ძაბვა, დენი, წინააღმდეგობა და ომის კანონი: 5 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:21

დაფარული ამ გაკვეთილზე

როგორ უკავშირდება ელექტრული მუხტი ძაბვას, დენს და წინააღმდეგობას.

რა არის ძაბვა, დენი და წინააღმდეგობა.

რა არის ომის კანონი და როგორ გამოვიყენოთ იგი ელექტროენერგიის გასაგებად.

მარტივი ცდა ამ ცნებების დემონსტრირებისთვის.

ნაბიჯი 1: ელექტრო დატენვა

ელექტრული მუხტი არის მატერიის ფიზიკური თვისება, რაც იწვევს მას ელექტრომაგნიტურ ველში მოთავსებისას ძალის განცდას. არსებობს ორი სახის ელექტრული მუხტი: დადებითი და უარყოფითი (ჩვეულებრივ ტარდება პროტონებით და ელექტრონებით შესაბამისად). ბრალდების მსგავსად მოგერიება და განსხვავებით მოზიდვა. წმინდა მუხტის არარსებობას უწოდებენ ნეიტრალურ. ობიექტი უარყოფითად იტვირთება, თუ მას აქვს ელექტრონების ჭარბი და სხვაგვარად დადებითად დამუხტული ან დატვირთული. SI- ის ელექტრული მუხტის ერთეული არის კულონი (C). ელექტროტექნიკაში, ასევე ხშირია ამპერ-საათის გამოყენება (Ah); ქიმიაში, ჩვეულებრივია ელემენტარული მუხტის (ე) ერთეულად გამოყენება. სიმბოლო Q ხშირად აღნიშნავს მუხტს. ადრეულ ცოდნას იმის შესახებ, თუ როგორ ურთიერთქმედებს დამუხტული ნივთიერებები, ახლა ეწოდება კლასიკურ ელექტროდინამიკას და კვლავ ზუსტია იმ პრობლემებისთვის, რომლებიც არ საჭიროებს კვანტურ ეფექტებს.

ელექტრული მუხტი არის ზოგიერთი სუბატომიური ნაწილაკის ფუნდამენტური კონსერვატიული თვისება, რომელიც განსაზღვრავს მათ ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებას. ელექტრონულად დამუხტული მატერია გავლენას ახდენს ან წარმოქმნის ელექტრომაგნიტურ ველს. მოძრავი მუხტისა და ელექტრომაგნიტური ველის ურთიერთქმედება არის ელექტრომაგნიტური ძალის წყარო, რომელიც არის ოთხი ფუნდამენტური ძალებიდან ერთ -ერთი (იხ. ასევე: მაგნიტური ველი).

მეოცე საუკუნის ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ელექტრული მუხტი კვანტიზირებულია; ანუ ის მოდის ცალკეული მცირე ერთეულების მთელ ჯერად, რომელსაც ეწოდება ელემენტარული მუხტი, ე, დაახლოებით უდრის 1.602 × 10−19 კულონბს (გარდა ნაწილაკებისგან, რომლებსაც ეწოდება კვარკები, რომლებსაც აქვთ მუხტები, რომლებიც 1/3e რიცხვის მთლიანი ჯერადია). პროტონს აქვს მუხტი +e, ხოლო ელექტრონს აქვს chargee მუხტი. დამუხტული ნაწილაკების შესწავლას და როგორ ხდება მათი ურთიერთქმედება ფოტონების საშუალებით, ეწოდება კვანტური ელექტროდინამიკა.

ნაბიჯი 2: ძაბვა

ძაბვა, ელექტრული პოტენციალის სხვაობა, ელექტრული წნევა ან ელექტრული დაძაბულობა (ფორმალურად აღინიშნება ∆V ან ∆U, მაგრამ უფრო ხშირად გამარტივებულია როგორც V ან U, მაგალითად ომის ან კირხჰოფის წრიული კანონების კონტექსტში) არის განსხვავება ელექტრული პოტენციური ენერგიის ორს შორის ქულა ერთეულის ელექტრული მუხტი. ძაბვა ორ წერტილს შორის უდრის სტატიკური ელექტრული ველის მუხტის ერთ მუხლზე შესრულებულ სამუშაოს, რათა გადატვირთოს სატესტო მუხტი ორ წერტილს შორის. ეს იზომება ვოლტის ერთეულებში (ჯოული თითო კულონზე).

ძაბვა შეიძლება გამოწვეული იყოს სტატიკური ელექტრული ველებით, მაგნიტური ველის მეშვეობით ელექტრული დენით, დროის ცვალებადი მაგნიტური ველებით, ან ამ სამის რაიმე კომბინაციით. [1] [2] ვოლტმეტრი შეიძლება გამოყენებულ იქნას სისტემის ორ წერტილს შორის ძაბვის (ან პოტენციური სხვაობის) გასაზომად; ხშირად საერთო საცნობარო პოტენციალი, როგორიცაა სისტემის საფუძველი გამოიყენება ერთ -ერთ წერტილად. ძაბვა შეიძლება იყოს ენერგიის წყარო (ელექტროძრავის ძალა) ან დაკარგული, გამოყენებული ან შენახული ენერგია (პოტენციური ვარდნა)

ძაბვის, დენის და წინააღმდეგობის აღწერისას საერთო ანალოგია წყლის ავზი. ამ ანალოგიაში, მუხტი წარმოდგენილია წყლის რაოდენობით, ძაბვა წარმოდგენილია წყლის წნევით, ხოლო დენი წარმოდგენილია წყლის დინებით. ამ ანალოგიისთვის გახსოვდეთ:

წყალი = დატენვა

წნევა = ძაბვა

ნაკადი = მიმდინარე

განვიხილოთ წყლის ავზი მიწის ზემოთ გარკვეულ სიმაღლეზე. ამ ავზის ბოლოში არის შლანგი.

ამრიგად, დენი უფრო დაბალია ავზში უფრო მაღალი წინააღმდეგობით.

ნაბიჯი 3: ელექტროენერგია

ელექტროენერგია არის ელექტრული მუხტის არსებობა და ნაკადი. მისი ყველაზე ცნობილი ფორმა არის ელექტრონების ნაკადი გამტარების მეშვეობით, როგორიცაა სპილენძის მავთულები.

ელექტროენერგია არის ენერგიის ის ფორმა, რომელიც მოდის დადებით და უარყოფით ფორმებში, რომელიც ხდება ბუნებრივად (როგორც ელვა), ან წარმოიქმნება (როგორც გენერატორში). ეს არის ენერგიის ის ფორმა, რომელსაც ჩვენ ვიყენებთ მანქანებისა და ელექტრო მოწყობილობების ენერგიაზე. როდესაც მუხტი არ მოძრაობს, ელექტროენერგიას სტატიკური ელექტროენერგია ეწოდება. როდესაც მუხტები მოძრაობენ, ეს არის ელექტრული დენი, რომელსაც ზოგჯერ უწოდებენ "დინამიურ ელექტროენერგიას". ელვა არის ყველაზე ცნობილი და საშიში ელექტროენერგია ბუნებაში, მაგრამ ზოგჯერ სტატიკური ელექტროენერგია იწვევს ნივთების ერთმანეთთან გამყარებას.

ელექტროენერგია შეიძლება საშიში იყოს, განსაკუთრებით წყლის გარშემო, რადგან წყალი გამტარის ფორმაა. მეცხრამეტე საუკუნიდან ელექტროენერგია გამოიყენება ჩვენი ცხოვრების ყველა ნაწილში. იქამდე ეს იყო უბრალოდ ჭექა -ქუხილში დანახული ცნობისმოყვარეობა.

ელექტროენერგია შეიძლება შეიქმნას, თუ მაგნიტი გადის ლითონის მავთულთან ახლოს. ეს არის გენერატორის მიერ გამოყენებული მეთოდი. ყველაზე დიდი გენერატორები ელექტროსადგურებშია. ელექტროენერგია ასევე შეიძლება წარმოიქმნას ქილაში ქიმიკატების ორი განსხვავებული სახის ლითონის წნელის კომბინირებით. ეს არის მეთოდი, რომელიც გამოიყენება ბატარეაში. სტატიკური ელექტროენერგია იქმნება ორ მასალას შორის ხახუნის შედეგად. მაგალითად, შალის ქუდი და პლასტიკური მმართველი. რუბლს მათ ერთად შეიძლება ნაპერწკალი. ელექტროენერგია ასევე შეიძლება შეიქმნას მზის ენერგიის გამოყენებით, როგორც ფოტოელექტრული უჯრედები.

ელექტროენერგია სახლებში შემოდის მავთულის საშუალებით იმ ადგილიდან, სადაც ის გამომუშავდება. მას იყენებენ ელექტრო ნათურები, ელექტრო გამათბობლები და სხვა. ბევრი საყოფაცხოვრებო ტექნიკა, როგორიცაა სარეცხი მანქანები და ელექტრო გაზქურები ელექტროენერგიას იყენებს. ქარხნებში არის ელექტროენერგიის აპარატები. ადამიანებს, რომლებიც ჩვენს სახლებში და ქარხნებში ელექტროენერგიითა და ელექტრო მოწყობილობებით არიან დაკავებულნი, "ელექტრიკოსები" ეწოდება.

ახლა ვთქვათ, რომ ჩვენ გვაქვს ორი ტანკი, თითოეული ტანკი შლანგიდან მოდის ქვემოდან. თითოეულ ავზს აქვს ზუსტად იგივე რაოდენობის წყალი, მაგრამ ერთ ავზზე შლანგი უფრო ვიწროა ვიდრე მეორეზე.

ჩვენ ვზომავთ იგივე რაოდენობის წნევას ორივე შლანგის ბოლოს, მაგრამ როდესაც წყალი იწყებს დინებას, წყლის ნაკადის სიჩქარე ვიწრო შლანგით ავზში იქნება ნაკლები ვიდრე წყლის ნაკადის სიჩქარე ავზში ფართო შლანგი. ელექტრული თვალსაზრისით, ვიწრო შლანგის დენი ნაკლებია ვიდრე უფრო ფართო შლანგიდან. თუ გვინდა, რომ ნაკადი ერთი და იგივე იყოს ორივე შლანგის გავლით, ჩვენ უნდა გავზარდოთ წყლის რაოდენობა (მუხტი) ავზში ვიწრო შლანგით.

ნაბიჯი 4: ელექტრული წინააღმდეგობა და გამტარობა

ჰიდრავლიკური ანალოგიით, მავთულის (ან რეზისტორის) გავლით დენი ჰგავს წყალს, რომელიც მიედინება მილში, ხოლო ძაბვის ვარდნა მავთულზე არის წნევის ვარდნა, რომელიც წყალს მიედინება მილში. გამტარუნარიანობა არის პროპორციული იმისა, თუ რამდენი დინება ხდება მოცემული წნევისთვის, ხოლო წინააღმდეგობა პროპორციულია იმ რაოდენობის წნევისთვის, რომელიც საჭიროა მოცემული ნაკადის მისაღწევად. (გამტარობა და წინააღმდეგობა ორმხრივია.)

ძაბვის ვარდნა (ანუ განსხვავება ძაბვებს შორის რეზისტორის ერთ მხარეს და მეორეზე) და არა თავად ძაბვა, უზრუნველყოფს მამოძრავებელ ძალას, რომელიც დენს უბიძგებს რეზისტორში. ჰიდრავლიკაში ის მსგავსია: წნევის სხვაობა მილის ორ მხარეს შორის და არა თავად წნევა, განსაზღვრავს მის გავლას. მაგალითად, შეიძლება არსებობდეს წყლის დიდი წნევა მილის ზემოთ, რომელიც ცდილობს წყალი მიაყენოს მილში. მაგრამ შეიძლება არსებობდეს თანაბრად დიდი წყლის წნევა მილის ქვემოთ, რომელიც ცდილობს წყალი უკან დააბრუნოს მილში. თუ ეს წნევა თანაბარია, წყალი არ მოედინება. (სურათზე მარჯვნივ, წყლის წნევა მილის ქვემოთ არის ნულოვანი.)

მავთულის, რეზისტორის ან სხვა ელემენტის წინააღმდეგობა და გამტარობა ძირითადად განისაზღვრება ორი თვისებით:

• გეომეტრია (ფორმა) და
• მასალა

გეომეტრია მნიშვნელოვანია, რადგან უფრო ძნელია წყლის გაყვანა გრძელი, ვიწრო მილის საშუალებით, ვიდრე ფართო, მოკლე მილის. ანალოგიურად, გრძელი, თხელი სპილენძის მავთულს აქვს უფრო მაღალი წინააღმდეგობა (დაბალი გამტარობა), ვიდრე მოკლე, სქელ სპილენძის მავთულს.

მასალები ასევე მნიშვნელოვანია. თმით სავსე მილი ზღუდავს წყლის დინებას, ვიდრე იმავე ფორმისა და ზომის სუფთა მილი. ანალოგიურად, ელექტრონებს შეუძლიათ თავისუფლად და მარტივად ჩაედინონ სპილენძის მავთულები, მაგრამ არ შეუძლიათ ადვილად იმოძრაონ იმავე ფორმისა და ზომის ფოლადის მავთულის გავლით და ისინი არსებითად ვერ გადიან რეზინის მსგავსად იზოლატორში, მიუხედავად მისი ფორმისა. განსხვავება სპილენძს, ფოლადს და რეზინს შორის არის მათი მიკროსკოპული სტრუქტურა და ელექტრონის კონფიგურაცია და რაოდენობრივია თვისებით, რომელსაც ეწოდება წინააღმდეგობა.

გეომეტრიისა და მასალის გარდა, არსებობს სხვა მრავალი ფაქტორი, რომლებიც გავლენას ახდენენ წინააღმდეგობასა და გამტარობაზე.

გასაგებია, რომ ვიწრო მილში ჩვენ არ შეგვიძლია იმდენი მოცულობის მოთავსება, რამდენადაც უფრო ფართო, იმავე წნევაზე. ეს არის წინააღმდეგობა. ვიწრო მილი "ეწინააღმდეგება" წყლის დინებას მასში, მიუხედავად იმისა, რომ წყალი იმავე წნევაზეა, როგორც ავზი უფრო ფართო მილით.

ელექტრული თვალსაზრისით, ეს წარმოდგენილია ორი სქემით თანაბარი ძაბვით და განსხვავებული წინააღმდეგობით. უფრო მაღალი წინააღმდეგობის მქონე წრე საშუალებას მისცემს ნაკადის ნაკადს, რაც იმას ნიშნავს, რომ მაღალი წინააღმდეგობის მქონე წრეს ნაკლები დენი გადის მასში.

ნაბიჯი 5: ომის კანონი

ომის კანონი აცხადებს, რომ დენი გამტარში ორ წერტილს შორის პირდაპირ პროპორციულია ძაბვის ორ წერტილზე. პროპორციულობის მუდმივობის, წინააღმდეგობის შემოღებისას, მივაღწევთ ჩვეულებრივ მათემატიკურ განტოლებას, რომელიც აღწერს ამ ურთიერთობას:

სადაც მე არის დენი გამტარში ამპერების ერთეულებში, V არის ძაბვა, რომელიც იზომება გამტარზე ვოლტის ერთეულებში, ხოლო R არის გამტარის წინააღმდეგობა ოჰმ ერთეულებში. უფრო კონკრეტულად, ომის კანონი აცხადებს, რომ R ამ მიმართებაში არის მუდმივი, დენისგან დამოუკიდებელი.

კანონს სახელი დაერქვა გერმანელი ფიზიკოსის გეორგ ომის სახელით, რომელმაც 1827 წელს გამოქვეყნებულ ტრაქტატში აღწერა ძაბვისა და დენის გაზომვები მარტივი ელექტრული სქემების საშუალებით, რომელიც შეიცავს მავთულის სხვადასხვა სიგრძეს. ომმა განმარტა თავისი ექსპერიმენტული შედეგები ოდნავ უფრო რთული განტოლებით ვიდრე თანამედროვე ფორმა ზემოთ (იხ. ისტორია).

ფიზიკაში ტერმინი ომის კანონი ასევე გამოიყენება ომის მიერ თავდაპირველად ჩამოყალიბებული კანონის სხვადასხვა განზოგადების აღსანიშნავად.