| Elektr sig‘imi | |
|---|---|
| O‘lchamlik | L-2M-1T4I2 |
| O‘lchov birliklari | |
| SI | farad |
| SGS | santimetr |
Elektr sig‘imi — o‘tkazgichning o‘zida elektr zaryadini to‘plash qobiliyatini ifodalovchi xususiyatdir. Elektr zanjirlari nazariyasida sig‘im ikkita o‘tkazgichning o‘zaro sig‘imi, ya’ni elektr sxemasidagi sig‘imli element (kondensator)ning parametri bo‘lib, u elektr sxemasida ikki qutbli element sifatida tasvirlanadi.
Xususan, Xalqaro birliklar tizimida (SI) sig‘im faradlarda o‘lchanadi. Sig‘imning umumqabul qilingan belgisi: .
Sig‘im elektr zaryadi miqdorining potensiallar farqiga nisbatidan hisoblanadi. Bunda potensiallar farqi o‘tkazgich bilan cheksizlik yoki ikkita o‘tkazgich orasida olinadi
- ,
bu yerda — zaryad, — potensial (o‘tkazgich potensiali), — boshqa o‘tkazgich potensiali yoki cheksizlikdagi potensial (odatda nol deb qabul qilinadi).
Sig‘im o‘tkazgichlarning geometrik o‘lchamlari va shakliga, shuningdek, atrof-muhitning elektr xossalariga (uning dielektrik singdiruvchanligiga).
Ta’rif. Ayrim formulalar
Yakka o‘tkazgich uchun sig‘im o‘tkazgich zaryadining uning potensialiga nisbatiga teng. Bunda boshqa barcha o‘tkazgichlar cheksiz uzoqda joylashgan va cheksiz uzoq nuqtaning potensiali nolga teng deb olinadi. Matematik shaklda bu ta’rif quyidagicha ifodalanadi
- ,
bu yerda — zaryad, — potensial (o‘tkazgich potensiali). Masalan, radiusi bo‘lgan o‘tkazuvchi shar (yoki sfera) sig‘imi (SI tizimida) quyidagiga teng:
bu yerda — elektr doimiysi (8,854⋅10−12 F/m), — nisbiy dielektrik singdiruvchanlik.
Formulani keltirib chiqarish Ma’lumki, Agar bo‘lsa, topilgan qiymatni formulaga qo‘yib, quyidagini olamiz: . |
Bir-biridan dielektrik yoki vakuum bilan ajratilgan hamda miqdori teng, ishorasi qarama-qarshi zaryadlarga ega ikkita o‘tkazgichli tizim uchun , sig‘im (o‘zaro sig‘im) zaryad miqdorining o‘tkazgichlar potensiallari farqiga nisbati sifatida aniqlanadi. Agar o‘tkazgichlardan birining potensiali nol deb olinsa, formula bu holat uchun ham o‘rinli bo‘ladi.
Yuqorida tavsiflangan tizim asosida yaratilgan va sig‘imi katta bo‘lgan elektr zanjirining alohida elementi kondensator deb ataladi. Uning ikkita o‘tkazgichi kondensator qoplamalari deyiladi.
Yassi kondensatorning sig‘imi quyidagiga teng:
- ,
bu yerda — qoplama yuzi (ikkala qoplama bir xil deb hisoblanadi), — qoplamalar orasidagi masofa.
Kondensatorda to‘plangan elektr energiyasi quyidagiga teng:
- ,
bu yerda — qoplamalar orasidagi kuchlanish.
Belgilanishi va o‘lchov birliklari
Sig‘im odatda lotin alifbosining katta harfi bilan belgilanadi (lotincha capacitas — sig‘im, sig‘dirish qobiliyati).
Xalqaro birliklar tizimi (SI) bo‘yicha sig‘im faradlarda ifodalanadi (qisqacha «F»). Agar o‘tkazgich sirti potensiali bir volt bo‘lganda u bir kulon zaryadga ega bo‘lsa, uning sig‘imi bir faradga teng bo‘ladi. Bir farad juda katta sig‘imdir; haqiqiy o‘tkazgichlar odatda nano- yoki mikrofarad tartibidagi sig‘imga ega. «Farad» birligi ingliz fizigi Maykl Faradey sharafiga nomlangan.
Sig‘imning SGS tizimidagi o‘lchov birligi santimetrdir. Nisbat: 1 sm sig‘im ≈ 1,1126 pF; 1 F = 8,988×1011 sm sig‘im.
Sig‘imning xossalari
- Sig‘im doimo musbat bo‘ladi, ammo ayrim segnetoelektrik tuzilmalar bundan mustasno.
