пропорционал (п = N/V). 
Газ дың көлемін ұлғайтқан кезде концентрация азаяды, демек, қысым да 
азаяды.)
3. 6-суретте идеал газ күйінің өзгеруінің әртүрлі процестері көрсетілген. 
а)  Процестерді  атаңдар;  ә)  процестердің  қайсысында  үлкен  жұмыс 
өндіріледі? Ол неге тең?
Жауабы: (а) аә — изобаралық ұлғаю (қыздыру); аб – изотер мия лық ұлғаю; 
àâ –  изохоралық  салқындау;  ә)  изобаралық  ұлғаю  (қыздыру)  кезінде 
неғұрлым үлкен жұмыс өндіріледі; 
À
аә
 = 1,2 · 10
4
 Дж.

45
4. Жылу қозғалтқышының ПӘК-і 30%. Жұмыс дене қыздырғыштан 5 кДж 
жылу алды. Қозғалтқыштың өндірген жұмысын есептеп шығарыңдар.
  
Жауабы: À = 1,5 кДж.
2-нұсқа
1. 56 г азотта қанша молекула бар?
  
Жауабы: N ≈ 1,2 · 10
24
 молекула.
2. Неліктен изотермиялық процесте газ көлемі кішірейгенде оның қысымы 
артады?
Жауабы:  Изотермиялық  процесте  қысым  концентрацияға 
тура  пропорционал  (
р  =  пkТ),  ал  концентрация  көлемге  кері 
пропорционал (
п = N/V). Газдың көлемін кішірейткен кезде (газды 
сыққанда) концентрация артады, демек, қысым да ұлғаяды.)
3. 7-суретте идеал газ күйінің өзгеру процесі көрсетілген.
а) Процестерді атаңдар;
ә) егер газға осы процесте 6 · 10
3
 Дж жылу берілген болса, онда ол қандай 
жұмыс өндірген?
Жауабы:  (а)  График  бойынша  ðV =const  болғандықтан, 
изотермиялық  ұлғаю;  ә)  термодинамиканың  бірінші  заңының 
теңдеуі 
À’ = Q, 
∆U = 0, олай болса, À’ = 6 · 10
3
Дж.
4. Идеал жылу қозғалтқышының ПӘК-і 35%. Газ қыздырғыштан 70 кДж 
жылу алды. Суытқышқа қандай жылу мөлшері берілген?
  
Жауабы: Q = 45,5 кДж.
ЭлеКтр Және МагнетизМ
Электродинамиканың негізгі кіріспе бөлімі
 — бірқатар іргелі Физикалық 
ұғымдарды қамтитын электростатика бөлімі болып табылады.
Заряд, кернеу, электрсыйымдылық, Кулон заңы, зарядтың сақталу заңы 
сияқты ұғымдар мен заңдылықтарды алдын ала енгізу электродинамиканың 
көптеген басқа мәселелерін оқытуға негіз болады.
Электр өрісін оқып-үйрену 
электромагниттік өрісті оқыту жолындағы 
бірінші  саты  болып  табылады.  Одан  әрі  магниттік  және  құйынды  электр 
өрісі қарастырылатын болады. Айтылған өрістердің ішіндегі ең қарапайымы 
электростатикалық  өріс  болып  саналады,  оның  негізінде  өрістің  маңызды 
сипаттамалары жеңіл меңгеріледі.
6-сурет
p·10
3
Па
V,м
3
à
â
ә
б
4
2
0
1
2
3
4
7-сурет
p·10
3
Па
V,м
3
0
1
1
2
2
2
3
4
4

