Լարման, հոսանքի, դիմադրության և Օմի օրենքը. 5 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:52

Ընդգրկված է այս ձեռնարկում

Ինչպես է էլեկտրական լիցքը կապված լարման, հոսանքի և դիմադրության հետ:

Ինչ են լարումը, հոսանքը և դիմադրությունը:

Ինչ է Օմի օրենքը և ինչպես օգտագործել այն էլեկտրաէներգիա հասկանալու համար:

Այս հասկացությունները ցուցադրելու պարզ փորձ:

Քայլ 1: Էլեկտրական լիցքավորում

Էլեկտրական լիցքը նյութի ֆիզիկական հատկությունն է, որն առաջացնում է էլեկտրամագնիսական դաշտում տեղադրվելիս ուժի առաջացում: Կան երկու տեսակի էլեկտրական լիցքեր ՝ դրական և բացասական (սովորաբար կրում են համապատասխանաբար պրոտոնները և էլեկտրոնները): Ինչպես և մեղադրանքները վանում են, և ի տարբերություն գրավման: Ofուտ գանձման բացակայությունը կոչվում է չեզոք: Օբյեկտը բացասական լիցքավորված է, եթե այն ունի էլեկտրոնների ավելցուկ, իսկ հակառակ դեպքում ՝ դրական լիցքավորված կամ չլիցքավորված: SI- ից ստացված էլեկտրական լիցքի միավորը կուլոնն է (C): Էլեկտրատեխնիկայի մեջ նույնպես սովորական է օգտագործել ամպերժամը (Ah); մինչդեռ քիմիայում սովորական է օգտագործել տարրական լիցքը (ե) որպես միավոր: Q խորհրդանիշը հաճախ նշանակում է լիցք: Լիցքավորված նյութերի փոխազդեցության մասին վաղ գիտելիքներն այժմ կոչվում են դասական էլեկտրադինամիկա և դեռ ճշգրիտ են այն խնդիրների դեպքում, որոնք չեն պահանջում քվանտային էֆեկտների դիտարկում:

Էլեկտրական լիցքը որոշ ենթատոմային մասնիկների պահպանվող հիմնական հատկությունն է, որը որոշում է դրանց էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունը: Էլեկտրական լիցքավորված նյութի վրա ազդում կամ առաջացնում է էլեկտրամագնիսական դաշտեր: Շարժվող լիցքի և էլեկտրամագնիսական դաշտի փոխազդեցությունը էլեկտրամագնիսական ուժի աղբյուրն է, որը չորս հիմնարար ուժերից մեկն է (Տես նաև ՝ մագնիսական դաշտ):

Քսաներորդ դարի փորձերը ցույց տվեցին, որ էլեկտրական լիցքը քվանտացված է. այսինքն, այն գալիս է տարրական լիցք կոչվող առանձին փոքր միավորների ամբողջ բազմապատիկներով, ե, մոտավորապես հավասար է 1.602 × 10−19 կուլոնի (բացառությամբ քվարկներ կոչվող մասնիկների, որոնք ունեն լիցքեր, որոնք 1/3e ամբողջ բազմապատիկ են): Պրոտոնը +e լիցք ունի, իսկ էլեկտրոնը ՝ −e: Լիցքավորված մասնիկների ուսումնասիրությունը և ինչպես են նրանց փոխազդեցությունները միջնորդվում ֆոտոնների միջոցով, կոչվում է քվանտային էլեկտրադինամիկա:

Քայլ 2: Լարման

Լարում, էլեկտրական պոտենցիալ տարբերություն, էլեկտրական ճնշում կամ էլեկտրական լարվածություն (պաշտոնապես նշվում է ∆V կամ ∆U, բայց ավելի հաճախ պարզեցված է որպես V կամ U, օրինակ ՝ Օհմի կամ Կիրխհոֆի սխեմայի օրենքների համատեքստում) երկուսի միջև էլեկտրական պոտենցիալ էներգիայի տարբերությունն է միավոր միավոր էլեկտրական լիցքի համար: Երկու կետերի միջև լարումը հավասար է ստատիկ էլեկտրական դաշտի դիմաց մեկ լիցքի միավորի կատարած աշխատանքին `փորձարկման լիցքը երկու կետերի միջև տեղափոխելու համար: Սա չափվում է վոլտերի միավորներով (ջուլ մեկ կուլոնի վրա):

Լարման պատճառը կարող է լինել ստատիկ էլեկտրական դաշտերը, մագնիսական դաշտի միջոցով էլեկտրական հոսանքը, ժամանակի փոփոխվող մագնիսական դաշտերը կամ այս երեքի որոշ համակցությունները [1] [2]: Վոլտմետրը կարող է օգտագործվել համակարգի երկու կետերի լարումը (կամ պոտենցիալ տարբերությունը) չափելու համար. հաճախ որպես նշաններից մեկը օգտագործվում է ընդհանուր տեղեկատու ներուժը, ինչպիսին է համակարգի հիմքը: Լարումը կարող է ներկայացնել կամ էներգիայի աղբյուր (էլեկտրաշարժիչ ուժ), կամ կորած, օգտագործված կամ պահված էներգիա (պոտենցիալ անկում)

Լարման, հոսանքի և դիմադրության նկարագրության ժամանակ ընդհանուր անալոգիան ջրի բաք է: Այս անալոգիայի մեջ լիցքը ներկայացված է ջրի քանակով, լարումը `ջրի ճնշմամբ, իսկ հոսանքը` ջրի հոսքով: Այսպիսով, այս անալոգիայի համար հիշեք.

=ուր = Լիցքավորում

Pressնշում = Լարման

Հոսք = Ընթացիկ

Հաշվի առեք ջրի բաքը գետնից որոշակի բարձրության վրա: Այս տանկի ներքևում կա գուլպաներ:

Այսպիսով, ավելի բարձր դիմադրությամբ տանկի մեջ հոսանքը ավելի ցածր է:

Քայլ 3: Էլեկտրաէներգիա

Էլեկտրաէներգիան էլեկտրական լիցքի առկայությունն ու հոսքն է: Դրա ամենահայտնի ձևը էլեկտրոնների հոսքն է այնպիսի հաղորդիչների միջոցով, ինչպիսիք են պղնձե լարերը:

Էլեկտրաէներգիան էներգիայի այն ձևն է, որը գալիս է դրական և բացասական ձևերով, որը տեղի է ունենում բնականաբար (ինչպես կայծակում), կամ արտադրվում է (ինչպես գեներատորում): Դա էներգիայի մի տեսակ է, որը մենք օգտագործում ենք մեքենաների և էլեկտրական սարքերի սնուցման համար: Երբ լիցքերը չեն շարժվում, էլեկտրաէներգիան կոչվում է ստատիկ էլեկտրականություն: Երբ լիցքերը շարժվում են, դրանք էլեկտրական հոսանք են, երբեմն կոչվում են «դինամիկ էլեկտրաէներգիա»: Կայծակը բնության մեջ էլեկտրաէներգիայի ամենահայտնի և վտանգավոր տեսակն է, սակայն երբեմն ստատիկ էլեկտրականությունը պատճառ է դառնում, որ իրերը իրար կպչեն:

Էլեկտրաէներգիան կարող է վտանգավոր լինել, հատկապես ջրի շուրջ, քանի որ ջուրը հաղորդիչի ձև է: Տասնիններորդ դարից սկսած, էլեկտրաէներգիան օգտագործվում է մեր կյանքի յուրաքանչյուր մասում: Մինչ այդ դա պարզապես հետաքրքրություն էր, որը երեւում էր ամպրոպի ժամանակ:

Էլեկտրաէներգիա կարող է ստեղծվել, եթե մագնիսը մոտենում է մետաղական մետաղալարին: Սա գեներատորի կողմից կիրառվող մեթոդն է: Ամենամեծ արտադրողները գտնվում են էլեկտրակայաններում: Էլեկտրաէներգիան կարող է արտադրվել նաև երկու տարբեր տեսակի մետաղական ձողերով բանկայի մեջ քիմիական նյութերի համադրությամբ: Սա մարտկոցի մեջ օգտագործվող մեթոդն է: Ստատիկ էլեկտրականությունը ստեղծվում է երկու նյութերի միջև շփման արդյունքում: Օրինակ ՝ բրդյա գլխարկ և պլաստմասե քանոն: Դրանք իրար շփելով կարող է կայծ առաջացնել: Էլեկտրաէներգիան կարող է ստեղծվել նաև արևի էներգիայի օգտագործմամբ, ինչպես ֆոտովոլտային բջիջներում:

Էլեկտրաէներգիան տներ է հասնում լարերի միջոցով, որտեղ այն արտադրվում է: Այն օգտագործվում է էլեկտրական լամպերի, էլեկտրական տաքացուցիչների և այլնի կողմից: Շատ կենցաղային տեխնիկա, ինչպիսիք են լվացքի մեքենաները և էլեկտրական կաթսաները, օգտագործում են էլեկտրաէներգիա: Գործարաններում կան էլեկտրաէներգիայի հզորության մեքենաներ: Մարդիկ, ովքեր զբաղվում են մեր տներում և գործարաններում էլեկտրական և էլեկտրական սարքերով, կոչվում են «էլեկտրիկներ»:

Եկեք հիմա ասենք, որ մենք ունենք երկու տանկ, յուրաքանչյուրը տանկից, որի ներքևից գալիս է գուլպաներ: Յուրաքանչյուր բաք ունի ճիշտ նույն քանակությամբ ջուր, բայց մի տանկի գուլպանը մյուսից ավելի նեղ է:

Մենք չափում ենք նույն քանակությամբ ճնշում ցանկացած գուլպաների վերջում, բայց երբ ջուրը սկսում է հոսել, ավելի նեղ գուլպանով տանկի ջրի հոսքը կլինի ավելի փոքր, քան բաքում ջրի հոսքի արագությունը: ավելի լայն գուլպաներ: Էլեկտրական առումով, նեղ գուլպանով հոսանքը փոքր է, քան ավելի լայն խողովակի միջով: Եթե մենք ուզում ենք, որ հոսքը նույնը լինի երկու գուլպաների միջով, ապա մենք պետք է ավելացնենք բաքի ջրի (լիցքավորման) քանակը ավելի նեղ գուլպանով:

Քայլ 4: Էլեկտրական դիմադրություն և հաղորդունակություն

Հիդրավլիկ անալոգիայի մեջ հաղորդալարի (կամ ռեզիստորի) միջով հոսանքը նման է խողովակի միջով հոսող ջրի, իսկ լարի վրա լարման անկումը նման է ճնշման անկման, որը ջուրը մղում է խողովակի միջով: Հաղորդունակությունը համաչափ է, թե որքան ճնշում է տեղի ունենում տվյալ ճնշման համար, իսկ դիմադրությունը համաչափ է, թե որքան ճնշում է պահանջվում տվյալ հոսքին հասնելու համար: (Հաղորդականությունն ու դիմադրությունը փոխադարձ են):

Լարման անկումը (այսինքն ՝ ռեզիստորի մի կողմի և մյուսի լարման միջև եղած տարբերությունը), այլ ոչ թե լարման ինքնին, ապահովում է հոսանքը ռեզիստորի միջոցով մղող շարժիչ ուժը: Հիդրավլիկայում դա նման է. Խողովակի երկու կողմերի ճնշման տարբերությունը, այլ ոչ թե ճնշումը ինքնին, որոշում է դրա միջով հոսքը: Օրինակ, խողովակի վերևում կարող է լինել ջրի մեծ ճնշում, որը փորձում է ջուրը խողովակի միջոցով ներքև մղել: Բայց խողովակի տակ կարող է լինել ջրի հավասարապես մեծ ճնշում, որը փորձում է ջուրը հետ մղել խողովակի միջով: Եթե այդ ճնշումները հավասար են, ջուր չի հոսում: (Աջ կողմում գտնվող պատկերում, խողովակի տակ ջրի ճնշումը զրո է):

Լարի, դիմադրության կամ այլ տարրի դիմադրությունն ու հաղորդունակությունը հիմնականում որոշվում են երկու հատկություններով.

• երկրաչափություն (ձև), և
• նյութական

Երկրաչափությունը կարեւոր է, քանի որ ավելի դժվար է ջուրը մղել երկար, նեղ խողովակով, քան լայն ու կարճ խողովակով: Նույն կերպ, երկար, բարակ պղնձե մետաղալարն ունի ավելի բարձր դիմադրություն (ավելի ցածր հաղորդունակություն), քան կարճ, հաստ պղնձե մետաղալարը:

Նյութերը նույնպես կարևոր են: Մազերով լցված խողովակն ավելի շատ է սահմանափակում ջրի հոսքը, քան նույն ձևի և չափի մաքուր խողովակը: Նմանապես, էլեկտրոնները կարող են ազատ և հեշտությամբ հոսել պղնձե մետաղալարով, բայց չեն կարող նույնքան հեշտությամբ հոսել նույն ձևի և չափի պողպատե մետաղալարով, և նրանք, ըստ էության, ընդհանրապես չեն կարող հոսել կաուչուկի պես մեկուսիչի միջով ՝ անկախ դրա ձևից: Պղնձի, պողպատի և կաուչուկի միջև տարբերությունը կապված է դրանց մանրադիտակային կառուցվածքի և էլեկտրոնների կազմաձևի հետ և քանակականորեն որոշվում է դիմադրողականություն կոչվող հատկությամբ:

Բացի երկրաչափությունից և նյութից, կան տարբեր այլ գործոններ, որոնք ազդում են դիմադրության և հաղորդունակության վրա:

Խելամիտ է, որ մենք չենք կարող նույնքան մեծ ծավալով նեղ խողովակի միջոցով տեղավորել, որքան ավելի լայն, նույն ճնշման տակ: Սա դիմադրություն է: Նեղ խողովակը «դիմադրում է» դրա միջով ջրի հոսքին, չնայած ջուրը նույն ճնշման տակ է, ինչ ավելի լայն խողովակով տանկը:

Էլեկտրական առումով սա ներկայացված է երկու սխեմաներով `հավասար լարումներով և տարբեր դիմադրություններով: Ավելի բարձր դիմադրություն ունեցող շղթան թույլ կտա ավելի քիչ լիցք հոսել, այսինքն ՝ ավելի մեծ դիմադրություն ունեցող շղթան ավելի քիչ հոսանք է անցնում դրա միջով:

Քայլ 5: Օմի օրենքը

Օմի օրենքը նշում է, որ երկու կետերի միջև ընկած դիրիժորի հոսանքը ուղիղ համեմատական է երկու կետերի լարվածությանը: Ներկայացնելով համաչափության հաստատունությունը ՝ դիմադրությունը, կարելի է հասնել սովորական մաթեմատիկական հավասարման, որը նկարագրում է այս հարաբերությունը.

որտեղ ես հոսանքն եմ դիրիժորի միջոցով ամպերի միավորներով, V- ը լարվածությունն է, որը չափվում է դիրիժորի վրա վոլտերի միավորներով, իսկ R- ը հաղորդիչի դիմադրությունն է օմ միավորներով: Ավելի կոնկրետ, Օմի օրենքն ասում է, որ R- ն այս հարաբերության մեջ հաստատուն է ՝ անկախ ընթացիկից:

Օրենքը կոչվել է գերմանացի ֆիզիկոս Գեորգ Օմի անունով, ով 1827 թվականին հրապարակված տրակտատում նկարագրել է տարբեր երկարությունների մետաղալարեր պարունակող պարզ էլեկտրական սխեմաների միջոցով կիրառվող լարման և հոսանքի չափումները: Օմը բացատրեց իր փորձարարական արդյունքները մի փոքր ավելի բարդ հավասարմամբ, քան վերևի ժամանակակից ձևը (տես Պատմություն):

Ֆիզիկայում Օմի օրենք տերմինը օգտագործվում է նաև Օհմի կողմից ի սկզբանե ձևակերպված օրենքի տարբեր ընդհանրացումների համար: