Voltaj, oqim, qarshilik va Ohm qonuni: 5 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:29

Ushbu qo'llanmada yoritilgan

Elektr zaryadining kuchlanish, oqim va qarshilikka qanday aloqasi bor.

Voltaj, oqim va qarshilik nima.

Ohm qonuni nima va uni elektr energiyasini tushunish uchun qanday ishlatish kerak.

Bu tushunchalarni namoyish etish uchun oddiy tajriba.

1 -qadam: Elektr zaryadlash

Elektr zaryadi - bu moddaning fizik xususiyati bo'lib, u elektromagnit maydonga joylashganda kuchni boshdan kechiradi. Elektr zaryadlarining ikki turi mavjud: musbat va manfiy (odatda protonlar va elektronlar tashiydi). Xuddi ayblovlar qaytaradi va o'ziga jalb qilmaydi. To'liq zaryadning yo'qligi neytral deb ataladi. Agar ob'ektda elektronlar ko'p bo'lsa, manfiy zaryadlangan, aks holda musbat zaryadlangan yoki zaryadlanmagan. SIdan olingan elektr zaryad birligi - kulon (C). Elektrotexnikada amper-soat (Ah) dan foydalanish ham keng tarqalgan; kimyo fanida esa elementar zaryadni (e) birlik sifatida ishlatish odatiy holdir. Q belgisi ko'pincha zaryadni bildiradi. Zaryadlangan moddalarning o'zaro ta'siri haqidagi dastlabki bilimlar endi klassik elektrodinamika deb ataladi va kvant effektlarini hisobga olishni talab qilmaydigan muammolar uchun hamon to'g'ri.

Elektr zaryadi ba'zi subatomik zarralarning asosiy saqlanib qolgan xususiyati bo'lib, ularning elektromagnit o'zaro ta'sirini aniqlaydi. Elektr zaryadlangan moddalarga elektromagnit maydonlar ta'sir qiladi yoki hosil qiladi. Harakatlanuvchi zaryad va elektromagnit maydon o'rtasidagi o'zaro ta'sir elektromagnit kuch manbai bo'lib, u to'rtta asosiy kuchlardan biridir (Shuningdek qarang: magnit maydon).

Yigirmanchi asr tajribalari shuni ko'rsatdiki, elektr zaryadi kvantlangan; ya'ni, bu elementar zaryad deb nomlangan, yakka tartibdagi kichik birliklarning butun sonli ko'paytmalari bo'lib, taxminan 1,602 × 10−19 kulonga teng (kvark deb ataladigan zarralar bundan mustasno, 1/3e butun sonli ko'paytmalarga ega). Protonda +e, elektronda esa -e zaryad bor. Zaryadlangan zarrachalarni va ularning o'zaro ta'siri fotonlar orqali qanday sodir bo'lishini o'rganish kvant elektrodinamikasi deb ataladi.

2 -qadam: kuchlanish:

Voltaj, elektr potentsial farqi, elektr bosimi yoki elektr tarangligi (rasmiy ravishda "V" yoki "U" bilan belgilanadi, lekin ko'pincha V yoki U sifatida soddalashtiriladi, masalan, Ohm yoki Kirchhoff sxemalari kontekstida) - bu elektr potentsial energiyasi o'rtasidagi farq. elektr zaryad birligi uchun ball. Ikki nuqta orasidagi kuchlanish sinov zaryadini ikki nuqta o'rtasida siljitish uchun statik elektr maydoniga nisbatan zaryad birligi uchun bajarilgan ishga tengdir. Bu volt birliklari bilan o'lchanadi (bir kulon uchun joule).

Kuchlanish statik elektr maydonlari, magnit maydon orqali o'tadigan elektr oqimi, vaqt o'zgaruvchan magnit maydonlar yoki bu uchtasining kombinatsiyasidan kelib chiqishi mumkin. [1] [2] Tizimdagi ikkita nuqta orasidagi kuchlanishni (yoki potentsial farqni) o'lchash uchun voltmetrdan foydalanish mumkin; tez -tez nuqtalardan biri sifatida tizimning asosi kabi umumiy mos yozuvlar salohiyati ishlatiladi. Voltaj energiya manbai (elektr harakatlantiruvchi kuch) yoki yo'qolgan, ishlatilgan yoki saqlangan energiya (potentsial pasayish) bo'lishi mumkin.

