4-mavzu: Elektr maydon vakuumda. Elektr
maydonida dielektriklarda. Elektr maydonida
o‘tkazgichlar
Mashg‘ulot rejasi:
1.
Elektr zaryad. Kulon qonuni.
2.
Elektr maydonida dielektriklar.
3.
Elektr maydonida o‘tkazgichlar.
Tabiatda elektr zaryadlarni ikki turi mavjud, ular esa musbat
va manfiy zaryadlar. Elektr zaryad elementar zarradan tashkil
topgan. Elementar zaryadning massasi va zaryadi
кг
m
31
10
1082
,
9
−
⋅
=
;
Кл
е
19
10
6
,
1
−
⋅
=
Zaryadlangan jismda musbat va manfiy elementar zaryadlar
soni turlicha; zaryadlanmagan jismda ularning soni o‘zaro teng
bo‘ladi.
Tinch holatdagi zaryadlangan jismlarning o‘zaro ta’siri va
xususiyatlari elektrostatika o‘rganadi.
Vakuumdagi ikkita nuqtaviy elektr zaryadlarining o‘zaro
ta’sir kuchi
2
0
2
1
4
r
q
q
F
πεε
⋅
=
bu yerda:
1
q
va
2
q
- zaryadlarning elektr zaryadlari;
r
-
zaryadldar orasidagi masofa;
ε
- muhitning nisbiy dielektrik
singdiruvchanligi;
0
ε
- elektr doimiy bo‘lib,
м
Ф
12
0
10
85
,
8
−
⋅
=
ε
.
Elektr maydoni kuchlanganligi
213
q
F
E
=
formula bilan aniqlanadi, bu yerda F – zaryad q ga ta’sir etuvchi
kuch.
Nuqtaviy zaryadning maydon kuchlanganligi
2
0
4
r
q
E
πεε
=
Gauss teoremasi bo‘yicha ixtiyoriy yopiq sirt orqali o‘tgan
elektr induksiyasining oqimi
∑
=
q
N
D
Elektr maydonlarning superpozitsiya (qo‘shish) prinsipi
quyidagi formula bilan ifodalanadi:
∑
=
=
+
+
+
+
=
n
i
i
n
E
E
E
E
E
E
1
3
2
1
...
Elektr maydonda zaryadni ko‘chirishda bajarilgan ishi
−
⋅
=
2
1
0
0
12
1
1
4
r
r
q
q
A
πεε
Elektr zaryadlarning potensial enregiyasi quyidagicha
yoziladi:
r
q
q
W
n
⋅
⋅
⋅
=
ε
πε
0
0
4
1
Elektr maydon potensiali
0
q
W
n
=
ϕ
Elektr maydon kuchlanganligi bilan potensial orasidagi
bog‘lanish quyidagicha ifodalanadi:
dr
d
E
ϕ
−
=
yoki
ϕ
grad
E
−
=
Yakkalangan o‘tkazgichning elektr sig‘imi
ϕ
q
C
−
=
Radiusi R ga teng bo‘lgan yakkalangan shar q zaryad bilan
zaryadlansa, uning sirtidagi potensiali quyidagi formula asosida
aniqlanadi, ya’ni:
R
q
0
4
πεε
ϕ
=
.
Yakkalangan elektr sharning elektr sig‘imi
R
q
C
0
4
πεε
ϕ
=
=
Ikkita o‘tkazgiyalarning o‘zaro elektr sig‘imi
2
1
ϕ
ϕ
−
=
q
C
bu yerda:
2
1
ϕ
ϕ
−
- ikkita o‘tkazgichlar orasidagi potensiallar
ayirmasi.
214
O‘tkazgichlarning o‘zaro elektr sig‘imi asosida
elektrotexnikada va radiotexnikada kondensatorlar deb ataluvchi
qurilmalar keng qo‘llanadilar.
Kondensator o‘ziga berilgan zaryadni to‘plovchi va uzoq vaqt
saqlovchi qurilmadiryu
Yasash kondensatorning elektr sig‘imi quyidagi formuladan
aniqlanadi:
d
S
C
0
εε
=
bu yerda:
S
- kondensator qoplamalarining yuzi;
d
- ular
orasidagi masofa;
ε
- qoplamalar orasidagi moddaning nisbiy
dielektrik singdiruvchanligi.
Sferik kondensatorning elektr sig‘imi.
1
2
2
1
0
4
R
R
R
R
C
−
⋅
=
πεε
bu yerda:
1
R
va
2
R
- ichki va tashqi qoplamalarning radiuslari.
Silindrik kondensatorning elektr sig‘imi:
1
2
0
2
R
R
n
h
C
πεε
=
Kerakli elektr sig‘imini hosil qilish uchun bir necha
kondensatorlar bir-biriga ulanadi, ya’ni kondensatorlar batareyasi
hosil qilinadi. Barcha ulanishlarni parallel va ketma-ket
ulanishlarga bo‘lish mumkin.
Parallel ulangan kondensatorlar batareyasining elektr sig‘imi
quyidagicha bo‘ladi:
∑
=
=
+
+
+
+
=
n
i
i
n
C
C
C
C
C
C
1
3
2
1
...
Ketma-ket ulangan kondensatorlar batareyasining elektr
sig‘imi:
∑
=
=
+
+
+
=
n
i
i
n
C
C
C
C
C
C
1
3
2
1
1
1
...
1
1
1
1
Zaryadlangan kondensator energiyasining turli ko‘rinishidagi
ifodalari:
(
)
(
)
2
2
2
2
2
1
2
1
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
−
=
=
−
=
C
C
q
q
W
.
Masalalar: 9.2; 9.8; 9.40; 9.84; 9.102; 9.126.
Mustaqil ish: 9.13; 9.63; 9.87; 9.115; 9.124; 9.128.
Masalalar yechish namunalari:
1-masala. Massasi 10 g bo‘lgan ikkita bir xil sharning har biri
vakuumda radiuslaridan ancha katta masofada joylashgan. Bir xil
zaryadlangan o‘zaro ta’sir kuchi sharlarning o‘zaro tortish kuchini
muvozanatga keltirish uchun har bir sharda qanchadan zaryad
bo‘lishi kerak?
215
Berilgan:
кг
г
m
2
10
10
−
=
=
2
2
12
0
10
85
,
8
м
Н
Кл
⋅
⋅
=
−
ε
2
2
11
10
67
,
6
кг
м
Н
G
⋅
⋅
=
−
1
=
ε
?
−
q
Yechilishi: Sharlarning muvozanat sharti Kulonning o‘aro
ta’sir kuchi va butun olam tortishish kuchining o‘zaro tengligidan
iborat, ya’ni:
2
2
2
2
0
4
1
r
m
G
r
q
=
⋅
ε
πε
Bundan izlanayotgan q zaryad miqdori quyidagiga teng bo‘ladi:
G
m
G
m
q
ε
πε
ε
πε
0
2
0
4
4
=
=
Hisoblash:
Кл
q
13
11
12
10
6
,
8
10
67
,
6
1
10
85
,
8
14
,
3
4
−
−
−
⋅
=
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
2-masala. Yassi kondensator qoplamalarining orasi birday
0,5 mm qalinlikdagi shisha (
7
1
=
ε
), siyuda (
6
2
=
ε
) va parafinlangan
qog‘oz (
2
3
=
ε
) dan iborat dielektriklar bilan to‘ldirilgan. Agar
kondensator qoplamalarining yuzi 200 sm
2
bo‘lsa,
kondensatorning elektr sig‘imi topilsin.
Berilgan:
м
мм
d
4
10
5
5
,
0
−
⋅
=
=
2
2
2
10
2
200
м
см
S
−
⋅
=
=
7
1
=
ε
,
6
2
=
ε
,
2
3
=
ε
?
−
С
Yechilishi: agar yassi kondensator qoplamalariga parallel
qilib yupqa metall plastinka kiritilsa, u holda uning sirtlarida teng
kattalikdagi qarama-qarshi ishorali zaryad paydo bo‘ladi. shuning
uchun ham qoplamalari orasida dielektrik plastnikalari bo‘lgan
kondensatorning elektr sig‘mini bu plastinka sirtlariga bpqa metall
qatlamlar siljigan deb faraz qilib aniqlash mumkin. Bu holda
o‘zaro ketma-ket ulangan kondensator hosil bo‘lib, ularning elektr
sig‘imlari
d
S
C
1
0
1
ε
ε
=
;
d
S
C
2
0
2
ε
ε
=
;
d
S
C
3
0
3
ε
ε
=
,
bo‘lgani uchun kondensatorning umumiy elektr sig‘imi:
+
+
=
+
+
=
3
2
1
0
3
2
1
1
1
1
1
1
1
1
ε
ε
ε
ε
S
d
C
C
C
C
(
)
d
S
C
3
2
3
1
2
1
3
2
1
0
ε
ε
ε
ε
ε
ε
ε
ε
ε
ε
+
+
=
Hisoblash:
(
)
Ф
C
12
4
2
12
10
437
10
5
2
6
2
7
6
7
10
2
2
6
7
10
85
,
8
−
−
−
−
⋅
=
⋅
⋅
+
⋅
+
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
216
Masalalar: 9.2; 9.8; 9.40; 9.84; 9.102; 9.126
Mustaqil yechish uchun masalalar: 9.13; 9.63; 9.87; 9.115;
9.124; 9.128
5-mavzu: O‘zgarmas elektr toki. Elektromagnetizm.
O‘zgaruvchan elektr tok
Mashhulot rejasi:
1.
O‘zgarmas elektr zanjirlari va qonunlari.
2.
Elektromagnetizm.
3.
O‘zgaruvchan tok.
Moddaning
tuzilishi,
atomlarning
tarkibi,
elementar
zarrachalarning ayrim xususiyatlari elektr va magnit hodisalariga
bog‘liq.
Tokni harakterlovchi asosiy kattaliklardan biri tok kuchidir:
dt
dq
I
=
Agar
const
I
=
bo‘lsa, u holda
t
q
I
=
bu yerda I – tokning kuchi; q – elektr zaryadi; t – elektr zaryadi
o‘tish uchun ketgan vaqt.
Elektr tokining zichligi
S
I
J
=
bu yerda S – o‘tkazgich ko‘ndalang kesimining yuzi.
Bir jinsli o‘tkazgich qismidan o‘tayotgan tok kuchi Om
qonuniga bo‘ysunadi:
R
U
I
=
bu yerda: U – o‘tkazgich qismining uchlaridagi potensiallar
ayirmasi;
R – shu qismning qarshiligi.
O‘tkazgich qarshiligi
S
R
ρ
=
yoki
S
R
ς
=
bu yerda:
ρ
- o‘tkazgichning solishtirma qarshiligi;
ς
- solishtirma
o‘tkazuvchanligi yoki elektr o‘tkazuvchanligi;
- uzunligi;
S
-
ko‘ndalang kesimining yuzi.
O‘tkazgichning biror
t
temperaturasidagi qarshiligi
quyidagiga teng:
(
)
t
R
R
α
+
=
1
0
Solishtirma qarshilikning temperaturaga bog‘lanishini
ifodalovchi formula.
(
)
t
α
ρ
ρ
+
=
1
0
217
bu yerda:
0
ρ
- temperatura 0
0
S bo‘lgandagi solishtirma qarshilik;
α
- qarshilikning temperatura koeffitsiyenti.
Elektr tokning bajargan ishi quyidagicha topiladi:
t
R
U
Rt
I
IUt
A
2
2
=
=
=
Berk zanjir uchun Om qonuni quyidagi ko‘rinishda bo‘ladi:
r
R
I
+
=
ξ
bu yerda:
ξ
- tok manbasining e.yu.k.;
R
- tashqi qarshilik;
r
-
ichki qarshilik (manba qarshiligi).
Zanjirdagi to‘la quvvat
I
P
ξ
=
Tarmoqlangan zanjir uchun Kirxgofning ikkita qonuni majud.
Krixgofni birinchi qonuni:
0
1
=
∑
=
n
i
i
I
Krixgofning ikkinchi qonuni:
∑
∑
=
=
=
n
i
i
n
i
i
i
R
I
1
1
ξ
Joul-Lens qonuni elektr tokining issiqlik ta’sirini ifodalanadi,
ya’ni:
t
R
U
IUt
Rt
I
Q
2
2
=
=
=
Magnit hodisalari va jismlarning magnit xossalari haqidagi
ta’limot – magnetizm deb ataladi.
Parallel toklarning o‘zaro magnit ta’sir kuchi quyidagicha
bo‘ladi:
d
I
I
F
⋅
⋅
⋅
=
2
1
0
2
π
µµ
Magnit maydon induksiyasi va kuchlanganligi orasidagi
bog‘lanish:
H
B
⋅
=
0
µµ
bu yerda:
µ
- muhitning magnit singdiruvchanligi;
0
µ
- magnit
doimiysi,
м
Гн
7
0
10
4
−
⋅
=
π
µ
.
Bio-Savar-Laplas qonunini formulasi quyidagicha bo‘ladi:
d
r
I
dH
2
sin
4
1
α
π
⋅
⋅
=
Tashqi magnit maydonda joylashgan o‘tkazgichga ta’sir
etuvchi kuch Amper kuchi deb ataladi:
α
sin
⋅
=
B
I
F
Tashqi magnit maydonda harakatlanayotgan zaryadga
maydonning ta’sir kuchi – Lorens kuchi quyidagiga teng bo‘ladi:
α
sin
⋅
=
qvB
F
O‘tkazuvchan tokni effektiv oniy qiymatlari:
t
I
i
m
ω
sin
⋅
=
;
t
U
u
m
ω
sin
⋅
=
;
t
m
ω
ξ
ξ
sin
⋅
=
O‘zgaruvchan tokni effektiv qiymatlari:
218
2
max
I
I
эф
=
;
2
max
U
U
эф
=
;
2
max
ξ
ξ
=
эф
bu yerda:
эф
I
,
эф
U
,
эф
ξ
- tok kuchi, kuchlanish va elektr yurituvchi
kuchining amplitudaviy qiymatlari.
O‘zgaruvchan tok uchun Om qonuni quyidagicha yoziladi:
Z
U
I
m
эф
=
bu yerda:
Z
- zanjirning to‘la qarshiligidir. Agar zanjirda ketma-
ket ulangan
R
aktiv qarshilik,
C
sig‘im va
L
induktivlik bo‘lsa,
2
2
1
−
+
=
c
L
R
Z
ω
ω
.
Kuchlanish bilan tok kuchi orasidagi fazalar siljishi quyidagi
formula bilan aniqlanadi:
R
c
L
tg
ω
ω
ϕ
1
−
=
O‘zgaruvchan tok quvvati:
ϕ
cos
⋅
⋅
=
эф
эф
U
I
P
.
Masalalar: 10.2; 10.14; 10.22; 10.45; 10.122; 14.11; 14.25
Mustaqil ish: 10.9; 10.32; 10.75; 10.126; 14.3; 14.27
Adabiyot: [5] 157-180
Masalalar yechish namunalari:
1-masala. Cho‘g‘lanma lampochka volfram tolasining
qarshiligi 20
0
S temperaturada 40 Om ga, uning 0
0
S
temperaturadagi qarshiligi topilsin. Agar cho‘g‘lanma lampochka
120 V kuchlanishli tok manbaiga ulanganda tolasidan 0,3 A tok
o‘tsa, qizigan volfram tolasining qarshiligi va temperaturasi
topilsin. Volfram uchun qarshilikning temperatura koeffitsiyenti
1
3
10
6
,
4
−
−
⋅
град
.
Berilgan:
C
t
0
1
20
=
Ом
R
40
1
=
B
U
120
=
A
I
3
,
0
=
1
3
10
6
,
4
−
−
⋅
=
град
α
?
0
−
R
?
2
−
R
?
2
−
t
Yechilishi: Temperatura bilan o‘tkazgichning qarshiligi
orasidagi bog‘lanish quyidagicha bo‘ladi:
(
)
t
R
R
α
+
=
1
0
bu yerda
0
R
- o‘tkazgichning
C
t
0
0
0
=
temperaturadagi qarshiligi.
