Магистрлік диссертация (магистрлік жоба)

Σ – меншікті өткізгіш.

Кіріспе

Физиканың өзге салалары секілді, электродинамика да практикаға, оның демонстрациялық түрде теориямен байланысының дәлелденіп отыруына мұқтаж. Бұл дипломдық жұмыста электродинамиканың мектеп курсында оқытылатын әр тарауына байланысты демонстрациялық құрылғылар қарастырылған. Дипломдық жұмыстың екінші бөлімінде сол демонстрациялық құрылғыларды мектеп курсындағы педагогикалық үрдісте пайдалана білудің және жалпы электродинамика тарауын оқытудың тиімді әдістері қарастырылған.

Демонстация (лат. demostratio «көрсету») – бір нәрсені көпшілікке көрсету деген мағынаны, ал педагогикада, сондай-ақ, түсіндіру деген мағынада да қолданылады [1]. Яғни, бұл дипломдық жұмыста электродинамикалық теориялардың эксперимент жүзінде көрініс табуы және мектеп курсына тән демонстрациялық құрылғылар қарастырылып, теориямен байланысы талқыланды.

Дипломдық жұмысымыз электродинамиканың мектеп курсында өтілетін барлық тарауын қамту үшін, электростатика, тұрақты ток, магнит өрісіндегі электр тогы, әр түрлі ортадағы электр тогы тақырыптарына демонстрациялық жұмыстар жасалды.

Физика пәніндегі электродинамика бөлімін оқытуда қазіргі заманауи технологияларды қолдана отырып, оқытудың сыни тұрғысынан ойлау технологиясымен оқыту әдістемесін қолдандым. Сыни тұрғыдан ойлау – бақылаудың, тәжірибенің, ойлау мен талқылаудың нәтижесінде алынған ақпаратты ойлауға, бағалауға, талдауға және синтездеуге бағытталған пәндік тәсіл, бұл одан кейін де әрекет жасауға негіз бола алады.

Жаңа ХХІ ғасырды – білім ғасыры, ақпарат ғасыры десек те, физикалық қағидалар кеше, бүгін, ертең және әрқашанда табиғат құбылыстарын сипаттаушы негізгі заңдылықтар болып қала бермек.

Жоғарыда айтылғандай, экспермент физиканың ғылымдағы айрықша үлесіне сәйкес, оқыту үрдісінің негізгі құраушы бөлігі және уақыт өткен сайын эксперименттің оқу жүйесіндегі маңызы үдей түсуде. Өйткені экспериментсіз физиканы, физикасыз экспериментті елестетудің өзі мүмкін емес. Тек эксперимент қана оқушыларға әлемнің материалды екенін, оны оқып-түсінуге болатындығын және табиғатты танудың жалғыз құралы екендігіне көз жеткізеді [15].

Сондай-ақ, демонстрациялық құрылғылар құрау барысында, жаңартылған мектеп бағдарламасына сәйкес, мектеп курсында зерттеу жұмыстарын ұйымдастыру мәселесіне тереңірек зерттеулер жүргізе отырып, пьезогенераторларды зерттеу және қазіргі қоғамда пайдалану тақырыбында қосымша жұмыстар жүргізіліп, дипломдық жұмысқа енгізілді.

Дипломдық жұмыстың соңында оқушылардың білімін бекіту мақсатында тақырыпқа сәйкес есептер мен тесттер құрастырылды.

Жұмыстың өзектілігі: Электродинамика бөлімі бойынша демонстрациялық құрылғылар құрастыру және оны педагогикалық үрдісте қолданаудың тиімді әдістерін зерттей отырып мектеп курсында қолдану.

Ғылыми жаңалық: Теориялық тұрғыда дәлелденген мағлұматтар мен тәжірибелерді демонстрациялық түрде көрсету. Бұл – тәжірибенің жаңалығы.

Дипломдық жұмыстың мақсаты: Мектеп курсына арналған демонстрациялық құрылғылар жасау және оларды жаңартылған мектеп бағдарламасына сәйкес қолдана білуді талдау. Оқушылардың білімін бекітуде есептер мен тесттер құрастыру.

Зерттеу нысаны: Зерттеу нысаны ретінде электростатикалық өткізгіштер, электролиттер, потенциалдық беттер және оқу үрдісі алынды.

Зерттеу мақсаттары: Көзделген мақсатымызға жету үшін келесі жұмыстар атқарылды:

1. Электродинамиканың бірнеше бөлімі бойынша демонстрациялық құралдардағы физикалық заңдылықтарға анықтама беру.

2. Тәжірибе жүзінде шыққан нәтижелерді теориямен салыстырып отыру.

3. Істелген жұмыстарды мектеп курсында және қазіргі қоғамда қолдана алу.

4. Тақырыпқа сәйкес есептер мен тест сұрақтарын құрастыру.

Зерттеу әдісі: Зерттеудің басты әдістері эксперимент және талдау.

Ғылыми-практикалық маңызы: Демонстрациялық құрылғыларды қарапайым әдістермен құрастыра алуға болатындығы және мектеп курсында қолдануға болатындығы айқын болды.

Диплом кіріспеден, екі бөлімнен, қорытынды және қолданылған әдебиеттер тізімінен тұрады.

1 Демонстрациялық құрылғылардағы физикалық құбылыстардың негізгі теориялары

1. 
   Электростатикалық өрістегі өткізгіштер
   

Заряд тасушылаары еркін электрондар болатын қатты денелерде сыртқы электр өрісінің әсерінен жүретін құбылыстарды қарастырайық.

Зарядталмаған өткізгішті сыртқы электр өрісіне ( _сырт.) (мысалы, жазық конденсатордың астарларының арасындағы электр өрісіне) орналастырсақ, оның электрондары өріс бағытына кері бағытта ығысып қозғалысқа келеді, яғни тоқ пайда болады:

(1)

мұнда S – өткізгіштің қимасының ауданы, n₀ – қима бетінің бірлік нормалі.

Электрондар өткізгіштің сәйкесті бетіне шоғырланып оны теріс зарядтайды. Ал, өткігіштің қарама-қарсы беті электрондардың жетіспеуі салдарынан оң зарядталады. Өткізгіштің зарядталған беттері сыртқы электр өрісіне қарама-қарсы бағытталған – ішкі электр өрісін ( _ішкі.) тудырады. Ішкі электр өрісі сыртқы электр өрісін бейтараптай бастайды.

Өткізгішті сыртқы электр өрісіне ендіргенде ондағы электрондардың ығысып қайта орналасуы нәтижесінде оның беттерінің әр таңбалы зарядтармен зарядталуын электростатикалық индукция дейді.

теңдігі орындалады. Динамикалық тепе-теңдік орнайды. Электрондардың қозғалысы тоқталып, тоқ нөлге теңеседі

(3)-теңдігінен өткізгіштің ішкі көлеміндегі электр өрісі нөлге айналатындығын, яғни

болатындығын көреміз. Ал өткізгіштің ішінде көлемдік зарядтың жоқтығы, яғни ρ=0 болатындығы белгілі. Басқаша айтқанда, өткізгішті тұрақты электр өрісіне ендіргенде зарядтар өткізгіштің бетінде қалыңдығы атом өлшемімен шамалас қабатта орналасады да, оның ішкі көлемінде заряд болмайды. Әрине, өткізгіштің ішкі қабатында атомдар мен молекулалардың зарядтары бар. Бірақ оң заряд пен теріс зарядтардың сандары бірдей болғандықтан, олар бірін-бірі бейтараптайды.

Өткізгіш бетінің кез-келген нүктелерінің арасындағы потенциал айырымы ( нөлге тең.

Яғни өткізгіштің барлық нүктелерінің потенциалдары өзара тең. Өткізгіштің беті – эквипотенциал бет.

Электр өрісінің кернеулігі өткізгіш бетіне перпендикуляр бағытталған, яғни оның тангенциал құраушысы нөлге тең. Ал егер электр өрісінің тангенциал құраушысы нөлге тең болмаса, онда оның әсерінен өткізгіштің электрондары қозғалысқа келіп, олар кернеуліктің тангенциал құраушысы нөлге тең болғанша қайта таралып орналасады.

Өткізгішті сыртқы электр өрісіне ендіргенде оның еркін электрондарының қайта таралып орналасуы нәтижесінде, онда сыртқы электр өрісіне қарама-қарсы бағытталған ішкі электр өрісі пайда болады. Өткізгіштің өріске қарсы және бағытындағы беттері зарядталып, олардың өрісі сыртқы өріске қарама-қарсы бағытталады. Бұл құбылысты – электростатикалық индукция дейді.

Динамикалық тепе-теңдік орнаған сәттен бастап ішкі электр өрісі сыртқы электр өрісін толық бейтараптайды. Өткізгіштің ішкі қабатында заряд болмайды, электр өрісі нөлге тең болады. Өткізгіштің беті эквипотенциал бетке айналады.

Сыртқы элек өрісінің кернеулігі өткізгіш бетіне перпендикуляр бағытталады, яғни оның тангенциал құраушысы нөлге тең болады.

Өткізгіш бетінің маңындағы өрістің кернеулігін табайық. Өткізгіштің бетінен S-ке тең элементін бөліп алып, оған биіктігі h-қа тең тік цилиндр тұрғызып, оның толық S бетінен ағып өтетін электр өрісінің ағынын Гаусс теоремасы арқылы табайық.

Өткізгіштерде заряд тек оның бетінде орналасатындықтан, цилиндрдің ішіндегі толық заряд

шамасына тең. Мұнда σ – зарядтың беттік тығыздығы. Өткізгіш ішінде заряд, яғни электр өрісі жоқ. Сондықтан цилиндрдің өткізгіш ішінде орналасқан бөлігінің беті арқылы өтетін векторының ағыны нөлге тең. Ал цилиндрдің өткізгіштің сыртында орналасқан бөлігінің бетінен өтетін кернеулік векторының ағыны екі құраушыдан тұрады: бірінші, цилиндрдің бүйір бетіне сәйкесті ағын, екінші, цилиндрдің табандары арқылы өтетін ағын. Егер цилиндрдің биіктігін нөлге дейін азайтсақ, оның бүйір бетіне сәйкесті ағын нөлге ұмтылып, толық ағын цилиндрдің табандары S арқылы ағып өтетін ағынмен ғана анықталады.

Өткізгіштің бетінің маңындағы өрістің кернеулігінің нормаль құраушысы зарядтың беттік тығыздығы арқылы толық анықталады. Өткізгіш маңындағы өрістің кернеулігінің тангенциал құраушысын талдайық.

Кернеуліктің тангенциал құраушысының нөлге тең болатындығын, мәңгілік қозғалтқыш (двигатель) жасауға мүмкін еместігін пайдаланып, былай дәлелдеуге болады. Ол үшін өткізгіштің іші арқылы өтетін, тұйық контурдың бойымен оң зарядты тасығанда кернеуліктің тангенциал құраушысы істейтін жұмысын табайық. Есептеу барысын оңайлату мақсатымен контурдың АВ және СД қабырғалары перпендикуляр болсын деп есепейік.

2-сурет. Өткізгіштің іші арқылы өтетін тұйық контур

Өткізгіш бетінің маңындағы өрістің кернеулігі өткізгіш бетіне перпендикуляр бағытталып, шамасы теңдігімен, яғни зарядтың беттік тығыздығы арқылы анықталады.

Өткізгіш бетінің маңындағы өрістің пайда болу табиғатын қарастырайық. Өткізгіш бетінің S элементар бөлігін бөліп алайық. Өткізгіш бетінің маңындағы электр өрісінің негізгі көздер өткізгіштің S элементар бетінде және одан тыс орналасқан зарядтар болады. Сондықтан өткізгіш бетінің маңындағы электр өрісінің кернеулігі екі құраушыдан тұрады.

S бетінде орналасқан зарядтар өткізгіштің бетінің сыртында да , ішінде де шамалары бірдей, бағыттары қарама-қарсы өріс тудырады, яғни

(6)

(7)

теңдіктері орындалады. Өткізгіштен тыс орналасқан зарядтар оның бетінің маңында да , ішінде де өріс тудырады. Өріс үздіксіз болғандықтан, олардың кернеуліктері бағыты жағынан да, шамасы жағынан да бірдей болады, яғни

теңдігі орындалады. Өткізгіштің ішінде қорытқы өріс ( ) нөлге тең:

яғни болады. (8)-(9)-теңдіктерін пайдаланып,

теңдігін табамыз.

Мынадай қорытынды жасауға болады: Өткізгіштің бетінің маңындағы өрістің кернеулігі өзара тең екі құраушыдан тұрады: бір құраушысы өткізгіштің элементар бетінде орналасқан зарядтардың өрісінің кернеулігі, ал екінші құраушысы өткізгіштің элементар бетінен тыс орналасқан зарядтардың өрісінің кернеулігі.

Өткізгіш бетінің маңындағы өрістің кернеулігі өткізгіш бетіне перпендикуляр бағытталып, шамасы зарядтың беттік тығыздығына тура пропорционал болады, яғни, теңдігі орындалады.

Өткізгіш бетінің маңындағы өрістің кернеулігі өзара тең екі құраушыдан тұрады: бір құраушысы өткізгіштің элементар бетінде орналасқан зарядтардың өрісінің кернеулігі, ал екінші құраушысы өткізгіштің элементар бетінен тыс орналасқан зарядтардың өрісінің кернеулігі.

Өткізгіш бетіндегі зарядтың тығыздығы беттің қисықтығына тәуелді. Қисықтық үлкен болса, зарядтың беттік тығыздығы үлкен, ал қисықтық кіші болса, кіші болады. Яғни беттің қисықтық радиусы мен зарядтың беттік тығыздықтары бір-біріне кері пропорционал заңдылықпен өзгереді σ₁/σ₂=r₂/r₁.

Өткізгіш бетіндегі зарядтардың тығыздығы зарядтар жүйесінің потенциалдық энергиясының ең аз мәнімен анықталады.

Зарядталған өткізгіштің бетінің қисықтығы үлкен, яғни ол үшкір болса, ондағы зарядтың беттік тығыздығы да, сәйкесті электр өрісінің кернеулігі де үлкен болып, оның әсерінен өткізгіштің үшкір ұшынан зарядар ұшып шығады дейді. Шындығында, ешқандай заряд ұшып шықпайды. Зарядтар ұшып шығу үшін, яғни электрондарды металдан жұлып шығару үшін, электр өрісінің кернеулігі 10⁵-10⁷ В/см-ден кем болмау керек. Бұл құбылысты «автоэлектрондық эмиссия» дейді. Зарядтың өткізгіштің үшкір ұшынан ұшып шығу құбылысын төмендегідей түсіндіруге болады.

Өткізгіштің үшкір бетінің маңындағы кеңістікте орналасқан зарядталған бөлшектер (мысалы, ғарыш сәулелерінің әсерінен пайда болаған оң және теріс зарядталған иондар мен электрондар) өткізгіш бетіндегі зарядтардың электр өрісінің әсерінен үдей қозғалып, ауа бөлшектерін (атомдарды, молекулаларды) иондайды. Өткізгіш бетінің маңында зарядталған бөлшектерге толы көлемдік аймақ пайда болады. Аймақтағы зарядтармен өткізгіш бетінде орналасқан зарядтар Кулон және Ньютон заңдарына сәйкес бір-бірімен шамасы жағынан өзара тең, ал бағыты жағынан қарама-қарсы күштермен әсерлеседі. Олардың әсерлесуі кезінде алатын импульстары шамалары жағынан өзара тең, бағыттары жағынан қарама-қарсы. Аймақтағы таңбалары өткізгіш бетінде орналасқан зарядтардың таңбалары мен қарма-қарсы зарядтар өткізгішке қарай қозғалып, оған онымен соқтығысады. Өткізгіш бетіндегі және оған түскен зарядтардың импульстері де, таңбалары да қарма-қарсы болғандықтан, олар бірін-бірі толық бейтараптайды. Зарядтары да, өзара әсерлері де нөлге айналады. Тек өткізгіштің бетіндегі заряд тығыздығы кемиді. Яғни аттас емес зарядтардың өзара әсерлесуі нәтижесінде зарядталған өткізгішке әсер ететін күш пайда болмайды. Ал егер өткізгіш маңындағы кеңістіктегі зарядтар оның бетіндегі зарядтармен аттас болса, онда былай болады. Зарядтар өткізгіш бетіндегі зарядтардан тебіліп сыртқа қарай қозғалады. Сыртқа қозғалыс кезінде олар ортаның бөлшектерін (атомдарды,молекулаларды) ілестіріп әкетеді. Бұл жағдай, жоғарыдағы өткізгіш бетіндегі зарядтың тығыздығының кемуін ескерсек, өткізгіштің үшкір бетінен зарядтардың ұшып шығып жатқан тәріздес болып көрінеді. Аттас зарядтардың өзара әсері өткізгішке түсірілетін реактив күшті тудырады.

Бұл құбылыс «электр және магнетизмнің физикалық негіздері»[1] кітабында былайша түсіндіріледі: егер зарядталған бөлшектер, мысалы, электрондар дененің ішінде айтарлықтай еркін қозғала алатын болса, онда мұндай заттардың электр тоғын еркін өткізу қабілеті болады. Қозғалыс барысында электр тоғын туғызатын заряд тасымалдаушылар тек электрондар ғана емес, иондар, яғни өздерінен бір немесе бірнеше электрондарды жоғалтқан немесе қосып алған атомдар (молекулалар) да болуы мүмкін.

Электр тоғын өткізу қабілетіне сәйкес барлық заттар – өткізгіштер, шала өткізгіштер (жартылай өткізгіштер) және диэлектриктер (немесе изоляторлар) болып бірнеше топқа бөлінеді. Идеал изоляторлар табиғатта болмайды. Барлық заттар болмашы аз дәрежеде болса да электр тоғын өткізеді. Мысалы, диэлектриктер токты өткізгіштерге қарағанда 10¹⁵-10²⁰ есе нашар өткізеді.

Өткізгіштерге барлық металдар, сондай-ақ электролиттер және иондалған газдар жатады. Ал слюда, шыны, эбонит, фарфор, таза су диэлектриктерге жатады.

Енді электр өрісінде өткізгіштер қандай «мінез-құлық» көрсететінін көрейік. Кернеулігі Е₀ солдан оңға қарай бағытталған біртекті электрстатикалық өріске өткізгіш орналасты делік. Электрстатикалық индукция арқылы өткізгіш электрленеді: оның бос зарядтары өткізгіштің бетіне қарай – оң таңбалы өріс бағытымен, ал терістері – өріске қарсы бағыттарда орын ауыстырады.

Сонымен, өткізгіштің бір жағында оң зарядтар, ал екінші жағында теріс зарядтар басым келеді. Өткізгіштің қарама-қарсы жағындағы зарядтар индукцияланған зарядтар деп аталады. Бұл индукцияланған зарядтар туғызатын қосымша өріс Е қос, сыртқы өріске Е₀ қарсы бағытталған. Зарядтардың таралып орналасуы қосымша өріс Е_қос сыртқы өріспен Е₀ өткізгіштің ішіндегі барлық нүктелерде теңескенше жүре береді. Олар теңескен кезде өткізгіштің ішінде қосынды өріс нөле тең:

Бұдан өрнегін пайдаланып, мынаны аламыз:

Өткізгіштің барлық нүктелеріндегі потенциалдар бір-біріне тең, бірдей екенін көреміз, яғни өткізгіштердің беттері эквипотенциалды беттер екен, кернеулік сызықтары өткізгіштердің беттеріне перпендикуляр болып бағытталады.

Енді электрстатикалық өріске орналасқан өткізгіштің ішінде заряд болмайтынын, зарядтар оның беттеріне орналасатынын дәлелдейік. Өріске тұйықталған өткізгішті орналастырайық. Остроградский-Гаусс теоремасына сәйкес өткізгіштің бетінен өтетін кернеулік векторының ағыны мынаған тең:

, өйткені E=0, (13)

яғни өткізгіштің ішінде q=0 және зарядтар оның бетінде орналасқан.

Ал электр өрісіне орналастырылған өткізгіштің ішінде өрістің болмауы техникада әртүрлі электрлік құралдарды, өткізгіштерді сыртқы электр өрістерінің әсерінен электрстатикалық әдіспен қорғау үшін кеңінен қолданылады.

Өткізгішке жақындаған сайын эквипотенциал беттер өткізгіш беттеріне (оның формасына) анғұрлым ұқсас бола береді.

4-сурет. Сүйір ұштар маңындағы өріс кернеулігі

2. 
   Өткізгіш кедергісінің температураға тәуелділігі. Асқан өткізгіштік
   

5-сурет. R кедергісі бар шамның амперметр және вольтмерт жалғанған тізбекке қосылу схемасы.

1-кестеден тізбектегі тоқ күші Ом заңындағыдай кернеуге тура пропорционал емес екенін көре аламыз. Егер кестеге график тұрғызсақ кедергі сызықты емес, яғни R=const емес екені көрінеді (6-сурет).

Кейбір таза металдардың кедергісі әжептеуір, ал қорытпаларда кедергі аз артады. Температура артқанда, кедергісі ешқандай өзгермейтін арнайы қорытпалар да бар. Оларға константан мен манганин жатады. Оларды эталондарды, реостаттар мен басқа да аспаптарды дайындауға пайдаланады. Қыздырғанда, кедергісінің өсу себебі өткізгіштің температурасы артқанда, кристалдық тордың түйіндеріндегі иондар тербелісінің күшеюі болып табылады. Нәтижесінде электрондар иондармен жиірек соқтығысады. Бұл олардың өткізгіштегі бағытталған қозғалысына кедергі жасайды, сондықтан кедергі артып, ток кемиді.

Өткізгіш кедергісінің температураға тәуелділігі былай анықталады:

, (14)

бұдан

мұндағы R – өткізгіштің t⁰C-тағы кедергісі; R₀ – өткізгіштің 0⁰С-тағы кеедргісі; t – температура; α – кедергінің температуралық коэффициенті. Ол өткізгіш затының электрлік қасиеттерінің температураға тәуелділігін сипаттайды.

Көптеген тәжірибелер барлық металдар үшін α>0 екенін көрсетеді. Химиялық таза металдар үшін:

.

Өткізгіштің температуралық коэффициентін SI жүйесіндегі өлшем бірлігі

болып табылады.

2-кестеде кейбір заттар үшін кедергінің температуралық коэффициентінің мәндері берілген.
2-Кесте. Кейбір заттар үшін кедергінің температуралық коэффициенті (α), К^-1


Сыртқы электр қозғаушы күшінің әсерінен ортада белгілі бір бағытта заряд тасылатын болса, ондай ортаны электр өткізгіш орта дейді.

Ортада заряд таситын бөлшектер электрондар, иондалған атомдар, молекулалар болуы мүмкін. Заряд сұйықтарда оң және теріс зарядталған иондармен; газдарда иондалған атомдармен, молекулалармен; қатты денелерде негізінен электрондармен тасылады.

Денелерде зарядтың тасымалдануын сипаттау үшін меншікті электрлік өткізгіштік (σ) деген физикалық шама ендіреді. Меншікті электр өткізгіштік тек ортаның қасиетіне байланысты.

Металдардың электр өткізгіштігінің классикалық электрондық ілімінің негізін салушылар П.К.Л.Друде (1863-1906) мен Х.А.Лоренц (1853-1928). Олардың ілімі мына тұжырымдарға негізделген:

• 
  кристалл торының ішінде еркін қозғала алатын электрондар бар. Олар ретсіз жылулық қозғалыста болады;
  
• 
  еркін электрондарды өзара әсерлеспейтін электрондардан тұратын электрондық газ деп қарастырып, олар үшін идеал газдың кинетикалық теориясының барлық заңдарын қолдануға болады;
  
• 
  сыртқы электр өрісінің әсерінен еркін электрондар бағытталған қозғалысқа қатынасып, заряд тасиды – тоқ туғызады.
  

Друде-Лоренц теориясы металдардың жылу және электр өткізгіштігін жап-жақсы түсіндіргенімен олардың жылу сыйымдылығына еркін электрондардың қатынасын түсіндіре алмады.

Металдардың жылу сиымдылығы кристалл торының түйіндерінде орналасқан иондардың тербелмелі қозғалысымен толық анықталады. Электрондардың металдың жылу сыйымдылығына қосатын үлесі жоққа тән. Бұлай болу үшін металдағы электрондардың саны өте аз болу керек. Ал, электрондардың саны өте аз болса, металдың өте жақсы электр және жылу өткізгіштерін түсіндіру қиынға түседі.

Друде-Лоренц теориясы металдың электр және жылу өткізгіштіктерінің табиғатын дұрыс түсіндірмейді.

Алайда, металдардың электр өткізгіштіктерінің классикалық теориясының тұжырымдары кейбір тәжірибе арқылы алынған деректерге сәйкес келмейді.

Бос кеңістіктегі электрондар тұрақты электр өрісінің әсерінен тұрақты үдеу алатындықтан, олардың туғызатын тоғы шексіз үлкен мәнге дейін өсуі мүмкін. Ал, металл өткізгіште тұрақты потенциал айырымының әсерінен тұрақты тоқ туады, яғни тоқ шектелген мән қабылдайды. Классикалық теория металдағы тоқтың шамасының шектеулі болуын электрондардың, ілгерілемелі қозғалыс кезінде, кристалл торының түйіндерінде орналасқан иондармен соқтығысуларымен байланыстыралы. Бұл теория бойынша электрондардың қатарлас екі соқтығысулардың аралығында жүретін жолдары – еркін жүру жолы, кристалл тұрақтысымен (а) анықталып, өте аз 10^-8см мәнін қабылдайды. Еркін жүру жолының бұл мәні, тәжірибе арқылы анықталған, өткізгіштегі электрондардың еркін жүру жолынан мыңдаған есе кіші. Бұл жағдай классикалық теорияның «өткізгіштегі еркін электрондар ұмтылмалы қозғалыс кезінде кристалл торының түйіндерінде орналасқан кез-келген ионымен соқтығысып, өздерінің ілгерілемелі қозғалысының энергиясын жоғалтады» деген тұжырымына қайшы келеді.

Классикалық теория металдардың электр өткізгіштіктерінің температураға байланысты өзгеру заңдылығын да түсіндіре алмады. Температура өскенде металдардың меншікті кедергісі жүздеген, мыңдаған есе өсетіндігі тәжірибе арқылы көрсетілген. Меншікті кедергінің өсуін тек заряд тасушылардың еркін жүру жолының азаюымен ғана түсіндіруге болады. Ал, Друде-Лоренц классикалық теориясы бойынша кристалл өткізгіштеріндегі заряд тасушылардың еркін жүру жолы температураға байланысты болмайды, ол кристалл тұрақтысына тең. Яғни, бұл теория металдардың электр өткізгіштігінің температураға байланысты өзгеру заңын түсіндіре алмайды.

Кристалл – кеңістікте белгілі бір қатаң тәртіппен, заңдылықпен өте тығыз орналасқан не атомдардың, не иондардың, не молекулалардың жиынтығы. Бір өлшем көлемдегі кристалды құраушы бөлшектердің саны шамамен 10²²-10²³ см^-3. Кристалл құраушы бөлшектер кристалл торының түйіндерінде орналасады. Кристалл торы белгілі бір симметрия заңына бағынады. Мысалы, кристалды құраушы бөлшектер кеңістікте периодты түрде орналасады. Бүкіл кристалды, тұтас өзіне-өзін параллель қалдырып, жылжыту (трансляция) векторымен анықталатын аралыққа көшірсек, ол өзімен-өзі дәл келеді. Кристалды құраушы бөлшектер кеңістікте периодты потенциал өрісін тудырады. Өте тығыз орналасқан атомдардың өзара әрекеттесуі нәтижесінде олардың сыртқы валенттік электрондары төл ядроларының өрісінен кетіп, басқа кез-келген ядролардың өрісінде еркін қозғалуына мүмкіндік алады. Бұл жердегі валенттік электрондар дегеніміз – төл ядроларымен байланысы нашар электрондар. Әдетте, көршілес атомдардың ара қашықтығы кристалл тұрақтысы а~10^-8 см шамасына тең. Қатты денелер физикасында бұл электрондарды «еркін электрондар», не өткізгіш электрондар дейді. Кванттық механика ілімі, егер кристалдың потенциалдық өрісінің периодтылығы қатаң сақталса, бұзылмаса, онда ондай өрісте қозғалатын электрондар, заряд тасуға ешқандай кедергісіз қозғалып қатынаса алатындығын дәлелдеді. Яғни, периодты потенциалдық өрісі бұзылмаған кристалл өткізгіштердің электр кедергісі нөлге тең болады.

Кристалдың потенциалдық өрісінің периодтылығы кез-келген бір себептің әсерінен бұзылса, яғни ақаулар (кемістіктер) пайда болса, еркін электрондар олармен соқтығысу нәтижесінде сыртқы электр өрісінен алған энергияларын жоғалтады, қозғалу бағытын өзгертеді. Электрондардың заряд тасуға қосатын үлесі төмендейді. Тоқ шамасы азаяды. Өткізгіштің электр кедергісі пайда болады.

Кристалдың потенциалдық өрісінің периодтылығының кристалл торына бөгде атомдардың енуі, тор түйіндерінде орналасқан атомдардың, иондардың жылулық тербелмелі қозғалыстарға қатынасуы, кристалдардың шекара беттерінің болуы, зарядталған бөлшектердің әсерінен кристалдың поляризациялануы т.б. нәтижесінде бұзылады.

Кванттық механика ілімінің бұл тұжырымдарын пайдаланып жоғарыдағы классикалық теорияның түсіндіре алмаған құбылыстарын былай түсіндіруге болады: температура өсетін болса тор түйіндерінде орналасқан атомдардың тербелістерінің амплитудасы өседі, электрондардың олармен соқтығысу мүмкіндіктері, яғни, өткізгіштің электр кедергісі артады, заряд тасушы бөлшектердің еркін жүру жолы кемиді.

Еркін электрондардың кристалл торының түйіндерінде орналасқан атомдардың жылулық тербелістерімен соқтығысу табиғатының егжей-тегжейін қарастырайық.

Кристалл торының түйіндерінде орналасқан атомдар, иондар Т=0 болғанда, тербелмелі қозғалысқа қатынаспаса да тыныштық күйде бола алмайтындықтарын көрсетейік.

Егер атом тыныштық күйде болса, оның импульсі нөлге тең, яғни импульсі өте дәл анықталады – импульсті анықтау кезінде жіберілетін қате нөлге тең болады: . Сондықтан, Гейзенбергтің анықталмағандық принципі бойынша, атомның координатын тапқандағы жіберілетін қате шексіздікке тең, яғни, болады. Басқаша айтқанда, атомды кристалл торының түйінінің маңынан табу мүмкін емес, ол кристалл алып тұрған кеңістіктің бүкіл өне бойына таралып орналасады. Ал, шындығында, Т=0 болса да, атомдар температураға тәуелсіз «нөлдік тербеліске» қатынасады. Температура нөлден жоғары Т≠0 болса, атом тор түйінінің маңында тербелмелі қозғалысқа келеді. Кристалдың ішкі энергиясы артады. Кристалл атомдары бір-бірімен өте күшті байланыста болғандықтан, олардың әрқайсысы іргелес көрші орналасқан атомдарды ілестіре тербеледі. Сондықтан, атомдардың тербелмелі қозғалысы таралып кристалда серпімді толқын пайда болады. Сонымен, кристалдың ішкі энергиясының артуы онда серпімді толқынның пайда болуын туғызады.

Т≠0 болғанда кристалда импульсі және энергиясы Луи де Бройль қатынасымен анықталатын элементар серпімді толқын пайда болады. Элементар серпімді толқынға энергиясы және импульсі осы толқынның энергиясы мен импульсіне тең элементар бөлшек сәйкес қоюға болады. Элементар толқынды кейде кристалдың периодты потенциалдық өрісінің элементар қозулары – фонондар деп атайды.

Фонондар кәдімгі кванттық бөлшектерге ұқсас, бірақ олардан өзгеше. Кәдімгі кванттық бөлшектер кез-келген ортада, тіпті вакуумда да өмір сүреді, ал фонодар вакуумда болмайды, тек материалдық ортада болады. Сондықтан, фононды кәдімгі бөлшектерден айыру үшін квазибөлшектер – кәдімгі бөлшекке ұқсас бөлшек деп атайды. Квазибөлшектердің қатарына спин толқындарын, плазмондарды т.б. жатқызуға болады.

Квазибөлшектер кәдімгі бөлшектер тәріздес екі топқа: Бозе квазибөлшектер, Ферми квазибөлшектерге бөлінеді. Бозе және Ферми квазибөлшектерді спиндердің белгілі бір бағытқа алынған құраушыларының мәндері арқылы айырады.

Фонондар ұғымы еркін электрондармен кристалл торының түйіндерінде орналасқан атомдардың, иондардың өзара әрекеттесулерін қарастыруды жеңілдетеді. Кристалды еркін электрондар мен фонондардан тұратын газдарға толтырылған қуыс ыдыс ретінде қарастыруға болады. Сонда электрондардың кристалл атомдарының, иондарының тербелістерімен соқтығысуларын, электрон және фонон газдарының өзара әсерлесуі нәтижесінде фонондардың жұтылуы, не шығарылуы ретінде қарастырады.

Кристалдағы еркін электрон газы фонон газымен әсерлескенде электрондар сыртқы электр өрісінен алған энергиясын фонондар жүйесіне беріп кристалдың орташа температурасын көтереді, яғни фонондар саны көбейеді.

Электрондар кристалдағы бөгде қоспа атомдармен де, кристалдың басқа да ақауларымен соқтығысқанда да, өздерінің артық энергияларын оларға береді. Берілген энергия қоспа атомның, не басқа ақаудың тербелмелі қозғалысының энергиясына айналады, яғни, бұл да қосымша фонондардың тууына әкеледі. Яғни электрондар мен фонондардың өзара әсерлесуі – металдың кедергісінің пайда болуын туғызатын негізгі құбылыс.

1911 жылы голландия физигі Камерлинг-Оннес «асқын өткізгіштік» деген ерекше физикалық құбылыс ашты. Кейбір металдардың, мысалы, қорғасын, сынап, қалайы, цинк т.б. электр кедергісі температураны төмендеткенде белгілі бір «сындық температурадан» бастап нөлге дейін азаятындығын байқады.

7-сурет. Сынаптың электр кедергісінің температураға байланысты өзгеру заңдылығы
7-суретте Камерлинг-Оннестің сынаптың электр кедергісінің температураға байланысты өзгерісін тәжірибе жүзінде зерттеу кезінде алынған қисығы берілген. Суреттен температура 4,15⁰К мәнінен бастап төмендегенде сынаптың электр кедергісі кенеттен нөлге дейін азаятындығын, яғни, ол асқын өткізгіш күйіне көшетіндігін, ал, Т>4,15⁰К болғанда, ол қалыпты күйде болатындығын байқаймыз. Өткізгіштің асқын өткізгіш күйіне көшетін температурасын сындық температура Т_D деп атайды. Сонымен, сынап үшін сындық температура Т_D=4,15⁰К-ға тең болады.

1933 жылы асқын өткізгіштің сыртқы магнит өрісімен әсерлесуін сипаттайтын тағы бір негізгі қасиеті тағайындалды. Неміс физиктері В.Мейсснер мен Р.Оксенфельд, егер магнит өрісінің шамасы аса үлкен болмаса, асқын өткізгіштер оны өзінің ішкі қабатынан сыртқа қарай ығыстыратындығын дәлелдеді. Яғни, магнит өрісі асқын өткізгіштің ішінде нөлге тең болады. Бұл құбылысты Мейсснер құбылысы деп атаған.

Мейсснер құбылысын түсіндіру үшін асқын өткізгіштегі электр және магнит өрістерінің ерекшеліктеріне тоқталайық.

Асқын өткізгіштің кедергісі нөлге тең болғандықтан, одан өтетін тоқ тұрақты болу үшін электр өрісі қажет емес. Орныққан күйдегі асқын өткізгіштің ішінде электр өрісі нөлге тең. Ал егер болса, өте аз электр өрісі асқын өткізгіште шексіз үлкен тоқ тудырған болар еді. Бұл мүмкін емес. Электр өрісі асқын өткізгіштің сыртында орналасқан қалыпты күйдегі беттік жұқа қабатта ғана нөлге тең емес. Яғни зарядтар асқын өткізгіштің сыртындағы қалыпты күйдегі беттік жұқа өткізгіш қабат арқылы тасылады.

Асқын өткізгішті магнит өрісіне ендіргенде оның ішінде магнит өрісі орныққан шамасына дейін өседі. Магнит өрісінің өзгерісі электромагниттік индукция заңы бойныша айнымалы электр өрісін тудырады. Айнымалы электр өрісі, асқын өткізгіштің бетіндегі жұқа қабатта магнит өрісі сыртқы магнит өрісін бейтараптайтын беттік айнымалы тоқ тудырады. Асқын өткізгіштің ішінде магнит өрісі нөлге айналады. Сонымен, магнит өрісіне ендірілген асқын өткізгіштің бетіндегі жұқа қабаттан айнымалы тоқ өтіп Мейсснер құбылысын тудырады.

Сыртқы энергия көзіне жалғанған асқын өткізгіштен тоқ өткенде де одан Мейсснер құбылысының әсерінен магнит өрісі ығыстырылып шығарылады. Бұл жағдайда да асқын өткізгіштен беттік тоқ өтеді.

Сонымен, асқын өткізгіште электр кедергісі нөлге тең болады, беттік тоқ жүреді, әрі ол өшпейді және магнит өрісі нөлге тең болады.

Асқын өткізгіш күйіне көше алатын таза өткізгіштер саны көп емес, асқын өткізгіштік қасиеті көп жағдайда қорытпаларда кездеседі. Мейсснер құбылысы толық орын алатын өткізгіштерді І-ші текті асқын өткізгіштер, ал ішіндегі магнит өрісі толық бейтарапталмайтын асқын өткізгіштерді ІІ-ші текті дейді.

Асқын өткізгіш – металл өткізгіштің бір фазалық күйі. Абсолюттік температураны сындық температурадан төмендеткенде Т≤T_D, өткізгіш қалыпты фазадан асқын өткізгіш фазасына көшеді. Өткізгіш қалыпты фазадан асқын өткізгіш фазаға ауысуы кезінде кристалдың симметриясы, құрылысы өзгермейді, ешқандай жылу жұтылмайды және бөлінбейді, яғни бұл фазалық көшу І-ші текті фазалық көшуге жатпайды. Кристалдың ішкі энергиясы секірмелі түрде өзгермейді, тек электрондық жылу сыйымдылығы ғана секірмелі өзгереді. Сондықтан өткізгіштің қалыпты фазадан асқын өткізгіш фазасына көшуін ІІ-ші текті фазалық көшуге жатқызады.

Өткізгіш асқын өткізгіштік күйінде болу үшін, біріншіден, ондағы заряд тасушылар ең төменгі энергия деңгейінде орналасулары керек, екіншіден, ең төменгі энергия деңгейімен, оған ең жақын орналасқан, қозған энергия деңгейінің арақашықтығы үлкен болу керек.

3. 
   Электромагниттік индукция. Магниттік ағын. Ленц заңы
   

Электр және магнит өрістерінің бір-біріне байланысын қарастырайық. Егер электр және магнит өрістері уақыт бойынша өзгеретін болса, олар бірін-бірі тудырады, яғни айнымалы магнит өрісі айнымалы электр өрісін, ал айнымалы электр өрісі айнымалы магнит өрісін тудырады. Айнымалы электромагниттік өрісті өзара байланысты болатын екі құраушыдан тұратын біртұтас объект деп қарастыру керек. Айнымалы электр және магниттік өрістерді бірін-бірі тудыруы арқылы электрлік заряд пен тоқтың жәрдемінсіз кеңістікте электромагниттік толқын түрінде тарала алады.

Айнымалы магнит өрісінің айнымалы электр өрісін тудыруы 1831 жылы Фарадей ашқан электромагниттік индукция құбылысымен байланысты. Бұл құбылыс бойынша, ешбір ток көзіне қосылмаған өткізгішке қарағанда, тұрақты магнитті, болмаса тогы бар өткізгішті қозғалысқа келтірсе, алғашқы кезде тогы жоқ өткізгіште электрлік ток пайда болады. Ток өткізгішті магнит пен тогы бар өткізгішке қарағанда, қозғалысқа келтірген кезде де пайда болады. Сонымен қатар қозғалмайтын өткізгіштің маңында орналасқан қозғалмайтын өткізгіш арқылы айнымалы ток жүргенде де бірінші өткізгіште ток пайда болады. Осы қарастырылған жағдайларды токтың пайда болуы магнит өрісінің айнымалылығымен байланысты. Өткізгіште токтың пайда болуы, онда электр өрісінің туатындығын көрсетеді. Ендеше қарастырылған тәжірибе схемалаларынан уақыт бойынша айнымалы магнит өрісі өзінің маңында айнымалы электр өрісін тудырады деген қорытынды жасауға болады.

Сонымен магнит өрісінде қозғалатын өткізгіште ток пайда болады. Бұл токты «индукциялық ток» деп атайды. Индукциялық токты өткізгіште пайда болатын электр өрісінің индукциялық электр қозғаушы күші тудырады деп қарастыруға болады. Электр өрісін тудыратын негізгі себеп өткізгішпен бірге υ жылдамдықпен қозғалатын еркін электрондарға магнит өрісінің тарапынан күш әсер етуінен. Бұл күш Лоренц күшімен анықталады:

Тұйық контур сыртқы магнит өрісінде қозғалған кезде, онда сан жағынан контурға тірелген бетті тесіп өтетін магнит индукциясы ағынының өзгеру жылдамдығына тең электр қозғаушы күш пайда болады.

Осы формула тұйық контурдың белгілі бір бөлігі қозғалатын жағдайға сәйкес келеді. Егер тұйық өткізгіштің бірнеше бөліктері қозғалатын болса, онда контурда пайда болатын толық ЭҚК жеке бөліктерде пайда болатын электр қозғаушы күштердің алгебралық қосындысына тең болатындықтан, (17) формуланы магнит өрісіне пенпендикуляр жазықтықта өткізгіштің кез-келген қозғалысы үшін дұрыс деп қарастыруға болады [2].

Фарадей тәжірибелері былайша түсіндіріледі:

а) Егер шарғы ішіне тұрақты магнитті жылдам қозғап енгізсек, гальванометр қысқа мерзімге токтың пайда болуын көрсетеді. Магнит қозғалысын тоқтатсақ, ток та түзіледі. Енді магнитті кері қозғап, яғни шарғы ішінен суырып алсақ, онда контурдағы токтың бағыты өзгереді. Магнит полюстерінен өзгертсек те осындай құбылысты, яғни ток бағытының өзгеруін байқаймыз. Индукциялық токты алу үшін магнитті қозғалыссыз қалдырып, керісінше, шарғыны қозғауға болады.

Егер тұрақты магнит орнына бойымен ток жүріп тұрған басқа бір шарғыны қозғалысқа келтірсек те осындай құбылысты байқауға болады.

ә) Енді екі шарғы да қозғалыссыз тұрған кезде, бірінші шарғы тудыратын магнит өрісін тізбектегі ток көзіне қосып, ажырату арқылы немесе ток күшін реостат көмегімен өзгертіп отырсақ, осындай құбылысты байқаймыз. Бірінші шарғыдағы ток неғұрлым тез өзгерсе, екінші шарғыда соғұрлым көп индукциялық ток пайда болады.

б) Шарғы бірнеше ондаған орам жұмсақ өткізгіштен жасалған делік. Оны созу немесе сығу арқылы ауданын өзгертуге болады. Егер ұштары гальванометрге қосылған шарғының маңайына магнит қойып, оны созсақ немесе сықсақ, гальванометр қарама-қарсы бағытта ток болғанын көрсетеді.

Сонымен, бұл тәжірибелер индукциялық токтың пайда болу себебі магнит өрісінің өзгеруіне байланысты екенін көрсетіп отыр. Әрі бұл өзгерістің қандай әдіспен жасалуына құбылыс еш байланысты болмайды [1].

Индукциялық тоқтың пайда болуы магнит ағыны өзгерген кезде контурда индукцияның ε_і электр қозғаушы күші пайда болады дегенді білдіреді. Ең тамашасы ε_і – Ф магнит ағынының қандай себептен өзгеретініне мүлдем тәуелді емес және тек оның өзгеріс жылдамдығымен ғана, яғни dФ/dt шамасымен ғана анықталады. Сонымен қатар, dФ/dt туындысының таңбасының өзгеруі ε_і шамасының таңбасының немесе бағытының өзгерісіне әкеледі [3].

8-сурет. Индукциялық тоқтың пайда болуы
Осы теорияларды қорытындай келе, 1831 жылы тәжірибелер негізінде Фарадей ашқан электромагниттік индукция заңын былай тұжырымдауға болады. Қандай себептен болса да тұйық контурмен қамтылған ауданды тесіп өтетін магнит индукциясының ағыны өзгеретін болса, контурда электр қозғаушы күш пайда болады [2].

Индукциялық токтың бағытын анықтауға мүмкіндік беретін маңызды ережені Ленц Э.Х. ашты. Ол өзі ашқан ережені былай тұжырымдады:

«Егер металл өткізгіш гальваникалық ток маңайында немесе магнит маңайында қозғалысқа келтірілсе, онда бойында пайда болған токтың бағыты, осы өткізгішті оны сырттан қозғалысқа келтіріп отырған бағытқа қарсы қозғалысқа келтіретіндей жағдайда болар еді», – деп атап көрсеткендей.

Ленц ережесін қысқаша былай тұжырымдауға болады:

Индукциялық ток әрқашан да өзін тудыратын себептерге қарама-қарсы әсер ететіндей болып бағытталған.

Ленц ережесі өткізгіштер қозғалмай, магнит өрістері өзгеретін жағдайға да сәйкес келеді. Бұл жағдайда индукциялық токты әрқашан, осы токтытудыратын сыртқы өріс өзгерістеріне қарсы әсер етуге ұмтылатын өріс туғызады. Мысалы, жоғарыда қарастырылған шарғылар қозғалмайтын тәжірибелерде бірінші шарғыдағы токты қосқан сәтте екінші шарғыдағы ток бағыты оған қарсы болады, яғни индукциялық ток бірінші шарғының өсу үстіндегі өрісін әлсіретуге тырысады. Ал токты ажыратқан сәтте екінші шарғыдағы ток бағыты бірінші шарғыдағыдай бағытта болады, яғни әлсіреп жатқан магнит өрісін әлсіретпеуге тырысады [1].

Индукциялық токтың жүруі электрмагниттік индукция кезінде өткізгіште белгілі бір электр қозғаушы күшінің пайда болғандығын көрсетеді. Жоғарыда айтқанымыздай, индукциялық ток, яғни ЭҚК осы контур шектейтін ауданнан өтетін индукциясы сызықтарының толық саны өзгерген жағдайда ғана пайда болады. Ал белгілі бір ауданнан өтетін магниттік индукция сызықтарының толық санының осы аудан арқылы өтетін толқын магниттік ағын (Ф) екенін білеміз. Бұдан электрмагниттік индукция ЭҚК пайда болу себебі магнитті ағын өзгерісі болып табылады деген қорытынды шығаруға болады [1].

Фарадей тәжірибелерін талдай отырып Максвелл барлық жағдайда электрмагнитік индукция ЭҚК контурымен шектелетін аудан арқылы өтетін магнитті ағынның өзгеру жылдамдығына пропорционал болатындығын анықтады, яғни

(18)

Бұл өрнектің сыртқы түрі (17) өрнекпен бірдей, бірақ (18) өрнегінің физикалық мағынасы кең. Себебі (18) өрнекке сәйкес магнит өрісі индукциясының уақыт бойынша кез-келген өзгеруі кеңістіктің осы өзгеріс болып тұрған аумағында электр өрісін тудырады. Басқаша айтқанда электр өрісін тек электрлік зарядтар ғана емес, өзгеретін магнит өрісі де тудыра алады. Тұййық контур тек осы өрістің нәтижесінде пайда болатын индукциялық токты байқау үшін ғана керек. Сондықтан электромагниттік индукция заңы жаңа құбылысты сипаттайтын фундаменталдық заң болып табылады. Тағы да ескере кететін жағдай (18) өрнектегі магнит индукциясы ағынының толық өзгерісі, яғни өткізгіш қозғалған кездегі өрісті және магнит өрісі өзгерісін де есепке алады [2].

Индукциялық тоқ әрқашанда өзін тудыратын себепке қарсы бағытталады. Басқаша айтқанда, индукциялық тоқ индукцияның электр қозғаушы күшін тудыратын магнит ағынының өзгерісіне кедергі жасайтын магнит ағынын тудырады.

Мысалға егер магнит өрісін тудыратын тоғы бар Р рамканы К катушкаға жақындататын болсақ, онда рамка арқылы магнит ағыны артады. Осы кезде рамкада индукциялық тоқ пайда болып, рамкаға оң жақтан қарайтын болсақ, ол сағат тілі бағытында бағытталады. Бұл ағын солға қарай бағыталған магнит ағынын тудырады, ол осы тоқты тудырған магнит ағынының артуына кедергі жасайды.

Егер К катушкадағы тоқты арттырып, ал Р рамканы тыныштықта ұстайтын болсақ та осылай болады. Ал К катушкадағы тоқты азайтқан кезде Р рамкадағы индукциялық тоқ өзінің бағытын қарама-қарсы өзгертеді.

Ленц ережесі аса маңызды физикалық деректі – жүйенің өзінің күйін өзгертуге қарсылығын білдіреді [3].

Сонда ток қозғалыстағы өткізгішке әсер ететін механикалық күш оның жылдамдығына қарсы болатындай, яғни қозғалысты тежейтін жағдайда бағытталған. Индукциялық токтың баңыты оң қол ережесімен анықтауға болады. Егер оң қолды алақанымызға магнит өрісінің күш сызықтары енетіндей етіп ұстасақ, ал басбармақты өткізгіштің қозғалыс бағытымен бағыттасақ, онда созылған саусақтар индукциялық токтың бағытын көрсетеді[1].

Егер берілген контур арқылы жүретін ток уақыт бойынша өзгеретін болса, контурмен шектелген ауданды тесіп өтетін магнит ағыны да өзгереді. Олай болса, контурда ЭҚК пайда болады. Осы құбылысты «өздік индукция» деп атайды. Магнит өрісі индукциясы токқа, ал магнит ағыны магнит өрісі индукциясына пропорционал болғандықтан, контурдағы ток пен онымен қамтылатын магнит ағыны бір-біріне пропорционал болуы керек:

Бұл формулаға кіретін пропорционалдық коэффициент L контурдың «индуктивтілігі» деп аталады. Магнит ағыны мен токтың арасындағы тәуелділік ылғи да сызықтық бола бермейді. Мысалы, қарастырылып отырған контур ферромагнетиктік ортада орналасқан болса, магнит өрісі индукциясы ортаның магниттік өтімділігі арқылы магнит өрісі кернеулігіне, яғни токқа күрделі түрде тәуелді болады. Сондықтан, магнит ағыны мен ток арасындағы тәуелділік сызықты болмайды. Бірақ, (19) тәуелділік барлық жағдайда да орындалады деп есептелінеді, тек индуктивтіліктің токқа тәуелділігі ескерілуі керек.

Тағы бір ескеретін жағдай, ток тұрақты болған кезде толық магнит ағыны контурдың формасы мен өлшемі өзгерген кезде өзгереді. Олай болса, индуктивтілік контурдың геометриясына және ортаның маниттік қасиеттеріне байланысты болады.

Өздік индукция құбылысы тізбекті ток көзімен қосқан ажыратқан кезде, ондағы токтың өзгеруіне әсер етеді. Шынында, тізбекті ток көзіне қосқан кезде пайда болатын өздік индукцияланған ЭҚК Ленц ережесі бойынша, токтың өсуіне кері әсер етеді, сондықтан ток өзінің тұрақты мәніне бірте-бірте барып жетеді, керісінше, тізбекті ток көзінен ажыратқан кезде ондағы ток бірден нөлге айналмайды. Осы құбылыстарды сан жағынан сипаттау үшін 10-суретте келтірілген тізбекті қарастыралық.

ток пайда болады. Осыдан кейін кілтті 2-нүктемен қоссақ, ток кеми бастайды, осы кезде өздік индукция құбылысының әсерінен тізбекте өздік индукциялық электр қозғаушы күш пайда болады. Ом заңы бойынша,

Сонымен тізбек ток көзінен ажыратылғаннан кейін ондағы ток бірден нөлге айналмайды, ток экспоненциалдық заңдылықпен кемиді екен. Токтың кему жылдамдығы: шамасына байланысты.

Егер тізбектің индуктивтілігі аз болса, ток жылдамырақ кемиді, ал көбірек болсабаяулау кемиді, ал кедергіге тәуелділігі керісінше болады. Егер тізбек бірден ток көзіне қосылған болса, тізбекте тұрақты ЭҚК ε-мен қатар өздік индукциялық ЭҚК әсер етеді. Сонымен тізбек ток көзіне қосылған кезде өздік индукция құбылысы әсерінен ондағы ток тұрақты мәніне бірте-бірте жетеді [2].

4. 
   Сұйықтықтағы электр тогы. Электролиз үшін Фарадей заңы
   

Ерітінділерде заряд таситын бөлшектер ондағы молекулалардың иондарға ыдырауы нәтижесінде пада болады. Ерітіндідегі молекулалардың иондарға ыдырауын диссоциация құбылысы дейді. Мысалы, NaCl молекуласы суда қарама-қарсы зарядталған Na⁺ және Cl^- иондарына ыдырайды. Диссоциация құбылысын былай түсіндіреді. NaCl молекуласы, полярлы молекула, яғни олардың электр моменттері бар. NaCl молекуласының әр ионының маңындағы электр өрісінің кернеулігі өте үлкен, шамамен 10⁸ В/см-ге тең мән қабылдайды. Бұл өрістің әсерінен судың молекулалары бағытталып, поляризацияланып, NaCl молекуласының иондарының арасындағы байланыс күшін әлсіретеді. NaCl молекуласы жылулық қозғалыстың әсерінен екі Na⁺ және Cl^- иондарына ыдырайды, яғни диссоцияланады. Диссоциялану дәрежесі температураға байланысты өседі[4].

Таза сұйықтардың, сондай-ақ, органикалық қосылыстардың судағы ерітінділерінің іс жүзінде электр өткізгіштік қасиеті болмайды. Бірақ суда органикалық емес заттарды еріту арқылы алынған электролиттер айтарлықтай электр өткізгіштік қасиетке ие болады. Мұндай құбылысты зерттеу үшін ыдыстағы ерітіндінің ішіне екі металл электрод орналастырып, оларға сыртқы ЭҚК көзінен потенциал айырымы беріледі. Бұл кезде электролитте электр өрісі пайда болып, ал тізбекте ток байқалады. Процесс барысында электродтарда белгілі бір заттар түзіле бастайды да, бұл электролиттердегі токты тасымалдаушы бөлшектер электрон емес, зарядталған атомдар немесе молекулалар бөлшектері, яғни иондар екендігін көрсетеді. Иондар ерітіндіде еріткіш молекулаларының әсерінен еріген заттардың молекулаларының бөлшектерге бөлінуінің арқасында пайда болады. Мысалы, молекула екі ионға ажырау барысында оның бір атомы екіншісінің электронын өзіне «тартып» алып, артық зарядқа ие болса, екіншісі электронын жоғалту арқылы оң ионға айналады. Мұндай иондар су молекулаларымен активті химиялық қатынасқа түспейді.

Электролиз (электро... және грек. lysіs – еру, ыдырау) – еріген немесе балқыған электролитке батырылған электродтарда электр тогы әсерінен жүретін химиялық реакция. Электролиттер арқылы өткен электр тогы химиялық энергияға айналады. Электролиз электролитпен толтырылған ыдысқа екі электрод орналастырып, оларды тұрақты ток көзінің полюстеріне жалғастыру нәтижесінде өтеді. Электролиз аппараттарын электролизерлер, электролиттік ванналар деп атайды. Электролизерлер корпусы болат, керамика, пластмасса, шыныдан жасалады. Коррозия мен жоғары температурадан сақтау үшін корпустың ішкі беті гуммирланады, пластмасса, отқа төзімді кірпіш немесе коррозияға берік материалмен қапталады. Катодтар дайындау үшін болат, түсті металдар (сынап, қорғасын, платина, т.б.), металдар қорытпасы, көмір немесе графит қолданылады. Анодтар еритін және ерімейтін болады. Еритін анодтар жоғарыда аталған түсті металдан, көміртекті болаттан, кейбір қорытпалардан, ерімейтін анодтар платина, графит немесе көмір, никель және қорғасын, марганец қос тотығы, магнетиттен жасалады. Ерімейтін анод электролиз кезінде бүлінбейді. Электр өрісінің әсерінен электролиттердегі зарядталған бөлшектердің – иондардың ретсіз қозғалысы белгілі бір бағытқа келеді: катиондар катодта, аниондар анодта зарядсызданады, яғни катиондар катодтан жетіспейтін электрондарын қосып алып тотықсызданады, аниондар анодқа артық электрондарын беріп тотығады. Балқыған натрий хлоридін NaCl электролиздегенде электролитте катион Na+ және анион Cl болатындықтан, Na+ катодтан жетпейтін электронын қосып алып, яғни тотықсызданып, натрий металл күйінде бөлінеді. Cl иондары анодқа артық электрондарын беріп, яғни тотығып газ түрінде Cl2 бөлінеді. Бұл мысалда анод хлор әсерінен бүлінбейтін төзімді материалдардан (платина, графит) дайындалады. Натрий хлоридінің (NaCl) судағы ерітіндісін электролиздегенде катодта бөлінген металл сумен әрекеттесіп сутек және сілті 2Na+2H2O=H2+2NaOH, анодта бөлінетін хлор сумен әрекеттесіп тұз қышқылы мен хлорлылау қышқылын Cl2+H2O=HCl+HClO түзеді.

Су ерітіндісінде электролиттің диссоциалануынан түзіін иондардан басқа, судың диссоциациялануынан сутек катионы мен гидроксил анионы болады, сондықтан катодта зарядсыздана алатын металл иондары және сутек катиондары болады. Қандай ионның зарядсыздануы олардың активтік қатардағы орнына, иондар концентрациясы мен электрод материалына байланысты. Оңай зарядсызданатын металдар активтік қатардың соңында, қиын зарядсызданатын металдар активтік қатардың бас жағында орналасқан. Электролиз процесі нәтижесінде бөлінетін заттың мөлшері сол заттың табиғаты мен электролиттен өткен ток мөлшеріне байланысты (Фарадей заңдарын қараңыз). Электролиз процесі лабороторияда, ғылыми-зерттеу жұмыстарында, өндірісте кеңінен қолданылады. Өндірістерде электролиз арқылы көптеген металдар, сілтілер, хлор, сутек, оттек, ауыр су, көптеген органикалық заттар, тағы басқалары алынады. Электролиз техникада бедерлі заттардың көшірмесін металл бетіне түсіру, металл жалату, металдарды электролиттік тазалау, тағы басқалары қолданылады. Тез және өте жоғары дәлдікпен анықтайтын аналитикалық әдістер де электролиз процесіне негізделген

Міне, осындай иондар электр өрісінің әсерінен бағытталған қозғалысқа ие болып, қарсы таңбалы электродтарға тартылып, өзінің артық зарядын береді де атомдарға айналады. Бұл атомдар электродтарға түзіледі немесе екінші рет реакцияға қатысып, электролиз құбылысын күрделендіре түседі.

Еріту процесі кезінде иондардың пайда болуын электр өрісі жоқ кезде, яғни диссоциацияны тікелей тәжірибе жүзінде байқауға болады.

Диссоциацияның белгілі бір дәрежесін, диссоциация коэффициентін α-мен белгілеу қабылданған. Ол еріген затың молекуласының қай бөлігі диссоциациялану күйінде тұрғандығын көрсетеді. Егер ерітіндінің бірлік көлеміндегі еріген заттың молекулаларының саны n-ге тең болса, онда n'=αn молекула ерітінді ішінде ион түрінде, ал n''=(1-α)n молекула диссоциацияланбаған молекула түрінде кездеседі [1].

Диссоциация дегеніміз иондарға ыдырау процесі. Иондар су молекуласымен әрекеттесіп гидраттанады. Иондар зарядталған бөлшектер. Электролиттік диссоциациялану теориясының негізін швед ғалымы С.Арренус қалады. Күшті және әлсіз электролиттер. Электролит молекуласындағы атомдар арасындағы байланыстың беріктігіне карай диссоциацияланған молекулалар саны диссоциацияланбаған молекулалар санынан не көп, не аз болуы мүмкін. Электролит молекуласындағы байланыс әлсіз болса, диссоциацияланған молекулалар саны көп болады. Керісінше байланыс берік болғанда, иондарға айналатын молекулалар саны аз болады. Электролиттің қандай мөлшерде диссоциацияланғанын көрсететін шама -диссоциациялану дәрежесі деп аталады және α (альфа) әрпімен белгіленеді. Диссоциациялану дәрежесі дегеніміз — диссоциацияланған молекулалар санының ерітіндідегі жалпы молекулалар санына қатынасы. Диссоциациялану дәрежесін процентпен көрсету үшін оның шамасын 100-ге көбейтеді. Мысалы, электролиттің диссоциациялану дәрежесі 60% болса, бұл оның 100 молекуласының 60-ы иондарға ыдырағанын білдіреді.

Ерітінділердің меншікті электрлік өткізгіштіті белгілі температурада концентрациямен күрделі байланыста болады. Егер еритін затты кез келген пропорцияда ертітуге болса, онда белгілі бір концентрацияда электр өткізгіштік максимумге ие болады.

Электролиттердің диссоциацияға түсу себебі – электролит судың полюсті молекулаларымен әрекеттесуінен болады. Сонда иондар ерітіндіге өткенде олар гидратацияланады: HCI + nH₂O ↔ H⁺(H₂O)_x + CI^-(H₂O)_n-x, сондықтан сутек иондары – протон-ерітіндіде бос жеке бола алмайды, судың полюсті молекулаларымен әрекеттесіп Н⁺(Н₂О), Н₃О⁺ – гидроксоний-ионы пайда болады. Мұндағы жаңа ковалентті байланыс донорлы-акцепторлы механизм бойынша, яғни оттегінің бос электрон жұбы арқылы түзіледі. Сонда қышқыл диссоциацияланғанда оның молекуласы иондарға ажырайды және протоны су молекуласымен реакцияласады. Бірақ реакция теңдеулерінде жеңілдік үшін Н₃О⁺ жазбай Н⁺ деп жазады. Сонымен, қышқылдар ерігенде сутек катионына және қышқыл қалдығы анионына, негіздер ерігенде металдардың катионына және су қалдығы анионына (гидроксид-ионына), тұздар ерігенде металдар катионы мен қышқыл қалдығы анионына диссоциацияланады.

Диссоциция дәрежесіне байланысты электролиттер шартты түрде күшті және әлсіз болып бөлінеді. Диссоциация дәрежесі еріткіш табиғатына тәуелді, еріткіш полярлылығы жоғары болған сайын еріген заттың барлық жағдайлары бірдей болғанда, α-сы жоғары болады. Электролиттік диссоциация кезінде жылу бөлінетідіктен, не сіңірілетіндіктен α температураға да тәуелді. Температура әсерін Ле Шателье принципі бойынша анықтаса: егер электролиттік диссоциация эндотермиялық процесс болса, онда температураны көтергенде диссоциация дәрежесі өседі, ал температураны төмендетсе – азаяды.

Диссоциациялану дәрежесіне байланысты электролиттер 3 топқа жіктеледі:

1. 
   Күшті электролиттер, олардың диссоциациялану дөрежелері 30%-тен жоғары болады. Мысалы: HN0₃ 91%, NaCl 84%, HC1 92%, КОН жәнө NaOH 84% болады. Күшті электролиттердің молекулалары сүйылтылған ерітіндіде иондарға толығымен ыдырайды.
   
2. 
   Орташа электролиттер. Олардың диссоциациялану дәрежелері 3% пен 30% аралығында болады. Мысалы: Н₃Р0₄ 26%, HN02 6,5%, т.с.с.
   
3. 
   Әлсіз электролиттер. Олардың диссоциациялану дәрежелері 3%-тен төмен болады. Мысалы, СН₃СООН (сірке кышкылы) 1,3%, NH₄OH (аммоний гидроксиді) 1,3%, Н₂С0₃ (көмір қышқылы) 0,171'/о, H₂S (күкіртті сутек қышқылы) 0,07%, т.с.с.
   

Айта кететін жағдай, тамаққа қосылатын қышқылдар — сірке қышқылы, лимон қышқылы, алма қышқылы, сол сияқты дәрі ретінде қолданылатын бор қышқылы, ацетилсалицил қышқылы (аспирин) әлсіз электролиттерге жатады. Судың диссоциациялану дәрежесі бөлме температурасында бір миллиард молекуладан біреуі ғана диссоциацияланады. Сондықтан оның диссоциациялану теңдеуін жазбай молекула түрінде бейнелейді.

Электролиттердің диссоциациялану дәрежесіндегі айырмашылықты олардың электрөткізгіштігі арқылы анықтауға болады. Ол үшін концентрациялы сірке кышқылының ерітіндісіне электр өткізгіштікті тексеретін аспаптың электродтарын батырып, ток көзіне қосамыз. Электр шамы әлсіз жанады. Енді электродтарды дистилденген сумен жуып, концентрациясы сірке қышқылының концентрациясындай тұз қышқылының ерітіндісіне салып ток көзіне косамыз, аспаптың шамы жарқырап жанады. Сірке кышқылында диссоциацияланған молекулалар саны аз, сондықтан электр шамы әлсіз жанады, яғни электрөткізгіштік ерітіндідегі иондар санына байланысты болады. Ал тұз қышқылының ерітіндісінде диссоцияланған молекулалар саны өте көп болғандықтан электр шамы жарық жанады.

Электролиттердің иондарға ыдырауының сандық мәні диссоциациялану дәрежесі арқылы өрнектеледі. Диссоциациялану дәрежесі дегеніміз — иондарға ыдыраған молекула санының жалпы молекула санына қатынасы. Электролиттерді диссоциациялану дәрежесінің мәніне қарай 3-ке бөледі: күшті, орташа, әлсіз электролиттер [5].

анықталатындығын, яғни тоқ кернеуліктің бірінші дәрежесіне тура пропорционал болатындығын дәлелдейік.

Электр өрісінің әсерінен бағытталған қозғалыстағы иондардың жылдамдықтары үздіксіз өспейді. Себебі қозғалыстағы иондарға электролит тарапынан шамасы олардың қозғалу жылдамдығына тура пропорционал кедергі күші – тұтқырлық үйкеліс күші үздіксіз әсер етеді. Иондар энергия көзінен алған энергияларын электролитке үздіксіз беріп оның орташа температурасын арттырады. Иондар ортамен үздіксіз әсерлесетіндіктен олардың «еркін жүру жолы» нөлге тең болады. Сондықтан иондарды тұтқыр сұйықта өте жай қозғалатын шарик деп қарастыруға болады. Бұл жағдайда тұтқыр сұйық тарапынан ионға әсер ететін үйкеліс күші жылдамдықтың бірінші дәрежесіне пропорционал болып,

(23)

теңдігімен анықталады.

Ом заңы орындалуы – үйкеліс күшінің тасымалдану жылдамдығының бірінші дәрежесіне пропорционалдығының салдары. Егер бұл жағдай орындалмаса, Ом заңы электролит арқылы өтетін тоқты сипаттамайды. Өріс кернеулігі үлкен мән қабылдап 10⁶ В/м шамасына таяғанда, бұл шарт орындалмай, Ом заңы дұрыс болмайды.

Температура өскенде тұтқырлықтың азаюы нәтижесінде иондардың қозғалғыштығы, молекулалардың диссоциялану дәрежесі артуы салдарынан электролиттің электрөткізгіштігі көбейеді.

Электролит арқылы электр тоғының өтуін мұқият талдайық. Ол үшін ыдыстағы электролит ішіне екі металл электродтар орналастырып, оларға сыртқы ЭҚК көзінен потенциал айырымын түсірейік.

11-сурет. Электролиз құбылысы.
Сонда құрастырылған тұйық тізбек арқылы заряд тасылады, яғни электр тоғы өтеді. Алайда электролит пен металдардағы заряд тасушы бөлшектердің табиғаты әр түрлі. Металдарда заряд тасушы бөлшектер – электрондар, ал электролитте – иондар. Сонда «тізбек бойымен заряд тасу құбылысы тұйықталу үшін металмен электролит шегарасында табиғаттары әр түрлі заряд тасушылар бірін-бірі қалай алмастырады?» деген заңды сұрақ туады. Бұл сұраққа былай жауап беруге болады.

Сыртқы ЭҚК-нің потенциал айырымының әсерінен электролиттің иондары бағытталған қозғалысқа келіп, олар қарсы таңбалы электродтарға қарай жылжиды. Теріс таңбалы иондар анодқа, ал оң таңбалы иондар катодқа қарай жылжиды. Оң иондар катодпен соқтығысқанда олар одан жетіспейтін электрондарын өздеріне қосып алады, ал теріс иондар анодпен соқтығысқанда өздерінің артық электрондарын электродқа береді. Осы құбылыстың нәтижесінде электрод маңдарында иондар электр бейтарап бөлшектерге айналып, ерітіндідегі иондардың саны азаяды, яғни электролит ыдырайды. Сонымен, мынадай қорытынды жасауға болады: өткізгіштік тектері әр түрлі электролит және металл сияқты өткізгіштерден құрастырылған электр тізбегі арқылы электр тоғы өткенде электролит химиялық ыдырайды. Бұл құбылысты электролиз құбылысы дейді. Электролиз құбылысын 1833 жылы ағылшын физигі М.Фарадей ашқан.

Электролиз кезінде электродтарда бөлінетін заттардың мөлшерін зарядтың сақталу заңына сүйеніп, былай есептеуге болады.

Заряд тасуға қатынасатын ионның заряды Z – ионның атомының валенттілігі мен e – элементар зарадының көбейтіндісі болса, t уақыты ішінде тізбек арқылы Q заряды тасылғанда әр электродта бөлінетін иондардың саны Q/(Ze) болады. Бір мольға тең заттың ішіндегі ионар саны Авагадро N₀=6,02·10²³ санымен анықталады. Сонда электролиз кезінде электродта бөлініп электр бейтарапталған атомдарының мөлінің саны Q/(ZeN₀) шамасымен анықталады. Егер ионның атомының массасы А болса, электр тізбегі арқылы шамасы Q-ға тең заряд тасылғанда электродта бөлінетін заттың граммен өлшенген мөлшері

өрнегімен анықталады. Кейінгі өрнекке енетін F=eN₀ шамасы – электрондардың бір мөлінің зарядына тең әмбебап шама. Бұл санды Фарадей саны деп атап, F әрпімен белгілейді. Фарадей саны

шамасына тең. Q=I·t қатынасын пайдаланып, электродта электролиз кезінде t уақыт аралығында бөлінетін заттың массасын анықтайтын

өрнекті аламыз. Кейінгі қатынас электролиз құбылысын сипаттайтын Фарадей заңы деп аталады. Фарадей заңы бойынша, электродта электролиз құбылысы кезінде бөлінетін заттың массасы тізбек арқылы тасылатын заряд мөлшеріне тура пропорционал [4].

Ерітіндіде диссоциация процесімен қатар, оған кері процесс иондардың бірігіп нейтраль молекулаларға айналу процесі жүреді. Диссоциация процесі кезінде пайда болатын иондардың саны көбейген сайын кері процестің интенсивтігі арта түседі. Пар иондаодың концентрациясы белгілі бір шамаға жеткенде динамикалық тепе-теңдік күй орнығады. Осы кезде оң және теріс иондардың концентрациясының диссоциация процесі кезінде өзгеру жылдамдығы dN'/dt кері процесс кезіндегі диссоциацияланбаған молекулалардың концентрациясының өзгеру жылдамдығына dN/dt тең болады [2].

(27)

Зарядтың бұл мәні шамамен сол жылдары, ХХ ғасырдың басында анықталған электрон зарядымен бірдей болып шығады. Сонымен, электр зарядының атомдық құрылысы жайындағы түсініктер толық мақұлданды.

Электролитте ион еріткіштің молекулаларының қоршауында болады. Сонда иондармен әсерлесудің нәтижесінде дипольді молекулалар ионға өздерінің қарсы таңбалы ұштарымен бұрылады.

Міне, сондықтан да электр өрісіндегі иондардың бағытталған қозғалысы біршама қиындайды да, олардың қозғалғыштығы 3·10^-7м²(В·с)-тан аспайды, яғни металдардағы өткізгіштік электрондарының қозғалғыштығына қарағанда айтарлықтай төмен болады. Сондай-ақ мұндағы иондардың концентрациясы да металдағы электрондар концентрациясынан аз болғандықтан, электролиттердің электрлік өткізгіштігі металдың электрлік өткізгіштіктеріне қарағанда аз болады да, әдетте 10²-10³ см/м шамасынан аспайды.

Электролиттер ток әсерінен қатты қызғандықтан, олардағы ток тығыздығының шекті мәні жоғары болмайды, яғни электр өрісінің кернеулігін көп арттыруға мүмкіндік жоқ. Мұндай өрістерде, әдетте, иондардың қозғалғыштығы өріс кернеулігіне байланысты болмайды да, электролиттер Ом заңына бағынады. Электролит температурасы жоғарылаған кезде еріткіш дипольдарының ретті бағытталуы молекулалардың ретсіз қозғалысының күшеюіне байланысты нашарлайды, сондықтан да, дипольдік «бұлт» ыдырауы иондардың қозғалғыштығы, яғни ерітіндінің өткізгіштігі артады.

Ерітінділердің меншікті электрлік өткізгіштігі белгілі температурада концентрациясымен күрделі байланыста болады. Егер еритін затты кез келген пропорцияда ерітуге болса, онда белгілі бір концентрацияда электрлік өткізгіштік максимумге ие болады.

Мұның себебі мынада: молекуланың иондарға ажырауы бірлік көлемдегі еріткіштің және еріген заттың молекулаларының санына пропорционал. Бірақ кері процестің де, яғни иондардың молекулаға бірігуі де жүруі мүмкін, оның ықтималдылығы қос иондар санының квадратына пропорционал.

Міне, сондықтан да аз концентрация жағдайына диссоциация толық жүреді, бірақ иондардың жалпы саны аз. Үлкен концентрацияларда диссоциация әлсіз де, иондар саны тағы да аз өткізгіштің максимумы байқалмайды.

Су ерітінділері қатая бастағанда олардың тұтқырлығы тез артады да мешікті электрлік өткізгіштігі мыңдаған есе азайып кетеді. Мысалы, сұйық металдардың қатаюы барысында электрондардың қозғалғыштығы, яғни меншікті электрлік өткізгіштік іс жүзінде өзгермейді.

Жоғарыда Ом заңының электролитте орындалатынын айттық. Ал бұл заң электролиттік ваннада, электрод металл мен ерітіндінің шекарасында потенциалдық секіруі болатындықтан орындалады. Бұл электродтың және ерітіндінің химиялық табиғатына байланысты [1].