46
Тақырыптың мазмұны бірқатар тәрбиелік мәселелерді де шешуге мүмкін-
дік  береді,  атап  айтқанда  оқушыларды  жақыннан  және  алыстан  әсер  ету 
теориясымен,  олар  туралы  көзқарастың  эволюциясымен  таныстырады; 
электр өрісінің зарядқа әсерін қарастыру барысында электромагниттік өрістің 
материалдығы негізделіп, сондай-ақ осы өрістің энергиясы туралы алғашқы 
түсінікті қалыптастырады; өткізгіштердің және диэлектриктердің қасиеттерін 
оқып-үйрену  кезінде  заттардың,  молекулалар  мен  атомдардың  құрамына 
кіретін бөлшектердің құрылысы, олардың қозғалыстары мен өзара әсерлері 
туралы түсініктерді қалыптастыру одан әрі өз жалғасын табады.
Сонымен  қатар  тақырыптың  бірқатар  мәселелерін  оқып-үйрену 
оқушы-
лардың ойлау қабілетін дамытуға белгілі бір үлес қосады. Атап айтқанда, 
заряд және масса ұғымдарын салыстыру машығын қалыптастыруға, заңдарды, 
мысалы, Кулон заңы мен Бүкіләлемдік тартылыс заңын салыстыруға жағ-
дай  жасалады;  механика  бойынша  білімдерін  пайдалану  арқылы  электр 
өрісіндегі зарядталған бөлшектердің қозғалысына есептер шығаруды үйренеді; 
тақырыпта қарастырылған құбылыстардың заңдылықтары мен формулаларын 
қорытады және жүйелейді.
оқушылардың дайындық деңгейіне қойылатын талаптар
Электродинамика бойынша оқушылар
— игерген білімдерін физикалық ұғымдардың (электростатикалық өріс, 
электростатикалық  өрістің  күш  сызықтары,  кернеулік,  потенциал,  потен-
циалдар айырымы, электрсыйымдылық, конденсатордың электроста тикалық 
өрісінің  энергиясы,  электр  тогының  күші,  электр  қозғаушы  күш);  электр 
зарядының сақталу заңының, Кулон заңының, толық тізбек үшін Ом заңының 
мағынасын түсіндіру үшін 
пайдалана алуы;
— физикалық құбылыстарды: денелердің электрленуін, нүктелік зарядтар 
мен зарядталған денелердің өзара әсерлесуін 
сипаттай алуы және түсіндіре 
алуы;
—  электр  тогының  күшін,  электр  кернеуін,  электрлік  кедергіні  өлшей 
алуы,  физикалық  шамаларды  тікелей  өлшеу  кезіндегі  абсолюттік  және 
салыстырмалы қателіктерді 
анықтай алуы;
—  зарядтың  сақталу  заңы  мен  Кулон  заңын  қолданып,  зарядтардың 
электростатикалық  өзара  әсер  күшін  есептеуге;  өрістердің  суперпозиция 
принципі негізінде электростатикалық өрістің күштік және энергетикалық 
сипаттамаларын анықтауға арналған есептерді 
шығара алуы тиіс.
Электр және магнетизм бойынша негізгі түсініктер мен теңдеулер
Тараудың тақырыптарын үш топқа бөліп қарастыруға болады:
1)  Электр зарядының сақталу заңы. Кулон заңы;
2)  Электр өрісі. Кернеулік. Кернеулік сызықтары. Зарядтың орын ауыстыру 
кезінде істелетін электр өрісінің жұмысы. Потенциалдар айырымы. Кернеу;
3)  Электрсыйымдылық. Жазық конденсатордың сыйымдылығы. Электр 
өрісінің энергиясы.

