Электр энергиясынын физикасы – бул ар бирибиз чече турган нерсе. Макалада биз ага байланыштуу негизги түшүнүктөрдү карап чыгабыз.
Электр энергиясы деген эмне? Башталбаган адам үчүн бул чагылгандын жарк этүүсү же сыналгы менен кир жуугуч машинаны азыктандыруучу энергия менен байланыштуу. Ал электропоезддер электр энергиясын колдоноорун билет. Ал дагы эмне дей алат? Электр линиялары ага биздин электр энергиясына көз каранды экенибизди эске салат. Кимдир бирөө дагы бир нече мисал келтириши мүмкүн.
Бирок, башка көптөгөн, анчалык ачык эмес, бирок күнүмдүк кубулуштар электр энергиясы менен байланышкан. Физика бизди алардын бардыгы менен тааныштырат. Биз мектепте электр энергиясын (милдеттерди, аныктамаларды жана формулаларды) үйрөнө баштайбыз. Жана биз көп кызыктуу нерселерди үйрөнөбүз. Соккон жүрөк, чуркоо спортчу, уктап жаткан наристе жана сүзүп жаткан балыктын баары электр энергиясын иштеп чыгат экен.
Электрондор жана протондор
Негизги түшүнүктөрдү аныктайлы. Окумуштуунун көз карашы боюнча электрдин физикасы электрондордун жана башка заряддуу бөлүкчөлөрдүн ар кандай заттардагы кыймылы менен байланышкан. Демек, бизди кызыктырган кубулуштун табиятын илимий түшүнүү атомдор жана алардын курамындагы субатомдук бөлүкчөлөр жөнүндөгү билимдин деңгээлине жараша болот. Кичинекей электрон бул түшүнүктүн ачкычы болуп саналат. Кандайдыр бир заттын атомдорунда планеталар күндүн айланасында айланган сыяктуу, ядронун айланасында ар түрдүү орбиталарда кыймылдаган бир же бир нече электрон бар. Адатта атомдогу электрондордун саны ядродогу протондордун санына барабар. Бирок протондор электрондордон алда канча оор болгондуктан, атомдун борборуна бекилген деп кароого болот. Атомдун бул өтө жөнөкөйлөштүрүлгөн модели электрдин физикасы сыяктуу бир кубулуштун негиздерин түшүндүрүүгө жетиштүү.
Дагы эмнени билишиңиз керек? Электрондор менен протондордун электрдик заряды бирдей (бирок белгиси башка), ошондуктан алар бири-бирине тартылышат. Протондун заряды оң, ал эми электрондуку терс. Адаттагыдан көп же азыраак электрондор бар атом ион деп аталат. Атомдо алар жетишсиз болсо, анда ал оң ион деп аталат. Эгерде анын курамында алардын ашыкчасы болсо, анда ал терс ион деп аталат.
Электрон атомдон чыкканда кандайдыр бир оң зарядга ээ болот. Өзүнүн карама-каршысынан - протондон ажыраган электрон же башка атомго өтөт, же мурункусуна кайтып келет.
Эмне үчүн электрондор атомдорду таштап кетишет?
Бул бир нече себептерге байланыштуу. Эң жалпысы жарыктын импульсунун же кандайдыр бир тышкы электрондун таасири астында атомдо кыймылдаган электрон анын орбитасынан чыгып кетиши мүмкүн. Жылуулук атомдорду тезирээк титиретет. Бул электрондор алардын атомунан учуп кете алат дегенди билдирет. Химиялык реакцияларда алар атомдон башкага да жылышататом.
Химиялык жана электрдик активдүүлүктүн ортосундагы байланыштын жакшы мисалы булчуңдарыбыз тарабынан берилген. Алардын жипчелери нерв системасынан келген электрдик сигналга дуушар болгондо жыйрылат. Электр тогу химиялык реакцияларды стимулдайт. Алар булчуңдардын жыйрылышына алып келет. Тышкы электрдик сигналдар көбүнчө булчуңдардын активдүүлүгүн жасалма стимулдаштыруу үчүн колдонулат.
