Текст
                    s
iθ
(i
X
s
c;
c;
Γ
L
)X
(
F"

t
I
Ss
X
s
3
Σ
03
c;
о
' S
(
ω
CL
co
1ӘГАРИФ» НӘШРИЯТЫ
I
ЯЙ
'B∣B
≠-
f
I
I


ж κ*s '4⅛ ‘ *4’ 53? .?<»* '■р √ √Z Y√ «•i* *⅛⅜Φ*J*J^SΓ⅛ u¾*ltitr*⅛≡ ≡⅛'≡^^ ⅛--⅛j ⅛⅞ ¾√^ >.V,1Λ в ⅞S≡L'-v, ЬйЖ-:.;. ' i≡O Sa^⅛≡∙~S⅛- ftSw: ^⅜⅛ Ж» ≡⅛⅛≡⅛c>3 K⅛ta⅛'ri{a,ιu∖!‰C⅛ .:Шй ’"^fs’WSL-; β≡i ж. Mt .∙.,∙;." ⅜5 *i⅛ ■ 1^в* j>⅛⅛6 *⅞B⅛ζ W ■ ."W*⅛=M о 4⅛‰* ,'⅛ ⅛ XL Җ Ж |У if'A'∙'Λ'∙ ≡ ⅛ ⅜' <⅛ ;.о<1 >, ∖'.^' S≡⅛¾swl Mwaw.’X'A’ ∙√ < SS ≡β≡⅛M ⅞'i'⅛^≈' ⅞ ж ⅛ ⅝ K⅛1 '^1®.'^.: ⅜ ⅛', . S^. ⅜⅛l¾⅜ '⅛.⅛4∖s⅛^3 i Ш: . \Х ≡ .Г J,τ⅛⅛f*^*' ,<1⅛⅝ ⅛ ⅛≤⅛fi ⅞⅛ ⅛ в М Вж’ Bw r⅜B*F*l г- в? ⅛ W tδfe⅛i l⅜ ⅛≡ B¾⅛⅛t<*-⅛β лЖ***’« ⅛sW -*⅛ :О ,fi?i.;C^W ^⅛t∣i л ⅛i⅛J >∙'iΛ <r⅛ 1' ж у . * ’ ’ '*¾X*≡RF≡%Φ½S^' '-• *∙*.∙≠∕sΛλ<⅛¾⅛⅜⅛^ √! ⅛⅛s⅛aβ≡3i^aF,Λ t%⅜ ^∙2∙7⅛∙κs⅞C^F • ⅛W⅛5⅜ -∙⅛r*w .4*¾S!⅛≠, ЛҖ® « ⅛ 1⅛'J⅛∙ ” ^X*⅛ Д √.FJ¾W⅛O⅛ ’'"'>*«*** *' ' '^*M⅛∙‰rf jfcM Л'**Х*а5й»’/-3^ш| %Φ' -■■'.■ ∙⅞^sfl⅛fc^⅛∙' ⅛⅛ * ∙*L⅛ <'A∙i'' ,. ' >«**'* НУТ'"- ½i ^≡≡ M⅛4 '∙>∙⅜' ⅛⅛^ Zm⅛ ! ≡ ∙⅞δ <⅜W ^±≡≡ #₽iS;<.W yX¾*Λ*⅛*⅛*%*s ⅛ « ⅛⅛⅛lκ3^^ гмй i S⅛ LW W ½'⅛ Ж c⅛*<∙*≡^ ⅛⅞*⅜^⅜a⅛¾ S≡ ⅛li ≡ ≡ ^^ “ХйЙ зМ эд ж к So Ss ⅛¾ W> √θi⅛ 5w⅛l<. ⅜ ⅛ ≡ιBiβ ***<⅛ i'¾,,. '^∙Ai'sfe⅛S^a^^^fe< я >ΛλW<> ⅛s⅛* ≡ ⅛*⅛ ж в ≡ tW; √ s^ "-'<fc⅛1 ■■■■ ⅛⅛ ■ ■ ■: ⅛≡^'∙'' r⅛∙ bj: i 1 O∙-⅛∙^∙ ⅛4‰ *ж '43 ^•; • ::^3^ С*‘"" -'⅛⅛ ⅛∕⅛i ∖fe "aA⅛⅛⅛i⅛ >■ ft Ж LF⅛L>¾ rf.⅛⅛≡ ∕⅝≡≈1 ’<' Й ⅛--∖->t-Λ-n-^* d ⅛1 »;Gi fis "^⅛L∙ i^Wv''¾ ⅛≡
УДК 373.167.1:53*10 ББК 22.3 я721 Г17 «Молекуляр физика», «Электр күренешләре» бүлекләрен —В.Г. Гайфуллин, «Фэнни танып белү ысуллары һәм дөньяның физик картинасы», «Механика кур¬ сын йомгаклау», «Термодинамика» бүлекләрен Р.Ә. Исламшин язды. Рецензентлары: Казан дәүләт университеты доценты, физика-математика фәннәре кандидаты Ф. Л. ∂yxa∂ueβ∙, ТР Мәгариф һәм фән министрлыгының дистанцион мәгариф секторы мөдире, педагогика фәннәре кандидаты, доцент Җ. Н. Мотыйгуллин Охраняется действующим законодательством об авторских и смежных правах (Гражданский кодекс РФ, ч. 4, гл. 70). Воспроизведение всей книги или ее части на любых видах носителей запрещается без письменного разрешения ■ издательства. Шартлы тамгалар: 9 i — сораулар Δ — күнегүләр □ - эксперименталь мәсьәләләр Γ17 Гайфуллин В.Г. Физика: Татар урта гомуми белем бирү мәкт. 10 нчы с-фы өчен уку әсбабы / В. Г. Гайфуллин, Р. Ә. Исламшин.— Казан : Мәгариф, 2009.— 200 б.: рәс. б-н. ISBN 978-5-7761-1996-5 ISBN 978-5-7761-1996-5 © «Мәгариф» нәшрияты, 2009 © Бизәү. «Мәгариф» нәшрияты, 2009
КЕРЕШ Татар урта гомуми белем бирү мәктәбенең 10 нчы сыйныфы өчен язылган бу китап профильле укыту шарт¬ ларында физиканы өйрәнү өчен тәкъдим ителә. Әле¬ ге уку әсбабы ярдәмендә урта мәктәптә физика курсы нигезләрен тулы урта белем күләмендә өйрәнү өчен, төп мәктәптә (7—9 нчы сыйныфлар) физика дәресләрендә алган белемнәр кирәк. Физиканы яхшы белү, аңлау өчен, аны озак һәм игътибар белән өйрәнергә, еш кына ныклап, дикъкать белән уйланырга туры килә. Шулай ук башка фәннәр, бигрәк тә табигатьне өйрәнүче предметлар (химия, био¬ логия) буенча белемнәргә ия булу да мөһим. Уку әсбабының игътибар үзәгендә яңа уку стан¬ дарты, гомуми тулы урта белем эчтәлегенең мәҗбүри минимумы таләп иткән фундаменталь физик законнар, теорияләр һәм физик төшенчәләр тора. Татарстанда урта мәктәпне тәмамлаучылар белергә тиеш булган физика курсының региональ компонентын да без истән чыгар¬ мадык. Китапта эксперименталь мәсьәләләр бар, аларны чишү өчен, тиешле күрсәтмәләр дә бирелә. Мәсьәләләр мәктәп физика кабинетының җиһазлары мөмкинлегенә карап сайлап алынды. Әлеге уку әсбабы биш бүлектән тора: фәнни танып белү ысуллары һәм дөньяның физик картинасы, меха¬ ника курсын йомгаклау, молекуляр физика, термодина¬ мика һәм электр күренешләре. Авторлар V- / m<o)in∙ ■ .i
ФӘННИ ТАНЫП БЕЛҮ ЫСУЛЛАРЫ НӘМ ДӨНЬЯНЫҢ ФИЗИК КАРТИНАСЫ 1. Физика фәне — безнең тормышта. 2. Әйләнә-тирәдәге дөньяны танып белү процессы. Мәгълүмат чыганаклары. 3. Эмпирик танып белү ысуллары: кү¬ зәтү, эксперимент һәм үлчәү. 4. Теоретик танып белү ысуллары: абс¬ тракция, идеальләштерү, фикерләү эксперименты, индукция һәм дедук¬ ция. 5. Физик модельләр. 6. Физик төшенчәләр. Физик законнар. Физик теорияләр һәм аларны кулла¬ ну чикләре. 7. Табигатьтә фундаменталь үзара тәэ¬ сир итешү көчләре. 8. Дөньяның физик картинасы. 1. ФИЗИКА Сез табигать турындагы иң әһәмиятле фәнне — ФӘНЕ — БЕЗНЕҢ физиканы үзегез сайлаган профессияне тирәнтен үзләш- ТОРМЫШТА терү өчен кирәкле дип исәплисез. Физика фәне турында инде шактый күп мәгълүматыгыз бар: 7 нче сыйныфта матдә төзелеше, җисемнәрнең үзара тәэсир итешүе, җисемнәрнең төрле халәте һәм механик эш, егәрлек, энергия төшенчәсе турында башлангыч белемнәр алды¬ гыз. 8 нче сыйныфта җылылык күренешләре, җылылык двигательләре, электр һәм магнит кыры, яктылык күре¬ нешләре турында мәгънәле фикерләр ишеттегез. 9 нчы сыйныфта исә механика нигезләре, табигать көчләре, саклану законнары һәм атом төзелеше турында җитди, тормышта һәркем өчен кирәк булган физика белемнәренә ия булдыгыз. 10 нчы сыйныфта, төп мәктәптә физика дәреслә¬ рендә алган белемнәрне тирәнәйтү белән бергә, классик физика нигезләрен өйрәнү дәвам итә, физика фәненең үсеш темпын исәпкә алып, сезгә заманча физика мәгълү¬ матлары да тәкъдим ителә. Классик физика белемнәре йорт төзергә, автомашина яки кыру станогы җыю өчен җитә, ә лазер, компьютер яки атом бозваткычы төзү өчен, заманча физиканы белергә кирәк. Физика табигатьнең гомуми законнарын өйрәнә, шул сәбәпле ул табигатьне өйрәнүче башка фәннәр — биология, химия, геология, астрономия белән нык бәй¬ ләнгән. Әлеге фәннәр, физикадан аермалы буларак, үзләренең билгеле үзлекләре яки мөнәсәбәтләре белән аерылып тора торган объектларны яки күренешләрне өйрәнәләр. Әйтик, биология тере организмнарны һәм алар яшәгән тирәлекне, химия матдәләрнең бер-берсе- 4
НӘ әверелүе — матдәләрнең үзара тәэсир итешү төрен өйрәнә. Хәзерге астрономиянең төп бүлеге астрофизика дип атала. Астрофизика теоретик физиканың үсешенә турыдан-туры йогынты ясый. Физика атом энергиясе проблемасын, мәсәлән, Кояш һәм йолдызларның энер¬ гетик яктыртылышы турындагы мәгълүматларга нигез¬ ләнеп өйрәнә башлый. Хәзерге вакытта галәм киңлек¬ ләрен иксез-чиксез физик лаборатория итеп күз алдына китереп була. Техниканың, җәмгыятьнең җитештерү көчләре үсе¬ шенә фундаменталь физика теорияләренең йогынтысы бик зур. Техник прогресска йогынты ясаучы төп фак¬ тор — фәннең, бигрәк тә физика фәненең, производство белән бәйләнеше. Атмосферада, гидросферада һәм Җир кабыгында физик проңессларны өйрәнү бик күп экология пробле¬ маларын максатчан хәл итәргә ярдәм итә. Физика фәнендә дөньяның физик картинасы турын¬ да да сүз бара. Физик картина тәмамланганмы, бүгенге көндә дөньяның объектив чынбарлыгын тасвирлый ала¬ мы дигән сорау күпләрне борчый. Теоретик механика¬ ны иҗат итүчеләрнең берсе — француз галиме Лаплас- ның «Миңа башлангыч шартларны бирсәгез, мин бөтен дөньяны исәпләп чыгарам» дигән сүзләре галәмдәге бик күп төрле күренешләрне механик хәрәкәткә нигезләп аңлатып булуын күрсәтә. Яктылык, электр, магнетизм турындагы мәгълүмат¬ ларның үсеше, XIX гасырда күзалланган дөньяның меха¬ ник картинасы табигатьнең бик күп күренешләрен аңлата алмавын ачыклый. Физика фәнендә дөньяның электро- магнитик яки классик яңа картинасы барлыкка килә. Белгәнегезчә, XX гасырда дөньяның классик кар¬ тинасы урынын хәзерге физик дөнья картинасы ала. Хәзерге физик дөнья картинасы нигезендә яткан кайбер теорияләр белән (чагыштырмалылык теориясе, квант теориясе) сез физика дәресләрендә танышырсыз. Физиканың үсеше, бер физик теория урынына икен¬ че теориянең килүе классик физиканы өйрәнергә кирәк¬ ме икән дигән сорау тудыра. Бөек физик Нилъс Бор принцибы нигезендә яңа теория иске теорияне гамәлдән чыгармый, ә бәлки аны үзенә хас соңгы очрак итеп ка¬ бул итә. Димәк, классик физиканы белми торып, ча¬ гыштырмалылык теориясен дә, квант теориясен дә белеп булмый. а г н Нильс Бор (1885— 1962) — 1913 елда хәзерге заман физи¬ касы үсешендә әһә¬ миятле этап булган атом төзелеше моде¬ лен эшләгән. Резер¬ форд әлеге ачыш турында: «Зуррак уңышка ия булган башка теорияне мин белмим»,— дигән. 5
Физика — безнең әйләнә-тирәдәге материаль дөнья¬ ның гади һәм гомуми үзлекләрен өйрәнүче фән. Шул сәбәпле табигать белеме турындагы теләсә кайсы бү¬ лекнең нигезендә физика төшенчәләре һәм законнары ята. 1. Заманча физика классик физика- * дан нәрсә белән аерыла? 2. Физика фәне нинди фәннәр белән бәйләнгән? 3. Җәмгыятьнең җитештерү көчләренә физика нинди йогынты ясый? 4. Физи¬ ка фәненең үсешен мисаллар ярдәмендә күрсәтегез. 5. Физикада нинди әһәмият¬ ле экспериментларны беләсез? 2. ӘЙЛӘНӘ- ТИРӘДӘГЕ ДӨНЬЯНЫ ТАНЬШ БЕЛҮ ПРОЦЕССЫ. МӘГЪЛҮМАТ ЧЫГАНАКЛАРЫ Нәрнәрсәне өйрәнү өчен, белем кирәк. Әйтик, кыру станогы ясый торган эшчегә, компьютер өчен программа төзүче белгечкә, машина йөртүчегә, очучыга, табибка, аш пешерүчегә бик күп нәрсәләрне белергә кирәк. Белем¬ нең нәрсә икәнен белми торып, китерелгән мисалларны анализлау кыен, я булмаса кеше компьютерлар дәрә¬ җәсендә белемгә ия була аламы, танып белү процессы хайваннарга хасмы, белү белмәүдән нәрсә белән аеры¬ ла, кеше өчен белемнең кыйммәте нәрсәдә, дөньяны та¬ нып белү процессын тизләтеп буламы кебек сорауларга җиңел генә җавап бирергә мөмкин түгел икәне көн кебек ачык. Белем һәм аңа ия булу процессы танып белү про¬ цессы дип атала. Танып белү проблемаларын филосо¬ фиянең гносеология (грек сүзе «гнозис» — «белем») дигән бүлеге, яки танып белү теориясе өйрәнә. Танып белү теориясенең максаты — чын дөреслекне танып бе¬ леп буламы, танып белүнең нинди ысуллары, формала¬ ры һәм төрләре була, мәдәниятнең төрле тармакларында танып белү процессы ничек бара кебек сорауларга җавап бирү. Кешенең сизү органнары әйләнә-тирә дөнья турын¬ дагы мәгълүмат чыганагы була. Алар кешенең әйләнә- тирәдәге төрле үзгәрешләргә ярашуын тәэмин итәләр. Мәгълүмат җитәрлек булмаган очракта, сизү органнары кешенең табигать күренешләрен танып белү мөмкинле¬ ген чикли. Сизү, тою органнары кечкенә кытыршылыкны, вак ярсуларны сизми. Тәм, ис сизү әгъзаларының тәм һәм ис сизүе чикләнгән. Ишетү органы (колак) кабул итә ала торган мәгълүматның да чикләре бар (16 Гц — 20 кГң). 6
Кеше мәгълүматның күбрәк өлешен күрү орган¬ нары (күз) ярдәмендә ала. Күзнең дә мәгълүмат кабул итү мөмкинлеге бик зур түгел (күзгә күренә торган яктылыкның дулкын озынлыгы диапазоны 0,38— 0,78 мкм). Күз бик вак әйберләрне күреп бетерә алмый. Табигатьтәге мәгълүмат белән чагыштырганда кеше¬ нең сизү органнары кабул итә ала торган мәгълүматның күләме бик күп тапкырга кимрәк. Бу фактор табигатьтне танып белүдә бик зур киртә булып тора. Билгеле булганча, кешеләр (галимнәр) табигать¬ не танып белүдә сизү органнарының кабул итә алу мөмкинлекләрен төрле фәнни ысуллар, эксперимент, тормыш тәҗрибәсе ярдәмендә шактый киңәйтәләр. Q 1. Физика фәнендә танып белү процес- • сының әһәмияте нәрсәдә? 2. Кеше өчен физикадан белемнәр нинди әһәмияткә ия? 3. Физиканы өйрәнүне яки танып белү процессын кыскартып буламы? 4. Кешенең табигатьтәге мәгълүматны кабул итү мөмкинлеге нинди, ул мөм¬ кинлекне ничек киңәйтеп була? Фәнни танып белү ысулы, фәнни-тикшеренү хез¬ мәтенең эчтәлегенә һәм катлаулылыгына карап, аерым ысулларга бүленә: эмпирик танып белү ысуллары һәм теоретик танып белү ысуллары. Эмпирик танып белү ысуллары: күзәтү, тасвирлама (тикшеренүнең тасвирлау өлеше), яки язып, сөйләп бирү, үлчәү, чагыштыру, эксперимент. Эмпирик танып белү ысулы теләсә нинди фәннең нигезен тәшкил итүче дәлилләр белән эш итә. Әлеге дәлилләр күзәтүләр һәм эксперимент нәтиҗәләрен гому¬ миләштерү һәм системалаштыру нәтиҗәсендә гамәлгә ашырыла. Физик теориянең дөрес яки хаталы булуы турында иң югары һәм бердәнбер фикер йөртә алучы ысул ул — физик эксперимент. Физик теорияләрнең тирән һәм тулы булуына карамастан, физика фәне эксперименталь фән булып кала. Ләкин табигатьтә бара торган проңесс- ларны күзәтеп кенә физика өлкәсендә нинди дә булса нә¬ тиҗә ясап булмый. Физика буенча хезмәтләрнең, ачыш¬ ларның нигезендә үзлекләре алдан билгеләнгән физик зурлыкларны төгәл үлчәү тора. Теласэ нинди физик зурлыкның төп узлеге — зурлыкның санча кыйммә¬ тен κγpc∂men һәм аның белән билгеле бер математик 3. ЭМПИРИК ТАНЫП БЕЛҮ ЫСУЛЛАРЫ: КҮЗӘТҮ, ЭКСПЕРИМЕНТ 11ӘМ ҮЛЧӘҮ 7 I
гамәлләрне башкарып булу ул. Физиклар әйтүенчә, физи¬ кага бары тик үлчәп була торган зурлыклар гына керә. Чыннан да, физика фәне күбесенчә үлчәү процедура¬ ларыннан, килеп чыккан мәгълүматны билгеле бәйлә¬ нешләр буенча тәртипкә салудан тора. Әлеге бәйләнешләр бирелгән система кысаларында законнарның йомык си¬ стемасын тәшкил итәләр. Физика үз алдына күп төрле күренешләр һәм процессларны аз сандагы үзара бәйлә¬ нешләргә якынайтырга дигән бурыч куя. Ул бәйләнеш¬ ләрне математик формула ярдәмендә күз алдына китереп булыр иде. Физика фәнендәге һәр ачыш табигатьнең яңа үзлек¬ ләрен күрсәтә, кешене яңача фикерләргә мәҗбүр итә. Хәзерге заман физикасының картинасы эксперименталь материаллар белән баетылып тора, физика тирәнәя һәм киңәя, аның формалашу процессы дәвам итә. Теләсә кайсы физик танып белүнең нигезе булып һәрвакыт тәҗрибә тора. Теге яки бу төп положениенең дөреслеген логик тикшерү исбатлый алмый, аны күзә¬ тергә мөмкин булган дәлилләр генә раслый. Логиканың предметы булып табигать күренешләре түгел, ә фикерләү законнары гына тора. Архимедның рычаг законын, мәсә¬ лән, логик юл белән исбатлап булмый, аңа эксперимент ясап кына инанып була. Энергия саклану законын да тәҗрибә күрсәткечләрен гомумиләштерү нигезендәге за¬ кон дип карарга мөмкин. Галилей, Ньютон ачкан закон¬ нарның нигезендә эксперимент тора. Экспермент юлы белән ачылган законнарга шулай ук Шарль законы {V = const булганда, = const) (изо- хорик процесста бирелгән массадагы газ басымының аб¬ солют температурага бәйлелеген XVΠI гасыр ахырында француз галиме Шарль эксперимент юл белән ачыкла¬ ган), Гей-Люссак законы (р = const булганда, ψ= const) (изобарик процесста бирелгән массадагы газның күләме белән абсолют температура арасындагы бәйлелекне XIX гасыр башында француз галиме Гей-Люссак та экс¬ перимент юлы белән ачкан). Ом законы (I = ∙^, чылбырында ток зурлыгы көчәнешкә туры, ә чылбыр бүлемтегенең каршылыгына кире пропорциональ булуын да эксперимент ярдәмендә XIX гасырда немец галиме Ом ачкан) керә. электр 8
Теория физикада бик әһәмиятле роль уйный, ләкин шулай да ул экспериментка таяна: проблеманы экспе¬ римент ярдәмендә тикшерергә мөмкин булган нәтиҗәгә китерә алган вакытта гына, теория таныла. Теория прак¬ тикага караганда өстен, яңа теория барлыкка китерү хәлиткеч экспериментка караганда да әһәмиятлерәк дигән сүзләр чынлыкка туры килмиләр. Галилей логика ярдәмендә туган фикерләрне экспе¬ римент ысулы белән тикшерә. Эксперимент нәтиҗәләре яңа фикерләргә юл ачканны күреп, үз эшеннән ләззәт таба. Ул хәтта Аристотельнең кайбер фикерләренә дә төзәтмә, яңа аңлатма кертә. 24 яшьлек Ньютон, галим¬ нәр ясаган экспериментларга таянып, тәэсире бөтен галәмгә таралган тартылуның универсаль көч булуын ачкан, гамәлгә керткән. Бөтендөнья тартылу законын Кояш системасында файдаланырга мөмкин булуга тая¬ нып, ул астрономик күзәтүләргә нигезләнгән Кеплер законнарын теоретик яктан нигезли. Джоуль җылылык белән механик энергия арасында төгәл санча үзара бәйләнеш барлыгын — җылылыкның механик эквивалентын эксперимент ярдәмендә ачыкла¬ ган (рәс. 1). 1 'i≡ (∏!≈ НК ^'lli Q Калориметрның горизонталь юнәлештә аркылы кисеме Калориметрның вертикаль юнәлештә аркылы кисеме Рәс. 1 9
6} Рәс. 2 Джоуль приборында ике йөк, цилиндрны әйлән¬ дереп, калориметрдагы суны ж,ылыта. Йөкләр, бил¬ геле бер озынлыктагы юл үтеп, түбәнгә төшәләр. Йөкләр югалткан потенциаль энергияне һәм аларның иң түбәнге ноктада кинетик энергиясен исәпләргә мөмкин. Йөкләр 20 тапкыр түбәнгә төшкән вакытта, суның температурасы 0,5 °C чамасы арткан. Джоуль үзе куйган максатка ирешкән, җылылыкның ме¬ ханик эквивалентын исәпләп чыгарган. Аның хөр¬ мәтенә энергия берәмлеген Джоуль дип атау бик гадел булган. Инглиз галиме Γyιc үзенең микроскобы ярдә¬ мендә ачышлар ясаган (рәс. 2, а), «Микрография» исемле китабында алар турында язып калдырган. Француз галиме Кулон, әйләнә торган үлчәү ясап, электростатиканың төп законын (Кулон за¬ конын) ачкан. Шул ук прибор ярдәмендә инглиз галиме Кавендиш гравитация константын исәпләп чыгарган (рәс. 2,6). С.-Петербургта Исаакиев соборы гөмбәзе ас¬ тында гаҗәп зур, 101 м озынлыктагы маятник бар. Шунысы кызыклы: маятник тирбәнү хәрәкәте яса¬ ганда, аның тирбәнү яссылыгы акрын гына борыла. Шундый маятник белән (аны Фуко маятнигы дип атыйлар) француз галиме Фуко шундый ук тәҗрибә ясаган һәм Җирнең әйләнүен ачык, күренеп торган тәҗрибә ярдәмендә исбат иткән (1851). 1. Эмпирик танып белү ысулларын нин- * ди максатларда кулланалар? 2. Фи¬ зик эксперимент булмаса, физиканы өйрәнеп булмый дигән фикер бар. Әлеге фикернең мәгънәсе нәрсәдә? З.Кү¬ зәтү, танып белү ысулы буларак, фи¬ зика фәненең формалашуында нинди әһәмияткә ия? 4. Ни сәбәпле физика фәнендә үлчәп була торган зурлыклар гына кулланыла? 4. ТЕОРЕТИК ТАНЫП БЕЛҮ ЫСУЛЛАРЫ: АБСТРАКЦИЯ, ИДЕАЛЬЛӘШТЕРҮ, ФИКЕРЛӘҮ ЭКСПЕРИМЕНТЫ, ИНДУКЦИЯ НӘМ ДЕДУКЦИЯ Теоретик танып белү ысуллары бик күп күре¬ нешләрне үз эченә алган абстракт теоретик закон¬ нарны ачыклауда кулланыла. Турыдан-туры күзгә күренми торган объектларны да, мәсәлән атомнар¬ ны һәм электроннарны, теоретик танып белү ысул¬ лары ярдәмендә генә өйрәнәләр. Энергия саклану һәм әверелү законын, бөтендөнья тартылу зако- т^т,^ нын F = φ — абстракт теоретик законнарны 10
теоретик танып белү ысуллары аша гына күз алдына китереп була. Термодинамикага нигез салучыларның берсе — Кар¬ но, мәсәлән, җылылык һәм механик энергиянең үзара әверелешләрен нигезләү өчен, теоретик идеаль пар ма¬ шинасын төзи. Фзнни абстракция табигатьне, аның за¬ коннарын тирән, дөрес һәм тулы итеп яктырта. Физик экспериментларда экспериментка комачау¬ лаучы төрле киртәләр һәрвакыт була, шуңа да карама¬ стан эксперимент өчен «идеаль» шартлар, ягъни төрле киртәләр юк дип исәпләнә. Мондый идеаль шартларны фәнни идеалълаштеру дип атыйлар. Фикерлзу эксперименты, фәнни идеальләштәрү ке¬ бек үк, теоретик танып белү ысулы булып тора. Күз алдына китерү, хыялый эксперимент төшенчәсе идеаль- ләштерү төшенчәсе белән бәйләнгән. Индукцион танып бел^ ысулы, аның үзенчәлеге аерым өлешләрдән гомуми нәтиҗәгә килү, физиканы өйрәнү процессында киң кулланыла. Индукцион тео¬ ретик танып белү ысулы күзәтүләргә һәм эксперимент¬ ка таяна. Индукциянең танып белү функциясе эмпи¬ рик нәтиҗәләрне өйрәнү, бик күп фәнни ачышларның нигезендә ята. Чынбарлыкта танып белү процессында индукция ысулы һәрвакыт дедукция ысулы белән бергә бара. Де¬ дукция, танып белү ысулы буларак, фәнни белемнәрне системалаштыру өчен дә кулланыла, билгеле булган го¬ муми белемнән өлешчә белемгә күчүне билгели. Моле- куляр-кинетик теорияне, мәсәлән, өлешчә булган мәгъ¬ лүматка таянып өйрәнеп була (индукция ысулы). Ул, шулай ук теориягә нигезләнеп, ягъни баштагы караш¬ ларга, фәнни законнарга таянып, ал арны эмпирик гому¬ миләштерүләрдән соң конкрет дәлилләрне, күренешләрне өйрәнүне күздә тота. Q 1. Теоретик танып белү ысулы эмпирик * ысуллардан нәрсә белән аерыла? 2. Аб¬ стракт теоретик законнарга мисаллар китерегез, ул законнар эксперимен¬ таль законнардан нәрсә белән аерыла? 3. Фикерләү экспериментын кайчан файдаланганыгыз бар? Мисаллар ките¬ регез. 4. Индукция һәм дедукция ысу¬ лын физика материаллары ярдәмендә аңлатыгыз. 11
5. ФИЗИК МОДЕЛЬЛӘР Физикада модель дип төп узенчэлеклэрен саклый ала торган физик системаның (процессның) гадилаш- терелгзн юрамасын (версиясен) атыйлар. Физик күре¬ нешләрне (процессларны) модельләштерүнең төп мәгъ¬ нәсе — модель белән ясаган тәҗрибәләрнең нәтиҗәсен файдаланып, чынбарлыктагы күренеш яки объектның закончалыкларын ачыклау яки тикшерү. Күпер, корабль, очкычлар, электр станцияләре модельләрендә булачак корылмаларның әһәмиятле үзлекләрен тикшерәләр. Мон¬ дый модельләр матди модельләр дип атала. Идеаль модельләр турыдан-туры аңларга, кабул итәргә мөмкин булмаган катлаулы реаль күренешләрне сыйфатлыйлар. Аларга физикада озак вакыт дәвамында сакланган механик эфир моделе, газ модельләре (рәс. 3), атомның протон-электрон моделе (рәс. 4), молекулалар¬ ның төзелеш модельләре һ. б. керә. Үлчәмнәрен исәпкә алмаска мөмкин булган җисемнәрнең моделе — матди нокта, молекулаларның үзара тәэсирен исәпкә алмаска мөмкин булган очракта, газның моделе идеаль газ була. Идеаль модель үрнәге булып электр тогын сыеклык агымына тиңләштерү тора. Сыеклыкның агу тизлеге би¬ еклекләр аермасына бәйле булган кебек, токның зурлыгы да электр кыры көчәнешлелегенә, ягъни потенциаллар аермасына бәйле. Максвелл, мәсәлән, электромагнетизм теориясен иҗат иткән вакытта, идеаль модель куллана: электр тогын үзенә бертөрле кысылмый торган сыеклык агымына тиңләштерә. гелий Кристалл Сыеклык ср 09 Газ © @ \ оо ; < 2р +2п/ кислород 8р +8га е Рәс. 4 е ө ә % ⅜ 3 ⅜ <to ⅜ еН е е е Рәс. 3 12
Математик модельләштерү ысулы хәзерге физи¬ када киң кулланыла. Математик модель (формаль, ло¬ гик модель) — өйрәнелә торган күренешнең, объектның закончалыкларын чагылдыручы формулалар яки тигезләмәләр ул. Ньютонның икенче законын күрсәтүче F = та формуласы, мәсәлән, көч, масса һәм тизләнешнең әһәмиятле бәйләнешен күрсәткән объектив законның ма¬ тематик моделе була. Ом, Кулон. Кирхгоф, Фарадей эмпирик законнары формулалары турында да шул ук фикерне әйтергә була. Электромагнитик процессларның закончалыкларын ча¬ гылдырган, алда әйтелгән эмпирик законнарны үз эченә алган Максвелл тигезләмәләренең математик моделенең әһәмияте аеруча зур. Теге яки бу физик теорияне төзү өчен кирәк булган математик аппарат (математик модель) еш кына физик теориягә кадәр фәндә эшләнгән була. Квант механика¬ сында кулланылган математик аппарат, мәсәлән, квант механикасына караганда берничә дистә ел алда барлыкка килгән. Чагыштырмалылык теориясе турында да шуны әйтергә була. Q 1. Физик модель нәрсә ул? Ул мате¬ матик модельдән нәрсә белән аерыла? 2. Физик күренешләрне модельләштерү ни өчен кирәк? 3. Матди һәм идеаль модельләрне мисаллар ярдәмендә аң¬ латыгыз. 4. Табигать күренешләрен өйрәнгәндә математик модель куллану¬ ны мисаллар ярдәмендә аңлатыгыз. Физик төшенчәләрнең күбесе гадәти сөйләм телен¬ нән алынган. Сөйләм телендә еш һәм төрле мәгънәдә кулланыла торган сүзләрне физик төшенчә итеп күз алдына китерү — физика фәнен өйрәнүне катлауланды¬ ра торган сәбәпләрнең, берсе. Җисем, тизлек, үтелгән юл, көч, эш, энергия, авырлык кебек фәнни төшенчәләр — сөйләм телендә бик еш кулланыла торган сүзләр. Физик күренешләр һәм процессларның моделе фор¬ масында кулланыла торган фәнни төшенчәләргә мат¬ ди нокта, идеаль газ, абсолют каты җисем, абсолют кара җисем, атом, тигез хәрәкәт һ.б. физик төшенчә¬ ләр керә. Физик төшенчәләр фәндә тулысы белән ачыклан¬ ган дип әйтеп булмый, хәтта физиканың фундаменталь төшенчәләре турында да. Масса төшенчәсе, мәсәлән. 6. ФИЗИК ТӨШЕНЧӘЛӘР. ФИЗИК ЗАКОННАР. ФИЗИК ТЕОРИЯЛӘР НӘМ АЛАРНЫ КУЛЛАНУ ЧИКЛӘРЕ 13
Ньютон законнарында ике төрле мәгънәдә чагыла: Ньютонның икенче законында масса көч һәм тизләнеш төшенчәләре арасында пропорциональлек коэффициенты булып тора. Бу очракта массаны инерцион масса дип атыйлар. Ә бөтендөнья тартылу законында ул ике масса арасында тартылу көчен билгеләүче константа булып тора — сүз гравитацияле масса турында бара. Маятник белән ясалган экспериментта бу ике масса¬ ның бер-берсенә тигез булуын Галилей ачыклаган. Нью¬ тон, Галилей экспериментын кабатлап, шул ук нәтиҗәгә килгән. Инерцион масса белән гравитацияле масса, фор¬ малары һәм мәгънәләре төрле булуга карамастан, бер- берсенә тигез булуның сәбәбен әлегә физика фәне аңлата алмый. Ньютон масса төшенчәсенә билгеләмәне матдәдә булган материя микъдары-яки тыгызлыкның күләмгә тапкырчыгышы дип биргән, ә тыгызлык төшенчәсен бары тик масса аша гына белеп була. Бәлки, масса тө¬ шенчәсенең дә, озынлык һәм вакыт төшенчәләре кебек үк, физик мәгънәсен ачыклап булмый торгандыр? Физик күренешләрнең барышы турындагы гипотеза эксперимент ярдәмендә расланса, ул физик закон була. Закон төшенчәсе — күп мәгънәле сүз. Физиканы бары тик объектив дөнья законнары (табигать законнары) һәм фән законнары (физика, астрономия, химия, биоло¬ гия һ.б.) гына кызыксындыра. Табигать законын объектив закон дип әйтәләр, чөн¬ ки ул табигатьнең үзенә, чынбарлыкның үз күренеш¬ ләренә хас, кеше ихтыярына яки аңына бәйле түгел, кешеләр ул законнарны гамәлдән чыгара алмыйлар (Җирнең Кояш тирәли әйләнү законы, җисемнәрнең үзара тартылу законы, электр корылмаларының үзара тәэсир итешү законы һ.б.). Объектив закон (табигать законы) кирәкле, гому¬ ми (бөтен) кабатланучан әһәмиятле мөһим бәйләнешне күрсәтә. Табигать законнары фән законнарыннан нәрсә белән аерылалар? Фән законнары табигать законнарының чагылы¬ шы була. Аларны галимнәр ачканнар, уйлап тапканнар, тәкъбир иткәннәр. Фән законнары, табигать законнары турында безнең белем, табигать законнарын безнең алда тасвирлау, ул белемнәр азмы-күпме тирән, төгәл булыр¬ га мөмкин. Фән законнары, табигать законнарыннан 14
аермалы буларак, үзләренең эчтәлеге белән объектив, формалары белән субъектив булаЛар. Эмпирик фәнни законнар күзәтүләр һәм экспери¬ ментлар нәтиҗәсендә барлыкка килә. Теоретик законнарны конструкцияләү — иң авыр процессларның берсе. Галимнәр бу очракта катлаулы һәм төгәл ысулларны — теоретик танып белү ысулларын (абстракцияләү, идеальләштерү, фикерләү эксперименты, индукция һәм дедукция) кулланалар. Механиканың төп мәгънәсен Ньютонның өч законы, бөтендөнья тартылу законы, эластиклык һәм ышкылу көчләре өчен булган законнар ачыклый. Әлеге закон¬ нар җыелмасы физик теория дип атала. Ньютон закон¬ нары, мәсәлән, классик механиканың мәгънәсен аңла¬ талар. Газларда бара торган процесслар өчен басым, күләм һәм газның температурасы арасындагы бәйлелекне күр¬ сәтә торган законнар ачылган. Аларның җыелмасы газ¬ лар өчен молекуляр-кинетик теорияне тасвирлый. Шул ук мәгънәдә (хәрәкәтсез электр корылмалы кисәкчекләрнең үзара тәэсирен сыйфатлый) Максвелл законнары (электромагнетизмның классик теориясенең мәгънәсен ача) турында да әйтергә була. Теге яки бу физик теорияне төзегәндә, һәрвакыт физик күренеш яки процессның моделе кулланыла. Шул сәбәпле телдса кайсы физик закон һам физик теория чынбарлыкка якын була. Димак, физик законнарның, теорияларнең куллану чикларе бар. Классик механика законнары тулысы белән абсо¬ лют каты җисемнәр өчен генә гадел була. Классик меха¬ никаның төп законнарына җисем матдәсенә бәйләнмәгән физик төшенчәләр генә керә: тизлек, тизләнеш, масса, кинетик энергия, инерция моменты һ.б. Классик механика законнары яктылык тизлегеннән күпкә кимрәк булган тизлек белән хәрәкәт итүче җи¬ семнәр өчен генә кулланыла (гадел була). Алар, мәсәлән, тизләткечтәге элементар кисәкчекләр белән тәҗрибәләрдә үтәлми. Бу очракта Эйнштейнның махсус чагыштырма¬ лылык теориясе файдаланыла. Классик механика законнары ярдәмендә бик кечке¬ нә массалы кисәкчекләрнең (электроннарның) хәрәкәтен тасвирлап булмый. Шул сәбәпле классик механика атом төзелеше турында бернәрсә дә әйтә алмый. Атом эчендәге күренешләрне квант механикасы аңлата. 15
Q 1. Физик төшенчәгә мисаллар ките- • регез. 2. Физик төшенчәнең билгелә¬ мәсенә нинди таләпләр куела? 3. Физик закон нәрсәне аңлата? 4. Физик теория нәрсә ул? Ни өчен аны куллану чиге була? 1. ТАБИГАТЬТӘ ФУНДАМЕН¬ ТАЛЬ ҮЗАРА ТӘЭСИР ИТЕШҮ КӨЧЛӘРЕ Дөньяны материалистик карапглар ярдәмендә күзал¬ лау нигезендә, фундаменталь үзара тәэсир итешү көчлә¬ рен дөньяның физик картинасының төп төшенчәләре дип карарга була. Галәмдә күк җисемнәренең билгеле бер тәртиптә урнашуы һәм хәрәкәте, матдәләрнең төзелеше билгеле бер тәртиптә булу җисемнәрнең, матдә кисәк¬ чекләренең үзара тәэсир итешүенә турыдан-туры бәй¬ ләнгән. Фундаменталь үзара тәэсир итешү дүрт төрле генә булуга карамастан, алар табигатьнең барлык күренешлә¬ рен дә тасвирлый алалар. Чөнки табигатьтә була тор¬ ган теләсә нинди процесс, күренеш әлеге үзара тәэсир итешүләр нәтиҗәсендә була. Фундаменталь үзара тәэсир итешү күренешләренең сыйфатламаларын түбәндәге таблицада күрсәтеп була. Үзара тәэсир итешү төрләре Структур өлкәләр (матди дөнья) Тәэсир итешү радиусы (м) Материянең төп структур дәрәҗәләре Гравитация Мегадөнья Макродөнья 1O21-10≡θ 1O21-lQ-≡ Барлык кисәкчекләр дә үзара тәэсир итешәләр: йолдызлар төркеме, йолдызлар арасын¬ дагы материя,галактикалар, макроҗисемнәр, космик җи¬ семнәр Электромагнитик Макродөнья Микродөнья оо 1q21- 10-8 Барлык корылган кисәкчек¬ ләр дә тәэсир итешәләр: мак¬ роҗисемнәр, космик җисем¬ нәр Көчле үзара тәэсир итешү (төш көчләре) Микродөнья 10-8—10-34 Молекулалар, атомнар, атом төшләре, элементар кисәк¬ чекләр Зәгыйфь көчләр үзара тәэсир итешү (радиактив таркалыш көчләре) Микродөнья 10-8—10-34 Молекулалар, атомнар, атом төшләре, элементар кисәк¬ чекләр (фотоннан башкалар) 16
нына F = φ нигезләнгән, аның зурлыгы тәэсир ите- Гравитацион γsapa тоэсир итешү тартылу зако- шүче җисемнәрнең массасына туры пропорңиональ. Бу күренешнең универсаль булуын да искәртеп китәргә кирәк: матдәнең теләсә нинди кисәкчекләре, матдә ки¬ сәкчекләре белән кыр кисәкчекләре, кыр кисәкчеклә¬ ренең үзара тәэсир итешү күренешләре дә тартылу за¬ конына буйсына. Гравитаңион үзара тәэсир итешү, ягъни җисемнәр¬ нең бер-берсенә тартылуын тәэмин итүче матди җисем бармы? Электр корылмаларының тартылуы яки этелүе, магнитның тимер әйберләрне үзенә тартуы электр яки магнит кыры аша башкарыла. Шул рәвешчә гравитаңион үзара тәэсир итешү, җисемнәрнең бер-берсенә тартылу күренеше гравитаңия кыры аша башкарыла. Электромагнитик үзара тәэсир итешү көче атом¬ нарда һәм молекулаларда электроннарны һәм төшне үзара бәйләп тора. Электромагнитик үзара тәэсир итешү эластиклык, ышкылу, сыланучанлык, магнит көчләрендә сизелә. Атомнар һәм молекулалар, берләшеп, төрле мат¬ дәләр хасил итә. Бу очракларны өслек молекулалары арасындагы тартылу көче сыйфатлый. Үзара тәэсир итешүнең әлеге төре зур массалы җисемнәрнең үзара тәэсир итешүенә йогынты ясамый диярлек, чөнки һәр җисемне электр корылмалары ягын¬ нан нейтраль дип карап була. Көчле үзара тәэсир итешү күренеше атом төшендә протоннар һәм нейтроннар бәйләнешен хасил итә. Моны төш көчләре дип атыйлар. Матдә төшенең ныклыгын төш көчләре тәэмин итә. Зәгыйфь үзара тәэсир итешү күренеше элементар кисәкчекләр арасында сизелә. Ул көчне радиоактив тар¬ калыш көчләре дип атыйлар. Уранның радиоактив тар¬ калышын, Кояшта термотөш синтезы реакңиясен радио¬ актив таркалыш көчләре билгели. Хәзерге вакытта электромагнитик һәм зәгыйфь тәэсир итешү күренешләрен берләштерүче теория бар (зәгыйфь электр тәэсир итешү күренеше). Q 1. Ни сәбәпле үзара тәэсир итешү көч- • ләрен фундаменталь көчләр дип атый¬ лар? 2. Үзара тәэсир итешү көчләрен ата¬ гыз, аларда нинди тәэ' семнәр катнаша? 3. тәэсир итешү көчен ⅛∣ ■р ртешүче җи- тятацион үзара Mtf∣- к-арада тәэсир 17
итүче көч дип атыйлар. Тагын кайсы үзара тәэсир итешү көчен ерак арада тәэсир итүче көч дип атыйлар? 4. Көчле тәэсир итешүне кыска арада тәэсир ите¬ шүче көч дип атыйлар. Кыска арада та¬ гын нинди үзара тәэсир итешүче көч бар? 8. ДӨНЬЯНЫҢ ФИЗИК КАРТИНАСЫ Физик идеяләр һәм физик төшенчәләр беркайчан да үзгәрми дип әйтеп булмый. Физика тарихыннан күренгәнчә, физик төшенчәләр, физик теорияләрнең барлыкка килүе бик ачык булмаган күзаллау вакытла¬ рына туры килә. Билгеле, алар фән үскән саен киңәя, аларга төзәтмәләр кертелә, мәгънәви яктан тирәнәяләр. Классик атом теориясе нигезендәге күзаллаулар, мәсә¬ лән, шулкадәр нык үзгәрделәр ки, фән «бүленмәүчән» концепңиясеннән микрообъектларның «иксез-чиксез» конңепциясенә килде. Классик физика кысаларында абсолют һәм чагыштырмалылык каршылыгыннан фән чагыштырмалылык төшенчәсен кабул итте (чагыштыр¬ малылык теориясе) һәм аның мәгънәсен тирәнәйтте (квант ысулы белән аңлату). Шул рәвешле, физик төшенчәләр чагыштырмалылыгының объектив харак¬ теры ачылды. Физик идеяләрнең үсеш һәм үзгәрү проңессында кайбер төшенчәләр, идеяләр фәннән төшеп калалар, алар табигатьне төгәлрәк яктыртучы яңа төшенчәләр белән алмашына. Флюид, теплород, механик һәм элек- тромагнитик эфир, ерактан тәэсир итү, бүленмәүче атом төшенчәләре белән шундый хәл булды. Физик төшенчәләрнең эчтәлеген һәм мәгънәсен бары тик фәнни танып белү закончалыклары нигезендә генә ачыклап була. Физик белемнең методологик эчтәлеген һәм әһә¬ миятен ачыклау өчен, физик белемнәрне нинди ысул ярдәмендә системалаштырырга мөмкин? Физик теорияләрнең һәм төшенчәләрнең методо¬ логик мәгънәсен аерым шартлар үтәлгәндә генә белеп була. Физика һәм философиянең узара бәйләнеше, узара йогынтысы, бер-берсен баету шартларында белемнәрне системалаштыруның югары дәрәҗәсе дөньяның фәнни физик картинасы була. Физика үсешенең һәр этабында физик белемнәрне системалаштыру, төрлө физик теорияләрне бердәй идея¬ ләр белән берләштерү, гомуми принциплар белән дөнья картинасын барлыкка китерү зарур булып кала. 18
Дөньяның физик картинасы физик үсешнең билгеле бер этабына туры килгән табигать күренешләренең фи¬ зик мәгънәсе турындагы гомуми системалаштырылган белемнәрне күрсәтә. Материянең төзелеше һәм аның үзлекләре, яшәеш формалары (пространство, вакыт, хәрәкәт), фәнни танып белүнең закончалыклары турындагы мәгълүмат дөнья¬ ның физик картинасында конкрет табигый-фәнни чагы¬ лыш табалар. Белемнәрне системалаштыруның югары дәрәҗәсе буларак, дөньяның физик картинасы физик теорияләрне, шулай ук теорияләре төзелмәгән төрле фактларны аңлату чарасы булып тора. Дөньяны танып белү мөмкинлеген төрлечә күзаллау сәбәпле, физик картина төшенчәсенә дә төрлечә билге¬ ләмәләр бар: М. Планк, мәсәлән, дөньяның физик кар¬ тинасы ул — «объектив чынбарлыкның чагылышы», А. Эйнштейн «кешенең дөньяны кабул итү картинасы» дип билгели. Диалектик-материалистик караш дөньяның физик картинасын фән үсешенең билгеле бер этабына туры килгән гомуми принципларны, гипотезаларны һәм физик төшенчәләрне үз эченә алган табигатьнең физик моделе дип күрсәтә. Бүгенге көндә дөньяның физик картинасы үзгәрү процессы (эволюциянең төп этаплары) фәндә түбәндәгечә күрсәтелә: • дөньяның механик картинасы (XVI—XVII гасырлар); • дөньяның электромагнитик картинасы (XIX гасыр азагы — XX гасыр башы); • дөньяның квантлы-кыр картинасы (XX гасырның беренче өчтән бер өлеше). Физиканың үсеш тарихы дөньяның физик картина¬ лары формалашу, үсеш һәм алмашу процессларын ачык яктырта. . 1. Дөньяның физик картинасын форма¬ лаштыру нәрсә өчен кирәк? 2. Дөнья¬ ның нинди физик картиналарын белә¬ сез? 3. Дөньяның квантлы-кыр карти¬ насы механик картинадан нәрсә белән аерыла? 4. Дөньяның квантлы-кыр кар¬ тинасы электромагнитик картинадан нәрсә белән аерыла? 19
Мәсьәлә чишү үрнәкләре 1 нче мәсьәлә. Массалары zn га тигез булган ике кечкенә шарчык бер-берсенә F көче белән тартылалар. Шарчыкларның үзәкләре арасындагы ераклык г. Әгәр г, т беренче шарчыкның массасы Зт, икенчесенеке —, О аларның үзәкләре арасындагы ераклык Зг булса, бу шар¬ чыклар нинди гравитаңия көче белән тартылалар? Р F Җавап. 1)^-; 2) ¾-, О ∙y 2)⅛ 3) 3^; 4) 9F. Җавап. 1) -5-; с- Чишү. Ике очрак өчен дә гравитация көчен язабыз: Аларның чагыштырмалары: y⅛ '∙'^ 3 (Зг) F F1 - 9ri-g. - ,,2 -У’ F. Е- 9 ■ Л = у 1 2 нче мәсьәлә. Центрифугада күнегү вакытында космонавтның масса үзәге радиусы 4 м га тигез бул¬ ган әйләнү ясый. Әгәр дә әйләнү ешлыгы 0,5 c^^ булса, күнегү вакытында космонавтның авырлыгы күпме бу¬ лыр? Аның массасы 80 кг. Бирелгән: R = 4 м V = 0,5 с т == SO кт -1 Чишү. Космонавтның авырлыгы Р модуле буенча әйләнүче ңентрифугада кос¬ монавтка тәэсир итүче эластиклык көченә тигез була: Авырлык көче mg һәм эластиклык көченең F^^^ бердәй тәэсир итүчесе үзәккә омтылучы тизләнеш a тудыра, Ньютонның икенче законы нигезендә: Р = ? та = F, эл. + mg. 20
5 нче рәсемдә күренгәнчә, та һәм ms' векторлары үзара перпендикуляр булгач, y∣(ιna)^ + (∕ng)^ = т^а^ + . Бирем шартлары буенча, у2 /0..0,,42 F, эл. о- J- та ЭЛ. i mg _ (2πRv) R~ β = ⅛ а 4∙10∙4∙0,25 м/с' 80 √40^ + 10^ Н ≈ 3 • 10⅛. ЭЛ ,2 40 м/с^. Рәс. 5 = 4^τcR∖''^ ∙, α Р = F 3 нче мәсьәлә. Яңгыр тамчысының тизләнеше һава каршылыгы нәтиҗәсендә 5 м/с^ булганда, аның тиз¬ леге 6 м/с була. Җир өстенә җиткәндә, гадәттә, тамчы даими тизлек белән хәрәкәт итә. Нава каршылыгының көчен яңгыр тамчысы тизлегенә туры пропорңиональ дип алсак, тамчы җир өстенә нинди тизлек белән төшәр? Бирелгән: a = 5 Vγ = Q м/с g = 10 м/с' ,2 '2 = 7 Чишү. Нава каршылыгы көчен (F^ ) тамчы¬ ның тизлегенә (υ∣) туры пропорңио¬ наль дип алсак, -^к. = «Ур биредә α — даими сан. Яңгыр тамчысына авырлык көче һәм аңа каршы юнәлгән һава каршылыгы көче тәэсир итә: (^ав. - «У1)- Тамчының тизләнеше: F fl ≈ т _ mg - aυ т Ә тамчының тизлеге: υ, =—≡-' Un — • Ct Даими санны (а) бирелгән тизләнеш һәм тизлек аша табып була: m(g-a). , V1 a = V2 = mgυ^ gυ m{g ~ а) g - а. V2 = 12 м/с. 21
«Фәнни танып белү ысуллары һәм дөньяның физик картинасы» бүлегендәге белемнәрнең иң мөһимнәре Физика — материаль дөньяның структурасын һәм эволюциясен бил¬ гели торган гомуми фундаменталь закончалыклар турындагы фән. Кешенең сизү органнары әйләнә-тирә дөнья турында мәгълүмат чыга¬ нагы була. Физика — табигатьне өйрәнүче фән. Кеше — табигать баласы, шулай булгач, кеше табигатьне белергә, аңларга, аның белән «сөйләшә белергә» тиеш. Әйләнә-тирә дөньяны аңлар өчен, кеше төрле катлаулы күренешләрдә закончалыклар эзли. Кеше күзәтүләр һәм тәҗрибәләр ярдәмендә алган белем нигезендә яңа закончалыкларны ачарга тырыша. Дөньяны фәнни танып белү процессының башлангычы булган, ә ахыры юк. Фән (дөнья турында безнең белемебез) — билгеле бер рәвештә тәртипкә китерелгән төшенчәләр, принциплар, законнар, теорияләр системасы ул. Физика фәнендәге законнар табигатьнең объектив законнарын азмы-күпме дөрес тасвирлыйлар. Табигать законнарын ачканнар, иҗат иткәннәр дип әйтү бик дөрес түгел, сүз табигатьнең объектив законын җитәрлек дәрәҗәдә төгәл күрсә¬ түче фәнни законның әйтелешен эзләү турында бара. Дөньяны үзгәртү өчен, аны аңларга, андагы процессларны белергә, алдан күрә белергә өйрәнергә кирәк. Фундаменталь үзара тәэсир итешүне гади тәэсир итешү дип күз алдына китерү дөрес түгел. Фундаменталь тәэсир итешү көчләренең дүрт төре бар: гравитация, зәгыйфь, электромагнитик һәм көчле үзара тәэсир итешү. Дөньяның бүгенге физик картинасы фундаменталь үзара тәэсир итешүче бик кечкенә кисәкчекләр матдәне хасил итә дигән күзаллауга нигезләнгән. Галимнәр соңгы елларда бөтен төр үзара фундаменталь тәэсир итешү көчләрен берләштергән теорияне төзү — «бөек берләштерү» хыялын тор¬ мышка ашыру өстендә эшлиләр. I I 1
МЕХАНИКА КУРСЫН ЙОМГАКЛАУ 9. Ньютонның классик механикасы һәм аны куллану чикләре. 10. Кәкресызыклы хәрәкәт. Горизонтка почмак ясап ыргытылган җисемнең хәрәкәте. 11. Инерциаль исәп системасы. Механи¬ када чагыштырмалылык принцибы. Классик механика — Ньютон механикасы, аның нигезендә Ньютонның механика законнары ята, клас¬ сик механика яктылык тизлегенә караганда шактый КИМ тизлек белән хәрәкәт итүче макроскопик җисемнәр хәрәкәтен өйрәнә. Классик механика кинематика, дина¬ мика һәм статика бүлекләрен үз эченә ала. Матди нокта механикасы, нокталар системасы ме¬ ханикасы (массасы үзгәрүчән җисемнәр механикасы), абсолют каты җисем механикасы (гироскопик), тоташ тирәлек механикасы (гидромеханика, эластиклык теория¬ се, сыгылмалылык теориясе, реология — деформаңияләр һәм матдәнең агучанлыгы). Классик механика гамәли фәннәрдә — машиналар һәм механизмнар теориясе, төзе¬ леш механикасы һ.б.да киң кулланыла. Бөлгәнегезчә, барлык физик законнар һәм теорияләр чынбарлыкка якын булган күренешләрне чагылдыра¬ лар, чөнки аларны ачкан вакытта галимнәр күренешләр, проңессның моделен файдаланалар. Шул сәбәпле физик законнар һәм физик теорияләрнең куллану чиге бар. Ньютонның классик механикасы бары тик яктылык тизлегеннән күпкә кимрәк тизлек белән хәрәкәт итүче җисемнәр өчен генә дөрес була. Җисемнәрнең тизлеге яктылык тизлегенә якы¬ найган очракларда (космик объектлардан ерак бул¬ ган җисемнәр, тизләткечләрдә элементар кисәкчекләр тизлеге) классик механика законнары күзәтүләр һәм тәҗрибәләргә каршы киләләр. Бу очракларда XX гасыр башларында Эйнштейн ачкан махсус чагыштырмалылык теориясе дөрес була. Массалары бик кечкенә булган кисәкчекләр (элек¬ трон) хәрәкәтен дә классик механика законнары аңлата алмый. Атом тезелешен, мәсәлән, классик механика кысаларында аңлату мөмкин түгел. Аның өчен XX га¬ сыр башларында төрле ил галимнәре тырышлыгы белән төзелгән квант теориясе кирәк. 9. НЬЮТОННЫҢ КЛАССИК МЕХАНИКАСЫ НӘМ АНЫ КУЛЛАНУ ЧИКЛӘРЕ ,,А И ⅝ В I Ньютон Исаак (1643—1727) — Ан- глия физигы, мате¬ матигы, астрономы, классик механика¬ ны иҗат итүче, бө¬ тендөнья тартылу законын ачучы, күк механикасының ни¬ гезләрен ачып, күк җисемнәренең хәрә¬ кәт теориясен иҗат итүче. 23
Шулай итеп, И. Ньютон, Аристотельдән алып үзе яшәгән вакытка чаклы физикада булган барлык ачыш¬ ларны йомгаклап, классик физиканың фундаментын нигезләгән. Классик физика нигезендәге фән XX гасыр башларына кадәр үзгәрмәде дә, тулыландырылмады да. Чагыштырмалылык теориясе һәм квант механикасы классик физиканың куллану чикләрен күрсәткәнче, ул шулай барды. Ньютон ачкан физик күренешләрне тикшерү ысулы фәндә гаҗәп зур ачыш булып исәпләнә. Әлеге ысул — тәҗрибәләр нигезендә гомуми закончалыкларны: аксио¬ маларны яки принңипларны билгеләп, шулардан дедук¬ тив юл белән фәндә тикшерелергә тиеш булган аерым за¬ коннарны чыгару дигән сүз ул. Бу законнарның тәҗрибә белән туры килүе — теориянең төп положениеләре рас¬ ланды дигән сүз. Физик белемнәрне, физиканы әлеге ысул белән күрсәтү шулкадәр нәтиҗәле, уңышлы бу¬ луын моңарчы физика фәнендә булган ачышлар, бөек теорияләр — барысы да (электродинамика, термодинами¬ ка, чагыштырмалылык теориясе, квант теориясе) Нью¬ тон күрсәткән ысул белән ачылган икәнен исбатлый. 10. КӘКРЕСЫ¬ ЗЫКЛЫ ХӘРӘКӘТ. ГОРИЗОНТКА ПОЧМАК ЯСАП ЫРГЫТЫЛГАН ҖИСЕМНЕҢ ХӘРӘКӘТЕ υ у һ '1 'е Рәс. 6 9 нчы сыйныфта аерым бүлектә кәкресызыклы хәрәкәткә билгеләмә, әйләнү хәрәкәте вакытында сы¬ зыкча һәм почмакча тизлек, тизләнеш турында сүз бул¬ ган иде. Теге яки бу әйберне ничек итеп ераккарак ыргыту турында кешеләр гасырлар дәвамында уйлаганнар. Кул белән яки рогатка ярдәмендә ыргытылган таш, җәядән атылган ук, мылтыктан атылган пуля, артил- лерия снаряды, баллистик ракета — болар барысы да әлеге мәсьәләне төгәл исәпли белүгә нигезләнгәннәр. Мылтыктан атылган пуля, мәсәлән, мыл¬ тык көпшәсенең юнәлешенә карап, төрле ераклыкка китә. Көпшә горизонталь юнә¬ лештә булса, пуля тиз арада җиргә төшә, вертикаль юнәлештә булса, кайдан атыл¬ ган булса, шунда ук төшә. Димәк, пуляны ераккарак җибәрү өчен, көпшәне горизонтка ниндидер почмак ясап урнаштырырга кирәк. Ә нинди почмак белән? һ. '2 24
6 НЧЫ рәсемдә башлангыч тизлек (υθ) горизонтка почмак ясап юнәлгән очракта траектория күрсәтелгән, uθ векторын вертикаль һәм горизонталь векторларга таркатыйк. Горизонталь юнәлештә пуляның эчендә үткән юлы S = ■ t , шул ук вакытта пуля Л биеклегенә күтәрелә: „ S = v,∙t-^. Соңгы формула буенча теләсә нинди вакыт момен¬ ты өчен пуляның нинДи биеклектә булуын исәпләргә мөмкин. Биеклек зурлыгы һ башта арта (күтәрелә), ә аннан соң кими (түбән төшә). Пуля атылганнан соң, иң югары биеклеккә — ва¬ кыт эчендә менеп җитә. Түбәнгә таба төшү өчен дә шул¬ кадәр үк вакыт кирәк; димәк, пуляның җиргә төшкән- → че очкан вакыты 2-^ була горизонталь юнәлештә пуля S = • t юлын үтә. Vy 8 Vy 8 2vχ ∙ Uy у _ S = Vχ ∙ t = X у. Vx • 2Uj 8 8 (бу очракта мылтыкның җир өслегеннән нинди биеклектә булуы исәпкә алынмый). —► —> Соңгы формула пуляның очу ераклыгы Vy һәм v тизлекләр тапкырчыгышына пропорциональ булуын күрсәтә. Ә бу тапкырчыгыш • иД мылтыктан аткан¬ да, аның көпшәсе горизонтка нинди почмак ясаганда иң зур күрсәткечкә ия була? Әлеге сорауга җавап бирү өчен, безгә геометрия буенча булган белемебез ярдәм итәр. Vy һәм тизлек¬ ләре тизлекләр турыпочмаклыгын хасил итәләр, ә ту¬ рыпочмаклыкның диагонале тулы тизлекне v күрсәтә. - > → • Vy тапкырчыгышы шул турыпочмаклыкның мәй- данына тигез була. Куелган сорауны түбәндәгечә әйтергә мөмкин: диагональнең озынлыгы бирелгән булганда, турыпочмаклыкның мәйданы максималь булсын өчен, аның яклары нинди озынлыкта булырга тиеш? Гео¬ метриядә бу сорауга исбатланган җавап бар: куелган шартка квадрат туры килә. Димәк, пуляның очу ерак¬ лыгы = Vy шартында максималь, ягъни тизлекләр У 25
турыпочмаклыгы квадрат булган очракта, тизлекләр квадраты диагонале горизонталь юнәлеш белән 45° поч¬ мак ясаса, аның озынлыгы бирелгән мәйдан өчен максималь була. Пуля мөмкин кадәр ераграк очсын өчен, мылтыкның көпшәсен горизонтка 45° лы почмак ясап урнаштырырга кирәк. Пуляның тулы тизлеге (υ) тизлекләр квадратында түбәндәгечә языла: υ = Ох у у J2 Бу очракта очу ераклыгы: 8 Димәк, очу ераклыгы күтәрелү биеклегенә караган¬ да ике тапкыр артык була. 1. Нинди зурлыклар вектор зурлык- * лар, скаляр зурлыклар дип аталалар? 2. Нинди хәрәкәтне җисемнең ирекле төшүе дип атап була? 3. Горизонталь юнәлештә ыргытылган җисемнең теләсә нинди вакыт моментында тизлеген ни¬ чек белеп була? 4. Горизонтка почмак ясап ыргытылган җисемнең тизлеге траекториянең нинди ноктасында ми¬ нималь була? 5. Матди нокта радиусы R булган әйләнә буенча тигез тизлек белән хәрәкәт итә. Ноктаның тизлеге артса, аның почмакча тизлеге, үзәккә омтылу тизләнеше һәм ноктаның әйлә¬ нү периоды ничек үзгәрер? 11. ИНЕРЦИАЛЬ ИСӘП СИСТЕМАЛАРЫ. МЕХАНИКАДА ЧАГЫШТЫР¬ МАЛЫЛЫК ПРИНЦИБЫ Белгәнебезчә, Ньютонның беренче законы — инер¬ ция законы Җир белән бәйле исәп системасында төгәл үтәлә дип фаразлыйбыз. Бу әле инерция законы теләсә нинди исәп системасында үтәлә дигән сүз түгел. Инерциаль исәп системасы дип инерция законы үтәлә торган теләсә нинди исәп системасы атала. Инерциаль исәп системасына карата тизлекләрен үзгәрт¬ мичә хәрәкәт итүче җисемнәр — исәп системалары ба¬ рысы да — инерциаль исәп системасын тәшкил итәләр. Димәк, инерциаль исәп системасы чикләнмәгән санда була дигән сүз. Җир өслеге белән бәйле исәп системасы төгәл инер¬ циаль исәп системасы була алмый, сәбәбе: Җир үз күчәре тирәли тәүлеклек әйләнеш ясый. Җир үзәге белән бәйле исәп системасы да, бер елда Кояш тирәли бер әйләнеш ясау сәбәпле, төгәл инерциаль 26
система була алмый, ләкин ул исәп системасы алдагы оч¬ ракка караганда инерциаль исәп системасына якынрак. Кояш үзәге белән бәйле исәп системасы (гелиоцен- трик исәп системасы), идеаль инерциаль система булмаса да, инерциаль системага геоцентрик системага караганда бик якын тора. Ньютон законнары искә алынган исәп системала¬ рында төрле төгәллек белән үтәләләр. Җиргә, ягъни инерциаль исәп системасына карата тизләнеш белән хәрәкәт итүче җисемнәрнең исәп систе¬ масы инерциаль исәп системасы була алмый. Тәҗрибәләр күрсәткәнчә, инерция законы бөтенләй үтәлмәгән (тизле¬ ген арттырганда яки тормозлаганда, автобустагы кеше¬ ләрне тышкы көчләр тәэсир итмичә артка яки алга «ыр¬ гыта»), якынча гына үтәлгән (тигез тизлектә хәрәкәт итүче поезд белән бәйләнгән исәп системасы) һәм тулысы белән үтәлә торган (Җир белән бәйле исәп системасы) исәп системалары була. Инерциаль исәп системалары барысы да тигез хо¬ куклы, чөнки барлык инерциаль исәп системаларында да җисемнең тизлеге үзгәрү аңа башка җисемнәр тәэсире белән аңлатыла. Ньютон законнарының теге яки бу исәп система¬ сында нинди төгәллек белән үтәлүен карап китик. Табигатьнең өч төп законы: импульс саклану зако¬ ны, импульс моменты саклану законы, энергия саклану законы бары тик инерциаль исәп системаларында гына үтәлә. Әйтелгән законнарны без Ньютонның икенче һәм өченче законнары аша чыгарган идек, шуңа күрә алар инерциаль система өчен генә гадел була. Импульс һәм импульс моменты система йомык бул¬ ган очракта (барлык тышкы көчләр суммасы һәм момен¬ ты нульгә тигез) гына сакланалар, ә энергия саклансын өчен, система йомык та, адиабатик изоляцияләнгән дә (җылылык күчеше булмавы) булырга тиеш. Тимер юл вагонында утыручы пассажир, күрше рельслар буенча хәрәкәт итүче вагонны күреп, үзенең хәрәкәт итүен яки тик торуын билгели алмый. Сабабе: тик тору (хәрәкәт итмэу) һәм хәрәкәт төшенчәләре чагыштырмача. Вагонда утыручы пассажир үз вагоны белән бәйле исәп системасында хәрәкәтсез була, ә күрше рельслардагы вагон белән бәйле исәп системасында хәрә¬ кәт итә. Самолетта, теплоходта чайкалу булмаса, тигез хә¬ рәкәт вакытында пассажир үзенең хәрәкәт итүен сизми. Галилео Галилей (1564—1642) — Ита¬ лия галиме, танып белүнең нигезе итеп тәҗрибәне ала. Хәрә¬ кәтнең чагыштырма¬ лылык идеясен кую¬ чы, инерция, ирекле төшү, жңсемнәрнең авыш яссылык бу¬ енча хәрәкәт итү за¬ коннарын ачучы. 27
Альберт Эйнштейн (1879—1955) — фи¬ зик-теоретик, хәзер¬ ге заман физика¬ сына нигез салучы. Германиядә туган, Швейцариядә, Гер¬ маниядә, АКШта эшләгән. Махсус чагыштырмалылык теориясен, гомуми чагыштырмалылык теориясен ачучы. 1921 елда теоретик физика өлкәсендә¬ ге хезмәтләре өчен Нобель премиясенә лаек була. Әлеге куренешлар, ягъни тик тору һәм хәрәкәт иту төшенчәләренең чагыштырмача булуы барлык инерци- алъ исәп системаларының тигез хокуклы булуы белән бәйләнгән. Моннан Галилейның чагыштырмалылык принци¬ бын әйтергә мөмкин: Бердәй башлангыч шартларда барлык механик күренешләр дә теләсә кайсы инерциаль исәп система¬ сында бердәй баралар. Башкача әйткәндә, нинди дә булса инерциаль си¬ стемага карата (чагыштырмача) туры сызыклы һәм тигез хәрәкәт итүче теләсә нинди исәп системасы инерциаль була. Нинди дә булса исәп системасында җисем инер¬ ция буенча хәрәкәт итә дип алыйк, ягъни тизлегенең зурлыгы да, юнәлеше дә үзгәрми. Әлеге исәп система¬ сына карата (чагыштырмача) туры һәм тигез хәрәкәт итүче икенче бер исәп системасында шул ук җисемнең зурлыгы һәм юнәлеше үзгәрми торган башка тизлеге була. Бу очракта икенче исәп системасы да инерциаль була. А. Эйнштейн 1905 елда, Г. Галилейның чагыштыр¬ малылык принцибына анализ ясап, аның иң фунда¬ менталь табигать законнарының берсе булуын, аны механикада гына түгел, ә теләсә нинди табигать күре¬ нешләрендә — җылылык, электромагнитик, оптика һ. б. өлкәләрдә кулланырга мөмкин булуын күрсәтте. Шулай итеп, Эйнштейн гомуми чагыштырмалылык принцибын тәгъбир итте: «Табигатьнең барлык закон¬ нары да теләсә нинди инерциаль исәп системасында бердәй була». Гомуми чагыштырмалылык принцибы А. Эйнштейн¬ ның чагыштырмалылык принцибы дип атала, һәм ул принцип заманча физик дөньяны, чынбарлыкны аңлау¬ ның бер нигезе булып тора. Q 1. Инерциаль һәм инерциаль булмаган * исәп системаларын мисалларда аңлаты¬ гыз. 2. Г. Галилейның чагыштырмалы¬ лык принцибын әйтегез. З.Г. Галилей һәм А. Эйнштейнның чагыштырмалы- ЛЫК принципларында нинди уртаклык, нинди аерымлык бар? 4. А. Эйнштейн¬ ның чагыштырмалылык принцибы классик физика законнарыннан нәрсә белән аерыла? 28
Мәсьәлә чишү үрнәкләре 1 нче мәсьәлә. Автөмөбиль юлның гөризонталь бүлемтегендә тигез һәм туры сызык буенча хәрәкәт итә. Аның тизлеге 108 км/сәг. Автөмөбиль двигателенең егәрлеге 75 кВт булса, тизлек векторына капма-каршы юнәлгән бердәй тәэсир итүче ышкылу көчен һәм һаваның каршылыгын табарга. Бирелгән: υ = 108 км/сәг = = 30 м/с га = 75 кВт = = 75 000 Вт Чишү. F^-S i тарту •V. Тигез хәрәкәт вакытында тарту 'тарту мөдуль бувнча ышкылу көче F, көченең "Кэм һава каршылыгының бердәй тәэсир итүчесенә тигез була: N = = = F = F, + F, тарту ышк. карш. = F, = F • υ, F = ^ υ F = 75000 Вт 30 м/с = 2500H. 2 нче мәсьәлә. Җир өстеннән 5 м биеклектә таш, горизонтка почмак ясап, 10 м/с тизлек белән очып китә. Әлеге таш җир өстенә нинди тизлек белән барып төшә? Бирелгән: һ = 5 ъй Vγ = 10 м/с Чишү. Энергия саклану законына нигез¬ ләнеп: = mgh + —A 2 υ, '2 = ч = Ag; mgh + mυ, 2 mυl 2 ’ 2 2 ’ mv: V, 2 4gh + uj V. 2 y∣2gh + vf; 2 . '1 » υ. 2 = -^2•10•5 + 10^ м/с = 10√2 м/с. 29
3 нче мәсьәлә. Җисем авыш яссылыктан ыш¬ кылусыз шуып төшә һәм радиусы R булган алкага ки¬ леп керә. Җисем үзенең хәрәкәтен авыш яссылыкта 2R биеклегеннән башласа, ул алкадан нинди биеклектә (Л) аерылыр? Рэе, 7 2R TO mg X л-л; ^777777777777777777 R τ h υi. R' a = ӘЛ Чишү. Траекториянең теләсә нинди ноктасында (әйләнә буенча) Ньютонның икенче законы нигезендә: та = Fy + mg • sinα. Эластиклык көче нульгә тигез булганда, җисем алкадан аерыла: 2 2 ^эл = 0; = ^ = g-sma; = gR∙ siτaa = g{h-R). (1) Җисемнең баштагы һәм соңгы урыны өчен механик энергия саклану законы: + AEjj = 0; -mg{2R -һ) + = 0. A Беренче һәм икенче тигезләмәләрдән: g{h -R) = 2g{2R - h)∙, Λ = ^R. (2) Д 1 нче күнегү 1. Самолет 9000 м биеклектә, туры сызыклы хәрәкәт итеп, даими тиз¬ лек белән оча. Җир белән бәйле исәп системасын инерциаль система дип исәпләргә. Әлеге шартларда: 1) самолетка авырлык көче тәэсир итми; 2) самолетка бернинди көч тәэсир итми; 3) самолетка тәэсир итүче барлык көч¬ ләрнең суммасы нульгә тигез; 30
4) авырлык көче самолетка тәэсир итү¬ че Архимед көченә тигез. Дөрес җавапны сайлап алыгыз. 2. Җир белән бергә без Кояш тирәли дә, Җирнең үз күчәре тирәли дә хәрәкәт итәбез. Ни сәбәпле җил безнең колак¬ ларда шауламый? 3. Хәрәкәт итүче поезд вагонындагы өстәлдә китап ята. Әлеге китап кайсы җисемнәргә карата тикторыш хәлендә: өстәл, рельслар, вагонның идәне? Кай¬ сы җисемнәргә карата китап хәрәкәт итә? Эксперименталь мәсьәлә Максат: пружинада тирбәнә торган җисемнең мак- Механик энергия сималь тизлеген табып, механик энергиянең саклану саклану законын законын тикшерү. Җиһазлар: динамометр, штатив, 2 данә 100 г мас¬ салы йөк, линейка. Эксперименталь җайланма рәсемдә күрсәтелгән. эксперимент ярдәмендә тикшерү Эшкә күрсәтмәләр Динамометрга ике йөк элеп, пружинаның тарты¬ луына игътибар итик (рәс. 8). Пружинаның максималь озынаюы (xθ), катылыгы булган пружинада хасил булган эластиклык көче (⅛∙xθ) йөкнең авырлык көченә (mg) тигез булганда күзәтелә: ⅛xθ = mg, моннан xθ = Хәзер йөкнең яңа торыштагы тигезләнешен карыйк (0' ноктасында). Йөкне a ераклыгына 1 ноктасына кадәр күчереп ычкындырып ж,ибәрсәк, йөк периодик рәвеш¬ тә тирбәнә башлый, 1 һәм 2 нокталарында йөк туктый (хәрәкәт юнәлешен үзгәртә), әлеге нокталарда йөкнең тизлеге v = 0 була. Йөкнең иң зур тизлеге 0' ноктасында була. Тирбәнүче йөккә ике көч тәэсир итә: даими көч — X О 2 б О Н т 1 Рәс. 8 31 I
авырлык көче mg һәм үзгәрүчән эластиклык көче һх. Җисемнең потенңиаль энергиясе mgx Пружина¬ ның потенңиаль энергиясе Йөкнең тулы механик энергиясе 2 һәм 0' нокталарында аның потенңиаль һәм кинетик энергияләре суммасына тигез була. 2 ноктасы өчен тулы механик энергия [(-xθ ~ а) коорд инатасы]: ∣2 ⅛[-(xθ -α)] 2 0' ноктасы өчен тулы механик энергия [(-Xq) коор- д инатасы]: "ig[-(Xo - «)] + .2 тб 2 • ,2 max mυ∖ 2 • Аларны үзгәртеп тигезләсәк, = мәсе килеп чыга. Йөкнең максималь тигезлеген сыннан табабыз. xθ зурлыгын линейка ярдәмендә үлчәп, пружинаның катылыгын (fe) табабыз: mg{-Xo) + ka max 7ПҢ ^2 \ — формула- Ү /га = a, max тигезлә- V, max 2 2 + 2 + I ⅛ = ^. Моннан йөкнең тизлеген табып була: = N⅞ Тулы механик энергиянең зурлыгы ике ноктада да бердәй була. «Механика курсын йомгаклау» бүлегендәге белемнәрнең иң мөһимнәре Горизонтка горизонталь яки почмак ясап ыргытылган җисем парабола буенча хәрәкәт итә. Горизонталь ыргытылган җисем өчен ике төрле хәрәкәт характерлы: а) горизонталь буенча — тигез туры хәрәкәт: S = Vot; б) вертикаль буенча — тизләнешле хәрәкәт: 2 ’ 32
Әйбернең очу вакыты ⅛ = очу ераклыгы S = I лы Җисем мөмкин кадәр ераграк очсын өчен, аны горизонтка 45' почмак ясап ыргытырга кирәк. Механиканың төп мәсьәләсе: башлангыч моментта җисемнең торышы һәм тизлеге билгеле булса, пространствода теләсә нинди вакыт моментында җисемнең торышын табу. Пространствода җисемнең торышын нинди дә булса башка җисемгә чагыштырып билгелиләр, ә җисемнең үзен исәп җисеме дип атыйлар. Исәп системасы исәпләү җисеме, шул җисем белән бәйләнгән коор¬ дината системалары һәм сәгатьтән тора. Инерция законы үтәлә торган исәп системаларын инерциаль исәп системасы дип атыйлар. Галилейның чагыштырмалылык принцибы: бертөрле башлангыч шартларда барлык механик күренешләр дә барлык инерциаль исәп систе¬ маларында бертөрле үтәләр. Чагыштырмалылык теориясенең авторы — А. Эйнштейн. Табигать законнарын танып белүдә Эйнштейнның төп казанышы — яңа формула¬ лар ачуда түгел, ә бәлки пространство, вакыт, матдә һәм хәрәкәт турында фундаменталь күзаллауны радикаль үзгәртүдә. Чагыштырмалылык теориясенең беренче постулаты: инерциаль исәп системаларында табигатьнең барлык законнары да бертөрле була. Чагыштырмалылык теориясенең икенче постулаты: вакуумда якты¬ лыкның тизлеге барлык инерциаль исәп системаларында бертөрле.
МОЛЕКУЛЯР ФИЗИКА МОЛЕКУЛЯР-КИНЕТИК ТЕОРИЯ НИГЕЗЛӘРЕ I 12. Молекуляр-кинетик теория барлык¬ ка килү тарихы. 13. Броун хәрәкәте. 14. Молекуляр-кинетик теориянең по¬ ложениеләре һәм төп мәсьәләсе. 15. Матдәнең күләм берәмлегендә моле¬ кулалар саны. Молекулаларның үл¬ чәмнәре. 16. Матдә микъдары. Авогадро саны. 17. Молекуляр-кинетик теориянең төп тигезләмәсе. 18. Температура — молекулаларның ур¬ тача кинетик энергиясе үлчәме. 12. МОЛЕКУЛЯР- КИНЕТИК ТЕОРИЯ БАРЛЫККА КИЛҮ ТАРИХЫ Ломоносов Михаил Васильевич (1711— 1765) — бөек рус га¬ лиме, энциклопе¬ дист, аның исемен йөртүче Мәскәу уни¬ верситетына нигез салучы. Ул җылы¬ лыкның молекуляр- кинетик теориясен үстерә, аның хезмәт¬ ләрендә масса һәм энергиянең саклану законнары идеясе зур урын алып тора. ' Молекуляр-кинетик теория дип җисемнең үзлеклә¬ рен молекулалар һәм атомнарның үзара тәэсирләшүе һәм хәрәкәт итүе белән аңлата торган тәгълиматка әйтәләр. Молекуляр-кинетик теориянең төп нигезләре ту¬ рында фикерләр борынгы заманнарда ук булган. Борын¬ гы Грециянең күренекле фикер ияләре Демокрит һәм Левкипп барлык җисемнәр дә бик кечкенә кисәкчек¬ ләрдән — атомнардан торалар һәм ул атомнар төрле-төр¬ ле булырга мөмкин дигән фикерне моннан 2500 ел элек үк әйткәннәр. Йөз елдан соң Эпикур, ә аннан бераз соңрак борын¬ гы Рим шагыйре һәм фикер иясе Лукреций үзенең «Җи¬ семнәрнең табигате» дигән атаклы поэмасында шул ук фикерне әйткән. Ләкин галимнәрнең бу фикерләре озак вакыт онытылып торган. Матдәнең атомнардан һәм молекулалардан торуы турындагы фикерләрне үстергән галимнәрне руханилар эзәрлекләгән. Эзәрлекләүләр¬ гә карамастан, борынгы фикер ияләренең фаразлары XVΠ йөз уртасында яңадан тарала башлый һәм үсеп китә. Бу идеяләр XVIII йөздә чын фәнни теориягә әверелә. Матдәнең молекуляр-кинетик теориясенә нигез салу¬ чыларның берсе — бөек рус галиме М.В. Ломоносов. «Математик химия элементлары» һәм «Сизелмәс физик кисәкчекләр турында» исемле фәнни хезмәтләрендә ул матдә төзелешенең атом-молекуляр теориясе нигезләрен исбатлый һәм аны тәҗрибә дәлилләре белән ныгыта. Мат¬ дәнең агрегат халәте үзенчәлекләрен, матдәләрнең бер агрегат халәттән икенчесенә күчүен «сизелмәслек кисәк¬ чекләрнең» (молекулаларның) хәрәкәт итүе һәм үзара тәэсир итешүе белән аңлата. Ломоносов тәгълиматына таянып, күп кенә күренешләрне аңлату мөмкинлеге туа. 34 I
XIX йөзнең уртасында газларның молекуляр-кине- тик теориясе тулысынча эшләнеп бетә. Шуннан бирле ул газлардагы күренешләрне өйрәнүдә төп теория булып китә. Молекуляр-кинетик теория ярдәмендә күп кенә яңа фактларны алдан әйтергә, физик күренешләрне аңла¬ тырга мөмкин. Без молекулаларны күрмибез. Шулай булуга да ка¬ рамастан молекулалар һәм аларның хәрәкәте турындагы безнең фикерләребез күп сандагы тәҗрибәләр белән рас¬ лана. Аларның кайберләрен карап китик. 1827 елда инглиз галиме Р. Броун ачкан күренеш — җисем эчендәге молекулаларның хәрәкәттә булуын исбат итүче тәҗрибәләрнең берсе. Әгәр микроскоп аша бер эмульсияне, ягъни эреми торган матдәнең сыеклык эчендәге вак кисәкчекләрен карасак (рәс. 9), аларның өзлексез хәрәкәт итүен күрер¬ без. Андый кисәкчекләрнең һәркайсының тизлек юнә¬ леше һәм зурлыгы бик тиз үзгәреп тора; хәрәкәтнең билгеле бер юнәлеше булмый, ул бөтенләй тәртипсез (хаотик — грек сүзе, тулы тәртипсезлек дигәнне аңлата) хәрәкәт. Бу хәрәкәтне Броун хәрәкәте дип атаганнар. 9 нчы рәсемдә Броун хәрәкәтен күзәтү өчен җай¬ ланманың схемасы (сулда), хәрәкәт итүче кечкенә ки¬ сәкчекләрнең микроскоп аша күренеше (уңда) күрсә¬ телгән. Броун хәрәкәтен күзәтү өчен, сыеклыкка бик вак каты кисәкчекләр салырга кирәк. Мәсәлән, суда аз гына кара буяу изеп, аның су тамчысындагы бик вак бөртекләрен микроскоп аша карарга мөмкин. Күзәтүләр буенча, Броун хәрәкәтенең бервакытта да тукталмавын әйтеп була. Ь.әр яктан ябык савыт эчендә 13. БРОУН ХӘРӘКӘТЕ Микроскопның объективы Каплавыч пыяла I ХГ» t Лк 7.√∙- Әйбер сала торган пыяла Эмульсия Рәс. 9 35
аны һәрвакытта да күзәтергә мөмкин: тәүлекнең телә¬ сә кайсы вакытында да, җәй аенда да, кыш аенда да. Броун хәрәкәте сыеклыкның температурасына бәйле: температура күтәрелгәндә, Броун хәрәкәтенең интенсив¬ лыгы арта. Броун хәрәкәтенә нәрсә сәбәп була соң? Мондый хәрәкәтнең бердәнбер сәбәбе — сыеклык молекулалары¬ ның туктаусыз хәрәкәттә булуы. Сыеклыктагы кечке¬ нә кисәкчекләрне тиктормас молекулалар куалап йөр¬ тәләр. Микроскоптан караганда сыеклык тоташ булып күренсә дә, чынында ул Броун хәрәкәтендә булган ки¬ сәкчекләрдән күп мәртәбә ваграк һәм тәртипсез хәрә¬ кәт итә торган аерым молекулалардан тора. Молеку¬ лалар хәрәкәт иткәндә сыеклыктагы кисәкчекләргә килеп бәреләләр, аларны урыннарыннан күчерәләр һәм үзләренең барлыгын читләтеп белдерәләр. Сыеклык молекулалары тәртипсез хәрәкәт иткәнлектән, кисәк¬ чекләргә килеп бәрелүләр саны әле бер яктан, әле икенче яктан артып китә. Шуңа күрә кисәкчекләрнең хәрәкәт траекториясендә дә тәртип юк (рәс. 10). Рәс. 10 Броун хәрәкәтендә күзәтелә торган кисәкчекнең миллионнарча молекулалардан торуын аңларга кирәк; шунлыктан бу тәртипсез хәрәкәт молекуляр хәрәкәт түгел. Без аерым молекуланың килеп бәрелүен күрә алмыйбыз. Тик билгеле бер юнәлештә бәрелүләренең очраклы рәвештә артыграк булуын гына күзәтәбез. Матдә төзелеше турындагы тәгълимат үсеше өчен Броун хәрәкәтен өйрәнүнең әһәмияте бик зур булган. Ул күренеш галимнәргә молекуляр хәрәкәтнең әһәмиятле закончалыкларын табарга мөмкинлек биргән. 36
г Броун хәрәкәте, диффузия күренеше, сыеклык белән чылану, җисемнәрнең кысылуга һәм сузылуга каршылык күрсәтүе һ.б. бик күп тәҗрибәләр түбәндәге нәтиҗәләргә китерәләр. 1. Табигатьтәге барлык җисемнәр хаотик рәвештә өзлексез хәрәкәт итеп торучы гаять күп сандагы атом¬ нардан һәм молекулалардан торалар. 2. Җисемне тәшкил итүче атомнар һәм молекулалар арасында бушлыклар бар. Газ молекулалары бер-берсен- нән шактый ерак, сыеклык һәм каты җисемнәрдә алар якын, терәлеп диярлек урнашканнар. 3. Атомнар һәм молекулалар арасында тартылу һәм этелү көчләре бар. Бу нәтиҗәләрне молекуляр-кине- тик теориянең төп положениеләре дип атыйлар. Болар- ның беренчесен Броун хәрәкәте мисалында карап үткән идек. Молекуляр-кинетик теориянең төп мәсьәләсе — макроскопик җисемнәрнең үзлекләрен аңлату. Макро¬ скопик җисемнәр молекулалар системасыннан тора. Молекулалар системасының тәртибе төрле җисемдә төр¬ лечә була. Макроскопик җисемнәрнең үзенчәлекләре шуннан килеп чыга. Җисемнәрнең басым, температура, күләм һ.б. параметрлары буенча энергия, җылысыеш¬ лык, җылыүткәрүчәнлек, ябышучанлык, диффузия һ.б. физик төшенчәләрне һәм күренешләрне молекуляр-кине¬ тик теория аңлата. Шулай итеп, бу теория табигатьне танып белү ысулы булып хезмәт итә. Тәҗрибәләргә мөрәҗәгать итик. Әгәр, мензуркага яртылаш бакыр купоросы эремәсе салып, аннан соң эремә өстенә саклык белән генә саф су салынса, башта су белән зәңгәр эремәнең чиге (АВ) ачык рәвештә күренеп торыр (рәс. 11). Ләкин берникадәр вакыттан соң суның акрынлап зәңгәрләнә башлавын, чикнең кискенлеге бетүен, ә шактый озак вакыттан соң бөтенләй югалуын күзәтергә мөмкин. Бу тәҗрибәдә без диффузия күренеше белән тагын бер мәртәбә таныштык. Билгеле булганча, диффузия дип бер-берсенә орынып тор¬ ган төрле матдәләрнең үзара аралашу процессын атыйлар («Физика-7», § 8). Диффузия сыеклыкларда һәм газларда гына түгел, бәлки каты җисемнәрдә дә була. Тәҗрибә вакытында бик яхшы шомартылган кургаш пластинка өстенә ал¬ тын пластинка куеп, өстән йөк белән бастырганнар. 5 ел 14. МОЛЕКУЛЯР- КИНЕТИК ТЕОРИЯНЕҢ ПОЛОЖЕНИЕ¬ ЛӘРЕ НӘМ ТӨП МӘСЬӘЛӘСЕ ■2 Н,0 CuSO, Рас. 11 А В 4 37
Рәс. 12 дәвамында гадәти бүлмә температурасында (20 °C чама¬ сы) кургаш белән алтынның бер-берсе эченә 1 см га үтеп кергәне беленгән. Кургаш белән алтын атомнарыннан торган бериш катлау хасил булган. Бу тәҗрибәнең нәти¬ җәсен молекуляр-кинетик теория бик җиңел аңлата: җисемнәрдәге молекулалар арасында буш ара бар, һәм башка молекулалалар шул аралыкка үтеп керә алалар. Молекуляр-кинетик теория белән аңлатыла торган тагын бер тәҗрибәне карап китик. Нава насосы калпагы астына авызы бәйләнгән волейбол камерасы куйыйк, аның эчендә бераз һава калган булсын. Калпак астын¬ дагы һаваны суырткан чакта, камераның, әкренләп ка¬ бара барып, ахырда шар формасына кергәнен күрергә мөмкин (рәс. 12). Бу тәҗрибәнең нәтиҗәсен ничек аңла¬ тырга? Хәрәкәтләнүче һава молекулалары өзлексез рәвеш¬ тә камера стеналарына тышкы һәм эчке яктан килеп бәреләләр. Калпак астындагы һаваны суырткан чакта, камера стенасына тышкы яктан килеп бәрелә торган молекулалар саны кими бара. Ләкин камера эчендәге молекулалар саны үзгәрми. Эчке яктан басым үзгәрмәсә дә, тышкы яктан молекулаларның тәэсир итүләре киме- гәннән-кими бара; нәтиҗәдә камера кабара. 15. МАТДӘНЕҢ КҮЛӘМ БЕРӘМ- НЫҢ ҮЛЧӘМЕ Молекулалар бик кечкенә булу сәбәпле, көчле мик¬ роскоплар ярдәмендә дә без гади матдәләрнең молеку- ЛЕГЕНДӘ МОЛЕ- лаларын күрә алмыйбыз. Ләкин шулай да молекула кү- КУЛАЛАР САНЫ, ләме нинди чамада икәнен төрле ысуллар белән белергә МОЛЕКУЛАЛАР- була. Шундый ысулларның берсе түбәндә аңлатыла. Әгәр киң савытта суга кечкенә генә май тамчысы тамызсак, ул, су өстенә җәелеп, бик юка элпә хасил итәр. Ул әлпә никадәр генә юка булса да, элпәдәге молекулалар катлавы бердән дә КИМ була алмый. Бу элпәнең калынлыгын билгеләү читен түгел. Су өстенә 0,001 см^ күләмдәге май тамчысы төшердек, ди. Май тамчысы, җәелеп, мәйданы 0,5 м^, ягъни 5000 см^ булган бик юка элпә хасил иткән булсын. Элпәнең, күләмен (ул тамчы күләменә тигез) һәм мәйданын белгәч, калынлыгын таба алабыз: 0,001 см^ = 2 • 10“^ 5000 см^ Молекуланың аркылысы, чыннан да, моннан да ким. Төгәл үлчәүләр һәм исәпләүләр буенча молекулаларның d = = 2 • 10 см. 38
диаметры (аларны шар рәвешендә дип исәпләгәндә) сантиметрның йөз миллионнан ике өлеше чамасында (2 • 10 ® см) була. Үлчәмнәре шундый кечкенә булганга, теләсә нин¬ ди җисемдә молекулалар саны гаять зур. Су тамчы¬ сында молекулалар санын якынча исәпләп карыйк. Тамчының массасын 1 г, күләмен 1 см® дип уйлыйк. Су молекуласының диаметры 3 • 10“® тамчы эчендә кечкенә шарлар кебек тыгызланып урнаш¬ каннар дип фараз итик. Бер шарның күләме (3 • 10“® см)' CM. Молекулалар .3 булса, күләме 1 см® булган су тамчысында 1 см^ (1- 10^≡)≡CM∙ N = .8 3,7 ∙ 10 ,22 молекула булыр. Молекула массасының зурлыгы ни чамада булган¬ ны күз алдына китерү өчен, су молекуласының масса¬ сын исәпләп чыгарыйк. 1 г суда 3,7 • молекула барлыгын белдек. Шулай булгач, бер су молекуласының массасы: т. H20 1 г 3,7-10 ,22 2,7 ∙ 10 ,-23 τ∙. Башка җисемнәрнең молекулалары массасы да бу саннан әллә ни аерылмый. Органик матдәләрнең, әй¬ тик аксымнарның, молекулаларының массасы башка җисемнәрнекеннән йөзәр мең тапкыр зуррак. Молекулаларның массасы бик кечкенә булганлык¬ тан, практик исәпләүләрдә аның абсолют зурлыгын түгел, ә чагыштырма зурлыгын кулланалар. Халыкара килешү буенча, барлык атомнарның һәм молекулаларның масса¬ сын углерод атомының массасы белән чагыштыралар. Чагыштыру өчен углерод массасын сайлап алуның сәбәбе шунда: углерод күп сандагы химик катнашмаларга керә. Углеродның чагыштырма массасы 12, водородныкы 1. Углерод массасының ⅛ өлеше белән чагыштырып алган¬ да, күп кенә матдә атомнарының чагыштырма массасы кулланырга уңайлы төгәл сан була. 12 16. МАТДӘ МИКЪДАРЫ. АВОГАДРО САНЫ 39
Матдәнең молекуласының (яки атомның) чагыш¬ тырма массасы (М^^^ ) дип бу матдәнең молекуласының (яки атомның) массасы τnθ нең углерод атомы массасы τnθβ ның енә чагыштырмасын атыйлар: J. ГПр 1 м. чаг. 19'"θC 12 Барлык химик элементларның атомнарының да чагыштырма атом массалары төгәл үлчәнгән. Молеку¬ ла составына кергән элементларның чагыштырма атом массаларын кушып, матдәнең чагыштырма молекуляр массасын табып була. Мәсәлән, углекислый газ СОд нең чагыштырма молекуляр массасы 44 кә тигез. Углекис¬ лый газ бер углерод һәм ике кислород атомыннан тора. Углеродның чагыштырма атом массасы 12, кислородны¬ кы 16. Шулай булгач, 12 + 16 • 2 = 44. Матдәнең атом һәм молекуляр массасы билгеле бул¬ гач, матдә микъдарын табу да кыен түгел кебек. Ләкин макроскопик җисемнәрдә молекулалар саны шулкадәр күп ки, практик исәпләүләрдә молекулаларның абсолют санын түгел, ә чагыштырма санны кулланалар. Халыкара берәмлекләр системасында матдә микъ¬ дарын моль белән улчиләр. Бер моль — 0,012 кг массалы углеродта булган атомнар санына тигез молекулалар яки атомнарның матдә микъдары ул. Димәк, теләсә нинди матдәнең бер молендә бер үк санда атомнар яки молекулалар була. Бу санны Италия галиме хөрмәтенә Авогадро саны дип атыйлар һәм дип билгелиләр. Авогадро санын табу өчен, бер углерод атомының массасын белергә кирәк. Төгәл исәпләүләрдән углерод атомының массасы τnθp = 1,995 • 10"^® Авогадро саны бер моль углерод массасын бер угле¬ род атомы массасына бүлгәнгә тигез: . _1_ ^ос кг икәне табылган. = 0,012 кг моль = 0,012 кг моль 1 1,995-10 ,-2β КГ = 6,02 • 10 ,23 моль -1 123 N = 6 • 10^^ моль -1 Бу сан теләсә нинди матдәнең бер молендә булган атомнар санын күрсәтә. Әгәр дә матдә микъдары 2,5 моль 40
1,5 ∙ 10 булса, җисемдә молекулалар саны N = ≈ 1,5 • 10^^ булыр иде. Моннан җисемдәге матдә микъдары җисем- А га дәге молекулалар саны ның Авогадро саны A чагыштырмасына тигез: (1) V = N Атом һәм молекулаларның үлчәмнәре һәм масса¬ лары бик кечкенә булса да, бер моль күләмендәге матдә микъдарын макроскопик җисем күләме белән чагышты¬ рырга була. Бу җисемнең массасы берничә дистә грамм¬ нар белән үлчәнә. Чагыштырма молекуляр массадан (М^^^) тыш, фи¬ зика һәм химия фәнендә моляр масса төшенчәсе дә кул¬ ланыла. Матдәнең моляр массасы М дип бер моль каләмен¬ дәге матдә массасын атыйлар. Бу билгеләмәдән чыгып, җисемнең моляр массасы молекула массасының Авогадро санына тапкырчыгышы¬ на тигез: М = m^N^. Җисемнең массасы бер молекула массасының җи¬ семдәге молекулалар саны тапкырчыгышына тигез: т = m^N. (1), (2), (3), (4) формулаларындагы тигезлекләрне файдаланып, матдә микъдары: (2) (3) т М V = (4) дип яза алабыз. Матдә микъдары матдә массасының моляр масса¬ сына чагыштырмасына тигез. (1) һәм (4) формулалары нигезендә: т A AM булуы килеп чыга. 41
17. МОЛЕКУЛЯР- КИНЕТИК ТЕОРИЯНЕҢ ТӨП ТИГЕЗЛӘМӘСЕ Бу тигезләмәдә газның савыт стеналарына ясаган басымының газ молекулаларының уртача кинетик энер¬ гиясенә бәйлелеге тикшерелә. Идеаль газ тутырылган савыт стеналарына ясала торган басымны табыйк. Савыт турыпочмаклы параллелепипед формасында булсын. Мәйданы S булган ABCD савытының CD стенасына газ¬ ның басымын исәплик (рәс. 13). У в с Рас. 13 А D О X массалы молекулалар, υ тизлеге белән очып тпо килеп, савыт стенасына бәреләләр һәм импульсларын бирәләр. Тизлекнең Ох күчәренә проекңиясе булса, импульс зурлыгы була. Шул ук тизлек белән кире кайтарылганда, молекула стенага тагын импульсы бирә. Молекула стенага 2τnθυ^ импульсы биргән булып чыга. Молекулалар гаять күп санда. Аларның һәрберсе, стенага килеп бәрелеп, импульсларын тапшыра. Бер секунд эчендә тапшырылган импульслар 2τnθυ^ Z саны була. Z — стенага килеп бәрелгән молекулалар саны. Z молекулаларның конңентраңиясенә, ягъни күләм берәмлегендәге молекулалар санына туры пропорңио¬ наль: п = У Z шулай ук молекулаларның тизлеге ка да туры пропорңиональ. Молекулаларның тизлеге зуррак булган саен, стенага килеп бәрелгән молекулалар саны да күбрәк була. Молекулалар хәрәкәтләнмичә тик торган булсалар, аларның стена белән бәрелешүләре дә булмас иде. Бәрелешүләр саны стена мәйданына да (S) бәйле: Z ~ nυ^S. Шунысын да искәртик: молекулалар бер юнәлештә генә очмый. Аларның яртысы CD стенасына таба очса. 42
икенче яртысы АВ стенасына таба оча. Бер стенага бирел¬ гән импульсны табу өчен, nυ^S ны урталай бүләбез: Z = ⅛ nvE. 2 χ-^∙ 1 секундта стенага бирелгән импульс: 2m,QV^Z = m^uv'^S. Ньютонның икенче законы нигезендә вакыт берәм¬ легендә җисемнең импульсы үзгәрүе җисемгә тәэсир итүче көчкә тигез: F = r∏nnυ^S. Молекулаларның барысының да бер үк тизлек белән очмавын да исәптән чыгармаска кирәк. Стенага 1 секундта тәэсир итүче уртача көч ка түгел, уртача тизлек квадратына v^. пропорңиональ була: F = S. Молекулалар хәрәкәтенең өч үлчәмле пространство- да булуын исәпкә алсак, = 1п2 υ • Моннан: F = ∙∣∙ /ПдПи^В. Газның савыт стенасына ясаган басымы: F 1 п = 4- == 4- ,2 р = Молекуляр-кинетик теориянең төп тигезләмәсе ки¬ леп чыкты. Формулада макроскопик зурлык — басым манометр белән үлчәнә; тигезләмәдә шулай ук моле¬ кулаларны сыйфатлаучы микроскопик зурлыклар — ∕nθ, п, — ике дөнья: микро һәм макро дөнья очрашалар. Тигезләмәдәге басымны молекулаларның уртача ки¬ нетик энергияләре белән бәйлик. Молекулаларның уртача кинетик энергиясе: Е = р = = ^nE∙2 =^пЕ О о ' ^пЕ Р = 3 43
Идеаль газның басымы молекулалар концентрация¬ се һәм молекулалар хәрәкәтенең уртача кинетик энергия¬ се тапкырчыгыптына туры пропорциональ була. 18. ТЕМПЕРА¬ ТУРА — МОЛЕ¬ КУЛАЛАРНЫҢ УРТАЧА КИНЕТИК ЭНЕРГИЯСЕ ҮЛЧӘМЕ Броун хәрәкәте белән танышканда, бу хәрәкәттәге кисәкчекләрнең тизлеге температурага бәйле икәнен әйтеп узган идек. Температура күтәрелгәндә, бу кисәк¬ чекләрнең тизлеге арта, температура төшкәндә исә, тиз¬ лек кими. Ләкин Броун хәрәкәте — сыеклык яки газ молекулаларының хаотик хәрәкәте нәтиҗәсе ул. Димәк, җисемнең температурасы молекулалар хәрәкәтенең тиз¬ легенә бәйле. Салкын су нинди молекулалардан торса, җылы бу¬ лып сизелгән су да шундый ук молекулалардан тора. Аларның аермасы — молекулаларның тизлекләре төрле булуда гына. Молекулаларның хәрәкәт тизлеге җисем¬ нәрнең җылылык халәте нинди булуын билгели, шун¬ лыктан газлардагы, сыеклыклардагы һәм каты җисем¬ нәрдәге молекулаларның хаотик хәрәкәтен җылылык хәрәкәте дип атыйлар. Җылылык хәрәкәтенә җисемнең барлык молекула¬ лары катнаша. Шунлыктан җылылык хәрәкәте үзгәрү белән, җисем үзе дә һәр яктан үзгәрә. Чынлап та, тем¬ пература үзгәрүгә карап, матдәнең физик үзенчәлекләре, ягъни күләме, катылыгы, эластиклыгы, электрик, маг¬ нитик һәм оптик үзлекләре үзгәрә. Билгеле бер темпера¬ турада үзеннән-үзе хасил була торган кушылмалар башка температураларда таркалалар һ.б. Молекуляр-кинетик теория буенча, җисемнең тем¬ пературасы молекулаларның уртача кинетик энергиясенә бик нык бәйләнгән. Җисем молекулаларының уртача кинетик энергиясе никадәр зур булса, җисемнең темпе¬ ратурасы шулкадәр югары була. Молекулаларның урта¬ ча кинетик энергиясе киму җисемнең температурасы төшугә туры килә. Әгәр бер газ молекулаларының уртача кинетик энергиясе икенче газ молекулаларының уртача кинетик энергиясенә тигез булса, ул газларның температуралары тигез була. Икенче яктан, әгәр берничә газдан торган катнашма (мәсәлән, һава) булса, стационар температу¬ рада катнашмага кергән барлык газ молекулаларының уртача кинетик энергиясе бердәй була. 44
Нәкъ шулай ук, матдә нинди хәлдә булуына кара¬ мастан, бер үк температурада матдә молекулаларының уртача кинетик энергиясе бердәй була. Мәсәлән, 0°С та боз молекулаларының уртача кинетик энергиясе 0°С тагы су молекулаларының уртача кинетик энергиясенә тигез; 100 °C тагы су молекулаларының уртача кинетик энергиясе шул ук температурадагы пар молекулалары¬ ның уртача кинетик энергиясенә тигез һ. б. Кеше тәненең температурасын үлчәү өчен, меди¬ цина термометрын култык астында 5—8 минут тотарга кирәк. Бу вакытта термометрдагы терекөмеш җылына һәм, терекөмеш баганасының биеклегенә карап, темпе¬ ратура билгеләнә. Термсметр һәм тән температурасының тигезләшүен җылылык тигезләнеше дип атыйлар. Җы¬ лылык тигезләнеше күренеше барлык җисемнәр өчен дә гомуми. Әгәр стакандагы суга боз кисәкләре сал¬ сак, боз эреп, стакандагы су суыныр. Боз эреп беткәч, әйләнә-тирә һава тәэсирендә стакандагы су җылына башлар. Билгеле бер вакыттан соң стакандагы су һәм бүлмәдәге һава температурасы тигезләшер, стакандагы суның температурасы даими калыр. Бу мисалдан чы¬ гып, җылылык күренешләренең мөһим үзлеге турында нәтиҗә ясарга мөмкин: макроскопик җисем яки макро¬ скопик җисемнәр төркеме, тышкы шартлар үзгәрешсез калганда, җылылык тигезләнеше халәтендә була. Системаның макрөскөпик параметрлары озак ва¬ кыт дәвамында үзгәрешсез торсалар, мондый халәтне җылылык тигезләнеше халәте диләр. Димәк, бу халәттә системаның температурасы даими саклана. Җылылык тигезләнеше вакытында система эчендә микроскопик процесслар тукталмый; молекулаларның хәрәкәте дәвам итә, бәрелешләр вакытында аларның тиз¬ лекләре үзгәрә. Җылылык тигезләнеше халәтендә булган җисем¬ нәрнең барысының да температурасы бер үк була. Тем¬ пературалары бер үк булгач, бу җисемнәр арасында җы¬ лылык алмашуы булмый. Төрле температуралардагы җисемнәр өчрашканда, алар арасында энергия алмашу баш¬ лана. Энергия югары температуралы җисемнән түбәнрәк температуралы җисемгә күчә. Температуралар аермасы җылылык алмашу юнәлешен күрсәтә. Җылылык тигезләнеше вакытында барлык газ¬ лар да бер үк температурада була. Ябык савытта газ¬ ны җылытсак, савыт стеналарына газның басымы арта. 45
Молекуляр-кинетик теориянең төп тигезләмәсе буенча, басым молекулаларның йөреш хәрәкәтләренә туры про¬ порциональ: Монда п — молекулаларның концентрациясе, яки күләм берәмлегендәге молекулалар саны: п = Җылылык тигезләнеше вакытында барлык газ моле¬ кулаларының да уртача кинетик энергияләре (Е) бердәй зурлыкта булгач, Р зурлыгы да барлык газлар өчен бер үк булырга тиеш. Тәж,рибәләр күрсәткәнчә, ⅛ = Ө = 5,14 • 10 V' ; моннан ,-21 Дж. N Ө — грек хәрефе тета. Ө — температураны энергетик берәмлекләрдә (Джо¬ уль) күрсәтүче сан; Ө температураны градусларда күрсәтүче Т та туры пропорциональ: θ = kT. Биредә fe — пропорциональлек коэффициенты. Мон- нан = kT килеп чыга. Бу формулага нигезләнеп, тем¬ пературалар шкаласы төзелә. Газның күләмен (У) һәм аның басымын (р) үлчәп була. Ә молекулалар санын (^), газ массасын (т), Або- гадро санын (^д) һәм моляр массаны (М) формулага таянып табабыз: jj —N ’ njT Λ,∙ Молекуляр-канетик теориянең төп нигезләмәсен- нән һәм температураны билгеләүче фөрмуладан мөһим нәтиж,ә чыга: абсолют температура ул — молекулалар харәкәтенең уртача кинетик энергияләре улчәме’. 4--∣<T- N 3 46
Моннан молекулаларның йөреш хәрәкәтенең уртача кинетик энергиясе һәм температура арасында бәйлелек килеп чыга: Е =⅜⅛Γ. 2 Молекулаларның хаотик хәрәкәтенең уртача кине¬ тик энергиясе абсолют температурага туры пропорцио¬ наль була. Температура арткан саен, молекулалар тизрәк хәрәкәт итә. Газ басымының молекулалар концентрациясенә һәм температурага бәйлелеген дә күрсәтә алабыз: ⅛ = kT∙, N V монда = п. Димәк, N 7? = пкТ. Хәзер инде молекуляр-кинетик теориянең төп сора¬ вына тулырак җавап бирә алабыз. Мәсьәлә чишү үрнәкләре кг/моль — чагыштырма молекуляр Бу бүлектәге мәсьәләләрнең күпчелеге җисемнәрнең моляр массасын табуга кайтып кала. Моның өчен Д. И.Мен- делеев таблицасы ярдәмгә килә. Аннан алынган мәгъ¬ лүмат буенча, чагыштырма атом массасы һәм чагыштырма молекуляр масса табыла. Аннары, М = формуласына таянып, җисемнең моляр массасы табыла. Монда М— моляр масса, масса. Кайбер мәсьәләләрдә билгеле масса буенча матдә микъдары яки молекулалар (яки атомнар) санын табарга кирәк була. Моның өчен v = һәм N = форму¬ лалары кулланыла. Авогадро саны безгә билгеле. Аерым молекулалар- М . ның массасы ∕nθ = формуласы ярдәмендә табыла, ә матдә массасын табу өчен, матдәнең тыгызлыгын (р) һәм аның күләмен {V} белергә кирәк. 47
1 нче мәсьәлә. Суның моляр массасын табарга. Чишү. Водородның чагыштырма атом массасы 1,00797 гә тигез, ә кислородныкы — 15,9994. Суның химик фор¬ муласы HgO. Суның чагыштырма молекуляр массасы: = 2 • 1,00797 + 15,9994 = 18,01534 « 18. Суның моляр массасы: 10^^ • 18 кг/моль ≈ 0,018 кг/моль. м. чаг. м 2 нче мәсьәлә. Каты хәлдә алюминий атомнары бер-берсенә терәлеп диярлек урнашалар. Алюминий ато¬ мының радиусын табарга. Алюминийның тыгызлыгы Г® кг-моль”’^. p=2,7∙10^ кг-м моляр массасы M≈2,7∙10 Бирелгән: р = 2,7-10® кг-м M ≈2,7∙10 ® =6-10®® -3 кг • моль моль”’^ -1 Чишү. Бер атомның күләме бер моль алюминий күләмен бер мольдәге атомнар санына, ягъни Авогадро санына бүл¬ гәнгә тигез: Vθ = яки мо¬ ляр масса һәм тыгызлык чагыштырмасы мольнең кү¬ ләменә тигез: А Г = ? р Моннан килеп чыга: о М . ~Р^а’ 27-10~® 2,7-10®-6-10 .23 1,7-10 м®. .3 К 0 Атомны куб формасында дип фараз итсәк, кубның кабыргасы: I =i∣ι,7∙ιo-^^ ≈2,6∙10 м. Куб кабыргасының яртысы атом радиусын тәшкил итә: г = 1 2 ≈ 1,3 • 10 ,-10 м. 48
3 нче мәсьәлә. Су молекулаларын бер-берсенә терәп урнаштырып, Җир шарын әйләндереп алсак, моңа нинди массадагы су кирәк булыр? Суның моляр массасы М, су молекулаларының диаметры d һәм Җир әйләнәсе озынлыгы I билгеле. Бирелгән: d = 1,3 • 10-1° М м = 18 кг • кмоль' I =4 • 10^ м -1 Чишү. Башта су массасын табу форму¬ ласын языйк: М Na N. т = 7 т - м Na — бер су молекуласы мас¬ сасы. N — Җирне әйләндереп алган молекулалар саны: 1. d' 18 кг • Moκb"^ • 4 • 10”’ м м N = /п = М . L = Na d 6 • 10^®κмoль^^ • 3 • 10“^” = 4 • 10 1-9 кг. 4 нче мәсьәлә. Кара диңгезгә Авогадро саны кадәр кечкенә шарчыклар салдылар, ди. Шарчыкларның диаметры 1 мм. Кара диңгезнең мәйданы 400 000 км^, тирәнлеге 1 км дип алсак, шарчыклар диңгезнең күпме өлешен алыр? Бирелгән: d = 1 мм = 10^ м S = 400 000 км^ = = 4-10" M≡ һ = 1 км = 10θ м И, ш _ п У “ • су Чишү. Шарчыкларның күләме: iTr/^V-4. _ ιtd^ . 3 12/ 3 8 6 ’ ® • 6 • 10^^ 6 Д7 IU , 3,14 • 10 'А - су = 3,14 • 10 у =S∙ft = 4∙10^^∙103 = 4∙10^^ .3. су F =7 ш К V, ' -4 θ 3 м ; Гш _ 3,14 • 10^¼■ У су ≈10≡, ,3 4 • 10^M≡~ Шарчыкларның күләме Кара диңгез суының күлә¬ меннән 1000 мәртәбә зуррак. 49
Д 2 нче күнегү 1. Водород, азот, су молекулаларының массасын табарга. 2. 1 г су парында ничә молекула бар? 3. Нормаль шартларда газ биләгән күләмнең күпме өлешен молекулалар биләп тора? (Fq = 22,4 м^/кмоль) 4. Бакырның моляр массасы М = = 0,0635 кг/моль, тыгызлыгы р = = 9000 кг/м^. 1 м® бакырда ничә атом бар? 5. Диаметры 1 мм булган су тамчысын¬ да ничә молекула бар? 6. Алмазның тыгызлыгы 3500 кг/м®. Алмазның 10≡2 биләр? атомы күпме күләм бар. «Молекуляр-кинетик теория нигезләре» бүлегендәге белемнәрнең иң мөһимнәре 1. Молекуляр-кинетик теория нигезендә өч кагыйдә тора. — Барлык җисемнәрне дә молекулалар яки атомнар тәшкил итә. — Молекулалар яки атомнар өзлексез хәрәкәт итәләр. — Молекулалар һәм атомнар арасында этелү һәм тартылу көчләре 2. Молекуляр-кинетик теориянең төп мәсьәләсе — макроскопик җи¬ семнәрнең үзлекләрен аңлату. Макроскопик җисемнәрдәге молекулалар системасының үзенчәлекләрен кинетик теория аңлата да инде. 3. Молекулаларның үлчәмнәре кечкенә, ә аларның саны бихисап. Шуңа күрә, аларның массасын һәм санын исәпләү өчен, чагыштырма зур¬ лыклар кулланалар. Чагыштырма моляр масса дип молекула массасының углерод атомы 1 массасының нә чагыштырмасына әйтәләр: М, m^ '0 ч V = 12 ■■ 4. Матдә микъдары мольләр белән үлчәнә. Моль — 0,012 кг углеродтагы атомнар саны кадәр молекулалары бул¬ ган җисемнең матдә микъдары. Матдә микъдары җисемдәге молекулалар санының бер мольдәге моле¬ кулалар саны — Авогадро санына чагыштырмасына тигез: v = ^ '' Ад- 5. Моляр масса дип бер моль җисемнең массасына әйтәләр: М = 7∏o ^A∙ 6. Молекуляр-кинетик теориянең төп тигезләмәсе нигезендә газның ты¬ гызлыгы газ молекулалары концентрациясе һәм аларның йөреш хәрәкәте- 50
нең уртача кинетик энергиясе тапкырчыгышына туры пропорциональ була: m,iV 2 .2 p = ^nE, монда Е = 1. Газ молекулалары йөреш хәрәкәтенең уртача кинетик энергиясе һәм температурасы арасындагы бәйлелек: E=^kT. a Е ~-~∕iT. 8. Газ басымының молекулалар концентрациясенә һәм температурага бәйлелеге р = nkT тигезлеге белән билгеләнә.
ГАЗЛАРНЫҢ ҮЗЛЕКЛӘРЕ 19. Газларның күләме һәм басымы арасындагы бәйлелек. Бойль — Ма¬ риотт законы. 20. Газ күләменең температурага бәйле- леге. Гей-Люссак законы. 21. Газ басымының температурага бәй- лелеге. Шарль законы. 22. Абсолют температуралар шкаласы. 23. Газның күләме, басымы һәм темпе¬ ратурасы арасындагы бәйлелек. Газ халәте тигезләмәсе. Газлардагы процессларны сыйфатлау өчен, һәрвакыт молекуляр-ки¬ нетик теориягә таяну мәҗбүри түгел. Газларның үзлекләрен сыйфатлау өчен, аларның күләме (У), басымы (р) һәм температурасы (Г) кебек мак¬ роскопик характеристикалары белән файдаланырга була. Җисемнең мо¬ лекуляр төзелешен исәпкә алмаган мондый зурлыкларны макроскопик параметрлар дип атыйлар. Шушы параметрлар ярдәмендә газ законнарын карап китик. 19. ГАЗНЫҢ КҮЛӘМЕ БЕЛӘН БАСЫМЫ АРАСЫНДАГЫ БӘЙЛЕЛЕК. БОЙЛЬ — МАРИОТТ ЗАКОНЫ Газның халәте аның күләме, басымы һәм темпера¬ турасы белән билгеләнә. Бу зурлыклар үзгәрсә, газның халәте дә үзгәрә. Газ халәтен сыйфатлаучы зурлыкларның берсе даими калып, калган икесе үзгәрә торган процесс¬ ларны бер-бер артлы тикшерик. Башта газның температурасы даими калып, басым белән күләм үзгәргән процессны өйрәник. Мондый про¬ цесс изотермикУ процесс дип атала. Билгеле бер массадагы газның температурасы даими булганда, күләме үзгәрү белән, басымы ничек үзгәргәнне карыйк. 14 нче рәсемгә игътибар итик. Пешкәк белән кап¬ лап куелган цилиндрда һава бар. Пешкәккә өстән тәэсир итүче көч белән астан тәэсир итүче көч тигез булган¬ да, пешкәк тикторыш хәлендә була. Пешкәккә өстән өстәмә көч тәэсир итсә, ул аска таба хәрәкәт итә. Пава молекулаларының тәэсир итү көче белән өстән аска та¬ ба юнәлгән өстәмә көч тигезләшкәч, пешкәк туктап кала (рәс. 14, б). Өскә таба юнәлгән көч элеккесеннән зуррак. Цилиндрдагы һава молекулаларының саны үз¬ гәрмәде, һаваның температурасы да шул килеш калды. Шулай булгач, молекулалар да элекке тизлектә хәрәкәт 'Изотермик — грек сузе: изос — тигез, термос — җылы. 52 I I J
F атм. а? Рәс. 14 б) а) б) Рэе. 15 2 һ 1 2 итәргә тиеш. Пешкәккә өскә таба тәэсир итүче көч ни сәбәпле зурайды соң әле? Сәбәбе шул: цилиндрның күләме кечерәйде, күләм берәмлегенә туры килгән молекулаларның саны артты. Пешкәккә секунд саен ки¬ леп бәрелүче молекулалар саны артты, димәк, пешкәккә астан тәэсир итүче көч тә зурайды. Бу исә цилиндрда басымның артуына китерә. 15 нче a рәсемне карагыз. Цилиндрның күләме V, цилиндрдагы басым р булсын. Температураны үзгәрт¬ мичә, пешкәкне акрын гына аска таба хәрәкәтләндереп, цилиндрдагы һава күләмен ике тапкыр кечерәйтәбез (рәс. 15, б). Температура үзгәрмәде. Молекулаларның хәрә¬ кәт тизлеге элеккечә калды. Ләкин, күләм үзгәрү сәбәп¬ ле, молекулаларның цилиндр стенасына һәм пешкәккә бәрелүләре саны ике тапкыр артыграк булыр. Цилиндр эчендәге һава басымы 2р га әйләнә. Күләмне ике тапкыр киметү басымны ике тапкыр арттырды. Әгәр газ күләме 1,5; 2,5; 3 мәртәбә кечерәйтелсә, басым да шуларга тиң¬ дәшле рәвештә 1,5; 2,5; 3 мәртәбә артыграк булыр. Инглиз галиме Р. Бойль (1627—1691) һәм француз галиме Э. Мариотт (1620—1684), һәркайсы аерым эшләп, газ басымының күләмгә ничек бәйле икәнлеген тәҗрибәдә тикшергәч, түбәндәге законны тапканнар. Даими температурада билгеле бер массадагы газ- ның басымы бу газның кулэменэ кире пропорциональ була. Бу закон Бойлъ — Мариотт законы дип атала. Pγ басымлы газның күләме р^ басымлы газның күләме V^2 булса, Бойль — Мариотт законы буенча: ⅞=⅞-*'≡≡ =P2^2∙ Даими температурада билгеле бер массадагы газ каләменең шул газ басымына тапкырчыгышы даими зурлык була. = -^,яки =P2^2∙ 53
Рәс. 16 р 2 р 1 0,5 0 в А С V Газ халәтенең изотермик үзгәрешен график ярдә¬ мендә күрсәтик. Моның өчен абсңиссалар күчәренә газ күләменең кыйммәтен, ординаталар күчәренә шул күләмгә туры килгән басым кыйммәтен салыйк. Газның баштагы халәтен А ноктасы белән билгелик (рәс. 16). Әгәр басым ике мәртәбә артса, күләм ике мәртәбә кечерәер, һәм газның халәте графикта В ноктасы белән билгеләнер. Баштагы басым ике мәртәбә кимесә, күләм ике мәртәбә артыр, графикта С ноктасын табарбыз. А, В, С нокта¬ лары аша сызык үткәрсәк, изотерма дигән кәкре килеп чыгар. Бойль — Мариотт законы ярдәмендә газның тыгыз¬ лыгы һәм басымы арасындагы бәйлелекне күрсәтә алабыз. Даими температурада газның күләме V^, басымы булганда — тыгызлыгы р^, күләме V^2, басымы булган¬ да, тыгызлыгы Рз булсын. Газның массасы т, төрле шартларда тыгызлыклары Р1 = Р = була. lVFnττττειττ -^1- Бойль — Мариотт законы буенча: Моннан — = Р2 Шунлыктан дип яза алабыз, ягъни даими Р2 Р2 Р2 температурада газның тыгызлыгы аның басымына туры пропорциональ була. Q 1. Изотермик процессны булдыру • өчен, нинди шартлар үтәлергә тиеш? 2. Бойль — Мариотт законын молеку¬ ляр-кинетик теориягә таянып аңлатып бирегез. 3. Идеаль газларның төрле температураларда барган изотермик процесслары графикларында аерма булырмы? Графикларда күрсәтегез. 4. Һава куыгы сулык төбеннән су өстенә күтәрелгәндә, аның күләме үзгәрәме? 5. Ни өчен, биек тауга менгәндә, кайва¬ кытта колак һәм борыннан кан китә? 54
Газлар да, башка җисемнәр кебек ук, җылынганда киңәяләр, хәтта аз гына җылынганда да, алар шактый киңәяләр. Гади генә бер тәҗрибә карыйк (рәс. 17). A колбасы горизонталь CD көпшәсенә тоташтырыл¬ ган, көпшәгә шкала беркетелгән. Көпшә эчендә бераз гына төсле сыеклык бар. Колбага кул белән орынганда, CD көпшәсендәге сыеклык тамчысы күчә башлый. D ∣ JJ⅛.1.. I. . >...l ..I.., I ТП с А Рас. 17 Колбаны суытсак, сыеклык сулга таба, җылыткан¬ да исә, уңга таба күчә. Колбаның күләме һәм көпшәнең озынлыгы белән диаметры билгеле булса, газның киңәю¬ ен күзәтү белән бергә, аның күләме күпмегә артканны да исәпләп табарга мөмкин. Колба эчендәге газны акрынлап җылытсак, даими басым астындагы билгеле бер массадагы газның киңәюе температура үзгәрешенә туры пропорңиональ икәнен белергә була. Шунлыктан газларның җылылыктан ки¬ ңәюен, башка җисемнәрнеке кебек үк, күләмчә киңәю коэффиңиенты белән сыйфатларга мөмкин. 0 °C температурадагы газның күләме Fθ, ә t күләме V^ булсын. 0 °C тагы газны t га җылытканда, һәрбер Zl∑Zo күләм берәмлеге а = кадәр арта. Моннан 0' (1) Vj = rθ (1 + αθ килеп чыга. Югарыда язылган формулага кергән α зурлыгы газ¬ ның куләмча киңәю коэффициенты дип атала. Франңуз галиме Гей-Люссак, газларның җылы¬ лыктан киңәюләрен тәҗрибәдә тикшергәч, түбәндәге за¬ конны тапкан. 20. ГАЗ КҮЛӘМЕНЕҢ ТЕМПЕРАТУРАГА БӘЙЛЕЛЕГЕ. ГЕЙ-ЛЮССАК ЗАКОНЫ Жозеф Луи Гей- Люссак (1778— 1850) — күренекле француз химигы һәм физигы. Ул фи¬ зикага һәм химиягә караган берничә әһә¬ миятле законны ач¬ кан. Ул законнар арасында аеруча бил¬ геле булганы — газ¬ ларны һәм парларны бердәй җылытканда, аларның бертигез киңәюләре турында¬ гы закон. 55
Даими басым астында барлык газларның да кулэмчә киңәю коэффициенты бердәй, санча зурлыгы град~^ гә тигез була. 273 1 .-ι итеп ал- 273 (1) формуласында t = 1 °C, α = град Z IО сак, V, = Vn + ∙χ⅛5∙ V∩ килеп чыга. Моннан түбәндәгечә нәтиҗә ясарга була. Даими басым астында билгеле бер массадагы газ¬ ны 1 °C ка җылытканда, аның күләме 0 °C та биләгән күләмнең -5⅛5- өлеше кадәр арта. Δ t о Бу закон Гей-Люссак законы атала. Югарыда тикшерелгән даими басым астында була торган процесс¬ лар изобарик^ процесс дип атала. (1) формуласыннан күренгәнчә, t температурада¬ гы газның күләмен табу өчен, шул газның 0 °C тагы күләмен күләмчә киңәю биномына (1 + αf) тапкырларга кирәк. 21. ГАЗ БАСЫМЫНЫҢ ТЕМПЕРАТУРАГА БӘЙЛЕЛЕГЕ. ШАРЛЬ ЗАКОНЫ Рәс. 18 Газны ябык савытта җылытсак, манометрга карап, газ басымының артканын күрәбез (рәс. 18). Термометрга карап, температураның күтәрелүен күзәтеп барсак, даими күләмдәге газның басымы температурага пропорциональ арта барганын күрербез. Газны ябык цилиндр эчендә җылыткан чакта, аның басымы арта. Газның җылылыктан киңәюен сыйфатлау өчен, күләмчә киңәю коэффициентыннан файдаланган идек. Шуның кебек, температурага карап газның басымы үзгә¬ рүен сыйфатлау өчен, яңа зурлыктан файдаланыйк. Газның 0 °C тагы басымын pθ, t °C тагы басымын р^ белән билгелик. Газны 1 °C ка җылытканда, баштагы басымның һәрбер берәмлеге Pt~Po Pot γ = кадәр арта. γ зурлыгы (грек хәрефе «гамма») газ басымының термик коэффициенты дип атала. Тәҗрибәдән күрен- 1 Изобарик — грек сузе: изос — бердәй, барос — авырлык. 56
гә тигез була. гәнчә, басымның термик коэффициенты барлык газлар өчен дә град ' p^ι = P2V2 тигезлегеннән р^ ны тапсак, ул Pt = Po(l + 273 булыр. Монда γ = -5^5-; 1 = 1 °C дип алсак, Z (о 1 . Pt Ро ^*^ 273 икәне килеп чыга. Димәк, күләм үзгәрмәгән очракта, билгеле бер мас¬ садагы газ 1 °C ка җылынса, аның басымы 0 °C тагы басымның -5⅛5∙ өлеше кадәр арта. Бу законны 1787 елда француз галиме Ж. Шарль ачкан, шунлыктан аны Шарль законы дип йөртәләр. Шарль законыннан газ басымының термик коэффи¬ циенты (γ) газның күләмчә киңәю коэффициентына (а) тигез була. Бу тигезлек Бойль — Мариотт законыннан килеп чыга. Хәзер шуны исбат итик. Цилиндр эчендәге пешкәк астында берникадәр газ массасы бар, ди (рәс. 19, а); аның баштагы температу¬ расы 0 °C, күләме yθ, басымы pθ гә тигез булсын. Пеш- кәкне (АВ) кузгалмас итеп беркетеп, газны t° ка кадәр җылытыйк (рәс. 19, б). Җылыткач, аның басымы, үзгә¬ реп, р^ га җитәр, күләме исә үзгәрмәс. Шарль законы буенча, р^ = pθ(l + γt). Хәзер пеш- кәкне иркен күчә торган итеп куеп, газны 0 °C тан t° ка кадәр җылытыйк (рәс. 19, в). Бу вакытта газның басымы баштагыча, ягъни pθ булып кала, күләм исә га кадәр җитәр һәм Гей-Люссак законы буенча: А В л у, = yθ(l + at) булыр. Шулай итеп, температура ⅛° ка җиткәндә, билгеле массалы газның күләме yθ, басымы исә = pθ(l + γt) булыр; шул ук температурада басымы pθ, күләме исә = Уо(1 ^*^ булыр. Бойль — Мариотт законы буенча, P()Vo = (1 + ҮО = Po‰ = (1 + «0- Бу тигезлекне гадиләштерсәк, α = γ була. а; в) Рәс. 19 57
Газ басымының температурага бәйле булуын график белән күрсәтик. Башта, = pθ (1 + γ⅛) яки p^ == p^+ у P(jt формуласын файдаланып, таблица ясыйк; lO t' О 1 2 273 546 t Pt Ро Ро + VPo 1 Ро + УРо 2 Ро + Ро Ро + 2Ро Ро + УРоt Р L Ро К О Poi'∣ I I I I 273 Рас. 20 Таблицадан алып, абсциссалар күчәренә шартлы масштаб белән газның температураларын, ординаталар күчәренә шул температураларга туры килә торган басым¬ нарны салып чыгыйк. Графикта тамгаланган нокталарны бер-берсенә тоташтырсак, LM туры сызы¬ гы хасил булыр (рәс. 20). Бу сызык даими күләмдәге газның басымы температурага карап ничек үзгәрүен күрсәткән график була. Күләме даими булганда, газ халәте¬ нең үзгәрү процессы изохорик^ процесс дип атала. Даими күләмдәге газның тем¬ пературага карап басымы үзгәрүен күрсәт¬ кән LM сызыгы изохора дип атала. Л£ 2Pt I I 546 # 22. АБСОЛЮТ ТЕМПЕРАТУРА¬ ЛАР ШКАЛАСЫ Газ басымының температурага карап үзгәрү графи¬ гын тагын бер мәртәбә тикшереп үтик әле (рәс. 20). Графиктагы М турысын температура күрсәткән го¬ ризонталь күчәр белән кисешкәнгә кадәр дәвам иттерик. LM сызыгының дәвамы горизонталь күчәрне К нокта¬ сында кисәр. Бу графиктагы К ноктасы газ басымының нинди температурада нульгә тигез булганын күрсәтә. Бу температура күпмегә тигез соң? Моны хәл итәр өчен, р^ = pθ(l + γt) тигезләмәсенә кайтыйк. Тигезләмәдәге басымны р^ = 0 итеп алыйк һәм түбәндәге тигезләмәне языйк: 0 =Po(l + Yθ∙ 0 °C та газның басымы нульгә тигез булмаганлык- тан (pθ ≠ 0), язылган тигезлектән 1 + = 0 килеп чыга. 1 Изохора — грек сузе: изос — бердәй, хорема — сыешлык. 58
1 1 Моннан t = —. Яки γ = булганлыктан, γ = -273° ки¬ леп чыга. 273 У Димәк, -273 °C та газның басымы нульгэ тигез була. Инглиз галиме Вильям Томсон (Кельвин) үзенә бер¬ төрле температуралар шкаласы тәкъдим иткән. Бу шка¬ лада ул 0 итеп -273 °C ны алган. Бу шкаланы абсо¬ лют температуралар шкаласы, яки Кельвин шкаласы p,τiτι йөртәләр, ә бу шкаланың -273° ка тигез (төгәлрәге -273,15°) булган нуль-градусы температураларның абсолют нуле дип атала. Кельвин шкаласында градусның зурлыгы йөз гра¬ дуслы Цельсий шкаласының градусы зурлыгы белән бер үк була. Кельвин шкаласы буенча булган температураны Т хәрефе белән тамгалыйлар. Нормаль атмосфера басымы астындагы боз Кельвин шкаласы буенча 273° та эри, су исә Т = 373° та кайный. Йөз градуслы шкала буенча бирелгән һәрбер темпе¬ ратураны {t° ны) абсолют температура (Г) аша күрсәтергә була: Т = t° + 273°; t° = Т - 273°. Ро( = ^*^ тигезләмәсеннән күренгәнчә, абсолют нуль температурада (-273°) газның басымы нульгэ тигез була. Газ басымы хәрәкәт итүче молекулаларның савыт стенасына бәрелү нәтиҗәсе икәнен без беләбез. Шулай булгач, абсолют нульдә идеаль газ молекулаларының җылылык хәрәкәте тукталырга тиеш. Молекулаларны зурлыгын исәпкә алмаслык кечкенә шарчыклар һәм алар бәрелешкән чакта гына бер-берсенә тәэсир итә ала¬ лар дип күз алдына китерергә мөмкин булган газларны идеаль газ дип атыйлар. Тәҗрибәләрдән күренгәнчә, басым бик кечкенә булганда, реаль газларның үзлекләре идеаль газларның үзлекләренә бик якын була. Шулай булгач, темпера¬ тура абсолют нульгэ якынлашканда, реаль газ моле¬ кулаларының да җылылык хәрәкәте тукталырга тиеш. Бу нәтиҗә газларга гына түгел, бәлки сыек һәм каты җисемнәргә дә кагыла. Физика фәне матдәләрнең мондый халәтенә ире¬ шеп булмавын, ләкин аңа бик якын килергә мөмкин икәнлеген күрсәтә. Хәзерге заманда абсолют нульдән градусның йөз меңнән берничә өлеше кадәр генә югары булган температурага ирешелде инде. Томсон 1907) Вильям (Кельвин) (1824— атаклы инглиз физигы. Ул электр һәм җылы¬ лык теориясе өлкә¬ сендә әһәмиятле ачышлар ясаган. Уй¬ лап табулары ара¬ сында иң әһәмият- лесе—телеграф элем¬ тәсен камилләштерү эше. Ул физикага абсолют температура төшенчәсен керткән. Абсолют температу¬ ралар шкаласының градуслары аның исеме белән Кель¬ вин градуслары дип атала. 59
23. ГАЗНЫҢ КҮЛӘМЕ, БАСЫМЫ 11ӘМ ТЕМПЕРАТУРАСЫ АРАСЫНДАГЫ БӘЙЛЕЛЕК. ГАЗ ХАЛӘТЕ ТИГЕЗЛӘМӘСЕ Без моңарчы газ халәтен сыйфатлаучы макроскопик параметрларның (күләм, басым һәм температураның) берсе үзгәрешсез калган процессларны карап үттек. Ләкин табигатьтә газ халәтен сурәтләүче зурлык¬ ларның өчесе дә берьюлы үзгәрә торган процесслар еш була. Хәзер без газның күләме, басымы һәм температу¬ расы арасында нинди бәйләнеш булганны ачыклыйк. Молекуляр-кинетик теориядәге исәпләүләрне тәр¬ типкә салыйк әле. Өченче бүлектә 6 нчы параграфта да без газ басы¬ мының температурага һәм газның концентрациясенә бәй¬ лелеген карадык: р = nkt. Бу бәйлелек ярдәмендә билгеле бер массадагы газ¬ ның өч параметрын да (р, V, Т) бәйли торган тигезләмә табып була. Җисемдәге молекулалар саны матдә микъдары (v) һәм Авогадро саны тапкырчыгышына тигез: N = vN, = ⅛, Молекулаларның концентрациясе: V V M^A∙> монда т — газның массасы, М — газның моляр масса¬ сы, р = nkT тигезлегеннән п = була. Шулай булгач, ∙∖Λ∙ A kT kT’ яки п = V м А PV = ⅞ Даими Больцман саны ⅛ һәм Авогадро саны тап¬ кырчыгышы универсаль газ константасы R га тигез, ягъни R = kN^ = 1,38 • 10 = 8,31 .-23 Дж/К • 6,02 • 10≡≡ 1/моль = Дж моль • к ■ pV = kNjJ" тигезләмәсенә универсаль газ кон¬ стантасы R ның кыйммәтен куеп, ирекле массадагы идеаль газ өчен газ халәте тигезләмәсен табабыз: pV = J^RT. Бу тигезләмәдә конкрет газны сыйфатлаучы бер генә зурлык бар. Ул — молекуляр масса М. 60
Бу тигезләмә идеаль газның ике халәтендәге басым, күләм һәм температура зурлыкларының бәйләнешен күрсәтә. Газның беренче халәттә параметрлары Р-.У’ Т, булса, икенче халәттә т, P1V, _ Т, Димәк, = ЬД Бу тигезләмәне франңуз физигы Б. Клапейрон хөр¬ мәтенә Клапейрон тигезләмәсе дип атыйлар. Идеаль газ өчен халәт тигезләмәсен беренче булып бөек рус галиме Д. И. Менделеев таба. Шуңа күрә бу тигеләмәне Менделеев — Клапейрон тигезләмәсе дип йөртәләр. = const. т М Менделеев Дмитрий Иванович (1834— 1907) — бөек рус га¬ лиме, фәндә иң зур гомумиләштерү — элементларның пе¬ риодик системасын төзүче. Менделеев¬ ның фәнни хезмәтлә¬ рендә газлар теория¬ се, газларның һәм сыеклыкларның үз¬ ара әверелү процесс¬ лары зур урын алып тора. Мәсьәлә чишү үрнәкләре Газ законнары темасына мәсьәләләр чишкәндә, түбәндәге очраклар булырга мөмкин. 1. Газның баштагы торышындагы һәм соңгы торы¬ шындагы кайбер параметрлары бирелә. Әгәр дә газның ике халәтендәге параметрларыннан температура даими булса — мәсьәлә Бойль — Мариотт законы буенча, басы¬ мы даими булса мының температурага бәйлелеге тикшерелә икән, мәсьәлә Шарль законына нигезләнеп чишелә. 2. Газ халәтен сурәтләүче зурлыкларның өчесе дә берьюлы үзгәрә торган проңесслар өчен мәсьәләләр Мен¬ делеев — Клапейрон тигеләмәләре ярдәмендә чишелә. Гей-Люссак законы буенча, газ басы- т = 1∖7-R була- М 1 нче мәсьәлә. Нава куыгы, күл төбеннән ычкы¬ нып китеп, су өстенә менеп җиткәндә, аның күләме 8 тапкыр арта. Күлнең тирәнлеге күпме? Бирелгән: ^2 = 8F1 Рз = 1 атм Чишү. Бер атмосфера басымының якынча 10 м биеклегендәге су баганасы басы¬ мына тигез икәнлеге билгеле. Бойль—Мариотт законы буенча, p^V-^ = = P2^2 яки p^V^ = Р2 ■ 8V^; = Sp^. Күл төбендәге басым 8 атмосфера басымына тигез. Күлдәге су өстенә һаваның бер атмосфера басымын исәпкә алсак, күлнең тирәнлеге 70 м булыр. п = ? 61
2 нче мәсьәлә. Берникадәр массадагы газның 273 °C тагы күләме Юл. Шул газның температурасы 546 °C ка җитсә, күләме күпме булыр? Газның басымы даими. Бирелгән: = 10 л t° = 273 °C t° = 546 °C 0 Газның 546 °C тагы күләме: 1 Чишү. Газның 546 °C тагы күләмен табу өчен, иң элек аның 0 °C тагы кү¬ ләмен табарга кирәк: _ 10 л 2 = 5 л. (1 +⅛∙H 273 л = 15 л. 2 2 V, = к 2 о 1 о К 3 нче мәсьәлә. 0°С тагы газ басымы 780 мм биеклектәге терекөмеш баганасының басымына тигез. Газның 273 °C тагы басымы күпме булыр? Бирелгән: pθ = 780 мм тер. баг. tg = 273 °C Чишү. Pt=Po(^ + Y^)∙ р,= 780 (1 = 1560 мм тер. баг. ≈ 2 атм. + ⅛∙2^3) 273 1 4 нче мәсьәлә. Күләме 0,5 м® булган резин шарга басымы 2 ∙ 10® Па, температурасы 17 °C булган водород тутырылган. Шар эчендә басым 1,5 • 10® Па, темпера¬ турасы 6 °C булганда, газның күләме күпме булыр? Бирелгән: Pι = 2∙ 10® Па ∏i = 0,5m≡ Tι = 17 + 273 = 290 К Рз = 1,5 • 10® Па T,=6 + 273 = 279K 2 V, = ? 2 Чишү. Газ халәте тигезләмәсе буенча, P1V1 ЬЦ. Тг Т, ’ 2∙10≡Πa∙0,5M≡ l,5∙10^Πa∙F2. “ 'r⅜z∖z⅝τZ — √⅛ 290 к 279 К у =m.⅛M 290 1,5 Уз = 0,64 M≡. 2 62
5 нче мәсьәлә. Нормаль шартларда (iθ = 0 °C, pθ = 1,01 • 10® Па) һаваның тыгызлыгы 1,29 кг/м®. Нава- ның моляр массасын табарга. Бирелгән: fθ= 0 °C pθ = 1-10® Па pθ = 1,29 κг/м^ .3 Чишү. Менделеев — Клапейрон тигезләмәсе буенча. М = ? M= R = 8,31 Дж . моль • к ’ Tn = 273 К. ‰Po _ Ho-*o д _ J’o _ 1,29-273-8,31 1-10® = 0,029 кг моль о \ 3 нче күнегү 1. Ике баллон бер-берсенә кранлы көп¬ шә белән тоташтырылган. Берсенең сы¬ ешлыгы 5 л, эчендәге басымы 3 атм., икенчесенең сыешлыгы 1 л, эче буш. Көпшәнең кранын ачкач, баллоннарда басым күпме булыр? 2. 0 °C тагы газның басымын үзгәрт¬ мичә, күләмен ике мәртәбә зурайтыр өчен, аны нинди температурага кадәр җылытырга кирәк? 3. Җылынганда газның күләме үзгәрү проңессының графигын сызарга, р = = const. 4. 0 °C 6. Физика кабинетындагы һаваның массасын табарга. Нава температура¬ сын 20 °C, һаваның моляр массасын 0,29 кг/моль дип алырга. 7. Күләме 0,03 м® булган баллонда газ¬ ның басымы 1,35 • 10® Па, температура¬ сы 455 °C. Нормаль шартларда (iθ = 0 °C, тагы водородның басымы 700 мм тер. баг. на тигез. Температура 30 °C ка җитсә, басым күпме булыр? Күләм үзгәрми дип исәпләргә. 5. 1 атм басым астында һәм 15 °C та һаваның күләме 2 л. Әгәр һаваның тем¬ пературасы 20 °C ка кадәр күтәрелсә, аның күләме 4 л булсын өчен, басымы күпме булырга тиеш? Pq = 1,013 • 10® Па) бу газның күләме күпме булыр? 8. 21 нче рәсемдә идеаль газ халәтенең V һәм Т координаталарында графигы күрсәтелгән. Бу процессның графикла¬ рын р, V һәм р, Т координаталарында күрсәтегез. 1 3 Рәс. 21 О 2 Г 63
«Газларның үзлекләре» бүлегендәге белемнәрнең иң мөһимнәре 1. Газларның үзлекләрен сыйфатлау өчен, молекуляр-кинетик тео¬ риядән башка чараларны кулланырга мөмкин. Болар — газларның мак¬ роскопик параметрлары: күләм, басым һәм температура. Газның халәтен шушы зурлыклар билгели. Аларның берсе даими калып, калган икесе үзгәрсә, проңесс түбәндәге законнарга буйсына: • температура даими булганда, pV = const; (Бойль — Мариотт законы) • басым даими булганда. V -= = const; (Гей-Люссак законы) • күләм даими булганда, Т ⅛ = const. T (Шарль законы) 2. Термодинамик параметрларның үзара бәйлелеге Менделеев — Кла¬ пейрон тигезләмәсе белән күрсәтелә: рУ = ⅞KΓ. Монда р — басым, V — күләм, т — газның массасы, М — моляр мае- ТТҗ са, Т — абсолют температура, R = 8,31 • к ’ — газларның универсаль константасы. 3. Температураның абсолют шкаласы һәм изохора графигыннан күрен¬ гәнчә, абсолют нуль-температурада газның басымы нульгә тигез була, газ молекулаларының җылылык хәрәкәте туктала. Дж моль•к
СЫЕКЛЫКЛАР. КАТЫ ҖИСЕМНӘР. ПЛАЗМА I 24. Матдәләрнең агрегат халәтләрен классификацияләү. 25. Каты җисемнәрнең үзлекләре. 26. Сыеклыкларның үзлекләре. 27. Плазма. Матдәләрнең үзенчәлекләренә характеристика бирү өчен, аларның ике сыйфаты нигез итеп алына: матдә молекулаларының яки атомнарның бер-берсенә карата урнашулары һәм аларның хәрәкәт тизлекләре. Матдә¬ ләрнең, тышкы шартлар үзгәрүгә карап, төрле халәтләр¬ дә: каты, сыек һәм газ халәтендә булуы безгә билгеле. Тышкы шартларны әкренләп кенә үзгәртеп, матдәнең тыгызлыгын, күләмен, температурасын үзгәртә алабыз. Матдә бер агрегат халәттән икенче агрегат халәткә күчә. Билгеле шартларда һәрбер матдә үзенең агрегат халәтендә яши. Ләкин кайбер очракларда матдәнең агре¬ гат халәтләре арасына конкрет чик кую да кыен була. Матдәнең агрегат халәтенең басым һәм темпера¬ турага бәйлелеген графикта карыйк (рәс. 22). Рәсемнән күренгәнчә, рТ-диаграммасында АК кисемтәсе сыеклык һәм газның агрегат халәтләренең чиген күрсәтә. АК һәм АВ кәкре сызыклары арасында җисем сыеклык халәтен¬ дә. Температура һәм басым үлчәмнәре шуны күрсәтә. САК кәкресе астындагы температура һәм басым җисемнең газ халәтендә булуын тасвирлый. АВ сызыгы җисемнең каты һәм сыек халәтендә тигезләнеш торышын сурәтли. Мондый басым һәм температурада җисем каты һәм эрегән халәтендә динамик тигезләнештә. Ягъни бер ва¬ кыт берәмлегендә АВ чиге аша сыеклыктан каты җисем- 24. МАТДӘЛӘР¬ НЕҢ АГРЕГАТ ХАЛӘТЛӘРЕН КЛАССИФИКА¬ ЦИЯЛӘҮ гә чыккан молекулалар саны каты җисемнән сыеклыкка киткән молекулалар санына тигез. Эрү процессын күрсәткән АВ сызы¬ гы бераз уңга авышкан. Бу исә, басым арт¬ канда, эрү температурасының күтәрелүен аңлата. Тыгызлыклары каты халәттә сыек халәтендәге тыгызлыкларыннан кимрәк бул¬ ган җисемнәрнең (боз, висмут, соры чуен) эрүе басым арткан саен арта бара. Мондый җисемнәрдә АВ турысы сул якка авышкан була. В '∕∕∕∕∕∕∕Λ-^-^- / Каты Лс җисем /К Р^- ∙Cbieκ=-j ЛЫКХ* о ® о о о о Газ I , Рәс. 22 β е о о о К л*® ' о • в о о о I А О о ® ‘ о о о Р β β e Т 65
2 СА сызыгы мондый басымда һәм температурада каты җисем молекулаларының (яки атомнарының) парга әйләнүенең һәм парга әйләнгән молекулаларның конден- саңияләнү проңессының динамик тигезләнеш халәтен күрсәтә. Каты җисемнең парга әйләнүен сублимация дип атыйлар. Эрү, кату һәм парга әйләнүне тасвирлаучы кәкре сы¬ зыклар А ноктасында кисешәләр. Бу ноктаны өчле нокта диләр. Бу ноктага тиңдәш басымда (pθ) һәм температура¬ да Γθ бер үк җисемнең каты, сыек һәм газ хәлендәге өч төрле халәте очраша. Алдагы бүлекләрне өйрәнгәндә, без җылылык хә¬ рәкәтендә катнашучы молекулаларның уртача кинетик энергияләре Е =^kT формуласы белән үлчәнгәнен күр- дек. Ягъни бер үк температурада газларның да, сыек¬ лыкларның да, каты җисемнәрнең дә молекулаларының уртача кинетик энергияләре бердәй. Ә ни өчен 20 °C тем¬ пературада һәм нормаль басымда тимер каты, су сыек¬ лык, кислород газ халәтендә? Молкуляр-кинетик теориягә таянып, болай дип җавап бирербез: җисемнең халәте аның молекулалары (атомнары) җылылык хәрәкәтенең уртача кинетик энергиясе Е һәм молекулаларны бәйләп торучы урта¬ ча потенциаль энергиясе W нинди чагыштырмада бу¬ луына бәйле. Әгәр дә молекулаларның уртача кинетик энергиясе уртача потенңиаль энергиясеннән күп мәртәбә W} , молекулалар үзгәрүенең потен¬ ңиаль энергияләренең минималь зурлыктагы торышы тирәсендә (ягъни кристаллик челтәре төене тирәсендә) тирбәнү хәрәкәте ясыйлар. Температура күтәрелеп, моле¬ кулаларның уртача кинетик энергиясе зурлыгы моле¬ кулаларны бәйләп торучы уртача потенңиаль энергия зурлыгына якынайса (Е ≈ W), җисем сыек хәлгә килә; W булганда, җисем газга әйләнә, аның молекулала¬ ры тәртипсез (хаотик) хәрәкәт итә башлый. Матдәләрнең агрегат халәтен классификаңияләгән- дә, аларның тагын бер сыйфатына игътибар итәләр. Ул — молекулаларның урнашу тәртибе, яки җисемдә атом тирә¬ сендәге башка атомнарның нинди тәртиптә урнашуы. Каты матдәләрнең кристалларында атомнар һәм мо¬ лекулалар билгеле бер торыш тирәсендә тирбәнү хәрәкәте ясыйлар. Ләкин тирбәнүче атомның башка атомнарга кечкенә булса (Е Е 66
Е. Ләкин карата торышы үзгәрми; күрше атомга да, бик еракта ур¬ нашкан атомга карата да бер урнашкан тәртип үзгәрми. Мондый тәртипне ерак тартип дип атыйлар. Сыеклыкларда, әйткәнебезчә, молекулаларның йөреш хәрәкәтенең энергияләренә караганда молекула¬ ларның тәэсир итешү энергияләре зуррак: W бу аерма, каты җисем кристалл арындагы кебек, артык сизелерлек түгел. Молекулалар бәрелгәндә, алар өстәмә энергия алып, яңа урынга күчеп утырырга мөмкин. Шу¬ лай итеп, сыеклыкларда молекулалар урнашуының якын тартибе өстенлек итә. Ләкин җылылык хәрәкәте арка¬ сында бу тәртип даими рәвештә бозылып тора, ә әтешү- тартышу көчләре күрше атмонарның торышында якын тәртипне урнаштыра тора. Сыеклык молекулаларының җылылык тирбәнүләре ешлыгы 10^® чамасында, һәр 10~^θ гиясе якын тәртипне булдырып тора, ә яңа торышка күчкәнче, сыеклык молекуласы йөзәр-меңәр тирбәнеш ясап өлгерә. —10 с саен W энер- Q 1. Матдәнең үзенчәлекләренә харак- • теристика биргәндә, нинди сыйфатлар нигез итеп алына? 2. Өчле нокта дип нинди ноктага әйтәләр? 3. Барлык мо¬ лекулаларның да уртача кинетик энер¬ гияләре температурага бәйле. Ә ни өчен 20 °C та һәм нормаль басым астында ти¬ мер — каты, су — сыеклык, кислород газ халәтендә була? 4. Молекулаларның яки атомнарның җисемдә урнашула¬ рында ерак һәм якын тәртип бер-бер- сеннән нәрсә белән аерылалар? Безнең әйләнә-тирәбездәге җисемнәрнең күбесе — 25. КАТЫ каты җисемнәр. Каты җисемнәрнең төп үзлеге — алар ҖИСЕМНӘРНЕҢ - - J ҮЗЛЕКЛӘРЕ күләмнәрен һәм формаларын саклыйлар. Каты җисемнәр кристаллик һәм аморф халәттә була. Кристалларда атомнар яки молекулалар билгеле бер тәртиптә урнашалар (рәс. 23), һәм һәр кристаллның үзенә хас эчке структурасы була. X I 1 I 9^ 9^ & 9- ⅛' Рәс. 23 67
Рәс. 24 Кристалларның тагын бер үзлеге — анизотропия^ үзлеге. Анизотропия — кристалл эчендә төрле юнәлеш¬ ләрдә физик үзлекләр төрлечә була дигән сүз. Мәсәлән, слюда кристаллары бер юнәлештә бер-берсеннән җиңел аерыла, ә икенче юнәлештә аларны аеру җиңел түгел. Кристалларның механик, җылылык, электр үткәрү- чәнлек һәм оптик үзлекләренең төрле юнәлештә төрлечә булуының сәбәбе кристалл молекулаларының билгеле бер тәртиптә геометрик форма ясап урнашып, молекула¬ лар яки атомнарның төрле юнәлешләрдә бер-берсеннән ераклыгы төрле һәм тәэсир итешү көчләре төрле булуда (рәс. 24). Аморф2 җисемнәрдә атомнарның урнашуында тәр¬ тип юк. Шуңа күрә дә аморф җисемнәрнең физик үзлек¬ ләре барлык юнәлешләрдә дә бертөрле. Аморф матдә¬ ләргә пыяла, пластмасса, сумала, канифоль, гәрәбә һ. б. каты җисемнәр керә. Аморф җисемнәрнең эрү температурасы юк. Темпе¬ ратура күтәрелгәндә, алар әкренләп йомшара башлыйлар, берникадәр вакыттан соң сыеклык халәтенә күчәләр. Биналар һәм төрле машиналар төзегәндә, каты җи¬ семнәрнең үзлекләрен белү кирәк. Алар күп төрле дефор- маңияләргә дучар булалар. Сузылу һәм кысылу дефор- маңиясендә җисемнең үлчәме үзгәрә: абсолют озынаю ΔZ = I - Zθ гә тигез була. Z һәм Zθ — җисемнәрнең баш¬ тагы һәм ахырдагы озынлыклары. Абсолют озынаюның Анизотропия — грек сузлэре: анизос — тигезсез, тронос — 1 юнәлеш. 2 Аморф — грек сүзе: морфе — форма, алкушымча а — ин¬ карь итү. 68
баштагы озынлыкка чагыштырмасы җисемнең чагыштырма озынаюы дип атала: ε = ^ ® 1о’ Җисемнәрнең деформацияләнгәндә эластиклык көче барлыкка килә. Эла¬ стиклык көче модуле F ның җисемнең аркылы кисеме мәйданына чагыштыр¬ масы механик көчәнеш дип атала: F s∙ Көчәнеш СИ системасында, басым кебек, Паскаль белән үлчәнә: Е σ, пч σ, σ, уп ГА Рас. 25 ε = С D 0 Q σ = к Р £ 1 Па = 1 H∕m≡. Сузылу деформациясен тәҗрибәдә тикшергәндә, махсус җайланмада металл таякны ике башыннан бер¬ кетеп, сузылырга мәҗбүр итәләр. Куелган көч зурлыгын, озынаюны һәм көчәнешне үлчәп баралар. Шул саннар буенча көчәнешнең чагыштырма озынаюга бәйлелеген графикта күрсәтәләр. Сузылу деформациясенең диаграм¬ масы килеп чыга (рәс. 25). Тәҗрибәләр, деформацияләр зур булмаганда, көчә¬ нешнең чагыштырма озынаюга туры пропорциональ бу¬ луын күрсәтә (диаграммада ОА сызыгы): σ = ^lε∣. Бу бәйлелекне Гук законы дип атыйлар. Чагыш¬ тырма озынаю модуль буенча алына, чөнки Гук законы сузылу деформациясе өчен дә, кысылу деформациясе өчен дә (ε < 0) дөрес була. Пропорциональлек коэффициенты Е эластиклык модуле яки Юнг модуле дип атала. Юнг модуле сузылу һәм кысылу деформацияләре вакытында материалның каршы тору сәләтен күрсәтә: р σ , р ES I д 11 ^ “7“ si∆zp SE I = k ДИП алсак, F = ⅛∣ΔZ∣ килеп чыга. Материал¬ ның катылыгы Юнг модуле һәм таякның аркылы кисеме тапкырчыгышына туры пропорциональ, ә аның озынлы¬ гына кире пропорциональ була. 69
Q 1. Каты җисемнәрнең үзлекләрен күр- * сәтегез. 2. Кристаллар һәм аморф мат¬ дәләр бер-берсеннән нинди сыйфатлары белән аерыла? 3. Механик деформация вакытында абсолют һәм чагыштырма озынаюны аңлатыгыз. 4. Гук законын диаграммада күрсәтегез. 26. СЫЕКЛЫК¬ ЛАРНЫҢ ҮЗЛЕКЛӘРЕ Сыеклык молекулалары газ молекулаларына ка¬ раганда бер-берсенә шактый якын урнашканнар. Нор¬ маль басым астында һәм кайнау температурасында бул¬ ганда, суның тыгызлыгы үз парының тыгызлыгыннан 1670 мәртәбә диярлек артыграк. Шунлыктан сыеклык молекулаларының хәрәкәте һәм сыеклыкның күп үз¬ лекләре молекулалар арасындагы үзара тәэсир итешү көчләре белән билгеләнә. Сыеклыкларның бу сыйфаты аларның молекула¬ ларының хәрәкәтчән булуына бәйле. Сыеклыкның топ үзлеге — агучанлык. Барлык сыек¬ лыклар, газлар кебек үк, агучан булалар. Шунлыктан сыеклык үзе салынган савыт формасын ала. Каты матдәләрнең сыеклыкта эрүе һәм диффузия күренешенең сыеклыкта каты җисемнәргә караганда тиз баруы да сыеклык молекулаларының ирекле хәрәкәт итүеннән килә. Әгәр суда тоз эретеп, тыгызлыгы анилин тыгыз¬ лыгына тигез булган эремә әзерләсәк һәм шул эремәгә берникадәр анилин салсак, анилин тамчысы эремә эчендә шар формасына керер (рәс. 26). Шар өслегенең билгеле бер күләм өчен иң кечкенә өслек икәне мәгълүм. Сыеклык, мөлекуляр көчләр тәэсир иткәндә генә, өслеге шул шартларда иң кечкенә булыр¬ лык формага керә. Бу хәл сыеклыкның өске катлавын¬ дагы һәрбер молекулага молекуляр көчләр тәэсиренең үзенчәлекләре белән аңлатыла. Сыеклыкның өслек тартылышы. Сыеклыкның эчен¬ дә һәм өстендә молекуляр көчләрнең мөлекулага ничек тәэсир иткәнен карап китик. в ∑t. Рәс. 26 Рәс. 27 70
27 нчы рәсемдә А түгәрәге сыеклык эчендәге мо¬ лекуланы, ә В түгәрәге сыеклык өстендәге молекуланы сурәтли, ди. А молекуласы һәр яктан аны үзләренә тар¬ тып торучы башка молекулалар белән чолганып алын¬ ган. А молекуласына тәэсир итүче молекуляр көчләр үзара тигезләнеп торалар. В молекуласы исә башка шартларда тора. Аның өстендә газ; газның тыгызлыгы сыеклык тыгызлыгыннан күп мәртәбә кимрәк. Шун¬ лыктан газ молекулаларының В молекуласына тәэсирен исәпкә алмаска да мөмкин, сыеклыктагы молекуляр көчләрнең тәэсире генә кала, аларның бердәй тәэсир итүчесе өслеккә перпендикуляр рәвештә сыеклык эченә юнәлгән. Бу көчләр тәэсирендә молекулаларның бер өле¬ ше сыеклыкның өстеннән сыеклык эченә керәләр. Бу вакытта сыеклыкның өске катламы кысыла һәм бертөрле тартылыш хәлендә була. Сыеклыктагы өске катламның күп кенә үзлекләрен аңлау өчен, аны юка элпә рәвешендә алып тикшерергә кирәк. Ул элпә, үзенең формасына һәм зурлыгына кара¬ мастан, һәрвакытта тартылган хәлдә була. Сабын элпәсе белән ясалган тәҗрибәләрдә бу ачык күренә. 28 нче рәсемдә тимерчыбыктан ясалган боҗра күрсәтелгән, аңа ике ноктада җеп бәйләп куелган. Боҗ¬ рада сыек элпә хасил итсәк, аның өстендә җепнең ничек туры килде, шулай ятканын күрербез (рәс. 28, а). Әгәр җепнең бер ягындагы элпәне ертсак, кайсы яктан ертуга карап, җеп, тартылып, я 28 нче б рәсемен- дәгечә, яисә 28 нче в рәсемендә күрсәтелгәнчә, әйләнә дугасы формасына керер. Җепнең тартылуын аңлату өчен, аның барлык тигез кисәкләренә перпендикуляр юнәлештә һәр ике яктан ти¬ гез көчләр тәэсир итә дип (рәс. 28, г) уйларга кирәк. Менә шул көчләр өслек тартылышы көчләре дип аталалар. Әгәр сабын элпәсе өстенә суда чылатылган җеп эл¬ мәге салсак, элпә бөтен чакта, элмәк ничек туры килде, шулай ятар (рәс. 29). Әгәр инде элмәк эчендәге элпәне ертсак, сабынлы элпә, тигез рәвештә кыскарып, элмәкне тартыр һәм балдак формасына кертер. б) в) Рас. 28 Рас. 29 71
еэ А α> в к U в С Өслек тартылышын микъдар ягыннан тикшерү өчен, тәҗрибә ясыйк. Бюреткага (В) су салып, су әкренләп тамарлык итеп, кранны (7f) аз гына ачыйк (рәс. 30, а). Тамчының акрынлап зурайганын, өзелгәнен һәм төшеп киткәнен күрергә була. Әгәр бюреткадан тамчы чыккан¬ ны экранга проекцияләсәк, тамчы үскән чакта, аның көпшәдәге сыеклыкка тоташкан урыны нечкәрә барган¬ ны күрергә була. Тамчы (СJ шул нечкәргән урыннан (АВ) өзелеп тешә (рәс. 30, б). Димәк, өзелү моментында АВ түгәрәгенең әйләнәсе өске катламның чиге була. Тамчы¬ ны тотып торучы өслек тартылышы көчләре шушы чик буенча өскә таба юнәлеп тәэсир итәләр. Өслек тартылышы көчләре сызыкның бөтен буена тәэсир итәләр, шунлыктан өслек тартылышы зурлыгын сызыкның өзынлык берәмлегенә тәэсир итүче тартылыш зурлыгы белән билгеләргә мөмкин. Өслек тартылышы көченең сыеклыктагы өске кат¬ лам чигенең озынлыгына чагыштырмасы белән үлчәнә торган зурлык өслек тартылышы коэффициенты дип атала. Өслек тартылышы коэффиңиенты σ (грекча «сиг¬ ма») хәрефе белән тамгалана: „ _ F_ I • Монда F — өслек тартылышы көче, I — өске катлау чигенең озынлыгы. Тамчы өзелеп төшәр алдынан, F = Р булыр, ә I = 2π. Димәк, σ = σ = Р 2πr' Берничә тамчының авырлыгын үлчәп, бер тамчы¬ ның уртача авырлыгын билгеләргә мөмкин, г ны көпшә¬ нең эчке радиусына тигез дип алып, формуладан σ ны якынча исәпләп чыгарырга була. Көчне Ньютоннар бе¬ лән, озынлыкны метрлар белән алсак, өслек тартылышы коэффициенты Н/м лар белән үлчәнә. үзлекләрен әйтегез. 1. Сыеклыкның • Алар ничек аңлатыла? 2. Сыеклыкның өслек тартылышы ни сәбәпле барлык- ка килә? 3. Өслек тартылышы коэф¬ фициентын тәҗрибә ярдәмендә табуны аңлатыгыз. 72
27. ПЛАЗМА өлешчә яки тулысынча ионлашкан Бик түбән температураларда барлык җисемнәр дә каты халәттә була. Җылытканда алар каты халәттән сыек халәткә күчә. Җылытуны дәвам иткәндә, сыеклык¬ лар газга әйләнә. Югары температураларда атом һәм молекулаларның хәрәкәт тизлеге шундый зурлыкка җитә ки, алар бәре¬ лешкәндә ионлаша башлый. Матдә яңа халәткә күчә. Аның бу халәтен плазма^ дип атыйлар. Плазма газ ул. Плазмада уңай һәм тискәре корылмаларның тыгыз¬ лыклары бер-берсенә тигез. Плазманы электрик яктан нейтраль система дияргә була. Төрле шартларга карап, плазмада ионлашкан атомнарның концентрациясе төр¬ лечә булырга мөмкин. Әмма тулысынча иөнлашкан плаз¬ мада нейтраль атөм калмый. Җылыту юлы белән ионлаштырудан тыш, плазманы барлыкка китерүнең башка юллары да бар. Атомнарны югары тизлектәге корылган кисәкчекләр белән бәрдереп тә, плазма булдырып була. Мондый плазманы тубән температуралы плазма дип атыйлар. Плазманың үзенә хас үзенчәлекләре бар. Шуңа күрә дә аны матдәнең дүртенче халәте дип атыйлар. Плазмадагы корылган кисәкчекләр артык хәрәкәт¬ чән. Электр һәм магнит кырларында алар бер урыннан икенче урынга җиңел күчәләр. Корылган кисәкчекләр¬ нең концентрациясе төрле булган өлкәләр җиңел тигез¬ ләшәләр. Электр кыры тәэсирендә корылган кисәкчекләр плазманы электрик нейтраль хәлгә китергәнче хәрәкәттә булалар. Молекулалары арасында тәэсир итешү кыска ара¬ ларда гына була торган нейтраль газдан аермалы бу¬ ларак, плазмадагы корылган кисәкчекләр арасындагы тәэсир итешү Кулон законына буйсына. Билгеле бул¬ ганча, бу көчләрнең тәэсире ара ерагайганда бөтенләй туктап калмый. Плазмада һәрбер корылган кисәкчек үзен әйләндереп алган күп сандагы кисәкчекләр белән тәэсир итешә. Шул сәбәпле плазмадагы кисәкчекләр, бернинди тәртибе булмаган җылылык хәрәкәтеннән тыш, тәртипкә салынган коллектив хәрәкәтләрдә дә катна- 'Плазма — грек сузе: plasma — формалашу. 73
шалар. Шуңа күрә плазмада җиңел генә тирбәнешләр һәм дулкыннарның төрле типлары барлыкка килә. Ионлашу дәрәҗәсенә карап, плазманың электр үткәрүчәнлеге дә үзгәрә. Югары температурада тулы- сынча ионлашкан плазма электрны суперүткәрүчәнгә әйләнә. Галәмнең 99 % ы плазма халәтендә. Кояш һәм баш¬ ка йолдызлар тулысынча ионлашкан плазмадан торалар. Йолдызлар һәм галактикалар арасындагы пространство да плазма хәлендә. Бу пространствоның тыгызлыгы зур түгел — 1 CM^ күләмгә бер генә атом туры килә. Мондагы атомнарны космик нурлар һәм йолдызлардан зур тизлек белән килүче кечкенә кисәкчекләр ионлаштыра. Без яшәгән Җир планетасын да плазма чолгап ал¬ ган. Атмосфераны 100—300 км биеклектә ионлашкан газ — ионосфера әйләндереп алган. Атмосфераның юга¬ ры катламнарындагы һава Кояш нурлары һәм Кояштан килүче корылган кисәкчекләр агымы белән ионлаша. Космик очышлар ярдәмендә ионосферадан соң Җирнең радиация пояслары булуы ачыкланды. Бу пояслар да плазмадан тора. Металлардагы ирекле электроннарның үзлекләре плазманыкына охшаган. Ләкин металлардагы уңай ион¬ нар, плазмадагы кебек, ирекле хәрәкәт итә алмый. Плазманы гамәлдә кулланып буламы соң? Газларда дугалы, пыскулы, очкынлы электр бушануларын күр¬ гәнебез бар. Бу бушануларның һәрберсендә дә плазма барлыкка килә. Көн яктылыгы лампаларында, яктырт тыла торган рекламаларда плазма кулланыла. Көн яктылыгы лампаларында терекөмеш парларын¬ да пыскулы электр бушануы була. Пыяла көпшәне мах¬ сус состав — люминофор белән каплыйлар. Лампадагы плазма тәэсирендә люминофор да яктылык чыгара. Лю¬ минофор биргән яктылык көн яктылыгына охшый. Магнит кырында хәрәкәтләнүче кайнар плазма агы¬ мы магнитогидродинамик генераторларда (МГД) кулла¬ ныла. Квантлы көчле яктылык чыганаклары — лазерлар белән без XI класста танышырбыз. Алар да плазмага бәйле. Космик корабльләрдә зур булмаган плазма двига¬ тельләре куллану уңайлы. Соңгы елларда техникада плазмотрон киң кулла¬ ныла. Плазматронда барлыкка килгән куәтле плазма 74
агымы металларны кискәндә, эретеп ябыштырганда, каты токымнарны бораулаганда уңышлы кулланыла. Физиклар идарә итә торган дәвамлы термотөш ре¬ акциясе булдыру турында күптән хыялланалар. Бу эштә алар уннарча миллион градуслы югары температуралы плазманы куллануның уңыш китерәчәгенә ышаналар. 1. Плазма дип нәрсә атала? 2. Көнкү- * рештә плазмага мисаллар китерегез. 3. Җирдә һәм космик пространствода плазма нинди процесслар нәтиҗәсендә барлыкка килә? Мәсьәлә чишү үрнәкләре Бу бүлектәге мәсьәләләрне чишү өчен, механик де¬ формация вакытында чагыштырма озынаю, механик көчәнеш, Гук законы, сыеклыкларның өслек тартылышы коэффициенты формулалары кулланыла. 1 нче мәсьәлә. Диаметры 2 см булган корыч таякны 3,14 • 10® Н көч белән деформациялиләр. Таякның чагыштырма озынаюын табарга. Корычның Юнг модуле Е = 2 • .10“ Па. Бирелгән: D = 2 см Е = 3,14- 10≡ Н Е = 2 • 10^^ Па Чишү. Гук законы буенча, 4 ■ ∣≡∣ = f =⅛^ = lε∣ = А:Е τzD^E 4-3,14-10° 3,14-4-10^^-2-10*^ ε = ? = 0,005. 2 нче мәсьәлә. Диаметры 0,8 мм, озынлыгы 3,6 м булган җиз чыбык 25 Н көч тәэсирендә 2 мм га озыная. Җизнең Юнг модулен табарга. Бирелгән: Zθ = 3,6 м D = 0,8 мм Е = 25Р \1 = 2 мм Чишү. Гук законыннан табабыз: Ek . S∣ΔZ∣ ’ 4:Fk π∏2∣∆∕∣ ≈ 9 • 10^θ Па. 4∙25∙3,6 3,14-64-Ю® ∙2∙ 10 ,~з Е = 7 S = Е = Е = 75
3 нче мәсьәлә. Өслек тартылу коэффициентын исәпләү өчен, ачык башының диаметры 2 мм булган та¬ мызгыч алганнар. 40 тамчының массасы 1,9 г булса, суның өслек тартылу коэффиңиенты күпме булыр? Бирелгән: D = 2 мм п = 40 т = 1,9 г Чишү. Р _ ⅛ σ = 2πr 2πD‘ бер тамчының авырлыгы: Ро = = Шк •0 п • Бу кыйммәтләрне куеп, өслек тартылу көэффиңиентын табабыз: Ро т, σ = 7 σ = 2πD∙n 2∙3,14∙2∙10 ≡∙40 А 4 нче күнегү 1. 20 м биеклектәге кирпеч бинаның ни¬ гезендәге механик көчәнешне исәпләр¬ гә. Кирпечнең тыгызлыгы 1800 кг/м^. 2. Аркылы кисем мәйданы 2,5 мм^ бул¬ ган 5 м озынлыктагы үткәргеч 100 Н көч тәэсирендә 1 мм га озынайган. Үт¬ кәргечтәге көчәнешне һәм Юнг модулен табарга. 3. Абсолют һәм чагыштырма озынаюны тикшерә торган тәҗрибәдә тәэсир итүче көчне элеккечә калдырып, шул ук ма¬ териалны диаметры һәм озынлыгы ике тапкыр зурракка алыштырсак, нәтиҗә үзгәрерме? 4. Тәҗрибәдә аркылы кисем мәйданы 1 мм^, озынлыгы 1 м булган корыч чы- 2∙mq 2∙1,Q∙1O~^1Q ≈ 8 • 10’2 (H∕M≡). бык 200 Н көч тәэсирендә 1 мм га озы¬ ная. Тәҗрибәне озынлыгы 3 м, аркылы кисем мәйданы 0,5 мм^ булган корыч чыбык һәм 300 Н лы йөк белән ясасак, озынаю күпме булыр? 5. Радиусы 0,2 мм булган көпшәдә 3 см биеклеккә күтәрелсә, бензинның өслек тартылу коэффиңиенты күпме булыр? Бензинның тыгызлыгы 700 кг/м®. 6. Су өстенә саклык белән генә җеп са¬ лыгыз. Җепнең бер ягына эфир тамызы¬ гыз. Җеп кайсы якка күчәр? Ни өчен? 7. Су өстенә шырпы куегыз. Шырпыдан ерак түгел урында шикәр кисәген суга тигезегез. Шырпы урынында калырмы? Ни өчен? О Эксперименталь мәсьәләләр Молекулаларның массасын билгеләү Максат: физика кабинеты шартларында җитди тәҗрибәләр кую һәм катлаулы исәпләүләр уздыру мөмкинлеген күрсәтү. Җиһазлар: зур пыяла савытның ике башына да бөкеләр аша пыяла көпшәләр урнаштырылган. Пыя¬ ла көпшәләрне ачу һәм ябу өчен, краннар куелган. Бер 76
пыяла көпшәгә бюретка урнаштырыла, икенче көпшәгә шланг ярдәмендә сыеклыклы манометр тоташтыралар (рәс. 31). ⅛ V Рәс. 31 Эшкә күрсәтмәләр Беренче көпшәдән бюретка аша пыяла савытка бе¬ раз (1—2 CMθ) сыек эфир кертелә. Эфир, тиз генә парга әйләнеп, савыт эчендә туенмаган пар барлыкка китерә. Бу парга карата идеаль газ законнарын кулланырга була: т о = ^. Рэ у • Монда pθ — эфир парларының тыгызлыгы. Тыгызлыкны (1) Рэ = Vo (2) формуласы ярдәмендә дә табып булыр иде. Монда τnθ — бер молекула массасы, nθ — күләм берәмлегендә молеку¬ лалар саны. Формулаларның уң якларын тигезләсәк, o = y⅝ (3) килеп чыга. Газлар өчен кинетик теориянең төп тигез¬ ләмәсен (p = nθ⅛Γ) файдаланып, эфир парларының кон¬ центрациясен табабыз: яг, л, (4) 0 ⅛Γ∙ Монда р — газ халәтендәге эфирның парциаль ба¬ сымы, k — Больцман константасы, Т — абсолют темпе¬ ратура. Бу басым манометрдагы һ биеклегендәге сыеклык баганасы белән тигезләнеп тора: р = [)qh. Монда р — манометр сыеклыгының (терекөмешнең) тыгызлыгы, р ның кыйммәтен (4) формулага куябыз: = £2^ кТ ■ п, '0 (5) 77
т, '0 (3) формуладагы т урынына эфир парларының тыгызлыгы (pθ) һәм күләм (У) тапкырчыгышын язабыз: = т _ _ Pa⅛2L Vkq y⅜ pqħ Таблицадан кирәкле саннарны алып: һ = 1,38 × × Дж/град, pθ = 0,7 • 10^ кг/м®, р = 13,6 • 10® кг/м®, температура — бүлмә температурасы, бер эфир молеку¬ ласы массасы τnθ не исәпләгез. Һ.ава молекула¬ сының уртача квадратик тизлеген табу Максат: лаборатория шартларында физик тәҗри¬ бәләр һәм математик исәпләүләр ярдәмендә теориянең дөреслеген исбатлау. Җиһазлар: ике башлы зур пыяла савыт. Савытның башларындагы резин бөкеләр аша кранлы пыяла көп¬ шәләр урнаштырылган. Пыяла көпшәләрнең берсен ре¬ зин шланг аша Комовский насосына, икенчесен маномет¬ рга тоташтырабыз (рәс. 32). Резин шланг Рәс. 32 Манометр Насос Эшкә күрсәтмәләр Әгәр дә савыттагы һаваның бер өлешен насос ярдә¬ мендә тышка чыгарсак, күләм берәмлегенә туры килгән молекулалар саны кимер, ләкин һава молекулаларының уртача кинетик энергияләре, ягъни аларның уртача ква¬ дратик тизлекләре, үзгәрешсез калыр. Бер үк күләмдәге һәм температурадагы, әмма ба¬ сымнары һәм массалары τn∣ һәм Рз» ^2 булган бер үк газ өчен молекуляр-кинетик теория тигезләмәләрен язабыз: p^V = p^ — ∙g m^ . (1) (2) 78
υ lsm (1) тигезләмәдән (2) тигезләмәне алып табабыз: 3(Pι-Pa)^ ЗАрУ - m2 Мәсьәләне чишү өчен, тәҗрибәне түбәндәгечә дәвам итәбез: 1) һаваны чыгарганчы һәм һаваны чыгаргач, манө- метр ярдәмендә савыттагы басым үлчәнә, ∆p табыла; 2) үлчәү һәм үлчәүлекләр ярдәмендә һава массалары үлчәнә, ∆τn табыла; 3) савытка су тутыру юлы белән, күләм (υ) үлчәнә; 4) математик исәпләүләр башкарыла. Максат: тәҗрибә шартларында физик теорияне ныгыту. Җиһазлар: штатив, резин шнур, йөкләр, линейка, штангенциркуль. Резинның эластиклык * модулен (Юнг модулен) исәпләү A 1 А- В- О 2 В α> б) в) Рас. 33 Эшкә күрсәтмәләр Юнг модулен үлчәү җайланмасы 33 нче рәсемдә күрсәтелгән. Юнг модуле Е = FI S(l - I,) формуласы буенча табыла. Монда F — эластиклык көче, резин шнурга элеп куелган йөкнең авырлыгы, S — дефөрмацияләнгән резин шнурның (яки тасма) аркылы кисеме, Zθ — шнурның (яки тасма) сузылганчы АВ нокталары арасы (рәс. 31, б), I — шнур сузылганнан соң, АВ нокталары арасы. Шнур түгәрәк булса, аның аркылы кисеме S = —формуласы белән исәпләнә. 79
Бу очракта Е = 4J'⅛ πD∖l-lo) була. Йөкләрнең авырлыгы F динамометр, шнурның диа¬ метры штангерциркуль, АВ кисемтәсе линейка белән үлчәнә. Математик исәпләүләр нәтиҗәсендә Юнг моду¬ ле табыла. Берничә күрсәткечтән уртача нәтиҗә чыга¬ рыла. «Сыеклыклар. Каты җисемнәр. Плазма» бүлегендәге белемнәрнең иң мөһимнәре 1. Молекулаларының яки атомнарының бер-берсенә карата урнашулары һәм аларның хәрәкәтенең характеры буенча матдәләр дүрт төрле халәттә булалар. 2. Каты җисемнәр күпчелек очракта кристалл халәтендә булалар. Кристаллар анизотропия үзлегенә ия: төрле юнәлешләрдә аларның физик үзлекләре төрлечә. Кристаллардай аермалы буларак, аморф матдә атомнарының урна¬ шуында тәртип юк. Аморф матдәләрнең эрү һәм кату температуралары да юк. 3. Эластиклык деформациясе вакытында механик көчәнеш чагыштыр¬ ма озынаюга туры пропорциональ була: σ = K∣ε∣. Монда σ — көчәнеш — эластиклык көченең җисемнең аркылы кисем мәйданына чагыштырмасы, Е — җисемнең эластиклык үзлекләрен сый¬ фатлаучы Юнг модуле, ε = А/ ^0 — җисемнең деформация вакытында чагыш- тырма озынаюы. 4. Сыеклык молекулаларының хәрәкәтчән булуы сәбәпле, сыеклыклар агучанлык үзлегенә ия. Алар нинди савытка салсаң, шуның формасын ала. σ = Сыеклыкның өске катламы тартылган хәлдә була. Бәр сыеклыкның үзенә хас өслек тартылу коэффициенты бар: σ Монда σ — өслек тартылу коэффициенты, F — сыеклыкның өслек тартылу көче, I — өске катлам чигенең озынлыгы. 5. Өлешчә яки тулысынча ионлашкан газны плазма дип атыйлар. Плазма югары температурада зур тизлек белән хәрәкәт итүче молекула¬ лар һәм атомнарның бәрелешеп ионлашуыннан барлыкка килә. Плазманы матдәнең дүртенче халәте дип атыйлар.
