1. 3. Электрстатикалық өрістегі өткізгіштер

     өткізгіштер – электр зарядтары бүкіл көлемінде орын ауыстыра алатын заттар.

     бірінші текті өткізгіштер  – металдар – бойында зарядтардың (еркін электрондардың) тасымалдану процесінде химиялық өзгерістер болмайды.

     екінші текті өткізгіштер  – балқыған тұздар, қышқылдың, сілтінің  судағы ерітіндісі – бойында зарядтардың (оң және теріс иондардың)  тасымалдану процесінде химиялық өзгерістер болады.

     сыртқы электр өрісі жоқ кезде () өткізгіштің кез келген элементар көлемінде еркін электрондар мен  оң иондық тордың электр өрістері  компенсацияланады.

     электрстатикалық индукция –    сыртқы  электрстатикалық өрісте орналасқан  өткізгіште беттік зарядтардың қайта бөлінуі.

сыртқы электрстатикалық өріске орналасқан (14-сурет) металл өткізгіштің ішінде өткізгіштік электрондары мен оң иондардың электр өрісі сыртқы  өріспен теңескенше зарядтар қайта бөлінеді, яғни, зарядтар өткізгіш бетіне таралады.   беттік индукциялық зарядтардың  өрісі  өткізгіштің  бүкіл көлемінде сыртқы  өрісті компенсациялайды:

.                                              (60)

 

 

14-сурет

егер  өткізгіштің  қандай да бір ішкі бөлігін алып тастаса, пайда болған қуыста электр өрісі болмайды (15-сурет). электрстатикалық қорғаныс осы қасиетке негізделген. мысалы, электрлік өлшеуіш құралды сыртқы электр өрісінің әсерінен қорғау үшін өткізетін материалмен қалқандайды (экрандау). өткізгіштің бетінде күш сызықтары нормаль бойымен бағытталады, яғни өткізгіштің беті –эквипотенциалды. 

15-сурет

 

сонымен, электрстатикалық өрісте орналасқан өткізгіш үшін мына шарттар орындалады:

1. өткізгіштің ішіндегі өріс кернеулігі , өткізгіштің бетінде

.

2. өткізгіштің бүкіл көлемі эквипотенциалды, яғни

.

 

3. өткізгіштің беті эквипотенциалды, беттің кез келген сызығы үшін

.

 

4. компенсацияланбаған (өтелмеген) зарядтар өткізгіштің тек бетінде ғана бөлініп таралады. остроградский-гаусс теоремасына сәйкес, өткізгіштің ішінде кез келген тұйық бетпен қамтылған заряд нольге тең:

 

5. өткізгіштің бетіне жақын электрстатикалық өрістің кернеулігі мен электрлік ығысу зарядтың беттік тығыздығымен байланысты:

 

мұндағы  – өткізгіштің бетіне сырттай жүргізілген нормальға  ығысу векторының проекциясы, – өткізгіштің бетіне сырттай жүргізілген нормальға  кернеулік векторының проекциясы,

- өткізгішті қоршаған ортаның диэлектрлік өтімділігі.

     оқшауланған өткізгіш – зарядты денелерден, жүйелерден олардың электр өрістері ықпал етпейтін алыс қашықтықта орналасқан өткізгіш. біртекті изотропты  диэлектрик ортада орналасқан өткізгішке берілген  заряд беттік тығыздықпен бөлініп таралады. зарядтың таралуы өткізгіш бетінің пішініне, өлшеміне, өткізгішті қоршаған ортаның диэлектрлік өтімділігіне  байланысты.

     оқшауланған өткізгіштің электрлік сыйымдылығы – сан жағынан өткізгіштің потенциалын бір өлшемге  арттыру үшін  берілетін зарядқа тең шама.                                         .                                                (61)

 

біртекті изотропты  диэлектрик ортада бір-біріне жақын орналасқан шамалары бірдей  және  әр аттас зарядталған екі өткізгіштің потенциалдар айырымы зарядқа пропорционал:

                                                 ,                                      (62)

 

мұндағы с– екі өткізгіштің өзара электрлік сыйымдылығы. өткізгіштің біреуін шексіздікке алыстатқанда потенциалдар айырымы артып, олардың өзара электрлік сыйымдылығы ортада қалған жеке өткізгіштің сыйымдылығына дейін кемиді.

     конденсатор – электр өрісі шамалары бірдей әр аттас зарядталған екі жазықтық арасындағы кеңістікпен  шектелген өткізгіштер жүйесі. конденсаторды құрайтын өткізгіштер оның астарлары деп аталады, яғни конденсатордың электрлік сыйымдылығы астарларының өзара сыйымдылығы болып табылады.

     жазық конденсатор – ара қашықтығы d екі параллель металл пластинадан құралған жүйе. электрлік сыйымдылығы:  

,                                             (63)

 

мұндағы   d - конденсатор астарларының ара қашықтығы, 

s - конденсатор астарларының ауданы    

     сфералық конденсатор – арасы сфералық диэлектрлік қабатпен  бөлінген концентрлік астарлар жүйесі. электрлік сыйымдылығы:   

,                                       (64)

мұндағы r₁ және  r₂  - концентрлік сфералардың радиустары.

конденсаторларды қосу

 

қосу	тізбектей	параллель
сұлба  мысалы	с1     с2     с3	с1                        а         с2                  в                   с3
сақталатын шама
қосынды шама	потенциалдар айырымы	заряд
қортқы электр сыйымдылығы	конденсаторлардың астарларындағы заряд бірдей, потенциалдар айырымы:	конденсаторлардың астарларындағы потенциалдар айырымы бірдей, заряд шамасы: ................................

 

    

     цилиндрлік конденсатор – арасы диэлектрлік қабатпен  бөлінген екі жұқа қуыс коаксиалдық  цилиндрлер жүйесі. электрлік сыйымдылығы:   ,                                          (65)

мұндағы r₁ және  r₂  - қуыс коаксиалдық цилиндрлердің радиустары,

l - коаксиалдық цилиндрлердің биіктігі.

осы формуламен коаксиалды кабельдің де сыйымдылығы есептеледі.

     конденсатордың әр аттас зарядталған екі  астарының арасындағы тартылу күші:       

         .                               (66)