Электролиз көптеген техникалық қолданулар тапқан. Мысалы, Б.С.Якоби электролизді бедерлі моделдердің металдық көшірмесін алу үшін қолдануды ұсынды. Бұл әдісті гальванопластина деп атайды. Гальванопластина кезінде пластикалық материалдан жасалған модель графит ұнтағымен қапталады да катод ретінде электролитке батырылады. Электролиттің құрамында бедер көшірмесін түзейтін металл болады. Электролиз кезінде металл катод бетіне жабысып, моделдің дәл көшірмесін жасайды. Кейін моделдің дәл көшірмесі оңай ажыратып алынады.

Электролизді металл бұйымдарды басқа металдардың жұқа қабатымен қаптау үшін қолданылады. Кейде металды коррозиядан сақтау үшін электролиз қолданылады. Бұлардан басқа электролиз техникада да көп қолданылады [2].

Ерітінділерде ток тасымалдайтын зарядталған бөлшектер диссоциация процесі кезінде пайда болатын оң және теріс иондар болғандықтан, ток тығыздығының формуласын:

(28)

түрінде жазуға болады. Иондардың қозғалтқыштары мен диссоциация коэффициенті ерітілген заттың концентрациясына, температураға тәуелді, бірақ электр өрісі кернеулігінің бірнеше миллион В/см мәніне дейін бұл тәуелділік өте әлсіз.

Ерітілген заттың концентрациясы аз болса, диссоциация коэффициенті тұрақты шама және иондардың қозғалғыштықтары да концентрацияға тәуелді болмайды. Ендеше, әлсіз ерітінділердің электрөткізгіштігі концентрацияға тура пропорционал болады. Күшті ерітінділерде пар иондардың саны өте көп болғандықтан олардың өзара әсерін еске алу керек. Осы әсердің нәтижесінде қосымша тежелу күштері пайда болады.

Ерітінділердің электрөткізгіштігінің температураға тәуелділігін қарастыратын болсақ, температура артқан сайын сұйықтың тұтқырлығы кемитіндіктен және ретсіз қозғалыс диссоциация процесін жеңілдететіндіктен, температура артқан кезде, ерітінділердің электрөткізгіштігі өседі.[2]

Кейде Фарадей заңын Фарадейдің бірінші және екінші заңы деп екіге бөледі.

Фарадейдің бірінші заңы:

Электролит арқылы Q заряды тасылғанда электродта бөлінетін заттың массасы тасылған зарядтың шамасына тура пропорционал

. (27)

Мұнда k – электролит арқылы бір өлшем заряд тасылғанда электродта бөлінетін заттың массасын көрсететін тұрақты. Бұл тұрақтыны электрохимиялық балама дейді.

(26) және (27)-теңдіктерін салыстырып, Фарадейдің екінші заңын былай тұжырымдаймыз:

Электрохимиялық балама химиялық баламаға тура пропорционал

Мұнда A/Z шамасы – химиялық балама.

2. Демонстрациялық құрылғылармен электродинамика тақырыбын орта мектепте оқыту әдістемесі
Жаңа ХХІ ғасырды – білім ғасыры, ақпарат ғасыры десек те, физикалық қағидалар кеше, бүгін, ертең және әрқашанда табиғат құбылыстарын сипаттаушы негізгі заңдылықтар болып қала бермек. Соған қарамастан, физиканы оқыту теориясы мен әдістемесінде электроникаға бөлінетін көңіл мен орын оның шын мәніндегі дәрежесі мен мағынасына сәйкес деп санауға ешбір негіз жоқ. Политехникалық білім беру және мамандыққа баулуға арналған соңғы оқулықтардың бірінде [32] оқушыларды электродинамикаға оқыту дегеніміз – ғылыми-техникалық прогресті айқындаушы бағыттардың біреуінің физикалық негіздерінен жеткілікті және тиянақты білім беру деп атап көрсетіледі.

Ендеше электродинамиканың потенциалы физика курсында оқу құралдары ретінде қолданыстағы электронды аспаптардың саны мен сапасынан көрінуі қажет (3-кесте).

Тәуелсіздік алғаннан кейінгі жиырма жыл ішінде оқу құралдары, олардың ішінде электрондық құралдар саны жағынан азаймаса, көбеймеген.

Демек, электродинамиканың ғылыми-техникалық прогресті дамытудағы жетістіктерінің айтарлықтай болғанына қарамастан, оның оқу үрдісіндегі орыны ешбір өзгеріске ұшырамаған. Егер осы электронды құралдар сапа жағынан талданатын болса, олардың басым көпшілігі радиоэлектрондық аспаптардың элементтік базасына (резистор, конденсатор, катушка, шамдар, шала өткізгіш диод, транзистор, фотоэлементтер, т.б.) жататын құралдар немесе ток көздері екендігі көрінеді. Бұлардың ешқайсысы электрониканың даму бағыттары мен деңгейі туралы ешбір мағлұматтар бермейді.

Әрине, оқу құралдарын шығарушы өндіріс құралдары электродинамиканың тамаша табыстарынан мүлдем қашық тұрғанымен, оның элементтерін оқу үрдісіне енгізуге, ескі құралдардыың элементтік базасын ауыстырып, жаңартуға азды-көпті үлес қосуға тырысты. Мысалы, шала өткізгіш құралдармен жасалған аспаптардың үлесі көбейді [7]. Электровакуумды осциллограф ОЭШ-61ттранзисторлы ОДШ-3 осциллографымен, СЭД-1 электромеханикалық секундомер ССУ-М текті электронды секундомермен ауыстырылып, лампалы УД-1 ультрадыбыс генераторының орынына транзистрлы УД-76 шығарылды. Оқушыларға өздігінен жасауға ұсынылған кейбір құралдардың схемаларында өрісті транзисторлар мен микросхемалар енгізілді [8]. Бұдан кейінгі жылдары жарық көрген оқулықтарда цифрлы микросхемалармен жасауға ұсынылған құралдардың үлгісі көбейе түсті [9]. Бірақ электроника негіздерінен, әсіресе аналогты-цифрлы электроникадан арнайы пәннің материалдық базасын құруға жарайтын, мектептерге жаппай енгізуге болатын өндірістік үлгідегі бірде-бір электронды аспап шығарылмапты. Соған байланысты алдағы уақытта осы көкейкесті мәселе туралы Қазақстан бір тұжырымға келуге тиіс деген пікір ғылыми жұртшылықтың ойында көптен бері орын алуда.

Физикалық демонстрациялық жұмыстар – тыңғылықты білім көзі. Физика – эксперименталдық ғылым. Академик П.Л . Капицаайтқандай, «Эксперимент – физиканы оқытудың негізгі ірге тасы»[10]. Ғылымы мен техникасы барша жұртты тамсандырып отырған қазіргі заманды былай қойғанның өзінде, 1900 жылы патшалық Ресейдің оқу министрінің арнайы дидактикалық комиссиясыныңбір қаулысынан мынандай тұжырымдаманы кездестіруге болады: «Преподавание физики, в котором демонстрация не составляет основы и краеугольного камня всего изложения, должно быть признано бессполезным и даже вредным, а посему не следует отступать ни перед какими жертвами, которые окажутся необходимыми для достижения правильной постановки демонстрационной части преподавания»[11]. Физиканы оқытудағы демонстрацияның қаншалықты маңызды екенін көре білген сол кездегі ойшылдардың көзқарасын толық жеткізу мақсатымен, оны аударусыз келтіруді жөн көріп отырмын. Әрине, демонстрациялық жұмыс – оқыту үрдісіндегі негізгі нысана емес, сол мақсатқа жетудегі басты құрал, тәсіл екенін олар жақсы түсіне білген.

Гуманитарлық пәндерді оқыту барысында мұғалімнің жаңа мағлұматты оқушыға ауызша айту арқылы үйретуі әбден жеткілікті болса, физикалық құбылыстарды, жаңа заңдылықтар мен ұғымдарды игеру үшін бір-біріне егіз қозыдай ұқсас әңгімелеу мен жаттап алу секілді күнделікті қайталанып отыратын әдістердің ешбір нәтиже бермейтіні бұрыннан белгілі. Соған байланысты, көптеген алдыңғы қатарлы ойшылдар физиканы оқытудың жаңа әдістерінің ұйтқысы болумен қатар, тамаша тәжірибелердің қорын құра білді. Әр түрлі мамандандарылған жиындар мен съездер арқылы өздерінің мол тәжірибесін көпшілікке таратумен шұғылданды және физикалық тәжірибелердің жалаң демонстрациясынан бірте-бірте зертханалық сабақтарды ұйымдастыруға бастама жасады

Физиканың демонстрациялық жұмыстарын кеңінен таратудың тағы бір жолы – үздіксіз қолданыста жүретін әдістемелік оқу құралының болуы. Оқлықта келтірілген демонстрациялық жұмыстар өте қарапайым, оқушы оны оңай орындап, нәтижесін тікелей қабылдай алатын деңгейде қойылуы міндет. Бұл шарт, әрине, сол демонстрациялық жұмыстарды тұңғыш ұсынушы автордың әдістемелік шеберлігі мен көзқарасының кеңінен қалыптасуына, ойының ұшқырлығына тікелей байланысты. Сонымен бірге кітапта демонстрациялық жұмысты орындаудың барлық жолдары жан-жақты талқылануы қажет.

Біз өмір сүріп жатқан бүгінгі заман – өткен уақыттан қоғамдық қатынастардың барлық түрінің жедел түрде дамуымен, халықтың іскерлік ынтасының ерекше белсенділігімен дараланады. Пейджингті, ұялы, ұтқыр (мобилбді), Жердің жасанды серігі арқылы байланыстар, дербес компьютер, электрондық фото, цифрлық теледидар және т.б. соның айқын куәсі. Білім мен ғылымның осы салалары туралы физика курсы көлемінде оқушыға жеткілікті мағлұмат беру қиын да күрделі жұмыс екендігі әбден түсінікті. Соған қарамастан, жас жеткіншектер қоршаған әлемді тануға, өзінің қабілетін дамытуға, оқып-білгеніне, көріп-пайдаланып жүрген құралына сын көзбен қарауға тырысады. Орта буындағы жас ұрпақ-кешегі ойын қуған бала да емес, ақыл тоқтатқан ересек азамат та емес. Бірақ білімнің айрықша рухани күш екенін және оның мектептің қоңырауымен басталып, онымен шектелмейтінін, сапалы білім алу үшін көп іздену қажеттігін, сонда ғана өмірдегі орын үшін күресте өзінің күшіне сенуге болатынын, қоғамдық күрделі түйіндерді шешуге қатынасуға, өзінің де, өзгенің де болашағын өзгертуге, бұл туралы бұрыннан қалыптасып келген керітартпа көзқарастарды жаңартуға болатынын ол толық сезінеді. Мұндай түйіндердің әрқайсысы өз алдына жеке-дара, өте кең ауқымды мәселе болса да, жастарға соны игеруге, сол арқылы іргелі білім алуға мүмкіндік туғызу қажет. Ендеше болашақ ұрпақтың мүддесі үшін күресу дегеніміз – өткенді екшелеп, бүгінгіні талдап, болашақты болжау үшін қажет нәрсенің бәрін жасау, ұйымдастыру деген емес пе?Ал сапалы да іргелі білім алу – оның борышы ғана емес, азаматтық құқығы [12]. Бірақ осындай мақсатпен соңғы жылдары дүниеге келген, «тисе – ағашқа, тимесе – бұтаққа» деген пиғылмен жазылған көптеген оқулытар мен оқу құралдарының басым көпшілігі ешбір сын көтермейді. Согнымен қатар, еліміз тәуелсізік алғаннан бері Ресейде шығарылатын физика, математика, техника саласындағы оқу құралдары мен оқулықтардың Қазақстанға жеткізілуі мүлдем сиреді.

Дербес компьютерлердің оқу үрдісіне кеңінен енгізілуінің нәтижесінде электродинамикалық және электронды құрылымдардың сызбасын монитордың экранында жобалауға, жұмысын сипаттауға, олармен әртүрлі виртуалды (жорамал) эксперименттер жүргізуге мүмкіндік туып отыр. Осы бағытта жұмыс істеп жүрген көптеген талапкер мамандардың еңбегінің нәтижесінде, компьютер оқушыға тиянақты білім берудің сенімді құралы болып келеді. Компьютерлік бағдарламалық өнімдердің бүгінгі күні көптеген версияларын кездестіруге болғанымен, барлығы бірдей оқу жүйесінде қолдануға жарамды бола бермейді.

Электр тізбектері мен электронды құрылымдардағы физикалық құбылыстарды суреттеуге арналған бағдарламалар пайдалануға қолайлы, компьютерге орнатуға ықшамды, эксперименталдық мүмкінншілігі кең болумен қатар, оларды тексеру, зерттеу әдісі бойынша нақты жағдайға мейлінше айқын бейімделуі міндет. Сондай өнімдердің бірі – АҚШ-та дайындалып, Ресейде орыс тілінде ықшамдалынып қайта өңделген, «Electronics Workbench 4.0» деген бағдарламалық жүйе [13]. Бұл бағдарлама Windows интерфейсінде 1000-ға жуық, күрделілігі әртүрлі деңгейдегі электрлік және электронды схемаларды тұрақты, айнымалы ток режимі байланысты зерттеуге бейімделген. Электр тізбегіндегі физикалық роцестерді суреттеуге арналған мұндай бағдарламаларды пайдаланудың нақты жағдайда жұмыс істеумен салыстырғанда біраз ерекшеліктері бар. Виртуалды тізбектің параметрлерін өзгерту кезінде оқушының жіберген ағаттығы құралдардың бүлінуіне апармайды және токпен жарақаттану қаупі тумайды. Бірақ электродинамика теориясы мен эксперименті қатар тұратын, басқалай оны игеруге болмайтын, оқушы эксперименті қолмен орындап, нәтижесін дұрыс болса да, болмаса да көзімен көріп, оны сана-сезімімен ұғып, дұрыс шықпаса – себебін тауып, қайта жөндеп үйрететін, сонда ғана шын мініндегі маман боуға жетелейтін жаратылыстану пәндердің ішінде өмірді өзгертуде айрықша орны бар ілім.Сондықтан нақты физикалық процестерді компьютермен бейнелеу жеткілікті деп, нақты зертхананы виртуалды зертханаға мүлдем ауыстырып жіберудің және физикалық экспериментті компьютермен айырбастау – материалдық шығынды азайтады деп келте ойлаудың салдарынан компьютерден басқа ештңені көрмеген болашақ маманның өндіріске барғанда қандай күйде болатынын елестетудің өзі мүмкін емес. Ендеше мұндай әсіре еліктеушіліктің ешбір оңды нәтиже бермейтінін, ал өзіміз үшін білім мен ғылымдағы сараңдық әрқашанда екі-үш есе артық құн төлеуге мәжбүрлейтінін естен шығармау қажет. Ғылымды игеруге экспериментсіз жалаң теория қандай тиімсіз болса, физикалық құбылысты экспериментсіз жалаң бейнелеу де соншылықты пайдасыз.Егіз қозыдай қатар қолданылатын осы екі әрекет әдістемелік тұрғыдан жанжақты ойластырылып, бірін-бірі толықтырып отыруға икемделіп жүзеге асырылса, сол арқылы білім берудің сапасы көтерілсе, оқыту ісі өзінің мақсатына жетті деп санауға болады [11, 14].

Жоғарыда көрсетілгендей, экспермент, физиканың ғылымдағы айрықша үлесіне сәйкес, оқыту үрдіснің негізгі құраушы бөлігі және уақыт өткен сайын эксперименттің оқу жүйесіндегі маңызы үдей түсуде. Өйтені экспериментсіз физиканы, физикасыз экспериментті елестетудің өзі мүмкін емес. Тек эксперимент қана оқушыларға әлемнің материалды екенін, оны оқып-түсінуге болатындығын және табиғатты танудың жалғыз құралы екендігіне көз жеткізеді [15]. Өкінішке орай, әдістемелік оқу құралдарында экспериментті орындаудың, құрудың техникалық жабдықтарын дайындаудың жолдарына көбірек көңіл бөлініп, оның танымдық функциясы көміскіленіп, физикалық құбылыстарды түсінудегі рөлі ашылмай келеді. Ал эксперимент – теорияны іс жүзінде тексеруді, қағидалардың ақиқатына жетудің жалғыз жолы. Сонымен қатар, эксперимент физикалық ұғымдарды оқушы санасында тез қалыптастырудың негізгі әдісі тартымды эмоция туғызатын эксперимент қана материалды игеруді жеңілдетеді, оқушышы шығармашылық түрде еңбектенуге жетелейді. Осы мақсатқа жетуде оқу үрдісінде физикалық практикумның үлесі ерекше.

Университет, институттар үшін дайындлған физикалық практикумдардың элементтері мектеп көлемінде, алдымен физикалық құбылыстарды тәжірибелеу үшін, кейін зертханалық жұмыстар түрінде қолданыла бастағанымен, шын мәніндегі практикум дәрежесіне көтеріле алмады [16, 17]. Бұған, бір жағынан, эксперименттің оқушылар үшін күрделілігі себеп болса, екіншіден, практикумның материалдық базасын мектеп көлемінде дайындаудың қиындығында болды. Сонымен қатар, зертханалық жұмыстарды орындаудың қазіргі кезге дейін әдістемесінің көптеген жетістіктерімен қоса, кемшіліктері де жоқ емес:

а) Оқушылар жұмыс нұсқауының ережелеріне еріксіз тәуелді және нұсқау бойынша жұмысты орындап шығып, оны не үшін істегенін, қандай нәтиже алғанын, қандай заңдылықтарды тексергенін түсіне бермейді;

б) Зерханалардың материалдық ұзақ жылдар бойы ешбір өңдеуден, жаңартудан өткізілмейді, сондықтан оқушылардың сабаққа, ғылымға ынтасы мен қызығушылығын туғызбайды;

в) Зерханалық жұмыстарды орындау ережелері оқушылардың жасына, біліміне, бейімділігіне лайықталмаған, олардың шеберлігін, тапқырлығын немесе шығармашылық қабілетін дамытуға жол бермейді;

г) Мектеп физикасының зертханалық жұмыстары оқушыларға жоғарғы оқу орындарының арнайы практикумдарына тез арада бейімделіп дағдылануға мүмкіндік туғызбайды.

Осы айтылған ойлардың желісімен физиканы оқыту дидактикасын мына бағытта қалыптастыру дұрыс секілді:

• 
  жалпы білім беретін базалық орта мектеп көлемінде физика ғылымын математикасы шағын, өмірге, тіршілікке, қоршаған әлемге бейімделеген, қажетті мөлшерде гуманитаризацияланған пән түрінде өткізуге болады;
  
• 
  кәсіби бағыттағы және арнайы мамандандырылған мектептер мен сыныптарда озық білім беретін іргелі физиакалық ғылым негіздері оқылуға тиіс және сол ғылымның басты табыстары мен жетістіктерін терең сипаттау арқылы оқушылардың ғылыми танымдық көзқарасының қалыптасуына жол салу қажет;
  
• 
  физикалық іргелі ғылым тек жалаң теориялық қағидалар түрінде емес теориялық зерттеулердің эксперименталдық дәлелімен бірге беріліп, экспериментті ақиқат сыншысы, оқушылардың шығармашылық, зерделік іс-әрекетін қалыптастыратын шешуші фактор ретінде көрсете білу қажет.
  