ТЕРМОДИНАМИКА 28. Темодинамиканың төп төшенчә¬ ләре. 29. Җылылык күренешләрендә энергия саклану законы. 30. Термодинамиканың беренче законы. 31. Җылылык двигательләре. 32. Суыткычлар, кондиционерлар. 33. Табигатьтә физик процессларның башлангыч халәтенә кайту сәләте бармы? 34. Термодинамиканың икенче зако¬ ны. 35. Кабат термодинамиканың беренче һәм икенче законнары турында. 36. Энергетика һәм экология кризис¬ лары. 37. Фаза күчешләре. Эрү, кристалла¬ шу, пар ясалу һәм пар куеру. 38. Сыек кристаллар. XIX гасырда галимнәрнең җылылык күренешләрен өйрәнүе производствода һәм транспортта җылылык ма¬ шиналарын куллану белән бәйләнгән. «Термодинами¬ ка» термины «therme» һәм «dynamis» латин сүзләреннән алынган «җылы» һәм «көч» дигәнне аңлата. Термодина¬ миканы элек «җылы көче» дигән төшенчә белән бәйлә¬ гәннәр. Хәзерге вакытта термодинамика физиканың төр¬ ле төрдаге энергияләр бәйләнешен һәм узара әверелешен өйрәнуче булеген тәшкил итә. Термодинамика аерым молекулалар яки атомнар белән түгел, ә бик күп кисәкчекләрдән торучы макро¬ скопик җисемнәр белән эш итә. Шул сәбәпле термодина¬ микада матдәләрнең үзлекләрен макроскопик зурлыклар (басым, температура) белән күрсәтәләр. Бер молекуланың басымы яки температурасы дип әйтү — мәгънәсезлек. Макроскопик җисемнәр (савыттагы газ, сыеклык, әйләнә-тирәдәге теләсә нинди предмет) термодинамик система тәшкил итәләр (шул ук газ, сыеклык, плане¬ талар, Кояш Һ.6.). Термодинамик системаларның төп узлеге — макроскопик зурлыклары даими булган халәт¬ кә, ягъни тигезләнеш халәтенә омтылу. Тигезләнеш халәте системага тышкы тәэсир булмаган очракта гына күзәтелә. Термодинамика энергия саклану законы ачылган¬ нан соң барлыкка килә. Термодинамиканың нигезендә эчке энергия төшенчәсе ята. Термодинамика җисемнәр эчендә булган зур энергияне файдалануны, ягъни меха¬ ник энергиядән эчке энергиягә күчүне тәэмин итә. Термо¬ динамика — физиканың, механик эш башкару өчен, эчке энергияне файдалану мөмкинлекләрен өйрәнуче булеге. 28. ТЕРМОДИНА¬ МИКАНЫҢ ТӨП ТӨШЕНЧӘЛӘРЕ 81
Җисемнең эчке энергиясе җисемне тәшкил итуче кисәкчекләрнең (атомнар яки молекулалар) хаотик җылылык хәрәкәте (кинетик энергия) һәм шул кисәк¬ чекләрнең үзара тәэсир итешүе (потенциаль энергия) белән сыйфатлана. Эчке энергия кисәкчекләрнең кине¬ тик һәм потенциаль энергияләре суммасына тигез була. Эчке энергия җисемнең термодинамик халәтен бик төгәл билгели, ягъни, күләм, басым һәм температураның зурлыгы билгеле булганда, эчке энергиянең дә кыйммәте билгеле була. 1. Термодинамика нәрсә өйрәнә? 2. Эчке * энергия үзгәреше ысулларын әйтегез. 3. Термодинамик система нәрсә ул? 4. «Физика-8» дәреслегендәге тагын кай¬ сы төшенчәләр термодинамика бүлегенә карый? 29. ҖЫЛЫЛЫК КҮРЕНЕШЛӘ¬ РЕНДӘ ЭНЕРГИЯ САКЛАНУ ЗАКОНЫ 9 нчы сыйныф өчен физика дәреслегендә «Сакла¬ ну законнары» бүлегендә җисемнең (системаның) тулы механик энергиясе, ышкылу көчләре булмаганда, даи¬ ми була, ягъни саклана дип исбатлаган идек. Әгәр дә ышкылу көче булса һәм аңа каршы эш башкарылса, җисемнең эчке энергиясе арта, механик энергия эчке энергиягә әверелә. Эчке энергия җисемнең микрофизик халәтен сый¬ фатлый. Эчке энергия ике төрле ысул белән үзгәрергә мөмкин (рәс. 34): макрофизик ысул — эш башкару, меха¬ ник хәрәкәтнең җылылык хәрәкәтенә әверелү проңессы, әверелү чарасы — эш’, микрофизик ысул — җылы бирү яки җылы алмашу, җылылык хәрәкәтенең бер җисемнән икенче җисемгә бирелү проңессы, җылы алмашу про- ңессында җисем алган яки биргән энергия үлчәме — җылылык микъдары (рәс. 35). Эш һәм җылылык микъ¬ дары эчке энергия үзгәрешен сыйфатлый. Рәс. 34 ια Рәс. 35 һ A 82
XIX гасыр урталарында немец галимнәре Р. Майер һәм Г. Гельмгольц, инглиз галиме Д. Джоуль тәж,- рибәләрендә башкарылган эшнең зурлыгы эчке энергия үзгәрешенә санча тигез булуын исбатлаганнар. Йомык системадагы барлык җисемнәрнең механик һәм эчке энергияләре суммасы даими зурлык була. Башкача әйкәндә, бик күп тәж,рибәләр һәм күзәтү¬ ләр нигезендә энергия саклану законнары түбәндәгечә әйтелә. Табигатьтә энергия юктан бар булмый һәм юкка чыкмый: энергия микъдары үзгәрешсез, ул бер формадан икенче формага гына күчә. Энергия саклану законы табигатьнең барлык күре¬ нешләре белән идарә итә, аларны барысын да бергә ж,ыя, берләштерә. 9 1- Механик энергия саклану законы * ни сәбәпле ышкылу көче булмаган оч¬ рак өчен генә дөрес була? 2. Эчке энер¬ гия үзгәрешенең микрофизик ысулын аңлатыгыз. Мисал китерегез. 3. Эчке энергия үзгәрешенең макрофизик ысу¬ лын аңлатыгыз. Мисал китерегез. 4. Энергия саклану законы нигезен¬ дә табигать күренешләре ничек берләш¬ терелә? Энергия саклану законы нигезендә җисемнең эчке 30. ТЕРМО- энергиясе үзгәреше җисемгә бирелгән җылылык микъ- ДИНАМИКАНЫҢ дары һәм шул җисем белән башкарылган эш суммасына тигез була: БЕРЕНЧЕ ЗАКОНЫ ΔC∕ = Q + А. ΔC∕ — җисемнең эчке энергиясе үзгәреше; Q — җисемгә бирелгән җылылык микъдары; A — җисем белән башкарылган эш. Җылылык күренешләрендә энергия саклану законы термодинамиканың беренче законы дип атала. Әгәр җисем (яки система) изоляцияләнгән булса, ягъни җылылык алмашу булмаса (Q = 0), җисем белән эш башкарылмый (А = 0) һәм аның эчке энергиясе үз¬ гәрми. Йомык, изоляцияләнгән җисемнең (системаның) эчке энергиясе үзгәрми, саклана. Эчке энергиянең газ башкарган эшкә әверелүе — термодинамиканы кызыксындырган төп сорау. Шуны исәпкә алып, термодинамиканың беренче законын түбән¬ дәгечә әйтәләр. 83
Җисемгә бирелгән җылылык микъдары җисемнең эчке энергиясен узгәртугә һәм куелган көчнең шул җисем белән эш башкаруына сарыф ителә: Q = \и + А. Хәзер термодинамиканың беренче законының төрле изопроцессларда ничек кулланылуын карыйк. 1. Изохорик проңесста газның күләме үзгәрми, даими (АУ = 0). Димәк, газ эш башкармый (А = 0). Газ¬ ның эчке энергиясе бары тик җылы бирү хисабына гына үзгәрә, газның басымы һәм температурасы молекула¬ ларның уртача кинетик энергиясе арту белән үзгәрә. Термодинамиканың беренче законы изохорик про¬ ңесста түбәндәгечә була; ΔZ7 = Q. 2. Изотермик проңесста температура даими (АГ = 0) булу сәбәпле, җисемнең эчке энергиясе үзгәрми (АУ = 0), газга бирелгән җылылык микъдары тулысы белән эш башкару өчен сарыф ителә. Термодинамиканың беренче законы изотермик про¬ ңесс өчен түбәндәгечә була: Q =А. 3. Изобарик проңесста газның басымы даими (Ар=0), димәк, газга бирелгән җылылык микъдары (Q) газны җылыту һәм механик эш башкару өчен сарыф ителә. Q = AU ■+■ А. Термодинамиканың беренче законы изохорик про¬ цесс шартларында газның бары тик җылытканда гына киңәюен күрсәтә. 4. Адиабатик процесс җылылык изоляцияләнгән җисемне (системаны) сыйфатлый. Җылылык изоляция¬ ләнгән җисем дип әйләнә-тирәдәге җисемнәр белән энер¬ гия алмашуы булмаган җисемне атыйлар: Q = 0. Адиабатик процесс газның эчке энергиясен шул газ башкарган эшкә бик нәтиҗәле итеп күчешен тәэмин итү өчен кулланыла. Адиабатик процесс җылылык изо¬ ляцияләнгән системадагы термодинамик процессны сый¬ фатлый. Адиабатик процесс өчен термодинамиканың беренче законы түбәндәгечә була: AU + А = 0 яки -А = -MJ 84
Газ адиабатик киңәйгәндә, аның температурасы кими, чөнки молекулаларның уртача кинетик энергиясе кими. Адиабатик кысканда газның температурасы күтә¬ релә, пешкәк белән эластик бәрелү нәтиҗәсендә, газ моле¬ кулаларының уртача кинетик энергиясе арта (рәс. 36). Савытка насос ярдәмендә һава тутырсак (рәс. 37), бөке атылып чыга. Савытта томан барлыкка килә. Газ¬ ның бөкене бәреп чыгару өчен механик эше аның энер¬ гиясе кимү хисабына башкарыла. Велосипед, мотоцикл яки автомобиль тәгәрмәчлә¬ рендәге камераны тутырган вакытта, насосның җылы¬ нуын сизгәнегез бардыр. Моның сәбәбе: газны насос пешкәге ярдәмендә кыскан вакытта, аның эчке энергиясе арта, чөнки газ белән эш башкарыла. Ә газны бик тиз кысканда, аның температурасы бик югары күтәрелә. Әле¬ ге күренеш дизель двигательләрендә кулланыла: пешкәк белән кысылган газның температурасы арта, сиптереп җибәрелгән ягулык кабынып китә. Җәй көне Җир атмосферасында болытлар хасил булу да табигатьтәге адиабатик процесска мисал булып тора. Нава, Кояш һәм Җир белән җылынып, өскә менә, адиабатик шартларда киңәя һәм салкыная. Навадагы су парлары туендырылмаган халәттән туенган халәткә күчә, һава парлары конденсацияләнә, шулай итеп, су тамчысы кисәкчәләреннән торган болыт барлыкка килә (рәс. 38.) Болытның потенциаль энергиясе күк күкрәү, яшен яшьнәү, яңгыр яки боз рәвешендә бушана. Зур болытта вак тамчылар рәвешендә миллион тон¬ нага якын су булырга мөмкин. Казан галимнәре кирәк вакытта яңгыр яудыру яки игеннәрне боз сугудан саклау проблемасы өстендә күптән эшлиләр. Грузия, Молдавия, Украина һәм Урта Азиядә виноград бакчаларын боз сугудан саклау өчен, Казан, Обнинск, Долгопрудный шәһәрләрендәге галимнәр иҗат иткән технологияләрне кулланалар. Болыттагы су тамчыларының температурасы һәм басымы кинәт кимегән вакытта, боз ясалу процессы баш¬ лана: бик вак тоз һәм тузан кисәкчекләренә вак су там¬ чылары утыра. Боз кисәкчекләре 6 кг авырлыкта булган, боз сугып, филне үтергән, самолет канатын җимергән очраклар да бар. Боз кисәкчекләренең үлчәмнәрен болытта кур¬ гаш яки көмеш йодиды бөркетен кечерәйтеп була, боз Рәс. 36 *. „М Рәс. 37 <5 ⅝ ! I 85
Кояш энергиясе Рас. 38 Болыт Эссе һава күтәрелә Җилләр ■И] Болыт Яшен Яңгыр яки боз а? урынына яңгыр яки кар ява. Әлеге технологияләрне күп илләрдә кулланалар. 38 нче рәсемдә Казан технология университеты про¬ фессоры, техник фәннәр докторы Н. Тимофеев һәм аның ж,итәкчелегендәге фәнни төркем, болытка кирәкле мат¬ дәләрне җибәрү ^чен, ракета ясаган. Q 1. Механикада энергия саклану ' за- • конын искә төшерегез. Мисаллар ярдәмендә аңлатыгыз. 2. Җылылык күренешләрендә энергия саклану за¬ конын әйтегез. 3. Механикада һәм җылылык күренешләрендә энергия саклау законы нәрсә белән аерыла? 4. Термодинамиканы кызыксындырган сорау нигезендә термодинамиканың бе¬ ренче законын әйтегез. » 31. ҖЫЛЫЛЫК Хәзерге машиналарда һәм механизмнарда меха- ДВИГАТЕЛЬЛӘРЕ ник эш, нигездә, эчке энергия хисабына башкарыла. Җылылык двигателе шуңа мисал булып тора. Җылылык двигателе — ягулыкның эчке энергиясен механик энергиягә әверелдерүче җайланма ул. Җылылык двигательләрен тормышта киң кулла¬ ну — күп сандагы галимнәр, инженерлар хезмәтенең нәтиж,әсе ул. Алар арасында җылылык двигателе тео¬ риясен беренче булып эшләүче француз галиме Н. Кар¬ но, инженерлардан инглиз уйлап табучысы Д.Уатт (егәрлек берәмлеге аның исеме белән атала — ватт), бе¬ ренче пар машинасын уйлап табучы И. Ползу нов һ.б. олы шәхесләр бар. Җылылык двигателе озак вакыт дәвамында эш баш¬ карсын өчен, газны периодик рәвештә баштагы халәтенә кайтарырга (ягъни аны кысарга) һәм киңәю процессын I t 86
кабатларга кирәк. Эш башкаручы җисемне (газны) баш¬ тагы халәткә кайтару өчен кирәк булган термодинамик процесс цикл д,ш1 атала. Җылылык двигателендә өч төп элемент бар (рәс. 39): эш башкаручы җисем (газ) (ул киңәйгәндә, эш башка¬ рыла); җылыткыч (яндыра торган ягулык, эш башкару¬ чы җисемгә җылылык бирә); суыткыч (әйләнә-тирәдәге һава, су). Газ изобарик киңәйгәндә башкарылган эш A = р&У була. 40 нчы рәсемдә күрсәтелгән цикл ике изохорик (2—3, 4—1) һәм ике изобарик (1—2, 3—4) процесстан тора. Газның күләме дән Уд гә кадәр киңәйгәндә, аның басымын изохорик шартларда дән pg гә кадәр киметәләр, ә күләмен изобарик шартларда башлангыч күләмгә кадәр кысалар. Әлеге циклда эш бары тик изо¬ барик процесста гына башкарыла: газ киңәйгәндә, күбрәк эш башкарыла; газ кысылганда, азрак эш башкарыла (Р1 Р2). Димәк, двигатель (пешкәк), газ киңәйгәндә, күбрәк механик энергия ала, ә газны кысканда, азрак механик энергия бирә. Бер циклда газ башкарган фай¬ далы эш тигез: A=p,fV2~VJ-P2(^2-yi>)∙ Җылыткычтан газ температурадагы җылы¬ лык микъдары ала, суыткычка газ Гд температурадагы Q2 җылылык микъдары бирә. Термодинамиканың берен¬ че законы нигезендә двигательнең файдалы эше газның җылыткычтан алган җылылык микъдары белән газ¬ ның суыткычка биргән җылылык микъдары Qg аерма¬ сына тигез була: Аф = - Qg* Двигатель башкарган файдалы эшнең (A^) газ¬ ның җылыткычтан алган җылылык микъдарына (Q) Р £ Qj Җылыткыч т. 1 2 Эш башкаручы җисем ∖v 4^ \\ 3 Рәс. 39 Q2 A — Q2 Суыткыч Г. 2 0 У Рәс. 40 87
25% 10% 25% 40% чагыштырмасы җылылык двигателенең файдалы эш коэффициенты (җылылыкны файдалану коэффициенты) дип атала: η = _ Q1 Q2 Q ~ Q1 4 3 2 1 Qι Q2 Q1 Рәс. 41 Шул ук формула процентларда: η = . юо %. <⅛ι 41 нче рәсемдә автомобильләрдә кулланыла тор¬ ган эчке янулы двигательнең энергетик балансы күр¬ сәтелгән. 1. Җылылык двигательләре кайларда • кулланыла? Аның төп элементларын атагыз. 2. Җылылык двигательләрендә нинди энергия әверелешләре бара? 3. Термодинамик процесс циклы нәрсә ул? 4. Газ бер циклда А = Pγ(V2 - - “ P2(^^2 ~ файдалы эш башкара. Әле¬ ге формуланың мәгънәсен аңлатыгыз. 32. СУЫТКЫЧ¬ ЛАР, КОНДИ¬ ЦИОНЕРЛАР Суыткыч машиналарны һәрберебез өйдә ашамлык¬ ларны суыту өчен файдаланабыз. Суыткыч машиналар¬ да да, җылылык двигательләрендәге кебек, өч төп эле¬ мент бар. Җылылык двигательләреннән суыткычларның төп аермасы — җылылык кире юнәлештә күчә, ягъни салкын җисемнән җылы җисемгә. Билгеле, моның өчен эш башкарырга кирәк. Суыткычларда бу механик эшне электр двигателе башкара. Димәк, суыткычлар ашамлыкларны суыталар, ә бүлмәдәге һаваны җылыталар. Суыткычларда махсус сыеклыклар (фреон, аммиак һ. б.) файдаланыла: алар, парга әйләнгәндә, зур микъдардагы җылылыкны үзлә¬ ренә йоталар. Шул рәвешчә, суыткычлар ашамлыкларны әйләнә-тирәдәге һава температурасыннан түбәнрәк тем¬ пературада сакларга ярдәм итә. Суыткыч циклын җылылык машиналары белән ча¬ гыштырганда, газ циклны каршы юнәлештә башкара — түбән температурада киңәя, газ салкын җисемнән җылы ала, ә югары температурада кысылганда, ул җылыны тагын да җылырак җисемгә бирә (рәс. 42). Суыткычта газны электр энергиясе хисабына эшләүче компрессор кыса (рәс. 43). Суыткычның ишеген ачып, җылы алмаштыручы көпшәләрне балконга чыгарсак, суыткыч бүлмәдәге һава¬ дан җылыны үзенә ала, ә җылы алмаштыручы көпшәләр җылыны урам һавасына бирәләр. Башкача әйткәндә. 88
Бүлмәдәге һава ¾ = Урамдагы һава ¢3 Qι + A A Эш башкаручы җисем Ашамлыклар Q Электр тогының эше Эш башкаручы җисем Бүлмәдәге һава Электр тогының эше Рәс. 42 Рәс. 43 Тутыру көпшәсе К о § а ∙β о о л о •в ft о § W ф fit а о W Парга әйләндергеч Суыру көпшәсе Рәс. 44 бүлмә һавасы суына, урам һавасы җылына. Кондиционер нәкъ шул принципта эшли (рәс. 44). Әгәр суыткыч белән җылы алмаштыручы көпшәләр¬ нең урыннарын алыштырсак, бүлмә, киресенчә, җылына, ә урам һавасы салкыная. Кайбер кондиционерлар әлеге принципта да эшли алалар. Шул ук принципта җылыту насослары да эшли. Q 1. Суыткычның җылылык двигателен- * нән төп аермасы нәрсәдә? Аларның нинди уртаклыклары бар? 2. Суыткыч һәм кондиңионерның эш принңибын аңлатыгыз. 3. Өйдә кулланыла торган суыткычларның ФЭК күпме? 4. Конди¬ ционерларны кайларда кулланалар? Энергия саклану законын масса саклану законы белән яраштырып булса да, ул әле табигатьтә бара торган теләсә нинди процессны аңлата ала дигән сүз түгел. Гади математик маятникны алсак (рәс. 45), по¬ тенциаль энергиянең кинетик энергиягә һәм кинетик энергиянең потенциаль энергиягә әверелү яки маятник¬ ның тулы бер тирбәнештән соң элекке хәленә кайту¬ ын күрәбез. Димәк, гади математик маятникта энергия 33. ТАБИГАТЬТӘ ФИЗИК ПРО¬ ЦЕССЛАРНЫҢ БАШЛАНГЫЧ ХАЛӘТЕНӘ КАЙТУ СӘЛӘТЕ БАРМЫ? 89
Рәс. 45 Рәс. 46 әверелешләре процессны башлангыч халәтенә кайтарыр¬ га сәләтле икән. Бу очракны энергия саклану законы тулысы белән аңлатып бирә. Бүлмәне җылыту өчен куелган мичне алсак, эш башкачарак тора. Мич биргән җылылык тулысы белән бүлмә һавасын җылытуга китә. Әлеге процессны энер¬ гия саклау законы аңлатып бирә. Шулай да тулысы белән аңлата алмый, чөнки һавадагы җылылык яңадан мичкә күчми, мичне җылытмый (рәс. 46). Күп төрле тәҗрибәләр күрсәткәнчә, җылылык энер¬ гиясе ирекле равешта җылы җисемнан салкын җисемгә гена куча, кире юналештаге процесс беркайчан да бул¬ мый. Димәк, бу очракта без кайтма булмаган процесс белән эш итәбез. Газлар белән эшләгән экспериментлар да соңгы очракны исбатлый. Цилиндрдагы газны адиабатик шарт¬ ларда кысып, көпшәне җибәргәч, газның күләме, басымы һәм температурасы башлангыч хәлгә кайталар. Газда¬ гы җылылык энергиясе яңадан механик эшкә әверелә. Димәк, адиабатик процессның башлангыч халәткә кайту сәләте бар икән (кайтма процесс). Әгәр дә газ изотермик шартларда кысылса, бу про¬ цесс, һичшиксез, кайтма булмаган процесс була. Кы¬ сылган газның җылысы, әйләнә-тирәдәге һаваның тем¬ пературасы түбән булганда, ирекле рәвештә беркайчан да цилиндрга кире кайтмый, механик эшкә әверелми. Температура үзгәрешен бик кечкенә, ә цилиндрдан читкә куелган термостатны (температураны билгеле бер дәрәҗәдә саклау аппараты) чиксез зур дип исәпләсәк, әлеге ясалма шартларда җылылык күчеше ике юнәлештә дә бара, газның температурасы үзгәрми. Бу процессны кайтма проңесс дип карарга була, аны практикада тор¬ мышка ашырып булмаса да, ул теоретик яктан әһәмиятле күренеш булып тора. Шулай итеп, табигатьтә ике төрле процесс була: кайтма һәм кайтма булмаган процесслар. Чынлыкта кайтма процесс була алмый, чөнки ме¬ ханик процессларда (шул исәптән без карап киткән мисалларда да) ышкылу яки җылылык күчеше күре- нешләреннән котылып булмый. Кайтма процессны тулы¬ сы белән бары тик идеаль экспериментта гына күзаллап фикерләп була. Максималь мөмкин булган механик эшне җылы¬ лык энергиясе хисабына бары тик башлангыч халәтенә 90
кайтырга сәләтле булган кайтма процессларда гына алып була. 1. Нинди процесс кайтма һәм нинди * процессны кайтма булмаган процесс дип атыйлар? 2. Ни өчен адиабатик процессны кайтма процесс дип атый¬ лар. 3. Изотермик процессны кайтма булмаган процесс дип атыйлар. Моның сәбәбе нәрсәдә? 4. Кайтма һәм кайт¬ ма булмаган процессларны мисаллар ярдәмендә аңлатыгыз. Күзәтүләр һәм тәҗрибәләр күрсәткәнчә, термо¬ динамиканың беренче законы кирәкле шарт булса да, теләсә нинди процесс өчен ул тулы шарт була алмый. Энергия саклану законы үтәлә торган бик күп идеаль эксперимент — процесслар уйларга була, ләкин алар — тормышка ашмый торган процесслар. Математик маятникны энергия саклану законы нигезендә озак вакыт тирбәнә дип карап киттек. Өйдә маятник ясап, дәрескә киткәндә тирбәтеп калдырыгыз. Сез кайтканда ул, һичшиксез, туктаган булыр. Шулай итеп, табигатьтә энергия саклану һәм әве¬ релү законыннан башка теләсә нинди процессның юнә¬ лешен һәм кайтма булмавын билгеләүче башка закон бар. Бу закон термодинамиканың икенче законы дип атала. Немец физигы Р. Клаузиус термодинамиканың икенче законын түбәндәгечә әйтә: җылылык үзенндн-узе азрак җылынган җисемнән күбрәк җылынган җисемгә күчү процессы мөмкин түгел. Термодинамиканың икенче законын җылылык ма¬ шиналары теориясендә нигез булып торучы закон дип карарга була. Механик энергияне эчке энергиягә әверелдерү өчен ике җисем җитсә, эчке энергияне механик энергиягә әверелдерү өчен җылылык двигателендә өченче җи¬ сем — эш башкаручы җисем — ягулык булырга тиеш икәнен без инде карап киткән идек. Эш башкаручы җисем җылыткычтан алган җылы¬ лык микъдарының бер өлешен механик эшкә әверелдерә, ә икенче өлешен суыткычка бирә. Әгәр дә җылылык дви¬ гателе суыткычтан башка эшли алса, ягулыкның эчке энергиясе тулысы белән механик энергиягә әверелер, ягъни кайтма процесс барлыкка килер иде. 34. ТЕРМО- ДИНАМЙКАНЫҢ ИКЕНЧЕ ЗАКОНЫ дай ■ γ ∙. ∖ Рудольф Клаузиус (1822—1888) — күре¬ некле немец физик- теоретигы. Термо¬ динамиканың икен¬ че законын ачучы, энтропия төшенчә¬ сен фәнгә кертүче. Физик процесслар¬ ны статистик күзал¬ лауның үсешен тәэ¬ мин итүче. 91
Мондый двигатель җылыткычтан башка да эшли алыр, ә эшче җисем булып температурасы абсолют нуль- дән югарырак булган безнең тирәлектәге тәләсә нин¬ ди матдә, теләсә нинди әйбер була алыр иде. Асылда, бу мәңгелек двигатель булыр иде. Ә мондый процесс термодинамиканың икенче законына каршы килә. Шуннан чыгып, икенче законга инглиз физигы У. Кельвин түбәндәге билгеләмә бирә: икенче төр мәң¬ гелек двигатель тормышка аша алмый. Бер генә җылылык двигателе дә суыткычтан баш¬ ка эшли алмый, ягъни җылылыкның югалуы котылгы¬ сыз: ^2 ~ — җылыткыч биргән җылылык; А — җылыткыч двигателе башкарган механик эш. Француз инженеры Карно җылылык двигателенең максималь мөмкин булган файдалы эш коэффициентын түбәндәге формула белән күрсәтә: •• η = Q1 Q*2 Q1 • 100 %. Соңгы формула теоретик мәгънәдә генә кулланыла. Чөнки практикада җылыткыч биргән җылылыкны да, югалган җылылык микъдарын да үлчәп булмый. Прак¬ тикада куллану өчен уңайлы формула кабул ителгән: η = Tι-T, • 100 %. суыткычның температурасы; — җылыткычның температурасы; ^2 η — идеаль двигательның ФЭК, монда энергиянең барлык югалу очраклары да исәпкә алынган. Q 1. Механик энергия саклану законы * нинди очракларда үтәлми? 2. Термо¬ динамиканың икенче законы нәрсә өчен кирәк? 3. Мәңгелек двигательне ничек күз алдына китерәсез? Ни өчен ⅞ι ~ Q Q1 ул термодинамиканың икенче законына каршы килә? 4. Ни өчен Карно тәкъ- Q - ДИМ иткән формула η = —⅛—- • 100 % теоретик мәгънәдә генә кулланыла? 92
Термодинамиканың беренче законы табигатьтәге процессларның юнәлешенә карата бернинди дә күрсәтмә бирми. Изоляцияләнгән система өчен, мәсәлән, беренче закон бары тик барлык процессларда да системаның энер¬ гиясе даими булуны гына таләп итә. 47 нче рәсемдә систе¬ маны ике халәттә (1 һәм 2) дип алсак, термодинамиканың беренче законы система 1 нче халәттән 2 нче халәткә яки 2 нче халәттән 1 нче халәткә күчәме дигән сорауга җавап бирә алмый. 35. КАБАТ ТЕР¬ МОДИНАМИКА¬ НЫҢ БЕРЕНЧЕ ЬӘМ ИКЕНЧЕ ЗАКОННАРЫ ТУРЫНДА Р п PΓ~ 1 Pa-- 2 1 I I I Тг 2 о К V V. 2 1 Рәс. 47 Адиабатик изоляцияләнгән системада ике җисем арасында җылылык күчеше = -Qg шартына буйсына: беренче җисем алган җылылык микъдары икенче җисем биргән җылылык микъдары ¢3 ^ә тигез була. Җылылыкның нинди юнәлештә күчкәнен термодина¬ миканың беренче законы билгели алмый. Җылылык үзеннән-үзе азрак җылынган җисемнән күбрәк җылын¬ ган җисемгә күчү проңессы була алса, беренче закон аңа каршы килмәс иде. Термодинамиканың икенче законы, киресенчә, та¬ бигатьтә була торган процессларның юнәлешен билге¬ ли. Икенче закон тагын температураның санча үлчәме турындагы мәсьәләне чишә. Беренче закон, җисем тер¬ модинамик тигезләнеш халәтендә булганда, аның төрле макроскопик параметрлары арасындагы күп кенә төгәл санча бәйләнешләрне (термодинамик бәйләнешләр) күр¬ сәтә ала. 93
36. НИ СӘБӘПЛЕ ТАБИГАТЬТӘ ПРОЦЕССЛАР КАЙТМА БУЛМЫЙ? оооө ооооо оооө ооооо оооо ооооо оооо ооооо а; ООО 000 ООО оооо ООО 000 ООО оооо ООО 000 ООО оооо ООО 000 б) Рэс. 48 1 о а) Әлеге сорауга җавап бирү өчен, җисемнәрнең өз¬ лексез хаотик хәрәкәттә булган бик күп кисәкчәләрдән торганын искә төшерик. Идеаль газны башта савытның яртысын, аннан, бүлеп торучы әйберне алгач, савытның бөтен күләмен биләгәнен күрәбез (рәс. 48, а, б). Газның басымы, температурасы савытның теләсә кайсы бүлем¬ тегендә бердәй, ягъни газ тигезләнеш халәтенә күчә. Газның молекулалары бөтен күләмдә хәрәкәт итсәләр дә, системаның макроскопик параметрлары үзгәрми. Газның молекулалары яңадан савытның ярты өле¬ шенә үзләре җыелалар дигән фикер практик яктан мөм¬ кин түгел. Газның бушлыкка булган киңәюе — кайтма булмаган проңесс. Газ молекулаларын пешкәк ярдә¬ мендә савытның ярты өлешенә җыеп була. Ә менә газ¬ ның барлык молекулалары да үзләреннән-үзләре, ирек¬ ле рәвештә ни өчен савытның ярты өлешенә җыелмый икән соң? Моның сәбәбе: газ гаять күп молекулалардан тора. Әгәр дә молекулалар аз булса, алар савытның яртысын гына биләп тора алырлармы икән? Савытта бер генә молекула булса, төрлечә бүле¬ нү ысулы була (^ = 2), молекула савытның я беренче, я икенче яртысында була. Бердәнбер молекуланы савыт¬ ның теләсә кайсы яртысында табу ихтималлыгы 50 % (рәс. 49). Савытта ике молекула (га = 2) булса, алар савытның теге яки бу яртысында булу мөмкинлекләренең гому¬ ми саны N = 4 = 2^ була (рәс. 50). Бер генә очракта кисәкчекләрнең икесе дә савытның сул як яртысында булу ихтималлыгы 25 %. Теләсә нинди сандагы (га) кисәкчекләр өчен йомгак¬ лап шуны әйтергә була: кисәкчекләрнең савытта уң як яртысында урнашу мөмкинлекләрнең саны N = 2" була. Бер генә очракта барлык кисәкчекләр дә савытның уң яки сул яртысында булырлар. 1 о 1 моль матдәдә газ молекулалары саны га = Бу очракта савытның теге яки бу яртысында молекула¬ ларның урнашу ихтималлыгы = 2” = алдына китерә алмаслык зур сан. Шул санның бер оч¬ рагында барлык молекулалар да савытның бер ягында җыелырлар. Әлеге очракның ихтималлыгы нульгә тигез дип карарга була. .23 , бу — күз б) Рәс. 49 94
1 о 1 о 1 о 2 о 2 о 1 о 2 о 2 о а) б) в) г) Рэс. 50 Табигатьтә еш очрый торган диффузия күренеше — кайтма булмаган процесс. Сәбәбе алда аңлатылганча. Димәк, табигатыпа бара торган термодинамик процессларның кайтма булмавының сәбәбе: купләгэн кисәкчекләрдән торган йомык система үзлегеннән тәр¬ типле халәттән тәртипсез халәткә кучә. 1. Термодинамиканың беренче зако- • нының физик мәгънәсен аңлатыгыз. 2. Термодинамиканың икенче зако¬ нының физик мәгънәсен аңлатыгыз. 3. Табигатьтәге кайтма процессларны аңлатып бирегез. 4. Кайтма булмаган процесс, гадәттә, статистик юл белән аңлатыла. Моның сәбәбе нәрсәдә? Энергетик кризис — бүген цивилизациянең иң кис¬ кен проблемасы. Икътисад үсеше өчен энергиягә ихтыяҗ бик нык арта. Ә энергия җитештерү өчен, ягулык запасы сизелерлек кими бара. Җир шарында нефть, газ кебек ягулыклар тагын 30 яки 40 елга гына җитәрлек дип фаразлыйлар. Энергия саклану законы нигезендә энергия саклана бит, энергетик кризисның сәбәбе нәрсәдә дигән сорау туа. Кыенлык механик энергиягә әверелдерү өчен кирәк бул¬ ган энергиянең җитмәвендә. Җылылык двигательләрендә ягулык янганда хасил булган җылылык энергиясе меха¬ ник энергиягә әверелә. Бу әверелеш — кайтма булмаган процесс, энергетик кризис шул процессның нәтиҗәсе булып тора. Шул сәбәпле дөньяда нефть бәясе даими арта, кай¬ чандыр нефтьне саткан илләр бүген аны үзләре сатып ала (Кытай 1993 елга кадәр нефть саткан булса, хәзер елына 150 млн баррель сатып ала, АКШ һәм Япониядән соң өченче урында). Теләсә кайсы илдә нефтькә ихтыяҗ арта барганны да искә алсак, чама белән 10 елдан соң нефтьне сатып алу мөмкинлеге бетәчәк дип тә фаразлыйлар. 37. ЭНЕРГЕТИКА ҺӘМ ЭКОЛОГИЯ КРИЗИСЛАРЫ 95
Россиядә нефть табу елдан-ел кими: 2004 ел — 11 %, 2005 ел — 7,9%, 2006 ел — 2,2%. Татарстанда иң күп нефть 1975 елда җитештерелгән — 103,7 млн т, ә 2007 ел¬ да — 31,94 млн т. Энергиянең башка төрен, альтернатив ягулык эзләү дөньякүләм мәсьәлә булып тора. Кызганыч¬ ка каршы, бу мәсьәләне хәл итү буенча Җир шарында әлегә уртак фикерләр юк. Энергетик кризиска карамастан, җылылык двига¬ тельләре нигезендә эшли торган машиналар саны бик нык арта бара. Россиядә елына 3 млн га, Казанда гына җиңел автомобильләр саны 50 мең чамасы артып тора. Җылылык двигательләрендә ягулык янганда хасил бул¬ ган продуктлар барысы да атмосферага чыгарыла һәм атмосфераны пычрата. Алар арасында кеше, хайван ор¬ ганизмнары, үсемлекләр өчен зарарлы матдәләр: углерод оксиды, күкерт кушылмалары, кара кургаш һ.б. бар. Ягулык янганда, кислород файдаланыла, атмосферада кислород кими. Шулай итеп, икенче зур проблема — экологик кризис проблемасы туды. Электр станцияләрендә, атмосферага чыга торган зарарлы матдәләрне тоткарлау өчен, чистарту корылма¬ лары урнаштыралар. Автомобильләрдә андый корылма¬ лар ясау шактый катлаулы булу сәбәпле, перспективада ягулыкны тулысы белән яндырып бетерү, бензинны водо¬ род белән алмаштыру, электромобильләр ясау кебек бик катлаулы һәм бик кирәк булган мәсьәләләр тора. Атмосферага зарарлы матдәләрнең яртысыннан ар¬ тыгын бик күп төрле транспорт чаралары чыгара. Бензин яга торган карбюраторлы яки инжекторлы эчке янулы двигательләр урынына дизель куллану да экологик яктан шактый отышлы, дизельдә кулланыла торган ягулыкта кургашлы катнашмалар юк, шул сәбәпле детонация кур¬ кынычы да юк. Вакыт узган саен, экологик кризис куркынычы да арта бара. Җир атмосферасында күмер, нефть, газ ягу нәтиҗәсендә ел саен өстәмә 20 млрд тонна углекислый газ артып тора. Бик куркыныч нәтиҗәләргә китерүче глобаль җылыну күренешләре инде үзләрен сиздерә баш¬ ладылар. Q 1. Энергетик кризисны мисаллар яр- • дәмендә аңлатыгыз. 2. Экологик кри¬ зисны мисаллар ярдәмендә аңлатыгыз. 3. Энергетик һәм экологик кризисның сәбәпләрен ни өчен бетермиләр? 4. Сез 96 яшәгән урында нинди экологик кризис күренешләре бар? 5. Безнең планетага нинди куркыныч яный? Җирне саклау өчен, сез нәрсә эшли аласыз? Моның өчен кешеләр нәрсә эшлиләр?