U vaqtda
C
t
0
1
20
=
temperaturadagi volfram tolaning
qarshiligi:
(
)
2
0
1
1
t
R
R
α
+
=
bo‘lib, bundan
0
R
topib hisoblaymiz:
219
1
1
0
1
t
R
R
α
+
=
Hisoblash:
Ом
R
6
,
36
20
10
6
,
4
1
40
3
0
=
⋅
⋅
+
=
−
Om qonuniga asosan yonib turgan cho‘g‘lanma lampochka
volfram tolaning qarshiligi quyidagiga teng bo‘ladi:
1
2
I
U
R
=
Hisoblash:
Ом
R
400
3
,
0
120
1
2
=
=
Ikkinchi tomonidan qizigan tolaning qarshilig:
(
)
2
0
2
1
t
R
R
α
+
=
bo‘lib, undan tolaning temperaturasini topamiz:
0
0
2
2
R
R
R
t
α
−
=
Hisoblash:
(
)
С
Ом
град
Ом
t
0
1
3
2
2157
6
,
36
10
6
,
4
6
,
36
400
=
⋅
⋅
−
=
−
−
2-masala. EYUK lari
В
6
,
1
1
=
ε
va
В
3
,
1
2
=
ε
ichki qarshiliklari
Ом
r
0
,
1
1
=
va
Ом
r
5
,
0
2
=
bo‘lgan ikkita element 1-rasmdagi sxema
bo‘yicha qarshiligi
Ом
R
6
,
0
=
bo‘lgan tashqi zanjirga ulangan. Har
bir elementdan va zanjirning tashqi qismidan o‘tayotgan toklar
1
I
2
I
3
I
topilsin.
Berilgan:
В
6
,
1
1
=
ε
В
3
,
1
2
=
ε
Ом
r
0
,
1
1
=
Ом
r
5
,
0
2
=
Ом
R
6
,
0
=
?
1
−
I
?
2
−
I
?
3
−
I
Yechilishi: Masalani yechish uchun Krixgofni qonunlaridan
foydalanib, toklarning shartli tanlangan yo‘nalishini hisobga olgan
holda zanjirning tugun iva yopiq konturi uchun tenglamalar
tuzamiz.
A tugun uchun:
3
2
1
I
I
I
=
+
K C D M yopiq kontur uchun:
2
1
2
2
1
1
ε
ε
−
=
+
r
I
r
I
K A B M yopiq kontur uchun:
3
3
1
1
ε
=
+
R
I
r
I
Oxirgi tenglamadan
3
I
ni yo‘qotib, tenglamalar sistemasidan
1
I
va
2
I
ga nisbatan yechilsa, quyidagilar hosil bo‘ladi:
220
-
+
1
ε
1
r
2
ε
2
r
-
+
1
I
3
I
2
I
R
M
B
D
K
A
C
1-rasm.
(
)
R
r
r
r
R
r
R
r
I
2
2
1
1
2
1
1
1
1
+
+
−
+
=
ε
ε
ε
va
2
1
2
1
0
2
r
r
I
I
ε
ε
−
+
=
.
Hisoblash:
(
)
А
I
7
,
0
5
,
0
6
,
0
5
,
0
1
6
,
0
1
6
,
0
3
,
1
6
,
1
5
,
0
6
,
1
1
=
⋅
+
⋅
+
⋅
⋅
−
+
⋅
=
А
I
8
,
0
5
,
0
6
,
1
3
,
1
1
7
,
0
2
=
−
+
⋅
=
А
I
I
I
5
,
1
8
,
0
7
,
0
2
1
3
=
+
=
+
=
3-masala. Induksiyasi
Тл
3
10
−
bo‘lgan bir jinsli magnit
maydonda
см
5
,
1
radiusli aylana bo‘ylab harakatlanayotgan
elektronning tezligi topilsin.
Berilgan:
Тл
B
3
10
−
=
2
10
5
,
1
5
,
1
⋅
=
=
см
R
кг
m
31
10
1
,
9
−
⋅
=
Кл
е
19
10
6
,
1
−
⋅
=
?
−
v
Yechilishi: Magnit maydonda harakatlanayotgan elektronga
ta’sir qiluvchi Lorens kuchi magnitga intilma kuchdan iborat
bo‘lgani uchun elektronning harakat trayektoriyasi aylanadan
iborat bo‘ladi.