47
“Электр өрісі” тақырыбының тірек ұғымдары: потенциал, потенциалдар 
айырымы, кернеулік.
Бірлік  оң  электр  заряды  тізбек  бөлігінде  орын  ауыстырғанда  оған  әсер 
ететін 
барлық (электростатикалық және бөгде) күштердің жұмысы ретінде 
анықталатын 
кернеу бәріне ортақ жалпы ұғым болып табылады. Анықтамасы 
бойынша 
потенциалдар  айырымы  тек  қана  электростатикалық  күштердің 
жұмысымен өлшенеді. Дербес жағдайда, яғни зарядқа тек электростатикалық 
күштер  әсер  еткенде  ғана 
кернеу  мен  потенциалдар  айырымы  ұғымдары 
бір-біріне сәйкес келеді. Олардың арасындағы айырмашылық зарядка бөгде 
күштер әсер еткен жағдайларда айқын көрінеді.
“Электростатика”  тарауында  бөгде  күштер  және  кернеу  туралы  ұғым 
енгізілмейді.  Дегенмен  де  потенциалдар  айырымы  туралы  сөз  қозғағанда 
мұғалімдердің көбі кернеуді ескерте кетеді. Бұндай амал жаңашыл мұғалім-
дердің практикасы көрсеткендей, орынды деп есептеледі.
Кернеу мен потенциалдар айырымы арасындағы байланыс “Электр тогы” 
тарауында толық қарастырылады.
Электр  өрісінің  электрлік  сипаттамасын  оқытудың  дәстүрлі  реті  бар. 
Алғашқыда белгілі бір мағынаға ие “потенциал” ұғымы енгізіледі. Одан әрі 
электростатиканы оқып-үйрену кезінде “потенциалдар айырымы”, ал кейінірек 
“потенциалдар  айырымы”  ұғымымен  сәйкес  келетін  шама  ретінде  “кернеу” 
қарастырылады. Айтылған ұғымдарды оқытудың оқулықтағы реті осындай.
Электр өрісінің үш энергетикалық сипаттамаларының ішіндегі “Электроди-
намиканың” барлық тарауы үшін негізгі ұғым — 
кернеу болып саналады. 
Шындығында,  кернеу  ұғымы  енгізілгеннен  кейін  “Электр  өрісі”  және  “Ом 
заңы”  тақырыбының  төмендегі  барлық  формулаларында  потенциалдар 
айырымы емес кернеу ұғымы пайдаланылады:
C = 
q
U
; 
W
n
 = 
CU
2
2
; 
A = Uq; I = 
U
R
; 
A = UI; A = UI
∆t және т.б.
Зарядтың сақталу заңы мен Кулон заңдарының ерекше үлкен ғылыми-
дүниетанымдык мәні бар. Осы және басқа мәселелер 8-сыныптағы “Электрлік 
құбылыстар” тақырыбын оқытудың жалғасы болып табылады. Шындығында, 
8-сыныпта денелерді электрлеу, зарядтардың екі тегі, зарядталған денелердің 
өзара  әсері,  электр  зарядының  үлестігі  (дискреттілігі),  электрон,  атом 
құрылысы, атом заряды мен атомдағы электрондар саны сияқты мәселелер 
қарастырылған еді.
10-сынып  үшін  “Физика”  оқулығының  “Электростатика”  тарауының 
алғашқы  параграфтары  осы  мәселелер  бойынша  “Молекулалық  физика” 
тарауы мен химия курсындағы білімді ескере отырып, аталған мәселелерді 
тереңдетіп қайталауға мүмкіндік береді.
Бірінші  сабақта  8-сынып  материалдарын  қысқаша  еске  түсіріп,  үй 
тапсырмасы ретінде осы оқулық бойынша сәйкес параграфтарды қайталауға 
беру жеткілікті.
Зарядтың сақталу заңын қарастыра отырып, оқушылардың назарын, ең 
алдымен, 
заряд ұғымына аудару керек.
Қазіргі заманғы түсініктерге сәйкес электр заряды дегеніміз — бірқатар 
элементар бөлшектердің, солардың ішінде электрон мен протонның ажырамас 
қасиеті болып табылады.

