Шымкент – 2014 ж 6 страница

Бір валентті атомдардан тұратын молекулалардың диссоциациясында бір зарядты иондар пайда болады.

§ Dt уақытта электр тогы өткенде элекродта бөлінетін зарядтың массасы ток күші мен уақытқа пропорционал.

Фарадейдің 1- ші заңы.

k – пропорционалдық коэффициент немесе заттың электрохимиялық эквиваленті деп атайды.

[ k ] = 1г/Кл

МКТ бөлімінен m=m₀N m₀=m_и (ионның массасы) m= m_иN

(1) q_и – ионның заряды

q_и=ne N=q / ne (2)

(2) формуланы (1) формулаға қою арқылы мынаны аламыз:

Ток күші I=q / t, q=It екенін ескерсек, онда (3)

N_Al=F F - әріпімен белгілейміз және оны Фарадей тұрақтысы деп атаймыз.

F= N_Al= 6,02*10²³*1,6*10^-19=9,6*10⁴ Кл/моль.

F=9,6*10⁴ Кл/моль.

Бұдан: (4) Фарадейдің 2-ші заңы

q=It екенін ескерсек, онда

(5) Фарадейдің 3-ші заңы

Қалыпты жағдайларда газдар - диэлектриктер болады. Ауаны техникада изолятор ретінде қолданады. Белгі бір жағдайларда газдар - өткізгішке айналады: найзағай, электр ұшқыны және т.б.

Газ арқылы электр тогының өту процессі газ разряды деп аталады.

Қалыпты жағдайларда газдар толық дерлік бейтарап атомдар мен молекулалардан тұрады, демек, диэлектриктер болады.

Қыздырудың салдарынан газ молекулалары шапшаңырақ қозғалады. Бұл кезде кейбір молекулалардың шапшаңдайтыны соншалықты, олардың біраз бөлігі соқтығысудан ыдырап ионға айналады. Температура жоғарылаған сайын иондар көбірек пайда болады.

Газдағы электр тогы – электр өрісінің әсерінен оң және теріс зарядталған иондар мен электрондардың реттелген қозғалысы.

Қыздыру салдарынан немесе сәулелердің әсерінен (ультракүлгін, рентген, альфа, бетта, гамма) атомдардың бір бөлігі иондалады – оң зарядталған иондарға және электрондарға ыдырайды. Осы процесс и онизация деп, ал сәуленің температурасы ионизатор деп аталады.

Ионизация мына шартта жүзеге асады:

>W; W=A;

Мұндағы: L - электронның еркін жолының ұзындығы, W- байланыс энергиясы, A- бейтарап атомды иондау жұмысы.

Сыртқы ионизатордың әсері тоқталса мынаны аңғаруға болады, электрон мен оң зарядталған иондар бір-біріне жақындағанда қайтадан бейтарап атом құруы мүмкін. Мұндай процесс зарядталған бөлшектердің рекомбинациясы деп аталады.

Газ разряды тәуелді және тәуелсіз болып бөлінеді. Газдың күйіне, қасиеттеріне, сипатына және электрондардың орналасуына, сол сияқты электрондарға түсірілген кернеуге қарай газдардағы тәуелсіз разрядтардың бірнеше түрі бар:

А) Солғын заряд – газда ионизатор есебінен төменгі қысымдарда және үлкен кернеулерде түтікшеде байқалады. Қазіргі кезде күндізгі жарық шамдары кеңінен қолдау тапты. Мұнда сынаптың буындағы разряд қолднылады. Олар көрінбейтін ультракүлгін сәулелену береді. Солғын заряд жарнамаға арналған түтікшелерде қолданылады.

Б) Доғалық разряд – ток тығыздығы үлкен болғанда және электродтар арасында кернеу кішігірім болған жағдайдағы разряд түрі.

Интенсивті термоэлектрондық эмиссия басты себебі болып табылады. Доғалық разряд – күшті жарық көзі, олар прожекторларда, проекциялық аппаратта және киноаппараттарда қолднылады.

