Электр тогы. Ток күші.

Электр тогы. Ток күші.
Қозғалмайтын электр зарядтары практикада сирек қолданылады. Электр зарядтары бізге қызмет істеу үшін оларды қозғалысқа келтіру керек – электр тоғын туғызу керек. Электр тоғы үйлерді жарықтандыады, станоктарды қозғалысқа келтіреді, радиотолқындарды туғызады, барлық электрондық есептеуіш машиналарының жұмысын жүргізеді.
Біз зарядталған бөлшектер қозғалысының орташа қарапайым түрінен – тұрақты электр тоғын бастаймыз.
Электр тоғы деп нені айтады, соған дәл анықтма береміз.
Сан жағынана ток қандай шамамен сипатталатынындығын еске түсірейік.
Зарядталған бөлшектер қозғалғанда электр заряды бір орынана екінші орынға тасымалданады. Бірақ эарядталған бөлшектер реттсіз жылулық қозғалыста болса, мысалы, металдардағы еркін электрондар сияқты, онда зарядтардың тасымалдануы болмайды. Егер электрондар бейберекет қозғалыспен қатар реттелген қозғалысқа қаттысса ғана, өткізгіштердің қимасы арқылы электр заряды орын ауыстырады.
Зарядталған бөлшектердің реттелген (бағытталған) қозғалысы электр тоғы деп аталады. Электр тоғы еркін электрондардың немесе иондардың реттелген орнын ауыстыруы кезінде ғана пайда болады.
Дегенмен, егер бейтарап тұтас дене орнын ауыстырылса, ондағы қисапсыз көп электрондар мен атом ядроларының реттелген қозғалысына қарамастан, электр тоғы пайда болмайды. Бұл жағдайда өткізгіштің кез келген қимасы орын ауыстыратын толық заряд нөлге тең, өйткені таңбалары әр түрлі зарядтар бірдей орташа жылдамдықпен орын ауыстырады.
Электр тоғының белгілі бір бағыты болады. Тоқтың бағытына оң зарядталған бөлшектердің қозғалыс бағыты болады. Егер ток теріс зарядталған бөлшкетердің қозғалысынан пайда болса, онда ток бағыты бөлшектер қозғалысының бағытына қарама – қарсы деп саналады.
Токтың әсері. Өткізгіштегі бөлшектердің қозғалысын біз тікелей бақылай алмаймыз. Бірақ тоқтың бір екенін ток жүргенде қабаттасатын әсер немесе құбылыстарға орай байқап білуге болады.
Біріншіден – бойымен ток жүрген өткізгіштің химиялық құрамымен өзгерте алады, мысалы, оның химиялық құрамды бөлігін бөліп шығарады. Бұл тектес процестер өткізгіштердердің барлығында байқала бермейді, тек электролиттердің ертінділерінде ғана байқалады.
Үшіншіден – ток жақын тұрған көрші токқа және магниттелген денелерге күшпен әсер етеді. Токтың бұл әсері магниттік әсер деп аталады. Тогы бар өткізгіштің жанына қойылған магнит тілі бұрылды. Токтың магниттік әсері, оның химиялық және жылулық әсерлеріне қарағанда негізгі болып саналады, өйткені ол өткізгіштің барлық түрінде байқалады. Токтың химиялық әсері тек электролиттердің ертінділерінде не балқымаларында ғана байқалады, ал жылулық әсері асқын өткізгіштерде болмайды.
Ток күші. Егер тізбекте электр тогы бар екені анықталса, онда бұл өткізгіштің көлденең қимасы арқылы үнемі электр заряды тасмалданып жатқанын білдіреді. Уақыт бірлігінде тасымалданатын заряд ток күші деп аталады да, токтың негізгі сандық сипаттамасы болады. Егер уақытта өткізгіштің көлденең қимасынан заряд тасымалданса, онда ток күші мынаған тең:
Lqt
Сонымен, ток күші ² t уақыт аралығындағы өткізгіштің көлденең қимасы арқылы тасымалданатын q зарядтың сол уақыт аралығына қатынасына тең. Егер ток күші уақыт бойынша өзгермесе, ток ток тұрақты деп аталады.
Ток күші, зарядқа ұқсас – скалярлық шама. Ол оң болуы да, теріс болуы да мүмкін. Ток күшінің таңбасы өткізгіштің боымен шартты түрде оң деп алынған бағытқа сәйкес келсе, онда ток күші І>0.
Ток күші әрбір бөлшектіңтаситын зарядына, бөлшектрің концентрациясына, олардың бағытталған қозғалысынының жылдамдығына және өткізгіштің көлденең қимасының ауданына тәуелді.
Өткізгіштің көлденең қимасының ауданы Ś болсын. Өткізгіштегі солдан оңға қарай бағытты оң бағыт деп алайық. Әрбір бөлшектің заряды q๐ ге тең. Өткізгіштің 1 мен 2 қималарының арасындағы көлемінде ṉŚІ бөлшек бар, мұндағы ṉ - бөлшектің концентрациясы. Олардың жалпы заряды qq๐ṉŚІ. Егер бөлшектер солдан оңға қарай  орташа жылдамдықпен қозғалса, онда t уақытта қарастырылып отырған көлемдегі барлық бөлшектер 2-қимадан өтеді. Сондықтае ток күші мынаған тең:
Іqtq๐Ślvlq๐nvS
Халықаралық бірліктер жүйесінде ток күші ампермен (А) өрнектеледі. Бұл бірлікті тоқтардың магниттік өзара әсерінің негізінде тағайындайды. Ток күшімен амперметрлериен өлшенеді.
Электрондардың өткізгіштегі реттелген қозғалысының жылдамдығы. Металл өткізгіштгі электрондардың реттелген орын ауыстыруының жылдамдығығын табайық.
vІenS
Мұндағы e – электрон зарядының модулі. Мысалы, ток күші І1 А өткізгіштің көлденең қимасының ауданы S10-6 м² болсын. Электрон зарядының модулі e1,610 -19Кл. Мыстың 1 –гі электрондар саны сол көлемднгі атомдардың санына тең, себебі мыстың әрбір атомныың валенттік электрондарынының біреуі коллективтендірілген, сондықтан да еркін болды. Міне, сол сан n8,5 болып табылады.
Ендеше, v11,6*10-1*8,5*1028*10-6с7*10-5 м/с
Электрондардың реттелген орын ауыстыруының жылдамдығы өте аз екенін көріп отырмыз.
Электр тогының негізгі сандық сипаттамасы – ток күші. Ол өткізгіштің көлденең қимасының ауданынан бірлік уақытта тасымалданатын электр зарядымен анықталады. Өткізгіштегі зарядталған бөлшектердің жылдамдығы өте аз – 0,1 мм/с шамасында.
Затта тұрақты электр тогы пайда болуы және жүріп тұруы үшін, біріншіден, еркін зарядталған бөлшектер бар болуы қажетті. Егер атомдарда немесе молекулаларда оң және теріс зарядтар бір-бірімен қосақталған болса, онда олардың орын ауыстыруы электр тогын туындырмайды.
Дегенмен, еркін зарядтардың бар болуы токтың пайда болуы үшін әлі жеткіліксіз. Зарядталған бөлшектердің реттелген қозғалысын тудыру үшін және оны әрі қарай демеп тұру үшін, екіншіден, оларға белгілі бір бағытта әсер ететін күш қажетті. Егер бұл күштің әсері тоқтаса, онда металдардың кеңестік торындағы иондардың немесе электролиттердің бейтарап молекулаларының кедергісінің нәтижесінде зарядталған бөлшектердің реттелген қозғалысы тоқтайды.