48
Электр  зарядына  ғылыми  көзқарас  тұрғысынан  былайша  анықтама 
беріледі: 
электр  заряды  деп  денелердің  немесе  бөлшектердің  сыртқы 
электромагниттік өріспен өзара әсерлесуін сипаттайтын қасиетін айтады. 
Электр  зарядының  екі  тегі  бар: 
оң  заряд  (мысалы,  протонның  заряды) 
және 
теріс заряд (мысалы, электронның заряды). Олардың сандық мәндері 
электрленген денелердің күш өрісіндегі өзара әсерлерімен анықталады. Бұл 
анықтама мектептегі физика курсында рет-ретімен біртіндеп ашылуы тиіс. 
Заряд ұғымын бөлшектердің электромагниттік өзара әсерінде көрініс табатын 
олардың қасиеті ретінде енгізуге болады.
Электр өрісін оқыту кезінде зарядтар оның көздері, ал өрістің негізгі қасиеті 
оның біршама күшпен зарядталған бөлшектерге әсері ретінде қарастырылады.
Барлық электрлік және магниттік құбылыстардың жиынтығы – бұл электр 
зарядтарының бар екенінің, қозғалыстың және өзара әсерлердің айғағы болып 
табылады.
Сонымен  бірге  оқушылардың  назарын  зарядтың  сақталу  заңы 
— 
табиғаттың  іргелі  заңдарының  бірі  екеніне  аудару  қажет.  Бұл 
электродинамикада оқылатын заңдардың алғашқысы. Осыған орай заңдардың 
тек  белгілі  бір  жағдайларда  ғана  орындалатынын  оқушыларға  ескерткен 
жөн, ал зарядтардың сақталу заңы орындалу үшін денелер жүйесінің басқа 
денелерден 
электрлік оқшаулығы қажетті шарт болып табылатынына баса 
көңіл аудару керек.
Кулон заңы тақырыптың аса маңызды заңдарының біріне жатады. Кулон 
заңын оқып үйрену барысында заңды ашуға арналған тәжірибені қарастыруға 
және одан шығатын қорытындыларға баса назар аударылады.
Кулон  заңын  түсіндіру  үшін  Кулонның 
айналмалы  таразысы  пайда-
ланылады. Алайда зарядталған денелердің өзара әсер күшін өлшеудің мұндай 
тәсілі оқушылар үшін қиындық туғызады.
Ал электрлік күштерді өлшеу үшін массалары салыстырмалы түрде үлкен 
емес  денелердің  арасындағы  гравитациялық  күштерді  өлшеуге  арналған 
сезімталдығы  жоғары  аспап  қажет  емес.  Осыны  ескере  отырып,  Кулон 
заңының  ашылу  тарихын  қысқаша  баяндап  және  8-сынып  оқулығында 
берілген сурет бойынша (курстың сабақтастығын қамтамасыз етеді) айналмалы 
таразының тек құрылысы туралы мағлұмат беруге болады.
Электрлік күштердің арақашықтыққа тәуелділігін 8-суретте көрсетілген 
қарапайым таразымен түсіндіруге болады. Иінді таразыларды пайдаланған 
жағдайда  зарядталған  (
1  және  2)  шарлардың  өзара  әсер  күші  таразы 
табағындағы (
3) “тастардың” шамасы арқылы, ал арақашықтық сызғышпен 
(
4) өлшенеді.
Ал иіндері тең емес таразы түріндегі арнайы қондырғы (9-сурет) бар болса, 
оның көмегімен Кулон заңын өрнектейтін тәуелділікті көрсетуге болады. Егер 
ондай қондырғы болмаған жағдайда, оны оқушылардың өздеріне дайындауға 
тапсырма  беруге  болады.  Осыған  байланысты  жаратылыстану-математика 
бағытындағы сыныптардағыдай қоғамдық-гуманитарлық бағыттағы сыныптар 
үшін де Физика кабинеті мен көрсетілімдік тәжірибелердің рөлі тым жоғары 
болатынын тағы да атап өтеміз.
9-суреттегі таразы көлденең бағытта қарама-қарсы салмақпен теңгерілетін 
иіндік болып табылады. Иіндікке диаметрі 20 мм жуық жеңіл металл шар 

49
оқшаулағыш  (заряд  өткізбейтін)  арқылы  ілінген.  Қарама-қарсы  салмақты 
жылжыта отырып, иіндіктің ұшын жоғары нүктелік зарядталған шарға қарсы 
тұратындай  етіп  иіндікті  көлденең  бағытта  орнатады.  Барлық  қондырғы 
тұрғыға  бекітілген  таразыдан,  оқшауланған  білікшедегі  шардан  және  шар 
центрлерінің  арасындағы  қашықтықты  өлшеуге  ыңғайлы  етіп  орнатылған 
сызғыштан тұрады.
Қондырғы дайын болғанда, екі шар да электрофор мәшинесінің көмегімен 
зарядталады  және  тұрғыдағы  (штативтегі)  шарды  екінші  шардан  5-6  см 
қашықтыққа  орналастырады.  Осы  кезде  таразы  тепе-теңдік  қалпынан 
ауытқиды,  оларды  алғашқы  көлденең  жағдайға  қайтару  үшін  иіндікке 
сымнан жасалған рейтер-сақина кигізеді де оны иіндік бойымен иіндіктің ұшы 
нүктелік  таңбамен  сәйкес  болғанша  жылжытады.  Бұдан  кейін  шарлардың 
біреуінің  зарядын  екі  есе  азайтады,  ол  үшін  оны  оқшауланған  тұтқадағы 
өлшемі  дәл  сондай  үшінші  зарядталмаған  шармен  жанастырады.  Тағы  да 
рейтерді иінтірек бойынша жылжыта отырып, таразылардың тепе-теңдігіне 
қол жеткізеді. Сонда күш иінінің 2 есе азайғанын көреміз, демек, шарлардың 
тебілу күштері 2 есе азаяды. Осы тәсілмен зарядты 4 есе азайтсақ, тебілу күші 
де 4 есе азайғанын байқаймыз.
Екінші шардың зарядын өзгерте отырып тәжірибені қайталап, жүргізілген 
бақылаулардан 
зарядталған  екі  дененің  өзара  әсер  күші  зарядтардың 
әрқайсысының шамасына пропорционал деген қорытынды шығады.
Өзара  әсер  күшінің  қашықтыққа  тәуелділігін  тәжірибеде  көрсету  үшін 
тағы да екі шарды зарядтап, олардың арақашықтығын анықтайық. Ол үшін 
шарларды бір-бірінен 5 см қашықтыққа орналастырып, таразылардың тепе-
теңдігі кезінде иіндіктегі рейтердің орны бойынша күш шамасын анықтайық. 
Содан кейін шарлардың арасындағы қашықтықты 2 есе арттырып (10 см), 
таразыны  тепе-теңдікке  келтіргенде  әсер  күштің  4  есе  азайғанына  көз 
жеткіземіз.  Егер  зарядталған  шарлардың  арақашықтығын  3  есе  арттырып 
тәжірибені  тағы  да  қайталасақ,  онда  өзара  әсер  күшінің  9  есе  азайғанын 
көруге болады, яғни бұның Кулон заңынан туындайтынын көреміз.
Дүниетанымдық  көзқарас  тұрғысынан  Кулон  заңын  Бүкіләлемдік 
тартылыс  заңымен  салыстыруға  болады.  Сөйтіп,  өзара  әсердің 
электрлік 
және 
гравитациялық екі түріне баса назар аудару керек.
8-сурет
9-сурет