Өткөргүчтүк
Кээ бир заттарда тышкы электр талаасынын таасири астында электрондор башкаларына караганда эркин кыймылдашат. Мындай заттар жакшы өткөргүчтөргө ээ деп айтылат. Алар кондуктор деп аталат. Аларга көпчүлүк металлдар, ысытылган газдар жана кээ бир суюктуктар кирет. Аба, резина, май, полиэтилен жана айнек электр тогун начар өткөрөт. Алар диэлектриктер деп аталат жана жакшы өткөргүчтөрдү изоляциялоо үчүн колдонулат. Идеалдуу изоляторлор (абсолюттук электр өткөргүч эмес) жок. Белгилүү шарттарда электрондорду каалаган атомдон алып салууга болот. Бирок, бул шарттарды аткаруу адатта ушунчалык кыйын болгондуктан, практикалык көз караштан алганда, мындай заттарды өткөргүч эмес деп эсептесе болот.
Физика сыяктуу илим («Электр энергиясы» бөлүмү) менен таанышып, биз заттардын өзгөчө тобу бар экенин билебиз. Булар жарым өткөргүчтөр. Алар жарым-жартылай диэлектрик жана жарым-жартылай өткөргүч катары иштешет. Аларга, атап айтканда: германий, кремний, жез оксиди кирет. Өзүнүн касиеттеринен улам жарым өткөргүч көптөгөн колдонмолорду табат. Мисалы, ал электрдик клапан катары кызмат кыла алат: велосипед шинасынын клапаны сыяктуузаряддардын бир гана багытка жылышына мүмкүндүк берет. Мындай түзүлүштөрдү түзөткүчтөр деп аташат. Алар миниатюралык радиолордо жана чоң электр станцияларында өзгөрүлмө токту туруктуу токко айландыруу үчүн колдонулат.
Жылуулук молекулалардын же атомдордун кыймылынын башаламан формасы, ал эми температура бул кыймылдын интенсивдүүлүгүнүн өлчөмү (көпчүлүк металлдарда температуранын төмөндөшү менен электрондордун кыймылы эркин болуп калат). Бул электрондордун эркин кыймылына каршылык температуранын төмөндөшү менен азаят дегенди билдирет. Башкача айтканда, металлдардын өткөргүчтүгү жогорулайт.
Өтө өткөргүчтүк
Кээ бир заттарда өтө төмөн температурада электрондордун агымына каршылык толугу менен жоголот жана электрондор кыймылдап баштагандан кийин аны чексиз улантат. Бул кубулуш супер өткөргүчтүк деп аталат. Абсолюттук нөлдөн бир нече градус жогору (-273 °C) температурада калай, коргошун, алюминий жана ниобий сыяктуу металлдарда байкалат.
Ван де Графф генераторлору
Мектеп программасында электр энергиясы боюнча ар кандай эксперименттер бар. Генераторлордун көптөгөн түрлөрү бар, алардын бири жөнүндө кененирээк сөз кылгыбыз келет. Van de Graaff генератору өтө жогорку чыңалууларды өндүрүү үчүн колдонулат. Эгерде идиштин ичине ашыкча оң иондор камтылган объект салынса, анда анын ички бетинде электрондор, ал эми сыртында да ошончолук оң иондор пайда болот. Эгерде биз азыр заряддалган нерсе менен ички бетке тийсек, анда ага бардык эркин электрондор өтөт. Сырттаоң заряддар кала берет.
Ван-де-Графф генераторунда булактан келген оң иондор металл шардын ичиндеги конвейерге колдонулат. Тасма тарак түрүндөгү өткөргүчтүн жардамы менен шардын ички бетине бириктирилет. Электрондор сферанын ички бетинен ылдый агып чыгат. Анын сырткы жагында оң иондор пайда болот. Эффекти эки генераторду колдонуу менен күчөтсө болот.
Электр тогу
Мектептеги физика курсуна электр тогы сыяктуу нерселер да кирет. Бул эмне? Электр тогу электр заряддарынын кыймылынан келип чыгат. Батареяга туташтырылган электр лампасы күйгүзүлгөндө, ток зым аркылуу аккумулятордун бир уюлунан лампага, андан кийин анын чачы аркылуу өтүп, анын жаркырап күйүшүнө жана экинчи зым аркылуу кайра батареянын экинчи уюлуна өтөт.. Эгерде өчүргүч бурулса, схема ачылат - токтун агымы токтоп, лампа өчөт.
Электрондордун кыймылы
Ток көп учурда өткөргүч катары кызмат кылган металлдагы электрондордун иреттүү кыймылы. Бардык өткөргүчтөрдө жана башка кээ бир заттарда ток өтпөсө дагы, ар дайым кандайдыр бир туш келди кыймыл болуп турат. Заттагы электрондор салыштырмалуу эркин же катуу байланышкан болушу мүмкүн. Жакшы өткөргүчтөрдүн айланасында кыймылдай турган эркин электрондор бар. Бирок начар өткөргүчтарда же изоляторлордо бул бөлүкчөлөрдүн көбү атомдор менен жетиштүү тыгыз байланышта, бул алардын кыймылына тоскоол болот.
Кээде электрондордун белгилүү бир багытта кыймылы өткөргүчтө табигый же жасалма жол менен пайда болот. Бул агым электр тогу деп аталат. Ал ампер (А) менен өлчөнөт. Иондор (газдарда же эритмелерде) жана “тешиктер” (жарым өткөргүчтөрдүн кээ бир түрлөрүндө электрондордун жетишсиздиги) да ток алып жүрүүчүлөр катары кызмат кыла алышат. Акыркылар өзүн оң заряддуу электр тогун алып жүрүүчүлөр сыяктуу алып жүрүшөт. Электрондорду бир багытта кыймылдатуу үчүн же кандайдыр бир күч керектелет. табиятта анын булактары болушу мүмкүн: күн нурунун таасири, магниттик эффекттер жана химиялык реакциялар. Алардын кээ бирлери электр энергиясын өндүрүү үчүн колдонулат. Адатта бул максатта: магниттик эффекттерди колдонгон генератор жана аракети келип чыккан клетка (батарея) болуп саналат. химиялык реакцияларга. Электр кыймылдаткыч күчүн (EMF) жараткан эки түзмөк тең электрондордун чынжыр аркылуу бир багытта жылышын шарттайт. EMF мааниси вольт (V) менен өлчөнөт. Булар электр энергиясынын негизги бирдиктери.
ЭЭМдин чоңдугу менен токтун күчү суюктуктагы басым жана агым сыяктуу өз ара байланышта. Суу түтүктөрү ар дайым белгилүү бир басымда сууга толтурулат, бирок суу кран ачылганда гана агып баштайт.
Ошол сыяктуу эле, электр чынжырын EMF булагына туташтырууга болот, бирок электрондордун кыймылы үчүн жол түзүлмөйүнчө, ток анда өтпөйт. Бул, мисалы, электр лампасы же чаң соргуч болушу мүмкүн, бул жердеги өчүргүч токту “чыгаруучу” крандын ролун аткарат.
Учурдагы мененчыңалуу
Түзмөктөгү чыңалуу көбөйгөн сайын ток да өсөт. Физика курсун окуп жатып, биз электр чынжырлары бир нече түрдүү бөлүмдөрдөн тураарын билебиз: адатта өчүргүч, өткөргүчтөр жана электр энергиясын керектөөчү түзүлүш. Алардын баары биригип, электр тогуна каршылык жаратат, ал (туруктуу температураны алганда) бул компоненттер үчүн убакыттын өтүшү менен өзгөрбөйт, бирок алардын ар бири үчүн ар кандай болот. Демек, эгерде лампочкага жана үтүккө бирдей чыңалуу берилсе, анда алардын каршылыктары ар башка болгондуктан, ар бир түзүлүштөгү электрондордун агымы ар кандай болот. Демек, чынжырдын белгилүү бир бөлүгү аркылуу өткөн токтун күчү чыңалуу менен гана эмес, өткөргүчтөрдүн жана түзүлүштөрдүн каршылыгы менен да аныкталат.
Ом мыйзамы
Электрдик каршылыктын мааниси физика сыяктуу илимде Ом (Ом) менен өлчөнөт. Электр энергиясы (формулалар, аныктамалар, эксперименттер) - бул кенен тема. Биз татаал формулаларды чыгарбайбыз. Тема менен биринчи таанышуу үчүн жогоруда айтылгандар жетиштүү. Ошентсе да, бир формула дагы эле баалуу болуп саналат. Ал абдан жөнөкөй. Ар кандай өткөргүч же өткөргүчтөрдүн жана түзүлүштөрдүн системасы үчүн чыңалуу, ток жана каршылыктын ортосундагы байланыш төмөнкү формула менен берилет: чыңалуу=ток x каршылык. Бул Ом мыйзамынын математикалык туюнтмасы, бул үч параметрдин ортосундагы байланышты биринчи жолу негиздеген Джордж Омдун (1787-1854) ысымы менен аталган.
Электр энергиясынын физикасы илимдин абдан кызыктуу тармагы. Биз аны менен байланышкан негизги түшүнүктөрдү гана карап чыктык. Сиз билесизбиЭлектр энергиясы деген эмне жана ал кантип өндүрүлөт? Бул маалымат сизге пайдалуу деп үмүттөнөбүз.