Оқыту әдісі дегеніміз – оқушы мен оқытушының арасындағы оқушының білімді игеруге, біліктілігін жетілдіруге, ептілігі мен қабілетін дамытуға, өмірлік көзқарасын қалыптастыруға бағытталған жұмыс тәсілдері. Оқыту әдістері – білім берудің мақсаты мен мазмұнына сәйкес өзгеріп отыратын тарихи үрдіс. Мысалы, Орта ғасырдағы догматикалық оқыту әдістері оқушылардың танымдық қабілетін ашуға ешбір мүмкіндік бермейтін. Педагогикалық ойлар мен оқыту әдістерінің дамып жетілуіне ағылшын материлизмінің және бүкіл эксперименталдық ғылымның негізін қалаушы Ф.Беконның (1562-1626) философиялық жаңакөзқарастары мен ойлары көп әсерін тигізді. Солардың ішінде чехтың белгілі ойшылы, «Ұлы дидактика»-ның авторы Ян Коменский (1592-1670) «Баршаны барлығына және жаппай оқыту!» - деген ұранды ұсынып, білімді тіршіліктегі нақты көріністі сезе отырып қабылдауға, оның себебін түсіндіруге сүйену арқылы жүргізу керектігін дәлелдеп кетті. Дегенмен де, бұл қағидалар да оқушыларды білімді пассивті қабылдауға ғана жетеледі. Сондықтан К.Д.Ушинскийдің (1824-1870) оқушылардың танымдық қабілетін кеңейтуге, логикалық ойлау әрекеттерін жетілдіруге арналған оқыту әдістерінің педагогика саласында алатын орыны – өз алдына шоқтығы биік көрініс еді. Мұндай ілімдердің жиынтығы бірте-бірте педагогикалық дидактиканың басты принциптерінің қалыптасуына мүмкіндік туғызды. Дидактика дегеніміз – білім берумен оқытудың теориясы мен практикасын қалыптастыруға бағытталған педагогиканың дербес бір саласы. Дидактиканың басты принциптеріне оқытудың ғылымдық бағыты мен тәлімгерлік сипаты, білімді игерудегі саналылық пен белсенділік, қабылданған білімнің сапасы мен тиянақтылығы және басқалар жатады. Дидактиканың осы принциптерін жетекшілікке ала отырып, оқытудың көптеген жаңа әдістері мен тәсілдері дүниеге келуде. Солардың ішінде соңғы кезде ғылыми баспасөз бетінде жиі кездесіп жүрген нұсқаларына тоқталайық.

Физика – техникалық пәндер оқылатын жасқа жеткен жасөспірімдер, әрине, нені оқытып, неге үйрен керек екендігін білмейтін бала емес, бірақ алдын-артын болжай алатын, ақыл тоқтатқан ересек те емес. Соған қарамастан, олар айналасына сын көзбен қарайтын, өзінің күшіне сенуге болатынын, білім деңгейінің не екенін және оның мектептің табалдырығын аттаған күннен басталып, соңғы қоңыраумен аяқталмайтынын түсінетін кезге жетіп қалды. Сондықтан оларға жан-жақты өсіп-жетілуге, тұлға ретінде дамуға, болашаққа үлкен сеніммен қадам басуға барлық жағдай жасалуы қажет. Жас жеткіншектердің осы бір кезеңі – үйренуге, оқығанын дамытуға, білгенін жетілдіруге мүмкіндігі бар, потенциалы жоғары кезең. Оқыту әдістері сол потенцалды тиімді пайдаланып, өшіріп алмай, дамытатын болса, екінші рет қайтадан сол мерзім ешбір адам үшін қайта оралмайтынын ескеретіндей болып, өкінішке қалдырмай құрылатын болса ғана, өмірдегі тиісті орынын табады. Өйткені, өткен ХХ-ғасыр тек тамаша жетістіктер мен табыстардың ғасыры ғана емес, ыңғайы бола тұрса да, көптеген игілікті істердің игерусіз қалған, өкініші көп мүмкіншіліктер ғасыры болғаны да аян.

Әлем елдерінің арасында зерделі қордың (интеллектальный ресурс) сапалығын көтеруге бағытталған бәсеке-тартыс күшейіп, шиеленісіп тұрған шақта, қоғамдағы білім беру нәтижелеріне деген сұраныс жаңа педагогикалық технологияның келуін, білімнің мазмұнын күрделі түрде жаңартуды талап етуде. Жер-жерде жүргізілген педагогикалық эксперименттер бұл талаптарға оқытудың креативті жүйесі сәйкес келеді деп есептейді [20-22].

Оқыту әдістерінің екінші бір бағыты – саралап оқыту [23]. Жалпы орта мектептегі оқытудың негізгі ұстанымы – оқушылардың барлығына бірдей білім беру, барлығына бірдей талап қою. Әрине, мұндай жағдайда оқушылардың барлығының бірдей ұғынуы, біркелкі үлгеруі мүмкін емес. Біреулер жаратылыстану пәндерін жақсы игерсе, екіншілерді гуманитарлық пәндерге бейімділігі мен қабілетін, талабы мен талғамын ескере отырып саралап оқыту жоғарғы нәтиже беруі мүмкін. Мамандануына байланысты негізгі сабақтарға көбірек көңіл бөліп, тереңірек оқытып, оқушыларды жөнсіз қинаудан құтқаруға болады. Мұндай кезде жалпы үлгерім сөзсіз артады. Саралап оқытуды сыртқы және ішкі саралау деп екіге бөлуге болады. Сыртқы саралау мамандандырылған жеке мектептер ашу арқылы, немесе мектеп ішінде бағыты оқытылатын арнайы сыныптар ұйымдастыру нәтижесінде орындалады. Мұндай мектептер мен сыныптар үшін жалпы орта білім беретін мектептікінен өзгеше оқу жоспары мен бағдарламалар құрылып, жеке оқулықтар мен оқу құралдарыдайындалады. Сыртқы саралау әдісін енгізу мүмкін болмаған жағдайда, іштей саралап оқыту әдісін қолдануға мүмкіндік бар. Оқытудың бұл әдісі қабілеті мен талабы әртүрлі деңгейде болатын бір сыныптың оқушыларын мүмкіндігінше өзара бірнеше топқа жіктелеп, әр тобына өзіне лайықты тапсырма беріп оқытуды көздейді. Бірақ іштей саралап оқыту әдісі әдістемелік тұрғыдан дұрыс жетілмегендіктен, әлі де болса көп ізденісті қажет етеді.

Соңғы кезде компьютерлік технологияның және телекоммуникайиялық жүйелердің дамуына байланысты, оқытудың жаңа бір технологиясы – қашықтан оқыту өмірге келді [24-29]. Қашықтан оқыту жүйесі деп жұртшылыққа бағдарлы-техникалық кешен орталығымен қарым-қатынас жасау нәтижесінде көрсетілетін оқыту қызметін айтады. Әлемдік тәжірибе қашықтан оқыту технологиясының бірнеше үлгілерінің арасында үш түрінің кеңірек қолданыста болып жүргенін байқатады:

- Интерактивті оқыту әдісі компьютерлік оқыту және кітапханаларды пайдалану, мультимедия жабдықтары мен интернет желісіне сүйену арқылы жүзеге асырылады.

- Интерактивті емес оқыту әдістері – кәдімгі әртүрлі сырттай оқыту әдісінің негізінде ұйымдастырылады және оқушыларға жіберіліп отыратын баспа материалдардан басқа кейстік технологияны, аудио, видео кассеталарды пайдалану арқылы орындалады. Кейстік технолгоия деп оқушыға негізгі сабақ басталар алдында берілетін оқу материалдарын айтады.

- Компьютерлік желілер, аудио, видео арналары арқылы жүргізілетін конференциялар.

Ал оқытудағы жаңа телекоммуникациялық технология деген ұғым адамның білімді игеруді жеңілдету, жылдамдату жолындағы көп ізденістердің бір нәтижесі ғана. Өйткені оқытудың осы кезеңге дейін қалыптасып, кеңінен қолданып келген екі түрі бар. Біріншісі – оқытушымен тікелей қарым-қатынас жасай отырып, қатысып оқу болса, екіншісі – өздігінен білімін көтеру. Сырттай және қашықтан оқыту өздігінен білім алудың тек түрлері ғана. Бұл жерде қатысып оқу мен сырттай оқудан телекоммуникациялық технологияның көмегімен қашықтан оқытудың оқу үрдісіне енгізілуінің нәтижесінде, оқушы әлемдік білім жүйесіне тікелей араласуға мүмкіндік алады. Бірақ мұндай жағдайда бір жақты болу ешқашанда жақсылыққа апармайды, өйткені оқушының жалпы білім дәрежесі негізгі оқыту әдісімен салыстырғанда, әлбетте, төмен болып келеді. Сондықтан, компьютерлік оқытуды негізгі оқыту әдісіне көмекші құрал ретінде пайдалану жақсы нәтиже беретінін естен шығармау керек және шәкірттің ұстазымен тікелей пікір алысуын ешбір технологиямен алмастыру мүмкін емес [30, 31].

А.Эйнштейн айтқандай, қоршаған әлем туралы білімді тек логикалық түрде ойлау, меңгеру мүмкін емес, нақты әлем туралы білім тәжірибеден басталып, тәжірибемен аяқталуы тиіс. Физикалық заңдылықтар эксперменталдық фактілерді қорытындылау нәтижесінде қалыптасады және олар табиғатта орын алатын, адамның араласуынсыз өтетін құбылыстарды суреттейді. Ғылыми-зерттеу жұмыстары әлемнің физикалық сипаты туралы біздің ұғымымыз бен түсінігімізді үздіксіз кеңейтеді. Ғылымның осылай дамуының өзі бағытты түрде жүргізілген эксперименттің нәтижесінде іске асырылады. Ал физика, жоғарыда атап өтілгендей, эксперименталдық ғылым болғандықтан, физикалық теория сол құбылыстарды сипаттау мұқтаждығынан туындайды.

Сонымен қатар, эксперимент айтылуы арқылы түсіндіріліп отырған құбылыстың көрнекілік құралына айналып кетпеуі керек. Мұғалім оқушының сабақтағы әрбір әрекетін алдын ала жоспарлау арқылы оның ойлау, болжау, тұжырымдау секілді оқытудың негізгі зерделік көрсеткіштерін де қалыптастырыды. Сабақтың нәтижесінен мейлінше жоғарғы көрсеткішпен шығу үшін, оны бастамас бұрын оқушы қандай мәселеге жете көңіл аударуы қажет, нені біліп, нені игеріп шығатыны туралы толық мағлұмат беріледі. Сабаққа осындай дайындықпен қатынасқан оқушы одан көптеген жаңалықты, қызықты физикалық оқиға-құбылыстарды күтеді. Мұғалімнің міндеті – оқушының осы үмітін ақтау, оның маздап жануына қажетті бағыт беру. Ендеше эксперимент – сабақтың қызықты да тартымды және тиімді түрде өтуінің арқауы болып табылатын, алдағы уақытта оны бұдан да терең білім жолдары күтіп тұрғанын сезіндеретін, перспективасы айқын көрінетін оқытудың пәрменді әдісі болып қала береді. Сабақ оқушылармен төмендегідей ұйымдастырылады (4-кесте).

Байқап тұрғандай, сабақ мерзімінің 80%-ын оқушы белсенді түрде жұмыс істеуге арнайды. Әрбір жаңа сабақ өткен сабақтың материалымен байланыстырудан басталады. Бұл әдіс оқушының назарын бірден сабаққа активті түрде араласуға аударады, қайшылығы бар ұсыныстар мен сұрақтар қою арқылы проблемалық жағдайлар туғызылып, оның шешімі пікір таластыра отырып ақиқатты іздеумен жалғастырылады. Оқытудың осы бөлімінің сабақ мерзіміндегі үлесі 10%-дан аспауы керек. Бұдан кейін жаңа тақырып талданады. Оқушы оның мақсатын орындау әдістерін ұғып меңгергеннен кейін, тақырыптың мазмұны толығымен ашылады. Сонымен бірге тақырыптағы бұған дейін кездеспеген жаңа ұғымдармен атаулардың мағынасы, қолдану аясы айқындалып, оқушылардың санасында олар туралы түсініктің берік орнауы қадағаланады. Бір тақырыпты топ болып бірге талдап, бірге орындаудың, ақиқатты бірге іздеудің арқасында оқушылардың санасында ұйымшылдықтың нышандары қалыптасады, нәтижесінде терең ізденістің, білімді өз бетінше игеруге ұмтылудың қажеттілігіне көз жеткізіледі. Оқытудың бұл бөлімінің үлесі сабақ мерзімінің 30%-ын құрауға шақталып дайындалады.

Сабақтың шешуші мәселелері өткізу әдістемесінің 3-ші бөлімінде орындалады. Бұл жерде қолданбалы программаны пайдаланып, тақырыптың мазмұны соңғы рет шолудан өткізіліп, тестілік сұрақтарға жауаптар ойластырылып, оқушының тақырыпты қаншалықты түсінгені бағаланады. Қажет болған жағдайда, оған қосымша талқылау, қайталау ұсынылады. Арнай курс түрінде өтілетін бұл сабаққа оқушылар алдын-ала іріктеліп келгендіктен, мұндай жағдай сирек кездеседі. Сондықтан оқушылар түгелдей дерлік жұмысты орындауға қатыстырылады. Алғашқы екі-үш сабақты орындау барысында құралдармен жұмыс істеуге машықтанып қалғандықтан, олар зерттеу амалдарында жылдам орындайтын дәрежеге жетеді. Өлшеу нәтижелерін пайымдап талдау арқылы, оқушы өзінің ойын тұжырымдауға, физикалық шаманың өзгеру себебін, олардың арасындағы заңдылықты анықтауға бейімделеді. Осы тұста мұғалім оқушыны әрбір істі тиянақты орындап, бұған дейін кездеспеген құбылысты байқауға, сол арқылы өз әрекетіне шығармашыл түрде қарауға баулиды. Бұл бөлімнің үлесі сабақ мерзімінің 50%-ын құрайтындай болып ұйымдастырылады. Уақыттың қалған 10%-ы өтілген материалды бекітуге арналады. Мұғалім бұл уақытты да мейлінше тиімді түрде пайдаланып, оқушының белсенділігі мен танымдылығын жетілдіруге тырысады және әрбір оқушының жұмыс туралы пікірі сараланып, қаншалықты мағыналы екені бағаланады.
2.1. Жаңғыртылған бағдарлама бойынша мектеп курсында зерттеу жұмысын ұйымдастыру бағытында пьезогенераторларды зерттеу
Тұтынудың ғылыми экологиясы мен заманауи технология саласында пьезоэлектрлік қозғалтқышты электр генераторы ретінде пайдалану идеясы көптен бері айтылып келеді. Себебі, бұл идеяға сәйкес, пьезоэлектрлік элементтің бір бөлігінде тербеліс тудыру арқылы келесі бөліктерін қоздыруға болады және пьезоэлектрлік қозғалтқышты электр генераторы экологияға зияны жоқ энергия көзі болып табылады .

Соңғы кезде пьезоэлектрлік энергия көздерін құруға қатысты әлемдегі өнертабыстық ұсыныстардың жоғарылауы пьезоэлектрлік қозғалтқышты электр генераторының дамуына оң өзгеріс әкелді. Мысалы: Израиль ғалымдары пьезоэлектрлік элементтерді жол бойына орнатуды және өтіп бара жатқан автомобильдердің энергиясын пайдалануды ұсынады. Жапонияда метро залдарының бірінің едені пьезоэлектрлік элементтермен қапталған [33]. Алайда, пьезоэлектрлік генераторларының осы және осыған ұқсас жобалары экономикалық тұрғыдан ешқандай сынға төтеп бере алмайды. Мұның себебі мынада: шамамен 0,1 наносекундты құрайтын электр шамының бір басуы үшін 2 милли ваттан астам қуат шығады. Яғни, секундына қуат 0,2 ватт құрайды. Егер сіз секундына 1000 клик жасай алсаңыз, сіз 200 ватт қуат аласыз. Қуат керемет, бірақ секундына 1000 рет қалай жасауға болады. Бұл мүмкін емес, бірақ пьезоэлектрлік 20 немесе одан да көп мың рет басу үшін пьезоэлектрлік элементті тегіс айналмалы дөңгелекке бекітіп, ультрадыбыстық дірілге айналдыра отырып басуға болады.

Флуоресцентті шамды қосу үшін пьезоэлектрлік элементтен алынған 30 ватт қуат (пьезоэлектрлік элементтің бір граммына) 300 В кернеуде үздіксіз режимде алуға болды. Бұл үшін айналмалы доңғалақтың энергиясы Лангевин орамасының бір ұшына жасалған тюнингтің ультрадыбыстық тербелісіне айналдырып, содан кейін пьезоэлектрлік әсерге байланысты жоғары жиілікті электр тербелісін алуға болады [34]. Яғни, пьезоэлектрлік элементтердің көмегімен электрлік кернеу генераторларын ғана емес, сонымен қатар қуатты электр генераторларын да жасауға болады.

Пьезоэлектрлік моторды қуат генераторы ретінде пайдалану идеясына ұзақ уақыттар бойы назар аударылмай келді. Себебі, осы идеяға сәйкес, тербелістердің бір түрі пьезоэлементтің бір бөлігін еріксіз қозғау тиіс. Бұл бөлік «қоздырғыш» деп аталады. Ол үшін механикалық әсерден басқа жеке қуат көзі де пайдаланылады. Тербелістің екінші түрі пьезоэлементтің басқа бөлігінде ротордың мәжбүрлі айналу есебінен жасалуы тиіс. Пьезоэлементтің бұл бөлігін «генератор» деп атаймыз.

Тек жақында ғана пьезоэлектрлік мотордың өнертапқышы, зейнеткер Вячеслав Лавриненко пьезоэлементтің материалдарын және контактілі жұптарды мұқият іріктеуден кейін өз үйінде жұмыс істей отырып, қуат көзінен алынатын қуаттан бірнеше есе артық жүктемеде пайдалы қуат ала алды. Генератор қуатының бір бөлігін қоздырғышты бағыттау және қосымша қуат көзін жою мүмкіндігі пайда болды. Бұл міндетті ол екі жолмен шешті.

Бірінші тәсіл бойынша амплитуданы және фазаны қоздырғыштың кірісінде өлшеп, реактивті элементтердің көмегімен генератор шығысындағы кернеуді дәл осындай амплитудаға және фазаға келтіріп отырды. Яғни, кәдімгі электр генераторлардағыдай амплитудалар мен фазалар теңгерімінің шарттары орындалды.

Екінші әдіс бойынша қуат күшейткіші мен айнымалы кернеудің аз қуатты генераторы қоректеніп тұрған айнымалы кернеу тұрақты кернеуге түрлендірілді. Пьезоэлементтің граммына 0,2 Ват көлемінде пайдалы қуатты тұрақты алу мүмкіншілігіне қарай Лавриненко физикада өлшенетін қызықты әсерді анықтады. Оның тұжырымдамасы бойынша:

Бір денеде орналасқан өзара перпендикулярлы акустикалық тербелістердің резонаторларында, бір-біріне ығысқан резонанс жиіліктерімен тербелістер арасындағы фазалардың жылжуын жасау үшін оларды қоздыру кезінде өзара көлденең тербелістер генерацияланады [35].

Яғни, аталған денелердің фрикциялық өзара әрекеттесуі кезінде оң мәнді кері байланыс бар. Кездейсоқ тербелістердің пайда болуы эллипс құрайды, оның мөлшері дөңгелектің айналуында артады. Оң мәнді кері байланыспен қамтылған кернеудің электр күшейткішінде электрлік тербелістер кенеттен қозғалысқа түседі және тұрақты кернеу көзінің энергиясы айнымалы кернеуге түрлендіріледі.

13-сурет. Пьезо генераторда сыртқы әсер кезіндегі перпендикулярлы резонаныстық тербелістердің уақыт пен сыртқы қысымға байланысты тоқ күшінің, кернеудің және беттік деформациясының өзгерісі.

Тәжірибелік үлгілерді сынау генераторда энергия алу мүмкіндігін растады. Бірақ, генератордың қуаты қоздырғыштың қоректену көзінен алынатын қуаттан бірнеше есе көп болуы тиіс. Әйтпесе, бұл генератор жұмысының мәні болмайды. Осы себепті, пьезоэлектрлік генераторларды жасау идеясы ұзақ уақыт бойы іске аспай келді.

Тек жақында ғана пьезоэлектрлік мотордың өнертапқышы, зейнеткер Вячеслав Лавриненко пьезоэлементтің материалдарын және контактілі жұптарды мұқият іріктеуден кейін өз үйінде жұмыс істей отырып, қуат көзінен алынатын қуаттан бірнеше есе артық жүктемеде пайдалы қуат ала алды. Генератор қуатының бір бөлігін қоздырғышты бағыттау және қосымша қуат көзін жою мүмкіндігі пайда болды. Бұл міндетті ол екі жолмен шешті.

Бірінші тәсіл бойынша амплитуданы және фазаны қоздырғыштың кірісінде өлшеп, реактивті элементтердің көмегімен генератор шығысындағы кернеуді дәл осындай амплитудаға және фазаға келтіріп отырды. Яғни, кәдімгі электр генераторлардағыдай амплитудалар мен фазалар теңгерімінің шарттары орындалды.

Екінші әдіс бойынша қуат күшейткіші мен айнымалы кернеудің аз қуатты генераторы қоректеніп тұрған айнымалы кернеу тұрақты кернеуге түрлендірілді. Пьезоэлементтің граммына 0,2 Ват көлемінде пайдалы қуатты тұрақты алу мүмкіншілігіне қарай Лавриненко физикада өлшенетін қызықты әсерді анықтады. Оның тұжырымдамасы бойынша:

Бір денеде орналасқан өзара перпендикулярлы акустикалық тербелістердің резонаторларында, бір-біріне ығысқан резонанс жиіліктерімен тербелістер арасындағы фазалардың жылжуын жасау үшін оларды қоздыру кезінде өзара көлденең тербелістер генерацияланады [35].

Яғни, аталған денелердің фрикциялық өзара әрекеттесуі кезінде оң мәнді кері байланыс бар. Кездейсоқ тербелістердің пайда болуы эллипс құрайды, оның мөлшері дөңгелектің айналуында артады. Оң мәнді кері байланыспен қамтылған кернеудің электр күшейткішінде электрлік тербелістер кенеттен қозғалысқа түседі және тұрақты кернеу көзінің энергиясы айнымалы кернеуге түрлендіріледі.

Біз өз зерттеу тақырыбымыз Күн батареяларын қолдану мүмкін болмаған жағдайда, қуаттың пьезоэлектрлік генераторлары энергияны, мускулды немесе желді пайдалана отырып оларды алмастыра алады, мысалы, ноутбуктарды, планшеттерді және т.б. сол сияқты аккумуляторларды зарядтау үшін. Жоба бағытының өзектілігі айқын болғанымен, оны дамыту үшін жеткілікті қаржылық қолдау қажет, дегенмен еліміздің көптеген басқа да жобалары сияқты әзірше қолдау таппай отыр. Энергияға деген қажеттілік бұл жобамызды Қазақстанда іске асыруға мүмкіндік береді.

2.2 Электродинамикадан санды - виртуалды жұмыстар: зертханалық жұмыстар және физпрактикумдарды ұйымдастыру
Академик П.Л. Капица айтқандай; «Оқушы физикалық тәжірибені өзі жасағанда жақсы түсінеді. Тіпті жақсы түсініп ізденгені, оның құралды өзі қүрастырып жасағаны мұндайда әрдайым жемісті болады».

Жаңа технологиялар мен инновациялық тәсілдерді, виртуальды электрондық бағдарламаларды енгізе отырып, физиканың күре тамыры саналатын демонстрациялық және лабораториялық тәжірибелерді жаңарту, жетілдіру жолдарын қарастыру мәселесі күн тәртібінен алынған жоқ.

Физика - эксперименттік ғылым, ал тәжірибе - физикалық зерттеудің негізгі түрі. Мақсатына қарай тәжірибелер: жаңа құбылыстарды, физикалық шамалардың байланыстарын тағайындауға, немесе тағайындалған физикалық заңның қолдану аймағын кеңейтуге арналған болады.

Әл-Фараби "Оқытудың негізгі әдісі - көрнекілік" деп, оның мақсаттарын, тәсілдерін (түсіндіру, әсерлендіру, есте қалдыру) ұсынады. Оқу материалын меңгеру көп жағдайда оқыту процесінде қолданылатын көрнекі құралдарға және техникалық құралдарға байланысты.

Көрнекілік әдісі оқытудың сөздік және тәжірибелік әдістерімен өзара байланыста қолданылады және құбылыстармен, объектілермен оқушыларды таныстырранда олардың сезім мүшелеріне әсер етіп, алуан түрлі сурет, көшірме, сызба арқылы құбылыс, процесс, объектілердің символдық бейнелерін немесе оларды табиғи күйінде қабылдайды. Қазіргі мектепте осы мақсатпен экрандық және техникалық құралдар кең қолданылады. Көрнекілік әдістерін шартты түрде екі үлкен топқа бөлуге болады: иллюстрация және демонстрация.

Иллюстрация әдісі арқылы оқушыларға иллюстрациялық құралдар – атап айтсақ: плакат, кесте, картина, карта, тақтадағы суреттер, үлгілер көрсетіледі.

Демонстрацияның (көрсету) оқыту әдісі ретіндегі ерекшеліктері

Демонстрация әдісі арқылы заттар мен құбылыстар тәжірибе жасау арқылы немесе техникалық құралдардан, кино-фильмдерден, диафильмдерден көрсетіледі.

Оқу процесіне жаңа техникалық құралдарды енгізу (теледидар, видеомагнитофондар) оқытудың көрнекілік әдісінің мүмкіндіктерін кеңейтеді. Қазіргі уақытта көрнекі құралдың жаңа түрі – жеке тұлғалар қолданатын компьютерлерге ерекше көңіл бөлініп, мектептерде электронды есептегіш техникасы кабинеттерін құру міндеті шешілуде, оқу процесіне белгілі бір жағдаяттарды және процестерді үлгілеуге мүмкіндік беретін компьютерлерді енгізу міндеті де қолға алынуда. Олар оқушыларға бұрын оқулық мәтінінен меңгерілген көптеген процестерді қозғалыста, көрнекі түрде көруге мүмкіндік береді. Компьютерлер, көрнекілік әдістерінің оқыту процесіндегі мүмкіндіктерін елеулі түрде кеңейтеді.

Оқытудың көрнекілік әдісінің шарттарды:

• көрнекіліктің оқушылардың жасына сәйкестігі;

• көрнекілікті сабаөтың керек сәтінде қолдану;

• демонстрацияланған затты барлық оқушылардың көруі;

• иллюстрацияның ең бастысын, мәндісін нақты бөлу;

• құбылыстарды демонстрациялау кезінде берілетін түсініктерді мұқият ойластыру;

• демонстрацияланатын көрнекіліктің оқу материалы мазмұнымен сәйкес келуі;

• көрнекі құрал мен демонстрациялық қондырғылардан керекті мәліметтерді табуға оқушыларды ңатыстыру.

Оқытудың тәжірибелік әдістері арқылы оқушылар тәжірибелік қызметпен айналысып, тәжірибелік іскерліктері мен дағдыларын қалыптастырады. Тәжірибелік әдістер: жаттығулар, зертханалық және практикалық жұмыстар.

Жаттығу көмегімен ақыл-ой және тәжірибелік іс-әрекет меңгеріледі. Ол барлық пәндерді оқуда, оқу процесінің түрлі кезеңдерінде қолданылады. Оның сипатыжәне әдістемесі оқу пәнінің ерекшелігіне, нақты оқу материалына, оқушылардың жасына байланысты. Жаттығу сипатына қарай ауызша, жазбаша, графикалық және оқу-еңбек деп бөлінеді.

Оқушылардың өз бетімен жұмыс істей білу деңгейіне қарай жаттығулар бірнеше түрге бөлінеді:

• белгілі білімдерді еске түсіріп, оны бекіту мақсатындағы жаттығулар;

• білімді жаңа жағдайда қолданып жаттығу.

Егер оқушы іс-қимылдарды ауызша айтса, онда оны түсіндіру арқылы жаттығу деп атайды. Мұғалім оқушы іс-әрекетінен қателіктер тауып, оқушылардың іс-әрекетіне түзетулер енгізеді.

Жаттығулардың ерекшеліктері:

Ауызша жаттығулар логикалық ойды, есті, тілді оқушылардың зейінін дамытуға көмектеседі.

Графикалық жаттығулар: кесте, сызба, технологиялық карта, альбом, стенд жасау, экскурсия кезінде салған суреттер.

Зерттеу кезеңдері: 1) факті, не құбылыстарды бақылау, зерттеу; 2) зерттелетін мәселелерді анықтау; 3) мәселені шешу жөнінде жорамал айту; 4) зерттеудің жоспарын жасау; 5) зерттеу; 6) нәтиже; 7) оны қолдану туралы ұсыныс.

Оқушының шешетін мәселелері оқу бағдарламасына ену керек. Оқушының зерттеуі ғалымның зерттеуіне ұқсас, күрделі болмау керек. Оларды әдіскер-ғалымдар жасайды.

1. Физикалық практикумдер.

Физикалық практикум – зертханалық жұмыстардың күрделі түрі, сондықтан

Физикалық практикумда жасалатын зертханалық жұмыстардың тақырыбын таңдағанда, мектепте практикум жұмыстарын өткізуді ұйымдастыруды адын-ала, жұмыстың нұсқауын оқу.

Үйде орындайтын эксперименттік жұмыстар – үй тапсырмасының ерекше түрі.

Үйде орындайтын эксперименттік жұмыстар оқушыларға оқып үйренілген мазмұндарын практика жүзінде қолдану.

Физиканы оқыту үрдісі барысында зертханалық жұмыстардың мақсатын, түрлерін дұрыс анықтау.

Бұл арқылы әрбір сыныпта оқудың екінші кезеңінде физиканы зерттеу жүзеге асырылады. Оқушылар эксперименттің орындалуына алдын ала дайындалған жазбаша инструкцияны пайдалана отырып, жұмысты өзінше жеке орындайды (екі адамнан құралған топпен). Практикумның лабораториялық жұмыстары фронтальдыға қарағанда өте күрделі, сондықтан олардың орындалуына екі сабақтан бөледі (тіпті одан кеңрек практикалануы мүмкін және бір сағаттан).

Оқу-танымдық іс-әрекетті ұйымдастыру әдісі.

Дедуктивтік әдіс арқылы мұғалім ережелерді, формулаларды, заңдарды түсіндіріп, оны оқушы меңгереді. Аталған әдіс оқу материалын тез меңгеруге көмектесіп, абстрактылы ойлауды дамытады. Оны теориялық материалдарды оқуға, есептер шығаруда қолданған дұрыс.

Эвклидтің элементарлық геометриясы дедуктивтік әдіспен оқытылады. Бірақ оқушылардың дайындығын қатаң түрде ескеру керек. Егер олар кейбір ұғымдарды, теорияларды білсе, онда мұғалім оларды жеке зат және құбылыстарды меңгерту үшін қолданады.

Дедукция әдісі арқылы оқушы өзі білетін қорытындыларды, ережелерді, ғылыми заңдарды бақылау жүргізгенде, тәжірибе жасағанда, жаттығу жазғанда қолданады. Мысалы, теңіз кемелерінің қанша тонна жүк көтеретінін білу үшін Архимед заңы қолданылады. Жазбаша жаттығу жазғанда белгілі грамматикалық ережелер қолданылады.

Индуктивтік әдіс. Индукция - латын сөзі. Оқушыларды белгілі бір қорытындыларға әкелу. Алдымен оқушыларға жеке заттар, құбылыстар түсіндіріледі, фактілерден қорытындылар шығартады. Индукция әдісі дедукциямен бірге қолданылады.

Осы екі әдіс арқылы ой-тұжырымдарын жасау - оқытудың логикалық негізі болып табылады.

2.Зертханалық жұмыстар

Зертханалық жұмыстарға әр түрлі мақсаттар қойылады.

Біреуінің мақсаты – практикалық сипаттағы қарапайым икемділіктерін бағалау.

а) құралдардың көрсетілуін дұрыс жазу;

ә) өлшеу құралдарын пайдалана білу (таразы, динамометр, термометр).

б)тізбекке электрөлшеуіш құралдарды дұрыс қосу (амперметр, вольтметр, ваттметр);

в) электр тізбектерін жинастыру;

г) энергия көздерін дұрыс пайдалану;

д) қарапайым құралдарды жинастыру (электр қоңырауы, электромагниттік реле ).

Фронталь зертханалық жұмыстар және бақылауларда сыныптың барлық оқушылары сабақта шамалы ғана уақыт ала отырып, мұғалімнің басшылығымен орындау.

Екіншісінің мақсаты – оқушыларда күрделірек практикалық сипаттағы ебдейліктерін бағалау.

Мұндай жұмыстарға бірнеше шамаларды тура өлшеу .

Сондықтан күрделі жұмыстарды орындауда оқушылардан теориялық білімдерін қолдануын қадағалау.

Кіріспе әңгімені өткізе отырып, физикалық шамаларды өлшеу дәлдігіне

зертханалық жұмысты қалай жасағандығына назар аудару.

Оқушылардың жасаған жұмысының есебін тексеру және зертханалық

жұмыс қорытындысын шығару.

Үшінші мақсаты – тәжірибелерді оқушылардың өздері орындауы арқылы

құбылыстар мен шамалар, олардың арасындағы байланыстарын білу керек.

Эксперименттік жұмыстарды практикалық сипаттағы жұмыстардан ажырата алу керек.

Оқушылардың өздеріне белгілі өлшеу әдістері бойынша физикалық шамаларды өлшеу.

3.Тәжірибелік-эксперименттік жұмыстың міндеті:

Теориялық тұрғыдан қарастырған физика сабақтарында оқушылардың ізденімпаздық және логикалық ойлау қабілетін арттыру.

Сондықтан физиканы оқыту процесін жетілдіру оқушылардың танымдық белсенділігін арттырады. Осы тұста мұғалім оқушының танымдық іс-әрекетін, ізденісін жан-жақты зерттеуге алынып, теориялық және тәжірибелік тұрғыда дұрыс бағдар беру керек.

4. Виртуалдық зертханалық жұмыстардың мүмкіндіктері

Оқыту технологиясы мен әдістеме ғылымы бір-бірімен тығыз байланысты. Әдістеме ғылымы «Нені оқыту керек?», «Не үшін оқыту керек?», «Қалай оқыту керек»? деген сұрақтарға жауап іздесе, оқыту технологиясы «Қалай нәтижелі оқытуға болады?» деген мәселенің шешімін іздейді. Олардың мақсаты бір, яғни оқытудың тиімді жолдарын қарастыру. Оқытудың тиімді жолдары оқытудың әр түрлі әдістері арқылы анықталады. Мен үшін ең негізгі мақсат – әр сабағымды түсінікті, тартымды, тиімді өткізу. Мұны жүзеге асыру үшін түрлі технологиялары тиімді пайдалану.

Виртуалды зертхана жағдайында зертханалық тапсырмаларды орындаудың негізгі құндылықтарына төмендегілерді жатқызуға болады:

көрнекі суретті және зерттелетін заңдардың әділдігін;

сызбаларды өздігінен жинау, олардың параметрлерін есептеу және үдерістерді қадағалау мүмкіндігін;

жүргізілетін тәжірибелердің толық қауіпсіздігі мен сыныптағы ауаның тазалығын қамтамасыз етуін;

тәжірибелерді өздігінен істеу мүмкіндігін, бұл оқушылардың өздігінен жұмыс істеу қабілеттерін, олардың конструкторлық қабілеттілігі мен техникалық тапқырлығын арттырады;

сабақ үстінде виртуалды зертханалық жұмыстарды орындау теориялық және тәжірибелік сабақтардың арасындағы уақыт тосқауылын жояды, бұл оқытудың тиімділігі мен сапасына әсер етеді, оқушылардың өздігінен танымдық қызметпен айналысуын белсендіреді;

виртуалды ақпараттық-оқыту зертханасы белгілі бір әдістемелік негізделген жағдайларда нақты зертханалық құрылғыларға қосымша ретінде пайдалануға мүмкіндік беретін зерттеу сипатындағы тәжірибелер жүргізуде кең мүмкіндіктерді ұсынады;

компьютердегі зертхана оқушылардың стандарттан тыс және проблемалық жағдайларды шешуде субъективті тәжірибесін қамтамасыз етеді.

Мысалға 7 сыныпта «Салмақ» тақырыбы E-Learning электронды оқыту жүйесін қолдана отырып. Виртуалды эксперимент жүргізейік. Денелердің бірін серіпппенің үстіне, ал екіншісін білеушенің үстіне орналастырайық. Денелерге әсер ететін күштерді қарастырайық. Бейне баянды тыңдаймыз.

Тыңдалған соң оқушылар қорытындылайды. Оқушылардың теориялық білімін практикада тексеруге болады. Сабақ соңында тест жауабын шығарып сабақтың меңгеру пайызын шығаруға болады.

5.Виртуалдық зертханалық жұмыстардың нәтижесі

Оқушы бойында ақпараттық құзіреттілік қалыптасады.Атап айтсақ, ақпаратты іздей алуы алынған ақпараттың қажеттісі мен қажетсізін іріктеп, саралай алуы қажетті ақпаратты негіздей және жүйелей алуы ақпаратты өңдей алуы ақпараттан аргументтер тауып, қорытындылар жасай алуы.