Voltaj, oqim va qarshilikni ta'riflashda, umumiy o'xshashlik - suv idishi. Bu o'xshashlikda zaryad suv miqdori bilan, kuchlanish suv bosimi bilan, oqim esa suv oqimi bilan ifodalanadi. Shunday qilib, bu o'xshashlik uchun esda tuting:

Suv = zaryad

Bosim = kuchlanish

Oqim = Oqim

Erdan ma'lum balandlikda joylashgan suv idishini ko'rib chiqing. Bu tankning pastki qismida shlang bor.

Shunday qilib, qarshilik yuqori bo'lgan tankda oqim past bo'ladi.

3 -qadam: Elektr:

Elektr - bu elektr zaryadining mavjudligi va oqimi. Uning eng mashhur shakli-bu mis simlar kabi o'tkazgichlar orqali elektronlar oqimi.

Elektr - bu ijobiy va salbiy shakllarda keladigan tabiiy shakldagi (chaqmoqdagidek) yoki ishlab chiqariladigan (generatordagi kabi) energiya shakli. Bu biz mashinalar va elektr qurilmalarini quvvatlantirish uchun ishlatadigan energiya shakli. Agar zaryadlar harakatlanmasa, elektr toki statik elektr deb ataladi. Zaryadlar harakatlanayotganda ular elektr toki bo'lib, ba'zan "dinamik elektr" deb ataladi. Chaqmoq-tabiatning eng mashhur va xavfli elektr turi, lekin ba'zida statik elektr narsalar bir-biriga yopishib ketishiga olib keladi.

Elektr xavfli bo'lishi mumkin, ayniqsa suv atrofida, chunki suv o'tkazgichning bir shakli. XIX asrdan boshlab elektr energiyasi hayotimizning har bir qismida ishlatilgan. Ungacha bu shunchaki momaqaldiroqda ko'rilgan qiziqish edi.

Agar magnit metall simga yaqin o'tib ketsa, elektr energiyasini yaratish mumkin. Bu generator tomonidan ishlatiladigan usul. Eng katta generatorlar elektr stantsiyalarida joylashgan. Kimyoviy moddalarni kavanozda ikki xil metall majmuasi bilan birlashtirish orqali ham elektr energiyasi ishlab chiqarilishi mumkin. Bu batareyada ishlatiladigan usul. Statik elektr ikkita material orasidagi ishqalanish natijasida hosil bo'ladi. Masalan, jun qopqoq va plastik o'lchagich. Ularni bir -biriga ishqalab, uchqun paydo bo'lishi mumkin. Elektr energiyasi, shuningdek, fotovoltaik hujayralardagi kabi quyosh energiyasidan foydalanib ham yaratilishi mumkin.

Elektr ishlab chiqarilgan joydan simlar orqali uylarga keladi. U elektr lampalar, elektr isitgichlar va boshqalar tomonidan ishlatiladi. Kir yuvish mashinalari va elektr pishirgichlar kabi ko'plab maishiy texnika elektr energiyasidan foydalanadi. Zavodlarda elektr energiyasini ishlab chiqaruvchi mashinalar mavjud. Bizning uylarda va fabrikalarda elektr va elektr qurilmalari bilan shug'ullanadigan odamlarga "elektrchi" deyiladi.

Aytaylik, bizda ikkita tank bor, ularning har biri pastdan shlang bilan keladi. Har bir tankda bir xil miqdordagi suv bor, lekin bitta tankdagi shlang boshqa shlangga qaraganda torroq.

Biz har bir shlangning uchida bir xil bosimni o'lchaymiz, lekin suv oqa boshlaganda, tor shlangli tankdagi suvning tezligi tankdagi suv oqimidan past bo'ladi. kengroq shlang. Elektr nuqtai nazaridan, tor shlang orqali o'tadigan oqim kengroq shlang orqali o'tadigan oqimdan kamroq. Agar biz ikkala shlang orqali ham oqim bir xil bo'lishini istasak, biz torroq shlang bilan tankdagi suv miqdorini (zaryadini) oshirishimiz kerak.

4 -qadam: Elektr qarshilik va o'tkazuvchanlik

Gidravlik analogiyada sim (yoki rezistor) orqali o'tadigan oqim quvur orqali o'tayotgan suvga o'xshaydi va simning kuchlanishining pasayishi quvur orqali suvni itarib yuboradigan bosim pasayishiga o'xshaydi. O'tkazuvchanlik ma'lum bir bosim uchun qancha oqim paydo bo'lishiga mutanosibdir va qarshilik ma'lum oqimga erishish uchun qancha bosim kerakligi bilan mutanosib. (O'tkazuvchanlik va qarshilik o'zaro.)

Kuchlanishning o'zi emas, balki kuchlanishning pasayishi (ya'ni, rezistorning bir tarafidagi kuchlanish bilan boshqa tarafdagi kuchlanish o'rtasidagi farq), harakatlantiruvchi kuchni rezistordan o'tkazadi. Gidravlikada ham xuddi shunday: quvurning ikki tomoni orasidagi bosim farqi bosimning o'zi emas, u orqali o'tishni aniqlaydi. Masalan, quvur ustida suvni pastga tushirishga harakat qiladigan quvur ustida katta suv bosimi bo'lishi mumkin. Quvurning tagida suv bosimi teng darajada katta bo'lishi mumkin, u suvni quvur orqali orqaga qaytarishga harakat qiladi. Agar bu bosim teng bo'lsa, suv oqmaydi. (O'ngdagi rasmda quvur ostidagi suv bosimi nolga teng.)

Tel, rezistor yoki boshqa elementning qarshiligi va o'tkazuvchanligi asosan ikkita xususiyat bilan belgilanadi:

• geometriya (shakli) va
• material

Geometriya muhim ahamiyatga ega, chunki suvni uzun, tor quvur orqali keng va qisqa trubadan o'tkazish qiyinroq. Xuddi shu tarzda, uzun, ingichka mis sim qisqa, qalin mis simga qaraganda yuqori qarshilik (past o'tkazuvchanlik) ga ega.

Materiallar ham muhim ahamiyatga ega. Soch bilan to'ldirilgan quvur suv oqimini bir xil shakl va o'lchamdagi toza trubadan ko'ra ko'proq cheklaydi. Xuddi shunday, elektronlar mis sim orqali erkin va oson oqishi mumkin, lekin xuddi shunday shakli va o'lchamidagi po'lat sim orqali osonlikcha oqa olmaydi va ular, shakliga qaramay, rezina kabi izolyator orqali umuman oqa olmaydi. Mis, po'lat va kauchuk o'rtasidagi farq ularning mikroskopik tuzilishi va elektron konfiguratsiyasi bilan bog'liq va ularning qarshiligi deb ataladigan xususiyat bilan aniqlanadi.

Geometriya va materialdan tashqari qarshilik va o'tkazuvchanlikka ta'sir qiluvchi boshqa omillar ham bor.

Bu shuni anglatadiki, biz tor quvur orqali bir xil bosim ostida kengroq quvurni o'tkaza olmaymiz. Bu qarshilik. Tor quvur, suv kengroq quvurli tank bilan bir xil bosimda bo'lsa -da, u orqali o'tishiga "qarshilik ko'rsatadi".

Elektr nuqtai nazaridan, bu teng kuchlanishli va har xil qarshilikka ega bo'lgan ikkita davr bilan ifodalanadi. Yuqori qarshilikka ega bo'lgan zanjir kamroq zaryad oqishiga imkon beradi, ya'ni qarshilik yuqori bo'lgan kontaktlarning zanglashi kamroq bo'ladi.

5 -qadam: Ohm qonuni:

Ohm qonuniga ko'ra, ikkita nuqta orasidagi o'tkazgich orqali o'tadigan oqim ikki nuqta kuchlanishiga to'g'ri proportsionaldir. O'zaro mutanosiblik konstantasini, qarshilikni tanishtirib, bu munosabatni tasvirlaydigan odatiy matematik tenglamaga keladi:

bu erda men amper birliklarida o'tkazgich orqali oqim, V - volt birliklarida o'tkazgich bo'ylab o'lchangan kuchlanish, R - ohm birliklarida o'tkazgichning qarshiligi. Aniqroq aytganda, Ohm qonuniga ko'ra, bu munosabatdagi R doimiy, oqimga bog'liq emas.

Qonun nemis fizigi Georg Ohm nomi bilan atalgan, u 1827 yilda nashr etilgan risolasida har xil uzunlikdagi simlarni o'z ichiga olgan oddiy elektr zanjirlari orqali qo'llaniladigan kuchlanish va oqim o'lchovlarini tasvirlab bergan. Ohm o'zining eksperimental natijalarini yuqoridagi zamonaviy shaklga qaraganda biroz murakkabroq tenglama bilan izohladi (qarang Tarix).

Fizikada, Ohm qonuni atamasi Ohm tomonidan ishlab chiqilgan qonunning turli xil umumlashmalarini ifodalash uchun ham ishlatiladi.