Gərginlik, cərəyan, müqavimət və Ohm qanunu: 5 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:48

Bu Dərslikdə əhatə olunmuşdur

Elektrik yükünün gərginlik, cərəyan və müqavimətlə necə əlaqəsi var.

Gərginlik, cərəyan və müqavimət nədir.

Ohm Qanunu nədir və elektrik enerjisini anlamaq üçün necə istifadə olunur.

Bu anlayışları nümayiş etdirmək üçün sadə bir sınaq.

Addım 1: Elektrik Şarjı

Elektrik yükü, bir elektromaqnit sahəsinə yerləşdirildikdə bir qüvvə yaşamasına səbəb olan maddənin fiziki xüsusiyyətidir. İki növ elektrik yükü var: pozitiv və mənfi (ümumiyyətlə proton və elektronlar tərəfindən aparılır). Kimi ittihamlar itələyir və cazibəyə bənzəmir. Xalis yükün olmaması neytral adlanır. Bir cisimdə çoxlu elektron varsa mənfi yüklənir, əks halda müsbət yüklənir və ya yüklənmir. SI -dən alınan elektrik yük vahidi kulon (C) -dur. Elektrik mühəndisliyində amper-saat (Ah) istifadə etmək də yaygındır; kimyada ikən elementar yükü (e) vahid kimi istifadə etmək adi haldır. Q simvolu tez -tez yükü bildirir. Yüklü maddələrin qarşılıqlı təsirinə dair erkən biliklər indi klassik elektrodinamik adlanır və kvant effektlərinin nəzərə alınmasını tələb etməyən problemlər üçün hələ də doğrudur.

Elektrik yükü, bəzi subatomik hissəciklərin elektromaqnit qarşılıqlı təsirini təyin edən əsas qorunan xüsusiyyətidir. Elektrik yüklü maddələr elektromaqnit sahələrindən təsirlənir və ya istehsal edir. Hərəkət edən yüklə elektromaqnit sahəsi arasındakı qarşılıqlı təsir dörd əsas qüvvədən biri olan elektromaqnit qüvvəsinin mənbəyidir (Həmçinin bax: maqnit sahəsi).

20-ci əsrin təcrübələri elektrik yükünün kvantlaşdırıldığını göstərdi; yəni təxminən 1.602 × 10−19 coulomblara bərabər olan elementar yük adlanan fərdi kiçik vahidlərin tam ədədləri ilə gəlir (1/3e tam ədədləri olan yükləri olan kvark adlanan hissəciklər istisna olmaqla). Protonun +e, elektronun isə -e yükü var. Yüklü hissəciklərin və onların qarşılıqlı təsirinin fotonlar vasitəsi ilə öyrənilməsinə kvant elektrodinamikası deyilir.

Addım 2: Gərginlik:

Gərginlik, elektrik potensialı fərqi, elektrik təzyiqi və ya elektrik gərginliyi (rəsmi olaraq ∆V və ya ∆U olaraq təyin olunur, lakin daha çox V və ya U kimi sadələşdirilir, məsələn Ohm və ya Kirchhoffun dövrə qanunları kontekstində) iki arasındakı elektrik potensial enerjisindəki fərqdir. elektrik yükü vahidinə görə bal. İki nöqtə arasındakı gərginlik, sınaq yükünü iki nöqtə arasında hərəkət etdirmək üçün statik bir elektrik sahəsinə qarşı bir yük vahidi üçün edilən işə bərabərdir. Bu volt vahidləri ilə ölçülür (bir kulon başına bir joule).

Gərginliyə statik elektrik sahələri, maqnit sahəsindəki elektrik cərəyanı, zamanla dəyişən maqnit sahələri və ya bu üçlüyün bəzi birləşmələri səbəb ola bilər. [1] [2] Bir sistemdəki iki nöqtə arasındakı gərginliyi (və ya potensial fərqi) ölçmək üçün bir voltmetr istifadə edilə bilər; tez -tez sistemin zəmini kimi ümumi bir istinad potensialı nöqtələrdən biri kimi istifadə olunur. Bir gərginlik ya enerji mənbəyini (elektromotor qüvvəni), ya da itirilmiş, istifadə olunan və ya yığılmış enerjini (potensial düşmə) təmsil edə bilər.

Gərginlik, cərəyan və müqaviməti təsvir edərkən, ümumi bir bənzətmə su anbarıdır. Bu bənzətmədə yük su miqdarı ilə, gərginlik su təzyiqi ilə, cərəyan isə su axını ilə təmsil olunur. Bu bənzətmə üçün xatırlayın:

Su = Yükləmə

Təzyiq = Gərginlik

Axın = Cərəyan

Yerdən müəyyən bir yüksəklikdə bir su çəni düşünün. Bu tankın altında bir hortum var.

Beləliklə, daha yüksək müqavimət göstərən tankdakı cərəyan daha aşağıdır.

Addım 3: Elektrik:

Elektrik, elektrik yükünün olması və axmasıdır. Ən yaxşı bilinən forması, mis tellər kimi keçiricilər vasitəsilə elektron axınıdır.

Elektrik, təbii olaraq (ildırımda olduğu kimi) meydana gələn və ya (generatorda olduğu kimi) istehsal olunan müsbət və mənfi formalarda gələn bir enerji növüdür. Maşınlara və elektrik cihazlarına güc vermək üçün istifadə etdiyimiz bir enerji növüdür. Yüklər hərəkət etmədikdə elektrikə statik elektrik deyilir. Yüklər hərəkət edərkən, bəzən "dinamik elektrik" adlanan bir elektrik cərəyanıdır. Yıldırım təbiətdəki ən tanınmış və təhlükəli elektrik növüdür, lakin bəzən statik elektrik əşyaların bir-birinə yapışmasına səbəb olur.

Elektrik, xüsusən suyun ətrafında təhlükəli ola bilər, çünki su bir növ keçiricidir. On doqquzuncu əsrdən bəri elektrik həyatımızın hər yerində istifadə olunur. O vaxta qədər, göy gurultusunda görünən bir maraq idi.

Bir maqnit bir metal telin yanından keçərsə elektrik yarana bilər. Bu bir generatorun istifadə etdiyi üsuldur. Ən böyük generatorlar elektrik stansiyalarındadır. Kimyəvi maddələri iki fərqli metal çubuqla bir qabda birləşdirərək elektrik də istehsal edilə bilər. Bu, batareyada istifadə olunan üsuldur. Statik elektrik iki material arasındakı sürtünmə nəticəsində yaranır. Məsələn, yun papaq və plastik hökmdar. Onları bir -birinə sürtmək qığılcım yarada bilər. Elektrik, fotovoltaik hüceyrələrdə olduğu kimi, günəş enerjisindən də yarana bilər.

Elektrik, istehsal olunduğu yerdən tellər vasitəsilə evlərə çatır. Elektrik lampaları, elektrik qızdırıcıları və s. Tərəfindən istifadə olunur. Paltaryuyan maşınlar və elektrik sobaları kimi bir çox məişət texnikası elektrik enerjisindən istifadə edir. Fabriklərdə elektrik enerjisi maşınları var. Evlərimizdə və fabriklərimizdə elektrik və elektrik cihazları ilə məşğul olan insanlara "elektrikçi" deyilir.

İndi deyək ki, iki tankımız var, hər bir tankın altından hortum gəlir. Hər tankda eyni miqdarda su var, ancaq bir tankdakı hortum digərindəki hortumdan daha dardır.

Hər iki hortumun ucunda eyni təzyiqi ölçürük, amma su axmağa başlayanda, dar hortumu olan tankdakı suyun axını, tankdakı suyun axınından aşağı olacaq. daha geniş hortum. Elektrik baxımından, dar hortumdan keçən cərəyan daha geniş hortumdan keçəndən daha azdır. Hər iki hortumdan axının eyni olmasını istəyiriksə, daha dar hortumlu tankdakı suyun miqdarını (doldurulmasını) artırmalıyıq.

Addım 4: Elektrik müqaviməti və keçiriciliyi

Hidravlik bənzətmədə, bir teldən (və ya rezistordan) axan cərəyan bir borudan axan su kimidir və tel üzərindəki gerilim düşməsi suyu borudan itələyən təzyiq düşməsinə bənzəyir. İletkenlik, müəyyən bir təzyiq üçün nə qədər axın meydana gəldiyinə nisbətdədir və müqavimət, müəyyən bir axını əldə etmək üçün nə qədər təzyiq tələb olunduğuna mütənasibdir. (Keçiricilik və müqavimət qarşılıqlıdır.)

Gərginliyin özü deyil, gərginliyin düşməsi (yəni rezistorun bir tərəfindəki gərginlik ilə digər tərəfdəki gərginlik arasındakı fərq), bir müqavimət vasitəsilə cərəyanı itələyən hərəkətverici qüvvəni təmin edir. Hidravlikada oxşardır: Borunun iki tərəfi arasındakı təzyiq fərqi, təzyiqin özü deyil, içindəki axını təyin edir. Məsələn, borunun üstündən suyu aşağı itələməyə çalışan böyük bir su təzyiqi ola bilər. Boru altında suyun geri çəkilməsinə çalışan eyni dərəcədə böyük bir su təzyiqi ola bilər. Bu təzyiqlər bərabərdirsə, su axmır. (Sağdakı şəkildə borunun altındakı su təzyiqi sıfırdır.)

Bir telin, rezistorun və ya digər elementin müqaviməti və keçiriciliyi əsasən iki xüsusiyyətlə müəyyən edilir:

• həndəsə (forma) və
• material

Həndəsə vacibdir, çünki suyun uzun, dar bir borudan keçməsi geniş, qısa borudan daha çətindir. Eyni şəkildə, uzun, nazik mis tel qısa, qalın mis teldən daha yüksək müqavimətə (aşağı keçiriciliyə) malikdir.

Materiallar da vacibdir. Saçla dolu bir boru, eyni forma və ölçüdə təmiz bir borudan daha çox su axını məhdudlaşdırır. Eynilə, elektronlar bir mis teldən sərbəst və asanlıqla axa bilər, lakin eyni forma və ölçüdə bir polad teldən asanlıqla keçə bilməz və formasından asılı olmayaraq rezin kimi bir izolyatordan axa bilməz. Mis, polad və kauçuk arasındakı fərq mikroskopik quruluşu və elektron konfiqurasiyası ilə əlaqədardır və müqavimət adlanan bir xüsusiyyətlə ölçülür.

Həndəsə və materiala əlavə olaraq müqavimət və keçiriciliyə təsir edən digər amillər də var.

Dar bir boru ilə eyni təzyiq altında daha geniş bir borudan daha çox həcm sığdıra bilməyəcəyimiz ağılla gəlir. Bu müqavimətdir. Dar boru, suyun daha geniş borulu tankla eyni təzyiqdə olmasına baxmayaraq içindən keçən su axınına "müqavimət göstərir".

Elektrik baxımından bu, bərabər gərginliyə və fərqli müqavimətlərə malik iki dövrə ilə təmsil olunur. Daha yüksək müqavimətə malik olan dövrə daha az yüklənməyə imkan verəcək, yəni daha yüksək müqavimətə malik olan dövrə daha az cərəyan keçir.

Addım 5: Ohm Qanunu:

Ohm qanunu, iki nöqtə arasındakı bir keçiricidən keçən cərəyanın iki nöqtə arasındakı gərginliklə düz mütənasib olduğunu bildirir. Orantılılığın sabitliyini, müqavimətini təqdim edərək, bu əlaqəni təsvir edən adi riyazi tənliyə gəlir:

burada amper vahidlərində keçiricidən keçən cərəyan, V - volt vahidləri ilə keçiricidə ölçülən gərginlik, R - ohm vahidlərində keçiricinin müqavimətidir. Daha konkret desək, Ohm qanunu bu əlaqədə R -nin sabit olduğunu, cərəyandan asılı olmadığını bildirir.

Qanun, 1827 -ci ildə nəşr olunan bir risalədə müxtəlif uzunluqlu telləri olan sadə elektrik sxemləri vasitəsilə tətbiq olunan gərginlik və cərəyan ölçmələrini təsvir edən alman fiziki Georg Ohmun adını aldı. Ohm təcrübi nəticələrini yuxarıdakı müasir formadan bir az daha mürəkkəb bir tənliklə izah etdi (Tarixə baxın).

Fizikada, Ohm qanunu termini, əvvəlcə Ohm tərəfindən hazırlanan qanunun müxtəlif ümumiləşdirmələrinə istinad etmək üçün də istifadə olunur.