I Күзәтүләр матдәнең төрле физик халәттә яки фазада була алуын күрсәтәләр. Мәсәлән, суның өч төрле агрегат халәте (су — су пары — боз) — аның өч төрле фазасы бар (рәс. 51). Эру — матдәнең кристаллик халәттән сыек халәткә күчүе ул. Кристаллашу — эрүгә кире проңесс, матдәнең сыек¬ лык халәттән кристаллик халәткә күчүе. Эксперимент күрсәткәнчә, эрү процессында җисемнең температура¬ сы даими була. Бу температураны эру температурасы дип атыйлар. Матдәнең эрү температурасы даими булу сәбәпле, бозның эрү температурасы (яки суның кату тем¬ пературасы) температураның Цельсий шкаласының төп ноктасы итеп алган. Газларның эрү температуралары бик түбән: водород -259 °C та сыек халәткә әйләнә. Металларның эрү тем¬ пературалары бик югары: тимер 1539 °C та, ә терекөмеш -39 °C та эри. 8 нче сыйныф физика дәреслегендә без «Матдәнең агрегат халәте үзгәрү» дигән бүлектә эрү температура¬ сы, чагыштырма эрү җылылыгы кебек төшенчәләрне өйрәнгән идек. Биредә сүз фаза кучеше турында бара. Суның өч төрле агрегат халәте аның өч төрле фазасын билгели. Ләкин матдәнең фаза һәм агрегат халәте төшенчәләре үзара тәңгәл түгел. Матдә бер үк агрегат халәтендә төрле фазаларда булырга мөмкин. Алмаз һәм графит, мәсәлән, каты углеродның ике төрле фазасы (алмазның тыгызлыгы 3,5 • 10^ κr∕Mθ, ә графит¬ ның 1,6 • 10® кг/м®). Гадәти майлау материалын кул¬ ланып булмаган очракта — бик түбән яки бик югары температураларда майлау материалы итеп графит кул¬ ланыла. т Парга 1 f әйләнү/ 38. ФАЗА КҮЧЕШЛӘРЕ. ЭРҮ, КРИСТАЛЛАШУ, ПАР ЯСАЛУ ЬӘМ КОНДЕНСАЦИЯ Сыеклык Эрү ноктасы Эрү Каты җисем t Рәс. 51 97
Матдәнең эрү ноктасына түбәндәгечә билгеләмә бирелә: билгеле бер басым астында матданең каты һам сыек фазалары тигезланеш халатендаге (вакытындагы) температурасы матданең apγ ноктасы дип атала. Билгеле бер басым бу очракта нормаль атмосфера басымын күрсәтә. Басым үзгәрү эрү ноктасы үзгәрүгә сәбәп булып тора. Пар ясалу — матдәнең сыек халәттән пар халәтенә күчү проңессы. Ә матдәнең каты халәттән пар халәтенә күчү проңессы сублимация дип атала. Пар ясалганда (парга әйләнгәндә), сыеклыктан тиз хәрәкәт итүче, ягъни кинетик энергиясе сыеклыкта молекулаларның үзара тартышу көчен җиңә алган мо¬ лекулалар гына чыгып китә ала. Бу очракта сыеклык¬ та калган молекулаларның уртача кинетик энергиясе кими, сыеклыкның температурасы да кими (барлык молекулаларның уртача кинетик энергиясе сыеклык температурасы зурлыгын билгели). Пар ясалу проңессы сыеклыкның өслегендә генә бара. Сыеклык өслегенең мәйданын арттырып яки ки¬ метеп, пар ясалу проңессын тизләтеп яки акрынайтып була. Пар ясалу проңессы теләсә нинди температурада бара. Сыеклыкның температурасы күтәрелсә, пар ясалу проңессы тизрәк була. Атмосфера басымы кимегән очракта, пар ясалу про¬ ңессы тизләнә, сыеклыктан аерылган молекулаларның кире сыеклыкка кайту ихтималлыгы кими. Пар ясалу проңессы сыеклыкның бөтен күләмендә дә барса, бу — сыеклыкта кайнау проңессын сыйфатлаучы күренеш була. Сыеклыкта туенган пар басымы айлана- тирадаге басымга тигез булган очрактагы температу¬ раны сыеклыкның кайнау ноктасы дип атыйлар. Пар куеру (конденсаңия) проңессын ябык савытка салынган сыеклык үзенең күләмен озак вакыт саклап торуы күрсәтә. Пар ясалу проңессы беркайчан да тукта¬ мый, кинетик энергиясе җитәрлек булган молекулалар сыеклык өслегеннән аерылып китәләр. Шулай булгач, өзлексез пар ясалу процессы белан бер үк вакытта нин¬ дидер компенсациялау (элекке халәт кайту) проңессы булырга тиеш. Бу проңесс пар куеру (конденсация) про¬ цессы дип атала, пар молекулалары кире сыеклыкка әйләнеп кайталар, ягъни пар сыеклык халәтенә — сыек¬ лык фазасына күчә. 98
Ябык савытта сыеклыкның күләме саклану пар яса¬ лу һәм куеру проңесслары динамик тигезләнеш хәлендә булу белән аңлатыла. Үзе хасил булган сыеклык белән динамик тигезлә¬ неш хәлендә булган пар туенган пар дип атала (сыек¬ лыктан аерылып чыгучы молекулалар саны белән сыек¬ лыкка кайтучы молекулалар саны тигез булган очрак). Әгәр туенган парның температурасы кимесә, аның басымы да кими. Шул сәбәпле, даими басым булганда, су парларының чагыштырма дымлылыгы температура төшү белән арта. Чагыштырма дымлылык 100% ка — чык ноктасына җитәргә мөмкин, бу очракта су парының куеру процессы башлана, ягъни чык төшә. Чык төшү күренешен иртәнге сәгатьләрдә, тәүлек¬ нең иң салкын вакытында күзәтергә мөмкин (чык там¬ чылары үләннәрдә, кышын бәсләнгән агачларда була; бәс — кристаллашкан сыеклык). Q 1. Фаза күчеше нәрсә ул? Мисаллар ки- * терегез. 2. Матдә сыеклык халәтеннән газ, ә газ халәтеннән сыеклык халәтенә нинди температурада күчә ала? 3. Пар яки сыеклык дип матдәнең нинди халә¬ тен сыйфатлыйлар? Алар нинди фаза¬ ларга туры килә? 4. Нинди шартларда чык төшә? Мисаллар китергез. Күп кенә матдәләр өч төрле халәттә булырга мөм¬ кин: каты, сыек, газ халәтендә. Ә кайбер өрганик мат¬ дәләр аерым бертөрле халәттә — бер үк вакытта каты (кристалл) халәттә һәм агучанлык сыйфатына ия булалар. Кристалл һәм сыеклык сыйфатына бер үк вакытта ия булган матдәләр халәтен сыек кристалл дип атыйлар. Матдәләр сыек кристалл халәтендә билгеле бер тем¬ пература интервалында гына булалар. Сыек кристаллны җылытканда, ул — гадәттәге сыеклыкка, ә суытканда кристаллга әверелә. Әлегә ике төр сыек кристаллар билгеле. Аның бе¬ ренче төрендә мөлекулалар якын тәртиптә һәм үзара параллель урнашалар. Икенче төрендә молекулалар кат¬ ламлап урнашалар. Нәр катлам үзара параллель булган молекулалардан тора, ә бер катлам ийенчесенә карата якын тәртиптә була. Суда эрегән сабын сыек кристаллны барлыкка ки¬ терә. Сабынның юу үзенчәлеге сыек кристалл хасил итә алу сәләте белән бәйләнгән. 39. СЫЕК КРИСТАЛЛАР 99
Рәс. 52 Рәс. 53 Сабын эремәсе сыек кристалл булып тора, ул су катламы белән бүленгән бик күп сандагы икешәр кат¬ лам молекулалардан тора (рәс. 53). Сабын молекула¬ лары катлам эчендә тыгыз итеп, якын тәртиптә урна¬ шалар. Кулны сабын белән юганда, бер катлам икенче¬ сенә карата бик җиңел шуа. Молекулаларның тискәре электр корылмасы булган өлеше, кулдагы әшәкене үзе¬ нә алып, суга бирә. Сыек кристаллның гади бер төре — нематика {грек¬ ча «нема» — «җеп» сүзеннән алынган), аның молеку¬ лалары озынча җепкә охшаган (рәс. 52). Нематика молекулаларының ориентаңиясе сыек кристаллның барлык өлешендә дә булмый, ә бәлки домен дип атал¬ ган зур булмаган өлешендә генә була. Ике домен чи¬ гендә яктылыкның өлешчә кайтарылуы һәм сынуы күзәтелә. Шул сәбәпле нематикалар, сөт кебек, үтә күренмәүчән. Нематиканы үтә күренә торган кристаллга әйлән¬ дереп була. Нематика чигендәге пыяла пластинканың өстен йон тукыма белән сөрткәндә, аңарда микробуразна- лар хасил була. Нематиканың озын молекулалары шул буразналарга урнашалар (рәс. 53), алар калган молеку¬ лаларны да үзләренчә урнаштыралар. Нематиканы ара¬ лыклары 0,01—0,1 мм булган ике параллель пластинка арасына куеп, параллель вак буразналарда барлык мо¬ лекулалар да бер юнәлештә булган очракта, аның моно¬ кристаллы үтә күренмәле була. Пыяла пластинкаларга эчке яктан үтә күренмәле һәм ток үткәрә торган кургаш оксиды катламын сөртә¬ ләр. Пластинкалар арасын (10—30 мкм) сыек кристалл белән тутыралар. Күп сандагы элементлар һәм катлау¬ лы идарә итү электрон схемалары белән сыек кристалл җайланмалары хәзерге вакытта телевизор экраны булып хезмәт итәләр. 100
Мәсьәлә чишү үрнәкләре 1 нче мәсьәлә. Суыткычта 20 °C тагы 500 г су 2 сәг эчендә -10 °C тагы бозга әверелә. Җылылыкның судан аерылып чыгу тизлеген табыгыз. Бирелгән: т = 500 г = 0,5 кг ∆⅛ι = 20 °C Δ ⅛2 = -10 °C t = 2 сәг = 120 мин Дж кг - ’С Дж боз ^∙^^'"κr-°c λ = 3,4 • 10® Дж/кг с, су с, Чишү. Су 0 °C ка кадәр суынганда, аерылып чыккан җылылык: Q1 = τnc,y∙∆ij = 42 000 Дж. Су бозга әверелгәндә аерылып чыккан җылылык: Q2 = ^zn; Q2 = 1,7 • 10≡ Дж. Боз -10 °C ка кадәр суынганда аерылып чыккан җылылык: ^3 = "i∙⅛3-Δ⅛ Qg = 10 500 Дж. Гомуми аерылып чыккан җылылык: Q — Q1 ÷ Q2 ^*^ ^3’ Q = 2,2 • 10® Дж. 1 сәгатьтә аерылып чыккан җылылык: - ∙^∣5 = 4200 = 2100 Q ^гомуми t = 2 Q _ 2,2 • 10^ Дж _ 5 Дж ≠ о z>∙¾n ’ л»^т1 2 сәг сәг 1 минутта аерылып чыккан җылылык: = 1833 Дж/мин ≈ 30 Дж/с « 30 Вт. t Суыткычта бик күп җылылык аерылып чыга, шуңа күрә суыткыч һава яхшы алмашына торган урында ур¬ нашкан булырга тиеш. Суыткычларны фатирдагы шкаф эчләренә урнаштыру аларның сафтан чыгуына китерергә мөмкин. 101
2 нче мәсьәлә. Массасы 2 кг булган суның тем¬ пературасын 15 °C тан 60 °C ка күтәрү өчен, 100 °C тагы күпме пар кирәк булыр? Бирелгән: τn = 2 кг = 15 °C i, = 60 °C 1 '2 Дж су кг • °C L = 2,3 • 10® Дж/кг с, = 4200 пар = ? Чишү. "1, ■L + т, пар пар су пар zn, пар су • ∙ t '<iy L + Cey∆i√ 0,16 кг. 1 Q 1. Газ изотермик процесста кысы- * ла. Әлеге газ бу очракта җылылыкны аламы яки бирәме? 2. Газга нинди¬ дер микъдарда җылылык бирелә. Бу очракта газның температурасы төшәргә мөмкинме? 3. Кайнау процессы парга әйләнү процессыннан ни белән аерыла? Алар арасында нинди уртаклык бар? 4. Газлы су булсын өчен, су аша угле¬ кислый газ үткәрәләр. Бу вакытта су¬ ның температурасы азрак түбән төшә. Моның сәбәбе нәрсәдә? җылыткычтан Д 5 нче күнегү 1. Җылылык двигателендә эш башка¬ ручы җисем — газ 1 кДж энергия ала һәм шул ук вакытта 700 Дж җылылыкны суыткычка бирә. Двигательнең ФЭКн табыгыз. 2. Җиңел автомобиль 100 км юлда 9 кг бензин яга. Хәрәкәт тизлеге 90 км/сәг, двигательнең ФЭК 40% булса, аның егәрлеген табыгыз. 3. Идеаль җылылык машинасында җы¬ лыткычтан алынган һәр килоджоуль энергия хисабына 300 Дж эш башкары¬ ла. Суыткычның температурасы 280 К булган очракта, җылыткычның темпе¬ ратурасы күпме булыр? 4. 27 °C тагы 12 моль гелийның эчке энергиясе күпме булыр? 5. Термодинамик системага 200 Дж җылылык бирелгән. Бу вакытта систе¬ ма 300 Дж эш башкарган. Әлеге тер¬ модинамик системаның эчке энергиясе ничек үзгәргән? 6. Газның эчке энергиясе, 10^ Дж җылылык алгач, 2 • Ю'* Дж гә арткан. Бу очракта газ нинди зурлыктагы эш башкарган? 7. Массасы 2 • 10® т булган поездны, 72 км/сәг тизлек белән барганда, тор¬ моз ярдәмендә туктаталар. Поездның тормоз системаларында күпме җылы¬ лык барлыкка килә? 102
2 Эксперименталь мәсьәләләр Максат: кристаллик һәм аморф җисемнәрнең эрү проңессын күзәтү, күзәтелгән аерымлыкларны билгеләү. Җиһазлар: аш тозы, графит, боз, пыяла (көпшә), спиртовка. Эшкә күрсәтмәләр Сыеклык катканда, кайбер очракларда кристалл, ә кайбер очракларда аморф җисемнәр хасил булыр¬ га мөмкин. 54 нче рәсемдә аш тозының (NaCl) крис¬ таллик рәшәткәсе (кристалл структурасының моделе) күрсәтелгән. Эксперименталь мәсьәләдә түбәндәге күренешләрне күзәтеп кристаллик һәм аморф җисемнәрдәге аерымлык¬ ларны билгелибез. Аморф һәм кристаллик җисемнәрнең төп аерым¬ лыклары аларның структурасында күзәтелә: аморф җисемнәрдә — изотропия, кристалларда — анизотро¬ пия. Кайбер җисемнәрнең ныклыгын (агач, гофрланган яки сырланган кәгазь, аш тозы, слюда) тикшергәндә, аларның ныклыгы төрле юнәлештә төрлечә була. Ә кай¬ бер җисемнәрнең (дәфтәр бите, пластилин) ныклыгы тик¬ шерү юнәлешенә карап үзгәрми. Икенче аерма: җылытканда кристалл йомшармый, билгеле бер температурада эри башлый, боз эрегәндә, тамчы тамганда, боз каты хәлдә була (55 нче рәсемдә бозны җылыту проңессы күрсәтелгән, 56 нчы рәсемдә аның графигы бирелгән). Кристаллик һәм аморф җисемнәрнең эрү процесс¬ ларындагы аерымлык¬ ларны тикшерү Рәс. 54 Рәс. 55 •эрү1 Эрү Рәс. 56 t 103
А Рәс. 57 А D В ' Аморф җисемне җылыту Рәс. 58 ► Вакыт Аморф җисем җылытканда йомшара (рәс. 57), аның билгеле бер эрү температурасы юк. 58 нче рәсемдәге гра¬ фикта АВ сызыгы аморф җисемнең каты хәле, ВС — җисем ике хәлдә: сыек һәм каты хәлдә (В ноктасында каты хәлдә, С ноктасында сыек хәлдә дип әйтерлек). CD кәкре сызыгы аморф җисемнең сыек хәленә туры килә (АВ, ВС, CD сызыклары барысы да — кәкре сызыклар). Бирем 1. Аш тозын ватканда, кристаллар хасил булганны, слюданы пластинкаларга аерган очракларны эшләгез һәм күзәтүләрегезне аңлатыгыз. Слюда пластинкасына энә очын куеп, энәгә җиңелчә генә бәргәндә, слюдада алты почмаклы йолдызчык формасында (нурлар арасы 60°) ярыклар барлыкка килә. Моның сәбәбен аңлатыгыз. 2. Каты (бозлы) конфет ачык булганда, ул шикәр кристаллары белән каплана, ә пыяла аның өстендә кри¬ сталлар барлыкка килү сәбәпле тоныклана. Моның сәбә¬ бен аңлатыгыз. Газ параметрларын башлангыч (p∣, Γj) һәм соңгы халәттә (р2, V2) закон тигезләмәсенә куйсак, ⅛ 13,6 + A Z1-Z, _ 13.6 ^2 ^^ '2 ⅛ була. Бирем 59 нчы рәсемдә күрсәтелгән эксперименталь җай¬ ланма ярдәмендә Бойль — Мариотт законының дөресле¬ ген тикшерегез. Беркетелгән көпшәнең бөкесен (5) шлангка су сал¬ ганда ачарга, суның өслеге беренче көпшәнең аскы өле¬ шендә, икенче көпшәнең өске өлешендә үзара тигез бул¬ гач, бөкене ябарга кирәк. Закон тигезләмәсенең уң һәм сул яклары үзара ти¬ гез булса, законның дөреслеге исбатланган була. 104
1 ii1 1i ⅛"1 4 6 5 t¾ oq S ∣∙ СЧ1 ≡ -с 0 5 2 3 а) 7 б) Рәс. 59 Максат: артык туенган су эремәсендә төрле матдә кристалларының үсеш процессын эксперименталь кү¬ зәтү. Җиһазлар: 80 тапкыр зурайта торган микроскоп (физика кабинетында булмаса, химия, биология каби¬ нетларында бар), натрий хлоридының, гипосульфитның туендырылган эремәләре, пыяла пластинка һәм таяк¬ чыклар. β> Эрегән кристаллик матдәдә кристаллар үсешен күзәтү Эшкә күрсәтмәләр Пыяла пластинкадагы әремә тамчылары яхшы кү¬ ренсен өчен, пыяла өстенә карандаш яки ручка белән нокта куеп, шуңа микроскопны ачык сурәт булырлык итеп көйләргә кирәк. Пыяла пластинка өстендә туендырылган эремә там¬ чысы юка катлам ясап җәелеп китә, су тиз арада парга әйләнә, эремә артык туендырылган фазага күчә, һәм кри¬ сталлашу процессы башлана. Микроскоп белән тамчының кырыена игътибар белән карарга кирәк, чөнки беренче кристаллар, гадәттә, тамчының кырыенда хасил булалар. Бирем Эксперименталь мәсьәләнең нәтиҗәсе булып-кри¬ сталл үсеше процессын, ягъни күзәтүне язарга һәм ми¬ кроскопта күренгән сурәтләрне (натрий хлориды һәм гипосульфид эремәләре) ясарга кирәк. 105
Максат: ике термодинамик халәттәге газ параметр¬ ларын чагыштыру юлы белән Бойль — Мариотт законын юл белән тикшерү Бойль—Мариотт законын эксперименталь эксперименталь тикшерү. Җиһазлар: газ законнарын өйрәнү өчен кулланыла торган прибор, барометр, штатив, 300X10 мм үлчәмендә миллиметрлы кәгазь кисәге, линейка. Эшкә күрсәтмәләр Бойль — Мариотт законы даими температурада газ¬ ның басымы һәм күләме арасындагы бәйлелекне бил¬ гели: Р1^1 = Р2^2- Бу законның дөреслегенә инану өчен, башлангыч, соңгы халәттә газның басымын (р^, Pg) һәм күләмен (V"ι, Vg) үлчәү җитә. Тикшерүнең төгәллеген арттыру өчен, тигезләмәнең ике буыныннан да P2^1 ≡θ алырга кирәк була: Р2 Р1 ~ Р2 1 ^1(Р1-Р2)=2’2(^2-^1)- Законның тигезләмәсен Vj V2 - рәвешендә язып була. Газ законнарын өйрәнү өчен булган прибор 50 см озынлыгындагы ике пыяла көпшәдән тора (рәс. 59, а), алар 1 м озынлыгындагы резин шланг (3) белән тоташ¬ тырылган. Пыяла көпшәнең берсен (2) аска төшереп бер¬ кетәбез дә шлангны су белән тутырабыз. Атмосфера басымын барометр ярдәмендә үл¬ чибез. Башлангыч халәттә (рәс. 59, б) беркетелгән көпшә¬ дәге (1) газның күләмен = s - Z∣ формуласы белән исәплибез. Газның басымы: Р1 = (Ратм (⅛∣ — көпшәләрдәге су тигезлегенең аермасы (мм). 13,6 — суның тыгызлыгы терекөмеш тыгызлыгыннан шулчаклы кимрәк). Көпшәне (2) өскә күтәреп (рәс. 59, в), көпшәдәге (1) газ күләменең кимегәнен күрәбез: ^2 ~ ® ~ ^2' Л, + —S—) ММ тер. баг. 13,6 106
Газ басымының соңгы халәттәге кыйммәтен исәплибез: Р2 атм Һ. + Jh-) мм тер. баг. 13,6 «Термодинамика» бүлегендәге белемнәрнең иң мөһимнәре Термодинамика — макроскопик системаларның гомуми әверелешләре турындагы теория. Эчке энергия — җисем кисәкчекләре хаотик хәрәкәтенең кинетик энергиясе һәм үзара тәэсир итүче кисәкчекләрнең потенциал энергиясе суммасы. Термодинамиканың беренче законы (җылылык күренешләре өчен энергия саклану законы): системага бирелгән җылылык микъдары шул системаның эчке энер¬ гиясен үзгәртүгә һәм система башкарган эшкә тотыла: Q = ∆i7 + A. Термодинамиканың беренче законы: 1) изохорик процесс өчен Q = ДС/; 2) изотермик процесс өчен Q = А; 3) изобарик процесс өчен Q = Δ [/ + А; 4) адиабатик процесс өчен А = -AU. Җылылык двигателенең файдалы эш коэффициенты: А Q А — двигательнең 1 циклда башкарган эше; Q — җылыткычтан алынган җылылык микъдары.яы Л T-j^ — җылыну температурасы; Т2 — суыткыч температурасы. TepjHθ5uziαjκuκακbt⅛ икенче законы (табигатьтә кире кайтмау процес¬ сын раслау): җылылык двигателендә җылыткычтан алынган барлык җылылык микъдарын механик эшкә әверелдереп булмый. Термодинамиканың икенче законын статистик нигезләу. Бик күп кисәкчекләрнең йомык системасы үзлегеннән бик тәртипле халәттән аз тәртипле халәткә күчә (аз ихтималлы халәттән күбрәк ихтималлы халәткә күчә). • 100%. η = • 100 %. ^max
ЭЛЕКТР КҮРЕНЕШЛӘРЕ Хәзерге вакытта электр энергиясеннән башка яшәүне күз алдына китерү дә кыен. Көндәлек тормышта биналарны яктырту, җылыткыч приборлар, телеграф, телефон, телевидение, радио, хисаплау машиналары, компьютерлар, интернет һ.б. — барысы да электр энергиясе ярдәмендә башкарыла. Заводларда, фабрикаларда, шахталарда, рудникларда электр двигательләре катлаулы механизмнарны һәм станокларны хәрәкәткә китерә. Металлургиядә электр мичләрендә югары сортлы корыч һәм башка кыйммәтле металлар табыла. Химия сәнәгатендә һәм тимер юл транспортында да электр энергиясе киң кулланыла. Авыл хуҗалыгында да электр энергиясенең әһәмияте гаять зур. Монда электр энергиясе яктырту өчен дә, сыер саву өчен дә, сарык йоны алганда да, су җылыту өчен дә, авыл хуҗалыгындагы продукцияне эшкәртү өчен дә кулланыла. Электр энергиясен гамәлдә куллану техник прогрессның яңа юнәлеш¬ ләрен барлыкка китерде; электрорадиотехника, электрохимия, теле¬ видение, телемеханика, автоматика, нанотехника шундыйлар. Хәзерге техникада электр ярдәмендә эшләүче идарә ителә торган катлаулы маши¬ налар — роботлар — кешеләрне авыр физик эштән азат итәләр. Нинди сыйфатлары электр энергиясен шулай киң кулланышка керт¬ те соң? Электр энергиясен югалтуларсыз диярлек башка төр энергиягә әве¬ релдереп була. Шулай ук электр энергиясен үткәргечләр аша ерак ара¬ ларга тапшырып була. Электр күренешләрен өйрәнү нәтиҗәсендә барлыкка килгән фәнни мәгълүмат матдә төзелеше, табигать күренешләре турында безнең белем¬ нәрне тирәнәйтә. Болар барысы да физика курсында электр күренешләре бүлегенең мөһимлеге турында сөйли. Урта мәктәпне тәмамлаганда, һәр кешедә электр күренешләре турында теоретик мәгълүмат һәм практик күнекмәләр булырга тиеш. Менә шуңа күрә дә алдагы бүлекләрдә электродинамиканы өйрәнү¬ гә керешәбез. Электродинамика ул — физика фәненең электр һәм магнит күренешләрен өйрәнә торган бүлеге. Бу күренешләрдә электр корылмалары булган җисемнәрнең һәм кисәкчекләрнең үзара тәэсир итешүе, электромаг- нитик кыр мөһим роль уйный. Физика фәнендә билгеле булган гравитация, электромагнитик, көчле һәм йомшак дип сыйфатланган дүрт төрле үзара тәэсир итешүнең таби¬ гатьтә иң киң таралганы — электромагнитик тәэсир итешү. 108
ЭЛЕКТРОСТАТИКА 40. Электр корылмасы. Корылма сак¬ лану законы. 41. Кулон законы. 42. Электр кырында үткәргечләр. 43. Электр кырында диэлектриклар. 44. Диэлектрикларны куллану. Элек¬ третлар. 45. Сегнетоэлектриклар. Кюри ноктасы. 46. Пьезоэлектрик эффект. 47. Электр кыры көчләренең эше. 48. Потенциал һәм потенциаллар аерма¬ сы. 49. Электр сыешлыгы. Конденсаторлар. 50. Электр кырының энергиясе. Безнең эрага кадәр берничә гасыр элек Грециядә галимнәр гәрәбәдән эшләнгән әйберләр ышкылганда вак әйберләрне үзенә тарту үзлеген күзәткәннәр. Грекча «гәрәбә» — «электрон» дигән сүздән; «электр», «электр¬ лашу» сүзләре шуннан киткән. XVI гасыр ахырында инглиз галиме Гильберт пыяла, сумала, күкерт һ. б. җисемнәрнең дә ышкылган¬ да җиңел әйберләрне үзләренә тартуын өйрәнгән. Бу күренешне ул электрлану дип атаган. Димәк, җисемне электрлау өчен, аны икенче җисем белән ышкырга кирәк. Мәсәлән, пыяла таякны ефәк ту¬ кымага ышкысак, пыяла таяк кәгазь кисәкләрен үзенә тарта башлый. Тәҗрибәләр ярдәмендә тагын бер яңалык ачыла: электрланган җисемнәр бер-берсенә тартылалар яки бер- берсеннән этеләләр: ефәккә ышкып электрланган пыяла таяк шундый ук пыяла таяктан этелә (рәс. 60), ә мехка ышкылган эбонит таякка тартыла (рәс. 61). Тәҗрибәләр электр корылмаларының ике төрле бу¬ луын күрсәтәләр. Шартлы рәвештә аларның берсен уңай дип, икенчесен тискәре дип атаганнар. Пыяла таякта¬ гы корылмалар уңай, эбонит таяктагысы тискәре дип кабул ителгән. Бер исемдәге корылма белән корылган Рәс. 60 Рәс. 61 40. ЭЛЕКТР КОРЫЛМАСЫ. КОРЫЛМА САКЛАНУ ЗАКОНЫ 109
о л Рас. 62 Рас. 63 җисемнар бер-берсвннэн этелэлэр, төрле исемдәгеләр бер-берсенә тартылалар. Җисемнәрнең электрлануын тикшерү өчен эшлән¬ гән прибор — электроскоп (рәс. 62) — шушы үзлеккә нигезләнеп эшли. Электроскоп шарчыгына электрлан¬ ган җисем белән орынсак, электроскопның тасмалары бер-берсеннән этеләләр. Электр корылмасының микъдарын билгеләү өчен ясалган прибор — электрометр — шушы ук принципта эшли (рәс. 63). Электрометр ярдәмендә ышкылучы ике төрле җи¬ семнең электрлануы модульләре буенча тигез, ә там¬ галары буенча капма-каршы булуын күрсәтергә була. Моның өчен берсе органик пыяладан, икенчесе эбонит¬ тан эшләнгән ике пластинка алабыз. Пластинкаларга электр үткәрмәүче материалдан тотка куелган. Пла¬ стинкаларны, бер-берсенә ышкып, электрометрның та¬ якчыгына утыртылган әче куыш шар эченә төшерәбез (рәс. 64, а). Электрометрның угы авышмый. Шар эченнән пластинканың берсен алсак, электрометр угы нульдән читкә авыша (рәс. 64, б). Бу пластинканы икенче элек¬ трометр шарына кертсәк, аның угы беренче электромет- рдагы кебек шундый ук почмакка авышыр (рәс. 64, е). Җисемнәр электрланганда, ышкылучы җисемнәр¬ дә корылмалар бүленеп урнаша: берсендә уңай корыл¬ малар, икенчесендә тискәре корылмалар була. Бу ко¬ рылмаларның зурлыгы модульләре буенча тигез. Электр¬ ланучы җисемнәрдәге корылмалар суммасы үзгәрешсез кала. а? Рас. 64 110
Йомык системада электр корылмаларының ал¬ гебраик суммасы үзгәрешсез кала. Бу нәтиҗә электр корылмасының саклану законы дип атала. Җисемнәрне ышкып электрлаганда, электроннар¬ ның бер өлеше бер җисемнән икенче җисемгә күчә. Җи¬ семнәрдәге атомнар саны үзгәрешсез кала. Җисемнәрдәге корылмалы кисәкчекләрне q^, q^... һ.б. дип билгеләсәк, + 42 + ?з+ ••• + 4п= const була. Q 1. Көнкүрештә җисемнәрнең электрла- * нуына мисаллар китерегез. 2. Ни өчен бензин ташый торган машиналарга җиргә тиярлек итеп металл чылбыр беркетәләр? 3. Электр корылмасы сак¬ лану законын тәҗрибәдә аңлатыгыз. Электроскоп шарчыгына корылган җисемнәр бе¬ лән орынганда, без электроскоп тасмаларының төрле почмакка авышуын күрдек. Бу тәҗрибәләр җисемнәрдә¬ ге электр корылмаларының төрле зурлыкта булырга мөмкин икәнлеген күрсәтә. Корылма зурлыгының санча кыйммәтен исәпләү XVIII гасыр ахырында гына, 1785 ел¬ да француз галиме Ш. Кулон тәҗрибә ярдәмендә нок¬ тадай электр корылмаларының тәэсир итешү законын ачканнан соң мөмкин булды. Үлчәмнәре корылмалар арасындагы ераклыктан күп мәртәбәләр кечкенә булган корылмалы җисемне ноктадай корылма дип атыйлар. Кулон законы түбәндәгечә әйтелә. Хәрәкәтләнмәүче ноктадай һәм q^ электр ко¬ рылмалары вакуумда бер-берсеннән г ераклыгында торып корылмаларны тоташтыручы туры сызык буенча тәэсир итешәләр. Бу көчләрнең модуле корылма зурлыклары тапкырчыгышына туры пропорциональ, ара ераклыгы квадратына кире пропорциональ була: F = k г Монда й — пропорциональлек коэффициенты; көч, корылма һәм озынлык зурлыкларын нинди берәмлектә алуга бәйле. Бу закон тәҗрибә ярдәмендә ачыла. Кулон тәҗ¬ рибәдә бөтерелмә үлчәү (динамометр) куллана (рәс. 65). 41. КУЛОН ЗАКОНЫ (Г G Рәс. 65 111
Үлчәү түбәндәгеләрдән гыйбарәт: вертикаль көпшә эче¬ нә 60—70 см озынлыктагы көмешләнгән нечкә металл чыбык урнаштырыла, чыбыкның аскы башына җиңел көянтә беркетелә. Көянтәнең бер башына үткәргеч мате¬ риалдан эшләнгән шарчык, ә икенче башына тигезләгеч (каршылама) куела. Көпшәнең өске башындагы шайба ярдәмендә чыбыкка асылган көянтәне вертикаль күчәр тирәли борырга була. Борылу почмагы үтә күренмәле савытка ясалган шкала белән үлчәнә. Цилиндр форма¬ сындагы бу савыт көянтәле үлчәүне һава агымыннан саклый. Цилиндрның өске капкачы аша көянтә башын¬ дагы шарчык янына электрланган икенче шарчык төшерәләр. Шарчыкны көянтә башындагы шарчыкка орындырып, корылманы ике шарчыкка тигез итеп (шарчыкның күләмнәре бер үк зурлыкта) бүлдерәләр. Бер үк тамгадагы корылмалы шарчыклар, тәэсир ите¬ шеп, бер-берсеннән этеләләр һәм көянтәне боралар. Борылу почмагының зурлыгына карап, шарчыкларның тәэсир итешү көче турында фикер йөртеп була. Күп сандагы тәҗрибәләр ярдәмендә Кулон электр¬ ланган шарчыкларның тәэсир итешү көче алар арасын¬ дагы ераклык квадратына кире пропорциональ дигән нәтиҗәгә килә: r^∙ Үлчәмнәре шундый ук булган изоляцияләнгән тот¬ калы электрланмаган өченче шар ярдәмендә Кулон шардагы корылманы ике тапкыр кечерәйтә. Тәҗрибә, шулай итеп, берничә мәртәбә кабатлана һәм яңа нәти¬ җә ясала: шарчыкларның тәэсир итешү көче корылма зурлыгына туры пропорциональ: F ~ Q1 • ¢2- Ике бәйлелекне берләштереп, пропорциональлек fegιga r≡ чыга. Исәпләүне гадиләштерү өчен, ⅛ = коэффициенты керткәч, F = формуласы килеп 1 4πεθ була. Монда εθ — электр константасы. Формулага коэф¬ фициентның кыйммәтен куеп табабыз: gl⅞2 4πεθr^ F = ,2 • дип алырга 112
Формулада ике билгесез зурлык бар: корылма зур¬ лыгы һәм электр константасы. Электр корылмасы берәм¬ леге булса, электр константасы җиңел табыла. Халыкара берәмлекләр системасында электр ко¬ рылмасы берәмлеге итеп Кулон алынган. 1 Кл зурлык¬ тагы корылма 6,25 • 10^® Берар Кулон зурлыгындагы ике корылма бер-берсеннан 1 м ераклыкта 9 • 10^ Н көч белан тәэсир итешалар. Корылма берәмлеге билгеле булгач. Кулон зако¬ нына нигезләнеп, халыкара берәмлекләр системасында электр константасын табыйк: электрон корылмасына тигез. ε, -о = _21^ 4πr≡f' 1Kji' 4 • 3,14 • 9 • 10® Н • 1м ≈ 8,85 ∙ 10 ,—12 .2 Н • м .2 » 1 4πε∣ = 9 ∙ 10' .2 '0 ,9 н • M∙ Кл- k = 2 Q 1. Бөтерелмә динамометрның эшләү • принцибын аңлатыгыз. 2. Ноктадай ко¬ рылма дип нинди электр корылмасына әйтәләр? 3. Бөтендөнья тартылу зако¬ ны һәм Кулон законы арасында нинди охшашлыклар һәм аерымлыклар бар? Мәсьәлә чишү үрнәкләре Кулон законын кулланып, мәсьәләләр чишкәндә, 9 нчы сыйныфта механика курсында өйрәнгән алым¬ нар кулланыла. Кулон көченең юнәлеше тәэсир итешүче корылмаларның тамгасына бәйле икәнен истән чы¬ гармаска кирәк. Корылма саклану законы, элементар кисәкчекнең минималь корылма зурлыгы 6,25 • 10“^® булуы исәпкә алына. Бу сан — бер электрон корылмасы зурлыгы. Кл 1 нче мәсьәлә. Водород атомында протон һәм электрон арасында гравитация һәм электр табигатьле тәэсир итешү көчләре бар. Тартышу көчләренең кай¬ сысы зуррак? 113
Бирелгән: zn„ =1,67 • 10 = 9,1 • 10 е = 1,6-10 1-27 1-31 ,-19 G = 6,67 ■ 10 ⅛ = 9 • 10' КГ кг Кл |11 н • м КГ |9 Н • М Kл^ ,2 2 Чишү. Җисемнәрнең гравитация тарты¬ лу көче Ньютонның бөтендөнья тартылу көче формуласы ярдә¬ мендә табыла: 2 Fκ = ? Gm^m. Электр табигатьле тартылу көч¬ ләре Кулон законына буйсына: р = keL „г ^. н 'п‘ '9 г Бу көчләрнең чагыштырмасын табыйк: 7^ Тигезлектәге зурлыкларга санча кыйммәтләрен куябыз: 6,67-10 Fκ -э Gm^m, ke' 'n*' ,2 11 Н • м^ кг^ 9-10® • 1,67 • 10 ≡7κr ■ 9,1 • 10~®‘ Н • Кл2 Мәсьәләнең җавабына игътибар итсәк, электр та¬ бигатьле тартылу көчләре гравитацион тартылу көчлә¬ реннән бик күп тапкыр зур икәнен күрәбез. Fn кг • 2,56 • 10 1-38 Кл .2 = 4 • 10"^° 2 нче мәсьәлә. Ьәрберсенең корылмасы 1 Кл булган ике җисем бер-берсеннән 1 м ераклыкта урнаш¬ каннар. Алар арасындагы тәэсир итешү көчен табарга. Бирелгән: ¢1 = ¢2 “ 1 Кл г = 1 м F = ? Чишү. Кулон законы формуласына санча кыйммәтләрне куябыз: gι⅞2 1Кл • 1Кл 4πεor^ 4.3Д4 . g,85 • 10“‘^ F = ,2 4 • 3,14 • 8,85 • 10 = 9 • 10^ Н. Бу көчне килограммнарда күрсәтик: F = 9 • 10≡ Н = 9 • 10® кг = 9 ■ 10≡ т. Көчнең зурлыгы 900 000 т була. 1 Кл зурлыгындагы электр корылмасы бик зур корылма икәнен чамаларга 114
була. Практикада мондый зур корылмаларның тәэсир итешү мисаллары юк. Кл. Электр кыры д 6 нчы күнегү 1. Бердәй корылган шарларның мас¬ салары 10 г һәм 1 г. Кечерәк шарның корылмасы 3 • 10'^^ көче тартылу көче белән тигезләнеп тор¬ сын өчен, беренче шарның корылмасы нинди булырга тиеш? 2. Бер үк зурлыктагы һәм бердәй там¬ галы ике корылма алар арасындагы ераклыкның уртасына урнаштырылган өченче корылмага нинди зурлыктагы көч белән тәэсир итә? 3. Бер үк микъдарда тискәре корылма белән корылган ике шар, бер-берсеннән 10 см ераклыкта торып, 0,23 • 10“® Н көч белән тәэсир итешәләр. Шарларда¬ гы электроннар санын табарга. 4. +q һәм -q корылмаларының электр q кырына зурлыгындагы өченче ко- рылманы башта С ноктасына, аннары D ноктасына урнаштыралар (рәс. 66) IDAI = \АС I = I АВ I. Өченче корылма¬ га тәэсир итүче көчләрнең модульлә¬ рен чагыштырыгыз. D A С В -I • 1 •— +9 +9 Рәс. 66 5. Корылмалары 9 • 10 ® Кл һәм 2 • 10 ® Кл булган ике шар бер-берсеннән 40 см ераклыкта урнашканнар. Шарларны бер-берсенә орындыралар һәм элекке урыннарына кире кайтаралар. Шар¬ чыкларның баштагы һәм соңгы торыш- ларындагы тәэсир итешү көчләрен та¬ барга. А 9 2 Электр үзлекләре буенча җисемнәр электр үткәр- гечләргә һәм электр үткәрмәүчеләргә — диэлектрик- ларга бүленәләр. Үткәргечләрнең үзенчәлеге шунда: үткәргеч өслегендәге корылмалар тигезләнеш хәлендә булганда, үткәргеч эчендә электр кыры нульгә тигез була. Моны ничек аңлатып була соң? Үткәргечләрдә ирекле корылмалар барлыгын ис¬ кәртергә кирәк. Металл үткәргечләрдә ирекле корыл¬ маларны атомнардан аерылып киткән электроннар тәшкил итә. Аларны байсез яки ирекле электроннар дип атыйлар. Электр кырына урнаштырылган металл үткәргеч¬ тәге бәйсез электроннар электр кыры көчләре тәэси¬ рендә электр кыры көчәнешлелеге юнәлешенә каршы хәрәкәт итәләр. 67 нче рәсемдә бериш электр кырында урнашкан ABCD үткәргече күрсәтелгән. Электр кыры көчәнеш¬ лелеге сулдан уңга юнәлгән. Үткәргечнең АС ягында тискәре, ә BD ягында уңай корылмалар тупланган. Шулай итеп, электр кы¬ 42. ЭЛЕКТР КЫРЫНДА ҮТКӘРГЕЧЛӘР А с Рәс. 67 115
рына урнаштырылган үткәргеч электрлана. Үткәргеч өслегендә тупланган корылмалар үткәргеч эчендә өстәмә электр кыры тудыралар. Бу кырның көч сызыклары 67 нче рәсемдә пунктир сызыклар белән күрсәтелгән. Бу сызыклар үткәргеч урнашкан кырның көч сызыкларына каршы юнәлгән. Үткәргеч эчендәге уртак электр кыры көчәнеш¬ лелеге кечерәя, ирекле электроннарны хәрәкәткә ките¬ рүче көчләр дә кими, кырлар көчәнешлелегенең бердәй тәэсир итүчесе нульгә әйләнгәч, үткәргеч эчендәге электроннарның хәрәкәте туктала. Шулай итеп, уткәргеч өслегендәге корылмалар тигезләнеш хәлендә булганда.уткәргеч эчендә электр кыры булмый. Үткәргечләрнең мондый үзлеге җисем¬ нәрне тышкы электр кырыннан саклау өчен файдала¬ ныла. Моны электростатик саклау дип атыйлар. Сизгер электр приборларын электр кырында металл тартма эченә урнаштыралар. Корылган үткәргеч эчендә электр корылмалары бар¬ мы икәнен тикшерү өчен, Фарадей, үткәргечләрдән үреп, зур тартма ясый, аны диэлектрик материалга урнашты¬ рып изоляцияли һәм электр корылмалары белән кора. Сизгер электроскоп белән ул тартма эченә керә. Электро¬ скоп ярдәмендә Фарадей корылган тартма эчендә бернин¬ ди дә электр көчләренең булмавын исбат итә. 8 нче сыйныфта электр күренешләре бүлеген өйрән¬ гәндә, без корылган җисемне үткәргечкә якынайткан¬ да үткәргеч өслегендә электр корылмалары барлыкка килүен күргән идек. Бу күренеш индукцион электрла¬ ну дип атала. Икенче төрле аны электростатик индук¬ ция дип атыйлар. Бу күренешнең сәбәбе безгә билгеле: тышкы электр кыры үткәргечтәге ирекле электроннарга тәэсир итә, үткәргеч өслегендә җыелган корылмаларны индукцион корылмалар дип атыйлар. Q 1. Нинди шартларда үткәргеч эчендә * электр кыры көчәнешлелеге нульгә ти¬ гез була? 2. Электр кырындагы үткәр¬ гечтә корылмалар ничек урнашалар? 3. Электростатик саклауны ничек бул¬ дыралар? 4. Металл үткәргечләрдә бәй¬ сез электроннар кайдан килә? 5. Индук¬ цион электрлануны аңлатыгыз. 116
Үткәргечләрдән аермалы буларак, диэлектрик лар¬ да ирекле корылмалар булмый. Диэлектрик атомнарын¬ да һәм молекулаларында уңай һәм тискәре корылмалы кисәкчекләр электр көчләре белән бәйләнгәннәр. Алар, үткәргечләрдәге кебек, электр кыры тәэсирендә җиңел хәрәкәт итә алмыйлар. Диэлектрикларның да һәр молекуласында уңай һәм тискәре корылмалар саны тигез. Шуңа күрә һәр мо¬ лекула электрик нейтраль була. Диэлектрик күләменең теләсә кайсы өлешендә уңай һәм тискәре корылмалар тигез санда, һәм аларның бердәй тәэсир итүчесе нульгә тигез. Диәлектрикларны электр кырына урнаштырсак, ди¬ электрик молекулаларындагы уңай һәм тискәре корыл¬ маларга капма-каршы юнәлештәге көчләр тәэсир итә башлый, һәм молекулаларның корылмалары кырның көчәнешлелеге юнәлешендә авышыр. Бу көч тәэсирендә молекулалар билгеле бер тәртиптә урнашыр (рәс. 68). Диэлектрикның теләсә кайсы өлешендә уңай һәм тис¬ кәре корылмалар суммасы тигез, әмма диэлектрик өсле¬ генең бер ягында уңай корылмалар, ә капма-каршы өсле¬ гендә тискәре корылмалар булыр. Электр кырына урнаштырган диэлектриктагы корылмаларның авышуын диэлектрикның полярла¬ шуы, а бу халәттәге диэлектрикны полярлашкан дип атыйлар. Диэлектрикның полярлашуы үткәргечләрнең ин¬ дукцион электрлануына охшаш кебек. Ләкин алар ара¬ сында аерма зур. Үткәргечләрнең электрлануында төп рольне ал ар¬ дагы ирекле корылмалар уйный. Электр кырындагы үткәргечне урталай бүлсәк, үткәргечнең бер кисәге уңай, ә икенче кисәге тискәре корылмалы булыр. Үткәр¬ гечне электр кырыннан чыгарсак та, үткәргечнең ике кисәгендә дә корылмалар кала. ε + + + ⅛o⅛o⅛ о’^о’^о^о^о’т 43. ЭЛЕКТР КЫРЫНДА ДИ- ЭЛЕКТРИКЛАР Рас. 68 117
Е + + + Рәс. 69 Ео Рәс. 70 Й* ■ a a : ® i a i a + + + Электр кырындагы диэлектрикны ике кисәккә бүл¬ сәк, һәр кисәкнең өслегенең бер ягында уңай, икенче ягында тискәре корылма булыр (рәс. 69). Полярлашкан диэлектрикларның өслегендәге корылмаларны бәйле ко¬ рылмалар дип атыйлар. Матдәләрнең полярлашуы аерым зурлык белән сый¬ фатлана. Ул зурлык диэлектрик константа дип атала. Хәзер шуны карап китик. Корылган ике пластинка арасындагы бериш кыр¬ ның көчәнешлелеге бушлыкта булсын (рәс. 70). Хәзер пластинкалар арасына ниндидер диэлектрик кертик. Диэлектрикның уң һәм сул өслекләрендә барлыкка килгән корылмалар пластинкалардагы корылмаларның бер өлешен нейтральләштерәләр. Нәтиҗәдә пластинка¬ лар арасындагы электр кыры үзгәрә. Кырның көчәнеш¬ лелеге Е башта булган көчәнешлелек Eq дән кечерәк була. Пластинкалар арасына төрле диэлектриклар кер¬ теп карасак, көчәнешлелек тә төрлечә булыр. Диэлек¬ трик булмагандагы көчәнешлелек Eq не диэлектрик ур¬ наштыргач булган электр кыры көчәнешлелеге Е белән чагыштырып, диэлектрикның полярлашу дәрәҗәсе ту¬ рында фикер йөртеп була: = ε, '0 Е ε — диэлектрик константа (ε — грек хәрефе эпсилон). Корылган пластинкалар арасындагы кырның көчәнешлелеге диэлектрикта вакуумдагыга караганда ничә мәртәбә азрак икәнне курсәтуче сан диэлектрик константа дип атала. Вакуумда диэлектрик константаны бер берәмлек дип алып, төрле матдәләрнең диэлектрик константалары таблицасын китерәбез. 118
Нава Парафин Органик пыяла (плексиглас) 1,0006 2 3—4 Эбонит Фарфор Пыяла 4—7 Слюда Гәрәбә Су 4—5 12,8 81 Ноктадай ике электр корылмасы диэлектрик эчен¬ дә булса, бу корылмаларның икенче корылма янын¬ дагы көчәнешлелеге ε тапкыр кечерәк булыр. Димәк, корылмаларның бер-берсенә тәэсир итү көче дә ε тапкыр кимрәк булыр. Бу очрак өчен Кулон законы түбәндәгечә була: gl⅞2 εr≡ • 1. Диэлектрикнын, полярлашуын аңла- * тын бирегез. 2. Бәйле корылмалар нәрсә ул? 3. Диэлектрик үтешлелекне ничек аңлыйсыз? F = 4 7 Күп кенә диэлектрикларның полярлашуы диэлек- трикны электр кырыннан чыгаргач та дәвам итә. Моны җиңел генә тикшереп була. Моның өчен конденсаторлар батареясын электр корылмалары белән корып, батарея клеммаларын бер-берсенә тоташтырып алабыз һәм кыс¬ ка ялганыш ясыйбыз. Бераздан клеммаларны тагын тоташтырсак, батареяда очкынлы бушану күрербез. Бу тәҗрибә буенча беренче кыска ялганыштан соң ди- электрикның полярлашуы тулысынча бетмәгән дигән нәтиҗә ясарга була. Каты диэлектрикларда молекуляр дипольләрнең ориентлашуы да, ориентлашуның бозылуы да молеку¬ лаларның җылылык хәрәкәте сәбәпле җиңел генә бар¬ мый. Диэлектрикта калдык полярлашу күренеше шуның белән аңлатыла. Полярлашуны тулысынча бетерү өчен, конденсатор клеммаларын кыска ялганышта озаграк тотарга кирәк. Болай иткәндә, молекулаларның ориент¬ лашуы тулысынча бозылачак. Температураны арттырып та, диэлектрикның полярлашуын бетереп була. Тышкы электр кыры тәэсире беткәннән соң, по¬ лярлашуын озак вакытка саклап, әйләнә-тирәдә үзенең электр кырын тудыручы диэлектрикларны электретлар дип атыйлар. Бу сыйфатлары белән электретлар һәр¬ вакыт магнит кыры булдырып торучы даими магнит¬ ларга охшаш. 44 . ДИЭЛЕК¬ ТРИКЛАРНЫ КУЛЛАНУ. ЭЛЕКТРЕТЛАР 119
Төрле электретларның полярлашуны саклау сәлә¬ те төрлечә. Кайбер диэлектрик ларда бу сыйфат уннарча еллар буена саклана. Диэлектриклардан пыяла, плексиглас, эбонит, ка¬ нифоль, күкерт, нейлон электретларга керә. Ләкин бу электретлар түбән сыйфатлы дип исәпләнә. Сумала һәм балавыз катнаштырып, яхшы сыйфатлы электретлар ясыйлар. Югары сыйфатлы электретны 1922 елда япон физигы Т. Эгучи ясый. Ул балавыз һәм сумала кат¬ нашмасын эретә һәм көчәнешлелеге 10® В • м“^ булган электр кырында акрын гына бүлмә температурасына кадәр суыта, болай иткәндә, сыек хәлдә билгеле бер тәртиптә ориентлашып урнашкан молекуляр диполь¬ ләр, катнашма каты хәлгә килгәч тә, үз урыннарында «катырылган» хәлдә кала. Нәтиҗәдә әйләнә-тирәдә озак вакытлар электр кыры тудырып торучы җайланма бар¬ лыкка килә. 71 нче рәсемдә органик пыяланың электрет үзлеген тикшерү тәҗрибәсе сурәтләнә. Конденсаторның бер йөзлеге (2) кузгалмаслык итеп беркетелә, ә икенче йөзлеге (3) пружинасы белән өскә асып куела. Астагы йөзлек өстенә тәрәзә пыяласы (1) куела, конденсатор йөзлекләренә электрофор машина¬ сының полюсларын орындырып корсак, төрле тамга¬ дагы корылмалар белән корылган йөзлекләр бер-бер- сенә тартыла. Өстәге йөзлек (1) пыялага ябыша. Шушы халәттә 10—15 с тотканнан соң, җайланма (5) ярдәмендә конденсатор йөзлекләрендә кыска ялганыш булдырабыз. Йөзлекләрдәге ирекле корылмалар нейтральләшәләр, электр кыры юкка чыга; пружина өстәге йөзлекне аста¬ гы йөзлектән тартып ала. Тәрәзә пыяласы урынына органик пыяла куеп, тәҗ¬ рибәне дәвам итәбез. Башта ясалган тәҗрибәне кабат¬ лыйбыз. Әмма, конденсатор йөзлекләрендә кыска ялга¬ ныш булдыргач, өстәге пластинка астагысыннан аеры¬ лып китми, берничә көн органик пыяла өстендә ята. Димәк, кыска ялганыштан соң да органик пыяланың полярлашуы бозылмаган. Кыска ялганышта конденса¬ тор йөзлекләрендәге корылмалар нейтральләшә, тышкы электр кыры бетә. Ләкин органик пыяладагы поляр¬ лашкан корылмалар конденсатор йөзлекләрендә капма- каршы тамгадагы корылмалар индукңиялиләр. Шулар йогынтысында өстәге йөзлек органик пыяла өстендә 120
1 2 3 4 Рәс. 71 ∣≡≡ 4 '' I 2-3 см / +\ + ∕L⅞⅛ /// +^+/+ +/+/+ ^// ⅛2f ■0 Рәс. 72 3 2 5 [ [ Л тотылып тора. Берничә көн үткәч, молекулаларның җылылык хәрәкәте тәэсирендә полярлашу бозыла баш¬ лый, һәм пружинаның эластиклык көче, электр кыры көчләрен җиңеп, йөзлекне тартып ала. Электрет ярдәмендә эшли торган конденсаторлы микрофон-телефон төзелешен карап китик (рәс. 72). Мем¬ брана (2) тирбәнешләре вакытында мембрана һәм электрет (1) арасында аралык үзгәрә. Бу исә мембрана-элек¬ трет конденсаторының сыешлыгын үзгәртә. Конденса¬ тор йөзлекләрендәге корылмалар даими булып, сыеш¬ лыгы үзгәрү конденсаторның контактларында тавыш тирбәнешләре ешлыгына бәйле үзгәрешле көчәнеш бар¬ лыкка китерә. Шулай итеп, бу җайланма, кеше тавы¬ шыннан берничә вольт көчәнеш булдырып, микрофон режимында эшли. Конденсаторлы микрофон телефон режимында да эшли. Потенциал үзгәргәндә, корылма тамгасына ка¬ рап, мембрана электретка тартыла яки этелә. Электр тирбәнешләре механик тирбәнешләр булдыра. Тавыш барлыкка килә. Ионара бәйләнешле кристалларда бер элементар күзәнәктә урнашкан уңай һәм тискәре корылмалы ион¬ нарның үзәкләре туры килмәсә, мондый кристалларда һәр элементар күзәнәкне диполь дип атарга була. Кри- сталлардагы дипольләрнең бер-берсе белән тәэсир ите¬ шү энергияләре кисәкчекләрнең җылылык хәрәкәтенең уртача энергияләреннән зуррак булса, кристаллдагы микроскопик өлкәләр үзләреннән-үзләре (спонтан) поляр¬ лаша ала. Мондый өлкәләрне доменнар дип атыйлар. Нәр 45. СЕГНЕТО- ЭЛЕКТРИКЛАР. КЮРИ НОКТАСЫ 121