- Sig‘im faqat o‘tkazgichning geometrik o‘lchamlariga va muhitning dielektrik xossalariga (kondensator uchun — uning ichini to‘ldiruvchi izolyatsiyalovchi materialga) bog‘liq.
- Sig‘im harorat va signal chastotasiga bilvosita bog‘liq (muhitning dielektrik singdiruvchanlik koeffitsiyenti ning tegishli kattaliklarga bog‘liqligi orqali).
- Muhitda qiymati doimiy bo‘lsa, sig‘im ham doimiy bo‘ladi. Biroq nochiziqli muhitda qiymati elektr maydon kuchlanganligiga bog‘liq bo‘lsa, sig‘im kuchlanish bilan birga o‘zgaradi.
- Chastotasi bo‘lgan sinusoidal tok zanjirida «sig‘im» elementiga reaktiv qarshilik .
- Sig‘im elementidagi kuchlanish sakrash tarzida o‘zgara olmaydi.
Differensial sig‘im
Differensial (kichik signalli) sig‘im deb o‘tkazgich zaryadining potensial bo‘yicha hosilasiga aytiladi
- ,
Bu hosila tanlangan sharoitlarda uchun aniqlanadi. Mazkur kattalik zaryad oz miqdorda o‘zgarganda kuchlanishning o‘zgarishini tavsiflaydi. Agar zaryad bilan potensial orasidagi bog‘lanish chiziqli bo‘lsa, bo‘ladi, ammo amalda murakkabroq holatlar ham uchraydi.
Ayniqsa, volt-farad xarakteristikalarini o‘lchash keng tarqalgan. Bular metall–dielektrik–yarimo‘tkazgich tuzilmalaridagi ning turli chastotalarda potensialning vaqt () bo‘yicha qonuniga muvofiq o‘zgarishiga bog‘liqligini ifodalaydi. Bunday o‘lchashlar dielektrikning sifati haqida muhim ma’lumot beradi.
Ba’zi tizimlarning elektr sig‘imi
Tizimning elektr sig‘imini hisoblash uchun Laplas tenglamasini ∇2φ = 0 yechish kerak; bunda φ potensial o‘tkazgichlarning sirtida doimiy deb olinadi. Simmetriyasi yuqori bo‘lgan hollarda buni bajarish oson. Murakkabroq hollarda esa yechimni elementar funksiyalar orqali ifodalab bo‘lmaydi.
Deyarli ikki o‘lchamli hollarda analitik funksiyalar bir vaziyatni boshqasiga akslantiradi; bunday akslantirishlarda elektr sig‘imi o‘zgarmaydi. Shuningdek, Shvars–Kristoffel akslantirishiga qarang.
| Turi | Sig‘im | Izoh |
|---|---|---|
| Yassi kondensator | S: Yuza d: Masofa | |
| Ikkita koaksial silindr | l : Uzunlik R1: Radius R: Radius | |
| Ikkita parallel sim | a: Radius d: Masofa, d > 2a | |
| Devor bilan parallel sim | a: Radius d: Masofa, d > a l: Uzunlik | |
| Ikkita parallel bir tekislikdagi tasma |
d: Masofa w1, w: Tasmalarning kengligi km: d/(2wm+d) k2: k1k2 | |
| Ikkita konsentrik shar | R1: Radius R2: Radius | |
| Radiuslari teng ikkita shar | a : Radius d: Masofa, d > 2a D = d/2a γ: Eyler doimiysi | |
| Devor yaqinidagi shar | a: Radius d: Masofa, d > a D = d/a | |
| Shar | a: Radius | |
| Doira shaklidagi disk | a : Radius | |
| Ingichka to‘g‘ri sim, cheklangan uzunlikda |
a: Simning radiusi l: Uzunlik Λ: ln(l/a) |
Elastans
Sig‘imga teskari kattalik elastans (elastance) deb ataladi. Elastansning o‘lchov birligi daraf (daraf) bo‘lib, u SI fizik birliklar tizimida aniqlanmagan.
Adabiyotlar
- Borgman I. I. Elektr sig‘imi // Brokgauz va Yefron ensiklopedik lug‘ati : 86 jild (82 jild va 4 qo‘shimcha jild). — Sankt-Peterburg, 1890—1907.
- Savelyev I. V. X bob. Zaryadlangan zarralarning harakati. // Umumiy fizika kursi. — 3. — Moskva: Nauka. Fizika-matematika adabiyotlari bosh tahririyati, 1988. — Jild 2. — Betlar 87—88. — 496 bet — 220 000 nusxa
- G. Kron. Tarmoqlarning tenzor tahlili. — Moskva: Sovetskoye radio, 1978. — 720 bet