Шпаргалка по "Физике"

1.Электротехникалык  заттарды электр сипаттамаларымен жіктеу.

Өткізгіш материалдар. Өткізгіш материалдар ретінде қатты денелер, сұйықтар және газдар қолданылады. Әдетте электротехникада қолданылатын қатты өткізгіш материалдар – металдар мен олардын корытпалары. Метал откизгиш материалдар мыныдый топтарга болинеди:

а) откизгиштиги жогары металдар (калыпты температура кезинде  меншикти кедергилери ρ≤0,5 мкОмм)

б) кедергилери жогары корытпалар (ρ≥ 0,05мкОмм)

в)оте томен температура кезинде меншикти кедергилери тым болатын материалдар – аскын откизгиштер жане креогендик откизгиштер.

Жартылай откизгиштер.

Калыпты температура кезинде  меншикти кедергилери откизгиштерден жогары, бирак диэлектриктерден томен  электрондык электр откизгиштиги бар  заттардын улкен тобын жартылай откизгиштерге жаткызады.

Жартылай откизгиштердин электр откизгиштиги сырткы энергетикалыкк асерлерге жане негизги жартылай откизгиштин денесине ендирилген шамасы  мардымсыз артурли коспаларга тауелди  болады.

Жылулык фото жане сызыкты  емес резисторлардын арекет ету принципи температура, жарык, электр ориси, механикалык  кысым жане т.б. асерлеринен жартылай откизгиштердин электр откизгиштигин баскару мумкиндигине негизделген.

Курдели жартылай откизгиш ретинде  Менделеев кестесинин артурли топтардын  элементтеринин косыедылары болады, мысалы SiC. Жартылай откизгиш куралдарда тирит, силит жане т.б. жатады.

Магниттик заттар.

Магниттик зат ретинде  техникалык манызы бар ферромагниттик заттар жане ферромагниттик химиялык коспалар. Ферромагниттезм курылысы кейбир заттардын ишинде белгили  температурадан томен кезде магниттик  домендерде электронды спиндер бир  – бирине паралельди багытталган  болып курылуымен байланысты. Магниттик  касиеттери бойынша материалдар  алсиз магнитти жане кушти магнитти болып болинеди.

Магниттик касиеттерине карай  заттарды диамагнитти, парамагнитти жане ферромагнитти болып болинеди.

Диамагниттерге отимдилиги µ<1 болган заттар жатады. Олардын  магниттик отимдилиги магнит орисинин кернеулигине Н тауелсиз. Парамагниттердин магнит отимдилиги µ 1-ге тен немесе сол молшерде болады да, Н-ка тауелсиз келеди. Ферромагнетиктер (магниттик  заттар) – магниттик µ << 1 болса, салыстырмалы магниттик отимдилиги магнит орисинин кернеулигине тауелди.

Диэлектриктер

Электр тогын откизбейтин  заттар.

Ρдиэл= 1010-1020 Омм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Диэлектрлік өтімділігінің анықтамасы және оның практикалық мағынасы.

Диэлектрлік өтімділік ( ) – заттан қандай сыйымдылық алуға болатынын және өрістенудің дәрежесін көрсетеді. Диэлектрик өтімділігінің ( ) макроскопиялық шамасымен диэлектриктердің өрістену дәрежесі анықталады.

Техника үшин ерекше манызы бар, диэлектриктердин  сипаттамаларынын бірі - онын салыстырмалы диэлектрлик отимдилиги (ε). Бұл шама белгили бир кернеуде алынган электродтардын арасында диэлектриги бар конденсатордын заряды Q_д, дал сондай шарттагы, бирак та электродтарынын  арасында вакуум бар конденсатордын заряды Q₀ - га катынасы болып табылады:

.

Арбир заттын диэлектрик отимдилиги «1»-ден коп болуы керек.

Диэлектриктин отимдилиги заттын табигатымен жане сипатымен байланысты. Курамы курдели, катты диэлектриктердин диэлектрлик отимдилигин (компоненттердин  коспалары) ыгысу логарифмдик занынын  негизимен аныктауга болады.

.

мундагы ε _r1, ε _r2 – жеке компоненттердин диэлектрлик отимдилиги.

θ_1, θ₂ – компоненттердин колемдик молшери.

х – компоненттердин диэлектрикте болип тарату турактысы, магынасы (+1) - ден (-1) - ге дейин, жалпы (θ₁+ θ₂) =1.

ε – тәжирибе жүзінде анықталады. Ең қолайлы да, оңай өлшеу тәсіли – диэлектрикти конденсатордын сыйымдылыгын айнымалы токтын тендестиру копири аркылы өлшеу тәсілі.

 

3. Диэлектриктердің өрістенуінің механизми.

Әрбір диэлектрикте, электр кернеуінің арқасында болатын, ең негізгі  процесі – диэлектрикте өрістенуі - кедергілі зарядтардың шектелген  ығысу немесе дипольды молекулалардың өріспен бағыттасуы. Өрістенудің әсерінен диэлектриктерде болатын құбылыстардың диэлектрик өтімділігімен анықтауға болады, ал егерде өрістенуге қоса диэлектрикті қыздыратын қуат серпілісі қабаттасса, онда диэлектриктің шығынымен анық-талады. Аздаған диэлектрикті тесіп ішімен не сыртымен өтетін тоқ та техникалық диэлектриктерді қыздырады. Ол тоқ заттың бейнесіндегі еркін электрондар мен иондпрдың әсерінен пайда болады.  Сонымен, техникалық диэлектриктерде электр өткізгіштік құбылыстар болады. Бұл қасиеттерді анық-тайтын меншікті беттік не көлемдік кедергілер.

Өрістену негізгі екі үлкен топка бөлінеді. Бірінши түрге – диэлектрикте электр орисинин асеримен серпимди, энергияны таратпай, жылуды тудырмай лезде отетин ористену жатады. Екинши турге – бир мезетте журип отпейтин, баяу жогарылап не томендейтин, диэлектрикте энергияны таратпайтын, ягни оны кыздырмайтын ористену жатады. Бул турин релакциялык ористену деймиз. Ористенудин биринши турине электронды жане ионды ористену, калган  механизмдер релаксациялык баяу ористенуге жатады.

Электрондык ористену атомдар  мен иондардын электрон кабыкшаларынын серпимди ыгысуы мен деформация арасында пайда болады.

Иондык ористену – ионды  курылымды катты денелер ушин сипатты жане серпимди байланыскан  иондардын ыгысуымен бейимделеди.

 

4. Меншікті көлемдік және беттік кедергілер. Анықтамасын беріңіз.

Қатты электр айыратын заттардың  көлемдік және беттік электр өткізгіштігін  жеке қарастыру керек. Әр түрлі заттарға салыстырмалы баға беру үшін меншікті көлемдік кедергі ρ_к мен меншікті беттік кедергінің ρ_б мәндерін табу керек. Жазық заттың біртекті электр өрісінде меншікті көлемді кедергісін мына формуламен есептейміз.

(Ом ·м)                                               (3.6)

мұнда _- меншікті көлемдік кедергісі, (Ом^*м);

- көлемде өлшеп алған жалпы  кедергі ( Ом);

-  электродтың ауданы, (м²);

-  қалыңдық (м).

Меншікті беттік кедергіні  мына формуламен есептеуге болады.

(Ом)                                                    (3.7)

мұнда - бір-бірімен  қашықта параллель қойылған / жалпақтығы / электр-одтардың арасындағы өлшеп алынған беттік кедергі.

 

5. Газ, сұйық және қатты заттардың өткізгіштігі.

Электр орисинин кернеулигинин  магынасы томен болган кезде газдарды откизгиштиги оте аз деуге болады. Еркин электрондар мен иондар болса гана газдарда ток пайда  болуы мумкин. Газдагы нейтралды  молекулалармен согысуынан болуы мумкин.

Суйык диэлектриктердин электр откизгиштиги молекулалардын курылысымен  тыгыз байланысты . Полярлы емес суйыктарда, сонын ишинде суда да, электр откизгиштиги диссоцияланган коспалардын бар болуына тауелди. Полярлы суйыктарда откизгиштик тек кана коспалармен аныкталмайды, оларга молекулалардын оздеринин де диссоцияцияга асер етеди. Суйык денелердеги токтын журуине иондардын да ири коллоид болшектердин жылжуы себеп болады. Суйык денелерден диссоцияцияга ыктималды коспаларды мулдем жоюга болмайтындыгынан электр откизгиштиги томен электр окшаулагыш суйыктарды жасауга киынга туседи.

Катты денелердин электр откизгиштигине себеп болатын диэлектриктин  озинин иондары жане кездейсоктык коспалардын  иондары, ал кейбир материалдарда бос  электрондар да себеп болады. Электрондык  электр откизгиштин тури эксперимент  бойынша Фародейдин занымен тагайындалады.

 

6.Диэлектрик  шығыны туралы мәліметтер.

Электр өрісінің арқасында  диэлектрикте уақыт бірлігінде сейіліп, диэлектрикті қыздыратын қуатты диэлектрлі шығын дейміз. Диэлектрлі шығыны айнымалы да, тұрақты да кернеудің арқасында  өтеді, себебі тұрақты кернеудің  әсерінен диэлектрикте өткінші ток  пайда болады. Бұл ток активті, диэлектрді қыздыратын ток, диэлектрлі шығынды анықтайтын негізгі ток. Тұрақты электр өрісіне қарағанда  айнымалы электр өрісінде диэлектриктік  шығын жоғары. Айнымалы кернеуде өткінші  токтан басқа диэлектрдің шығынын  шығаратын себептер бар. Олар: поляризация  процестері, иондану, үлкен кернеуде диэлектриктің ішіндегі өтетін прцестер, заттардың құрамы бір текті еместігі. Техникада диэлектрлі шығындар диэлектрлі шығындардың бұрышымен мінезделеді, немесе осы бұрыштың тангесіне тең. Идеалдық конденсаторда тоқ кернеуден 90⁰ озып отырады. Егер энергияның шашырауы болған жағдайда тоқ пен кернеу арасы 90⁰ аз, ол бұрышты фазаның ығысу бұрышы (φ) дейміз. Диэлектрлі шығындардың бұрышы деп ток пен кернеудің арасындағы фазалардың ығысуын 90⁰- қа дейін толықтыратын бұрышты (δ) айтамыз. Диэлетриктен өтетін токтардың векторлық диаграммасын салғанда I_ығ, I_{р арб} – реактивті ток құрастырушылары, ал I_аабс, I_к + I_б= I_өт бұлар активті тоқ құрастырушылар (сурет 3..2) Диэлектриктегі энергияның шашырау қуаты мына формуламен анықталады.

Р_дп= U²·ω·C· tgδ                                  (3.13)

мұнда U- кернеу, В;

ω=2πf – шеңберлік жиілік;

С- сыйымдылық, Ф. Гц;

tgδ- диэлектрлі шығындар тангенсі.

 

7.Диэлектрлік шығын. Реалды диэлектриктин эквиваленттик алмастыру тізбегі.

Электр өрісінің арқасында  диэлектрикте уақыт бірлігінде сейіліп, диэлектрикті қыздыратын қуатты диэлектрлі шығын дейміз.

Осыларға қарай шығындардың  мынадай түрлері болады: релаксациондық, электр өткізгіштік, ионизациялық, құрамы әр текті заттағы шығындар.

