4.Тұрақты электр тогы.

1. Еркін электр зарядтарын тасымалдаушылардың реттелген қозғалысы электр тогы деп аталады.

-- Электр зарядтарын тасымалдаушылары еркін қозғалатын жағдайда ғана өткізгіште электр тогы пайда болады.

-- Электр тогының пайда болуы үшін еркін зарядты тасымалдаушыларға әрекет ететін электр өрісінің бар болуы қажетті.

-- Электр тогы ұзақ сақталуы үшін электр өрісін тудыратын құрылғының болуы міндетті, яғни ток көзі керек.

Тоқтың негізгі әрекеті: 1. Тоқтың жылулық әрекеті. Өткізгіш бойымен ток өтсе, онда ол қызады. 2.Тоқтың химиялық әрекеті. Химиялық ерітінділерге батырылған металл өткізгіш бойымен ток өткенде ерітіндінің құрамына енетін заттар бөлінеді. 3.Тоқтың магниттік әрекеті. Бойымен ток жүргенде өткізгіш магниттік қасиеттерге ие болады. 4.Токтың физиологиялық әрекеті. Жануарлар бойымен ток өткенде бұлшық еттердің жиырылуын тудырады.

Ток көзін алу үшін зарядтарды бөлгенде электрлік емес күштерді қолданады. Оларды бөгде күштер деп атайды. Сонымен зарядтарды бөлу дегеніміз – бөгде күштердің кулондық күштерге қарсы атқарған жұмыс процесі.Бұл кезде әр аттас зарядтар тұрған нүктелердің арасында потенциалдар айырымы туады, яғни электр өрісі пайда болады.ЭҚК – бөгде күш деп атайды.

Осы бөгде күштердің әрекеті ток көзінің энергетикалық сипаттамасы болып табылады. Ток көзінің энергетикалық сипаттамасы болып табылатын электр қозғаушы күші ( ЭҚК ) деп бөгде күштер жұмысының орын ауыстыратын электр зарядына қатынасына тең шаманы айтады: _б / q

1В = 1Дж /Кл

2.Ток күші. Алғаш рет электр тогы түсінігін енгізген француз ғалымы Андре Ампер болды.Электр тогын өлшеу және салыстыру үшін ток күші деген арнайы шама енгізіледі. Көлденең қимасының ауданы өткізгіште электр өрісінің әсерінен еркін заряд тасымалдаушылар қандай да бір жылдамдықпен қозғалады. Барлық заряд тасымалдаушылардың қозғалысы реттелген болғандықтан, өткізгіш бойымен электр тогы жүреді. Бұл кезде әр секунд сайын өткізгіштің кез келген қимасы арқылы электр мөлшері деп аталатын қандай да бір заряд өтеді.

«Өткізгіштің көлденең қимасы арқылы қандай да бір уақыт аралығында тасымалданатын электр мөлшерінің сол уақыт аралығына қатынасын ток күші деп атайды.» I = q / t ; 1А = 1Кл / 1с

1Ампер – вакуумде бір-бірінен 1 м қашықтықта орналасқан, көлденең қимасының ауданы өте аз, шексіз ұзын түзу екі өткізгіштің бойымен өтетін тұрақты ток күші. Ток күшін өлшейтін құралды амперметр деп атайды. Амперметрді ток күші өлшенілетін құралмен тізбектеп қосады.

3.Электр кернеу. Ток көзінде пайда болатын электр өрісінің әрекетінен зарядталған бөлшектердің реттелген қозғалысы,яғни электр тогы пайда болады. Токты тудыратын электр өрісінің жұмысын токтың жұмысы деп атайды. Тізбектің бөліктері үшін бұл жұмыс әр түрлі болғанымен, сол бөліктерден өтетін зарядтардың шамасына тура пропорционал. Тізбектің берілген бөлігіндегі заряд бірлігінің орын ауыстыруы үшін токтың атқарған жқмысын анықтайтын шаманы осы бөліктің электр кернеу деп атайды.

«Тізбектің берілген бөлігінде заряд орын ауыстырғанда электр өрісінің атқарған жұмысының осы зарядқа қатынасы кернеу деп аталады. U= A / q ; 1В= 1Дж / 1Кл

Егер өткізгіш бойымен 1 Кл заряд орын ауыстырғанда 1 Дж – ге тең жұмыс істелсе, онда тізбек бөлігіндегі электр кернеуі 1 В – қа тең болады. Өткізгіштің ұштарындағы кернеуді өлшеуге арналған құралды вольтметр деп атайды. Электр тізбегі ішкі және сыртқы деп аталатын екі бөліктен тұрады. Ток көзі ішкі тізбекке, ал барлық қалған бөлігі сыртқы тізбекке жатады.

4. Тізбектің бөлігіне арналған Ом заңы. Кедергі. Ток күшінің қандай шамаға тәуелді және қалай тәуелді екенін тәжірибеден қарастырсақ одан алынған ток күшінің кернеуге тәуелділігін көрсететін нәтижелердің математикалық өрнегін былай жазуға болады: I =

Мұндағы - пропорционалдық коэффициент. Тәжірибе шамасының өткізгіштің қасиеттеріне ғана тәуелді екенін көрсетеді. Тізбек бойымен өтетін тоққа өткізгіштің кедергі жасау қасиетін сипаттайтын R шамасын кедергі деп атайды. Ток күшінің кернеу мен кедергіге тәуелділік заңын 1827 жылы Г. Ом ашты.

« Тізбектің бөлігіндегі ток күші – осы бөліктің ұштарындағы кернеуге тура пропорционал және өткізгіштің кедергісіне кері пропорционал.» I = ; R = 1 Ом = 1В / 1А

Кедергінің 1Ом бірлігіне ұштарындағы кернеу 1В болғанда бойымен 1А ток өтетін өткізгіштің кедергісі қабылдаған. Тізбектегі кедергіні өзгертіп отыру үшін реостаттар қолданылады. Олар реттегіш және іске қосқыш болып бөлінеді. Кедергі өзгергенде тізбектегі ток күшін біртіндеп өзгерту үшін реостат қолданылады.

5. Меншікті кедергі. Тұрақты температурада өткізгіштің кедергісі оның ұзыдығына тура пропорционал, көлденең қимасының ауданына кері пропорционал және оның жасалған материалына тәуелді болатынын айтады. R = ; - меншікті кедергі.

1.Бұдан, өткізгіш кедергісінің оның ұзындығына тура пропорционалдығы шығады R

2. Өткізгіштің көлденең қимасының ауданы үлкен болғанда оның кедергісінің азаятынын білдіреді. R

3. Өткізгіш материалының электрлік қасиеттерін сипаттайтын шаманы - белгілейді. Онда өткізгіш кедергісінің оның материалына тәуелділігі былай өрнектеледі; R

Өткізгіштің материалын сипаттайтын шаманы меншікті кедергі деп атайды.: ( Ом*м) SI.

6.Электр кедергісінің температураға тәуелділігі. Асқын өткізгіштік. Кейбір таза металдардың кедергісі әжептәуір, ал қорытпаларда кедергі аз артады. Температура жоғарылағанда кедергісі іс жүзінде өзгермейтін арнайы қорытпалар да бар. Оларға константан мен манганин жатады. Оларды дәл эталондарды, реостаттар мен басқа да аспаптарды дайындауға пайдаланады.Қыздырғанда кедергінің өсу себебі, өткізгіштің температурасы артқанда кристалдық тордың түйіндеріндегі иондар тербелісі күшейеді. Нәтижесінде электрондар иондар мен жиірек соқтығысады. Бұл олардың өткізгіштегі бағытталған қозғалысына кедергі жасайды, сондықтан кедергі артып, ток кемиді.Өткізгіш кедергісінің температураға тәуелділігі былай анықталады: R = R₀ (1+ t )

Бұдан: ; - кедергінің температуралық коэффициенті.

Көптеген тәжірибелер барлық металдар үшін екенін көрсетеді. Химиялық таза металдар үшін К ^-1 Асқын өткізгіштік деп таза металдар ( мырыш,алюминий,қалайы, сынап, қорғасын, және т.б.) мен бірқатар қоспалар кедергісінің абсолют нөлге жақын температураларда кенет нөлге дейін төмендеу құбылысын айтады.

7. Тізбектей жалғау: Өткізгіштерді тізбектей жалғағанда ток күштері бірдей, тізбектегі жалпы кернеу оның жеке бөліктеріндегі кернеулердің қосындысына тең болады, ал жалпы кедергі әрбір өткізгіштің кедергілерінің қосындысынан тұрады: I = I₁= I₂=......= I_n , I= const

U= U₁ + U₂+-----+U_n

R = R₁+R₂+------+R_n

Параллель жалғау: Өткізгіштерді параллель жалғағанда тізбектің барлық бөліктеріндегі кернеу бірдей, жалпы ток күші әрбір өткізгіштегі ток күштерінің қосындысына тең, ал жалпы кедергі кемиді: U=U₁= U₂= --- =Un , U= const

I = I₁+ I₂ + --- + I_n

8.Тоқтың жұмысы мен қуаты. Джоуль – Ленц заңы. Тогы бар тізбектегі электр энергиясының энергияның басқа түрлеріне айналуының өлшемі ток жұмысының, яғни зарядтар орын ауыстырғандағы өрістің электрлік күштерінің атқаратын жұмыстын шамасы болып табылады.

U = A/q ; A = qU ; q = It ; A = IUt 1Дж = 1А*1В*1с

Тізбектің бөлігіне арналған Ом заңы бойынша : I= U/R U= IR ; А= I²*R *t ; A = U²/R * t

Электр тогының жұмысы ток күші, кернеу және жұмыс істеуге кеткен уақыттың көбейтіндісіне тең.Уақыт бірлігі ішінде жасалған токтың жұмысы электр тогының қуаты болып табылады.

