1. Электр өрісінің жұмысы. Потенциал. Потенциалдар айырымы.

2. Сұйықтар және қатты зат күйлерінің ерекшеліктері.

1.Потенциал. Потенциалдар айырымы Потенциал φ – электростатикалық өрiстi энергетикалық сипаттайтын скаляр шама. Ол өрiс зарядының потенциалдық энергиясының осы зарядқа қатынасына тең: Потенциал өрiстiң берiлген нүктедегi q зарядының потенциалдық энергиясын анықтайды. Практикалық мәнге ие болатын нүктедегi потенциалдың өзi емес, потенциалдың өзгерiсi, яғни потенциалдың санақ басын таңдап алуға тәуелсiз шама – потенциалдар айырымы. Екi нүкте арасындағы потенциалдар айырымы (кернеу) зарядтың бастапқы нүктеден соңғы нүктеге орынауыстырғанда электростатикалық өрiс жұмысының зарядқа қатынасына тең: Егер 1 Кл заряд бiр нүктеден екiншi нүктеге орынауыстырғанда электр өрiсi 1 Дж жұмыс жасаса, онда бұл екi нүкте арасындағы потенциалдар айырымы бiрге тең. Бұл бiрлiк вольт (В) деп аталады; 1В = 1Дж/1Кл.

2. Әр күйдегі молекуланың қасиеті.

Әр күйдегі заттардың молекулалары да әр түрлі әрекеттеседі. Осыған байланысты олардың касиеттері де өзгеріп отырады. Мысалы, қатты күйдегі денені қысып сығу немесе тартып созу өте қиын. Ол өзінің пішінін де, көлемін де өзгертпей, сақтайды. Көптеген денелер қатты күйге ауысканда оны құрайтын молекулалар (атомдар) кристалдық тopқұрайды.

Дененін созылуға да, сығылуға да қарсылық жасап, пішіні мен көлемін сақтауы олардың молекулаларының арасындағы өзара әрекеттесу күштері арқылы түсіндіріледі. Молекулалардың арасында тартылыс күші де, тебіліс күші де болады. Белгілі бір rO ара қашықтықта молекулалардың арасындағы тартылыс күші тебіліс күшін теңгереді. Ал молекулалардың ара қашықтығы rO-ден кіші болса (r<rO), онда олардың арасындағы тебіліс күші тартылыс күшінен үлкен болады. Сөйтіп, қатты денені сығу қиындай түседі. Кері жағдайда, яғни r>rO болса, онда молекулалардың арасындағы тартылыс күші тебіліс күшінен артық болады да, қатты денені созу қиынға түседі.

Пішіні мен көлемін сақтау - қатты денеге тән қасиет.

Сұйық күйдегі дене өзінін, пішінін оңай өзгертеді, бірақ көлемін сақтайды. Сұйық құйылған ыдыс пішінін қабылдайды. Аққыштық, көлемін сақтау және пішінін оңай өзгерту - сұйыққа тән қасиет. Сұйықтың бұл қасиеті күрделі пішінді металл бұйымдарын жасауға пайдаланылады. Ол үшін балқыған металды, арнайы жасалған қалыптарға құйып, катырады. Сұйықтың молекулалары қатты денелердің молекулаларына карағанда бір-бірінен алшақ орналасады. Сондықтан олардың арасындағы тартылыс күштері де, тебіліс күштері де қатты денелерге қарағанда кем болады. Сөйтіп, сұйық оңай ағады, оңай бөлінеді. Соған қарамастан сұйықтың көлемін өзгерту өте қиын. Өйткені сұйықтардың молекулалары да белгілі бір rO ара қашықтықта тартылыс күші мен тебіліс күштерінің тепе-теңдігін сақтауға тырысады. Шыны молекулалары ретсіз орналасқандықтан, оның құрылысы кристалл қатты денеден гөрі сұйық молекулаларының орналасуына ұқсас. Молекулалары белгілі бір ретпен қайталанып орналасатын денелер — кристалл денелер, ал молекулалары ретсіз орналасатындары — аморф денелер деп аталады. Шыны аморф денеге жатады. Сұйықтар сияқты шыны молекулалары да аққыш келеді. Бірақ оның аққыштығы өте баяу жүреді. Міне, сондықтан тік қалпында өте ұзақ сақталған шынылардың төменгі жағы бірте-бірте қалыңдай түседі.