Электр өткізгіштік экспонента арқылы температурамен байланысқандықтан  температура жоғарылаған сайын tgδ - да экспонентамен өседі және де жиілік көбейген сайын tgδ азаяды. Жылулық  қозғалыспен байланысқан дипольді – релаксициондық өрістену дейміз. Температура жоғарылаған сайын  диполь-дардың бір тепе-теңдік күйден екіншісіне өтуіне кететін электр өрісінің энер-гиясы жұмсалған сайын tgδ  өседі. Бұл процесте дипольдардың саны неғұрлым көбейген сайын, солғұрлым tgδ жоғарылайды. Интенсивті жылулық қозғалыс-ының әсерінен дипольдар бір жағдайдан екінші жағдайға өтеді, сол кезде tgδ төмендейді. Бұл жылулық қозғалыстың энергиясы температура өскен сайын көбейе береді де электр өрісінің тарауы азаяды. Сосын температураға қарай tgδ қайтадан өседі, бұл көбеюі электр өткізгіштікпен байланыс. Ал жиілік көбейген сайын tgδ - ның максимумы жоғары температураға қарай ығысады

 

8.Диэлектриктердеги  токтардың векторлык диаграммасы. Диэлектрик шығын бұрышын анықтау.

Техникада диэлектрлі шығындар диэлектрлі шығындардың бұрышымен  мінезделеді, немесе осы бұрыштың тангесіне  тең. Идеалдық конденсаторда тоқ  кернеуден 90⁰ озып отырады. Егер энергияның шашырауы болған жағдайда тоқ пен кернеу арасы 90⁰ аз, ол бұрышты фазаның ығысу бұрышы (φ) дейміз. Диэлектрлі шығындардың бұрышы деп ток пен кернеудің арасындағы фазалардың ығысуын 90⁰- қа дейін толықтыратын бұрышты (δ) айтамыз. Диэлетриктен өтетін токтардың векторлық диаграммасын салғанда I_ығ, I_{р арб} – реактивті ток құрастырушылары, ал I_аабс, I_к + I_б= I_өт бұлар активті тоқ құрастырушылар (сурет 3..2) Диэлектриктегі энергияның шашырау қуаты мына формуламен анықталады.

Р_дп= U²·ω·C· tgδ                                  (3.13)

мұнда U- кернеу, В;

ω=2πf – шеңберлік жиілік;

С- сыйымдылық, Ф. Гц;

tgδ- диэлектрлі шығындар тангенсі.

Диэлектрли шыгындардын  табигаты әртүрлі. Бул шыгындарга себеп болатын – материалдардын ористенуи, электр откизгиштери, улкен кернеуде диэлектриктин ишиндеги отетин процестер, заттардын курамы бир текти еместиги.Полярлы емес диэлектрикте орис диэлектрли шыгындарга асер етпейди, шыгындар электр откизгиштикпен сипатталады.И_{а абс}   И_µт= И_к+И_б

Диэлектриктердеги токтардын  векторлык диаграммасы tgδ = I_a/ I_c

(3.14)мұнда I_a – токтын актив кураушысы;I_c – токтын реактив кураушысы.

 

9.Диэлектрик  шығыннын жилікке,температураға қатынасы.

Электр өткізгіштік экспонента арқылы температурамен байланысқандықтан  температура жоғарылаған сайын tgδ - да экспонентамен өседі және де жиілік көбейген сайын tgδ азаяды. Жылулық  қозғалыспен байланысқан дипольді – релаксициондық өрістену дейміз. Температура жоғарылаған сайын  диполь-дардың бір тепе-теңдік күйден екіншісіне өтуіне кететін электр өрісінің энер-гиясы жұмсалған сайын tgδ  өседі. Бұл процесте дипольдардың саны неғұрлым көбейген сайын, солғұрлым tgδ жоғарылайды. Интенсивті жылулық қозғалыс-ының әсерінен дипольдар бір жағдайдан екінші жағдайға өтеді, сол кезде tgδ төмендейді. Бұл жылулық қозғалыстың энергиясы температура өскен сайын көбейе береді де электр өрісінің тарауы азаяды. Сосын температураға қарай tgδ қайтадан өседі, бұл көбеюі электр өткізгіштікпен байланыс. Ал жиілік көбейген сайын tgδ - ның максимумы жоғары температураға қарай ығысады. Ионизациялық шығындарда tgδ кернеудің белгілі бір мәнінен бастап өсе бастайды да максимум мәнге жетеді. Ионизациялық диэлектрлі шығындар газдың изоляция мен қатты дене арасында газ қосқышы бар заттарда байқалады.