В) Тәж разряды – газ тазарту үшін электр сүзгілерінде қолданылады. Мұндай электр сүзгілерін заводтардағы түтіктерге атмосфераға шығатын газды тазарту үшін қояды.

Г) Ұшқындық разряд – қалыпты қысымда және электродтар арасындағы кернеу үлкен болғанда пайда болады. Мысал ретінде найзағай жатады. Найзағай не екі бұлттың, не бұлт пен Жердің арасында пайда болады. Ұшқындық разряд ұшқынды вольтметрлерде қолданылады, яғни, жүздеген мың кернеуді өлшеу мүмкіндігі бар.

Газ күйіндегі заттардың иондалуы плазма деп аталатын заттың төртінші агрегаттық күйіне көшеді.

Плазма – іс жүзінде оң және теріс зарядтарының тығыздығы бірдей толық немесе жарым жартылай иондалған газ. Плазма - тұтас алғанда электрлік бейтарап жүйе.

Әлем кеңістігіндегзаттардың басым көпшілігі (99%-ке жуығы) плазма күйінде болады. Температураның жоғарылауымен зат қатты күйден сұйыққа, сұйықтан газ күйіне, ал одан кейін иондалған газ плазмаға айналады. Плазма магнитогидродинамикалық (МТД) генераторларда, плазматрондарда, басқарылатын термоядролық реакцияларда және т.б. қолданылады.

11. Оқушылардың өз бетінше атқаратын жұмысы: 40 мин(45%)

№ № 850, 852, 854, 856, 858, 860 есептерді шығару түрінде өткізіледі.

А.П. Рымкевич - Физика есептерінің жинағы, Алматы «Рауан» 1998 ж.

12. Жаңа тақырыпты бекіту. 10 мин(10%)

-Сұйықтардағы электр тогы.

- Электролиттердің электр өткізгіштігі. Электролиз заңы.

-Фарадей тұрақтысы. Электролиздің техникадағы қолданылуы.

-Газдардың электр өткізгіштігі. Тәуелді және тәуелсіз разрядтар.

- Плазма туралы түсінік.

13. Сабақты қорытындылау. 2 мин (2%)

Оқушылардың білімін бағалау.

14. Үйге тапсырма беру. 2 мин(2%)

§§ 31-36 (Физика-10. Мякишев Г.Я, Буховцев Б.Б, Алматы «Рауан» 1997ж),

№ № 851, 853, 855, 857, 859, 861 А.П. Рымкевич - Физика есептерінің жинағы, Алматы «Рауан» 1998 ж.

№ 16 сабақ жоспары

1. Сабақтың тақырыбы: Вакумдағы электр тогы. Термоэлектрондық эмиссия.электронды сәулелік түтікше. Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі және оның температураға тәуелділігі. Жартылай өткізгіштердің меншікті және қоспалық өткізгіштері. Термисторлар мен фоторезисторлар. Жартылай өткізгіш құралдардың қолданылуы.

2. Сағат саны: 2 90 мин (100%)

3. Сабақтың түрі: аралас сабақ

4. Сабақтың мақсаты:

оқыту: оқушыларға вакумдегі, жартылай өткізгіштердегі электр тогынның физикалық табиғатын электрондық теория тұрғысынан түсіндіру.

тәрбиелік: оқушыларды тәртіпке, ұқыптылыққа тәрбиелеу.

дамыту: Әр түрлі орталардағы электр тогын түсіндіру.

5. Оқыту әдісі: көрме, түсіндіру

6. Материалды-техникалық жабдықталуы:

а) техникалық құралдар: компьютер, интерактивті тақта

ә) көрнекі және дидактикалық құралдар: демонстрациялық приборлар: амперметр, вольтметр.

г) өзіндік жұмыс үшін жасалған тапсырмалар: кеспе қағаздар.