Курчатов Игорь Ва¬ сильевич (1902— 1960) — күренекле рус физигы, атом фәненең җитәкчесе, аның җитәкчелеген¬ дә илдә беренче ңик- лотрон төзелгән, уран төшенең эчке бүле¬ неше ачылган, Евро¬ пада беренче төш реакторы, СССР да беренче атом бомба¬ сы, дөньяда беренче термотөш бомбасы һәм атом электр стан¬ циясе төзелгән. + доменда элементар күзәнәкнең дипольләре бер юнәлештә ориентлашалар. Ә кристаллдагы доменнар ориентлашу¬ ында тәртип булмый. Шуңа күрә тәртипсез урнашкан уңай һәм тискәре корылмалы өлкәләр электр кыры ту¬ дырмый. Билгеле бер температуралар аралыгында спонтан полярлашу үзлеге булган кристалларны сегнетоэлек- триклар дип атыйлар. Сегнетоэлектрикларны беренче булып XX гасырның 30 нчы елларында рус галимнәре И. В. Курчатов һәм П. П. К о б е к о өйрәнделәр. Күп сандагы тәҗрибәләр ярдәмендә 80 нән артык сегнето¬ электрик өйрәнелә. Алар арасында гамәлдә иң күп кул¬ ланылганы — барий титанаты BaTiOg. Сегнетоэлектрикны электр кырына кертсәк, домен¬ нар һәм дипольләр электр кыры көчәнешлелеге көч сы¬ зыклары юнәлешендә ориентлашалар (рәс. 73). Көчәнешлелекне салмак кына арттыра барсак, доменнар салмак кына ориентлашмыйлар, ориентлашу сикерешле формада бара. Моны Баркгаузен эффекты дип атыйлар. Көчәнешлелек билгеле бер зурлыкка җиткәч, доменнарның ориентлашуы төгәлләнә. Электр кырын нульгә кадәр киметсәк, сегнетоэлектрикның по¬ лярлашуы өлешчә саклана. Калдык полярлашуны бете¬ рү өчен, сегнетоэлектрикны капма-каршы юнәлештәге электр кырына урнаштырырга кирәк, калдык поляр¬ лашуны бетерергә кирәк булган көчәнешлелекне коэр¬ цитив көч p,H,τι атыйлар. Барий титанатының кристал- лары өчен коэрцитив көч = 10® В/м. Сегнетоэлектрик материалларның диэлектрик үт- кәрүчәнлеге зур. Диэлектрик үткәрүчәнлеге микъдары 10^—10^ күләмендә булган диэлектрик ларны кечкенә габаритлы конденсаторларда кулланалар. Сегнетоэлектрикларның бер үзенчәлеге бар. Аларда- гы полярлашу процессы билгеле бер температурага кадәр генә була. Бу температураны күренекле француз физигы ь-о Е. . ⅜i∏(∏⅛^ + ~ + Z ⅜∙ "—о Рэс. 73 + ипк — + + — + Ψ + “ + ~ + + + + + о Ti<+ Рэс. 74 σ о О2- о B<r" 122
П. Кюри хөрмәтенә Кюри ноктасы дип атыйлар. Бу ноктадан югарырак температурада доменнардагы ди¬ польләрнең ориентлашуы бозыла, спонтан полярлашу юкка чыга, сегнетоэлектрик гадәти диэлектрикка әйлә¬ нә. Барий титанаты өчен Кюри ноктасы +120 °C. Бу нок¬ тадан югарырак температурада диэлектрик үткәрүчән- . леге кискен үзгәрә. Моны Кюри ноктасында барий тита¬ наты кристалларының кристаллик структурасы үзгәрүе белән аңлаталар. Кюри ноктасыннан югарыда барий титанатының кристалл рәшәткәсе идеаль куб формасын¬ да (рәс. 74). Уңай титан ионы кубның үзәгендә, һәр күзәнәктә уңай һәм тискәре ионнарның үзәкләре бер- берсенә туры килә. Мондый структураны симметрия узәкле дип атыйлар. Кюри ноктасыннан түбән төшкәндә, элементар күзә¬ нәк үзгәрә. Кубның кабыргасы бер яктан 1% чамасы озыная. Шул сәбәпле титан ионы алты якта урнашкан кислород ионнарының берсенә таба авыша. Элементар күзәнәк электрик дипольгә әйләнә. Күрше ячейкаларның ионнары белән көчле тәэсир итешү титан ионнарының бер юнәлештә авышуын көчәйтә. Бу үз чиратында спон¬ тан полярлаша торган макроскопик өлкәләр — доменнар барлыкка китерә. а Кюри Пьер (1859— атаклы француз галиме, ра¬ диоактивлык тәгъ¬ лиматына нигез са¬ лучы. Пьезоэлектр күренешен ачучы. Тормыш иптәше М. Склодовская-Кю- ри белән бергә радио¬ актив нурланышны ача, фәнгә «радиоак¬ тивлык» терминын кертә. Нобель пре¬ миясе лауреаты. 1906) Сегнетоэлектрикны калдык полярлашу юнәлешендә кыссак, кысу юнәлешендә һәрбер элементар күзәнәкнең үлчәме кими. Уңай һәм тискәре корылмалы кисәкчек¬ ләрнең үзәкләре арасы кими; шулай ук диэлектрик- ның калдык полярлашуы да азая. Сегнетоэлектрикның көч юнәлешенә перпендикуляр юнәлештәге стеналары арасындагы потенңиаллар аермасы үзгәрә. Диэлектрик- ны тарттырып сузсак, калдык полярлашу һәм корылма¬ ларның өслекчә тыгызлыгы арта. Бу үз чиратында кап¬ ма-каршы тамгадагы потенциаллар аермасы тудыра. Деформация вакытында полярлашкан корылмалар барлыкка килүне туры пьезоэлектрик эффект дип атыйлар. Бу күренешне француз галимнәре Пьер һәм Жак Кюри 1880 елда кварц белән тәҗрибәләр ясаган¬ да ачканнар. Сегнетоэлектрикларның барысы да — пьезоәлек- триклар, ләкин пьезоэлектрикларның барысы да сег¬ нетоэлектриклар үзлегенә ия түгел. 46. ПЬЕЗОЭЛЕК¬ ТРИК ЭФФЕКТ 123
Пьезоэффект санча кыйммәте буенча d коэффици¬ енты, яки пьезомодуль белән сыйфатлана: d = ^. j-∙ Монда 9 — барлыкка килгән корылма, F — де¬ формацияләүче көч. Тәҗрибәләр һәм исәпләүләр күр¬ сәткәнчә, барий титанатының пьезомодуле якынча 10 • 10 " ⅛. н Пьезоэлектрик күренешнең киресе дә була. Пьезо- электрикны электр кырына урнаштырсак, ул дефор¬ мацияләнә, чөнки, электр кырының юнәлеше үзгәргәндә, кристаллның элементар күзәнәкләре озыная яки кыс¬ кара, ә бу процесс диэлектрикны макроскопик дефор¬ мациягә китерә. Деформация зурлыгы куелган потенци¬ аллар аермасына, пьезомодуль зурлыгына бәйле. Туры һәм кире пьезоэффект күренешләре гамәлдә механик тирбәнешләрне электр тирбәнешләренә һәм электр тир¬ бәнешләрен механик тирбәнешләргә әверелдерү өчен кулланыла. Электрофоннарда музыкаль язмаларны тың¬ лау җайланмасының иң мөһим элементын пьезоэлектрик элемент тәшкил итә. Q 1. Нинди диәлектрикларны электрет • дип атыйлар? 2. Нинди кристаллар сег- нетоэлектрикка керә? 3. Пьезоэлектрик эффектны аңлатып бирегез. 4. Пьезо¬ электрик эффектны куллануга мисал¬ лар китерегез. 47. ЭЛЕКТР КЫРЫ КӨЧЛӘРЕНЕҢ ЭШ БАШКАРУЫ Электр кырындагы корылмаларга көч тәэсир итә. Бу көч тәэсирендә корылмаларны күчерү вакытында эш башкарыла. Эш зурлыгын ничек исәпләргә соң? Капма-каршы тамгалы корылмалар белән корыл¬ ган А һәм В пластинкалары арасындагы бериш электр кырында корылмаларның күчешен карыйк (рәс. 75). Кырның көч сызыклары пластинкаларга перпендику¬ ляр, алар уңай корылмалы А пластинкасыннан тискәре корылмалы В пластинкасына юнәлгәннәр. Уңай q корылмасы а ноктасыннан Ь ноктасына күчсен, ди. Күчеш аЪ = S булыр. Электр кырындагы корылмага тәэсир итүче көч F = qE, ә башкарган эш А = FScosa яки А = qEScosa булыр. 124
в a) I A —d I ldl I I I I I I I I II I II I I I I I I I I I I 1^ I I I >уИ Рәс. 75 I I I χ I 1 I * I I I I I i I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 6) ra : 75 нче рәсемнән күренгәнчә, Scosα = d. d — пластинкалар арасындагы ераклык. A= qEd фор- муласы килеп чыга. Әгәр дә q корылмасы a ноктасыннан Ь ноктасына с ноктасы аша абс юлы белән күчсә, башкарылган эш ас = SJ һәм сЬ = S2 5улемтекләрен.дә башкарылган эш¬ ләр суммасына тигез: A = qESγCθsa^ + qES2C0sa2, яки A = qE(S γcosa^ + SgCosag). 75 нче рәсемнән күренгәнчә, Sjcosα∣ + SgCosttg = d. Шулай булгач, бу очракта да А= qEd 5ул.&. Корылма пластинкалар арасы кәкре сызык буен¬ ча күчсә (рәс. 75, б), башкарылган эшне исәпләп ка¬ рыйк. Пластинкалар арасын күп сандагы параллель полосаларга бүлсәк, ул полосалар арасындагы кәкре сызыкның бик кыска өлешен туры сызык итеп алырга була. Корылманы аЪ юлы буенча күчерү эше аерым поло¬ саларда башкарылган эшләр суммасына тигез булыр: А= qEdy • га. Монда d^ — полосаның киңлеге, га — полосалар саны. d. • п = d. u∙ι - и-. Шулай булгач, А = qEd. Корылманы, электр кырының бер ноктасыннан икенче ноктасына кучеру өчен башкарылган эш уткан юлның формасына тугел, э баштагы һәм ахыргы нок¬ таларның торышына гына бәйле. 125
Механика курсын өйрәнгәндә, без авырлык көче башкарган эшнең траекториягә бәйле түгел икәнен күр¬ гән идек. Мәсәлән, һ биеклегендәге авыш яссылыктан аска таба төшкәндә, авырлык көченең башкарган эше авыш яссылыкның озынлыгына түгел, ә һ биеклегенең баштагы һәм ахыргы нокталарының торышына гына бәйле. Монда электр кыры белән авырлык көче кырының (гравитаңия кыры) охшашлыгы күренә. Q 1. Электр кырының корылманы күчерү * өчен башкарган эше нәрсәләргә бәйле? 2. Электр һәм гравитация кырлары ара¬ сында охшашлыкны күрсәтегез. 48. ПОТЕНЦИАЛ ЬӘМ ПОТЕН¬ ЦИАЛЛАР АЕРМАСЫ Уңай корылмалы җисемнең электр кырына икен¬ че уңай корылма урнаштырсак, электр кыры көчләре бу корылманы күпмедер ераклыкка күчерә һәм эш баш¬ кара. Башкарылган эшнең зурлыгы күчерелгән корыл¬ ма зурлыгына һәм күчешнең баштагы һәм ахыргы нок¬ таларының торышына бәйле. Башкарылган эшнең (А) күчерелгән корылма зурлыгына (q) чагыштырмасы А 9 корылма зурлыгына бәйле түгел, ул электр кырының баштагы һәм ахыргы нокталарына бәйле даими сан була. Чиксез ераклыкта урнашкан корылманы электр кырының бер ноктасына күчереп куйдык, ди. Чиксез ераклыкта электр кырының көчәнешлелеге нульгә тигез. Корылманы электр кыры көчләренә каршы күчереп, эш башкарыла. Башкарылган эшнең күчерелгән корылма зурлыгына чагыштырмасы күчешнең соңгы ноктасына гына бәйле. Шуңа күрә А зурлыгы кырның бу нокта¬ сының сыйфатламасы булып хезмәт итә ала. Уңай корылманы чиксезлектән электр кырының билгеле бер ноктасына кучергәндә башкарылган эш¬ нең шул корылма зурлыгына чагыштырмасы электр кырының бу ноктасының потенциалы дип атала. Бу билгеләмәдән чыгып, электр кырының билгеле бер ноктасының потенциалы санча кыйммәте белән бер берәмлек уңай корылманы чиксез ераклыктан кырның билгеле ноктасына күчергәндә башкарылган эшкә тигез дип әйтә алабыз. 126
Потенциал грек хәрефе φ (фи) белән билгеләнә: Рэе. 76 φ = ^. q Потенциал — скаляр зурлык. Уңай корылмалы җисемнең электр кыры нокталарының потенциаллары уңай, тискәре корылманың электр кыры потенциаллары тискәре зурлык дип кабул ителгән. Уңай корылманы электр кырының бер ноктасын¬ нан икенче ноктасына күчергәндә башкарылган эшнең шул корылма зурлыгына чагыштырмасы күчешнең баштагы һәм соңгы нокталарының потенциаллары аермасына тигез. Бу нәтиҗәне исбатлау өчен, электр кырында ирекле рәвештә ике нокта билгелибез; алар С һәм D нокталары булсын (рәс. 76). С ноктасының потенциалы φ^, D ноктасыныкы булсын. Уңай q ко¬ рылмасын чиксезлектән С ноктасы аша D ноктасына күчерик. Билгеләмә буенча, q корылтласыи чиксезлектән D ноктасына күчерү эшенең q корылмасы зурлыгына чагыштырмасы электр кырының D ноктасындагы потен¬ циалы була: A q Корылманы чиксезлектән D ноктасына күчерү эшен корылманы С һәм П нокталарына күчергәндә башка¬ рылган эшләр суммасы итеп карый алабыз: ■^ооД “ -^∞c ^*^ '^cπ∙ Корылманы чиксезлектән С ноктасына күчергән¬ дә башкарылган эшнең корылма зурлыгына чагыш¬ тырмасы С ноктасының потенциалы була. Шулай бул¬ гач, <Pb = A -"∙∞p (I А, А, А, = + яки φ^ = φ^ + -^. q 7 q Моннан Фп - Фс = -^ (1) дин яза алабыз. Электр кырының ике ноктасы арасындагы потен¬ циаллар аермасын кырның бу нокталары арасындагы 127
көчанеше дип атыйлар. Көчәнешне U хәрефе белән бил¬ гелиләр: (Рд Фс Потенциал төшенчәнең билгеләмәсеннән электр кырыннан чиксез ераклыктагы ноктаның потенциалы нульгә тигез дип әйтә алабыз. Кырның ике ноктасы ара¬ сындагы потенциаллар аермасы даими зурлык була; потенциалы нуль булган ноктаны ничек сайлауга карап, аның кыйммәте үзгәрми. Гамәлдә потенциалы нуль булган нокта итеп Җир өслегенең теләсә нинди ноктасын алалар. Электр кырының билгеле ноктасының потенциалы дип уңай корылманы Җир өслегеннан шул ноктага кучеру өчен башкарылган эшнең корылма зурлыгына чагыштырмасын айталар. Көчәнешлелек электр кырын көч ягыннан сый¬ фатласа, потенциал — электр кырының энергетик сый¬ фатламасы. Кырның төрле нокталарындагы потенциалын белсәк, корылманы бер ноктадан икенче ноктага күчер¬ гәндә башкарылган эшне таба алабыз: А = qU; А = q(φ^ - фз); А = FS = qES. Потенциал формуласыннан аны үлчәү берәмлеген табабыз: А Q ' Башкарылган эш А Джоульләремә, корылма зур¬ лыгы 5 Кулоннар белән үлчәнә. φ = φ = А = 1Дж q 1 Кл = 1 В. Ф1 - фз = формуласыннан 1 Кл зурлыгындагы электр корылмасын бер ноктадан икенче ноктага күчер¬ гәндә 1 Дж эш башкарылса, бу нокталар арасындагы потенциаллар аермасы 1 В була. 1. Потенциалның билгеләмәсен әйтегез. • 2. Потенциал кырның энергетик сый¬ фатламасы дибез. Моны ничек аңла¬ тырга? 3. Нинди кырның потенциалы нуль була? 4. Нуль-потенциаллы нокта¬ ны ничек сайлауга карап, потенциал¬ лар аермасының кыйммәте үзгәрәме? 128
Радиотехника белән шөгыльләнүчеләргә электр сы¬ ешлыгы, конденсатор, фарада, микрофарада төшенчә¬ ләре белән еш очрашырга туры килә. Бу төшенчәләр белән дөрес эш итү өчен, электр сыешлыгының ни икә¬ нен белергә кирәк. Тәҗрибәгә мөрәҗәгать итик. Электрометрның ме¬ талл кендегенә эче куыш металл шар кидерик һәм элек¬ трометр корпусын җиргә тоташтырыйк. Шар корылмаган чакта, электрометрның угы нуль- не күрсәтә. Бу инде — Җиргә карата шарның потенциа¬ лы нуль дигән сүз. Корылмалы сынау шарчыгы белән электрометр шарына орынып, шарга q корылмасы тапшырабыз (рәс. 77, а). Шарга тапшырылган корылма микъда¬ ры арткан саен, шарның Җиргә карата потенциалы үсә. Шарда корылма зурлыгы q, 2q, 3q һ.б. булганда, аның потенциалы φ, 2φ, 3φ һ.б. кыйммәтләргә ия була. Корылма арткан саен, шарның потенциалы арта бара. Монда бер закончалык саклана. Шардагы корылма зур- лыкларының потенциал зурлыкларына чагыштырмасы даими зурлык була. Бу зурлык шарның (үткәргечнең) сыйфатламасы булып хезмәт итә ала. Үткаргечтаге корылма зурлыгының аның потенци¬ алына чагыштырмасын уткаргечнең электр сыешлыгы яки үткәргечнең сыешлыгы дип атыйлар: C=-^. 49. ЭЛЕКТР СЫЕШЛЫГЫ. КОНДЕНСА¬ ТОРЛАР φ* Бер үк корылманы төрле зурлыктагы үткәргеч¬ ләргә тапшырсак, үткәргечләрдәге пөтенциалларның төрлечә булуын күрербез. Мәсәлән, төрле зурлыктагы ике металл шарга бер үк зурлыктагы корылма бирсәк, электрометрларның икесе ике төрле зурлык күрсәтер. Зур шарның потенциалына караганда кечкенә шарның потенциалы зуррак булыр (рәс. 77, б). Димәк, үткәргеч¬ нең сыешлыгы аның үлчәмнәренә бәйле. Электр сыешлыгы берәмлеген табу өчен, С = фор¬ муласыннан q = 1 корылма берәмлеге, φ = 1 потенциал берәмлеге, С = 1 сыешлык берәмлеге дип алабыз. Электр сыешлыгы берәмлеге итеп инглиз галиме М. Фарадей хөрмәтенә фарада кабул ителгән. Үткәр¬ гечтәге корылма зурлыгы 1 Кл га үзгәргәндә, аның 7 <Р б) Рәс. 77 129
Рәс. 78 потенциалы 1 В ка үзгәрсә, ул үткәргечнең сыешлыгы 1 Ф була: 1 Ф = 1 Кл 1 В • 1 Ф — кыйммәте буенча бик зур электр сыешлыгы. Гамәлдә сыешлыкның кечерәк берәмлекләрен файдала¬ налар. Фараданың миллионнан бер өлеше — микрофарада: 1 мкФ = 10“® Ф. Микрофараданың миллионнан бер өлеше — пико¬ фарада: 1 пФ = 10“® мкФ. Электрорадиотехникада киң кулланыла торган кон¬ денсаторлар электр сыешлыгына турыдан-туры бәйлән¬ гән. Конденсатор — латин сүзе. Тәрҗемәсе «куеру» сүзенә туры килә. Гади конденсатор диэлектрик белән аерылган ике үткәргечтән тора. Конденсаторларның электр корылма¬ ларын үзләрендә туплау һәм саклау үзлеге бар. Аларның һәрберсенең үзләренә хас сыешлыгы була. Конденсаторның сыешлыгы конденсатор йөзлеклә¬ ре арасындагы диэлектрикка да бәйле. Тәҗрибәгә мөрә¬ җәгать итик. Конденсатор пластинкалары арасына ди¬ электрик кертик (рәс. 78). Электрометр конденсатор плас¬ тинкалары арасында потенциаллар аермасы (көчәнеш) кимүен күрсәтә. Димәк, конденсаторның сыешлыгы арта. Тәҗрибәләрне төрле диэлектриклар белән эшләп карап, конденсаторның сыешлыгы диэлектрикның диэлектрик үтешлелегенә туры пропорциональ булуын исбатларга була (C∞ε3. Моны исәпкә алып, яссы конденсатор сыеш¬ лыгын исәпләү өчен, формула табабыз: Ed t/’ и = Ed∖ 'd^r∙ ∙d Ч ■ SnSrS’ ■0^г‘ , ЯКИ с = SpSr-S d О^г' С = Е = c==4≡ = g d Күп санлы тәҗрибәләр бу формуланың дөреслеген раслый. 130
79 нчы а рәсемдә күрсәтелгән электр чылбырының к өзгечен ялгасак, R каршылыгы аша ток уза башлый һәм конденсатор корыла. Йөзлекләрдә тупланган корылмалар йөзлекләр ара¬ сында электр кыры тудыра. Йөзлекләр арасында потен¬ циаллар аермасы ток чыганагының көчәнеше белән ти¬ гезләшкәч, конденсатор корылудан туктый (рәс. 79, б). Өзгечне күчереп, корылган конденсаторны лампочка белән тоташтырсак, лампочка яктыртып китә. Аның аша ток уза. Димәк, корылган конденсаторның энергиясе бар. Конденсатор бушанганда, бу энергия лампочка кылының һәм үткәргечләрнең эчке энергиясенә әверелә. Корылган конденсаторның энергиясен исәплик. Ток чыганагы конденсаторны корганда q зурлы¬ гындагы корылманы конденсатор пластинкаларына кү¬ череп эш башкара. Конденсаторның энергиясе (W) ток чыганагы башкарган эшкә (А) тигез: W = А. Корылмаларны күчерү эше конденсаторның электр кыры көче каршылыгын җиңеп башкарыла. Бу вакыт¬ та конденсатор йөзлекләре арасындагы потенциаллар аермасы 0 дән U га җитә. Конденсатор корылганда, потенциаллар аермасы үзгәрешле булгач, ток чыгана¬ гының эшен исәпләгәндә, U ның уртача зурлыгын (С/) алабыз: 50. ЭЛЕКТР КЫРЫНЫҢ ЭНЕРГИЯСЕ А= q{U}. Көчәнешнең үзгәрүе сызыкча бәйләнеш тәртибендә булгач (рәс. 79, в) көчәнешнең уртача зурлыгын (U) = дип алабыз. и 2 к и и + о- I.и б) Рәс. 79 и_ 2 а) в) {U} = о R i о 131
и qU Шуңа күрә ток чыганагының конденсаторны кор¬ ганда башкарган эшен A = дип язабыз, ςr = CU булуын исәпкә алабыз: A = 2 • Димәк, корылган конденсаторның энергиясе 2 була. Конденсатордагы көчәнеш һәм электр кырының кө¬ чәнешлелеге и = Ed формуласы белән бәйләнгән. Конден¬ саторның сыешлыгы С = формуласын исәпкә алып, ТГ = epSrS d = jεo^,E^Sd. Монда Sd — конденсатор йөзлекләре арасындагы пространствоның күләме Sd = У; шул пространстводагы кырның энергиясе була: Формуладан күренгәнчә, корылган конденсаторның энергиясе конденсатор йөзлекләре арасындагы электр кыры көчәнешлелегенә, диэлектрик үткәрүчәнлеккә һәм кыр биләгән күләмгә туры пропорциональ була. Конденсаторның корылмаларны җыю һәм саклау сәләтен кыска вакытлы зур ток импульслары булдыру өчен файдаланалар. Фотоаппаратның балкыш бирү (фотовспышка) җай¬ ланмасындагы конденсатор гальваник элементлардан яки ток чыганагыннан зур күләмдә корылма туплый һәм кирәк вакытта махсус лампа аша тиз генә бушана. Мәсьәлә чишү үрнәкләре Потенциал һәм потенциаллар аермасы төшенчәлә¬ рен кулланып мәсьәлә чишкәндә, электр кыры көчлә¬ ренең башкарган эше потенциаллар аермасына бәйле булуын исәпкә алырга кирәк: = ?((Р1 - Фг) = яи. Бериш кырның потенциалы Wp г., φ = —- = Ed формуласы белән исәпләнә. 132
Электр сыешлыгы темасына мәсьәләләр чишкәндә, электростатика бүлегендә өйрәнгән барлык мәгълүмат диярлек кулланыла. 1нче мәсьәлә. Тизлеге 3∙10^ м/с булган электрон конденсатор йөзлекләренә параллель юнәлештә очып керә. Конденсатордан чыкканда, электрон баштагы юнәлешеннән 2,5 мм авышсын өчен, йөзлекләр ара- с^ындагы потенциаллар аермасы нинди булырга тиеш? Йөзлекләрнең озынлыгы 5 см, алар арасындагы ераклык 2 см (рәс. 80). d һ I V Рәс. 80 Бирелгән: d = 2 • 10^2 м υ = 3 • м/с '“2 М 1-3: Г19 1-31 Z = 5 • 10 һ = 2,5 • 10 q = 1,6 • 10 т = 9,1 • 10 м ' Кл кг ∆φ = ? Чишү. Электр кыры көчәнешлелеге белән потенциаллар аермасы арасындагы бәйлелек ∆φ = Ed тигезләмәсе белән күрсәтелә. Электр кыры көчәнеш- лелеген һәм электронга тәэсир итү- че көч зурлыгын Е = һәм F = та формулалары билгели. Электрон вертикаль юнәлештә тигез тизләнеш белән, ә горизонталь юнәлештә ти¬ гез тизлектә хәрәкәт итә. Электроннарның баштагы юнәлешеннән тайпылы¬ шын һ = ә I арасын үтү өчен кирәкле вакытны t = -J формулалары белән табабыз: ∩ = 2Һ _ 2hυ^. 1^ ' Aφ = Ed = ^d= = / и F≈ma= I a = '2 2 • (3 • 10^)" • 9,1 • 10 1,6 • 10 г81 ,-19 ' 2,5 • 10 " • (5 • 10’^)^ • 2 -10’^ = 200 В. 133
2 нче мәсьәлә. Яссы конденсаторга 10^^ Кл корыл¬ ма бирелгән. Конденсатор йөзлегенең мәйданы 62,8 см^, йөзлекләр арасындагы ераклык 1 мм. 1) Йөзлекләрне 3 мм га аергач; 2) йөзлекләр арасына слюда куйгач, алар арасындагы көчәнеш ничек үзгәрер? Бирелгән: q = 10~^ Кл S = 62,8 см' = 0,1 CM dg = 0,3 см = 8,85 • 10 .2 ,-12 Ф/М = ’ t^2 = ? 2 Чишү. Конденсаторның йөзлекләре ара¬ сындагы көчәнешне һәм аның Q ΓΓTJ∙τr сыешлыгын и. = ∙‰ яки С, = Cl 4πd, формулалары ярдәмендә исәпли алабыз. Моннан: 1 с '1 _ q-4π⅛ _ ε^S 10 '' - 4 - 3,14 -10~^ - 62,8 -10 8,85 -10"*≡ ,-4 = 1800 В. 3 нче мәсьәлә. Конденсаторның корылмасы q = 3 - 10~8 Кл, сыешлыгы С = 10 пФ. Конденсатор пла¬ стинкалары арасын үткәндә, электрон нинди тизлек алыр? Электронның башлангыч тизлеге нульгэ тигез, чагыштырма корылма — = 1,76 - 10^^ пъ кг -8 Бирелгән; ¢ = 3- 10’8 Кл С = 10 пФ = 1,76-10 е т ,11 ⅛ кг V = 4 Чишү. Электронның баштагы тизлеге нуль булгач, аның кинетик энергиясе дә нуль була. Аның потенциаль энергиясе = eU; и — конденсатор йөзлекләре ара¬ сындагы көчәнеш. Йөзлекләр арасын үткәндә, электронның .2 Р тизлеге υ, ә кинетик энергиясе булыр. Энергия 2 саклану законы нигезендә = eU була.. Конденсатор q .2 2 сыешлыгы: С = ^. Мондагы U ның кыйммәтен алдагы формулага куябыз: и- mυ^ 2 C' 134
Моннан: υ = ∣2cg тпС = l∙10 |7 С д 7 нче күнегү 1. Берсе зур, икенчесе кечкенә ике металл шарны икесен дә бер үк зур¬ лыктагы корылмалар белән коралар: '∙ι ^2’ Һ Шарларны үткәргеч белән тоташтырсак, корылмалар бер шардан икенчесенә күчәрме? 2. Төрле зурлыктагы ике шар Җиргә карата бер үк потенциалга кадәр ко¬ рылганнар. Шарларны үткәргеч белән тоташтырсак, корылмалар бер шардан икенчесенә күчәрме? 3. Электрон электр кырында потенциа¬ лы 200 В булган ноктадан 300 В потен¬ циаллы ноктага күчә. Электронның ки¬ нетик энергиясе күпме була, потенциаль энергиясе күпмегә үзгәрә, нинди тизлек ала? Аның баштагы тизлеге: υθ = 0. 4. Сыешлыгы 100 мкФ булган конден¬ сатор потенциаллар аермасы 500 В бул¬ ганчы корыла. Конденсаторның энер¬ гиясен табарга. 5. Слюдалы яссы конденсаторның ко¬ рылмасы 2,7 • Ю'^Кл. Конденсаторның йөзлекләре арасы 0,23 мм, диэлектрик- сыз сыешлыгы 0,01 мкФ, слюданың ди¬ электрик үтешлелеге 7. Диэлектрикта кырның көчәнешлелеген табарга. 6. Корылган конденсаторны ток чыгана¬ гыннан ычкындырып, аның йөзлекләре арасына диэлектрик үтешлелеге 3 бул¬ ган диэлектрик куйсак, конденсаторның энергиясе күпмегә үзгәрер? 7. Ара ераклыклары 1,8 см булган кон¬ денсатор йөзлекләре арасында элек¬ тронга тәэсир итүче көч зурлыгын та¬ барга. Йөзлекләр арасындагы көчәнеш 400 В. □ Эксперименталь мәсьәләләр Максат: сыешлыгы билгеле булмаган керамик кон¬ денсатордагы диэлектрикның диэлектрик үтешлелеген табу. Җиһазлар: сизгер гальванометр — М273-9, сизгерле¬ ге 4 • 10~^ А/бүлемтек; көчәнеше 30—40 В булган даими ток чыганагы; 30 В ка исәпләнгән вольтметр; 10 нФ сы¬ ешлыклы өч конденсатор; билгесез сыешлыклы керамик конденсатор. Диэлектрикның диэлектрик үтешлелеген табу Seer'S I Эшкә күрсәтмәләр Яссы конденсаторның сыешлыгы = ''"''∕~ фор- муласы белән исәпләнә. Конденсаторның сыешлы¬ гы С^, аның йөзлекләренең мәйданы S, диэлектрик калынлыгы I билгеле булса, диэлектрик үтешлелек җиңел табыла: ε = -77^ Oi>θ _Х*' 135
+ 6 υ ~ 9 V п п о II %=τ= Рәс. 81 I һәм S ны штангенциркуль яки микрометр белән үлчиләр. Конденсатор сыешлыгы ны чагыштыру юлы белән табып була. Моның өчен билгеле С сыешлыклы конденсаторны һәм билгесез сыешлыклы конденсатор¬ ны электр чылбырына (рәс. 81) чиратлап тоташтырабыз. П өзгечнең 1 торышында конденсатор ток чыганагыннан корыла. Конденсаторда тупланган корылма микъдары: ? = си. и — ток чыганагыннан конденсаторга бирелгән көчәнеш. П өзгечен 2 торышына күчерсәк, конденсаторда тупланган корылмалар гальванометр аша ток барлыкка китерә. Гальванометрның угы күпмедер бүлемгә авы¬ шыр. Авышу бүлемнәре саны корылма зурлыгына туры пропорциональ була: га = kq. k — пропорциональлек коэффициенты, ул прибор¬ ның конструкциясенә бәйле. Икенче яктан q = CU корылма зурлыгы q ның кыйммәтен куйсак. га = kCU (1) кклеп чыга. Чылбырга сыешлыгы билгесез булган конденсатор¬ ны кертеп, өзгечне 2 торышына күчерсәк, бу конден¬ саторга җыелган корылма микъдары q^ = CJU булыр. Гальванометр угының авышуы n^=kq^ була: = С;,?/. Шулай булгач, X X n=kC^U. (2) (1) һәм (2) тигезлекләрне чагыштырып, ны та¬ бабыз: Пх п _ kC^U ~ ~kcυ^' 136
Моннан: с ‘X (3) × п (3) формуласы ярдәмендә билгесез сыешлыкны та¬ бып, конденсаторның йөзлекләре арасындагы диэлек- трикның диэлектрик үтешлелеген табабыз: C√ р = —i_ Sεo' Ssa’ Эш тәртибе 1. 81 нче рәсемдә күрсәтелгән электр чылбырына С = 30 нФ сыешлыклы слюдалы конденсатор тоташ¬ тырабыз. 2. Даими ток чыганагыннан конденсаторга 30 В көчәнеш ялгыйбыз. Көчәнеш зурлыгы вольтметр белән тикшерелә. 3. П өзгече гальванометрга күчерелә һәм аның угы авышкан бүлемтекләр саны билгеләнә. Өч тапкыр үлчәп, п уртача табыла. 4. Сыешлыгы билгеле конденсатор урынына сыеш¬ лыгы билгесез конденсатор тоташтырыла. 5. Конденсаторга 30 В көчәнеш бирелә. 6. Өзгечне 2 торышына күчереп, табыла һәм, өч тапкыр үлчәгәч, уртача табыла. г, 1 л 1. һәм ε = формулалары ярдәмендә билгесез конденсаторның диэлектрик үтешлелеген таба¬ быз. п„С сл 'X Максат: тулы чылбыр өчен Ом законын тәҗрибәдә тикшерү. Җиһазлар: ток чыганагы, аккумулятор яки кесә фо¬ наре батареясы, амперметр, вольтметр, реостат, үткәр¬ гечләр өзгеч. Эшкә күрсәтмәләр Эшне башкару өчен, электр чылбыры төзелә (рәс. 82). Өзгеч (⅛) тоташтырылмаганда, ток чыганагының электр йөртү көче тышкы чылбырдагы көчәнешкә тигез. Тәҗрибә өчен кулланылган вольтметрның каршылыгы ток чыганагының эчке каршылыгыннан күп мәртәбә Ток чыганагының электр йөртү көчен һәм эчке каршылыгын табу 137
й к Рас. 82 зуррак булырга тиеш. Монда шкаласы 0—6 В, эчке каршылыгы = 900 Ом булган мәктәп вольтметры куллану урынлы. Шулай булганда, ¾ )) г шарты үтәлә. Бу шартта электр йөртү көче тышкы чылбырдагы көчә¬ неш и дан аерылмый диярлек. Ток чыганагының эчке каршылыгын үлчәү өчен, өзгеч ялганган вакытта, амперметр һәм вольтметрның күрсәтүләрен алабыз: ε = и + Ir∙, г =' ε-σ I Эш тәртибе 1. 82 нче рәсемдә күрсәтелгән электр чылбыры төзелә. 2. Чылбырның дөрес эшләве өзгечне өзеп һәм ялгап тикшерелә. 3. Чылбырны өзеп, ток чыганагының электр йөртү көче үлчәнә. 4. Өзгечне ялгап, амперметр һәм вольтметрның күрсәтүләре языла, ток чыганагының эчке каршылыгы табыла. 5. Күрсәтмәләр һәм исәпләүләр таблиңага төше¬ релә. Тәҗрибә № Өзгечне ялгап үлчәү и Өзгечне өзеп үлчәү ■ ξ I ε г 2 3 Q 1. Өзгечне өзгәндә һәм ялгаганда, * вольтметрның күрсәтүендә аерма бар¬ мы? Ни өчен? 2. Ток чыганагының электр йөртү көчен һәм эчке каршы¬ лыгын табуның башка юлын тәкъдим итегез. 138
1_) Эксперименталь мәсьәләләр Максат: конденсаторның йөзлекләрендәге корылма һәм көчәнешне үлчәп, аның электр сыешлыгын табу. Җиһазлар: гальванометр, ток чыганагы, вольтметр (15 В), конденсатор (8 мкФ), электр сыешлыгы билгеле булмаган конденсатор. Эшкә күрсәтмәләр Конденсаторның корылмасын баллистик метод белән үлчәү өчен, гальванометрның шкаласын бүлемтекләргә кирәк. Моның өчен электр сыешлыгы билгеле булган кон¬ денсаторны ниндидер көчәнешкә кадәр корырга, шуннан соң конденсаторны, ток чыганагыннан өзеп, гальванометр¬ га ялгарга кирәк. Гальванометрның стрелкасы күрсәтүе¬ нең үзгәрүе, шкала бүлемтеге санының авышуы аркылы электр корылмасын табабыз: ∆g = С • и. Гальванометр шкаласындагы бүлемтекләр саны белән конденсатор йөзлегендәге электр корылмасы арасындагы пропорциональлек коэффициенты fe: п ■ Эксперимент өчен кирәк булган электр чылбыры 83 нче рәсемдә күрсәтелгән. Ток чыганагын 2 В көчә¬ нешкә көйләп, конденсаторны 1 мкФ га җайлап куябыз. Электр чылбырындагы өзгеч ярдәмендә конденсаторны иң элек ток чыганагына, аннан соң гальванометрга ялгый¬ быз. Гальванометр стрелкасының максималь авышуын күзәтеп, аның шкаласындагы бүлемтекләр санын (п) бил¬ гелибез. Көчәнешне 2 В ка арттыра барып (5—6 тапкыр), гальванометр шкаласындагы бүлемтекләр санын (П]^, ⅝, • ⅛ • п = Ад; ⅛ = Билгесез конденсаторның электр сыешльпъш үлчәү Рәс. 83 ∏2> ..) күзәтәбез. 1. Гальванометр шкаласындагы күзәтелгән бүлемтек¬ ләр санының (п) конденсатор йөзлекләрендәге корылмага (∆g) булган бәйләнеш графигын төзегез. График буенча k коэффициентын табыгыз. 2. Схемадагы конденсаторны электр сыешлыгы билгеле булмаган конденсатор белән алыштырабыз. Ул конденсаторны ток чыганагы ярдәмендә корабыз, галь¬ ванометр аша бушандырабыз, гальванометрның стрелкасы +6 I П 139
чама белән 20 бүлемтеккә җиткәнче, ток чыганагындагы көчәнешне үзгәртәбез. Билгеле көчәнеш (С/) һәм электр корылмасы аша конденсаторның электр сыешлыгын та¬ бабыз: c = и ' «Электростатика» бүлегендәге белемнәрнең иң мөһимнәре 1. Тикторыш хәлендәге ноктадай электр корылмалары бушлыкта бер- берсенә Кулон законы буенча тәэсир итешәләр: V = һ 3^3:2.. I, = Н • м ⅛ = 9 ∙ 10’ F = k^∙, k = 2. Йомык системада электр корылмаларының алгебраик суммасы үзгәрешсез кала. 3. Үткәргечләрдә бәйсез электр корылмалары бар. Электр кырындагы үткәргеч эчендә электр кыры көчәнешлелеге нульгә тигез. 4. Диэлектрикларда уңай һәм тискәре корылмалы кисәкчекләр атом һәм молекулаларда электр көчләре белән бәйләнгәннәр. Бериш электр кыры диэлектрик эчендә бушлыктагыга караганда ε тапкыр кимрәк була, ε — диэлектрик үтешлелек. Диэлектрикларның, тышкы электр кыры беткәннән соң, полярлашуын озак вакытлар саклау сәләте булганнарын электретлар, сегнетоэлектриклар, пьезоэлектриклар дип атыйлар. Диэлек¬ трикларның бу үзлеге гамәлдә киң кулланыла. 5. Электростатик кыр — потенциал кыр. Кырның башкарган эше корылманың траекториясенә бәйле түгел, ул кире тамгалы потенциал энергиянең үзгәрү зурлыгына тигез: А = -ΔW. 6. Бериш кырда корылманың потенциаль энергиясе: ТУр = qEd, d — электр кырын тудыручы өслекләр арасындагы ераклык. 7. Электр кырының потенциалы дип корылманың потенциаль энер¬ гиясенең корылма зурлыгына чагыштырмасына әйтәләр: W ф = Ч Ике нокта арасындагы потенциаллар аермасы корылманы күчергәндә башкарылган эшнең корылма зурлыгына чагыштырмасы була: А q ■ и = Ф1 - Фа = 140
с = c = ^ 8. Үткәрге.чләрнең корылмаларны үзләрендә туплау сәләте электр сыешлыгы дип атала. Ике үткәргечнең сыешлыгы: U‘ Монда q — бер үткәргечтәге корылма зурлыгы, U — үткәргечләр арасындагы потенциаллар аермасы (көчәнеш). 9. Яссы конденсаторның сыешлыгы: г - “ d • Монда S — конденсатор йөзлекләренең мәйданы, d — йөзлекләр арасы.
ДАИМИ ЭЛЕКТР ТОГЫ 51. Электр йөртү көче. 52. Тулы чылбыр өчен Ом законы. 53. Токның эше һәм егәрлеге. 54. Электрон теориясенең төп положе¬ ниеләре. 55. Үткәргеч каршылыгының темпера¬ турага бәйлелеге. 56. Суперүткәрүчәнлек. 51. ЭЛЕКТР ЙӨРТҮ КӨЧЕ к Рәс. 84 к Е -е Е -е {f, к . “б z"> Рәс. 85 Fκ е Электр чылбырында ток даими булып торсын өчен, ток чыганагы кирәклеге безгә билгеле. Ток чыганагында электр корылмалары бүленә, һәм по¬ люсларда даими (стационар) электр кыры барлыкка килә. Шушы кыр тәэсирендә чылбырда электр тогы хасил була. Капма-каршы тамгалы корылмалар белән ко¬ рылган ике металл шарны үткәргечләр белән тоташ¬ тырып та ток булдырып була (рәс. 84). Ләкин бу ток озакка бармый. Капма-каршы тамгалы корылмалар бер-берсен нейтральләштерәләр, һәм электр кыры юкка чыга. Ток даими булып торсын өчен, шарлар арасында көчәнеш булдырырга кирәк. Бу эшне ток чыганагы башкара. Ток чыганагы, шарлар арасын¬ дагы электр кыры көчләренә каршы эш башкарып, корылмаларны бер шардан икенче шарга күчерә. Ток чыганагы җайланмасында корылмаларга электр көчләреннән тыш электростатик табигатьле булма¬ ган көчләр дә тәэсир итәргә тиеш (рәс. 85). Корыл¬ ган кисәкчекләрнең электр кыры гына (Кулон кы¬ ры) даими электр тогы булдыра алмый. Корылма¬ ларны даими булдырып торучы көчләр булырга тиеш. Электростатик табигатьле булмаган бу көч¬ ләрне чит көчләр дип атыйлар. Ток чыганакларының барысында да: электр станцияләренең генераторларында, гальваник эле¬ ментларда, аккумуляторларда чит көчләр корыл¬ малы кисәкчекләрне хәрәкәткә китерәләр. Чылбырны ялгаганда, барлык үткәргечләрдә дә электр кыры барлыкка килә. Ток чыганагы эчендә корылмалар чит көчләр тәэсирендә Кулон көчләренә каршы (электроннар уңай корылган электродтан тискәре корылмалы электродка таба) хәрәкәт итәләр, ә чылбырның башка өлешендә корылмаларны электр кыры хәрәкәтләндерә. 142
Чит көчләрнең табигатенә тукталыйк. Аларның та¬ бигате төрлечә. Электр станцияләре генераторларында чит көчләрне хәрәкәт итүче үткәргечләрдәге электрон¬ нарга тәэсир итүче магнит кыры тудыра. Гальваник элементларда чит көчләр химик табигатьле. Вольта элементы, мәсәлән, сульфат кислотасы эремәсенә төше¬ релгән цинк һәм бакыр электродлардан тора. Химик көчләр цинкны кислотада эретәләр. Эремәгә цинкның уңай ионнары чыга, цинк электрод тискәре корылма белән корыла. Бакыр кислотада эреми диярлек. Цинк һәм бакыр электродлар арасында потенциаллар аермасы бар¬ лыкка килә. Шуның тәэсирендә чылбырда электр тогы хасил була. Шулай итеп, чит көчләр чылбырда электр йөрту көче барлыкка китерә. Электр йөрту көченең санча кыйммәте йөмык контурда чит көчләрнең корылмаларны кучеру эшенең корылма зурлыгына чагыштырмасына тигез: с = ∙^∙κ. Электр йөртү көче вольт белән үлчәнә. Гальваник элементта электр йөртү көче чит көчләр¬ нең бер берәмлек уңай корылманы ток чыганагы эчендә бер полюстан икенче полюска күчергәндә башкарылган эш белән үлчәнә. Димәк, бу очракта тулы контурда баш¬ карылган эш турында сүз бармый. Чит көчләрнең эше потенциаллар аермасы белән билгеләнми. Чит көчләр потенциаль көчләр түгел. Алар башкарган эш траекто¬ риягә бәйле. ε = Q 1. Корылган җисемнәрне үткәргечләр * белән тоташтырып, даими электр тогы булдырып буламы? Ни өчен? 2. Чит көчләр дип нәрсәгә әйтәләр? Аларның табигате нинди? 3. Электр йөртү көче барлыкка килүне аңлатыгыз. Тулы электр чылбыры ике өлештән: тышкы һәм эчке өлешләрдән тора. Тышкы бүлемтекне үткәргечләр, электр тогын кулланучы приборлар, ә эчке бүлемтекне ток чыганагы тәшкил итә. Чылбыр йомык булганда, чылбырның эчке өлешеннән дә, тышкы өлешеннән дә ток уза. Ток чыганагының да каршылыгы бар. Шуңа күрә чылбырның эчке өлешендә дә, тышкы өлешендә дә көчәнешнең кимүе күзәтелә. 52, ТУЛЫ ЧЫЛБЫР ӨЧЕН ОМ ЗАКОНЫ 143
Рәс. 86 Гальваник элементка резистор ялгап, электр чыл¬ быры төзик һәм чылбырның ике өлешендә дә көчәнеш кимүне үлчик (рәс. 86). Чылбырның тышкы өлешендә амперметр (А) һәм реостат {R) бар. Мондагы көчәнеш¬ нең кимүен ток чыганагының клеммаларына тоташ¬ тырылган вольтметр (У^) үлчи. Икенче вольтметр (Vg) ток чыганагының эчке каршылыгындагы көчәнешнең кимүен үлчи. Бу вольтметрга тоташтырылган бакыр чыбыкларның очларын чистартып, ток чыганагының электродлары янына электролитка төшерәләр. Реостат ярдәмендә чылбырдагы ток зурлыгын үзгәр¬ теп була. Бу үзгәрешләргә бәйле рәвештә F∣ һәм Vg вольтметрларының күрсәтүләре дә үзгәрер. Тәҗрибәләр буенча, чылбырның тышкы һәм эчке өлешләрендәге көчәнешләр кимүенең суммасы, чылбыр өзек булганда, ток чыганагының клеммаларындагы көчәнешкә тигез. Чылбыр өзек булганда, ток чыганагының полюсларын¬ дагы потенңиаллар аермасы, яки көчәнеш ток чыгана¬ гының электр йөртү көче була. Ток чыганагының электр йөртү көче йомык чыл¬ бырның барлык бүлемтекләрендә көчәнешләр төшү суммасына тигез. Бу нәтиҗәне йомык чылбырда энергия саклану законының раслануы дип әйтергә була. Чыннан да, ток чыганагы уңай һәм тискәре корылмалар булдырып эш башкара; электр энергиясе барлыкка килә. Бер берәмлек корылмага туры килгән эш микъдары ток чыганагының электр йөртү көче була. Энергия саклану законы буенча, ток чыганагының эше электр чылбы¬ рында ток башкарган эшкә тигез. Тышкы каршылыкны R, эчке каршылыкны г, ток зурлыгын I, электр йөртү көчен ε белән билгеләсәк, билгеләмә буенча, ε = IR + 1г, дип яза алабыз. Моннан яки ε = I(R + г) S R + г I = килеп чыга. Бу формула тулы чылбыр өчен Ом законының математик язылышы була. Q 1. Йомык чылбырның тышкы һәм эч- * ке бүлемтекләрендә көчәнешнең кимүе нәрсәгә тигез? 2. Чылбырдагы көчәнеш- ләр кимү суммасы электр йөртү көченә тигез булуны аңлатыгыз. 3. Тулы чыл¬ быр өчен Ом законы ничек әйтелә? 144
Электр энергиясен теләсә нинди башка төр энергия¬ гә әверелдерергә була. Шуңа күрә дә ул гамәлдә киң кулланыш алды. Үткәргечләрдә корылмалы кисәкчекләрнең тәр¬ типле хәрәкәте вакытында электр кыры эш башкара. Моны электр тогының эше диләр. 8 нче сыйныфта фи¬ зика курсыннан билгеле булганча, үткәргечнең аркы¬ лы кисеме аша At вакыты эчендә Aq корылмасы узса, электр тогының башкарган эше А = AqU була. Ток зур- г М лыгының I икәнен исәпкә алсак. 53. ТОКНЫҢ ЭШБ НӘМ ЕГӘРЛЕГЕ лыгының I = икәнен исәпкә алсак, А = IUM. (1) Чылбырның бер бүлемтегендә ток башкарган эш ток зурлыгы, көчәнеш һәм ток узу вакытының тап¬ кырчыгышына тигез. Энергия саклану законы буенча, эш зурлыгы чыл¬ бырдагы энергиянең үзгәрү зурлыгына тигез. Әгәр дә чылбырның бу бүлемтегендә механик эш башкарыл- маса, токның энергиясе үткәргечне җылытуга китә. Кызган үткәргечтән әйләнә-тирәгә җылылык тарала. Үткәргечнең җылынуына да электр кыры сәбәпче була. Электр кыры электроннарга тизләнеш бирә. Хәрә¬ кәт юлында алар, кристаллик рәшәткәнең ионнарына бәрелеп, энергияләрен ионнарга бирәләр. Ионнарның тигезләнеш торышы тирәсендә тәртипсез хәрәкәт көчәя, эчке энергия арта. Үз чиратында бу температураның күтәрелүенә китерә. Үткәргеч әйләнә-тирәгә җылылык тарата башлый. Ток башкарган эш микъдары кадәр җы¬ лылык микъдары әйләнә-тирәгә тарала. Чылбырның бүлемтеге өчен Ом законы формуласын кулланып язабыз: А = IUAt = /2 RAt = ⅞∆i = Q. It Үткәргечләр бер-бер артлы тоташтырылганда, А = 1^‘RAt формуласын куллану уңайлы, чөнки үткәргеч¬ ләрнең барысында да ток зурлыгы бер үк була. Үткәр¬ гечләрне параллель тоташтырганда, барлык үткәргеч¬ ләрдә дә бер үк көчәнеш була, һәм, мәсьәләләр чишкәндә, 772 А = ~^At формуласын куллану уңайлы. 145
Токлы үткәргеч бүлеп чыгарган ж,ылылыкны микъ¬ дари яктан тәҗрибәләрдә инглиз галиме Д. Джоуль һәм рус галиме Э.Х.Ленц исәпләгәннәр. Токлы үткәргеч бүлеп чыгарган җылылык микъда¬ ры ток зурлыгының квадраты, үткәргечнең каршылыгы һәм ток узу вакытының тапкырчыгышына тигез: Q = f’RM. Электр приборларын һәм җиһазларын вакыт берәм¬ леге эчендә күпме энергия кулланырга мөмкинлеген исәпләп эшлиләр. Вакыт берәмлегендә башкарылган эшне күрсәткән зурлыкны егәрлек дип атыйлар: м Эш джоульләрдә, вакыт секундлар белән үлчәнсә. Р = Дж = Вт була. с 1. Электр кыры башкарган эш нинди * зурлыкларга бәйле? 2. Токлы үткәргеч ни өчен җылына? 3. Егәрлекне нинди берәмлек белән үлчиләр? Мәсьәлә чишү үрнәкләре 1 нче мәсьәлә. Электр йөртү көче 6 В, эчке кар¬ шылыгы 0,1 Ом булган аккумулятор 12,4 Ом булган тышкы каршылыкка тоташтырылган. 10 минутта күпме җылылык бүленеп чыгар? Бирелгән: ε= 6 В г = 0,1 Ом 7? =12,4 Ом t = 10 мин = 600 с Чишү. Тулы чылбыр өчен Ом законы буенча, I = ε R + г' Чылбырның тышкы бүлемтеген- Q = ? дә аерылып чыккан җылылык Qy = I^Rt, ток чыганагы эчен- дәгесе була. Тулы җылы¬ лык: Q — Q1 ÷ Q2~ ÷ “ R + г = 1,7 кДж. 146
2 нче мәсьәлә. 1,4 т авырлыгындагы лифт, ти¬ гез хәрәкәт итеп, 1 минутта 20 м биеклеккә күтәрелә. Электромоторга бирелгән көчәнеш 220 В, ә файдалы эш коэффициенты 92 %. Моторның егәрлеген һәм аның аша үткән ток зурлыгын табарга. Бирелгән: ft = 20 м P= 1400 ∙ 9,8 Н t = 60 с J7 = 220 В п = 0,92 Чишү. РЛ Файдалы егәрлекне фор- - Рһ tn - муласы белән исәплибез. Лифт- НЫҢ тулы егәрлеге: Ty = ⅛-= ^=5000 Вт. п tn tn ф N = 4 I = l I — Мотордагы ток зурлыгы: ТУ _ 5000 В и = 23 A. 220 В 3 нче мәсьәлә. Тышкы каршылык R-^ булганда, чылбырданә R^ бултанда, I2A ток үтә. Ток чыга¬ нагының ЭЙКн һәм эчке каршылыкны табарга. Бирелгән: /р Д 1’ ^2’ '2 ε= ? Г = ? Чишү. Тулы чылбыр өчен Ом законы бу¬ енча, 11 һәм = S В2 + г‘ S + г 2 Моннан: I]{Rγ + г) = I^{ R2 + г), яки lyR.^ + I-^r == I2R2 + I2^∙ Бу тигезләмәдән эчке каршылыкны табабыз: I^Ri - I4R2 I2 - 11 ' Ом законы формуласына г ның кыйммәтен куеп, ε табыла: r = г = Iι(Rγ + г) = ∕ι(-Rι + IιRι - I2R I2-I, I2-11 ' 147
Д8 нче күнегү 1. Генераторның эчке каршылыгы 0,1 Ом, тышкы чылбырның каршылы¬ гы 1,8 Ом. Генераторның клеммала¬ рында көчәнеш 120 В булса, чылбыр¬ дагы ток зурлыгын һәм генераторның ЭЙКн табарга. 2. Чылбырның эчке һәм тышкы каршы¬ лыклары нинди нисбәттә булганда ток чыганагының клеммаларында көчәнеш ЭЙКнең 50 % микъдарында булыр? 3. Нәрберсенең эчке каршылыгы 0,5 Ом, ЭЙК 1,45 әр В булган, ике ток чыга¬ нагы каршылыгы 2 Ом булган тышкы чылбырга тоташтырылган. Ток чыга¬ накларын бер-бер артлы һәм параллель тоташтырганда, чылбырдагы ток зур¬ лыгын табарга. 4. ЭЙК 12 В, эчке каршылыгы 0,01 Ом булган аккумуляторда кыска ялганыш булса, ток зурлыгы күпме булыр? 5. Аккумуляторны 16 Ом каршылык¬ лы чылбырга ялгагач, чылбырдагы ток зурлыгы — 1 А, 28 Ом каршылыклы чылбырга ялгагач, ток зурлыгы 1,8 А була. Аккумуляторның ЭЙКн һәм эчке каршылыгын табарга. 6. Электр йөртү көчләре 4,50 һәм 1,50 В, эчке каршылыклары 1,50 һәм 0,50 Ом булган ике гальваник элемент лампочкага 87 нче рәсемдәгечә тоташ¬ тырылган. Кызган лампа кылының каршылыгы 23 Ом булса, лампаның егәрлеге күпме булыр? £1 ¾ —1∣ 1| г, 7-2 Рәс. 87 7. Ток чыганагының ЭЙКн һәм эчке каршылыгын исәпләү өчен, 88 нче рә¬ семдәге чылбыр төзиләр. Реостат шу- дыргычының бер торышында ампер¬ метр 0,5 А; вольтметр 4 В күрсәтә. Шудыргычны бераз сулга күчергәч, амперметр 0,9 А, ә вольтметр 3,6 В күр¬ сәтә. Ток чыганагының ЭЙК н һәм эчке каршылыгын табарга. Рәс. 88 1 ] 54. ЭЛЕКТРОН ТЕОРИЯСЕНЕҢ ТӨП ПОЛОЖЕ¬ НИЕЛӘРЕ Металл арда бәйсез электроннар булуы, аларның юнәлешле хәрәкәте электр тогын барлыкка китерүе без¬ гә билгеле. Металл арның электрон теориясе нигезен¬ дә бәйсез электроннардан торган электрон газы ята. Электрон газы бер атомлы идеаль газга охшаш. Ирекле электроннар өзлексез рәвештә хаотик хәрәкәт итәләр. Электронның уртача кинетик энергиясе -∣∙ кТ га тигез. Кристаллик рәшәткә ионнары белән бәрелешкәндә, энер¬ гия алмашу проңессы була. Тышкы электр кыры тәэси¬ рендә бәйсез электроннарның тәртипле хәрәкәте — дрейф башлана. 148