Дененің газ күйіндегі молекулалары оның басқа күйлеріне қарағанда тіптен алшақ орналасады. Сондықтан газ молекулаларының арасындағы тартылыс күші де, тебіліс күші де іс жүзінде білінбейді. Оның молекулалары ретсіз үздіксіз қозғала отырып, берілген көлемнің барлық бағытына тарайды.

Билет 14

1. Электр тогының сипаттамалары, және пайда болу шарттары.

2. Молекулалардың өзара тартылыс күштері. Ван – дер – Ваальс теңдеуі

1-сурак

Электр тогы (Э.т) – электр қозғаушы күштің әсерінен зарядтардың (зарядталған бөлшектер немесе дене) бағытталған қозғалысы. Зарядталған бөлшектер:өткізгіштерде — электрондар, электролиттерде —иондар (катиондар мен аниондар), газда —иондар мен электрондар, арнайы жағдайдағы вакуумда — электрондар,жартылай өткізгіштерде —электрондар мен кемтіктер (электронды-кемтіктік өтімділік) болып табылады. Электр тогы энергетика саласында — энергияны алыс қашықтыққа жеткізу үшін, ал телекоммуникация саласында — ақпаратты шалғайға тасымалдау үшін қолданылады.

Электр тогының бағыты шартты түрде өткізгіштердегі оң заряд тасушылардың орын ауыстыру бағыты алынады, бірақ өткізгіштердегі заряд тасушылардың заряды теріс (мысалы, металда электрон) болғандықтан ток бағыты электрондардың бағытына қарсы келеді.

Токтың тұрақты ток (ағылш. direct current, DC) және айнымалы ток (ағылш. alternating current, AC) деп аталатын екі түрі бар.

• Тұрақты ток — уақыт бойынша бағыты және шамасы аз өзгереді.

• Айнымалы ток — бағыты мен шамасы периодты түрде өзгеріп отыратын электр тогы. Ал техникада айнымалы ток деп ток күші мен кернеудің период ішіндегі орташа мәні нөлге тең болатын периодты ток түсіндіріледі. Айнымалы ток байланыс құрылғыларында (радио, теледидар, телефон т.б.) кеңінен қолданылады.

Ток күші (және кернеу) өзгерісі (тербеліс) қайталанатын уақыттың (секундтпен берілген) ең қысқа аралығы период (Т) деп аталады (3-сурет). Айнымалы токтың тағы бір маңызды сипаттамасы — жиілік (ƒ). Уақыт бірлігінде жасалған периодтар саны жиілік деп аталады. Айнымалы ток жоғарғы жиілікте өткізгіш сыртына ығыстырылады, бұл скин-эффект құбылысы деп аталады.

Э. т. физ. табиғатына қарай өткізгіштік Э. т. (электр өрісінің әсерінен өткізгіште не шала өткізгіште пайда болатын ток тасушылардың реттелген қозғалысы), конвекциялық Э. т. (электрлік өткізгіштігі болмайтын ортадағы не вакуумдағы зарядталған бөлшектер мен денелердің қозғалысы), поляризациялық Э. т. (диэлектриктегі поляризациялық өзгеруі нәтижесінде ондағы байланысқан зарядталған бөлшектердің қозғалысы) болып бөлінеді. Э. т-ның өлшеуішіне ток күші және ток тығыздығы алынады. Э. т. магнит өрісінің көзі болып есептеледі. Магнит өрісін қарастырған жағдайда Э. т.: макроскопиялық ток (өткізгіштік және конвекц. Э. т.), молекулалық ток (ортаны құрайтынатом, молекула және иондардағы электрондардың қозғалысына сәйкес келетін микротоктар; ығысу тогы) болып ажыратылады.

2-сурак

Молекула — электрбейтарап жүйе. Егер молекулада оң және теріс зарядтардың “ауырлық центрі” сәйкес келмесе, онда молекула полюсті және олардың меншікті электрлік дипольдік моменті болады. Молекула сыртқы электр өрісінде дипольдік моментке ие болу қасиетімен сипатталады. Молекулалардың басым көпшілігі диамагнитті, яғни тұрақты магниттік моменті болмайды; олардың магниттік алғырлығы теріс. Парамагнитті молекула тұрақты магниттік моментінің болуымен сипатталады. Парамагниттік қасиет молекуланың құрамында жұпталмаған электрондардың болуымен байланысты; олардың магниттік алғырлығы оң болады. Молекула туралы көптеген ақпарат оптикалық, мессбауэрлік, фотоэлектрондық, ядролық магниттік резонанс, ядролық квадрупольдік резонанс спектроскопиялары, сонымен қатар кванттық химия және химиялық әдістер көмегімен алынады.

Молекулааралық өзара әсер – электрлік қасиеті жағынан бейтарап молекулалар немесе атомдар арасындағы өзара әсер. Бұл әсер молекулааралық қашықтыққа (r) тәуелді және өзара әсердің потенциалдық энергиясы U(r) арқылы өрнектеледі. Заттардың көптеген қасиеттері мен агрегаттық күйі осы U(r)-дің шамасы арқылы анықталады. Молекулааралық өзара әсер ұғымын (1873) голланд ғалымы Йоханнес Ван-дер-Ваальс нақты газдар мен сұйықтықтардың қасиетін түсіндіруге қолданды. Оның болжамы бойынша бір-біріне жақын орналасқан молекулалар арасында тебіліс күштері әсер етеді де, ал молекулааралық қашықтық (r) артқанда бұл күштер тартылыс күштерімен алмасады. Осы болжамдарды пайдалана отырып ол нақты газдардың күй теңдеуін [(р + а/V2)(V-b) = RT] қорытып шығарды.

Молекулааралық өзара әсердің табиғаты электрлік және ол тартылыс күштері (ориентациялық, индукциялық, дисперсиялық) мен тебіліс күштерінен тұрады. Ориентациялық күштер полюсті молекулалар арасында әсер етеді; индукциялық (поляризациялық) күштер полюсті және полюссіз молекулалардың және сонымен қатар полюсті молекулалардың да арасында әсер етеді. Дисперсиялық молекулааралық өзара әсер полюссіз молекулалар арасында байқалады.

Молекулалық масса, салыстырмалы молекулалық масса – заттың бір молекуласының массасы. Молекулалық масса молекуланы құрайтын барлық атомдар массаларының қосындысына тең. Олар өте кішкене болғандықтан, тәжірибеде олардың орнына салыстырмалы атомдық масса және салыстырмалы молекулалық масса ұғымдары қолданылады. Салыстырмалы молекулалық масса (Мr) заттың бір молекуласы массасының көміртектің 12С изотопы массасының 1/12 бөлігіне қатынасына тең. Көміртектің 12С изотопы массасының 1/12 бөлігі массаның атомдық бірлігі ретінде қабылданған: молекуланың атомдық бірлігі (м.а.б.) =1,6607.10–24 г. Егер зат молекуласының құрамы белгісіз болса, онда белгісіз заттың молекулалық массасын эбуллиоскопия, криоскопия, осмометрия, масс-спектроскопия, т.б. әдістер арқылы анықтауға болады. Молекулалық масса химиялық, физикалық және химия-техникалық есептеулерде қолданылады

Ван-дер-Ваальс теңдеуі

Менделеев-Клапейрон теңдеуі молекулалары бір-бірімен әсерлеспейтін және нүкте деп қарастырылатын идеал газдардың күйін анықтайды. Нақты газдардың молекуларының өлшемдері болады және олар бір-бірімен өзара әсерлеседі. Нақты газдардың күйін анықтайтын теңдеуді алу үшін голланд ғалымы Ван-дер-Ваальс Менделеев-Клапейрон теңдеуіне молекулаларды өлшемдерін және өзара әсерлесуін ескеретін түзету енгізді. Бұл алынған теңдеу нақты газдардың күй теңдеуі немесе Ван-дер-Ваальс теңдеуі деп аталады. Мөлшері 1 моль нақты газ үшін Ван-дер-Ваальс теңдеуі келесі түрде жазылады:

,

мұндағы: - Ван-дер-Ваальс тұрақтылары, өлшем бірліктері  ,   .

