Elektrik fizikası hər birimizin həll etməli olduğu bir şeydir. Məqalədə onunla əlaqəli əsas anlayışları nəzərdən keçirəcəyik.
Elektrik nədir? Təcrübəsiz bir insan üçün bu, şimşək çaxması və ya televizor və p altaryuyan maşını qidalandıran enerji ilə əlaqələndirilir. O, elektrik qatarlarının elektrik enerjisindən istifadə etdiyini bilir. Başqa nə deyə bilər? Elektrik xətləri ona bizim elektrik enerjisindən asılılığımızı xatırladır. Kimsə bir neçə başqa nümunə verə bilər.
Lakin bir çox başqa, o qədər də aydın olmayan, lakin gündəlik hadisələr elektriklə bağlıdır. Fizika bizi onların hamısı ilə tanış edir. Məktəbdə elektrik enerjisini (tapşırıqlar, təriflər və düsturlar) öyrənməyə başlayırıq. Və çox maraqlı şeylər öyrənirik. Məlum olub ki, döyünən ürək, qaçan idmançı, yatan körpə və üzən balıq elektrik enerjisi yaradır.
Elektronlar və protonlar
Əsas anlayışları müəyyən edək. Bir alimin nöqteyi-nəzərindən elektrik fizikası müxtəlif maddələrdə elektronların və digər yüklü hissəciklərin hərəkəti ilə bağlıdır. Buna görə də, bizi maraqlandıran hadisənin təbiətinin elmi dərk edilməsi atomlar və onları təşkil edən subatomik hissəciklər haqqında bilik səviyyəsindən asılıdır. Kiçik elektron bu anlayışın açarıdır. Hər hansı bir maddənin atomları, planetlərin günəş ətrafında fırlandığı kimi, nüvə ətrafında müxtəlif orbitlərdə hərəkət edən bir və ya bir neçə elektron ehtiva edir. Adətən atomdakı elektronların sayı nüvədəki protonların sayına bərabər olur. Halbuki elektronlardan çox ağır olan protonları atomun mərkəzində sabitlənmiş kimi qəbul etmək olar. Atomun bu son dərəcə sadələşdirilmiş modeli elektrik fizikası kimi bir fenomenin əsaslarını izah etmək üçün kifayətdir.
Başqa nələri bilməlisiniz? Elektronlar və protonlar eyni elektrik yükünə malikdirlər (lakin fərqli işarələrə malikdirlər), buna görə də bir-birlərini cəlb edirlər. Protonun yükü müsbət, elektronun yükü mənfidir. Normaldan çox və ya daha az elektrona malik olan atoma ion deyilir. Əgər atomda onların sayı kifayət qədər deyilsə, ona müsbət ion deyilir. Əgər onun tərkibində onlardan artıq olarsa, o, mənfi ion adlanır.
Bir elektron atomdan çıxanda müəyyən qədər müsbət yük alır. Öz əksindən - protondan məhrum olan elektron ya başqa atoma keçir, ya da əvvəlkisinə qayıdır.
Niyə elektronlar atomları tərk edir?
Bu, bir neçə səbəbə görədir. Ən ümumisi budur ki, işığın nəbzi və ya hansısa xarici elektronun təsiri altında atomda hərəkət edən elektron onun orbitindən sökülə bilər. İstilik atomların daha sürətli titrəməsinə səbəb olur. Bu o deməkdir ki, elektronlar atomlarından uça bilər. Kimyəvi reaksiyalarda onlar da atomdan digərinə keçirləratom.
Kimyəvi və elektrik aktivliyi arasındakı əlaqəyə yaxşı nümunə əzələlərimiz tərəfindən verilir. Onların lifləri sinir sistemindən gələn elektrik siqnalına məruz qaldıqda büzülür. Elektrik cərəyanı kimyəvi reaksiyaları stimullaşdırır. Onlar əzələ daralmasına səbəb olur. Xarici elektrik siqnalları tez-tez əzələ fəaliyyətini süni şəkildə stimullaşdırmaq üçün istifadə olunur.
keçiricilik
Bəzi maddələrdə xarici elektrik sahəsinin təsiri altında elektronlar digərlərinə nisbətən daha sərbəst hərəkət edir. Belə maddələrin yaxşı keçiriciliyə malik olduğu deyilir. Onlara dirijorlar deyilir. Bunlara əksər metallar, qızdırılan qazlar və bəzi mayelər daxildir. Hava, rezin, yağ, polietilen və şüşə zəif elektrik keçiriciləridir. Onlar dielektriklər adlanır və yaxşı keçiriciləri izolyasiya etmək üçün istifadə olunur. İdeal izolyatorlar (mütləq keçirici deyil) mövcud deyil. Müəyyən şəraitdə elektronlar istənilən atomdan çıxarıla bilər. Lakin bu şərtləri yerinə yetirmək adətən o qədər çətindir ki, praktiki baxımdan bu cür maddələr qeyri-keçirici hesab edilə bilər.
Fizika kimi bir elmlə ("Elektrik" bölməsi) tanış olduqda, xüsusi bir maddələr qrupunun olduğunu öyrənirik. Bunlar yarımkeçiricilərdir. Onlar qismən dielektriklər, qismən də keçiricilər kimi davranırlar. Bunlara, xüsusən: germanium, silikon, mis oksidi daxildir. Xüsusiyyətlərinə görə yarımkeçirici bir çox tətbiq tapır. Məsələn, o, elektrik klapan kimi xidmət edə bilər: velosiped şinləri klapan kimiyüklərin yalnız bir istiqamətdə hərəkət etməsinə imkan verir. Belə qurğulara rektifikatorlar deyilir. Onlar miniatür radiolarda, eləcə də böyük elektrik stansiyalarında AC-ni DC-yə çevirmək üçün istifadə olunur.
İstilik molekulların və ya atomların hərəkətinin xaotik formasıdır və temperatur bu hərəkətin intensivliyinin ölçüsüdür (bir çox metallarda temperaturun azalması ilə elektronların hərəkəti daha sərbəst olur). Bu o deməkdir ki, elektronların sərbəst hərəkətinə müqavimət temperaturun azalması ilə azalır. Başqa sözlə, metalların keçiriciliyi artır.
Superkeçiricilik
Bəzi maddələrdə çox aşağı temperaturda elektron axınına qarşı müqavimət tamamilə yox olur və elektronlar hərəkətə başladıqdan sonra onu qeyri-müəyyən müddətə davam etdirirlər. Bu fenomen superkeçiricilik adlanır. Mütləq sıfırdan bir neçə dərəcə yuxarı (-273 °C) temperaturda qalay, qurğuşun, alüminium və niobium kimi metallarda müşahidə olunur.
Van de Graaff generatorları
Məktəb kurrikuluma elektrik enerjisi ilə bağlı müxtəlif təcrübələr daxildir. Generatorların bir çox növləri var, onlardan biri haqqında daha ətraflı danışmaq istərdik. Van de Graaff generatoru ultra yüksək gərginliklər istehsal etmək üçün istifadə olunur. Əgər konteynerin içərisinə çoxlu müsbət ionları olan cisim qoyularsa, onda sonuncunun daxili səthində elektronlar, xarici səthində isə eyni sayda müsbət ionlar görünəcək. İndi yüklü bir cisimlə daxili səthə toxunsaq, bütün sərbəst elektronlar ona keçəcəkdir. Çöldəmüsbət ödənişlər qalacaq.
Van de Qraaff generatorunda mənbədən gələn müsbət ionlar metal kürənin içindəki konveyer kəmərinə tətbiq olunur. Lent kürənin daxili səthinə daraq şəklində bir keçiricinin köməyi ilə bağlanır. Elektronlar sferanın daxili səthindən aşağı axır. Onun xarici tərəfində müsbət ionlar görünür. Təsiri iki generatordan istifadə etməklə artırmaq olar.
Elektrik cərəyanı
Məktəb fizikası kursuna elektrik cərəyanı kimi bir şey də daxildir. Bu nədir? Elektrik cərəyanı elektrik yüklərinin hərəkəti nəticəsində yaranır. Akkumulyatora qoşulmuş elektrik lampası işə salındıqda cərəyan akkumulyatorun bir qütbündən lampa naqildən keçir, sonra onun saçından keçir və onun parlamasına səbəb olur və ikinci naqildən geriyə batareyanın digər qütbünə keçir.. Açar çevrilərsə, dövrə açılacaq - cərəyan axını dayanacaq və lampa sönəcək.
Elektronların hərəkəti
Əksər hallarda cərəyan keçirici rolunu oynayan metalda elektronların nizamlı hərəkətidir. Bütün keçiricilərdə və bəzi digər maddələrdə, cərəyan olmasa belə, həmişə təsadüfi bir hərəkət olur. Maddədəki elektronlar nisbətən sərbəst və ya güclü bağlı ola bilər. Yaxşı keçiricilərin sərbəst hərəkət edə bilən elektronları var. Lakin zəif keçiricilərdə və ya izolyatorlarda bu hissəciklərin əksəriyyəti atomlarla kifayət qədər güclü şəkildə bağlıdır və bu, onların hərəkətinə mane olur.