Металларда электр тогын бәйсез электроннар туды¬ руын Л. И. Мандельштам һәм Н. Д. Папалекси 1913 елда, соңрак (1916 елда) Р. Тол мен һәм Б. Стю- арт тәҗрибәләрдә раслыйлар. Тәҗрибәләрнең эчтәлеге 89 нчы рәсемдә сурәтләнә. Күп санлы уралмалардан тор- ≡ ган кәтүкнең ике очын күчәргә беркетелгән дисклар- И га тоташтыралар. Дискларны шудырма контактлар И ярдәмендә сизгер гальванометрга ялгыйлар. ¾ Махсус җайланма ярдәмендә кәтүкне зур тизлек белән күчәр тирәли әйләндерәләр һәм бераздан кинәт туктаталар. Кинәт туктаганнан соң, кәтүк уралмала¬ рындагы корылмалы кисәкчекләр инерңия буенча хәрәкәтләрен дәвам иттерәләр; кәтүктә электр тогы барлыкка килә. Ток озак дәвам итә алмый, үткәргечнең каршылыгы корылмалы кисәкчекләрне тормозлый, һәм ток сүнә. Күп санлы тәҗрибәләр, кәтүк туктаганнан соң, чылбырда күпмедер вакыт ток булуын күрсәтәләр. Ток¬ ның юнәлешенә карап, аны тискәре корылмалы кисәк¬ чекләр тудыруы ачыклана. Кәтүк уралмалары аша узган корылма зурлыгы ток булдыручы кисәкчек корылмасының шул кисәкчекнең массасына чагыштырмасы га пронорңиональ була. Гальванометр аша узучы корылма зурлыгын исәпләп, — ның кыйммәтен табарга мөмкин: — = 1,8 • lO^^Si. Рас. 89 т тге кг Бу сан электрон корылмасының массасына чагыштыр¬ масын табу буенча уздырылган башка тәҗрибәләрнең нәтиҗәләре белән туры килә. Металларда электр тогын тудыручы кисәкчекләр¬ нең электроннар икәнен исбатлаучы тагын бер тәҗри¬ бәгә тукталыйк. Немең физигы Э. Рике тәҗрибәсендә бер үк радиустагы өч ңилиндр алына. Аларның баш-баш- ларын тигез итеп шомарталар һәм, бер-берсенә тыгыз итеп урнаштырып, ток чыганагына тоташтыралар (рәс. 90). Си Al Си Рас. 90 149
Шушы тәртиптә тәҗрибә елдан артык дәвам итә. Ток бер юнәлештә генә үтеп, шул вакыт эчендә цилиндрлар аша 3,5-10® Кл электр корылмасы уза. Электр корыл¬ масы ионнар белән күчерелсә, бакыр һәм алюминийның атом массалары төрлечә булуы сәбәпле, тәҗрибә ахы¬ рына бакыр һәм алюминий цилиндрларның массала¬ ры үзгәрергә тиеш иде. Төгәл үлчәү ярдәмендә мондый үзгәрешнең булмавы ачыклана. Димәк, ток уздыруда бакыр һәм алюминий ионнары катнашмый. Ток булды¬ руда барлык металлар өчен дә уртак кисәкчек катнаша. Барлык металларда да булган мондый кисәкчек электрон була. Мондый тәҗрибәләр П. Друде һәм Г. Лоренцка классик электрон теориясен булдырырга ярдәм итәләр. Тәҗрибәләрдән чыгып, электрон теориясенең төп положениеләре ачыклана: 1. Металларның электр тогын яхшы уздыруы алар- да гаять зур санда корылмалы кисәкчекләр — бәйсез электроннар булу белән аңлатыла. Җылылык хәрәкәтен¬ дә хаотик хәрәкәтләнүче бәйсез электроннар «электрон газы» барлыкка китерәләр. Электрон газы өчен бер атом¬ лы идеаль газ законын кулланып була: mv^ = 3kT_ 2 2 • Моннан электронның җылылык хәрәкәтенең бүлмә . температурасындагы тизлеген белеп була: υ = т 3 • 1,38 • 10 Дж/град • 300 град 9 • 10^≡' кг ≈ 10≡^. с 2. Бәйсез электроннар хәрәкәт юлында кристал¬ лик рәшәткәнең ионнарына бәреләләр. Аларның ирекле очыш юлы, яки ике ион арасы λ = 10“^® м. Электр кыры көчләре тәэсирендә электрон өстәмә уртача тизлек (ы) ала. Бу тизлекнең зурлыгы кырның көчәнешлелеге Е га бәйле. Электроннар өчен катлаулы хәрәкәт — дрейф башлана. Электроннарның v һәм и тизлекләре векторча кушу кагыйдәсе буенча кушыла¬ лар. Үткәргечтән ток уза башлый. Токның тыгызлыгы: 7 = епи. Монда п — күләм берәмлегендәге электроннар саны, и — электроннарның тәртипле хәрәкәтенең уртача тизлеге. 150
I була. Бакыр үткәргечтә ток тыгызлыгы 5 А/мм булса, еп и = (1) Электроннарның хәрәкәт тизлеген табу өчен, күләм берәмлегендәге электроннар саны п ны табарга кирәк. Тыгызлык формуласына мөрәҗәгать итик: р = ГПдП. r∏Q — бер атом массасы; ул моляр массаның Авога¬ дро санына чагыштырмасына тигез: Р Р Р-^А = Р = ^5σ • n∙, п = — 5 • 10θ • 63,5 = • 6,02 • 10≡θ • 8,9 • 10≡ = 4 • 10~^ м/с. 3. Электрон газының кристаллик рәшәткә ионнары белән бәрелешүе аркасында, электроннарның хәрәкәте тоткарлана, электр каршылыгы барлыкка килә. Элек¬ трон электр кырыннан алган энергиясенең бер өлешен ионнарга бирә. Ионнарның тирбәнү хәрәкәте көчәя, тир¬ бәнү амплитудасы зурая. Шуның нәтиҗәсендә металл , үткәргеч җылына. Электроннарның юнәлешле хәрә¬ кәтенең тизлеге һәм электроннарның концентрациясе арткан саен, үткәргечнең эчке энергиясе зурая бара: и = т, 0 Р = ■ п; п = i еп 1,6 • 10 Q ~ /2; бу нәтиҗәне Джоуль — Ленц законы да раслый. Электроннарның югалткан энергиясен ток чыганагы даи¬ ми рәвештә тулыландырып килә. Электрон теориясенә таянып, чылбыр бүлемтеге өчен Ом законын аңлатып карыйк. Чылбыр бүлемтеген ци¬ линдр формасындагы үткәргеч дип күз алдына китерик (рәс. 91). Үткәргечнең озынлыгы I, аркылы кисем мәй¬ даны S булсын. Үткәргечнең очларында потенциаллар аермасы U булса, үткәргеч эчендәге кырның көчәнеш¬ леге £ = -у була, е корылмалы кисәкчеккә F = еЕ көче тәэсир итә. Бу көч тәэсирендә электроннар тәртипле хәрәкәт итә башлый. Электроннарның хаотик хәрәкә¬ тенә тәртипле хәрәкәт өстәлә. Ток зурлыгын табу өчен, электроннарның тәртипле хәрәкәтенең тәэсир итүче көчкә ничек бәйле икәнен белергә кирәк. I Рэс. 91 151
Ньютонның икенче законы нигезендә: а - —; элек- XXDXV√ X v∕xXXlOxXl∣ OdX∖>‰∕XXX3X ХХУХХ OOOXl∣4JfO • (<> —* у тронның юнәлешле хәрәкәтенең уртача тизлеге υ = гат; τ — электронның ике бәрелеш арасын үтү вакыты. F еЕ eU т υ = aτ = —τ = -τ = ^τ. т т ml Үткәргечтәге ток зурлыгы корылма зурлыгының е, аның конңентраңиясе га, тизлеге һәм аркылы кисеме тапкырчыгышына тигез: I = enυS = e^nSτU _ ml Моннан, Ом законындагыча, ток зурлыгының көчә¬ нешкә туры пропорңиональ икәнлеге күренә. Моның сәбәбе: электроннарның юнәлешле хәрәкәтенең уртача тизлеге металлардагы электр кырының көчәнешлелегенә туры пропорңиональ булуында. 1. Металл үткәргечләрендә электр то- * гын тудыручы кисәкчекләрне нинди тәҗрибәләр ярдәмендә ачыклыйлар? 2. Электрон теориясенең төп положе¬ ниеләрен атагыз. 3. Электрон теория¬ се ярдәмендә металл үткәргечләрнең электр каршылыгын аңлатыгыз. 4. Элек¬ трон теориясенә таянып. Джоуль — Ленц законын аңлатыгыз. 55. ҮТКӘРГЕЧ КАРШЫЛЫГЫ¬ НЫҢ ТЕМПЕРА¬ ТУРАГА БӘЙЛЕ¬ ЛЕГЕ Үткәргеч каршылыгы температурага карап үзгә¬ рәме? Бу сорауга җавап бирү өчен, тәҗрибәгә-мөрәҗә¬ гать итик. Чылбырга бер-бер артлы лампочка һәм тимер¬ чыбыктан ясалган спираль тоташтырыйк. Спиральне спиртовка ялкынында тотсак, лампаның яктыруы кимү¬ ен күзәтәбез. Лампа урынына амперметр куйсак, спи¬ ральне җылытканда, ул чылбырда токның кимүен күрсәтә (рәс. 92). Бу тәҗрибәдән тимерчыбыкны җылытканда аның каршылыгы арта дигән нәтиҗә чыга. Тимерчыбык урынына башка металлардай ясалган үткәргечләр кулланып тәҗрибәне кабатласак, җылыт¬ канда барлык металларның да каршылыклары артуын белербез. Бу күренеш чиста металларда күбрәк, ә эретмә¬ ләрдә кимрәк. Кайбер эретмәләрнең каршылыклары тем¬ пература үзгәрүгә карап үзгәрми диярлек. Боларга кон¬ станта, манганин һ.б. керә. Мондый материаллардан эшләнгән үткәргечләр эталон реостатлар, каршылыклар магазины ясау өчен уңайлы. 152
Хәзер тәҗрибәне электролит белән кабатлыйк (рәс. 93). Тимерчыбык спи¬ раль урынына электролит урнаштырабыз. Электролитны җылытканда, чылбырда ток арта барганын күрәбез. Димәк, тем¬ пература күтәрелгән саен, электролитның каршылыгы кими. 0 °C та үткәргечнең каршылыгы R^, ә температурасы t° булганда, каршылы¬ гы R булса, каршылыкның чагыштырма үзгәрүе температура үзгәрүенә пропорцио¬ наль була: Рәс. 92 - Л, в~ ■о = α⅛. Пропорциональлек коэффициенты а ны каршылыкның температура коэф¬ фициенты дип атыйлар. Ул җисем кар¬ шылыгының температурага бәйлелеген характерлый. Температура коэффициен¬ тының санча кыйммәте үткәргечне 1°Кга җылытканда каршылыкның чагыштырма үзгәрүенә тигез. Металл үткәргечләрнең барысы өчен дә α температура үзгәрүгә карап сизелерлек үзгәрми. Саф металлар өчен: JkK"4 О, ул а 273 Электролитларның, температура арту белән, каршылыклары кими. Алар өчен α өчен α = -0,02 К“^. О . Мәсәлән, 10% лы аш тозы эремәсе Рас. 93 Температура үзгәрүгә карап, үткәргечләрнең кар- шылыгы үзгәрүнең гамәлдә куллану мисалын карап китик. Термометрларның бер төрендә — каршылык термометрында иң мөһим элемент булып югары каршы¬ лыклы металл үткәргечтән эшләнгән спираль тора. Ул слюда пластинкага уралган (рәс. 94). Мондый термометр белән югары температураларны да, бик түбән темпера¬ тураларны да үлчәп була. Температураны үлчәү өчен, термометрны югары температуралы мич эченә яки салкын урынга урнаштыралар, үткәргечнең каршылы¬ гы үзгәрүгә карап, температураны билгелиләр. I I I I I I I I <itb> Рэс. 94 153
Q 1. Үткәргечләрнең электр каршылыгын * молекуляр-кинетик теориягә бәйләп аңлатыгыз. 2. Электр лампасының егәр¬ леге кайчан зуррак була: электр чыл¬ бырына тоташтыргачмы, лампа бераз янып торгачмы? 3. Температура арту белән, электролитларның каршылыгы кимүне ничек аңлатырга? Мәсьәлә чишү үрнәкләре мәсьәлә. Аркылы кисем мәйданы 4 мм' 1 нче мәсьәлә. Аркылы кисем мәйданы 4 мм® булган үткәргечтән 4 минут эчендә күпме электрон үт¬ кән? Дрейф тигезлеге 10“^ м/с булган токның тыгызлыгы 100 А/см®. Электроннарның конңентраңиясе нинди? Бирелгән: S = 4 • 10“® м^ j = 10® A∕cM^ t = 240 с V = 10“^ м/с 9 = 1,6 • 10’^® ,2 Кл Чишү. Металл үткәргечтәге ток зурлы¬ гының тыгызлыгы: j = n^ev. Моннан электроннарның конңен- трациясе: = J- = ev га, 2 lQθA∕M ' Кл • 10“^м/с |16 '0 ,-19 1,6 • 10 = 6,25 • 10"” м Электроннар санын белү өчен, корылма зурлыгын табарга кирәк: q= It яки q = еп = jSt. jSt е га = ? ra∩ = ? '0 Моннан га = = 6 ∙ электрон. 2 нче мәсьәлә. Аркылы кисем мәйданы 1 мм® булган бакыр үткәргечтән 10 A ток үтә. Электроннарның үткәргечтәге юнәлешле хәрәкәтенең уртача тизлеген табарга. Бәр бакыр атомына бер бәйсез электрон туры килә дип исәпләргә. Бирелгән: 1= 10 A S= 10“®м® υ = 8,9 • 10® кг/м® М= 64: • 10~® кг/моль е= 1,6-10-1® Кл Ад = 6,02-10®® моль мәсьәлә. Аркылы кисем мәйданы 1 шг Чишү. Белгәнебезчә, ток зурлыгы: г ? о I = у = enV)S. / = т = env,S. -1 v = 7 Моннан: J enS' Электроннар конңентраңиясе: Р υ = га = 154
Монда р — бакырның тыгызлыгы, τnθ — бер атом массасы. Бер атом массасын табу өчен, бакырның моляр массасын Авогадро санына бүләбез: М т, о υ = Димәк, -IM. enS eρNS Na п = р— μ 10 • 64 • 10=^ 8,9 • 10® • 6,02 • 10®® • 10 1,6 • 10"*® 3 = 0,77 ∙ 10^≡m∕c. 3 нче мәсьәлә. Вольфрам кыллы электр лампасы 50 Вт егәрлеккә исәпләнгән. Лампочка янып торганда, кылның температурасы 2500 °C була. Токны ялгагач та, лампаның егәрлеге күпме булыр? Вольфрамның темпе- Γ≡ град-1. ратура коэффициенты α = 4,5 • 10 Бирелгән: iθ = 20° t = 2500 Р = 50 Вт α = 4,5 • 10 ,0 -3 град -1 Чишү. Бүлмә температурасын ⅛θ= 20 °C дип алсак, лампочканы электр чылбырына тоташтырганда, аның егәрлеге IL Р,= IU = ^U = R, Ro була. Rq — лампаның бүлмә темпе¬ ратурасындагы каршылыгы. Лампа кылы t = 2500 °C температурага кадәр кыз- тг2 ганда, лампаның егәрлеге Р = булыр. P∏= и- R - R = Pq(1 + (At - о Моннан: Р = Pq(1 + oc(t - iθ)) = 600 Вт. 155
56. СУПЕР- ҮТКӘРҮЧӘНЛЕК Металл үткәргечләрнең температурасы кимегән саен, каршылыгы кечерәйгәнне күрдек. Температура абсолют нульгә омтылганда, үткәргечнең каршылыгы ничек булыр? 1911 елда Голландия физигы Камерлинг-Оннес, түбән температурада терекөмешнең электр каршылы¬ гын үлчәгәндә, кызыклы күренеш күзәтә: температура 4,2 °К га кадәр төшкәндә, терекөмешнең каршылыгы нульгә кадәр төшә. Тәҗрибәдәге терекөмеш каршылы¬ гының температурага бәйлелеге 95 нче рәсемдәге гра¬ фикта күрсәтелгән. Тәҗрибәләрне дәвам итеп, башка металларның һәм эретмәләрнең дә суытуны тиешле дәрә¬ җәгә җиткергәндә электр каршылыклары нульгә әйләнү сыйфатын суперуткдручднлек, ягъни үтә үткәрүчәнлек дип, ә андый халәттәге үткәргечләрне суперүткәргечләр дип атаганнар. Суперүткәргечләр ике төрле була. Суперүткәргечләрнең беренче төренә саф металлар керә. Табигатьтә андый лар егермедән артык. Алар ара¬ сында гадәти температурада яхшы үткәргечләр булган металлар (алтын, көмеш, бакыр) юк, ә бүлмә темпе¬ ратурасында электр үткәрүчәнлекләре югары булмаган терекөмеш, кургаш, титан кебек металлар бар. Суперүткәргечләрнең икенче төренә химик кушыл¬ малар һәм эретмәләр керә. Бу төр суперүткәргечләрнең саны берничә йөзгә җитә. Матдәләрнең суперүткәргеч халәтенә күчүе темпе¬ ратураның бик тар аралыгында була. Бу халәткә күчү температурасын критик температура Т^^дип атыйлар. Беренче төр суперүткәргечләр өчен максималь критик температура 11,20 °К, ә икенче төр өчен 18 °К; таби- гатьтә киң таралган металлардай титан өчен критик ч О а 3 м 3 ≥ 1=1 3 В а (Й й 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 Рәс. 95 4,22 4,24 4,26 4,28 4,30 Температура, °К 156
температура 0,37 °К; цинк өчен 0,79 °К; алюминий өчен 1,14 °К; кургаш өчен 7,22 °К. Йомык суперүткәргечтә ток чыганагы ярдәмендә ток булдырганнан соң, ток чыганагын алып куйсак та, чылбырда ток зурлыгы кимемичә, озак вакыт дәвамында ток узып торыр. Гадә- ти үткәргечтә ток шунда ук тукталыр иде. Суперүткәргечләрне куллану өлкәсе гаять зур. Элек¬ тромагнитларда, мәсәлән, кәтүкләрнең уралмаларын суперүткәргеч материалдан ясыйлар. Магнит кыры, өстәмә энергия таләп итмичә, озак вакыт дәвамында уралмаларда саклана. Үткәргечләрнең каршылыгы булмагач, җылылык та бүленеп чыкмый. Элементар кисәкчекләрне тизләткеч җайланма¬ ларда, магнитогидродинамик генераторларда супер¬ үткәргечле магнитлар кулланыла. Боларда ионлашкан газларның механик энергиясе көчле магнит кырында электр энергиясенә әверелә. Әгәр дә гадәти температурада эшли торган супер¬ үткәргечләр булдыруга ирешелсә, бик мөһим техник мәсьәлә хәл ителер иде: электр энергиясен югалтулар¬ сыз ерак араларга тапшырып булыр иде. Физикларның игътибары хәзер шушы мәсьәләне чишүгә юнәлтелгән. Суперүткәрүчәнлекнең табигатен аңлату 1957 ел¬ да гына америкалы Дж. Бардин һәм рус галиме Н. Н. Боголюбов хезмәтләреннән соң мөмкин булды. 1986 елда суперүткәрүчәнлекне югары температура¬ да булдыру мөмкинлеге ачылды. Лантан, барий һәм башка элементлардан торган катлаулы оксидлы кат¬ нашма суперүткәргеч халәтенә 100 °К температурасында күчә. Бу — атмосфера басымы астында сыек азотның кайнау температурасыннан шактый югары. Югары температуралы суперүткәрүчәнлек радио¬ техника, электротехника, яңа буын электрон хисаплау машиналары төзелешендә якын киләчәктә яңа техник революция булачак. Әлегә суперүткәргечләр булдыруда кыйммәтле гелий газы кулланыла. Бүлмә температурасында эшли ала торган супер¬ үткәргечләр табылганда, генераторлар һәм электр двига¬ тельләренең үлчәмнәре берничә тапкыр кечерәер һәм материалларга шактый экономия булыр иде. 1. Суперүткәрүчәнлекне электрон тео- • риясенә бәйләп аңлатыгыз. 2. Нинди температураны критик температура дип атыйлар? 3. Суперүткәргечләрне гамәлдә куллануның нинди техник кы¬ енлыклары бар? 157
Q Эксперименталь мәсьәлә -үткәргечнең чагыштырма каршылыгын үлчәү Максат: теорияне гамәлдә кулланырга өйрәнү; электр үлчәү приборлары белән эш итү күнекмәләре бул¬ дыру. Җиһазлар: амперметр, вольтметр, линейка, штан¬ генциркуль, үткәргечләр, ток чыганагы, өзгеч. Эшкә күрсәтмәләр 1. Эшне башкару өчен, чагыштырма каршылы¬ гы зур булган үткәргеч (нихром, константан) алына. Үткәргечнең чагыштырма каршылыгын ничек табып булуы турында әңгәмә корыла. Үткәргечнең каршылыгы: R = р-^; S = О d — үткәргечнең диаметры. 2. Үткәргечнең каршылыгын табу өчен. Ом законы πcP 4 • искә төшерелә: и = IR∙, R = и. I’ 1 = и_. ’ Pt = S I ; Р = US = πd^U II 411 ' Эш барышы 1. Чагыштырма каршылыгы зур булган үткәргеч¬ нең озынлыгы I һәм калынлыгы d үлчәнә, таблицага языла. Тәҗрибә саны 1 2 3 4 I d I и р Үткәргечнең материалы 2. Электр чылбыры төзелә (рәс. 96), ток зурлыгы һәм үткәргечнең очларындагы көчәнеш үлчәнә, табли¬ цага языла. 3. Чагыштырма каршылык табыла. 4. Тәҗрибә кабатлана һәм чагыштырма каршы¬ лыкның уртачасы табыла. Чылбырга реостат кертеп, I һәм и ның төрле күрсәткечләрен алырга мөмкин. 158
V 1 'Γ Рәс. 96 5. Табылган зурлыкны үткәргечләрнең чагыштырма каршылыклары таблицасы белән чагыштырып, үткәр¬ гечнең нинди материалдан булуы таблиңага языла. Ни өчен электр чылбырындагы үткәргечләрнең ча¬ гыштырма каршылыклары кечкенә, ә җылыткыч при¬ бордагы спиральләрнең чагыштырма каршылыклары зур булырга тиеш? «Даими электр тогы» бүлегендәге белемнәрнең иң мөһимнәре 1. Электр чылбырында ток даими булып торсын өчен, ток чыганагы кирәк. Ток чыганагында даими электр тогын чит көчләр (электростатик та¬ бигатьле булмаган көчләр) тудыра. Ток чыганагы эчендә корылмаларны электродларда чит көчләр, ә чылбырның башка өлешендә корылмаларны электр кыры хәрәкәткә китерә. Электр йөртү көче йомык чылбырда чит көчләрнең корылманы күчерү эшенең корылма зурлыгына чагыштырмасына тигез: •^Ч.к. Q 2. Ток чыганагының электр йөртү көче йомык чылбырның эчке һәм тышкы бүлемтекләрендә көчәнешләр кимү суммасына тигез: ε = IR + 1г, яки ε = I (R + г); I = ε = S R + г ■ Соңгы формула тулы чылбыр өчен Ом законының математик язылышы була. 3. Электр кыры корылмалы кисәкчекләрне үткәргечләр аша күчер¬ гәндә эш башкара. Эш зурлыгын А = IU∕∖t формуласы белән исәпләп була. Электр энергиясе җылылык энергиясенә әверелгәндә башкарылган эш җылылык микъдарына бәрабәр була: А = IUAt = /2 RM = iξ-M = Q. R 4. Күп санлы тәҗрибәләр ярдәмендә металларда электр тогын бәйсез электроннар тудыруы исбатлана. Күп сандагы бәйсез электроннар «электрон газы» барлыкка китерә. 159
ә температурасы t булганда '0 = αf. » Электроннар, электр кыры көчләре тәэсирендә хәрәкәт иткәндә, ме¬ таллның кристаллик рәшәткәсенә бәреләләр. Металларның электр каршы¬ лыгы шуның белән аңлатыла. 5. 0 °C та үткәргечнең каршылыгы βθ, каршылыгы R булса, каршылыкның чагыштырма үзгәреше температура үзгәрешенә пропорңиональ була: R - R, R~ Пропорңиональлек коэффиңиенты барлык саф металлар өчен 6. Температура кимү белән металл үткәргечләрнең каршылыклары кими. Билгеле бер температурада ул нульгә кадәр җитә. Үткәргечләр¬ нең электр каршылыгы нульгә әйләнү сыйфатын суперүткәрүчәнлек дип атыйлар. 1 га тигез. α ≈ 77⅛K
ТӨРЛЕ ТИРӘЛЕКТӘ ЭЛЕКТР ТОГЫ 57. Термоэлектрон эмиссия күренеше. 58. Электрон-нурлы көпшә. 59. Электролиз законнары. 60. Электролизны техникада куллану. 61. Газларның электр үткәрүчәнлеге. Мөстәкыйль һәм мөстәкыйль бул¬ маган бушану. 62. Газларда мөстәкыйль электр бушану төрләре. 63. Сирәкләндерелгән газларда электр тогы. 64. Ярымүткәргечләр. 65. Ярымүткәргечләрнең үзүткәрүчән- леге. 66. Ярымүткәргечләрнең катышмалы үткәрүчәнлеге. 67. Ярымүткәргечтә әлектрон-тишем күчеше. 68. Транзистор. Ярымүткәргечләрнең үзлекләре һәм мөмкинлек¬ ләре билгеле булганга кадәр радиотехникада электрон лампалар гына кулланылды. Бу лампаларда һәм элек¬ трон-нурлы көпшәләрдә электроннар вакуумда хәрәкәт итә. Сорау туа: нәрсә соң ул вакуум? Электроннар анда ничек барлыкка килә? Вакуум дип матдә кисәкчекләре булмаган простран¬ ство атала. Ябык савыттан һаваны насос белән суыр¬ тып алып, савытта калган молекула бер стенадан икен¬ чесенә кадәр хәрәкәт итү юлында бер молекулага да бәрелми үтү мөмкинлеген тудырып була. Бу очракта са¬ выт эчендәге пространствоны вакуум дип әйтә алабыз. Корылган электрометрның кендеген ике электрод¬ лы вакуум лампасының бер электродына, ә корпусын икенче электродына тоташтырыйк (рәс. 97). Электрометр- да бушану булмый. Димәк, вакуум-лампаның элек¬ тродларына көчәнеш бирелсә дә, лампадан ток узмый, вакуумда ирекле электр корылмалары юк. Д Рәс. 97 57. ТЕРМО¬ ЭЛЕКТРОН ЭМИССИЯ КҮРЕНЕШЕ 161
+ A К Рәс. 98 Америка галиме һәм уйлап табучы Томас Эди¬ сон 1879 елда вакуум-лампаның бер электродын югары температурага кадәр кыздырганда лампада ток барлыкка килүен күргән. 98 нче рәсемдә күрсәтелгән тәҗрибәдә лампаның металл кылын ток чыганагына тоташтырып кыздыралар. Әгәр дә электрод ток чыганагының тискәре полюсына тоташтырылса, кыл кызганда, электрометр тиз генә бушана. Кылны ток чыганагының уңай полюсы белән тоташтырганда, электрометрның бушануы күзәтелми. Тәҗрибәдән чыгып нәтиҗә ясарга була: кыздырылган катод тискәре корылмалы кисәкчекләр чыгара. Бу ки¬ сәкчекләрнең электроннар булуы ачыклана. Кыздырылган метиллардан ирекле электроннар аерылып чыгу куренеше термоэлектрон эмиссия дип атала. Бу проңессны кызган металлдан электроннарның парга әйләнүенә охшатырга мөмкин. Каты җисемнәрнең күбесенең термоэлектрон эмиссиясе башлану температу¬ расы бу җисемнәрнең парга әйләнү температурасыннан түбәнрәк була. Шуңа күрә андый җисемнәрдән вакуум- лампаларның катодларын ясыйлар. Термоэлектрон эмиссия вакытында кызган металл¬ дан — электродтан — электроннар өзлексез чыгып тора. Электроннар электрод тирәсендә электрон болыты бар¬ лыкка китерәләр. Электроннарын югалткан электрод үзе уңай корылма белән корыла. Электрон болытының электр кыры тәэсирендә электроннарның бер өлеше кире электродка кайта. Динамик тигезләнеш хәле барлыкка килә. Элек¬ тродтан киткән электроннар саны белән электродка кире кайткан электроннар саны тигезләшә. Катодның темпе¬ ратурасы зур булган саен, электрон болытының тыгыз¬ лыгы зуррак була. Лампаның салкын һәм кызган электродлары ара¬ сында көчәнеш булганда, анда бер якка юнәлгән ток барлыкка килә. Ток чыганагының уңай полюсын лам¬ паның салкын электроды — анод белән, ә тискәре полю¬ сын кыздырылган электрод — катод белән тоташтырсак (рәс. 98), электр кыры көчәнешлелеге кызган электродка юнәлгән була. Бу кыр тәэсирендә электроннар электрон болытыннан салкын электродка таба хәрәкәт итә баш¬ лый. Электр чылбыры йомыла, һәм лампа аша ток үтә башлый. Ток чыганагы полюсларын киресенчә тоташ- 162
Рәс. 99 α> I О +0 б) I 0+ -0 Анод Катод Кыздырма кыл Рәс. 100 тырсак, электр кыры көчәнешлелеге кызган электрод¬ тан салкын электродка юнәлә. Электроннарга ка¬ тодтан анодка бару юлы бикләнә (рәс. 99, б), чылбыр өзелә. Димәк, мондый лампаларда ток бер генә юнәлеш¬ тә уза. Термоэлектрон эмиссия күренеше күп төрле элек¬ трон приборларда кулланыла. Аларның иң гадие — ва- куум-лампа — диод. Диод һавасы суыртып алынган пыя¬ ла баллоннан тора. Баллон эченә ике электрод: анод һәм катод куелган. Анод металл пластинкалардан, ка¬ тод спираль итеп уралган нечкә металл үткәргечтән эшләнә. Катодны ток чыганагына ялгап кыздыру өчен, спиральдән металл таякчыклар ярдәмендә лампа пыяла¬ сы аркылы ике чыгынты ясала. Электр тогы ярдәмендә кыздырыла торган спиральне кыздырма кыл дип атый¬ лар. Диодның шартлы билгесе 100 нче рәсемдә күрсә¬ телгән. Югарыда вакуум-лампада токның бер генә юнә¬ лештә — катодтан анодка таба гына булуын белдек. Ди¬ одның бу үзлеге радиотехник приборларда алмаш электр тогын даими токка әверелдерү өчен кулланыла. Электрон-лампаның анодында типтек ясасак, электр кырында тизләтелгән электроннар, тишек аркылы үтеп, анод артында электроннар бәйләме барлыкка китерә. Ка¬ тод һәм анод арасына өстәмә электрод куеп һәм аның потенңиалын үзгәртеп, электроннар бәйләмендәге элек¬ троннар санын кирәк кадәр үзгәртергә мөмкин. Элек¬ троннар бәйләмендәге тизләтелгән электроннар, үз юлындагы җисемнәр белән очрашып, төрле күренешләр барлыкка китерә. Боларны гамәлдә куллану очракларына тукталыйк. 58. ЭЛЕКТРОН- НУРЛЫ КӨПШӘ 163
Рәс. 102 Рәс. 101 Электроннар бәйләмен җисемгә юнәлтсәк, җисем җылына, аның температурасы күтәрелә. Техникада электрон бәйләменең бу үзлеген эретү юлы белән ваку¬ умда үтә чиста металлар алу өчен кулланалар. Тизләтелгән электроннар җисемгә бәрелеп тоткар¬ ланганда, рентген нурланышы барлыкка килә. Бу күре¬ неш рентген көпшәләрендә файдаланыла. Бу турыда сез 11 нче сыйныфта өйрәнерсез. Кайбер матдәләр (пыяла, цинк һәм кадмий суль¬ фидлары) электроннар бәрелгәндә яктыралар. Мондый материалларны люминофор^ дип атыйлар. Люминофор¬ ларда электрон бәйләме энергиясенең 25% ы яктылык энергиясенә әверелә. Электрон бәйләме электр һәм магнит кырларында юнәлешен үзгәртә. Корылган конденсатор йөзлекләре арасыннан узганда, электроннар тискәре корылмалы йөзлектән уңай корылмалы йөзлеккә таба авыша (рәс. 101). Магнитның төньяк полюсы өстеннән очучы электроннар сулга, ә көньяк полюсы өстеннән очучы электроннар уңга авыша (рәс. 102). Поляр балкыш күренеше шушы сәбәптән була да инде. Кояштан кил¬ гән электроннар агышы Җирнең магнит кырында по¬ люслар янында читкә этеләләр, һәм атмосфераның өске катламнарында газлардан яктылык сибелүе күзәтелә. Электр һәм магнит кырлары ярдәмендә электрон бәйләме белән идарә итү мөмкинлеге электрон-нурлы көпшәләрдә кулланыла. Электрон-нурлы көпшә — осциллограф^ һәм теле¬ визорларның иң мөһим өлеше (рәс. 103, 104). Электрон-нурлы көпшәнең төзелеше 105 нче рә¬ семдә күрсәтелгән. Көпшә эченнән һавасы суыртылган Люминофор — латин сүзе: люмен — яктылык, ферос — ки- Осциллограф — латин сүзе: оцилло — тирбәнү; грек сүзе 1 терүче. 2 графо — язу. 164
Рәс. 103 о Рәс. 104 в н. oooθoC∣ - .Г Аг FT * *""** MW 4 Рәс. 105 баллоннан тора. Баллонның бер стенасы экран хезмәтен үти. Көпшәнең икенче башы тарайтылган. Анда җитез электроннар чыганагы — электрон пушкасы урнашты¬ рыла (рәс. 106). Пушка катодтан, идарә итүче электрод¬ тан һәм анодтан тора. Цилиндр формасындагы кызды¬ рылган С катодыннан электроннар бүленеп чыга. Катод җылылык саклагыч экран Н белән әйләндереп алынган. Электроннар агышы В электродындагы тишектән чык¬ канда, электроннарның саны тәртипкә салына. һәм анодлары тишекле дисклардан тора. Беренче анод һәм катод арасында йөзләрчә һәм меңнәрчә вольт потенциал¬ лар аермасы тудырыла. Мондый көчле электр кырында электроннар бик зур тизләнеш ала. Анодларның формасы һәм тиешле урында урнаштырылуы электрон бәйләмен бер ноктага җыярга мөмкинлек бирә. Экранга бару юлында электрон бәйләме идарә итүче ике пар пластинкалар аша уза. Пластинкалар арасында электр кыры булмаса, электроннар юлын үзгәртмичә экран уртасына барып төшә. Вертикаль урнашкан пла¬ стинкаларда потенциаллар аермасы булдырганда, элек¬ трон бәйләме горизонталь юнәлештә авыша. Горизон¬ таль пластинкаларда потенциаллар аермасы тудырганда, электроннар вертикаль юнәлештә этелә. Ике пар пластинкалар белән берьюлы идарә итеп, экрандагы якты ноктаны теләсә нинди юнәлештә күчереп йөртергә мөмкин. Телевизордагы электрон-нурлы көпшәне кинескоп дип атыйлар. Кинескопта электрон бәйләме магнит кырлары белән идарә ителә. Магнит кырын электрон- нурлы көпшәнең нечкәргән урынына урнаштырган кә¬ түкләр булдыра (рәс. 104). Соңгы вакытта электрон-нурлы көпшәләр дисплей- ларда да кулланыла. Дисплей — электрон-хисаплау Р»: Рәс. 106 165
машиналарының башкарган эшен кабул итүче җайлан¬ ма. Телевизор экранындагы кебек, дисплей экранына ЭХМ эшкәрткән мәгълүмат бирелә. Мәгълүмат сүзләр белән дә, графиклар белән дә, тикшерәсе объектның сурәтләре белән дә бирелергә мөмкин. Q 1. Электрон-лампаларда ни өчен ваку- • ум булдыралар? 2. Вакуумлы диодның төзелешен һәм эшләү принцибын аңла¬ тыгыз. 3. Термоэлектрон эмиссия күре¬ нешен аңлатыгыз. 4. Электрон-нурлы көпшәдә электроннар бәйләме белән ничек идарә ителә? 5. Электрон-нурлы көпшәне куллануга мисаллар китерегез. 59. ЭЛЕКТРОЛИЗ ЗАКОННАРЫ Сыеклыклар диэлектриклар да, үткәргечләр дә, ярымүткәргечләр дә була ала. Дистилляцияләнгән су, мәсәлән, диэлектрик була, ә кислота, селте, тоз эремә¬ ләре — үткәргечләр; эрегән селен, сульфидларның эрет¬ мәләре — ярымүткәргечләр. Химия курсыннан билгеле булганча, электролит- ларда электр кыры тәэсирендә электролит молекулала¬ ры аерым ионнарга таркала. Бу процесс электролитик диссоциация js,wι атала. Электролитта, электр кыры булганда, ионнар элек¬ тродларга таба хәрәкәт итә башлый. Уңай ионнар катод¬ ка, тискәре ионнар анодка юнәләләр. Ионнар электрод¬ ларга корылмаларын биреп, нейтраль атомга әйләнәләр һәм электродларда утырып калалар. Электродларга кил¬ гән ионнар саны арткан саен, электродларда утырган матдә микъдары күбәя бара. Бу нәтиҗәгә тәҗрибә ярдәмендә дә килә алабыз. Бакыр купоросы эремәсенә, күмер электродлар төшереп, ток чыганагына ялгасак, бераздан катод ролен үтәүче • күмер электрод өстендә сизелерлек бакыр катламы бар¬ лыкка килер. Ток уздыруны һаман дәвам иттерсәк, элек¬ тродка утырган бакыр катлавы зураер. Электролит аша ток узганда, электродларда мат¬ дә буленеп чыгу куренешен электролиз дип атыйлар. Электролитлар аша төрле зурлыктагы токлар уз¬ дырып һәм электродларда бүленеп чыккан матдәләрнең массаларын үлчәп, инглиз физигы М. Фарадей 1833— 1834 елларда электролизның ике законын ачкан. Электролиз вакытында электродларда бүленеп чык¬ кан матдә микъдары нәрсәләргә бәйле соң? 166
Беренче чиратта электродка утырган матдә микъ¬ дары билгеле бер вакыт эчендә электродка килеп җит¬ кән ионнар санына һәм бер ионның массасына бәйле: т = N, • т. oi i '"'0l∙ Билгеле булганча, бер ион массасы Матдәнең моляр массасының Авогадро санына чагыштырмасына тигез: = ^a∙ Электродка килеп корылмасын тапшырган ионнар саны электрод алган корылма зурлыгын бер ион корыл¬ масына бүлгәнгә тигез: Майкл _0_ ^0i' Бер ион корылмасы валентлык белән бәйләнгән: ⅜i = пе. М neN а = IAt икәнен истә тотып, т = —τ7~-f∆⅛ дип яза алабыз. Тигезлектәге масса т һәм корылма q = I∕^t арасын¬ дагы даими зурлыкларны пропорциональлек коэффици- —44ТТ ятгоятг П '~'^ “ енты ⅛ = дип алсак, zn = kl^t (1) формуласы килеп чыга. ∆f вакыты эчендә ток узганда, электродта аеры¬ лып чыккан матдә микъдары ток зурлыгына һәм вакыт¬ ка туры пропорциональ була. Бу нәтиҗәне беренче булып Фарадей исбатлаган. Шуңа күрә физика фәнендә бу закон Фарадейның беренче законы дип йөртелә. Бу законның дөреслеген тәҗрибәдә тикшерергә бу¬ ла. А, В һәм С бериш электролитларына, 107 нче рәсем¬ дә күрсәткәнчә, ток ялгыйбыз. Закон буенча, А, В, С электродларында аерылып чыккан матдә микъдары I, ∕j, Jg токлары чагыштырмасында була. I = + ∑2 булгач, А электролитында аерылып чык¬ кан матдә микъдары В һәм С әлектролитларындагы мат¬ дә микъдарлары суммасына тигез. (1) формуладан күренгәнчә, ⅛ коэффициенты санча кыйммәте белән ионнар 1 Кл электр корылмасы күчер¬ гәндә аерылып чыккан матдә массасына тигез. Фарадей (1791—1867) — бөек инглиз физигы, элек- тромагнитик күре¬ нешләр тәгълима¬ тын үстерүдә күркәм роль уйнады. Ул электромагнитик ин¬ дукция күренешен, электролиз законна¬ рын ачты. Фәндә бе¬ ренче булып Фарадей электр һәм магнит кырлары турында төшенчә кертте. Электр, магнит һәм яктылык күренеш¬ ләренең бер-берсенә бәйлелеге турында¬ гы фикерләрне дә бе¬ ренче ул әйтте. Фи¬ зиканың башка өлкә¬ ләрендә дә аның ачышлары күп. Газ¬ ларны сыекландыру алымын уйлап табуы шундыйларга керә. 167
+. А I А 2 Рәс. 107 М п k = — формуласыннан күренгәнчә, матдәнең ⅛ матдәнең электрохимик эквиваленты дип атала. Электрохимик эквивалент кг/Кл белән үлчәнә, т һәм 5 ны үлчәп, төрле матдәләрнең электрохимик эквива¬ лентларын табып була. Фарадейның икенче законы электрохимик эквива¬ лентның матдәнең моляр массасы һәм валентлыгына ни¬ чек бәйле булуын күрсәтә. Матдәнең электрохимик эквиваленты моляр мас¬ сага туры, ә валентлыкка кире пропорциональ була. Моляр массасының валентлыкка чагыштырмасы — матдәнең химик эквиваленты дип атала. формуласыннан күренгәнчә, матдәнең электрохимик эквиваленты аның химик эквивалент X = га туры пропорциональ була. Электрон корылмасы белән Авогадро саны тапкыр¬ чыгышын Фарадей саны дип атыйлар: F = eN^. Электролиз вакытында аерылып чыккан матдә = формуласына Фарадей санын X = — га туры пропорциональ була. массасы т куябыз: A (2) m = F -1- • IM. F п (2) формуладан чыгып әйтә алабыз: Фарадей саны электролит аша ток узганда, электродта утырган мат¬ дә массасының санча кыйммәте химик эквивалентка 168
тигез булсын өчен, күпме корылма узарга тиеш дигәнне аңлата. Тәҗрибә ярдәмендә табылган Фарадей саны F = = 96 500 Кл/моль була. Техникада электролиз төрле максатларда кулла- 60. ЭЛЕКТРОЛИЗ- ныла. Шуларның берничәсенә тукталыйк. НЫ ТЕХНИКАДА 1. Бакырны рафинирлау. Саф бакырдан югары КУЛЛАНУ сыйфатлы үткәргечләр ясыйлар. Бакырга бик аз гына катышмалар эләксә дә, үткәргечнең сыйфаты бозыла. Бакырны катышмалардан чистартуны рафинирлау дип атыйлар. Бу процесс өчен зур бетон ванналарга бакыр ку¬ поросы эремәсе тутыралар. Анда параллель тоташ¬ тырылган катод ролен үтәүче чистартылган бакыр пластинкалар урнаштыралар. Алар арасына шулай ук параллель тоташтырылган чистартылмаган калын ба¬ кыр пластинкалар төшерәләр. Алар анод ролен үти. Электр тогы үткәндә, катодка чиста бакыр утыра. Анод пластинкалар эреп юкара бара, бакыр купоросы эремә¬ сеннән катодка килеп утырган бакыр ионнары хиса¬ бына катод пластинкалары калыная. Чит кушылмалар төпкә утыра. Катод пластинкасы тиешле үлчәмнәргә җиткәч, аны алып, аның урынына юка бакыр пластин¬ касы куялар. Эреп беткән анод пластинкаларын да алыш¬ тыралар. Шулай итеп, саф бакыр алу процессы туктаусыз дәвам итә. Катодка бакыр «үстерү» тиз генә бармый. Катодка, 80 кг бакыр утыру өчен, 20—30 көн буена ток узды¬ рып торырга кирәк. Яхшы сыйфатлы бакыр алу өчен, ток зурлыгының да әһәмияте бар. Электродның 1 дм^ мәйданына ток зурлыгы 0,3 А дан артмаска тиеш (рәс. 108). Саф бакыр куллану өлкәләре арткан саен, бакыр чистарту заводлары саны көннән-көн арта. 2. Алюминий табу. Җирдә иң киң таралган химик элементларның берсе булса да (теләсә нинди кызыл балчыкта алюминий бар), алюминийны куллану башка элементлардан соңрак башланды. Лаборатория шарт¬ ларында алюминий 1881 елда гына табылды. Хәзер алюминий — иң киң таралган металларның берсе. 169
Саф алюминийны шулай ук электролиз юлы белән табалар. Электролит булып алюминий оксиды (глино¬ зем) эремәсе кулланыла. Эремәгә криолит эремәсе (фтор¬ лы алюминий белән фторлы натрий) кушыла. Электролиз ванналарын электролизер дип атый¬ лар. Электролизерга электролит салалар һәм ток уздыра¬ лар. Ванна катод ролен үти, ваннага төшерелгән күмер таяклар анод була. Башта, ваннага ток тоташтырып, электр энергиясе ярдәмендә криолитны эретәләр. Крио¬ лит эреп беткәч, анод электродларын күтәрәләр. Хәзер ток эрегән масса аша үтә һәм ваннаның төбенә (катөд- ка) сыек хәлдәге чиста алюминий җыела. Эрегән сыек алюминий алюминий рудасыннан авыррак, һәм ул төпкә утыра. Ванна төбендәге махсус тишекләрдән аны махсус формаларга агызалар. Алюминий һәм бакырдан башка электролиз юлы белән магний, натрий, калий, кальций һ. б. металларны алалар. 3. Гальваностегия. Тутыга торган металларның өс¬ леген никель, көмеш, цинк кебек тутыкмый торган ме¬ таллар белән каплыйлар. Бу процесс та электролиз юлы белән башкарыла. Берәр әйберне никель белән капларга кирәк бул¬ са, аның өслеген башта ныклап чистарталар, аннары аны электрөлитик ваннага төшерәләр (рәс. 109). Ванна¬ га тозның аммиаклы эремәсен [(NH4)2SO4NiSO4 • 6Н2О] салалар. Анод булып никель кисәге, катод булып никель п р г- я ■nil '*TbP 1 I ! I^⅛ III .U⅜⅛^,∣∣ r*M⅛⅛s∙∣)r0 Рәс. 109 Рәс. 108 I У + 170
каплыйсы әйбер хезмәт итә. Токны кирәкле вакытта ялгап, җисем өстен тиешле калынлыкта никель белән каплыйлар. 4. Гальванопластика. Электролиз ярдәмендә төрле әйберләрнең өслегенең күчермәсен алуны гальванөплас- тика дип атыйлар. Бу эш түбәндәгечә башкарыла. Мисал өчен, агачка ясалган рельефлы бизәкнең күчермәсен алырга кирәк булды, ди. Агач тактадагы рельефлы бизәкне юка гына графит катламы белән каплыйлар. Бизәкнең өсте электр үткәрүчәнгә әйләнә. Аннары аны бакыр купорөсы эре¬ мәсенә төшерәләр һәм төк чыганагының тискәре пөлюсы- на төташтыралар. Анөд ролен электро литка төшерелгән бакыр пластинка үти. Чылбырда ток узганда электролиз вакытында аерылып чыккан бакыр графит каплаган такта өстенә утыра. Бакыр катламы тиешле зурлыкка җиткәч, аны так¬ тадан аералар. Бакыр пластинкада бизәкнең негатив сурәте — матрица барлыкка килә. Бизәкнең чын сурәтен булдыру өчен, матрицаның күчермәсен алалар. Гальванопластиканың куллану өлкәләре гадәттән тыш киң. Аны барельефларның, статуяларның күчермә¬ сен алганда, типографияләрдә клишелар ясаганда, кредит билетлары чыгарганда һ. б. максатларда кулланалар. Гальванопластиканы 1836 елда рус галиме Б. С. Я к о - б и уйлап таба. Шушы алым белән Петербургтагы Исаа¬ кий соборы өчен эче куыш фигуралар ясаганнар. 1. Электролитик диссоциация күрене- • шен аңлатыгыз. 2. Электролиз вакы¬ тында электродта утырып калган мат¬ дә микъдары нәрсәләргә бәйле? 3. Фа- радейның беренче законында ⅛ коэф¬ фициентын ничек атыйлар? Аның сан¬ ча кыйммәте күпме? 4. Электролизның куллану очракларын күрсәтегез. Мәсьәлә чишү үрнәкләре Электролиз законнарына мәсьәлә чишкәндә кулла¬ ныла торган төп формулалар: т = kl∖t∙, т^. = -^-∙, N, = = k = m = х = ^ " п F п п '0 п ’ F п ^ п т — электролиз вакытында бүленеп чыккан матдә массасы, М — моляр (атом) масса, п — валентлык, ½ — электрохимик эквивалент, х — химик эквивалент, F — Фарадей саны. 4<s 171
1 нче мәсьәлә. Бакыр купоросы эретмәсеннән ток узганда, 5 сәг эчендә электродта 30 г бакыр аерылып чыга. Көчәнеш 10 В булса, электрөлитның каршылыгын табарга. Бирелгән: t = 5∙ 3600с = = 1,8∙ 10'^с m=^3∙ 10'2 : [/ = 10 В M = 6,4∙ 10 п = 2 Р = 9,65-10^ кг 1-2 кг моль Чишү. Электролитның каршылыгын чылбыр бүлемтеге өчен Ом зако¬ ны формуласын кулланып табар- и. Р’ га мөмкин: I = т = — It формуласыннан ки- R = 7 ток зурлыгы кг моль F леп чыга: п I = mFn Mt • = ~ I тРп кг моль 3 • 10 ⅛Γ • 9,65 • 10 10 В • 6,4 • 10’2 • 1,8 • 10'^c 4 КГ МОЛЬ ■ 2 = 1,98 Ом. 2 нче мәсьәлә. 1 сэг дәвамында 2 А ток үткәндә, ванна электродларында күпме бакыр аерылып чыгар? Бирелгән: J = 2 А i = 3,6 • 10≡ с М = 56- 10"θ п = 1 F = 9,65 • 10 кг моль Л кг моль т = 2 Чишү. Фарадейның беренче законы ни¬ гезендә: 7П = 56 • 10~≡ 1 ■ Af тт _ F п F кг моль 9,65 10 ∙2A∙3,6∙10≡c ∣⅛ кг моль = 1,39 • 10 кг. Знче мәсьәлә. Радиусы 5 см лы металл шарны бакыр купоросы эремәсенә салганнар. Электролит аша секунд саен узган корылмаларның шардагы тыгызлыгы 0,01 Кл/см^ булса, шарның массасы 30 минутта күпмегә артыр? 172
Бирелгән: = 4лҢ2 = 314 CM≡ t = 30 • 60 = 1800 с q = 0,01 J⅛ • 314 CM≡ • 1800 с = CM' = 5652 Кл Чишү. Фарадейның беренче законыннан: F = 1,9 • 10 т = п гЗ кг. zn = ? Д 9 нчы күнегү L Детальнең өслеген 40 микрон калын¬ лыгындагы көмеш белән каплау өчен, 1 кВт/сәг энергия тотылган. Көчәнеш 5 В. Детальнең өслек мәйданы күпме булган? 2. Электролитик ваннада ток зурлы¬ гы 1,6 A булганда, 10 минутта катод¬ та 0,316 г бакыр аерылып чыккан. Бакырның электрохимик эквивален¬ тын табарга. 3. Детальне никель белән каплаганда, ванна аша 2 сәг дәвамында зурлыгы 25 А булган ток узган. Никельнең элек¬ трохимик эквиваленты 3 • 10^^^ кг/Кл, тыгызлыгы 8,9 • 10^ кг/м®. Детальнең мәйданы 0,2 м2 булса, утырган никель¬ нең калынлыгы күпме? 4. Электрохимик ваннадагы детальгә 1,8 г никель катлавы утырган булса, электролиз күпме вакытка сузылган? Ваннадагы ток зурлыгы 2 А. 5. Детальне 50 мкм калынлыгындагы хром белән капларга кирәк. Хромла¬ ганда ток тыгызлыгы 2 кА/м^ булса, хром белән каплау өчен, күпме вакыт кирәк булыр? Хромның тыгызлыгы 7200 кг/м®. Металл үткәргечләр һәм электролитларда ток зур¬ лыгы чылбырда көчәнеш зурайган саен арта бара. Димәк, боларда ток һәм көчәнеш сызыкча бәйләнештә тора. Газ¬ ларда бу бәйләнеш катлаулырак. Тышкы ионизатор ярдә¬ мендә газ аша электр тогы булдыруны карап китик. A һәм К пластинкалары арасындагы газны ниндидер чыганак (электр дугасы) ярдәмендә ионлаштырыйк (рәс. 110). Пластинкалар ток чыганагының уңай һәм тискәре полюслары белән тоташтырылган. Пластинкалар арасын¬ дагы көчәнеш реостат ярдәмендә көйләнә, чылбырдагы токны сизгер гальванометр, К һәм А пластинкаларында¬ гы көчәнешне вольтметр үлчи. Пластинкаларда зур булмаган көчәнеш булдырып, чылбырдагы токны үлчибез. Көчәнешне арттыра бар¬ ганда, көчәнешкә пропорциональ рәвештә ток та арта. 61. ГАЗЛАРНЫҢ ЭЛЕКТР ҮТКӘ- РҮЧӘНЛЕГЕ. МӨСТӘКЫЙЛЬ НӘМ мөстәкыйль БУЛМАГАН БУШАНУ 173
ч н K∣ I A ® tjtγlπj^l∕ij^lp -0 0∙ Рас. 110 Көчәнешне тагын да арттырганда, токның артуы кими башлый. Газдагы көчәнеш һәм ток зурлыгы бәйлелеге 111 нче рәсемдә күрсәтелгән. Көчәнешкә карап артмый торган максималь ток зурлыгын туену тогы дип атый¬ лар. Рәсемдә ул /у турысы белән күрсәтелгән. Бу тәҗрибәдән, газлар аша электр тогы булдырган¬ да, андагы ионнар һәм электроннарның ничек хәрәкәт итүе турында нәтиҗә ясарга мөмкин. Корылган конденсаторның йөзлекләре арасында¬ гы һаваның, ионнары булмаса, конденсатор озак вакыт дәвамында корылган килеш калыр иде. Ионизатор бул¬ ганда, конденсатор йөзлекләре арасында секунд саен күп сандагы уңай һәм тискәре ионнар барлыкка килә. Уңай корылмалы ионнар катодка, тискәре корылмалы ионнар һәм электроннар анодка таба хәрәкәт итәләр. Бу күренеш электролитик ваннадагы ионнар хәрәкәтенә охшый. Хәрәкәт вакытында ионнар бер-берсе белән бәре¬ лешәләр. Капма-каршы тамгадагы ионнар бәрелешкәндә, алар нейтральләшә. Шулай итеп, ионнарның бер өлеше электродларга барып җитми. Көчәнешне арттырганда, ионнар һәм электроннарның тизлеге арта, һәм, капма- каршы тамгадагы ионнар кушылып, нейтраль молекула барлыкка килүгә вакыт аз кала. Көчәнеш билгеле бер зурлыкка җиткәндә, ионнар, A һәм К пластинкаларына бәрелешергә өлгермичә, бары¬ сы да барып җитәләр. Көчәнешне алга таба арттырганга карап, ток зурлыгы үзгәрми, чөнки барлыкка килгән ионнар саны ионизаторга гына бәйле. Бу вакыттагы ток¬ ның зурлыгы туену тогы була. Пластинкалар арасындагы газны ионлаштыруны туктатсак, яңа ионнар барлыкка килмәү сәбәпле, электр бушануы туктала. Шуңа күрә мондый электр бушануын мөстәкыйль булмаган бушану p,πτι атыйлар. I 0 Рәс. 111 һ и I 0 A В Рәс. 112 и 174