Binobarin,
R
mv
evB
2
sin
=
⋅
α
Yuqoridagi ifodani topilishi kerak bo‘lgan elektronning tezligi
quyidagiga teng bo‘ladi:
m
eBR
v
α
sin
⋅
=
Hisoblash:
с
м
v
6
31
0
2
3
16
10
64
,
2
10
1
,
9
90
sin
10
5
,
1
10
10
6
,
1
⋅
=
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
=
−
−
−
−
4-masala. O‘zgaruvchan tarmog‘iga ulangan voltmetr 380 B
kuchlanishni ko‘rsatsa, simlarning bir-biriga nisbatan
izolyatsiyalash uchun mo‘ljallangan kuchlanish topilsin.
Berilgan:
В
U
эф
380
=
?
−
m
U
Yechilishi: Elektrodinamik sistemadagi voltmetr haqiqiy-
effektiv kuchlanishni o‘lchaydi. Izolyatsiya U
m
kuchlanishga
bardosh berishi kerak. Kuchlanishning effektiv qiymati ularning
amplituda qiymatidan
2
marta kichik bo‘ladi, ya’ni:
2
m
эф
U
I
=
Bundan topilishi kerak bo‘lgan U
m
ni hisoblaymiz:
эф
m
I
U
⋅
=
2
;
B
B
U
m
536
380
41
,
1
=
⋅
=
.
5-masala. Standart, ya’ni
Гц
50
chastotali va 120 B
kuchlanishli o‘zgaruvchan tok tarmog‘iga ketma-ket qilib,
Ом
3
li
221
rezistor,
мГн
7
,
12
induktivlikli g‘altak va
мкФ
394
sig‘imli kondensator
ulangan bo‘lsa, g‘altakning induktiv qarshiligi, kondensatorning
sig‘im qarshiligi, to‘la qarshilik hamda zanjirdagi tokning aktiv
quvvati va to‘la quvvati topilsin.
Berilgan:
В
U
эф
220
=
Гц
f
50
=
Ом
R
3
=
Гн
L
3
10
7
,
12
−
⋅
=
Ф
С
6
10
394
−
⋅
=
?
−
L
X
?
−
C
X
?
−
Z
?
−
P
?
−
S
Yechilishi: G‘altakning induktiv qarshiligi:
fL
L
X
L
π
ω
2
=
=
Ом
X
L
4
10
7
,
12
50
14
,
3
2
3
=
⋅
⋅
⋅
⋅
=
−
Kondensatorning sig‘im qarshiligi:
fС
С
X
С
π
ω
2
1
1
=
=
Ом
X
С
8
10
394
50
14
,
3
2
1
6
=
⋅
⋅
⋅
⋅
=
−
Zanjirning to‘la qarshiligi:
(
)
2
2
c
L
X
X
R
Z
−
+
=
(
)
Ом
Z
5
8
4
9
2
=
−
+
=
Zanjirdagi tokning aktiv quvvati:
ϕ
cos
⋅
⋅
=
эфф
эфф
U
I
P
bu yerda
6
,
0
5
3
cos
=
=
=
Ом
Ом
Z
R
ϕ
Tokning effektiv qiymati:
А
Ом
В
Z
U
I
эфф
эфф
24
5
120
=
=
=
Zanjirdagi tokning aktiv quvvati:
Вт
В
А
U
I
P
эфф
эфф
1728
6
,
0
120
24
cos
=
⋅
⋅
=
⋅
⋅
=
ϕ
Zanjirdagi tokning to‘la quvvati
1
cos
=
ϕ
ga teng bo‘lgandagi
aktiv quvvatga teng:
эфф
эфф
U
I
S
⋅
=
A
B
A
B
S
⋅
=
⋅
=
2880
24
120
.
Masalalar: 10.2; 10.14; 10.22; 10.45; 10.122; 14.11
Mustaqil yechish uchun masalalar: 10.9; 10.32; 10.75;
10.126; 14.3; 14.27
Adabiyot: [5] 157-180.
Dostları ilə paylaş: |