63. Тұрақты электр тоғы. Ток күші, ток тығыздығы және олардың өлшем бірліктері

Электр тогы - зарядталған бөлшектер мен макроскопиялық денелердің реттелген қозғалысы.

Токтың болу шарттары: ортада ток тасымалдаушылардың және электр өрісінің болуы.

Токты ұстап тұру үшін міндетті түрде қандай да бір энергияны электр тогының энергиясына айналдыруына негізделген электр энергиясының көзі болуы қажет.

Электр тогының сандық сипаттамасы –   ток күші. Ток күші– бірлік уақытта қарастырылған бет арқылы өтетін зарядтармен анықталатын скаляр физикалық шама.

 . (14.1)

Ток күші және оның бағыты уақытқа байланысты өзгермесе, ондай ток тұрақты ток деп аталады және  .

Электр тогы тұрақты болуы үшін ток өтетін өткізгіштің барлық нүктесіндегі электр өрісінің кернеулігі өзгермеуі қажет. Яғни осы өткізгіште зарядтар бір жерінде азайып, бір жерінде жиналып қалмауы қажет. Бұл шарт тұрақты ток тізбегі тұйықталған және тізбектің барлық көлденең қимасындағы ток күші бірдей болуы керек екендігін білдіреді.

Қарастырылған беттің әртүрлі нүктесіндегі электр тогының бағыты және оның таралуы ток тығыздығының векторы деп аталатын физикалық шамамен сипатталады.

Ток тығыздығы- ток бағытына перпендикуляр беттің бірлік аудан арқылы өтетін ток күшімен анықталады

 . (14.2)

Бұл өрнектен   беттен өтетін ток күші осы беттен өткен ток тығыздығының векторының ағынына тең екені шығады

 . (14.3)

Ток тығыздығын өткізгіштегі зарядтардың реттелген қозғалысының   жылдамдығы, ток тасмалдаушылардың   концентрациясы және тасымалдаушылардың   элементар заряды арқылы төмендегідей өрнектеуге болады

 . (14.4)

Ток тығыздығының өлшем бірлігі – А/м .

64. Бөгде күштер және олардың электр тізбектеріндегі рөлі. Электр қозғаушы күші және оның физикалық мағынасы. Электр кернеуі.

Бөгде күштер.

Электр тогының пайда болуы және өмір сүруі үшін қажеттілер:

1) реттеліп қозғалуға қабілетті еркін ток таситын- зарядталған бөлшектердің болуы.

2) Энергия толтырылып отыратын қандай да бір электр өрісінің болуы.

Егер тізбекте тек электростатикалық өрістің әсері болса, онда тасушылардың бұлай орын ауыструы нәтижесінде барлық нүктедегі потенциалдар теңеседі де, электр өрісі жоғалады.

Тұрақты токтың өмір сүруі үшін тізбекте тегі электростатикалық емес күштің есебінен потенциалдар айырымын тудыруға қабілетті және ұстап тұратын қондырғы керек.

Мұндай қондырғыны ток көзі деп атайды.

Тегі электростатикалық емес, ток көзі тарапынан зарядқа әсер ететін күшті бөгде күш деп атайды.

Бөгде күштің сандық сипаты бөгде күштің өрісі және оның оң бірлік зарядқа әсер ететін бөгде күштермен анықталатын кернеулігі  болып табылады.

Бөгде күштің табиғаты әр түрлі болуы мүмкін. Мысалы гальваникалық элементке ол электродтар мен электролиттердің арасындағы химиялық реакцияның энергиясы есебінен пайда болады, генераторда генератор роторының айналуының механикалық энергиясы есебінен, күн батареясында фотон энергиясының есебінен т.б.пайда болады. Электр тізбегіндегі ток көзінің ролі, гидравликалық жүйедегі сұйықтың ағынының ұсталып тұруы үшін керекті насостың қызметі сияқты.

Бөгде күштердің әсерінен ток көзі ішінде электр өрісінің бағытына қарсы электр зарядтары қозғалады, соның әсерінен тізбек ұштарында потенциалдар айырымы ұсталып тұрып, тізбекпен тұрақты ток жүреді.

 Электр қозғаушы күш және кернеу.

Бірлік оң таңбалы зарядты орын ауыстырғанда бөгде күштердің жасайтын жұмысымен анықталатын физикалық шама тізбекте әсер ететін электр қозғаушы күш (Э.Қ.К) деп аталады.

Бұл жұмыс ток көзінің жұмсайтын энергиясының есебінен жасалғандықтан,  шамасын тізбекке қосылған ток көзінің ЭҚК деп атауға болады. ЭҚК потенциал сияқты вольтпен өлшенеді.

Тізбектің бөгде күштер әсер етпейтін бөлігін біртекті деп атайды. Ток таситындарға бөгде күш әсер ететін бөлігін біртекті емес деп атайды.

Тізбектің тұйық бөлігінде  зарядын орын ауыстыру кезінде бөгде күштердің жұмысы

Осыдан тұйық тізбекке әсер ететін ЭҚК- бөгде күштің өрісінің кернеулігінің циркуляция векторы.

Сонымен, тұйық контур үшін бөгде күштің кенеулік циркуляциясы нолге тең емес. Сондықтан бөгде күштің өрісі потенциалды өріс болмайды.

Тізбектің 1-2 бөлігіндегі әсер ететін ЭҚК мынаған тең

Егер  зарядқа бөгде күште сонымен бірге электростатикалық күште әсер етсе, онда қорытқы күш

1-2 бөліктегі  зарядын орын ауыстырғанда қорытқы күштің жұмысы

Тұйықталған тізбектегі электростатикалық күштің жұмысы нольге тең, сондықтан

1-2 бөліктегі кернеудегеніміз сан мәні жағынан берілген тізбек бөлігіндегі бірлік оң заряд орын ауыстыру үшін электростатикалық және бөгде күштердің жасайтын жұмыстарының қосындысына тең физикалық шама.

 

Кернеу түсінігі потенциалдар айырымының жинақтап қорытылған түсінігі: егер тізбек бөлігінде ток көзі болмаса (бөлікте ЭҚК әсер етпейді; бөгде күштер жоқ), онда тізбек ұштарындағы кернеу потенциалдар айырымына тең;