I Әгәр көчәнешне кискен арттырсак, ток зурлыгы да артып китәр. Бу процесс 112 нче рәсемдә күрсәтелгән. Токның артуы ионнар саны арту белән бәйләнгән. Бу ионнар каян килеп чыкты соң? Электр кыры тәэсирендә хәрәкәт итүче электроннар¬ ның кинетик энергиясе кырның көчәнешлелегенә бәйле: 9 = еЕ1. а I — электроннарның ирекле очыш озынлыгы — ике бәрелү арасы ераклыгы. Электронның энергиясе нейтраль атомны ионлаш- -- - ■ 2 тыру өчен башкарыласы эштән зур булса, ягъни — Л булса, электрон, нейтраль атомга бәрелгәндә, аны ион¬ лаштыра. Димәк, көчәнеш тиешле зурлыкка җиткәндә, ион¬ нар һәм электроннарның тизлеге нейтраль атом яки молекуланы ионлаштырырлык була. Пластинкалар ара¬ сындагы һава һәм электроннар саны кискен артып китә, чылбырда ток зурая. Бу халәттә тышкы ионизаторны алып куйсак та, электр бушануы тукталмый. Бушану процессында иони¬ заторның роле бетә. Шуңа күрә мондый электр бушануын мөстәкыйль бушану дип атыйлар. Көчәнешне электроннарны бәрдереп ионлаштырыр¬ лык чик зурлыктан аз гына арттыру да чылбырдагы токны күп мәртәбә, берничә йөз мең тапкыр арттырырга мөмкин. Гадәти шартларда һавада күп булмаган санда ион¬ нар була. Ләкин бу ионнар һава аша электр уздырырлык санда түгел. Әмма, һавада электр кырының көчәнешле¬ леге зураеп киткәндә, ташкынсыман мөстәкыйль электр бушануы булырга мөмкин. Каты үткәргечләрдәге һәм электролитлардагы ток¬ лардан газлардагы электр тогы аерылып тора. Газлар бушанганда яктылык чәчәләр. Яктылык күзгә күренер- күренмәс кенә дә, электр дугасы яки яшендәге кебек, күзне сукырайтырлык та булырга мөмкин. Бушану, га¬ дәттә, тавыш күренешләре китереп чыгара. 1. Очкынлы бушану. Югары көчәнешле ток чы¬ ганагына тоташтырылган үткәргечләрнең очларын 62. ГАЗЛАРДА МӨСТӘКЫЙЛЬ ЭЛЕКТР БУШАНУ ТӨРЛӘРЕ 175
Рәс. 113 бер-берсенә тидерсәк, очкын барлыкка килә. Бушану чытырдау тавышы һәм көчле яктылык бәйләме белән бара. Югары көчәнешле электр линияләрендәге изо¬ ляторлар гирляндасында да шушындый ук бушануны күрергә мөмкин (рәс. 113). Очкынны игътибар белән күзәткәндә, аның даими формасы булмавы, очкыннар бәйләменнән торуы кү¬ ренә. Газлардагы очкынлы бушануга охшаш күренешне каты һәм сыек диэлектрикларда да күзәтергә мөмкин. Бу бушануны диэлектрикның яки изоляторның тишелүе дип атыйлар. Диэлектрик тишелү диэлектриктагы электр кыры көчәнешлелеге тиешле зурлыктан артып киткән очракта була. Көчәнешлелекнең чик зурлыгын диэлектрикның электрик ныклыгы дип атыйлар. Гадәти басымда һәм температурада һаваның тише¬ лүе көчәнешлелек 30 000 В/см булганда туа. 2. Яшен. Яшен ул — табигатьтә була торган иң зур очкынлы бушану. Бушану болытлар арасында да, болыт белән Җир арасында да булырга мөмкин. Үз вакытында М. В. Ломоносов күрсәткәнчә, яшен күренеше, һавадагы су парлары куерып, тамчылар ясалу һәм төрле юнәлеш¬ тәге һава агымнары нәтиҗәсендә барлыкка килә. Астан өскә юнәлгән һава агымы су тамчыларын кисәкләргә аера һәм электрлый. Вак тамчылар тискәре корылма белән, эре тамчылар уңай корылма белән корыла. Мон¬ дый тамчылар, күп санда тупланып, көчле электр кыры тудыра. Электр кыры көчәнешлелеге һаваны тишәрлек зурлыкка җитсә, очкынлы бушану була, яшен яшьни. Яшеннең озынлы 50 км га, ток зурлыгы 10—12 мең амперга җитәргә мөмкин. Исәпләүләргә караганда яшен яшьнәтүче ике болыт арасындагы көчәнеш 150 млн вольтка җитә. Кырның көчәнешлелеге һаваның электр ныклыгыннан кимесә, яшен яшьнәүдән туктый. Яшен вакыты 0,001—0,02 секундтан узмый. Кыска вакытта гына булып алса да, бу бушануларның энергиясе гаять зур. Югарыдагы саннардан чыгып, бу энергияне исәп¬ ләүне, хөрмәтле укучылар, үзегезгә калдырабыз. 3. Электр дугасы. Газлардагы электр бушанула¬ рының гамәлдә иң киң кулланыла торганы — электр дугасы. Электр дугасын лаборатория шартларында булды¬ ру өчен, очларын бер-берсенә якынайтып, ике күмер 176
таякчык урнаштырыла (рәс. 114), күмерләргә 40—50 В көчәнеш ялгана. Аннары күмерләрне орындырып ала¬ лар һәм бер-берсеннән аз гына аерып куялар. Күмер таякчыкларының очларында көчле яктырту барлыкка килә. Яктыртуга кара пыяла аша карап, яктылыкның күмер таяклары очларыннан чыкканын күрергә була, электр дугасы барлыкка килә (рәс. 115). Рәсемдә анод күмеренең очында чокыраю — кратер күренә. Дуганың температурасы югары, кратерда температура 3000 °C ка җитә. Электр дугасы 1802 елда рус физигы В.В. Петров тарафыннан уйлап табыла. Электр дугасын куллану мисаллары гаять киң. Проекцион аппаратларда, кинофильмнар төшергәндә, прожекторларда, маякларда һ. б. җайланмаларда электр дугасы кулланыла. Электр дугасының югары температурасында төрле химик реакцияләр башлана. Мәсәлән, азот оксидлаша, оксидлардан азот кислотасы алына. Электр дугасы яр¬ дәмендә һавадан турыдан-туры азот оксидлары алу техникада киң кулланыла. Электр дугасында, метал¬ ларны эретеп, төрле эретмәләр алуны да беренче тапкыр В. В. Петров эшләп күрсәтә. Махсус электр мичләрендә дуга ярдәмендә югары сортлы корыч табыла. Корычның югары сыйфаты мичнең температурасын кирәгенчә көй¬ ләү һәм эретмәгә башка химик элементлар өстәү юлы белән булдырыла. Зур токлы электр линияләренең өзгечендә дә ток¬ тан аерганда электр дугасы барлыкка килә. Дуганы 1ч i≡ Рәс. 114 Рәс. 115 177
Е A В Рәс. 116 сүндерү өчен, чаралар күрергә туры килә. Өзгечләрнең контакт аерыла торган урынына май салына, май дуганы сүндерергә булыша. 1876 елда рус инженеры П. Н. Яблочков «электр шәме» уйлап таба. Бу шәм күмер таякчыклардан {А, В) һәм алар арасындагы фарфорлы кызыл балчыктан (£) тора (рәс. 116). Таякчыкларның өске башы металлдан яки күмер¬ дән эшләнгән С полосасы белән йомып куела. Электр тогына тоташтырганда, С полосасы янып чыга, һәм күмер таякчыклары арасында электр дугасы барлыкка килә. Югары температурада Е изоляңиясе эри башлый, ә күмерләр яна-яна кыскара баралар. Кыздырма кыллы электр лампочкалары барлыкка килгәнче, Яблочков шә¬ ме биналарны һәм мәйданнарны яктырту өчен кулла¬ нылган. 63. СИРӘКЛӘН- ДЕРЕЛГӘН ГАЗЛАРДА ЭЛЕКТР ТОГЫ Сирәкләндерелгән газлар аша электр тогы узганда, газ молекулалары нурлар чәчә башлый. Газ үзе җылын¬ мый, салкын килеш яктыра. Нинди басымда булуына, газның төренә, куелган көчәнешнең зурлыгына карап, яктырту төрлечә булырга мөмкин. Моны 117 нче рәсемдәге тәҗрибәдә күзәтергә була. Тәҗрибә өчен ике электродлы (А һәм К) пыяла көпшә алына. Электродларга югары көчәнешле ток чы¬ ганагы тоташтырыла. Көпшәнең чыгынтысыннан һаваны суыртып алырга була. Көпшә эчендәге һаваның басымы атмосфера басы¬ мына тигез булганда, көпшәдә ток булмый. Көпшәдәге һаваны суырта башласак, һаваның яктыра башлаганын күрербез. Сирәкләнгән һаваның басымы терекөмеш бага¬ насының 100 мм ына җиткәндә, электродлар арасы алсу төс белән яктыра башлый. Басым 10 мм тер. баг. на җиткәндә, яктырту полосасы катодтан аерыла. Алга таба һаваны суыртуны дәвам итсәк, көпшәдә бушану икегә аерыла: катод янындагы яктыртмый торган караңгы полоса һәм көпшәнең калган урынын анодка кадәр як¬ тыртып торучы полоса (рәс. 118) барлыкка килә. Мондый бушануларны пыскулы бушану дип атыйлар һәм гамәлдә киң кулланалар. Газъяктырышлы лампалар биналарны, урамнарны яктырта, кибет витриналарын, рекламаларны бизи. Яктыруның төсе газ нинди булуга 178
бәйле. Неон, мәсәлән, кызгылт, аргон зәңгәрсу-яшькелт төс бирә. Югарыда әйтелгән тәҗрибәдә пыяла көпшәдәге һаваның басымын тагын да киметсәк, катод янындагы караңгы пространство киңәя. Газның басымы 0,001 мм тер. баг. на җиткәндә, көпшә караңгылана, ягъни газның яктыруы бетә. Әмма катодка каршы якта көпшәнең пыя¬ ласы саргылт-яшел төс белән яктыра башлый. 119 нчы рәсемдә ике электродлы пыяла көпшә сурәт¬ ләнгән. Катод каршына йолдыз формасындагы металл экран урнаштырылган. Электродларны югары көчәнешле ток чыганагына тоташтырганда, көпшәнең стеналарының саргылт-яшел яктыруы фонында катодка каршы якта экранның караңгы сурәте күренә. Электродларның по¬ люсларын алыштырсак, экран артында күләгә бетә. Тәҗрибәдән чыгып нәтиҗә ясала: югары көчәнеш тәэсирендә катод өслегеннән, яктылык нурлары кебек, туры сызык буенча таралучы нурлар чыга. Бу нурларны катод нурлары дип атыйлар. Катодны сферик батынкы формада эшләгәндә, нурларны бер ноктага җыеп була. Бу ноктада нурлар металларны эретергә сәләтле. Димәк, аларның энергиясе бар. Тәҗрибәләр катод нурларының металл элпә аркылы үтеп чыгуларын да, һаваны ионлаштыру сәләтләрен дә раслыйлар. Катод нурларының табигате нинди соң? Бу сорауны ачыклау өчен, күп сандагы тәҗрибәләрнең берсендә пыяла көпшә эченә яссы конденсатор урнаштырыла (рәс. 120). к А Югары көчә¬ неш чыганагы Насоска Рәс. 117 А Рәс. 119 Рәс. 118 179
К + А Рэс. 120 Конденсатор йөзлекләре капма-каршы тамгадагы корылмалар белән корыла. Тәҗрибәдә катод нурлары конденсаторның тискәре корылмалы йөзлегеннән этелә¬ ләр, уңай корылган йөзлегенә тартылалар. Моннан катод нурларының тискәре корылмалы кисәкчекләр агымы икәнлеге турында нәтиҗә ясала. Катод нурлары. — металл катодтан очып чыгучы электроннар агымы ул. Электроннарның юнәлешле хәрәкәтен без электр тогы дигән идек. Димәк, катод нурлары бәйләмен дә электр тогы дип әйтә алабыз. Безнең ил галиме А. Ф. Иоффе тәҗрибәсендә (рәс. 121) бу нәтиҗә тагын бер кат раслана. Магнит кы¬ рында токлы үткәргеч авышкан кебек, катод нурлары да магнит кырында авыша. Хәзер катод нурларының барлыкка килү сәбәбен ачыклыйк. Монда да тәҗрибәләр ярдәмгә килә. Пыяла көпшәдәге электр кыры көчәнешлелеген үлчәгәндә, катод янында зур булмаган пространствода көчәнешлелекнең бик зур булуы ачыклана. Димәк, бу арада потенциалның төшүе дә зур булырга тиеш. Уңай ионнар катод янындагы көчле электр кырында тизләнәләр һәм зур кинетик энер¬ гиягә ия булалар. Катодка килеп бәрелеп, алар катодтан электроннарны бәреп чыгаралар. Электроннар анодка таба хәрәкәт итә башлый. Көпшә эчендәге газ бик нык сирәкләндерелгәнгә күрә, электроннар беркадәр араны газ молекулалары белән бәрелешмичә үтәләр. Катод янындагы караңгы пространство шуның белән аңлатыла. Рэс. 121 ∣∣i∣IBI>l .+ N⅛ 180
Электроннар, бу пространствода тизләнеп, газ молекула¬ ларына бәрелгәндә, ионлаштырырлык энергия алалар. Ионлашу процессы яктыру белән бара. Көпшәдәге һаваны һаман суыртканда, электроннар¬ ның газ молекулалары белән очрашу мөмкинлеге кими, бәрелешүләр азая һәм көпшәдәге һаваның яктыруы сүл¬ пәнләнә, катод янындагы караңгы пространство киңәя, яктыручы полоса тарая. Басым 0,001 мм тер. баг. на җиткәндә, электроннар, һава молекулалары белән очраш¬ мыйча, пыяла көпшәнең стенасына зур тизлек белән килеп бәрелеп, пыяланы яшькелт нурлар белән якты¬ рырга мәҗбүр итәләр. Димәк, сирәкләндерелгән һавада катод нурларын катодка зур тизлек белән килеп бэрелуче уңай ионнар тудыра. Көпшәдән газны тулысынча чыгарып бетерсәк, көпшәдә катод нурлары барлыкка килми. Q 1. Газ молекулаларын ионлаштыру ни • дигән сүз ул? 2. Бәреп ионлаштыруны ничек аңлатырга? 3. Нинди бушануны мөстәкыйль булмаган бушану дип атый¬ лар? 4. Туену тогын ничек аңларга? 5. Газларда мөстәкыйль электр буша¬ нуларына мисаллар китерегез. 6. Яшен нәрсә ул? 7. Сирәкләндерелгән газлар¬ дагы электр тогының үзенчәлекләрен атагыз. 8. Сирәкләндерелгән газлардагы электр бушануларын гамәлдә куллану¬ га мисаллар китерегез. 9. Катод нур¬ ларының табигатен аңлатыгыз. Ом ∙ м дан 10 Чагыштырма каршылыклар таблицасына күз салсак, төрле матдәләрнең чагыштырма каршылыкларында аерма бик зур булуын күрербез. Металларда ул 10 *’ Ом • м дан 10"≡ Ом • м арасында, диэлектрикларда 10^^ Ом • м дан 10^ Ом • м га кадәр. Бу матдәләрнең беренчеләре яхшы үткәргечләр булса, икенчеләре изолятор булып хезмәт итәләр. Ә болар арасында торган, чагыштырма каршы¬ лыклары 10^θ Ом • м дан 10^^2 Ом • м га кадәр булган матдәләр юкмы? Мондый матдәләр электр кырында үзлә¬ рен ничек тоталар? Табигатьтә мондый матдәләр чиксез күп. Аларны ярымуткәргечлэр дип атыйлар. Ярымүткәргечләр физи¬ касы — фәннең яңа тармагы. Ярымүткәргечләрне өйрәнә башлаганга 50 ел чамасы гына вакыт үтте. Шуңа да карамастан соңгы берничә дистә ел эчендә бу өлкәдәге ачышлар шул дәрәҗәгә җитте ки, техниканың бер генә өлкәсен дә ярымүткәргечтән башка күз алдына да ките¬ реп булмый. 64. ЯРЫМ¬ ҮТКӘРГЕЧЛӘР 181
Ярымүткәргечләргә саф химик элементлар да (се¬ лен, теллур, германий, кремний, фосфор, бор һ. б.— алар Д. И. Менделеев таблицасының III—VII төркемнәрендә урнашканнар), металларның оксидлары да, газлар да (CuCl, АгВг һ. б.), металларның селенлы, теллурлы ку¬ шылмалары да керә. Төзелеше буенча ярымүткәргечләр — каты кристал¬ лик матдәләр. Металлардай аермалы буларак, аларның кристаллик рәшәткәсе атомнардан тора. Рәшәткәнең төеннәрендә нейтраль атомнар урнашкан. Шуңа күрә электроннар бәйле халәттә торалар. Ярымүткәргечләрнең кристаллик рәшәткәсендә атомнар ковалент, яки химик бәйләнештә. Мондый бәй¬ ләнешне парлы электрон бәйләнеше дип атыйлар. Бу бәйләнеш валентлы ике электрон ярдәмендә башкарыла. Мондый бәйләнештә торган Электроннар ирекле түгел. Аларны, бәйсез итү өчен, тышкы энергия ярдәмендә ко¬ валент бәйлелегеннән коткарырга кирәк. Шуңа күрә дә гадәти шартларда ярымүткәргечләр электр тогын начар үткәрә. Ярымүткәргечләр ике үзлеге белән аерылып тора- лар: 1) алар температурага, яктылыкка, рентген нурла¬ рына бик сизгер; 2) ярымүткәргечләрнең электр үткәрүчәнлегендә төрле катнашмалар зур роль уйный. Менә шушы ике сыйфаты ярымүткәргечләрнең кул¬ лану өлкәләрен киңәйтте дә инде. Ярымүткәргечләрнең бу сыйфатларын тәҗрибәдә тикшерик. Ток чыганагы, гальванометр, төбенә ярым¬ үткәргеч матдә сыланган тартмадан (рәс. 122, а) торган электр чылбыры төзик (рәс. 122, б). Тартманың өстен ябып, ярымүткәргечкә яктылык төшмәслек итеп, өстен каплап куйсак, гальванометр чылбырда ток булмавын Р S С— и- б) а; Рәс. 122 182
Рәс. 123 күрсәтә. Ярымүткәргечне астан спиртовка ялкынында җылытсак, чылбырда ток узуын күрербез. Тартманың өстен ачып, ярымүткәргечне яктыртсак та, ярымүткәргеч аша ток уза башлый (рәс. 123). Димәк, ярымүткәргечләрнең электр үткәрүчәнлеге температурага һәм яктылыкка бәйле. Германий һәм кремний монокристаллары — ярым¬ үткәргечләрнең гамәлдә иң киң кулланыла торганнары. Германий һәм кремнийның тышкы электрон сүрүе төш тирәсендә әйләнеп йөрүче дүрт электроннан тора. Крис¬ талл барлыкка килгәндә, атомнар бер-берсенә бик якын урнашканнар. Хәтта күрше атомнарның электрон сүрү¬ ләре бер-берсен каплый. Шул сәбәпле күрше атомнар¬ ның валентлык электроннары уртак орбитада хәрәкәт итәләр (рәс. 124). Мондый уртак электроннар атомнарны ковалент яки парлы электрон бәйләнеше белән бәйли¬ ләр һәм бәйләнештә торучы ике атом өчен дә уртак бу¬ лалар. Күз алдына китерү җиңел булсын өчен, германий яки кремнийның атомнар рәшәткәсен яссы челтәр рәве¬ шендә сурәтлиләр (рәс. 125). Челтәрдә һәр атом үзенең янәшәсендәге 4 атом белән парлы электрон бәйләнешендә тора. Мондый идеаль кристаллик рәшәткә абсолют нуль температурада гына булырга мөмкин. Температураның абсолют нулендә ярымүткәргечнең барлык валентлык электроннары да бер-берсенә бәй¬ ләнгән була, һәм бәйсез электроннар булмый. Мондый кристалларны электр кырына урнаштырсак та, ул ток уздырмый. Абсолют нуль температурада саф ярымүт¬ кәргеч идеаль изолятор була. Температура абсолют нульдән күтәрелгәндә, кристал¬ лик рәшәткәнең атомнары тирбәнү хәрәкәте ясый баш¬ лый; температура арткан саен, тирбәнү амплитудасы да 65. ЯРЫМҮТ¬ КӘРГЕЧНЕҢ ҮЗҮТКӘРҮЧӘН- ЛЕГЕ 183
Рәс. 126 Рәс. 125 Рәс. 124 арта. Җылылык тирбәнешләренең амплитудасы артып китеп, кайбер электроннар атомны ташлап китәрлек энергия алалар. Атомнан китеп барган электрон атом белән бәйләнешен югалта (рәс. 126). Атомнан ычкынып киткән электронны бәйсез электрон, яки электр γmκa- руче электрон дип атыйлар. Электронның атомнан китүе¬ нең сәбәбе ярымүткәргеч кристаллга яктылык төшү, электр, магнит кырлары тәэсире, рентген, радиоактив нурларның тәэсире дә булырга мөмкин. Электронын югалткан атом уңай ионга әверелә. Электроннар белән бәйләнеш югалу бәйсез электрон¬ нар һәм уңай ионнар барлыкка килү белән генә түгел, электроннар бәйләнешендә буш урыннар — тишемнәр барлыкКа килү белән дә бәйләнгән. Буш урынга — ти¬ шемгә — күрше атомның валентлы электроны күчеп килергә мөмкин. Бу электрон китү белән, икенче атомда да валентлы бәйләнеш бозыла (рәс. 127, а). Күчеп йөрүче кисәкчек валентлы электрон булса да, тишем күчеп урынын алыштырган кебек килеп чыга, тискәре корыл¬ ма юнәлешенә каршы уңай корылма хәрәкәт иткән кебек. Саф ярымүткәргечтә бәйсез электрон белән тишем бер ук вакытта барлыкка килә, аларның саны һәрвакыт үзара тигез. Электр кыры булмаганда, тишемнәр һәм бәйсез элек¬ троннар хәрәкәтендә тәртип булмый. Электрон юлында тишем очраса, ул буш урынны тутыра. Диэлектрикта мондый проңесс өзлексез булып тора. Кристаллда электр кыры тудырсак, электроннар һәм тишемнәр, хаотик рәвештә җылылык хәрәкәтләрен дәвам иткән хәлдә, электр кыры тәэсирендә юнәлешле хәрәкәт итә башлыйлар (127, б). Электроннар һәм тишемнәр хәрәкәте капма-каршы юнәлешләрдә була. Аларның корылмалары капма-каршы I I 184
а) Ge Ge Ge б) Ge Ge Ge Ge -e Ge Ge Рәс. 127 тамгада булгач, ярымүткәргечтә гомуми ток электроннар тогы 1д һәм тишемнәр тогы 1^ суммасына тигез була: I = ∕q + Iγ. J л Монда каралган саф ярымүткәргечләрнең электр үткәрүчәнлеге кристалларның үзенең сыйфатларына гына бәйле булгач, моны үзүткарүчанлек дип атыйлар. Q 1. Ярымүткәргечләрнең — кремний * һәм германийның структурасы нинди? 2. Үзүткәрүчәнлекнең үзенчәлекләрен сыйфатлагыз. 3. Ирекле электрон бар¬ лыкка килүне аңлатыгыз. Ч + Германийның кристаллик рәшәткәсен яссы челтәр итеп сурәтләүгә кайтыйк әле. Германийның бер атомы урынына биш валентлы мышьяк (Ас) атомы урнашкан булсын, ди (рәс. 128). Бу очракта мышьякның валентлы дүрт электроны германийның күршедәге 4 атомы белән парлы электрон бәйләнеше урнаштыра, ә бишенче электроны мышьяк атомы тирәсендә әйләнеп йөри. Бу электронның үз атомы белән бәйләнеше бик йомшак, һәм ул атомнарның җылылык тирбәнешләре тәэсирендә җиңел генә бәйсез электронга әверелә. Мышьяк атомы уңай ионга әйләнә. Әмма кристалл нейтральлеген саклый, чөнки ионның уңай корылмасы бәйсез электронның тискәре корылмасы белән компенсаңияләнә. Германий кристаллында мышьякның берничә ато¬ мын урнаштырсак, җылылык тирбәнүләре тәэсирендә һәр мышьяк атомыннан бер электрон бәйсез электрон булачак. Ярымүткәргеч кристаллындагы биш валентлы катышма атомнары донорлар дип атала. Җылытканда яки яктыртканда, парлы электрон бәйләнешләре өзелә, ярымүткәргечтә бәйсез электроннар һәм донорлар бар¬ лыкка килә. 66. ЯРЫМҮТКӘР¬ ГЕЧЛӘРНЕҢ КАТЫШМАЛЫ ҮТКӘРҮЧӘНЛЕГЕ 185
Мондый кристаллда электр кыры тудырсак, бәйсез электроннар һәм типтемнәр кыр тәэсирендә хәрәкәткә килә. Электроннар саныннан тишемнәр саны кимрәк. Хәрәкәт вакытында алар бер-берсен нейтральләштерәләр һәм, ярымүткәргечтәге токны, нигездә, ирекле электрон¬ нар тудыра. Бу очракта корылмаларны төп күчерүчеләр булып электроннар, ә тишемнәр корылмаларны күчерүдә ярдәмчеләр була. Мондый ярымүткәргечләрдә электр үткәрүчәнлекне электронлы 'уткэручэнлек дип, ә ярым¬ үткәргечнең үзен электронлы ярымүткәргеч, яки п-ти- бындагы ярымүткәргеч дип атыйлар. Әгәр германийга катышма итеп өч валентлы индий {In) алынса, өч валентлы индий атомы, кристаллик рәшәткәнең төенендә утырып, күршедәге өч атомның электроннары белән бәйләнешкә керә (рәс. 129). Рәшәт¬ кәнең төенендә утыручы бер электроны җитмәгән ин¬ дий атомы тишем булып кала. Димәк, бер электронга вакансия барлыкка килә. Бу буш урынга күршедәге атомнарның берсеннән бер валентлы электрон килергә мөмкин. Өстәмә электрон алган өч валентлы атом тис¬ кәре корылмалы ионга әйләнә, ә электронын биргән күрше атом тишем булып кала. Алга таба электр кыры булмаганда, тишем бер төеннән икенчесенә хаотик рәвеш¬ тә хәрәкәт итә. Шулай итеп, өч валентлы индий атомнары германий атомнарына электроннар бирми, ал арны үзе кабул итеп, кристаллда тишемнәр хасил итә. Кристаллның үткәрү- чәнлеге тишемнәр күчеше формасында була {р-үткәрү- чәнлек). Өч валентлы индий атомнары катышмасын акцептор (кабул итүче) диләр. Бу очракта токны төп 7 I 1 \ Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge) J Ge Ge Ge Ge Ge Ge /, Ge Ge Ge) V Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge Ge V Рәс. 128 Рәс. 129 186
9 уткәручеләр булып тишемнәр, ярдәмче уткәручеләр бу¬ лып электроннар хезмәт итә. Ярымүткәргеч кристаллының үткәрүчәнлеге крис¬ таллга катнашкан башка атомнарга бәйле булгач, мондый үткәрүчәнлекне катышмалы уткәручәнлек дип атыйлар. Катышмалы үткәрүчәнлектә бәйсез электроннар саны тишемнәр санына тигез булмый. Ярымүткәргечләрнең саф кристаллына төрле катышмалар кертү юлы белән, аның үткәрүчәнлеген мең, миллион тапкыр үзгәртергә мөмкин. Ярымүткәргечләрнең бу сыйфаты техникада киң кулланыла. 7 , 1. Ярымүткәргечтәге мышьяк катыш¬ масы атомының уңай ионга әйләнүен аңлатыгыз. 2. Донорлы ярымүткәргечтә токны төп үткәрүче булып нәрсә хезмәт итә? 3. Акцептор катышманың электр үткәрүчәнлеген характерлагыз. Ярымүткәргеч приборларның күбесендә (диодлар, транзисторлар һ.б.) төп элемент булып әлектрон-тишем күчеше хезмәт итә. Мондый күчеш ярымүткәргеч крис- талларында янәшә урнашкан электронлы һәм тишемле үткәрүчәнлекләре булган өлкәләр чигендә барлыкка килә. 130 нчы рәсемдә уң якта электрон үткәрүчәнлек- ле, сул якта тишемле үткәрүчәнлекле кристалл сурәт¬ ләнгән. Җылылык хәрәкәте ярдәмендә электроннар үз өл¬ кәләреннән сул якка — тишемнәр өлкәсенә үтеп керә¬ ләр (рәс. 130, а), электронлы өлкәдә электронын югалт¬ кан уңай ионнар — донорлар хасил була (рәс. 130, б). Электроннар, тишемле үткәрүчәнлекле өлкәгә үтеп, тишемнәр белән кушылалар. Тишемле өлкәдә акцеп- торның тискәре ионнары барлыкка килә (рәс. 130, в). Үз өлкәсеннән тишемнәр дә, электронлы өлкәгә үтеп кереп (рәс. 130, г), тишемнәр өлкәсендә акцепторның тискәре ионнарын калдыралар (рәс. 130, д). Электроннар өлкәсенә килеп кергән тишемнәр, электроннар белән кушылып, электрон өлкәсендә уңай корылмалы донор ионнары булдыралар (рәс. 130, е). Электроннар һәм тишемнәрнең диффузиясе нәти¬ җәсендә кристаллның электронлы һәм тишемле өлкәләре чигендә капма-каршы тамгалы ионнар белән корылган ике катлам хасил була. Ион катламнары арасында 0,4— 0,8 В зурлыгында потенңиаллар аермасы барлыкка килә. 67. ЯРЫМҮТ¬ КӘРГЕЧТӘ ӘЛЕКТРОН- ТИШЕМ КҮЧЕШЕ 187
о о а; б) в) о , о о о о о • о о о о о о о о о о Ө о Ө о Ө о > о о о о о о о .• • о • © • в • ° © • • о • • 4∙ ’• • о © • • • ° • • • ©• • • • , О о о о о о • Ө Ө Ө Ө Ө Ө > о о о о о о ®: • О.°. о о л* © • • ——• ©*-© ; Ө*-© . ©*“© 9 Р О о о о о о о о о о о о о о о О о о о » • • • • < Р о о о о • п • о о ^7 р о Q • о о о о о • п о Р о о о о о о о о < о о о О о о о о о о о о о о о Р о о о Ө Ө П о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о о’ •. • о ©.. • о • о о е) Р о о о л О о о о о о о о о • • о о Рәс. 130 Бу катламнарның калынлыгы 10^^ чик катламында барлыкка килгән көчәнешлелек зур була: м гына. Шуңа күрә Бу кыр электрны төп үткәрүчеләр: электрөннар өл¬ кәсеннән әлектрөннарны тишемнәр ягына һәм тишемнәр- о не электроннар өлкәсенә диффузиясенә каршы килә. о ∩ о р р о о О с: -- -о ~®’2- о ' о о о-) о о о о о о о о о о о о в о о о • ∙ • —о о • о о о о о о о о о о о • о • • о αj о о и б) Рэс. 131 188 i
р П; ■Т„ + 0F Рәс. 132 Әмма токны төп уздыручылардан башка ярдәмче уздыручылар да бар. Болар: п-өлкәсендәге тишемнәр һәм р-өлкәсендәге электроннар, п-р күчешендәге электр кы¬ ры токны ярдәмче уздыручыларны күрше өлкәгә, ягъни тишемнәрне га-өлкәсеннән р-өлкәсенә, ә электроннарны р-өлкәсеннән п-өлкәсенә күчәргә булыша. Тишемнәр п-өлкәсеннән п-р күчешенә килгәч, аларны электр кыры р-өлкәсенә юнәлтә (рәс. 131, а); р-өлкәсеннән электроннар п-р күчешенә килгәч, электр кыры аларны п-өлкәсенә юнәлтә (рәс. 131, б). Электрон- тишем күчеше аша төп үткәрүчеләр булдырган ток зур¬ лыгы модуле буенча ярдәмче үткәрүчеләр тудырган ток зурлыгына тигез, ә юнәлешләре буенча капма-каршы. Шуңа күрә тышкы электр кыры аша гомуми ток зур¬ лыгы нульгә тигез була. Ярымүткәргечле диод. Ярымүткәргечле диод (рәс. 132) электрон-тишем күчешле кристаллдан тора. Диодның электрон үткәрүчәнлекле башын ток чыгана¬ гының уңай полюсына, тишемле үткәрүчәнлекле башын ток чыганагының тискәре полюсына тоташтырсак (рәс. 133, а), чылбырда ток булмый, чөнки ток чыганагы¬ ның көчәнешлелеге юнәлеше электрон-тишем күчеше көчәнешлелеге юнәлеше белән туры килә (рәс. 133, б}. Мондый тоташтыруны кире тоташтыру дип атыйлар. Диодның электронлы өлкәсен ток чыганагының тискәре полюсына, тишемле үткәрүчән башын уңай полюсына тоташтырсак, диод аша ток узуын күрербез (рәс. 134). Диодны болай тоташтыруны туры тоташ¬ тыру дип атыйлар. Диодны туры тоташтырганда, ток чыганагының электр кырының көчәнешлелеге п-р күчеше электр кы¬ ры көчәнешлелегенә каршы юнәлгән. Электр кырлары бер-берсен зәгыйфьләндерә. п-р күчеше аша токны төп үткәрүчеләр хәрәкәте (тишемнәр р-өлкәсеннән п-өлкә¬ сенә, ә электроннар п-өлкәсеннән р-өлкәсенә) активлаша. 189
б) + -И-О. α> я, в) о о к Р Р + Рэе. 133 Чылбырдагы ток шуның белән аңлатыла, п-р күчешенә туры юнәлештә аз гына көчәнеш биргәндә дә, п-р катла¬ мының каршылыгы кинәт кимеп китә. а? б) +s⅛ + в) Р "P'' Рэе. 134 ⅛Si⅛⅜ft 190
Электроннар һәм тишемнәр агышы юнәлешләре белән капма-каршы булгач, алар тудырган токлар юнә¬ лешләре белән туры килә. Гомуми ток тишем һәм элек¬ трон токлары суммасына тигез була. Әлектрон-тишем кучешендә кристаллар токны, бер юнәлештә генә уздыралар. Ярымүткәргечле диодлар германий, кремний, селен һ.б. матдәләрдән эшләнә. Q 1. Әлектрон-тишем күчеше ничек бар- * лыкка килә? 2. Берсе электронлы үткә¬ рүчәнлекле, икенчесе тишемле үткәрү¬ чәнлекле ике ярымүткәргеч кристаллын бер-берсенә терәп куеп, әлектрон-тишем күчеше булдырып буламы? 3. Диодта¬ гы ярымүткәргеч кристалл ни өчен бер генә якка үткәрә? Бер-берсенә бик якын урнашкан ике әлектрон-тишем 68. ТРАНЗИСТОР күчеше булган ярымүткәргеч кристаллны транзистор, яки триод дип атыйлар. Транзистор кристаллы өч өлештән тора: эмиттер, база һәм коллектор. Эмиттер-база әлектрон-тишем кучеше эмиттер кучеше дип, база-коллектор кучеше коллектор кучеше дип атала. Базаның үткәрүчәнлеге электроннар белән дә, ти¬ шемнәр белән дә булырга мөмкин. Моңа бәйле рәвештә транзисторлар ике төрле була: р-п-р (рәс. 135, а) һәм п-р-п (рәс. 135, б) тибында. Аларның икесенең дә эш принцибы бертөрле. Базаның калынлыгы эмиттердан базага килүче токны ярдәмче уздыручыларның тоткарлыксыз үтү юлыннан кимрәк итеп эшләнә. Ә базадагы токны төп уздыручыларның концентрациясе эмиттердагы токны төп үткәрүчеләрнең концентрациясеннән күпкә кимрәк була. Моны базада токны төп һәм ярдәмче уздыручылар мөмкин кадәр азрак кушылсын өчен шулай эшлиләр. Коллектор күчеше мәйданы эмиттер күчеше мәйда¬ ныннан берничә тапкыр зур. Ләкин коллекторда токны төп йөртүчеләр концентрациясе эмиттердагы төп йөртү¬ челәр концентрациясеннән кимрәк (рәс. 135, е). Коллек¬ тор күчеше мәйданының эмиттер күчеше мәйданыннан зур булуы эмиттердан килүче ток уздыручыларның бары¬ сын да эләктереп алу өчен кирәк. 135 нче г рәсемдә транзистор кристаллының төзе¬ леше, д рәсемдә аның тышкы күренеше сурәтләнә. Мон¬ дый кристаллар түбәндәгечә эшләнә: электрон үткәрү- 191
а) б) Р Эмиттер 9∙⅛∙⅞∙¾i∙g⅞⅞⅞∙⅞ ■: Эмиттер :< р-га-күчеш p-n-күчеш S⅛≡ База Р База РОоОоОО о о о о • о оооо о о о о °„о о < 'о ° ° о о о о о ( о О о о о θo°Λ° ° ° о о о о о > о о Оооо о 'о о о ООО θ о° о о о о Р Коллектор Коллектор о о о о *"∙⅞ i√{ 'i "∙^ Индий to '5 Индий г) д) А i¾ , 1F п э о о о К п I I о ° ООО о о п в в О о о о о о о О О I Р О о о о о о о о о о О О о к Рэс. 135 чэнлекле ярымүткәргеч кристаллына, билгеле бер ара калдырып, төрле массадагы ике тамчы индий тамыза¬ лар. Индий, кристаллга үтеп кереп, анда типхемле үткә- рүчәнлекле өлкә барлыкка китерә. Ярымүткәргечтә ике электрон-тишем күчеше барлыкка килә. Эмиттерга карата базаның потенциалын үзгәртеп, коллектор чылбырындагы токны үзгәртергә мөмкин. Транзисторның бу сыйфаты техникада киң кулланыла. 192
Транзисторлардан башка хәзерге техниканы күз алдына да китереп булмый. Радиотехникада, электро- техникада күләмле электрон лампалары урынына хәзер җыйнак транзисторлар куела. Транзисторларның өстенлеге шунда: аларда элек¬ трон-лампалардагы кебек кыздырмалы катод юк. Катод¬ ларны кыздыру өчен, шактый энергия китә иде. Тран¬ зисторларның күләме һәм массасы бик кечкенә булудан тыш, алар өчен югары көчәнешле ток чыганагы кирәк¬ ми. Алар түбән көчәнештә эшлиләр. Транзисторларның кимчелеге шул: алар темпера¬ тура күтәрелүгә һәм төрле нурланышларга бик сизгер. Q 1. Металл үткәргечләрнең һәм ярымүт- • кәргечләрнең температурага бәйлеле- гендә аерма бармы? 2. Саф ярымүт¬ кәргечтә токны төп үткәргечләр бу¬ лып нәрсә хезмәт итә? 3. га-тибындагы ярымүткәргеч булдыру өчен, кушыл¬ маның ниндиен алырга: донорнымы, акцепторнымы? 4. Транзисторның төзе¬ лешен аңлатыгыз. Q Эксперименталь мәсьәләләр Максат: транзистор белән эшләү күнекмәләре бул¬ дыру. Җиһазлар: транзистор, 30 мА га исәпләнгән мил¬ лиамперметр, 500 мкА га исәпләнгән микроампер¬ метр, 4 В көчәнешле даими ток чыганагы, 500 кОм лы потенциометр һәм 10—40 кОм лы резистор. Эшкә күрсәтмәләр Транзисторның иң мөһим параметрларының бер¬ се — уртак эмиттер схемасында аның токны көчәйтү коэффициенты β. β параметрын үлчәү өчен, 136 нчы рәсемдәгечә электр чылбыры төзелә. Уртак эмиттерлы токны көчәйтү чылбырында керү тогы булып база тогы /д, чыгу тогы булып коллектор тогы тора. Токны кө¬ чәйтү коэффициенты: ΔI, ∆Λ К, чыгу керү ≠≈β∙ -^б I, (1) Уртак эмиттер схемасы белән эшләгәндә транзисторның токны көчәйтү коэффициентын үлчәү т База тогы 1д ны 500 кОм лы потенциометры бе¬ лән көйлиләр. 30 кОм лы ¾ резисторы тютенщюнае- трын тулысынча чыгарганда база тогын чикләү өчен кулланыла. 193
Rs К ft, -к мА 0- мА <?+ Рәс. 136 К Базадагы һәм коллектордагы ток зурлыгын 500 мкА лы микроамперметр белән, коллектордагы ток зурлыгын 30 мА лы миллиамперметр белән үлчиләр. Эш барышы 1. Транзисторның паспортыннан карап, аның база, эмиттер, коллектор чыгымнары ачыклана. 2. 136 нчы рәсемдә күрсәтелгән схема буенча чыл¬ быр җыела, К өзгече ярдәмендә ток чыганагы ялгана, чылбырга 4 В көчәнеш бирелә. 3. потенциометры ярдәмендә базадагы ток көй¬ ләнә: Ig = 100 мкА. 4. Коллектор тогы 1^ үлчәнә, һәм (1) формула ярдә¬ мендә токны көчәйтү коэффициенты β табыла. 5. База токлары 200 һәм 300 мкА очраклары өчен β коэффициентының кыйммәтләре табыла. Табылган кыйммәтләр таблицага языла. 4 β = ≠ Тәҗрибә саны , мкА I, урт. ∕r , мА β 1 0,1 2 0,2 3 0,3 4 0,4 Сорау. Уртак эмиттер схемасында транзисторның токны үстерү коэффициенты ничек табыла? 194
Максат: водород атомындагы ионның электр ко¬ рылмасы зурлыгын исәпләү һәм аны эксперименталь юл белән үлчәү. Җиһазлар: пыяла стаканга салынган тоз кислотасы эремәсе, бүлемтекләргә бүленгән пробирка, даими ток чыганагы, миллиамперметр, 2 электрод, секундомер, ял¬ гау өчен үткәргечләр. Электролиз методы белән элементар электр корылмасын үлчәү Эшкә күрсәтмәләр Тоз кислотасы эремәсе аша электр тогы узганда, ка¬ тод янында водород, анод янында хлор бүленеп чыга. Газ хәлендәге водородны пробиркага җыеп, аның күләмен үлчәп була (нормаль басым астында). Күләменә карап, водород молекулаларының санын табарга мөмкин. Даими басым һәм температура булганда, күләм газ молекулалары санына туры пропорциональ була. Шул сәбәпле бер моль газда булган молекулалар саны (^^) башка үлчәмдәге газның молекулалар санына (N) чагыш- тырмасы, бер моль газның күләме (У^) үлчәнә торган газ күләменә (У) булган чагыштырмага тигез була: ^А N X1L V • Молекулалар саны (пробиркада): N = у, N = 3 • 'А у. ’ 6,02∙10^^∙y 22,4∙10≡CM' Водородның бер молекуласы ике атомнан тора, шу¬ лай булгач, водород ионнарының саны аның молекулалар санына караганда ике тапкыр артык була. Димәк, бер водород ионының корылмасы: д е = 2^ Пробирканы тоз кислотасы эремәсе белән тутыра¬ быз да, кәгазь белән каплап, астын өскә таба борып, тоз кислотасы салынган стаканга төшерәбез. Кәгазь алып, пробирка эченә үткәргечнең бер очын кертәбез (изоляци¬ ясен чистартып). Икенче очын даими ток чыганагының тискәре полюсына ялгыйбыз. Икенче үткәргечне рәсемдә күрсәтелгәнчә ялгыйбыз (рәс. 137). 195
r∙- Рэс. 137 Ток чыганагын ялгаганнан соң, пробиркада водородның күләме 10 см® чамасы булгач, секун¬ домерны туктатып, электролиз вакытын билге¬ либез. N = Nλ∙V 6,O2∙1O^^∙1O⅛ Vμ 22,4∙10≡cm8 формуласын кулланып, пробиркада водород мо¬ лекулалары санын исәплибез. Миллиамперметр күрсәткән чылбырдагы ток зурлыгы, секундомер билгеләгән электролиз вакыты буенча водород ионының корылмасын исәплибез: q е = 2N 2N' «Төрле тирәлектә электр тогы» бүлегендәге белемнәрнең иң мөһимнәре 1. Матдә кисәкчекләре, шул исәптән корылган кисәкчекләр дә булма¬ ган пространствоны вакуум дип атыйлар. Вакуум электр тогы уздырмый. Вакуум аша ток уздыру мөмкинлеге тудырып була. Моның өчен вакуум- лампаның катодын кыздырырга һәм лампаның электродлары арасында потенциаллар аермасы тудырырга кирәк. 2. Электролитларда электр кыры тәэсирендә молекулалар аерым ион¬ нарга таркала, электролитик диссоциация күренеше була. Электролит аша ток узганда, электродларда матдә бүленеп чыга. Электролиз вакытында бүленеп чыккан матдә массасы вакытка һәм ток зурлыгына пропорциональ була; ⅛ = ^. м e^A п т = klAt; eN, ⅛ — электролиз вакытында бүленеп чыккан матдә массасы белән корылма q = IΛ,t арасында пропорциональлек коэффициенты, яки матдәнең электрохимик эквиваленты. Бу Фарадейның беренче законы була. Фарадейның икенче законы: матдәнең электрохимик эквиваленты аның химик эквиваленты х ка туры пропорциональ була: п ■ X = Монда М — моляр масса, п — атомның валентлыгы. 196
3. Гадәти шартларда газ ток уздырмый. Газны ионлаштырсак, иониза¬ тор ярдәмендә газларда электр бушануы була. Моны мөстәкыйль булмаган бушану дип атыйлар. Югары көчәнешле электр кыры тәэсирендә газларда мөстәкыйль электр бушануы була; очкынлы бушану, яшен, электр дугасы шундыйлар¬ га керә. 4. Сирәкләндерелгән газлар аша электр тогы узганда, газ молекулала¬ ры нурлар чәчә башлый. Бу күренешне гамәли максатларда кулланалар. Сирәкләндерелгән газда зур тизлек белән катодка килеп бәрелүче уңай ионнар катодтан электроннар бәреп чыгаралар, катод нурлары барлыкка китерәләр. 5. Ярымүткәргечләр температурага, нурланышка бик сизгер. Аларның электр үткәрүчәнлегендә катышмаларның роле зур. Саф ярымүткәргечләрнең электр үткәрүчәнлеген үзүткәрүчәнлек дип атыйлар. Ярымүткәргеч дүрт валентлы германий кристаллына биш валентлы мышьяк атомнары катыштырсак, мышьякның һәр атомыннан берәр бәйсез электрон артып кала. Биш валентлы атомнарны донорлар дип атыйлар. Мондый ярымүткәргеч электронлы, яки га-тибындагы ярымүткәргеч була. Германийга катышма итеп өч валентлы индий атомнары алынса, дүрт валентлы германий атомы электроннары белән бәйләнешкә кереп бетә алмаган өч валентлы индий атомнары тишем булып кала. Аларны акцеп¬ тор дип атыйлар. Монда төп үткәрүчеләр булып тишемнәр хезмәт итә. Бу үткәрүчәнлек р-үткәрүчәнлек (кабул итүче) дип атала.
КҮНЕГҮЛӘРДӘГЕ МӘСЬӘЛӘЛӘРГӘ ҖАВАПЛАР 1 нче күнегү 1. 3,3 • 10-27 2. 3,3 • 1022 3. 0,0001 өлешен 4. ≈ 2 • 1024 1-21 10’® 5. ≈ 10 6. .3 м' кг 4. С ноктасында 2,25 тапкыр зуррак 5. Тартылу көче ≈ 10® Н; этелү көче ≈ 6,9 ■ 10 ^ 1-7 Н 5 нче күнегү .-17 3. ¾ = 1,6 • 10 2 нче күнегү 1. 2,5 л 3. 273 °C 5. ≈ 770 мм тер. баг. 6. ≈ 0,51 атм 7. ≈135 кг 8. ≈ 0,61 м' Дж; = = 1,6 • 10 ^7 Дж; υ = 59 мм/с 4. 12,5 Дж 5. 1,8 • Ю^В/м 6. 3 тапкыр кими 7. 3,56 • 10 1-15 Н .3 3 нче күнегү » 3,14 ■ 10® Па 2. 4 • 107 Па; 2 • 10“ Па 4. 9 мм 5. 21 Па 1. 6 нчы күнегү 1. 25 А; 122,5 В 2. г = R 3. 0,97 А; 0,64 А 4. 1200 А 5. 18 В; 2 Ом 6. 0,33 Вт 7. 4,5 В, 1 Ом 4 нче күнегү 1’12 Кл 1. 2,5 • 10 2. 0 3. 10 7 нче күнегү 1. 1,92 м2 2. 3,3 • 10“7 кг/Кл 3. 3 • 10“® 4. 50 минут 5. 16,7 мин м .11
ЭЧТӘЛЕК ФӘННИ ТАНЫП БЕЛҮ ЫСУЛЛАРЫ ҺӘМ дөньяның ФИЗИК КАРТИНАСЫ 1. Физика фәне — безнең тор¬ мышта 2. Әйләнә-тирәдәге дөньяны танып белү проңессы. Мәгълүмат чыга¬ наклары 3. Эмпирик танып белү ысуллары: күзәтү, эксперимент һәм үлчәү 4. Теоретик танып белү ысуллары: абстракңия, идеальләштерү, фи¬ керләү эксперименты, индукңия һәм дедукция 5. Физик модельләр 6. Физик төшенчәләр. Физик за¬ коннар. Физик теорияләр һәм аларны куллану чикләре .... 7. Табигатьтә фундаменталь үзара тәэсир итешү көчләре 8. Дөньяның физик картинасы . . МЕХАНИКА КУРСЫН ЙОМГАКЛАУ 9. Ньютонның классик механикасы һәм аны куллану чикләре.... 10. Кәкресызыклы хәрәкәт. Гори¬ зонтка почмак ясап ыргытылган җисемнең хәрәкәте 11. Инерңиаль исәп системалары. Механикада чагыштырмалылык принцибы Эксперименталь мәсьәлә .... 4 6 7 10 12 13 16 18 23 24 26 31 МОЛЕКУЛЯР ФИЗИКА Молекуляр-кинетик теория нигезләре 12. Молекуляр-кинетик теория бар¬ лыкка килү тарихы 34 13. Броун хәрәкәте 14. Молекуляр-кинетик теориянең положениеләре һәм төп мәсь¬ әләсе 15. Матдәнең күләм берәмлегендәге молекулалар саны. Молекула¬ ларның үлчәме 16. Матдә микъдары. Авогадро са¬ ны . . . .' 17. Молекуляр-кинетик теориянең төп тигезләмәсе 18. Температура молекулалар¬ ның уртача кинетик энергиясе үлчәме Газларның үзлекләре 19. Газның күләме белән басымы арасындагы бәйлелек. Бойль — Мариотт законы 20. Газ күләменең температурага бәй¬ лелеге. Гей-Люссак законы. . . 21. Газ басымының температурага .бәйлелеге. Шарль законы .... 22. Абсолют температуралар πικa- ласы 23. Газның күләме, басымы һәм тем¬ пературасы арасындагы бәйле¬ лек. Газ хәле тигезләмәсе .... 35 37 38 39 42 44 52 55 56 58 60 Сыеклыклар, каты җисемнәр. Плазма 24. Матдәләрнең агрегат халәтләрен классификаңияләү 25. Каты җисемнәрнең үзлекләре 26. Сыеклыкларның үзлекләре. . . 27. Плазма Эксперименталь мәсьәләләр . . 65 67 70 73 76 199
ТЕРМОДИНАМИКА 28. Термодинамиканың төп төшен¬ чәләре 29. Җылылык күренешләрендә энер¬ гия саклану законы 30. Термодинамиканың беренче за¬ коны 31. Җылылык двигательләре .... 32. Суыткычлар, кондиңионерлар . . 33. Табигатьтә физик процессларның башлангыч халәтенә кайту сәлә¬ те бармы? 34. Термодинамиканың икенче за¬ коны 35. Кабат термодинамиканың бе¬ ренче һәм икенче законнары ту¬ рында 36. Ни сәбәпле табигатьтә процесс¬ лар кайтма булмый? 37. Энергетика һәм экология кри¬ зислары 38. Фаза күчешләре. Эрү, кристал¬ лашу, пар ясалу һәм конденса¬ ция 39. Сыек кристаллар Эксперименталь мәсьәләләр . . ЭЛЕКТР КҮРЕНЕШЛӘРЕ Электростатика 40. Электр корылмасы. Корылма саклану законы 41. Кулон законы 42. Электр кырында үткәргечләр 43. Электр кырында диэлектрик¬ лар 44. Диэлектрикларны куллану. Элек¬ третлар 45. Сегнетоэлектриклар. Кюри нок¬ тасы 46. Пьезоэлектрик эффект 47. Электр кыры көчләренең эш баш¬ каруы 81 82 48. Потенциал һәм потенциаллар аермасы 49. Электр сыешлыгы. Конденсатор¬ лар 50. Электр кырының энергиясе Эксперименталь мәсьәләләр . . 126 129 131 135 83 86 88 89 91 93 Даими электр тогы 51. Электр йөртү көче 52. Тулы чылбыр өчен Ом законы 53. Токның эше һәм егәрлеге .... 54. Электрон теориясенең төп поло¬ жениеләре 55. Үткәргеч каршылыгының тем¬ пературага бәйлелеге 56. Суперүткәрүчәнлек Эксперименталь мәсьәлә .... 94 95 97 99 103 109 111 115 117 119 121 123 124 142 143 145 148 152 156 158 Төрле тирәлектә электр тогы 57. Термоэлектрон эмиссия күре¬ неше 58. Электрон-нурлы көпшә 59. Электролиз законнары 60. Электролизны техникада кул¬ лану 61. Газларның электр үткәрүчәнле¬ ге. Мөстәкыйль һәм мөстәкыйль булмаган бушану 62. Газларда мөстәкыйль электр бу¬ шану төрләре 63. Сирәкләндерелгән газларда электр тогы 64. Ярымүткәргечләр 65. Ярымүткәргечнең үзүткәрүчән- леге 66. Ярымүткәргечләрнең катышма¬ лы үткәрүчәнлеге 67. Ярымүткәргечтә электрон-ти- шем күчеше 68. Транзистор Эксперименталь мәсьәләләр . . 161 163 166 169 173 175 178 181 183 185 187 191 193
Учебное издание Гайфуллин Василь Габдуллович Исламшин Рашит Ахатович ФИЗИКА Учебное пособие для 10 класса татарской средней общеобразовательной школы На татарском языке Казань. Издательство «Магариф». 2009 Уку-укыту басмасы Гайфуллин Васил Гайфуллович Исламшин Рәшит Әхәтович ФИЗИКА Татар урта гомуми белем бирү мәктәбенең 10 нчы сыйныфы өчен уку әсбабы Редакторы Л. Р. Газыймова Бизәлеш редакторы М. Д. Вазиева Техник редакторы һәм компьютерда биткә салучысы Р. Ф. Мөбарәкҗанова Корректорлары Г. Г. Мөхэммэтҗанова, Г. Р. Ногманова Компьютерда рәсемнәрне эшкәртүчесе Э. Ф. Нурмөхэммәтова Оригинал-макеттан басарга кул куелды 05.08.2009. Форматы 70 × 90 V]θ. Офсет кәгазе. «Школьная» гарнитурасы. Шартлы басма табагы 14,63 + форз. 0,29. Нәшер-хисап табагы 13,31 + форз. 0,49. Тиражы 1000 д. Заказ В-1050. «Мәгариф» нәшрияты. 420059. Казан, Оренбург тракты, 20а. Тел./факс (843) 277-52-88; 277-52-62. E-mail: magarif@mail.ru http: //www.magarif.com «Идел-Пресс» полиграфия-нәшрият комплексы» ААҖ. 420066. Казан, Декабристлар урамы, 2.
--. A-^) ⅜⅞⅞⅜⅛<e⅜⅛j
V •J: r ■ ⅞-3 - у J чСО” 1 ⅛' ^'' l∕ , -*л Hi Sifa. ^ЯА1 Г ! t Σ^^T∕ s I. Г й'‘ ⅛ 4Г ∕'C ⅛- ⅛ г Γj!"^ 4>^J⅜ Д 1 1^9 J ft ?1 hlll^ ' -I 1 I г t I « ? 1Э * •’ J ' ∖i ‘ ∙-..≡