Bəzən elektronların müəyyən istiqamətdə hərəkəti keçiricidə təbii və ya süni şəkildə yaranır. Bu cərəyana elektrik cərəyanı deyilir. Amper (A) ilə ölçülür. İonlar (qazlarda və ya məhlullarda) və "dəliklər" (bəzi növ yarımkeçiricilərdə elektronların olmaması) da cərəyan daşıyıcısı kimi xidmət edə bilər. Sonuncular özlərini müsbət yüklü elektrik cərəyanı daşıyıcıları kimi aparırlar. Elektronların bir istiqamətdə hərəkət etməsi üçün müəyyən qüvvə lazımdır və ya digəri. Təbiətdə onun mənbələri ola bilər: günəş işığına məruz qalma, maqnit təsirləri və kimyəvi reaksiyalar. Onların bəziləri elektrik enerjisi yaratmaq üçün istifadə olunur. Adətən bu məqsədlə aşağıdakılardır: maqnit effektlərindən istifadə edən generator və hərəkəti ilə əlaqədar olan hüceyrə (batareya). kimyəvi reaksiyalara. Elektromotor qüvvə (EMF) yaradan hər iki cihaz elektronların dövrə boyunca bir istiqamətdə hərəkət etməsinə səbəb olur. EMF dəyəri volt (V) ilə ölçülür. Bunlar elektrik enerjisinin əsas vahidləridir.
EMF-nin böyüklüyü və cərəyanın gücü mayedəki təzyiq və axın kimi bir-birinə bağlıdır. Su boruları həmişə müəyyən təzyiqdə su ilə doldurulur, lakin su yalnız kran açıldıqda axmağa başlayır.
Eyni şəkildə, elektrik dövrəsini EMF mənbəyinə qoşmaq olar, lakin elektronların hərəkət etməsi üçün yol yaranmayana qədər cərəyan orada axmayacaq. Bu, məsələn, elektrik lampası və ya tozsoran ola bilər, buradakı açar cərəyanı “buraxdan” kranın rolunu oynayır.
Cari ilə arasındakı əlaqəgərginlik
Dövrədəki gərginlik artdıqca cərəyan da artır. Fizika kursunu öyrənərək, elektrik sxemlərinin bir neçə fərqli bölmədən ibarət olduğunu öyrənirik: adətən açar, keçiricilər və elektrik enerjisi istehlak edən bir cihaz. Hamısı bir-birinə bağlanaraq, bu komponentlər üçün (sabit temperaturu nəzərə alaraq) zamanla dəyişməyən, lakin hər biri üçün fərqli olan elektrik cərəyanına müqavimət yaradır. Buna görə də, eyni gərginlik bir ampulə və bir dəmirə tətbiq olunarsa, müqavimətləri fərqli olduğundan, cihazların hər birində elektronların axını fərqli olacaqdır. Buna görə də dövrənin müəyyən hissəsindən keçən cərəyanın gücü təkcə gərginliklə deyil, həm də keçiricilərin və cihazların müqaviməti ilə müəyyən edilir.
Ohm Qanunu
Elektrik müqavimətinin dəyəri fizika kimi bir elmdə ohm (Ohm) ilə ölçülür. Elektrik (düsturlar, təriflər, təcrübələr) geniş bir mövzudur. Biz mürəkkəb düsturlar əldə etməyəcəyik. Mövzu ilə ilk tanışlıq üçün yuxarıda deyilənlər kifayətdir. Bununla belə, bir formula hələ də əldə etməyə dəyər. O, olduqca sadədir. Hər hansı bir keçirici və ya keçiricilər və qurğular sistemi üçün gərginlik, cərəyan və müqavimət arasındakı əlaqə düsturla verilir: gərginlik=cərəyan x müqavimət. Bu, bu üç parametr arasında əlaqəni ilk dəfə quran Corc Omun (1787-1854) adını daşıyan Ohm qanununun riyazi ifadəsidir.
Elektrik fizikası çox maraqlı bir elm sahəsidir. Biz yalnız onunla əlaqəli əsas anlayışları nəzərdən keçirdik. bilirdinizmiElektrik nədir və necə istehsal olunur? Ümid edirik ki, bu məlumatı faydalı tapacaqsınız.