Зарядталған бөлшектерге электр өрісі FqE күшпен әсер ететінін біз білеміз. Әдетте, зарядталған бөлшектердің реттелген қозғалысын тудырушы және оның демеп тұруға себепші болатын да өткізгіштің ішіндегі сол электр өрісі. Тек статистикалық жағдайда, яғни зарядтардың тыныштытағы күйінде ғана өткізгіштің ішіндегі электр өрісі 0- ге тең.
Егер өткізгіштің ішінде электр өрісі болса, онда формулаға сәйкес өткізгіш ұштарының арасында потенциялдар айырымы болады. Осы потенциялдар айырымы уақыт бойынша өзгермегенде ғана оның бір ұшындағы максимал мәнінен екінші ұшындағы минимал мәніне дейін кемиді.
Потенциялдың осы кемуін қарапайым тәжірибемен байқауға болады.
Өткізгіш ретінде онша құрғақ емес ағаш таяқша аламыз да оны горизонтал іліп қоямыз. Кернеу көзі электросатистикалық машина болсын нүкте өткізгіштің әр жеріндегі потенциялд айырымдарын жермен салыстырғандағы кемуін бақылау үшін таяқшаға бекітілген металл фальга жапырақшаларды пайдалануға болады. Машинаның бір полюсін жермен, екінші полюсін өткізгіштің бір ұшымен жалғаймыз. Тізбек тұйықталмаған болып шығады. Машинаның тұтқасын айналдырғанда біз жапырақшалардың барлығы бірдей бұрышқа ауытқығанын көреміз. Дмеек, барлық нүктелердің жермен салыстырғандағы потенцияалы бірдей өткізгіштегі зарядтардың тепе – теңдігінде осылай болуға тиіс пе. Егер енді таяқшаның екінші ұшын жермен жалғастырсақ онда машинаның тұтқасын айналдырғанда көрініс өзгереді. Таяқшаның жермен қосылған ұшындағы жапырақшалар тіпті ашылмай да қалады. Өткізгіштің бұл ұшындағы потенциял іс жүзінде жердің потенциялына тең. Жапырақшалардың бір –бірінен ажырауының ең үлкен бұрышы өткізгіштің машинамен қозғалған ұшында болады. Машинадан қашықтаған сайын жапырақшалардың ажырау бұрышының кемуі өткізгіштің бойындағы потенциялдың түсуін көрсетеді.
Тізбектің бөлігі үшін Ом заңы . Кедергі.
Вольт Амперлік сипаттама.Әрбір өткізгіш үшін сұйық және газ күйіндегі ток күшінің өткізгіш ұштарының түсірілген потенциялдар айырымын белгілі бір тәуелділігі бар. Осы тәуелділікті өткізгіштің Вольт Амперлік сипатамасы деп аталатын шамамен өрнектейді. Оны керенудің әр түрлі мәнінде өткізгіштегі токты өлшеу арқылы табады. Токты қарастыруда Вольт Амперлік сипаттама үлкен роль атқарады.
Ом заңы. Металл өткізгіштер мен электролит ерітінділерінің Вольт Амперлік сипатамалар ең қарапайым түрде болады. Оның ең алғаш неміс ғалымы Георг Ом тағайындаған. Сондықтан ток күшінің кернеуге тәуелділігі Ом заңы деп аталады.
Тізбектің бөлігі үшін Ом заңы бойынша ток күші түсірілген U кернеуге тура пропорционал да, өткізгіштің R кедергісіне кері пропорционал.
ІUR

Электр тізбегі. Өткізгіштерді тізбектей және паралель қосу
Тізбектей қосуда электір тізбегінде тарамдалу болмайды. Барлық өткізгіштер бірінен кейін бірі тізіліп қосыла береді. Екі өткізгіштегі тоқ күштері бірдей:
І1 І2І
Себебі тұрақты ток жағдайында өткізгіштерде электір заряды жиылып қалм