Олай болса: P = A/t = I*U Токтың қуатын табу үшін өткізгіштегі ток күшін және кернеуді өлшеп, олардың көбейтіндісін табу керек. Сонымен қатар тоқтың қуаты үшін мына өрнектерді алуға болады: P = U² / R және P = I²R 1Вт = 1А*1В ; 1Вт = 1Дж/с ; 1Дж = 1Вт*с

Токтың қуатын өлшеуге арналған аспапты ваттметр деп атайды.Токтың жұмысын өлшеуге арналған құрал электр есептеуіш деп аталады. Ток жұмысының бірлігі 1 кВт*сағ , 1кВт*сағ= 3.6*10⁶Дж.

Джоуль-Ленц заңы: Өткізгіш бойымен ток өткенде өткізгіш қызып, электр энергиясы ішкі энергияға айналады. Бұл металдардағы еркін электрондар электр өрісі әрекетінен орын ауыстырғанда кристалдық тор түйіндерінде орналасқан иондармен соқтығысып және оларға өз энергиясының бір бөлігін беруімен түсіндіріледі. Соның нәтижесінде иондар үлкен жылдамдықпен тербеле бастайды, өткізгіштің ішкі энергиясы артады және оның температурасы көтеріледі.Тізбекті тұйықтап, ондағы ток күшін біртіндеп арттырып, егер әр өткізгіштің кедергілері әр түрлі болса,тізбектей жалғау кезінде өкізгіште ток бірдей болады, ал өткізгіштерде бөлінетін жылу мөлшері әр түрлі.Бұл тәжірибеден өткізгіштердің жылуы олардың кедергілеріне тәуелді болады деген ұғым шығады.Тәжірибе жүзінде токтың жылулық әрекетін ағылшын ғалымы ДЖ.Джоуль мен орыс ғалымы Э.Ленц зерттеді.Олар бір-біріне тәуелсіз Джоуль-Ленц заңы аталатын заңды тағайындады: « Өткізгіш бойымен ток жүрген кезде өткізгіште бөлінетін жылу мөлшері ток күшінің квадратына, өткізгіш кедергісіне және токтың жүру уақытына тура

пропорционалболады.» Q= I²Rt

9.Электр тогының химиялық әрекеті: Токтың өткізгіш арқылы өтуі әрқашан оның әрекетімен қатар жүреді.Олар: жылулық, химиялық және магниттік. Токтың кез келген әрекетінде электр энергиясының энергияның басқа түрлеріне түрленуі болады. Токтың химиялық әрекеті әрқашан сұйық өткізгіштерде – электролиттерде бақыланады. «Тұздардың, қышқылдардың және сілтілердің ерітінділері,сонымен қоса тұздардың балқымалары электролиттер деп аталады.» Электролиттер электр тогын жақсы өткізетіндерге жатады.Көптеген заттардың молекулалары өзара тарту күшімен біріккен оң және теріс иондардан тұрады.

Электролиттер электр тогын жақсы өткізетіндерге жатады.Суда иондар арасындағы өзара тарту күші азаяды.Молекула иондарға ыдырайды.Бұл процесс электролиттік диссоциация деп аталады.

Әдетте, электролиттерде әр аттас иондардың молекулаға бірігуі сияқты кері процесс те жүреді.Бұл процесс рекомбинация деп аталады. Ерітіндіде диссоциация мен рекомбинация бірін – бірі теңестіріп тұрады. Электр өрісі жоқ ерітіндідегі иондар ретсіз қозғалады. Егер электролитке қандай да бір потенциалдар айырымы бар екі электродты ( катод – теріс зарядталған, анод – оң зарядталған ) енгізсе, онда зарядталған иондардың бағытталған қозғалысы пайда болады. оң иондар қатодқа қарай, теріс иондар анодқа қарай қозғалады. Ендеше, электролиттердегі зарядтарды тасымалдаушылар оң және теріс иондар болып табылады. Электролиттердегі электр тогы дегеніміз - оң және теріс иондардың қарама –қарсы бағыттағы реттелген қозғалысы. Электролит арқылы электр тогы өткенде электродтарда зат бөліну процесі электролиз деп аталады. Электролиз заңы: Сонымен , тұз, қышқыл және сілті ерітінділері арқылы ток өткенде электродтарда зат бөліну құбылысы электролиз деп аталады.Әр түрлі электролиттерден түрліше токтарды өткізіп және соның барасында электродта бөлінген зат массасын нақты өлшей отырып ағылшын физигі М. Фарадей 1832 жылы эксперимент жүзінде мынадай заңдылықты ашты:

«Электролиз кезінде электродта бөлінген заттың массасы электролит арқылы өткен электр (заряд) мөлшеріне пропорционал.» Бұл заң Фарадей заңы деп аталады: m = kq ; m=kIt

m- бөлініп шыққан заттың массасы.

k- берілген заттың электрохимиялық эквиваленті: k= m /q ( кг/Кл)

q- электролит арқылы өткен заряд.

«Заттың электрохимиялық эквивалентінің сан мәні электролит арқылы 1Кл заряд өткенде электродтардың біреуінде бөлінетін заттың массасына тең.» k= m /q ( кг/Кл)