50
Электрлік  және  гравитациялық  өзара  әсер  заңдарының  ұқсастығы 
оқушыларды қызықтырмауы мүмкін емес. Бұл мәселені талқылау барысында, 
өзара әсерлердің төменде көрсетілгендей айырмашылықтары да бар екеніне 
назар аударған жөн.
•  Электрлік өзара әсер барлық бөлшектерге тән емес, ал олардың барлығы 
да гравитациялық әсерге толығымен қатысады;
•  гравитациялық өзара әсер — бұл әрқашан да тартылыс заңы, ал электрлік 
өзара әсер – тартылыс та, тебілісте бола алады;
•  электрлік өзара әсер күші ортаға тәуелді, ал денелердің өзара гравита-
циялық тартылысында ондай тәуелділік байқалмайды;
•  масса — кез келген бөлшектің ажырамас қасиеті, бірақ әрбір бөлшек 
электр зарядына тәуелді емес, сондай-ақ егер дене массасы ылғи да оң болса, 
электр заряды оң да, теріс те бола алады. Заңның екеуі де нүктелік денелер 
үшін орынды. Алайда мынаны білу маңызды: Бүкіләлемдік тартылыс заңы 
барлық  нүктелеріндегі  тығыздықтары  бірдей,  бір-бірінен  кез  келген  аз 
қашықтықта (тіпті бір-біріне жанаса) орналасқан, радиусы кез келген, пішіні 
шар тәрізді денелер үшін де қолданылады. Оның үстіне Бүкіләлемдік тартылыс 
заңының формуласына кіретін 
r арақашықтық шарлардың центрлерінен бастап 
өлшенеді.  Осылардың  барлығы  да  қарапайым  аспаптың  жәрдемімен  ауыр 
шарға онымен өзара әсер ететін шағын шарды өте аз қашықтықта орналастыра 
отырып, 
гравитациялық тұрақтыны анықтау кезінде пайдаланылады.
Өзара әсерін шарлардың зарядтары шар беттеріне бірқалыпты орналасқан 
жағдайда Кулон заңы туралы да осыны айтуға болады. Алайда оны прак тикада 
іске  асыру  өте  қиын,  өйткені  зарядталған  екі  өткізгіш  шарлар  электр лік 
өзара  әсерлескен  кезде  олардың  беттерінде  бірқалыпты  орналасқан  заряд-
тары  ығысады  да,  зарядтардың  беттік  тығыздықтары  шар  бетінің  әртүрлі 
бөліктерінде түрліше болады.
Кулон  заңын  саналы  түрде  ұғыну  үшін  оқушылардың  назарын  оның 
қолданылу аясының шектеулігіне, яғни тек нүктелік зарядтарға қолданатын 
заң екеніне аудару қажет.
Нүктелік зарядтарға оқулықта нақты түсініктеме берілген. Бірақ күштің 
қашықтыққа тәуелділік заңы не себепті нүктелік зарядтар үшін өте қарапайым 
өрнектелетіні  жеткілікті  түрде  түсіндірілмеген.  Бұл  мәселе  бойынша 
оқушылардың білімінің таяз болуының бір себебі осында жатыр. Олар заңды 
тұжырымдағанда нүктелік зарядтар туралы айтқанымен, неге ол заңның осы 
жағдай үшін орынды болатынын көп жағдайда түсіндіре алмайды.
Егер денелердің өлшемін олардың арасындағы қашықтықпен салыстырғанда 
есепке  алмауға  болады  десек,  онда  олардың  арасындағы  қашықтықтың 
мағынасы болатынын түсіндіру қажет (10-сурет). 
10, 
à-суретте “нүктелік зарядтардың” арасындағы қашықтық ұғымының 
жеткілікті  мағынасы  бар.  Дене  созыңқы  (10,
ә-сурет)  жатқан  жағдайда 
“нүктелік зарядтардың” арасындағы қашықтық ұғымы мағынасын жоғалтады, 
олай болса күштің қашықтыққа тәуелділігі туралы айтуға болмайды.
Егер 10,
ә-суретте көрсетілген зарядталған денелерді бір-бірінен олардың 
мөлшерінен  айтарлықтай  үлкен  қашықтыққа  алыстататын  болсақ,  онда 
олардың арасындағы қашықтық ұғымы нүктелік денелерге тән дәл мағынасына 
жақындайды.

51
Сондай-ақ бірқалыпты зарядталған шексіз үлкен жазықтықтың 
кернеулігін 
қарастырған кезде, оған қайта оралып, осындай екі жазықтықтың өзара әсерлесу 
күші олардың арасындағы 
қашықтыққа тәуелсіз екенін көрсету керек. Бұл 
Кулон және Бүкіләлемдік тартылыс заңдары тұжырымын нақтылауға және 
олардың қолданылу аясын шектеуге байланысты қарастырылатын мәселелерді 
оқушылардың жақсы түсінуіне мүмкіндік береді.
Оқу бағдарламасынан оқшауланған өткізгіштің (оның ішінде шар тәрізді 
өткізгіштің) сыйымдылығы және нүктелік заряд өрісінің потенциалы сияқты 
материалдар алынып тасталды. Сондықтан қоғамдық-гуманитарлық бағыттағы 
сыныптарда зарядтың сақталу заңына өте карапайым, мысалы, радиустары 
бірдей, жанасқан шар тәрізді өткізгіштерге есептер шығару керек. Міндетті 
түрде  есептердің  шартында  оны  қосымша  айту  қажет.  Мұндай  есептер 
өткізгіштердің  зарядтары  аттас  болған  жағдайда  оқушыларға  ешқандай 
қиындық туғызбайды. Бірақ зарядтары әраттас кейбір мысалдар оқушыларға 
қиындық туғызуы мүмкін, сондықтан оқушылардың назарын 
зарядтардың 
алгебралық қосындысы сақталатынына айырықша аудару керек.
Электр  өрісінің  негізгі  сипаттамаларының  бірі  – 
кернеулік.  Кернеулік 
ұғымын  енгізу  электр  өрісінің  басты  қасиеті  өрістің  зарядка  күшпен  әсер 
етуіне негізделген.
Төмендегі  5-кестені  пайдаланып,  электростатикалық  өріс  пен  тартылыс 
өрісінің арасындағы ұқсастықты қарастыруға болады.
5
-кесте 

жүктеу/скачать 1,89 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: