Elektr qarshiligining ta'rifi nima. Elektr qarshiligi nima
- elektr tokining oqishini oldini olish uchun materialning xususiyatini tavsiflovchi elektr miqdori. Materialning turiga qarab qarshilik nolga teng bo'lishi mumkin - minimal (mi/mikro ohm - o'tkazgichlar, metallar) yoki juda katta (giga ohm - izolyatsiya, dielektriklar). Elektr qarshiligining o'zaro nisbati .
o'lchov birligi elektr qarshilik - Ohm. U R harfi bilan belgilanadi. Qarshilikning oqimga va yopiq kontaktlarning zanglashiga bog'liqligi aniqlanadi.
Ohmmetr- zanjir qarshiligini to'g'ridan-to'g'ri o'lchash uchun qurilma. O'lchangan qiymat diapazoniga qarab, ular gigaohmmetrlarga (katta qarshiliklar uchun - izolyatsiyani o'lchashda) va mikro / milliohmmetrlarga (kichik qarshiliklar uchun - o'lchashda) bo'linadi. o'tish qarshiliklari kontaktlar, vosita o'rashlari va boshqalar).
Mavjud katta xilma-xillik dizayn bo'yicha ohmmetrlar turli ishlab chiqaruvchilar, elektromexanikdan mikroelektrongacha. Ta'kidlash joizki, klassik ohmmetr qarshilikning faol qismini (ohm deb ataladigan) o'lchaydi.
Devrendagi har qanday qarshilik (metall yoki yarimo'tkazgich). o'zgaruvchan tok faol va reaktiv komponentga ega. Aktiv va reaktivlik yig'indisi AC zanjirining empedansi va quyidagi formula bo'yicha hisoblanadi:
bu erda, Z - o'zgaruvchan tok zanjirining umumiy qarshiligi;
R - o'zgaruvchan tok zanjirining faol qarshiligi;
Xc - o'zgaruvchan tok zanjirining sig'imli reaktivligi; 
(C - sig'im, w - o'zgaruvchan tokning burchak tezligi)
Xl - o'zgaruvchan tok zanjirining induktiv reaktivligi; 
(L - induktivlik, w - o'zgaruvchan tokning burchak tezligi).
Faol qarshilik- bu energiya to'liq boshqa turdagi energiyaga (mexanik, kimyoviy, termal) aylanadigan elektr davrining empedansining bir qismidir. O'ziga xos xususiyat faol komponent - barcha elektr energiyasining umumiy iste'moli (energiya tarmoqqa tarmoqqa qaytarilmaydi) va reaktivlik energiyaning bir qismini tarmoqqa qaytaradi (reaktiv komponentning salbiy xususiyati).
Faol qarshilikning jismoniy ma'nosi
Har qanday muhit elektr zaryadlari, ularning yo'lida to'siqlar yaratadi (bu kristall panjaraning tugunlari deb ishoniladi), ular ichiga uriladi va issiqlik shaklida chiqariladigan energiyasini yo'qotadi.
Shunday qilib, bir tomchi (elektr energiyasini yo'qotish) mavjud bo'lib, uning bir qismi o'tkazuvchan muhitning ichki qarshiligi tufayli yo'qoladi.
Materialning zaryadlarning o'tishini oldini olish qobiliyatini tavsiflovchi raqamli qiymat qarshilik deb ataladi. U Ohm (Ohm) bilan o'lchanadi va elektr o'tkazuvchanligiga teskari proportsionaldir.
Turli xil elementlar davriy tizim Mendeleyev turli xil elektr qarshiligiga ega (p), masalan, eng kichik sp. kumush (0,016 Ohm * mm2 / m), mis (0,0175 Ohm * mm2 / m), oltin (0,023) va alyuminiy (0,029) qarshilikka ega. Ular sanoatda barcha elektrotexnika va energiya qurilgan asosiy materiallar sifatida qo'llaniladi. Dielektriklar esa yuqori sp ga ega. qarshilik va izolyatsiya uchun ishlatiladi.
Supero'tkazuvchi muhitning qarshiligi oqimning kesimiga, haroratiga, kattaligiga va chastotasiga qarab sezilarli darajada farq qilishi mumkin. Bundan tashqari, turli xil muhitlar turli xil zaryad tashuvchilarga ega (metallardagi erkin elektronlar, elektrolitlardagi ionlar, yarim o'tkazgichlardagi "teshiklar"), ular qarshilikning aniqlovchi omillari hisoblanadi.
Reaktsiyaning jismoniy ma'nosi
Bobinlar va kondansatkichlarda, qo'llanilganda, energiya magnit va elektr maydonlari shaklida to'planadi, bu biroz vaqt talab etadi.
Magnit maydonlar o'zgaruvchan tok tarmoqlarida zaryadlar harakatining o'zgaruvchan yo'nalishiga qarab o'zgaradi, shu bilan birga qo'shimcha qarshilik ko'rsatadi.
Bundan tashqari, barqaror faza va oqim almashinuvi mavjud va bu elektr energiyasining qo'shimcha yo'qotishlariga olib keladi.
Qarshilik
Agar u orqali oqmasa va bizda ohmmetr bo'lmasa, uning qarshiligini qanday aniqlash mumkin? Buning alohida qiymati bor - materialning elektr qarshiligi ichida
(bu ko'pchilik metallar uchun empirik tarzda aniqlanadigan jadval qiymatlari). Ushbu qiymat va materialning jismoniy miqdori bilan biz qarshilikni formuladan foydalanib hisoblashimiz mumkin:
qayerda, p- qarshilik (o'lchov birliklari ohm * m / mm 2);
l - o'tkazgichning uzunligi (m);
S - tasavvurlar (mm 2).
§ 15. Elektr qarshiligi
Har qanday o'tkazgichdagi elektr zaryadlarining yo'naltirilgan harakati ushbu o'tkazgichning molekulalari va atomlari tomonidan to'sqinlik qiladi. Shuning uchun kontaktlarning zanglashiga olib keladigan tashqi qismi ham, ichki qismi ham (energiya manbasining o'zida) oqimning o'tishiga xalaqit beradi. Elektr zanjirining elektr tokining o'tishiga qarshiligini tavsiflovchi qiymat deyiladi elektr qarshilik.
Yopiq elektr zanjiriga kiritilgan elektr energiyasining manbai tashqi va ichki davrlarning qarshiligini engish uchun energiya sarflaydi.
Elektr qarshiligi harf bilan belgilanadi r va rasmda ko'rsatilganidek, diagrammalarda tasvirlangan. 14, a.
Qarshilik birligi - ohm. ohm shunday chiziqli o'tkazgichning elektr qarshiligi deb ataladi, unda bir voltning doimiy potentsial farqi bilan bir amperlik oqim oqadi, ya'ni.
Yuqori qarshiliklarni o'lchashda ming va million marta ko'proq ohm birliklari qo'llaniladi. Ular kiloohm deb ataladi ( com) va megohm ( Onam), 1 com = 1000 ohm; 1 Onam = 1 000 000 ohm.
IN turli moddalar turli xil miqdordagi erkin elektronlarni o'z ichiga oladi va bu elektronlar o'rtasida harakatlanadigan atomlar boshqacha tartibga ega. Shuning uchun o'tkazgichlarning elektr tokiga qarshiligi ular yasalgan materialga, uzunligi va maydoniga bog'liq. ko'ndalang kesim dirijyor. Agar bir xil materialning ikkita o'tkazgichi taqqoslansa, u holda uzunroq o'tkazgich ko'proq qarshilikka ega teng maydonlar tasavvurlar va katta kesimli o'tkazgich teng uzunliklarda kamroq qarshilikka ega.
Supero'tkazuvchilar materialning elektr xususiyatlarini nisbiy baholash uchun uning qarshiligi xizmat qiladi. Qarshilik uzunligi 1 ga teng bo'lgan metall o'tkazgichning qarshiligi m va kesma maydoni 1 mm 2; r harfi bilan belgilanadi va bilan o'lchanadi
Qarshiligi r bo'lgan materialdan yasalgan o'tkazgich uzunligi bo'lsa l metr va tasavvurlar maydoni q kvadrat millimetr, keyin bu o'tkazgichning qarshiligi
Formula (18) shuni ko'rsatadiki, o'tkazgichning qarshiligi u ishlab chiqarilgan materialning qarshiligiga, shuningdek uning uzunligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va tasavvurlar maydoniga teskari proportsionaldir.
Supero'tkazuvchilarning qarshiligi haroratga bog'liq. Metall o'tkazgichlarning qarshiligi harorat oshishi bilan ortadi. Bu bog'liqlik juda murakkab, ammo harorat o'zgarishining nisbatan tor diapazonida (taxminan 200 ° C gacha) har bir metall uchun ma'lum bir harorat deb ataladigan qarshilik koeffitsienti (alfa) mavjud deb taxmin qilishimiz mumkin. Supero'tkazuvchilar qarshiligining ortishi D r harorat 1 ° C ga o'zgarganda, 1 ga tegishli ohm dastlabki qarshilik.
Shunday qilib, qarshilikning harorat koeffitsienti
va qarshilik kuchayadi
Δ r = r 2 - r 1 = a r 2 (T 2 - T 1) (20)
qayerda r 1 - haroratda o'tkazgichning qarshiligi T 1 ;
r 2 - haroratda bir xil o'tkazgichning qarshiligi T 2 .
Qarshilikning harorat koeffitsienti ifodasini misol bilan tushuntiramiz. Faraz qilaylik, bir haroratda mis chiziqli sim T 1 = 15 ° qarshilikka ega r 1 = 50 ohm, va haroratda T 2 = 75° - r 2 - 62 ohm. Shuning uchun harorat 75 - 15 \u003d 60 ° ga o'zgarganda qarshilikning oshishi 62 - 50 \u003d 12 ni tashkil qiladi. ohm. Shunday qilib, haroratning 1 ° ga o'zgarishiga mos keladigan qarshilikning oshishi quyidagilarga teng:
Mis uchun qarshilikning harorat koeffitsienti qarshilikning 1 ga bo'lingan ortishiga teng ohm boshlang'ich qarshilik, ya'ni 50 ga bo'lingan:
Formula (20) asosida qarshiliklar o'rtasidagi munosabatni o'rnatish mumkin r 2 va r 1:
(21)Shuni yodda tutish kerakki, bu formula faqat qarshilikning haroratga bog'liqligini taxminiy ifodasidir va 100 ° C dan yuqori haroratlarda qarshilikni o'lchash uchun ishlatib bo'lmaydi.
Sozlanishi qarshiliklar deyiladi reostatlar(14-rasm, b). Reostatlar nikrom kabi yuqori qarshilikka ega simdan qilingan. Reostatlarning qarshiligi teng ravishda yoki bosqichma-bosqich o'zgarishi mumkin. Suyuq reostatlar ham qo'llaniladi, ular qandaydir o'tkazuvchan eritma bilan to'ldirilgan metall idishdir. elektr toki, masalan, suvdagi soda eritmasi.
Supero'tkazuvchilarning elektr tokini o'tkazish qobiliyati qarshilikning o'zaro ta'siri bo'lgan o'tkazuvchanlik bilan tavsiflanadi va harf bilan ko'rsatilgan. g. O'tkazuvchanlikning SI birligi (siemens).
Shunday qilib, o'tkazgichning qarshiligi va o'tkazuvchanligi o'rtasidagi bog'liqlik quyidagicha.
Elektr zanjiri yopilganda, uning terminallarida potentsial farq mavjud bo'lib, elektr toki paydo bo'ladi. Elektr maydon kuchlari ta'sirida erkin elektronlar o'tkazgich bo'ylab harakatlanadi. Ularning harakatida elektronlar o'tkazgichning atomlari bilan to'qnashadi va ularga kinetik energiyasining zaxirasini beradi. Elektronlarning harakat tezligi doimiy ravishda o'zgarib turadi: elektronlar atomlar, molekulalar va boshqa elektronlar bilan to'qnashganda, u pasayadi, keyin esa ta'siri ostida elektr maydoni yangi to'qnashuv bilan yana ortadi va kamayadi. Natijada, o'tkazgich o'rnatiladi bir tekis harakat sekundiga bir necha santimetr tezlikda elektronlar oqimi. Binobarin, o'tkazgichdan o'tayotgan elektronlar har doim uning tomonidan harakatiga qarshilikka duch keladi. Elektr toki o'tkazgichdan o'tganda, ikkinchisi qiziydi.
Elektr qarshiligi
Belgilangan o'tkazgichning elektr qarshiligi Lotin harfi r, o'zgartirish uchun tananing yoki muhitning xususiyati deyiladi elektr energiyasi u orqali elektr toki o'tganda issiqlikka aylanadi.
Diagrammalarda elektr qarshilik 1-rasmda ko'rsatilganidek ko'rsatilgan, lekin.
Zanjirdagi oqimni o'zgartirishga xizmat qiluvchi o'zgaruvchan elektr qarshiligi deyiladi reostat. Diagrammalarda reostatlar 1-rasmda ko'rsatilganidek belgilanadi, b. IN umumiy ko'rinish Reostat izolyatsion asosga o'ralgan bir yoki boshqa qarshilikning simidan qilingan. Reostatning slayderi yoki tutqichi ma'lum bir holatga o'rnatiladi, buning natijasida kontaktlarning zanglashiga olib keladigan qarshilik kiritiladi.
Kichik kesimdagi uzun o'tkazgich oqimga yuqori qarshilik hosil qiladi. Katta kesimdagi qisqa o'tkazgichlar oqimga ozgina qarshilik ko'rsatadi.
Agar biz ikkita o'tkazgichni olsak turli material, lekin bir xil uzunlik va tasavvurlar, keyin o'tkazgichlar turli yo'llar bilan oqim o'tkazadi. Bu shuni ko'rsatadiki, o'tkazgichning qarshiligi o'tkazgichning o'zi materialiga bog'liq.
Supero'tkazuvchilarning harorati uning qarshiligiga ham ta'sir qiladi. Haroratning oshishi bilan metallarning qarshiligi ortadi, suyuqlik va ko'mirning qarshiligi pasayadi. Faqat ba'zi maxsus metall qotishmalari (manganin, konstantan, nikel va boshqalar) haroratning oshishi bilan ularning qarshiligini deyarli o'zgartirmaydi.
Demak, o‘tkazgichning elektr qarshiligi quyidagilarga bog‘liqligini ko‘ramiz: 1) o‘tkazgich uzunligiga, 2) o‘tkazgichning kesimiga, 3) o‘tkazgichning materialiga, 4) o‘tkazgichning haroratiga.
Qarshilik birligi - bir ohm. Om ko'pincha yunoncha tomonidan belgilanadi Bosh harfŌ (omega). Shunday qilib, "O'tkazgichning qarshiligi 15 ohm" deb yozish o'rniga oddiygina yozishingiz mumkin: r= 15 Ō.
1000 ohm 1 deb ataladi kiloohm(1kŌ yoki 1kŌ),
1 000 000 ohm 1 deb ataladi megaohm(1mgOm yoki 1MŌ).
dan o'tkazgichlarning qarshiligini solishtirganda turli materiallar har bir namuna uchun ma'lum uzunlik va kesimni olish kerak. Shunda biz qaysi materialning elektr tokini yaxshi yoki yomon o'tkazishini aniqlashimiz mumkin.
Video 1. Supero'tkazuvchilar qarshiligi
Maxsus elektr qarshiligi
Uzunligi 1 m, kesimi 1 mm² bo'lgan o'tkazgichning ohmdagi qarshiligi deyiladi qarshilik va belgilandi Yunoncha harf ρ (ro).
1-jadvalda ba'zi o'tkazgichlarning o'ziga xos qarshiliklari keltirilgan.
1-jadval
Turli o'tkazgichlarning qarshiligi
Jadvalda uzunligi 1 m va kesimi 1 mm² bo'lgan temir sim 0,13 ohm qarshilikka ega ekanligini ko'rsatadi. 1 ohm qarshilikni olish uchun siz 7,7 m bunday simni olishingiz kerak. Kumush eng past qarshilikka ega. 1 ohm qarshilikni 1 mm² kesimli 62,5 m kumush simni olish orqali olish mumkin. Kumush eng yaxshi o'tkazgichdir, ammo kumushning narxi uni keng qo'llashni istisno qiladi. Stolda kumushdan keyin mis keladi: 1 m mis sim 1 mm² tasavvurlar bilan 0,0175 ohm qarshilikka ega. 1 ohm qarshilikka ega bo'lish uchun siz 57 m bunday simni olishingiz kerak.
Kimyoviy jihatdan toza, qayta ishlash natijasida olingan mis elektrotexnikada simlar, kabellar, elektr mashinalari va apparatlarining o'rashlarini ishlab chiqarish uchun keng qo'llanilgan. Supero'tkazuvchilar sifatida alyuminiy va temir ham keng qo'llaniladi.
Supero'tkazuvchilar qarshiligini quyidagi formula bo'yicha aniqlash mumkin:
qayerda r- ohmdagi o'tkazgich qarshiligi; ρ - o'tkazgichning solishtirma qarshiligi; l- o'tkazgichning uzunligi m; S- o'tkazgichning kesimi mm² da.
1-misol 5 mm² kesimli 200 m temir simning qarshiligini aniqlang.
2-misol 2,5 mm² tasavvurlar bilan 2 km alyuminiy simning qarshiligini hisoblang.
Qarshilik formulasidan siz o'tkazgichning uzunligini, qarshiligini va kesimini osongina aniqlashingiz mumkin.
3-misol Radio qabul qilgich uchun 0,21 mm² kesimli nikel simidan 30 ohm qarshilikni o'rash kerak. Kerakli sim uzunligini aniqlang.
4-misol Agar qarshilik 25 ohm bo'lsa, 20 m nikromli simning kesimini aniqlang.
5-misol 0,5 mm² tasavvurlar va uzunligi 40 m bo'lgan sim 16 ohm qarshilikka ega. Simning materialini aniqlang.
Supero'tkazuvchilar materiali uning qarshiligini tavsiflaydi.
Qarshilik jadvaliga ko'ra, qo'rg'oshin shunday qarshilikka ega ekanligini aniqlaymiz.
O'tkazgichlarning qarshiligi haroratga bog'liqligi yuqorida aytib o'tilgan. Keling, quyidagi tajribani qilaylik. Biz bir necha metr ingichka spiral shaklida shamol qilamiz metall sim va bu spiralni batareya pallasiga kiriting. Zanjirdagi oqimni o'lchash uchun ampermetrni yoqing. Spiralni burnerning olovida qizdirganda, ampermetr ko'rsatkichlari kamayib ketishini ko'rishingiz mumkin. Bu shuni ko'rsatadiki, metall simning qarshiligi isitish bilan ortadi.
Ba'zi metallar uchun 100 ° ga qizdirilganda qarshilik 40 - 50% ga oshadi. Issiqlik bilan qarshiligini biroz o'zgartiradigan qotishmalar mavjud. Ba'zi maxsus qotishmalar harorat bilan qarshilikni deyarli o'zgartirmaydi. Metall o'tkazgichlarning qarshiligi haroratning oshishi bilan, elektrolitlar (suyuq o'tkazgichlar), ko'mir va ba'zilarning qarshiligi ortadi. qattiq moddalar, aksincha, kamayadi.
Metalllarning harorat o'zgarishi bilan qarshiligini o'zgartirish qobiliyati qarshilik termometrlarini qurish uchun ishlatiladi. Bunday termometr mika ramkaga o'ralgan platina simidir. Termometrni, masalan, o'choqqa joylashtirish va isitishdan oldin va keyin platina simining qarshiligini o'lchash orqali o'choqdagi haroratni aniqlash mumkin.
Supero'tkazuvchilar qizdirilganda uning qarshiligining 1 ohm boshlang'ich qarshilik va 1 ° haroratga o'zgarishi deyiladi. qarshilikning harorat koeffitsienti va a harfi bilan belgilanadi.
Agar haroratda bo'lsa t 0 o'tkazgichning qarshiligi r 0 va haroratda t teng r t, keyin qarshilikning harorat koeffitsienti
Eslatma. Ushbu formulani faqat ma'lum bir harorat oralig'ida (taxminan 200 ° S gacha) hisoblash mumkin.
Ba'zi metallar uchun qarshilikning harorat koeffitsienti a qiymatlarini beramiz (2-jadval).
jadval 2
Ba'zi metallar uchun harorat koeffitsienti qiymatlari
Qarshilikning harorat koeffitsienti formulasidan biz aniqlaymiz r t:
r t = r 0 .
6-misol 200 ° C gacha qizdirilgan temir simning qarshiligini aniqlang, agar uning 0 ° C da qarshiligi 100 ohm bo'lsa.
r t = r 0 = 100 (1 + 0,0066 × 200) = 232 ohm.
7-misol 15 ° S haroratli xonada platina simidan tayyorlangan qarshilik termometri 20 ohm qarshilikka ega edi. Termometr o'choqqa joylashtirildi va bir muncha vaqt o'tgach, uning qarshiligi o'lchandi. 29,6 ohmga teng bo'lib chiqdi. Pechdagi haroratni aniqlang.
elektr o'tkazuvchanligi
Hozirgacha biz o'tkazgichning qarshiligini o'tkazgichning elektr tokini ta'minlaydigan to'siq sifatida ko'rib chiqdik. Biroq, oqim o'tkazgich orqali oqadi. Shuning uchun o'tkazgich qarshilik (to'siqlar) bilan bir qatorda elektr tokini o'tkazish qobiliyatiga ham ega, ya'ni o'tkazuvchanlik.
Supero'tkazuvchilar qarshilik qancha ko'p bo'lsa, uning o'tkazuvchanligi shunchalik kam bo'lsa, u elektr tokini shunchalik yomon o'tkazadi va aksincha, o'tkazgichning qarshiligi qanchalik past bo'lsa, uning o'tkazuvchanligi qanchalik ko'p bo'lsa, tokning o'tkazgichdan o'tishi osonroq bo'ladi. Shuning uchun o'tkazgichning qarshiligi va o'tkazuvchanligi o'zaro kattaliklardir.
Matematikadan ma'lumki, 5 ning o'zaro nisbati 1/5 va aksincha, 1/7 ning o'zaro nisbati 7. Shuning uchun o'tkazgichning qarshiligi harf bilan belgilansa. r, u holda o'tkazuvchanlik 1 / sifatida aniqlanadi. r. O'tkazuvchanlik odatda g harfi bilan belgilanadi.
Elektr o'tkazuvchanligi (1/ohm) yoki siemens bilan o'lchanadi.
8-misol Supero'tkazuvchilar qarshiligi 20 ohm. Uning o'tkazuvchanligini aniqlang.
Agar r= 20 Ohm, keyin
9-misol Supero'tkazuvchilar o'tkazuvchanligi 0,1 (1 / ohm). Uning qarshiligini aniqlang
Agar g \u003d 0,1 (1 / Ohm) bo'lsa r= 1 / 0,1 = 10 (ohm)
Elektr haqida ma'lum bir boshlang'ich ma'lumotga ega bo'lmasdan, qanday qilishni tasavvur qilish qiyin elektr qurilmalar nima uchun ular umuman ishlaydi, nima uchun televizorni ishga tushirish uchun uni rozetkaga ulashingiz kerak va zulmatda chiroq porlashi uchun kichik batareya yetarli.
Va shuning uchun biz hamma narsani tartibda tushunamiz.
Elektr
Elektr- bu tabiiy hodisa, elektr zaryadlarining mavjudligi, o'zaro ta'siri va harakatini tasdiqlovchi. Elektr energiyasi birinchi marta miloddan avvalgi 7-asrda kashf etilgan. Yunon faylasufi Thales. Thales e'tiborni qaratdi, agar amber parchasi junga surtilsa, u engil narsalarni o'ziga jalb qila boshlaydi. Qadimgi yunoncha amber elektrondir.
Men Thalesni o'tirgan holda, uning gimatsiyasiga amber bo'lagini ishqalab o'tirganini (bu qadimgi yunonlarning jun ustki kiyimlari) va keyin hayratlanarli nigoh bilan sochlar, ip parchalari, patlar va qog'oz parchalariga qaraydi. amberga jalb qilinadi.
Bu hodisa deyiladi statik elektr. Ushbu tajribani takrorlashingiz mumkin. Buning uchun oddiy plastik o'lchagichni jun mato bilan yaxshilab silang va uni kichik qog'oz bo'laklariga keltiring.
Shuni ta'kidlash kerak uzoq vaqt bu hodisa o'rganilmagan. Va faqat 1600 yilda ingliz tabiatshunosi Uilyam Gilbert o'zining "Magnit, magnit jismlar va buyuk magnit - Yer haqida" inshosida elektr atamasini kiritdi. U o'z ishida elektrlashtirilgan ob'ektlar bilan o'tkazgan tajribalarini tasvirlab berdi, shuningdek, boshqa moddalarning elektrlanishi mumkinligini aniqladi.
Keyin, uch asr davomida dunyoning eng ilg'or olimlari elektr energiyasini o'rgandilar, risolalar yozdilar, qonunlarni ishlab chiqdilar, elektr mashinalarini ixtiro qildilar va faqat 1897 yilda Jozef Tomson elektr tokining birinchi moddiy tashuvchisi - elektronni, zarrachani topdi. moddalardagi elektr jarayonlari mumkin bo'lgan.
Elektron- bu elementar zarracha, taxminan teng manfiy zaryadga ega -1,602 10 -19 Cl (kulon). Belgilangan e yoki e -.
Kuchlanishi
Zaryadlangan zarralar bir qutbdan ikkinchi qutbga o'tishi uchun qutblar orasiga hosil qilish kerak potentsial farq yoki - Kuchlanishi. Voltaj birligi - Volt (IN yoki V). Formulalar va hisob-kitoblarda stress harf bilan ko'rsatilgan V . 1 V kuchlanishni olish uchun 1 J (Joule) ishni bajarayotganda, qutblar orasiga 1 C zaryad o'tkazish kerak.
Aniqlik uchun ma'lum bir balandlikda joylashgan suv idishini tasavvur qiling. Tankdan quvur chiqadi. Tabiiy bosim ostida suv tankni quvur orqali tark etadi. Keling, suv ekanligiga rozi bo'laylik elektr zaryadi, suv ustunining balandligi (bosim) hisoblanadi Kuchlanishi, va suv oqimi tezligi elektr toki.
Shunday qilib, tankdagi suv qancha ko'p bo'lsa, bosim shunchalik yuqori bo'ladi. Xuddi shunday, elektr nuqtai nazaridan, zaryad qancha ko'p bo'lsa, kuchlanish ham shunchalik yuqori bo'ladi.
Biz suvni to'kib tashlashni boshlaymiz, shu bilan birga bosim pasayadi. Bular. zaryad darajasi tushadi - kuchlanish qiymati kamayadi. Bu hodisani chiroqda kuzatish mumkin, batareyalar tugashi bilan lampochka xiraroq porlaydi. E'tibor bering, suv bosimi (kuchlanish) qanchalik past bo'lsa, suv oqimi (oqim) past bo'ladi.
Elektr toki
Elektr toki- bu jismoniy jarayon ta'sirida zaryadlangan zarralarning yo'naltirilgan harakati elektromagnit maydon yopiq elektr zanjirining bir qutbidan ikkinchisiga. Zaryadni tashuvchi zarralar elektronlar, protonlar, ionlar va teshiklar bo'lishi mumkin. Yopiq kontaktlarning zanglashiga olib bo'lmaganda, oqim mumkin emas. Elektr zaryadini ko'tara oladigan zarralar barcha moddalarda mavjud emas, ular mavjud bo'lganlar deyiladi. o'tkazgichlar Va yarimo'tkazgichlar. Va bunday zarrachalar bo'lmagan moddalar - dielektriklar.
Oqim kuchini o'lchash birligi - Amper (LEKIN). Formulalar va hisob-kitoblarda joriy quvvat harf bilan ko'rsatilgan I . 1 kulonlik zaryad (6,241 10 18 elektron) elektr zanjiridagi nuqtadan 1 soniyada o'tganda 1 Amperlik tok hosil bo'ladi.
Keling, suv-elektr o'xshashligimizga qaytaylik. Faqat hozir ikkita idish olib, ularni teng miqdorda suv bilan to'ldiramiz. Tanklar orasidagi farq chiqish trubasining diametrida.
Keling, kranlarni ochamiz va chap tankdan suv oqimi o'ngdan ko'ra ko'proq (quvur diametri kattaroq) ekanligiga ishonch hosil qilamiz. Ushbu tajriba oqim tezligining quvur diametriga bog'liqligining aniq dalilidir. Endi ikkita oqimni tenglashtirishga harakat qilaylik. Buning uchun o'ng tankga suv qo'shing (zaryad). Bu ko'proq bosim (kuchlanish) beradi va oqim tezligini (oqim) oshiradi. Elektr zanjirida quvur diametri qarshilik.
O'tkazilgan tajribalar o'rtasidagi bog'liqlikni aniq ko'rsatib turibdi Kuchlanishi, joriy Va qarshilik. Qarshilik haqida biroz keyinroq gaplashamiz, endi esa elektr tokining xususiyatlari haqida yana bir necha so'z.
Agar kuchlanish o'z polaritesini ortiqcha minusga o'zgartirmasa va oqim bir yo'nalishda oqsa, bu D.C. va mos ravishda doimiy bosim. Agar kuchlanish manbai polaritesini o'zgartirsa va oqim bir yo'nalishda oqsa, ikkinchisida - bu allaqachon o'zgaruvchan tok Va AC kuchlanish. Maksimal va minimal qiymatlar (grafikda sifatida belgilangan io ) - bu amplituda yoki eng yuqori qiymatlari joriy quvvat. Maishiy rozetkalarda kuchlanish o'z polaritesini sekundiga 50 marta o'zgartiradi, ya'ni. oqim oldinga va orqaga tebranadi, ma'lum bo'lishicha, bu tebranishlarning chastotasi 50 Gerts yoki qisqacha 50 Gts. Ba'zi mamlakatlarda, masalan, AQShda, chastota 60 Gts ni tashkil qiladi.
Qarshilik
Elektr qarshiligi – jismoniy miqdor, bu oqimning o'tishiga yo'l qo'ymaslik (qarshilik qilish) uchun o'tkazgichning xususiyatini belgilaydi. Qarshilik birligi - ohm(belgilangan ohm yoki yunoncha omega harfi Ω ). Formulalar va hisob-kitoblarda qarshilik harf bilan ko'rsatilgan R . Supero'tkazuvchilar 1 ohm qarshilikka ega, uning qutblariga 1 V kuchlanish qo'llaniladi va 1 A oqim oqadi.
Supero'tkazuvchilar tokni boshqacha o'tkazadilar. Ular o'tkazuvchanlik birinchi navbatda o'tkazgichning materialiga, shuningdek, kesim va uzunlikka bog'liq. Qanday kattaroq bo'lim, o'tkazuvchanlik qanchalik yuqori bo'lsa, lekin uzunligi qancha uzun bo'lsa, o'tkazuvchanlik shunchalik past bo'ladi. Qarshilik - o'tkazuvchanlikning teskarisi.
Santexnika modeli misolida qarshilik trubaning diametri sifatida ifodalanishi mumkin. U qanchalik kichik bo'lsa, o'tkazuvchanlik qanchalik yomon bo'lsa va qarshilik shunchalik yuqori bo'ladi.
Supero'tkazuvchilar qarshiligi, masalan, oqim o'tganda o'tkazgichni isitishda namoyon bo'ladi. Bundan tashqari, oqim qanchalik katta bo'lsa va o'tkazgichning kesimi qanchalik kichik bo'lsa, isitish shunchalik kuchli bo'ladi.
Quvvat
Elektr quvvati elektr energiyasini konvertatsiya qilish tezligini belgilovchi fizik miqdordir. Misol uchun, siz bir necha marta eshitgansiz: "ko'p vatt uchun lampochka". Bu lampochkaning ish paytida vaqt birligi uchun iste'mol qiladigan quvvati, ya'ni. ma'lum tezlikda energiyaning bir shaklini boshqasiga aylantirish.
Elektr energiyasi manbalari, masalan, generatorlar ham quvvat bilan tavsiflanadi, lekin allaqachon vaqt birligida ishlab chiqariladi.
Quvvat bloki - vatt(belgilangan Seshanba yoki V). Formulalar va hisob-kitoblarda kuch harf bilan ko'rsatilgan P . AC davrlari uchun atama ishlatiladi To'liq quvvat, birlik - Volt-amper (V A yoki VA), harf bilan belgilanadi S .
Va nihoyat, taxminan elektr zanjiri. Ushbu sxema elektr tokini o'tkazishga qodir bo'lgan va bir-biriga mos keladigan tarzda bog'langan elektr komponentlari to'plamidir.
Ushbu rasmda biz ko'rib turganimizdek, elementar elektr moslamasi (chiroq). kuchlanish ostida U(B) turli qarshilikka ega bo'lgan o'tkazgichlar va boshqa komponentlar orqali elektr energiyasi (batareyalar) manbai 4,59 (220 ovoz)
Endi qarshilik nima ekanligini aniqlash vaqti keldi. Endi oddiy kristall panjarani tasavvur qiling. Shunday qilib ... Kristallar bir-biriga qanchalik zich joylashgan bo'lsa, ulardagi zaryadlar shunchalik ko'p bo'ladi. Demak, deyish oddiy til- metallning qarshiligi qanchalik katta bo'lsa. Aytgancha, har qanday oddiy metallning qarshiligini uni isitish orqali vaqtincha oshirish mumkin. "Nima uchun?" - so'rang. Ha, chunki qizdirilganda, metall atomlari bog'langan o'z pozitsiyalariga yaqin joyda kuchli tebranishni boshlaydi. Shu sababli, harakatlanuvchi zaryadlar atomlar bilan tez-tez to'qnashadi, ya'ni ular tugunlarda tez-tez va ko'proq qolib ketadi. kristall panjara. 1-rasmda vizual yig'ish diagrammasi ko'rsatilgan, shuning uchun "nonitiated" uchun gapirish, bu erda siz qarshilikdagi kuchlanishni qanday o'lchashni darhol ko'rishingiz mumkin. Xuddi shu tarzda, siz lampochkadagi kuchlanishni o'lchashingiz mumkin. Aytgancha, rasmdan ko'rinib turibdiki, agar bizning batareyamiz, masalan, 15V (Volt) kuchlanishga ega bo'lsa va qarshilik shunday bo'lsa, 10V unga "joylashadi", qolgan 5V yorug'likka tushadi. lampochka.
Om qonuni yopiq zanjir uchun shunday ko'rinadi.
Tafsilotlarga kirmasdan, ushbu qonun quvvat manbaining kuchlanishi uning barcha bo'limlarida kuchlanish pasayishi yig'indisiga teng ekanligini aytadi. Bular. bizning holatlarimizda 15V = 10V + 5V. Ammo ... agar siz hali ham tafsilotlarni biroz o'rgansangiz, shuni bilishingiz kerakki, biz batareya kuchlanishi iste'molchi ulanganda uning qiymatidan boshqa narsa emas (bizning holatda, bu lampochka + qarshilik) . Agar siz lampochkani qarshilik bilan ajratsangiz va batareyadagi kuchlanishni o'lchasangiz, u 15V dan bir oz ko'proq bo'ladi. Bu ochiq elektron kuchlanish bo'ladi va u batareyaning EMF deb ataladi - elektromotor kuch. Aslida, sxema 2-rasmda ko'rsatilganidek ishlaydi. Aslida, batareyani, masalan, 16V kuchlanishli boshqa batareya sifatida tasavvur qilish mumkin, uning ichki qarshiligi Rin. Ushbu qarshilikning qiymati juda kichik va ishlab chiqarishning texnologik xususiyatlariga bog'liq. Rasmdan ko'rinib turibdiki, yuk ulanganda akkumulyator kuchlanishining bir qismi uning ichki qarshiligiga "joylashadi" va uning chiqishida u endi 16V emas, balki 15V bo'ladi, ya'ni. 1B ichki qarshiligi bilan "so'riladi". Va bu erda yopiq elektron uchun Ohm qonuni ham ishlaydi. Devrenning barcha bo'limlaridagi kuchlanishlar yig'indisi bo'ladi EMF ga teng batareyalar. 16V = 1V + 10V + 5V. Qarshilikning o'lchov birligi ohm deb ataladigan miqdordir. Bu ishlar bilan shug'ullangan nemis fizigi Georg Simon Om sharafiga shunday nomlangan. 1 ohm o'tkazgichning elektr qarshiligiga teng (masalan, lampochka bo'lishi mumkin), uning uchlari orasida 1 amper to'g'ridan-to'g'ri oqimda 1 volt kuchlanish paydo bo'ladi. Chiroqning qarshiligini aniqlash uchun undagi kuchlanishni o'lchash va zanjirdagi oqimni o'lchash kerak (5-rasmga qarang). Va keyin hosil bo'lgan kuchlanish qiymatini joriy qiymatga bo'ling (R = U / I). Elektr zanjirlaridagi qarshiliklarni ketma-ket ulash mumkin (birinchining oxiri ikkinchisining boshlanishi bilan - bu holda ular o'zboshimchalik bilan belgilanishi mumkin) va parallel ravishda (boshi bilan, oxiri bilan - va bunda) agar ular o'zboshimchalik bilan belgilanishi mumkin). Misol sifatida lampochkalardan foydalangan holda ikkala holatni ko'rib chiqing - axir, ularning filamentlari volframdan iborat, ya'ni. qarshilik hisoblanadi. Seriyali ulanish holati 3-rasmda ko'rsatilgan.
Bu hammaga ma'lum bo'lib chiqdi (va shuning uchun biz buni tushunarli deb hisoblaymiz - gulchambar). Bunday ulanish bilan oqim Men hamma joyda bir xil bo'ladi, ular bir xil kuchlanish uchun bir xil lampalar yoki turli xil bo'lishidan qat'i nazar. Biz darhol lampalarni bir xil deb hisoblashimiz kerak, bunda:
- bir xil kuchlanish va oqim ko'rsatilgan (chiroqning lampochkalari kabi);
- bir xil kuchlanish va quvvat ko'rsatilgan (yoritish lampalari kabi).
Quvvat manbaining kuchlanishi U bu holda barcha lampalar ustida "tarqaladi", ya'ni. U = U1 + U2 + U3. Shu bilan birga, agar lampalar bir xil bo'lsa, ularning barchasida kuchlanish bir xil bo'ladi. Agar lampalar bir xil bo'lmasa, unda har bir alohida chiroqning qarshiligiga bog'liq. Birinchi holda, har bir chiroqdagi kuchlanish manba kuchlanishini lampalarning umumiy soniga bo'lish orqali osongina hisoblab chiqilishi mumkin. Ikkinchi holda, siz hisob-kitoblarni o'rganishingiz kerak. Bularning barchasini biz ushbu bo'limning vazifalarida yoritamiz. Shunday qilib, biz buni bilib oldik ketma-ket ulanish o'tkazgichlar (bu holda, lampalar), barcha kontaktlarning zanglashiga olib uchlaridagi U kuchlanishi ketma-ket ulangan o'tkazgichlar (lampalar) kuchlanishlarining yig'indisiga teng - U = U1 + U2 + U3. O'chirish bo'limi uchun Omad qonuniga ko'ra: U1 = I*R1, U2 = I*R2, U3 = I*R3, U = I*R bu erda R1 - birinchi chiroq (o'tkazgich) filamentining qarshiligi, R2 - ikkinchi va R3 uchinchi, R - barcha lampalarning umumiy qarshiligi. “U = U1 + U2 +U” ifodasidagi U qiymatini I*R, U1ni I*R1, U2ni I*R2, U3ni I*R3 bilan almashtirsak, I*R = I*(R1+) ni olamiz. R2+R3). Demak, R \u003d R1 + R2 + R3. Xulosa: o'tkazgichlar ketma-ket ulanganda, ularning umumiy qarshiligi barcha o'tkazgichlarning qarshiliklari yig'indisiga teng bo'ladi. Xulosa qilaylik: seriyali kommutatsiya manba kuchlanishidan past bo'lgan bir nechta iste'molchilar uchun (masalan, Yangi yil gulchambar lampalari) qo'llaniladi.
Supero'tkazuvchilarni parallel ulash holati 4-rasmda ko'rsatilgan.
Da parallel ulanish o'tkazgichlar, ularning boshlanishi va oxiri manbaga umumiy ulanish nuqtalariga ega. Shu bilan birga, barcha lampalardagi (o'tkazgichlarda) kuchlanish, qaysi biri va qaysi kuchlanish uchun mo'ljallanganligidan qat'i nazar, bir xil, chunki ular to'g'ridan-to'g'ri manbaga ulangan. Tabiiyki, chiroq kuchlanish manbasidan pastroq kuchlanishda bo'lsa, u yonib ketadi. Lekin joriy I barcha lampalardagi oqimlarning yig'indisiga teng bo'ladi, ya'ni. I = I1 + I2 + I3. Va lampalar har xil quvvatga ega bo'lishi mumkin - har biri o'zi ishlab chiqilgan oqimni oladi. Buni tushunish mumkin, agar manba o'rniga biz 220V kuchlanishli rozetkani tasavvur qilsak va lampalar o'rniga unga ulangan, masalan, temir, stol lampasi va telefon zaryadlovchi. Bunday sxemadagi har bir qurilmaning qarshiligi uning kuchlanishini iste'mol qiladigan oqimga bo'lish yo'li bilan aniqlanadi ... yana, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan qismi uchun Ohm qonuniga ko'ra, ya'ni.
Darhol aytaylik, qarshilikka o'zaro qiymat bor va u o'tkazuvchanlik deb ataladi. U Y deb belgilanadi. SI tizimida u CM (Siemens) sifatida belgilanadi. O'zaro qarshilik shuni anglatadiki
Matematik xulosalarga bormasdan, biz darhol aytamizki, o'tkazgichlar parallel ravishda ulanganda (chiroqlar, dazmollar, mikroto'lqinli pechlar yoki televizorlar bo'ladimi), umumiy qarshilikning o'zaro nisbati barcha qarshiliklarning o'zaro nisbatlari yig'indisiga tengdir. parallel ulangan o'tkazgichlar, ya'ni
Sharti bilan; inobatga olgan holda
Ba'zan vazifalarda Y = Y1 + Y2 + Y3 yozadilar. Bu xuddi shunday. Parallel ulangan ikkita rezistorning umumiy qarshiligini topish uchun qulayroq formula ham mavjud. Bu shunday ko'rinadi:
Xulosa qilaylik: parallel kommutatsiya usuli yoritish lampalari va maishiy elektr jihozlarini elektr tarmog'iga ulash uchun ishlatiladi.
Biz aniqlaganimizdek, kristall panjaraning atomlari bilan o'tkazgichlarda erkin elektronlarning to'qnashuvi ularning oldinga siljishini sekinlashtiradi ... Bu erkin elektronlarning yo'naltirilgan harakatiga qarshi, ya'ni. to'g'ridan-to'g'ri oqim, o'tkazgichning qarshiligining jismoniy mohiyatidir. Elektrolitlar va gazlardagi to'g'ridan-to'g'ri oqim qarshiligi mexanizmi shunga o'xshash. Materialning o'tkazuvchanlik xususiyatlari uning rv hajmining qarshiligini aniqlaydi, bu qirrasi 1 m bo'lgan kubning qarama-qarshi tomonlari orasidagi qarshilikka teng. bu material. Hajm qarshiligining o'zaro nisbati hajm o'tkazuvchanligi deb ataladi va g = 1/rv ga teng. Ovoz qarshiligining birligi 1 Ohm * m, volumetrik o'tkazuvchanlik - 1 Sm / m. Supero'tkazuvchilarning doimiy qarshiligi haroratga bog'liq. Umumiy holda, ancha murakkab qaramlik kuzatiladi. Ammo nisbatan tor chegaralarda (taxminan 200 ° C) harorat o'zgarishi bilan uni quyidagi formula bilan ifodalash mumkin:
bu erda R2 va R1 mos ravishda T1 va T2 haroratlarda qarshilik; a - qarshilikning harorat koeffitsienti, harorat 1 ° C ga o'zgarganda qarshilikning nisbiy o'zgarishiga teng.
Muhim tushunchalar
Qarshilikka ega bo'lgan va oqimni cheklash uchun ishlatiladigan elektr moslama rezistor deb ataladi. Sozlanishi mumkin bo'lgan qarshilik (ya'ni uning qarshiligini o'zgartirish mumkin) reostat deb ataladi.
Rezistiv elementlar - bu hodisaning jismoniy tabiatidan qat'i nazar, to'g'ridan-to'g'ri oqimga qarshilik ko'rsatadigan rezistorlar va boshqa har qanday elektr qurilmalar yoki ularning qismlari ideallashtirilgan modellari. Ular sxema ekvivalent sxemalarini tayyorlashda va ularning rejimlarini hisoblashda qo'llaniladi. Idealizatsiyada rezistorlarning izolyatsion qoplamalari, simli reostatlarning ramkalari va boshqalar orqali oqimlar e'tiborga olinmaydi.
Chiziqli qarshilik elementi - bu oqim kuchlanishga mutanosib bo'lgan elektr qurilmaning har qanday qismi uchun ekvivalent sxema. Uning parametri qarshilik R = const. R = const qarshilik qiymatining doimiy ekanligini bildiradi (const doimiy degan ma'noni anglatadi).
Agar oqimning kuchlanishga bog'liqligi chiziqli bo'lmasa, u holda ekvivalent sxema chiziqli bo'lmagan qarshilik elementini o'z ichiga oladi, u chiziqli bo'lmagan oqim kuchlanish xarakteristikasi (volt-amper xarakteristikasi) I (U) bilan beriladi - deb o'qing " Va U dan". 5-rasmda chiziqli (a chiziq) va chiziqli bo'lmagan (b chiziqli) rezistiv elementlarning oqim kuchlanish xususiyatlari, shuningdek, ularning ekvivalent zanjirlardagi belgilari ko'rsatilgan.
Yuklanmoqda...