Яғни осындай іс-әрекетке қалыптасқан оқушы болашақта айналадағы құбылыстар мен жағдаяттардан өзіне қажеттісін түйіп, өмірде пайдалана білуге үйренеді.

Оқушы бойында коммуникативтік құзіреттілік бұл: оқу міндеттерін шешу үшін тиісті қарым-қатынас тәсілдерін игеруі өз әрекетіне өзіндік баға беруі және түзетулер мен толықтырулар жасай алуы өз жұмысының нәтижесін көрсете және жариялай алуы өз ойын жеткізе алуы және ойының дұрыстығын дәлелді түрде негіздей алуы.

Демек, оқушы осы арқылы түрлі жағдайларда өз пікірін жеткілікті түрде негіздеуге, өз ойын еркін жеткізуге, өзінің және өзгелердің әрекетіне баға беруге, өзін дамытуға үйренеді.Оқушы бойында проблеманың шешімін табу және өзіндік басқару құзіреттілігінің қалыптасуы ол оқушының: мәселені айқындау және іс-әрекет мақсаттарын белгілеуі қабылданған шешімді жүзеге асыруға қажетті жағдайларды анықтауы іс-әрекеттер қадамдарын жоспарлай алуы қойылған мақсат пен міндетке сәйкес іс-әрекетті ұйымдастыруы өзінің іс-әрекетін бақылай алуы

Осы аталған дағдылары қалыптасқан оқушы өмірде де жоспарлы түрде әрекет етуге, мәселелер туындағанда жедел және дұрыс шешім қабылдауға, тығырықтан жол табуға, өзін-өзі басқаруға үйренеді.

6. Зертханалық жүмыстардың тиімділігі

-Оқу үлгерім 100%, білім сапасының көрсеткіші 70% жетті;

- Оқушының пәнге деген қызығушылығы оянды;

-Оқушының ойлау қабілеті мен белсенділігі артты;

-Өз бетімен жұмыстануға құлшыныстары көтерілді;

-Оқушылардың базалық білім, білік, дағдылары жетілді;

-Белгілі бір мәселе шешуде оқушылардың ынтымақтастығы мен серіктестігі қалыптасты.

Электрондық оқулықтың тиімді жақтары:

Оқушының уақытын үнемдейді, оқу материалын іздеп отырмайды;

Оқушы оқулықты қажет етпей-ақ информатика негіздерінен кез келген мәліметті алып, оқып үйренуіне болады ;

Тақырыптың үлкен, қиын бөліктерін өткенде қосымша бейнехабар, аудиохабарларды пайдаланады;

4. Бағдарламаны меңгеруге арналған тест сұрақтармен қамтамасыз етілген;

5. Көрнекілік құралдарға деген мұқтаждықты азайтады;

6. Мүғалімнің әр оқушымен дербес жеке жұмыс жүргізуіне мүмкіндік туғызады, дүниетанымын кеңейтуге, тану үрдісіне ықпал етеді;

7. Зерттеушілік қабілеті бар тұлға қалыптасады. Сонымен, әйгілі педагогтардың, физиктардың пікірлерін қорытындылай келе

Қытай философы Конфуцийдің «Естігенді ұмытамын, көргенді есте сақтаймын, ал өз ақыл-ойыммен істеген ісімді түсінемін» деген даналық сөзін еске алсақ, бұл жұмыстарды орындау барысында оқушылар теориялық білімдерін практика жүзінде көріп, оның мүмкіндіктерін тереңірек білуге құштарлығы, пәнге деген қызығушылығы артады.

Қорыта айтқанда, санды-виртуалдық зертханалық жұмыстар мектеп оқушыларының өз бетімен ізденісіне, пәнге деген қызығушылығының артуына, дербес жұмыстарын ұйымдастыруға, тұлғалық дамуына, ерекше қолайлы жағдай туғызып отырандығын көруге болады Өзіміз оқытатын балаға сүіспеншілікпен қарап, жеке тұлға ретінде санасып, ізденімпаздықпен сабақты қызықтырып, жандандырып оқытсақ, жемісіміз де мол болады. Елбасымыз атап көрсеткендей «Тәрбие ұлттық деңгейде, білім әлемдік деңгейде болуы керек».

2.3Физика сабағында виртуальды зертханалық жұмыстардың тиімділігі.
Білім беру жүйесін дамытудың заманауи үрдістері оқу үдерісіне компьютерлік технологияларды ендіруді көздейді, қоғамдық өмірдің барлық салаларына белсенді түрде қатысатын, өздігінен жұмыс істей алатын, шығармашылығы мол тұлғаны қалыптастыру білім беру ұйымдарының негізгі міндеттерінің бірі. Қазақстан Республикасының білім беруді дамытудың 2011-2020 жылдарға арналған Мемлекеттік бағдарламасында электрондық оқытудың мақсаты: «Білім беру үдерісінің барлық қатысушыларының үздіксіз білім беру ресурстары мен технологияларына тең қолжетімділігін қамтамасыз ету» - деп атап көрсетілген. Бұл ғылыми мақалада біз осы электрондық оқыту формаларының бірі виртуалды білім беруді талдаймыз.

Ең әуелі, «виртуалды білім беру» терминінің мағынасын ақпараттық технологиялардың көмегімен қашықтықтан оқыту деп қана түсінетін көзқарасты өзгертіп, «виртуалды білім беру» терминін кең мағынада виртуалды білім беру кеңістігінде білім беру субъектілері мен объектілерінің әрекеттесуі нәтижесінде өтетін үдеріс деп қарастыруымыз қажет. Білім беру кеңістігінде виртуалды орта құрып, виртуалды оқытуға жағдай жасау білім беруді виртуализациялау болып табылады.

Қазіргі таңда білім беру саласын виртуализациялау өздігінен оқу, күндізгі, сырттай оқу түрлерінде жүргізілуде және мультимедиа, телекоммуникациялық жүйелердің қарқынды дамуында, әлеуметтік желілерде көрініс табуда. Виртуалды білім беруді физиканың зертханалық, сарамандық жұмыстарында қолдана білу оқушылардың пәнге деген қызығушылығын арттырады.

Физика пәнін оқытуда ақпараттық-коммуникативтік технологияларды пайдалану педагогтар қызметінде виртуалды ортаны құру үшін маңызды аспект болып табылады және курс тыңдаушылары бұл ақпаратты үлкен қызығушылықпен қабылдайды. Білім беру қызметтерінің деңгейін арттыруды қамтамасыз ететін және жаппай білім беретін заманауи үлгісін қолдайтын тиімді шешім ретінде ақпараттық Интернет ортасын құру және дамыту болып табылады

Проблемалық дәріс түрінде ұсынылған тақырып жас мұғалімдерді де, тәжірибелі педагогтарды да ойландырады. Сондықтан пікіралмасу барысында практикалық тапсырмалар қойылады, олар виртуалды ортаның физика пәнін меңгеру үрдісінде тыңдаушылар мен дәріскер бірлесіп жұмыс істеу арқылы шешіледі.

«Физика» оқу пәні ретінде Қазақстан Республикасы жалпы орта білім берудің базистік оқу жоспарының мемлекеттік компонентін құраушылардың бірі болып табылады.

Базалық білімнің негізгі компоненті ретіндегі физиканың мәні практикалық іс-әрекетте қолдану үшін қажетті, басқа оқу пәндерін зерделеу үшін, үздіксіз білім беру жүйесінде оқуды жалғастыру үшін қажетті, нақты физикалық білімді игерту арқылы оның адамзат өркениетін, ғылыми-техникалық прогресті дамытудағы, қазіргі ғылымдағы және өндірістегі рөлімен, сондай-ақ өскелең ұрпақтың рухани ортасын қалыптастырудағы, олардың интеллектуалдық және басқа да сапаларын дамытудағы физикалық білімнің маңыздылығымен анықталады.

Виртуальды оқытудың тиімділігі – мектепте оқушылардың белсенді араласуына байланысты, яғни жоғары білімді оқытушы мен білімді меңгеретін оқу-танымы жоғары, қабілетті, белсенді оқушыларға тікелей байланысты. Сондықтан мектепте оқу процессін іске асыру үшін оқытушының жұмыс сапасын арттыру керек, яғни өтілетін сабақтың, жүргізілетін практикасы мен лобараториялық жұмыстарының сапасын арттыру, оқушылардың белсенді оқу-танымдық іс-әркеттерін ынталандыру, оқу процессін рационалды түрде негіздеу.

Зертханалық жұмыстарда басқа білім түрлеріне қарағанда мұғалімнің барынша белсенді болу керектігін айқындайды. Мұндай жұмыстарда мұғалім әрбір оқушымен қарым-қатынаста болады және олардың өзіндік жұмыстарын тиімді басқаруға көмектеседі. Виртуальды зертханалық жұмыстың артықшылығы мұғалімнің нұсқауымен оқушылар барлық іс-әрекетті автоматтандырылған компьютер арқылы орындап, жылдам қорытындыға ие болады.

Зертханалық сабақтарды оқу процессін ұйымдастырушы форма ретінде қарауға болады, яғни эксперименттік зерттеулерді жүргізу және қалыптастыру кезіндегі теорияны өмірде қолдана алуы, шығармашылық қабілеттіліктің дамуы, құрал-саймандарға практикалық машықтануы ұйымдастырады.

Виртуальды зертханалық жұмыстарды түсіндіру мейлінше күрделі тақырыптар мен физикадан өтіліп жатқан құбылыстарды сезіну үшін, теориялық білімнің маңызын түсіндіруге тиімді. Мектепте физиканың жалпы курсының 25-30% зертханалық сабақтар болып табылады.

Мектептерде физика пәнінен зертханалық сабақтардың өтілуі мен дайындық кезіндегі біршама кемшіліктерді атап көрсетсек болады:

- зертханалық сабақтарға қолданатын құрал-жабдықтар әрқашан қазіргі заман талабына сай еместігі;

- зертханалық жұмыстарға көптеген әдістемелік сипаттаманың берілуі;

- жұмысты орындауда оқушылардың дайындығының аздығы;

- оқушылардың әрқашан болып жатқан құбылысты талдауға машықтанбауы және жасалған эксперименттен қорытынды жасауға қабілетінің жетіспеуі;

- оқушылардың көп уақыты өтпелі тапсырмаларды орындаға кетеді, нәтижесінде эксперименттің тиімділігі төмендейді;

Виртуальды зертханалық жұмыс барысында барлық эксперименттік тапсырмалар электронды болуына байланысты біршама зертханалық құрал жабдықтармен қамтамасыз етілмеген мектептерге өте тиімді. Бұл виртуальды электрондық зертханалық жұмыстардың мақсатын, құрал жабдықтары, орындалу керектігін оқушылар оқып қана қоймай, зертханалық жұмыстардың қалай орындалатынын сонымен қоса есептелу жолдарын меңгере отырып, нәтижелі жұмыс жасайды.

Зертханалық жұмыстың орындалуынан алынған нәтижелер бағаланады.

Виртуальды зертханалық жұмыстарды жасаудың мүмкіндігі:

- лабораториялық жұмыстың маңыздылығын түсіндірілуін барлайтын арнайы сынып бөлсе;

- физика курсында лабораториялық жұмыстарды жүргізу мен ұйымдастыруға қажетті виртуальды жұмыстардың ауқымы анықталса,

- виртуальды лабораториялық жұмыстарды пайдалануда әдістемелік моделін жасап, лабораториялық сабақта мұғалім мен оқушылардың іс-әрекетінің алгоритмі құрылса,

онда, физика курсында виртуальды лабораториялық жұмыстарды ұйымдастыру мен жүргізу мүмкін болады.

3 Пәнді игеруге арналған күнтізбелік-тақырыптық жоспар
Күнтізбелік-тақырыптық жоспар – бұл педагогтың оқу қызметінің жобасы. Жыл басында әр мұғалім өзінің оқу жоспарында әр сабақтың мәнін сипаттау арқылы күнтізбелік-тақырыптық жоспарды жасайды. Пән бойынша күнтізбелік-тақырыптық жоспарлау пән бойынша бағдарлама негізінде құрылады. Ол әдістемелік басқарманың бірінші отырысында қаралуы тиіс, оны хаттамада көрсету, директордың оқу ісі жөніндегі және ғылыми-әдістемелік ісі жөніндегі орынбасарымен келісіуі және мектеп директорымен бекітілуі керек.

Күнтізбелік-тақырыптық жоспар 10-қыркүйектен кешіктірілмей тапсырылады. Күнтізбелік-тақырыптық жоспардың көшірмесі директордың оқу ісі жөніндегі орынбасарына тапсырылады [37].

Күнтізбелік-тақырыптық жоспарды құру міндеттері:

- жылдық курста әр тақырыптың орнын және тақырыпта әр сабақтың орнын анықтау;

- жылдық курстың жеке сабақтары мен тақырыптарының арасындағы өзара байланысты анықтау;

- оқушы қызметінің нәтижесін нақтылау мақсатында оқу курсында тексерілетін мазмұн элементтері мен бітірушілердің дайындық деңгейіне қойылатын талаптарды белгілеу;

- білім алушыларды пән бойынша жүйелі білім, білік және дағдылармен қаруландыру бойынша тиімді жұмыс жүйесін қалыптастыру.

Әр мұғалім таңдалған педагогикалық технологияға сәйкес тақырыпты жоспарлау формасын таңдайды, бірақ жалпы талаптарды да сақтау қажет: міндетті түрде осы тақырыпты оқуға берілген тақырыптың атаулары мен сағаттар саны әр тақырыпты өткізу мерзімі көрсетілуі тиіс. Күнтізбелік тақырыптық жоспарда (КТЖ) бағдарламаға сәйкес сағат санын көрсету мақсатында сабақтар нөмірленеді, мұғалім өзінің қалауынша жақша ішінде әр бөлімнің ішінде нөмірлеуді бөлімдер бойынша көрсетуіне болады. КТЖ жасаған кезде сабақты өткізу мерзімі алдын ала жоспарланады, өткізген кезде және сынып журналын толтырған кезде сабақты нақты өткізу мерзімі көрсетіледі [37].

Оқу жылының барысында сыныптардың оқи алатындығына және оқу деңгейіне, бағдарламаны өту жылдамдығына, басқа да жағдаяттарға байланысты мемлекеттік білім стандартына сәйкес толтырылады. Оқу курсының жоспарының мазмұны бағдарлама мазмұнына сәйкес келуі қажет.

Педагогтардың қызметі:

- мұғалімнің өзі сабақ беретін барлық пәндерден міндетті түрде күнтізбелік -тақырыптық жоспары болу керек.

- күнтізбелік -тақырыптық жоспар бір жылға жасалуы тиіс.

- мұғалім қажеттілігіне қарай өзінің күнтізбелік –тақырыптық жоспарына түзетулер енгізеді.

- мұғалім мектеп әкімшілігінің немесе тексерушілердің талабы бойынша күнтізбелік –тақырыптық жоспарын ұсынуға міндетті.

Дипломдық жұмыстың тақырыбына негізделген күнтізбелік-тақырыптық жоспар 5-кестеде көрсетілген.
Пәні: Физика

Сыныбы: 8

Барлық сағат саны: 20

Апталық сағат саны: 2

Мұғалімі: Абылбек А.Ә
5-Кесте. Күнтізбелік-тақырыптық жоспар

Сабақ	Тақырып	Тақырыптың мазмұны	Сағ. саны	Орындалу мерзімі
ЭЛЕКТР ҚҰБЫЛЫСТАРЫ V тарау. III тоқсан
1-10	Тұрақты электр тогы	Электр тогы. Ток көздері	1
		Ток күші. Амперметр	1
		Электр кернеуі. Вольтметр. Электр тізбегі	1
		Тізбек бөлігіне арналған Ом заңы. Электр кедергісі	1
		Меншікті кедергі	1
		Электр кедергісінің температураға тәуелділігі. Асқын өткізгіштік	1
		Өткізгіштерді тізбектей және параллель жалғау	1
		Токтың жұмысы мен қуаты. Джоуль-Ленц заңы	1
		Электрқыздырғыш құралдар. Қыздыру шамдары	1
		Қысқа тұйықталу. Балқымалы сақтандырғыштар	1
VI тарау
11-17	Әр түрлі ортадағы электр тогы	Металдардағы электр тогы.	1
		Электролит ерітінділеріндегі электр тогы. Электролиздің қолданылуы	1
		Электролиз заңы	1
		Газдардағы электр тогы.	1
		Ваккумдегі электр тогы. Электронды-сәулелік түтікше	1
		Шалаөткізгіштер және олардың электрлік қасиеттері. Шалаөткізгіштердегі электр тогы.	1
		Шалаөткізгішті диод және оның қолданылуы	1
18-19	Зертханалық жұмыстар	Металдардың электрөткізгіштігінің Ом заңынан ауытқуын зертеу.	1
		Электролиттердің, жартылайөткізгіштердің электрөткізгіштігінің Ом заңынан ауытқуын зерттеу.	1
20	Бақылау жұмысы	Тұрақты ток заңдары, әр түрлі ортадағы электр тогына арналған тест тапсырмаларын шешу	1

2.3 Тақырып бойынша жоспарланған есептер

Тақырыпқа сәйкес электр және магнетизм бөліміне байланысты оқушылардың білімін бекіту мақсатында есептердің шығарылу мысалдары берілген.

1. 
   Өткізгіштен 0, 4 А ток өткенде, өткізгіштің ұштарындағы потенциалдар айырымы 8 В болды. Өткізгіштің кедергісі неге тең?
   

2. 
   Екі доғалы шам мен қосымша резистор бір-бірімен тізбектей жалғанған және 110В кернеу көзіне қосылған. Егер әрбір шамдағы кернеудің кемуі 40В болса, ал тізбектегі ток күші 12А болса, онда қосымша резистордың кедергісі қандай?
   

3. 
   Қалта фонаригінің ескі батарейкасының ішкі кедергісі 0,5 Ом-ға тең. Жүк түсірмеген кезде ондағы кернеу 1,5 В көрсетеді. Егер оны 1Ом кедергі күшімен тұйықтаса, батарейка полюсінің кернеуі қандай болады?
   

4. 
   Мыс купоросы арқылы 4 А ток жібергенде 18 минут аралығында қанша грамм мыс катодта бөлініп шығады?
   

6. Ішкі кедергісі r=1 Ом және ЭҚК ε=1,1 В болатын элемент R=9 Ом сыртқы кедергімен тұйықталған. Тізбектегі I токты, сыртқы тізбек бойымен U потенциалдың төмендеуін және ішкі элементте U_r потенциалдың төмендеулерін анықтау. Элемент қандай η ЭҚК-пен жұмыс істейді?

7. R₂=20Ом және R₃=15Ом кедергілер берілген. R₂ кедергі арқылы I₂=0.3А ток ағып өтеді. Амперметр I=0.8А токты көрсетті. R₁ кедергіні табу керек?