Бірінші жақша ішіндегі  түзетуі молекулалардың арасындағы тартылыс күшінің әсерінен пайда болады. Оны кейде ішкі қысым деп атайды.   түзетуі молекулалардың өлшемдерін ескереді. Кез-келген мөлшердегі нақты газ үшін Ван-дер-Ваальс теңдеуі   екенін ескере отырып келесі түрде жазылады:

немесе   .

Нақты газдардың ішкі энергиясы  өрнегімен анықталады, мұндағы  - молекулалардың қосынды кинетикалық энергиясы,  -молекулалардың қосынды өзара әсерлесу энергиясы.   энергиясын анықтайық. Ол үшін молекулалардың арасындағы тартылу күшінің жұмысы   энергиясының кемуіне тең екенін ескереміз, яғни  . Молекулалардың арасындағы тартылу күші   ішкі қысыммен сипатталады. Сондықтан  

және  .

Молекулалардың қосынды   кинетикалық энергиясы олардың қозғалысына тәуелді болады.

Сондықтан Ван-дер-Ваальс газының 1 молінің ішкі энергиясы

,

мұндағы:   .

Билет 15

1. Электр тогының сипаттамалары, және пайда болу шарттары

2. Диффузия құбылысы, жылу өткізгіштік құбылысы

1. Электр тогының сипаттамалары, және пайда болу шарттары

Еркін зарядталған бөлшектердің реттелген немесе бағытталған қозғалысын электр тогы деп атайды.Электр тогының бағытына оң зарядталған бөлшектердің қозғалыс бағыты алынған. 

Электр өрісінің әсерінен өткізгіштерде пайда болатын электр тогын  өткізгіштік ток деп атайды, ал зарядталған денені тұтастай көшіретін болсақ, онда бұл кезде пайда болатын токты конвекциялық ток деп атайды.

Ортадан электр тогы өткенде келесі құбылыстар байқалады:

1.     Электр тогы өткенде орта қызады (электр тогының жылулық әсері).

2.     Электр тогы өткенде орта құрамды бөліктерге бөлінеді (электр тогының химиялық әсері).

3. Электр тогы өзін қоршаған ортада магнит өрісін тудырады (электр тогының магниттік әсері).

Электр тогын сандық сипаттау үшін физикалық скаляр шама ток күші енгізілген. Ток күші деп - өткізгіштің көлденең қимасынан бірлік уақытта өтетін зарядты айтады.

өлшем бірлігі

Кез келген токтар үшін    

Ортада электр тогы болу үшін қажетті шарттар:

1.     Ортада еркін зарядталған бөлшектер болуы қажет;

2.   Осы еркін зарядталған бөлшектерге сырттан күш әсер ету қажет, яғни ортада электр өрісі болуы керек.

Металдарда электр тогын тасымалдаушылар –электрондар, электролиттерде – оң және теріс иондар, газдарда – оң иондар мен электрондар және жартылай өткізгіштерде – электрондар мен кемтіктер болып табылады.

2. Диффузия құбылысы, жылу өткізгіштік құбылысы

Диффузия құбылысы

Д иффузия құбылысын сипаттайтын заңды Швейцар физигі  Фик ашты. Сондықтан бұл заң Фик заңы деп аталады: Диффузия құбылысы кезінде   аудан арқылы t уақытта тасымалданатын зат массасы тығыздық градиентіне тура пропорционал болады.

  

 мұндағы:   - диффузия коэффициенті, өлшем бірлігі  .