Дәріс сабақтар

М.Тынышпаев атындағы ҚазККА

Ақмола колледжі

Арнайы пән оқытушысы

Базарбаева Клара Сәрсенбековна

№1 дәріс сабақ

Жоспар

Электромагниттік индукция Ленц ережесі.

Эрстед ашқан өткізгіштегі токтың магниттік қасиеттерінен кейін 12 жыл өткен соң М.Фарадей арманына жетіп, ғылыми әлемді дүрліктіріп қана қойма, адамзат қоғамының бұдан әрі дамуының өзегіне айналған электромагниттік индукция құбылысын ашты. К.Максвелл Фарадейдің ашқан жаңалығын математикалық теңдеулерге айналдырып, электромагниттік өріс теориясын жасады, ал оған іле-шала дерлік неміс ғалымы Г.Герц Максвеллдің электромагниттік толқындар жөніндегі гипотезасын тәжірибе жүзінде дәлелдеп, электромагниттік толқындарды алды.

Магнит контурға қатысты қозғалғанда өткізгіште индукция тогының пайда болатынын тұңғыш рет Фарадей байқады. Бұл 1831 жылы еді. Фрардей осы жылы индукциялық токтың өзін тудыратын себепке тәуелділігн тағайындады.

1. Контурда оны тесіп өтетін магнит өрісі индукция векторының ағыны уақыт бойынша өзгеретін кезде ғана индукцияның ЭҚК-і пайда болады, яғни Ф0.

2. Индукциялық токтың шамасы контурды тесіп өтетін магнит ағынының өзгеріс жылдамдығына, яғни шамасына тәуелді.

3. Өткізгіш магнит өрісінің күш сызықтарын қиып өткенде контурда индукциялық ток пайда болады.

Өз тәжірибелерін жалпылай отырып, Фарадей мынадай қорытындыға келді: Контурда пайда болатын индукцияның ЭҚК-і контурды тесіп өтетін магнит ағынының өзгерісіне тура пропорционал, яғни

Формуладағы минус таңбасы Ленц ережесіне сәйкес анықталады. Ол ереже бойынша тұйық контурдағы индукциялық ток әрқашан осы токты туғызатын өрістің өзгерісін азайтуға бағытталады.

Магнит өрісінде қозғалып жүрген өткізгіште пайда болатын индукцияның ЭҚК-і

формуласымен анықталады.

Тәжірибелер ЭҚК-і физикалық табиғаты әр түрлі сыртқы күштердің ықпалынан пайда болатынын көрсетеді. Қозғалыссыз контурдағы ЭҚК-ін осы контурмен шектелген бет арқылы өтетін магнит ағынының өзгерісі кезінде пайда болатын құйынды электр өрісі туғызады. Магнит ағынының өзгерісін өрісті туғызатын магниттің қозғалысы арқылы да, сол сияқты магнит өрісін өзгерту жолымен де алуға болады. Бірінші мүмкіндік, өндірістік генераторларда жүзеге асырылады. Генераторлардың айналмалы электромагниті қозғалыссыз статор орамдарында ток туғызады. Екінші мүмкіндік, трансформаторларда жүзеге асырылады. Трансформаторлардың бірінші орамындағы токтың өзгерісі магнит ағынының өзгерісін туғызады, яғни құйынды электр өрісі пайда болады.

Индукцияның ЭҚК-і туғызатын айналмалы магнит ағыны контурдың өзіндегі токтың ықпалымен пайда болса, онда бұл құбылысты өздік индукция деп атайды. Ленц ережесіне сәйкес өздік индукция құбылысы контурдағы токтың өзгеруіне кедергі жасайды. Сондықтан құрамында тұрақты ток көзі бар тізбекті қосқанда ток өзінің қалыптасқан мәніне бірден жете алмайды, ал тізбекті айырғанда ток бірден жойылмайды.

Өздік индукцияның ЭҚК-інің қандай шамаларға байланысты екендігін қарастырайық. Контурда ток туғызатын магнит өрісі І ток күшіне пропорционал. Сондықтан осы контур арқылы өтетін Ф магнит ағыны да токқа пропорционал болады: Ф=LI.

L пропорционалдық коэффициентін контурдың индуктивтілігі деп атайды. Халықаралық бірліктер жүйесінде индуктивтіліктің өлшем бірлігіне Генри (Гн) алынады. Жоғарыда алынған магнит ағынының өрнегін қолдана отырып, өздік индукцияның ЭҚК-і үшін мына қатынасты аламыз:

Контурдың өлшемдері мен пішіндері өзгермесе, өздік индукцияның ЭҚК-і контурдағы токтың өзгеру жылдамдығына пропорционал болады.

Электромагниттік индукция

Тоқтардың магниттік әсерлесуі , электр тоғының магнит өрісінтудыру қабілеті ашылғаннан кейін көп ғалымдар кері процес - магнит өрісі әсерінен электр тогын тудыру мүмкіншілігін іздестірді . Осы мәселені 1831 жылы М.Фарадей алғашқы болып шешті . Ол өткізгіштен жасалған катушканың ішіндегі магнит өрісі өзгергенде , катушкада ток пайда болатынын анықтады.
Бұл құбылыс электромагниттік индукция деп аталады .
Электромагниттік индукция нәтижесінде пайда болатын электр тогын индукциялық ток деп атайды. Тәжірибелер катушкадағы индукциялық токты әр түрлі әдістермен тудыруға болатынын көрсетті: катушкаға магнитті кіргізуге немесе одан шығаруға болады, катушканы магнитке кигізуге немесе магниттен суырып алуға болады . Индукциялық токтың ешқандай механикалық қозғалыс болмағанда да туындауы мүмкін . Ол үшін жақын тұрған екі катушканың біреуін ток көзімен қосу керек . Егер бірінші катушкадағы токтың магнит өрісі екінші катушканың орамдарын олардың жазықтарынан перпендикулярлы өтетін болса , онда кез келген бірінші катушкадағы ток өзгерісі екінші катушкада индукциялық ток тудырады . Кез келген тұйық контурда электростатистикалық күштердің жұмысы нөлге тең . Бірақ катушканың тұйық тізбегінен өтетін магнит өрісінің кез келген өзгерісі индукциялық токты тудырады , бұл магнит өрісі өзгергенде , катушканың сымдарындағы электр зарядтарына табиғаты элекростатикалық емес күштер әсер ететіндігін көрсетеді.
Тәжірибенің көрсетуінше индукциялық токтың бағытын ылғи Ленц ережесі аталатын жалпы ереже анықтайды : индукциялық токтың магнит өрісі осы индукциялық токты тудыратын магнит өрісінің өзгерісін компенсациялауға тырысады .
Мысалы , катушкаға магнитті енгізгенде , катушкадағы магнит өрісі өсе бастағанда , катушкадағы туындаған индукциялық токтың магнит өрісінің бағыты кері болады және ол катушкадағы магнит өрісінің өсуін бөгейді . Оған қоса пайда болған индукциялық ток өзінің магнит өрісінің әсерімен магниттің катушкаға енуіне кедергі істейді , сондықтан индукциялық токты тудыру үшін бөгде күштер жұмыс істеу керек .Сонымен Ленц ережесі энергияның сақталу және айналу заңымен байланысты . Индукциялық электр тогының энергиясы өз бетімен пайда болуы мүмкін емес , ол мөлшері тең басқа энергиясының түрленуі арқылы пайда болады .

Индукцияның ЭҚК мәнін έ і тауып алу үшін келесі мысалды қарастырайық . біртекті магнит өрісінде индукция В векторына перпендикулярлы жазықтықта екі параллель металдық стерженьді l қашықтыққа орналасып , бір жақтағы екі ұшын байланыстырайық . Стержньге перпендикулярлы жылжымалы түзу өткізгіш олармен жанасып тұрсын .

Осы өткізгіш солдан оңға бір қалыпты жылдамдықпен қозғалғанда , өткізгіштегі әрбір электронға өткізгіш бойымен магнит өрісі жағынан Лоренц күші әсер етеді: FM = eυB
Лоренц күші әсерінен қозғалған өткізгіштегі барлық еркін электрондар қозғала бастайды және қозғалған AB өткізгіштер , екі BC мен DA стерженьнен оларды байланыстыратын тыныштықтағы CD өткізгіштен құралатын тұйық электр тізбегінде индукциялық ток пайда болады . Бір электронның B нүктеден A нүктеге орын ауыстыруында Лоренц күшінің істеген жұмысы: AAB =FM l = eυB l
Тізбектің BC , CD және DA бөліктерінде электрондардың қозғалыс бағыты Лоренц күші векторына перпендикулярлы болғандықтан , бұл бөліктерде Лоренц күшінің жұмысы нөлге тең.

№2 дәріс сабақ

• Электромагниттік толқындар;

• Электромагниттік өріс

1. Байланыс тізбегін құрайтын екі сымның арасындағы электрлік және магниттік өрістер бір-бірімен белгілі бір электромагниттік энергия мөлшерінде байланыста болатын толқын. Бағыттаушы байланыс жолы бойымен таралатын бірнеше электромагниттік толқындар. Оларға жататындар: электромагниттік көлденең толқын, жоғарғы ретті электр Е толқыны, жогарғы ретті магниттік Н толқын және аралас толқындар. Көлденең толқын негізгі толқын болып саналады. Ол көлденең Е толқыны мен Н толқынынан тұрады. Сым бойымен бағытталған толқындар болмайды. Яғни, электромагниттік өрістің күш сызықтары тек қана сымның көлденең қимасыңда болып, тұрақты токтың статикалық кернеуінің өрісіндей болады. Көлденең толқын тек байланыс жолдары сымдарының потенциалдарының таңбасы әр түрлі болғанда ғана кездеседі. Көлденең толқын сымды байланыс жолымен жиілік ауқымы шектелген сигналдарды тарату үшін пайдаланылады. Яғни, симметриялы немесе коаксиал жүптарымен берілетін токтың негізі өткізгіштік тоқ болғанда пайдаланылады. Электрлік Е мен магниттік толқындар жоғарғы ретті толқындар болып саналады. Оларда көлденең электр және магнит өрістерден басқа бір-бірден электрлік немесе магниттік бойлық толқындар болады. Сондықтан олардың күш сызықтары сымдардың көлденең қимасыңца да ұзына бойында жатады. Мұндай толқындар өте жоғары жиілікдиапазонда қыздырылады. Ондағы токтың негізі өткізгіштік ток емес диэлектрлік ығыстыру тогы болады.

Олар электромагниттік энергияны металл немесе диэлектрик толқын жолдарымен және сыртқы толқынды бір сым бойымен бергенде пайдаланылады. Аралас толқындарда барлыгы алты (үш координатта) толқын компоненттері болады. Мұндай аралас толқындарга диэлектрлік толқын жолдардагы және сәуле тарататын жарықжол (сәулежол) толқындары жатады.

• 2. Ортаның қасиетіне байланысты кеңістікте белгілі бір жылдамдықпен таралатын электромагниттік өріс. Оның вакуумдегі таралу жылдамдығы

300 000 км/с (жарықтың таралу жылдамдығымен бірдей). Біртекті изотроптық ортада электрлік кернеулік (Е) және магниттік кернеулік (Н) бірбіріне және толқынның таралу бағытына перпендикуляр болады, яғни электромагниттік толқын колденең толқын болып табылады. Кеңістіктің кез келген нүктесінде Е және Н толқындарының фазасы бірдей болады. Е және H қашықтықтың (R) артуына қарай 1/R шамасына азайып отырады. Өрістердің осылай баяу өшуі - электромагниттік толқын арқылы аса үлкен қашықтықпен байланыс орнатуга жағдай жасайды. H толқын ұзындығы бойынша H >1012 см толқындар радиотолқындар қатарына, 5- 10-2 - 7,4-10-5 толқындар инфрақызыл толқындары қатарына жатады.^[1]

Айнымалы электромагниттік өріс тербелістерінің кеңістікте таралуын электромагниттік толқын деп атайды. Максвеллдің болжамы бойынша электромагниттік толқын тогы бар өткізгіштің бойымен, диэлектрикте және электр зарядтары жоқ вакуумде де тарала алады. Максвелл теориясынан шығатын аса маңызды салдардың бірі - электромагниттік толқынныңң таралу жылдамдығының шектілігі. Оның есептеулері бойынша электромагниттік толқынның таралу жылдамдығы:

м\с, (3.1)

мұндағы Ф\м - электрлік және Гн\м- магниттік тұрақтылар. Бұл электромагниттік өрістің іргелі қасиеті. Электромагниттік толқынның ортадағы таралу жылдамдығы Максвелл формуласы бойынша анықталады:

, (3.2)

мұндағы - ортаның сыну көрсеткіші, - ортаның диэлектрлік және - магниттік өтімділіктері.
Электромагниттік толқынның теориялық есептеулер арқылы табылған вакуумдегі жылдамдығы тікелей өлшенген жарық жылдамдығына тең болуының маңыздылығы ерекше. Жарық -электромагниттік толқын болып шықты.

Енді электромагниттік толқынның кеңістікте таралу механизмін қарастырайық. Осы түрленулерді жүзеге 3.5-сурет асыру үшін кеңістіктің кез келген бір аймағында өрістің біреуінің ұйытқуын туғызу қажет. 3.5-суретте құйынды электр және магнит өрістерінің ұйытқуының таралу процесі көрсетілген. Оны тепе-теңдік қалпында тербелетін немесе шеңбер бойымен тербеле қозғалатын электр заряды арқылы жүзеге асыруға болады. Кеңістіктің бір нүктесінде өте үлкен жиілікпен тербелетін электр зарядының айналасында, модулі мен бағыты периодты өзгеретін электр өрісінің кернеулік векторы пайда болады. Нақ осы мезетте модулі және бағыты да периодты түрде өзгеретін магнит өрісінің индукция векторы да туады. Бұл өрістің тербелістері жақын жатқан нүктелердегі электромагниттік тербелістер көзі болып табылады және оған бір-біріне перпендикуляр электр өрісінің кернеулік векторы мен магнит өрісі индукциясы векторының тербелістері кешігіп жетеді. Осылай электромагниттік өpic кеңістіктің барлық бағытында м\с жылдамдықпен электромагниттік толқын түрінде тарайды (3.6-сурет).

Электромагниттік толқындағы және векторларының кез келген нүктесіндегі тербеліс фазалары бірдей. Бірдей фазада тербелетін ең жақын екі нуктеніц арацашыцтыгы электромагниттік толқын шындығын береді:

(3.3)

Электромагниттік толқынның негізгі сипаттамасы - оның тербеліс жиілігі (немесе периоды ). Себебі электромагниттік толқын бір ортадан екінші ортаға өткенде толқын ұзындығы өзгереді, ал жиілігі өзгермей тұрақты күйде қалады. Электр өрісінің кернеулік және магнит өрісінің индукция векторларының тербеліс бағыттары толқынның таралу бағытына перпендикуляр. Демек, электромагниттік толқын - көлденең толқын. Электромагниттік толқынның таралу жылдамдығы кернеулік және индукция векторлары жататын жазықтықтарға перпендикуляр орналасады. Демек, электромагниттік толқындағы және векторлары бір-біріне және толқынның таралу жылдамдығының бағытына перпендикуляр. Егер бұрандасы оң бұрғыны векторынан векторына қарай айналдырса, онда бұрғының ілгерілемелі қозғалысы толқын жылдамдығының векторымен дәл келеді (3.6-сурет). Сонымен, электромагниттік толқындарды тербелуші электр зарядтары шығарып таратады. Бұл қалайша жүзеге асады?
Өткізгіштегі ток күші өзгергенде оның магнит өрісі де өзгереді. Ал ток күшінің өзгеруі өткізгіштегі электр зарядтарының қозғалыс жылдамдығының өзгеруіне, яғни зарядтардың үдемелі қозғалысына байланысты. Және бұл эксперимент жүзінде дәлелденген. Ендеше, электромагниттік толқын электр зарядтарының үдемелі қозғалысы кезінде туындайды. Зарядтың үдеуі неғұрлым үлкен болса, туындаған толқынның интенсивтігі соғұрлым жоғары болады. Зарядталған бөлшек үдей қозғалғанда электромагниттік өріске тән инерттілік байқалады. Өріс үдей қозғалған зарядталған бөлшектен бөлініп шығады да, электромагниттік толқындар түрінде кеңістікте еркін тарала бастайды.

Электромагниттік өріс

Электр өрісін электр заряды бар денелер туғызады. Бойымен электр зарядтары өтетін өткізгіштің төңірегінде магнит өрісі пайда болады. Қозғалмайтын зарядтың электр өрісі барлық уақытта да өзгеріссіз қалады. Бірқалыпты қозғалатын зарядтардың, яғни тұрақты электр тоқтарының төңірегінде пайда болатын магнит өрісі де өзгермейді.

Ал егер электр заряды бар бөлшектер тыныштық немесе бірқалыпты қозғалыс калпынан шығып, айнымалы қозғалыс жасаса, онда қандай өріс пайда болар еді? Бұл сұрақтың жауабын ағылшынның ұлы ғалымы Максвелл тапты.

Электр зарядтары айнымалы қозғалғанда, яғни кез келген айнымалы тоқта электр өрісі де, магнит өрісі де уақыт өтуіне қарай өзгеріп отырады. Сонымен қатар бұл өрістер, Максвеллдің 1865 жылғы теориялық пайымдауынша, өздерін біртұтас электро-магниттік өріс түрінде керсетеді.

Максвелл сегіз жыл бойы тынбай жүргізген физика-математикалық талдауларын 1873 жылы қорытындылады. Ол біртұтас электромагниттік өрістің теориясын жасады және оның бос кеңістікте де толқын түрінде тарай алатынын дәлелдеді. Максвеллдің электромагниттік өріс теориясының түйіні мынаған саяды.

• 1. Өзгеріп отыратын магнит өрісі кеңістікте өзгеріп отыратын электр өрісін тудырады.

• 2. Өзгеріп отыратын электр өрісі кеңістікте өзгеріп отыратын магнит өрісін тудырады.

Осылайша өзгеріп отыратын электр және магнит өрістері әр уақытта да өзара байланыста болады, сондықтан олардың ажырамас бірлігін электромагниттік өріс дейді. Электромагниттік өрісті көрнекі түрде бейнелеу үшін оны, бір жағынан, электр ерісінің Е кернеулік векторы арқылы, екінші жағынан, магнит өрісінін В индукция векторы арқылы сипаттап кескіндейді.

Электромагниттік өріс - ақиқат нәрсе. Ол материя формасының бір түрі болып табылады. Материя формасының екінші түрі зат.

Электр зарядтары айнымалы қозғалыс (мысалы, тербеліс) жасағанда, олардың туғызатын айнымалы электромагнитгік өрісі кеңістіктің бір нүктесінен екінші нүктесіне тарайды.

Айнымалы электромагниттік өрістің кеңістікте таралуын электромагниттік толқын деп атайды.

Электромагниттік толқынның пайда болуы туралы Максвеллдің 1865 ж. айтқан болжамы кейінірек эксперимент жүзінде дәлелденді.

1887-1888 жж. Г. Герц жасаған тәжірибелер айнымалы электромагниттік өрістің кеңістікте толқын түрінде тарайтынын көрсетіп берді.

Электромагниттік толқынның таралу механизмін былай түсіндіруге болады. Кеңістіктің белгілі бір нүктесінде (мысалы, координаталары О бас нүктесінде) заряд тербелмелі қозғалыс жасады дейік. Зарядтың мұндай тербелісі Е кернеулік векторының да тербелісін туғызып, оның сандық мәні (модулі) мен бағыты периодты түрде өзгеретін болады. Максвелл теориясы бойынша кеңістіктің нақ осы нүктесінде В индукция векторы Е векторына перпендикуляр бағытта тербеліс жасайды. Сонымен қатар өpic векторларының тербелісі кеңістіктің көрші нүктелеріне беріледі.

Сөйтіп, өріс векторларының келесі нүктелердегі тербелісі, алдыңғы нүктелерге қарағанда кешігіп туындайды. Осылайша электромагниттік өріс кеңістіктің барлық бағытында белгілі бір жылдамдықпен электромагниттік толқын түрінде тарайды.

Электромагниттік толқынмен механикалық толқындардың ұқсастықтары да, өзгешеліктері де бар. Солардың негізгілерін атап өтейік.

• 1. Электромагниттік толқын әртурлі заттарда да, вакуумде де тарай алады. Ал механикалық толқындар тек заттардың белшектері қатысатын орталарда ғана (қатты денеде, сұйықта және газда) тарайды. Механикалық толқында ортаны құрайтын заттардың бөлшектері тербеледі. Ал электромагниттік толқында өрістің Е және В векторлары ғана тербеледі. Міне, сондықтан электромагниттік тербеліс вакуумда да толқын түрінде тарай алады.

• 2. Электромагниттік толқындар - тек көлденең толқындар болып табылады. Шынында да В индукция және Е кернеулік векторлары бір-біріне перпендикуляр бағытта тербеледі. Ал механикалық толқындар көлденең толқындар да, бойлық толқындар да бола алады.

• 3. Максвеллдің теориялық есептеулері бойынша вакуумдегі электромагниттік толқынның таралу жылдамдығы с = 2,99792458 • 108м/с = 3 • 108м/с тұрақты шама.

Электромагниттік толқынның таралу жылдамдығының с векторы кернеулік Е және индукция В векторларына перпендикуляр болады.

Максвелл көрінетін ақ жарықты с = 3 • 108 м/с жылдамдықпен тарайтын электромагниттік толқын деп жорыды. Кейінірек, жарықтың таралу жылдамдығы эксперимент жүзінде үлкен дәлдікпен өлшенген соң, Максвеллдің бұл болжамы да шындықка айналды.

Тәжірибеде өлшенген жарықтың таралу жылдамдығы Максвеллдің теорияда анықтаған электромагниттік толқынның таралу жылдамдығымен дәлме-дәл келді. Осылайша жарықтың электромагниттік табиғаты толық дәлелденді.

• 4. Вакуумге қарағанда заттағы электромагниттік толқынның таралу жылдамдығы аз болады және ол мына өрнекпен анықталады:

v = c / n.

өйткені ортаның сыну көрсеткіші n > 1 (3-кесте), ал вакуумде n = 1.

• 5. Механикалық толқындар сияқты электромагниттік толқындар да энергия тасиды. Жер бетіндегі тіршіліктің, органикалық заттардың (ағаштың, көмірдің, мұнайдың, газдың, шымтезектің, т.б.) пайда болуы күн сәулесімен келетін, яғни электромагниттік толқындармен жететін энергияға тікелей байланысты.

Электромагниттік толқындардьщ λ толқын ұзьшдығы, Т периоды, с жылдамдығы, v тербеліс жиілігі арасындағы қатынастар механикалық толқындардағы сияқты өзгеріссіз калады:

λ = cT = c/v.

Электромагниттік толқындардың вакуумнен затқа өткенде жиілігі өзгермейді. Өйткені толқындардың жиілігі оларды туғызған күштердің жиілігіне ғана байланысты болады. Ал толқындардың зат ішіндегі v жылдамдығы өзгеретін болғандықтан, оның толқын ұзындығы да өзгереді. Вакуумдегі толқын ұзындығын λ, ал заттағы шамасын λ' деп белгілесек, онда жоғарыдағы формулаларды ескере отырып, мына өрнектерді аламыз:

λ' = vT = ν/v = λ/n.

Тербелмелі электрлік контурда пайда болатын электромагниттік тербелістердің периоды Томсон формуласымен анықталатыны белгілі.

Бұл өрнек бойынша тербелмелі контурдағы шарғының (катушканың) L индуктивтілігін және конденсатордың С сыйымдылығын өзгерте отырып, электромагниттік тербелістің Т периодын қалауымызша өзгерте аламыз.

Жарық толқындары да, радиотолқындар да, рентгендік сәулелер де, электро-магниттік сәулелердің басқа түрлері де нақ осындай жылдамдықпен тарайды. Олар тек бір-бірінен толқын ұзындығы немесе жиілігі бойынша ғана өзгешеленеді.

Сөйтіп, біз барлық электромагниттік сәулелердің табитты бірдей, яғни олар электромагниттік толқындар деген қорытындыға келеміз. Сөуле жиілігі жоғары болған сайын, оның таситын энергиясының мөлшері де арта түседі, әрі организмге тигізетін биологиялық және химиялық әрекеті де ерекше болады. Ультракүлгін сәулесінің үлкен дозасы көз бен теріні зақымдаса, ал рентгендік және гамма-сәулелер өмірге кауіпті. Адам өміріне ең қолайлы нұр - жеке түсті біртекті (монохроматты) сәулелердің қосындысынан тұратын ақ жарық.

№3 дәріс сабақ

Жоспар

• Актив кедергі

• Айнымалы ток тізбегіндегі сыйымдылық кедергі

• Автотербелiс. Өшпейтiн тербелiстiң транзисторлық генераторы

Актив кедергі -электр энергиясы энергияның басқа түрлеріне (көбінесе жылу энергиясына) қайтымсыз болып түрленетін электр тогы тізбегінің (не оның бөлігінің) кедергісін сипаттайтын шама. Ол тізбек бөлігінде жұтылатын актив қуаттың сол бөлікпен жүретін ток шамасының квадратына қатынасы арқылы өрнектеледі. Ом-мен өлшенеді.

1.1 Айнымалы ток тізбегіндегі актив кедергі

U, I

Бізге бұрынан таныс R кедергіні айнымалы ток тізбегіндегі активті кедергі деп атайды. Жылу энергиясы тек активті кедергіде бөлінеді, яғни тек активті кедергісі бар жүктеме ғана генератордан алынған энергияны жұтады. Ток күші мен кернеудің лездік мәндері үшін Ом заңы орындалады. Кернеумен ток күшінің тербеліс фазалары бірдей болады. Диаграммада айнымалы ток күшінің амплитудасы мен айнымалы кернеудің амплитудасы параллель векторлар түрінде кескінделеді.

Айнымалы ток тізбегіндегі сыйымдылық кедергі

;

Конденсатор қосылған тізбектен тұрақты ток жүрмейді, бұл жағдайда тізбек тұйық емес, конденсатордың астарларының арасы диэлектрикпен бөлінген. Бірақ конденсаторды айнымалы кернеу көзіне қосса, ол үнемі қайта зарядталып отырады да тізбек арқылы ток жүреді.

Айнымалы ток тізбегінде конденсатор болғанда: тізбектегі ток күшінің тербелістері кернеу тербелістерінен фаза бойынша π/2- озады. Векторлық диаграмада ток күші мен кернеу амплитудасы векторларының арасындағы бұрыш π/2-ге тең.

Айнымалы ток тізбегіндегі индуктивті кедергі

Фазалар айырымына сәйкес векторлық диаграммасы алынады.

;

Айнымалы токтың толық тізбегі үшін Ом заңы

Бір-біріне тізбектей жалғанған индуктивтігі L катушкадан, сыйымдылығы C конденсатордан және кедергісі R резистордан тұратын тізбекті қарастырамыз.

U_Lm

U_Cm

U_Rm

U_Lm - U_Cm

U_m

Векторлық диаграмасы арқылы айнымалы токтың толық тізбегі үшің Ом заңын аламыз.

; ;

Автотербелiс. Өшпейтiн тербелiстiң транзисторлық генераторы

Күнделікті өмірде тербелмелі қозғалыстар немесе жай ғана тербелістер деп аталатын қозғалыстармен жиі ұшырасамыз. Көптеген мысалдардан тербелмелі қозғалысқа периодтылық тән екенін білеміз. Механикалық тербелістерде маятникке сырттан периодты күш, ал тербелмелі контурда периодты кернеу әсер етеді.Тербелістер сыртқы мәжбүр етуші әсердің жиілігіндей жиілікпен және сондай заңдылықпен жүреді. Бұл еріксіз тербелістер. Айнымалы электр тогы еріксіз тербеліске жатады, себебі айнымалы ток генератордан алынған айнымалы кернеудің әсерінен пайда болды.

Еріксіз тербелістер.

Еріксіз тербелістер дегеніміз- сыртқы периодты күштің әрекетінен болатын тербелістер.

Өшпейтін тербелістердің екінші түрі - автотербелістер. Автотербелістер еріксіз тербелістерден сыртқы периодты күшті қажет етпейтіндігімен ерекшеленеді. Энергия көзі тербелмелі жүйенің өзінде болады да, шығынды толтырып отыратын энергияның берілуін жүйенің өзі реттеп отырады. Автотербелістер сыртқы периодты күштердің әсерінсіз жүйеде жүретін өшпейтін тербелістер.

Өшпейтiн тербелiстердi алудың жолы:

- тербелмелі жүйе;

- жүйеге сырттан периодты түрде өзгерiп отыратын күшпен әсер ету;

Автотербелістер - сыртқы периодты күштердің әсерінсіз жүйеде жүретін өшпейтін тербелістер.

Энергия көзі тербелмелі жүйенің өзінде болады да, шығынды толтырып отыратын энергияның берілуін, жүйенің өзі реттеп отырады.

Автотербелмелі жүйе мынадай бөліктерден тұрады:

1.Энергия көзі

2.Тербелмелі бөлік

3.Клапан (кілт) тербелмелі бөлікке оның тербелістеріне сәйкес керек уақытта энергия көзінен келетін энергияны жіберіп, не жауып отырады. Бұл процесті тербелмелі жүйенің өзі автоматты түрде реттеп жауып отырады.

Автотербелмелi жүйенiң қарапайым бiр мысалы - өзiмiзге жақсы таныс механикалық сағаттар.

Сағат тілінің қозғалысы. Сағаттың математикалық маятнигінің тербелісі механизмдерін қозғалту арқылы жүзеге асады. Жүктің потенциалдық энергиясы арқылы сағаттың механиздері қозғалысқа түседі де тербеліс жүзеге асырылып сағат тілшесі қозғалады.

Анкер - сағат механизмінің негізгі бөлігі. Ол тербелістерді реттеу үшін энергияны қозғалтқыштан реттегішке периодты түрде беріп тұратын құрал. Анкердің жұмыс істеу принципі тістері бар дөңгелектің маятникті белгілі бұрышқа бұруына негізделген.

Электромагниттік автотербелмелі жүйенің мысалы - өшпейтін электромагниттік тербеліс тудыратын транзисторлы генератор.

Электромагниттiк автотербелмелі жүйе

1. Тұрақты ток көзі жүйенің энергия шығының толықтырып, өшпейтін тербелістерді сүйемелдейді.

2. Тербелмелі контур - өшетін еркін тербелістер жүретін жүйе. Осы тербелістер өшпеу үшін энергия толықтыратын тұрақты ток көзі қажет.

3.Транзисторлы генератор тербелмелі контурдағы энергия шығынын толықтыру үшін оған тұрақты кернеу көзін қосады. Транзистор конденсаторды үстемелеп зарядтайды да, ал периодтың екінші жартысында конденсатор астарларындағы зарядтың таңбасы өзгеріп разрядталып отырады.

4. Кері байланыс құралы екінші катушка кері байланыс құралы болып табылады. Бұл катушка тербелмелі контурдың катушкасымен индуктивтиктік байланыста болады

Генератордың жұмыс істеу принципі

Бұл-өткізгіштігі әр түрлі үш жартылай өткізгіштен-эммиттерден, базадан және коллектордан тұратын триод. Транзисторлар p-n-p немесе n-p-n типті болуы мүмкін.

Эмиттер мен коллектордың негізгі заряд тасушылары бірдей( кемтіктер), ал базаның негізгі заряд тасушыларының таңбасы ратын транзистордың жұмыс істеу принципіне тоқталамыз.

Электромагниттік тербелістер генераторларының даму тарихы.

• 1887 жылы Генрих Герц Румкорф катушкасының негізінде электромагниттік толқындардың ұшқынды генераторын ойлап тапты.

• 1913 жылы Мейснер лампалық негізде трансформатормен тербелмелі контурға ортақ тор арқылы оң кері байланысатын катоды бар электронды генераторды құрастырды. Александр Мейснер (Германия)

• 1914 жылы Эдвин Армстронг (АҚШ) лампалық негізде трансформатормен тербелмелі контурға ортақ тор арқылы оң кері байланысатын катоды бар электронды генераторға патент алды.

• 1915 жылы американдық Western Electric Company фирмасының инженері Ральф Хартли, «Хартли генераторы» деп аталатын лампалық сызбаны құрастырды. Бұл лампалық генератор «индуктивтілік үшнүкте» деген атпен де белгілі.

• 1919 жылы Эдвин Колпитц кернеудің сыйымдылық бөлгіші арқылы тербелмелі контурға жалғанған электронды лампаның негізінде «Колпитц генераторын» жасады. Бұл лампалық генератор «сыйымдылық үшнүкте» деген атпен де белгілі.

• 1947 жылы 23 желтоқсанда, үш американдық физик Уильям Шокли, Джон Бардин және Уолтер Браттейн әріптестеріне жаңа құрал-жартылай өткізгішті күшейткіш немесе транзисторды ұсынды. Осы жаңалығы үшін олар Нобель сыйлығына ие болды.