б ) оқыту орны: 516 бөлме

7. Әдебиеттер:

негізгі: 11 класс физика оқулығы (Мякишев Г.Я, Буховцев Б.Б);

Физикадан есептер жинағы (А.П.Рымкевич);

қосымша: 1) Ливенцев Н. М. Курс физики. – М.- 1978.- изд-е. 6.- Т. 1,2.

2) Ремизов А. Н. Медицинская и биологическая физика. –М.- 1987.

8. Ұйымдастыру кезеңі: 5 мин(5%)

• Оқушылардың сабаққа қатысуын тексеру.
• Оқушылардың сабаққа дайындығын тексеру.
• Сабақтың мақсаты мен міндеті.

9. Оқушылардың өтілген тақырып бойынша білімін тексеру. 8 мин (9%)

-Сұйықтардағы электр тогы.

- Электролиттердің электр өткізгіштігі. Электролиз заңы.

-Фарадей тұрақтысы. Электролиздің техникадағы қолданылуы.

-Газдардың электр өткізгіштігі. Тәуелді және тәуелсіз разрядтар.

- Плазма туралы түсінік.

10. Жаңа сабақты түсіндіру: 23 мин(25%).

Электронды шамдарда, электронды сәулелік түтікшелердегі электрондар вакуумде қозғалып электр тогын тудырады. Ыдыстың бір қабырғасынан екінші қабырғасына дейін газ молекулалары бір – бірімен еш бір соқтығыспайтындай етіп ыдыстағы газды сору арқылы сиретуге болады. Түтіктегі газдың мұндай күйін вакуум деп атайды.

Вакуумдегі электронаралық өткізгіштікі түтікке зарядты бөлшектер көзін енгізу арқылы ғана қамтамасыз етуге болады. (1870ж. Томас Эдисон американ физигі). Ең алдымен мұндай зарядты бөлшектер көзінің әсері жоғары температураға дейін қыздырылған денелердің электрондар шығару қасиетіне негізделген. Осы процесс термоэлектрондық эмиссия деп аталады.

Ішінен ауасы сорп алынған ыдысқа дәнекерленген ыстық және салқын электрондардың арасындағы айырмашылық олардың арасындағы электр тогының біржақты өткізгіштігін қамтамасыз етеді.

Бір жақты өткізгіштік, екі электродты электрондық приборлар – вакуумдық диодтар қолданылады. Вакуумдық диодтың құрылысы төмендегідей: ішіндегі аусының қысымы 10^-6-10^{-7 мм.сын.бағанасына дейін сорып алынған шыны немесе металды керамика баллонның ішіне екі электрод орнатылған.}

Анод – оң электрод – металл пластинадан жасалған.

Катод – теріс электрод – спиральға оралған жіңішке металл сым.

Вакуумдық диод біржақы өткізгіштікке ие болады: егер, токтың оң полюсі (суық электрод) анодпен, ал терісі катодпен қосылса, онда диод токты өткізбейді. Біржақты өткізгіштіктің қасиеті радиотехникада айнымалы токты тұрақты токқа айналдыруға қолданылады.

Қаздырылған катодпен сәулеленген электрондарды электр және магнит өрістерінің көмегімен жоғары энергияға жеткізуге болады. Затқа түскен шапшаң электрондар кенет тежелген кезде рентген сәулелері шығады, осы қасиеті рентген түтікшелерінде қолданылады, металдарды балқыту және кесу үшін қолданылады.

Егер вакуумдық диодтың анодында саңылау болса, онда электр өрісі үдеткен электрондардың бір бөлігі саңылаудан ұшып өтіп, анодтың сыртында электрондық шоқ құрайды. Осындай электорндық шоқ қолданылатын электрондық құрал - электронды-сәулелік түтікше деп аталады.

Электронды-сәулелік түтікшелерде электр және магнит өрістері арқылы басқарылатын жіңішке электрондық шоқ қалыптасады. Осы шоқтар осциллографта, теледидар киноскоптаында, компьютердің мониторында қолданылады.

Жартылай өткізгіштер – бұл меншікті кедергілері температура жоғарылаған сайын артпайтын, қоспаларға ие болатын, жарықталуы өзгеретін зат.

Жартылай өткізгіштерді, электронды босату үшін 1,5 – 2 эВ-тан аспайтын энергия қажет ететін кристаллдармен салыстырады.

Мысалы: кремний,германий, селен, теллур, бор, минералдардың көптеген түрі, әр түрлі оксидтер, сульфадтар, теллуридтар және атомдары коваленттік байланысқа түсетін химиялық байланыстар жатады. Жартылай өткізгіштерді Жер қыртысының шамамен 4/5 көлемін құрайтын заттардың көптеген түрімен салыстырады.

Жартылай өткізгіштер

Таза Қоспалы

меншікті донорлы акцепторлы

Жартылай өткізгіштерді қыздырған кезде олардың атомдары иондалады. Сыртқы электр өрісінің әсерімен босаған электрондар кристаллдармен араласа отырып, электр тогын түзетін болады. Кристаллдық тордағы атомдардың біреуінің сыртқы қабаттарындағы электрондарды алуы, оң иондардың пайда болуына әкеледі. Атом жетіспейтін электрондарға орын босатады. Бұл орын кемтік деп аталады.

Сонымен жартылай өткізгіштерде еркін зарядтарды тасушылар электрондар және кемтіктер (оң иондар).

Идеалды кристаллда (қоспасыз) ток электрондар мен кемтіктердің тең мөлшерінде беріледі. Өткізгіштердің мұндай түрі жартылай өткізгіштердің меншікті өткізгіштігі деп аталады.

Жартылай өткізгіштердің өткізгіштігіне қоспалар үлкен ықпалын тигізеді. Қоспалар донорлы жіне акцепторлы болып бөлінеді.

Донорлық (берген) қоспа – бұл үлкен валентті қоспа. Донорлық қоспаны толықтыру кезінде жартылай өткізгіште артық электрондар түзіледі. Мысалы: кремний үшін валенттілік n=5. коваленттік байланыстағы мырыштың қоспасының әр атомы, кремний атомымен бірге өткізгіштің бір электронымен түзіліске келеді. 5-ші валентті электрон атоммен әлсіз байланысқан электрон болып табылады. Ол мырыш атомынан оңай бөлініп кетеді де еркін электронға айналады.

Еркін электрондардың саны жоғарылайтын қоспа, донорлық қоспа деп аталады.

Осыдан жартылай өткізгіштердің өткізгіштігі электрондық болып табылады, ал жартылай өткізгіш n – типті жартылай өткізгіш деп аталады. n – negative – теріс.

Акцепторлы (алған) қоспа – бұл аз валентті қоспа. Мұнда кемтіктер артық мөлшерде түзіледі. Өткізгіштік кемтікті болады, ал жартылай өткізгіш p – типті жартылай өткізгіш деп аталады. p – positive – оң.

мысалы: кремний үшін алған қоспа валенттілігі n=3 In индий атомы болып табылады. Индидің әр атомы артық кемтіктердің түзілуіне әкеледі.

Жартылай өткізгіштерде электрлік кедергілер температураға аса тәуелді. Бұл қасиет жартылай өткізгіштің тізбегіндегі ток күші бойынша температураны өлшеу үшін қолданылады. Осындай приборлар термисторлар немесе терморезисторлар деп аталады. Олар әр түрлі түрде болады: шыбықша, түтікше, дискілі, шайбалы және моншақ түрінде, мөлшері бірнеше микрометрден бірнеше сантиметрге дейінгі шамада шығарылады.

Көптеген термисторлардың өлшейтін температуралшарының диапазоны 170 К-нен - 570 К-ге дейінгі интервалда жатады. Бірақ өте жоғары (≈1300 К) және өте төмен (≈4-80 К) температураларды өлшеуге арналған термисторлар да болады.

Термисторлар біраз қашықтықтағы температурараларды өлшеуге, өрт болғанын білдіретін дабыл қаққыштарда қолданылады.

Фоторезистор – бұл жарық түскенде кедергісі қатты өзгеріске ұырайтын жартылай өткізгішті резистор. Сезімтал датчиктердің сапасын, спектрдің әр түрлі диапазондарындағы жарық ағыны тығыздығының өзгеруін өлшейді.

Жартылай өткізгішті приборлар электротехникаларда, байланыс жүйелерінде, автоматтарда кеңінен қолданылады.

Микроэлектроника интегралдық микросхемалардың жасалуымен және оларды қолдану принциптерімен айналысады. Интегралдық микросхема өзара байланысты компоненттердің жинағынан тұрады. Олар транзисторлар, диодтар, резисторлар,бір тұтас технологиялық процессте дайындалған жалғаушы сымдар. Компоненттердің саны жүздеген мыңға жетеді. Мысалы ЭЕМ-нің микропроцессоры, өлшемі 6-6мм кремний кристалында орналасқан жүздеегн мың транзисторлардан тұрады.

Техникада жартылай өткізгішті приборлар авариялық ажыратқыштарда, телевизордың дистанциялық бағытарында және видео магнитафондарда және т.б. қолданылады.

11. Оқушылардың өз бетінше атқаратын жұмысы: 40 мин(45%)

№ № 862, 864, 866, 868, 870, 872 есептерді шығару түрінде өткізіледі.

А.П. Рымкевич - Физика есептерінің жинағы, Алматы «Рауан» 1998 ж.

12. Жаңа тақырыпты бекіту. 10 мин(10%)

-Вакумдағы электр тогы.

-Термоэлектрондық эмиссия.электронды сәулелік түтікше.

-Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі және оның температураға тәуелділігі. -Жартылай өткізгіштердің меншікті және қоспалық өткізгіштері.

- Термисторлар мен фоторезисторлар. Жартылай өткізгіш құралдардың қолданылуы

13. Сабақты қорытындылау. 2 мин (2%)

Оқушылардың білімін бағалау.

14. Үйге тапсырма беру. 2 мин(2%)

§§ 31-36 (Физика-10. Мякишев Г.Я, Буховцев Б.Б, Алматы «Рауан» 1997ж),

№ № 863, 865, 867, 869, 871, 873 А.П. Рымкевич - Физика есептерінің жинағы, Алматы «Рауан» 1998 ж.

№ 17 сабақ жоспары

1. Сабақтың тақырыбы: Магнит өрісі. Магниттік индукция. Магнит өрісінің құйынды сипаты. Ортаның магниттік өтімділігі. Магнит тұрақтысы. Магнит өрісінің кернеулігі. Магнит өрістерін график түрінде кескіндеу. Түзу сызықты токтың, дөңгелек токтың және соленойдтың магнит өрістері.

Магнит өрісінің тогы бар өткізгішке әсері. Ампер заңы. Магнит ағыны. Тогы бар өткізгіш магнит өрісінде орын ауыстырғандағы істелетін жұмыс.

2. Сағат саны: 2 90 мин (100%)

3. Сабақтың түрі: түсіндірмелі аралас сабақ

4. Сабақтың мақсаты:

• оқыту: оқушылардың магнит өрісі жайлы көзқарастарын қалыптастыру, магнит өрісінің құрылымын график әдісімен таныстыру.
• тәрбиелік: оқушыларды тәртіпке, ұқыптылыққа тәрбиелеу
• дамыту: Магнит өрісі туралы түсінігін нақтылау және ұлғайту.

5. Оқыту әдісі: көрме, түсіндіру

6. Материалды-техникалық жабдықталуы:

а) техникалық құралдар: компьютер, интерактивті тақта

ә) көрнекі және дидактикалық құралдар: демонстрациялық приборлар: амперметр, вольтметр.

г) өзіндік жұмыс үшін жасалған тапсырмалар: кеспе қағаздар.

б ) оқыту орны: 516 бөлме

7. Әдебиеттер:

негізгі: 11 класс физика оқулығы (Мякишев Г.Я, Буховцев Б.Б);

Физикадан есептер жинағы (А.П.Рымкевич);

қосымша: 1) Ливенцев Н. М. Курс физики. – М.- 1978.- изд-е. 6.- Т. 1,2.

2) Ремизов А. Н. Медицинская и биологическая физика. –М.- 1987.

8. Ұйымдастыру кезеңі: 5 мин(5%)

• Оқушылардың сабаққа қатысуын тексеру.
• Оқушылардың сабаққа дайындығын тексеру.
• Сабақтың мақсаты мен міндеті.

9. Оқушылардың өтілген тақырып бойынша білімін тексеру. 8 мин (9%)

-Вакумдағы электр тогы.

-Термоэлектрондық эмиссия.электронды сәулелік түтікше.

-Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі және оның температураға тәуелділігі. -Жартылай өткізгіштердің меншікті және қоспалық өткізгіштері.

- Термисторлар мен фоторезисторлар. Жартылай өткізгіш құралдардың қолданылуы

10. Жаңа сабақты түсіндіру: 23 мин(25%).

Магнит өрісі дегеніміз – материяның ерекше бір түрі. Электрлі зарядталып, қозғалысқа түскен бөлшектердің өзара әсері сол өріс арқылы жүзеге асырылады.

Магнит өрісі токтың айналасындағы кеңістікте пайда болады.

Магнит өрісін сипаттау үшін физикалық ерекше шаманы енгіземіз. Бұл шаманы магнит индукциясының векторы деп атайды және В әріпімен белгілейді. [ В ]= 1 Тл.

Магнит индукциясы векторының бағытына, магнит өрісінде еркінше орналасқан бағытының S оңтүстік полюсынан N солтүстік полюсына қарайғы бағыты алынады. Бұл бағыт тогы бар тұйық контурдың оң нормалы бағытымен дәл келеді.

Егер бұрғыны оңқай бұрандалы рамадағы ток бағытымен бұрағанда, бұрғы қалай қарай бұрылса оң нормаль солай қарай бағытталады.

Магнит индукциясы векторының бағытын бұрғы ережесі бойынша анықтайды. Бұрғы ережесінің мәнісі мынадай: егер бұрғының ілгерілемелі қозғалысының бағыты өткізгіштің ток бағытымен дәл келсе, онда бұрғы сабының айналу бағыты магнит индукциясы векторының бағытымен дәл келеді.

Магнит индукциясы сызықтарының маңызды ерекшелігі сол, олардың басы да ұщы да болмайды. Олар қашанда тұйықталған сызықтар. Электр өрісінің күш сызықтары оң зарядтардан басталады да теріс зарядтармен аяқталады.

Күш сызықтары тұйық өрістер құйынды өрістер деп аталады. Магнит өрісі құйынды өріс.

Тұрақты магниттер жасалатын заттар санаулы ғана, алай да магнит өрісіне түскен зарядтардың қай-қайсысы да магниттеледі, яғни магнит өрісін өздері тударады. Осының салдарынан бір текті ортадағы магнит индукциясының В векторы вакуум кеңістігінде сол нүктедегі В₀ векторынан өзге.

Ортаның магниттік қасиетін сипаттайтын қатынасы ортаның магнит өтімділігі деп аталады.

Магнит индукциясы В ток күшіне I және зерттелетін нүктеден тогы бар өткізгішке дейінгі r ара-қашықтыққа тәуелді болады:

; k=2·10^-7 Н/А² – пропорционалдық коэффициент

Тогы бар екі параллель өткізгіштің өз ара әсерлесу сипаттамасын Ампер тағайындаған:

I_1,2 - өткізгіштердегі ток күші

l - әрбір өткізгіштің ұзындығы

r – өткізгіштер арасындағы ара қашықтық.

Магнит өрісі тогы бар өткізгіштің барлық бөліктеріне әсер етеді. Өткізгіштің жеке бөлігіне әсер етуші күшті анықтайтын заңды 1820 жылы Ампер тағайындаған.

; ; - Ампер заңы.