ელექტრო მუხტი: რა ავტომატურ რეაქციას ახდენს ეს ფრაზა მისი წაკითხვისას? ჩხვლეტის შეგრძნება, ალბათ, ან ცის დანაწევრების შუქის გამოსახულება? მოციმციმე შუქების ფერადი ჩვენება პარიზის ან ლას – ვეგასის ქალაქში? ალბათ მწერიც კი, რომელიც რატომღაც ანათებს სიბნელეში, როდესაც თქვენი ბანაკის გასწვრივ იკვლევს თავს?
ბოლო საუკუნეების განმავლობაში, მეცნიერებს არა მხოლოდ საშუალება არ ჰქონდათ გაზომოთ სინათლის სიჩქარე, მათ წარმოდგენაც კი არ ჰქონდათ, რა ფიზიკური მოვლენების საფუძველია უპირველეს ყოვლისა „ელექტროენერგია“. 1800-იან წლებში ფიზიკოსებმა პირველად გაიგეს მიმდინარე ნაკადში ჩართული პატარა ნაწილაკები (თავისუფალი ელექტრონები) და აგრეთვე იმ ძალების ხასიათი, რომლებიც მათ აიძულებენ გადაადგილებაში. აშკარა იყო, რომ ელექტროენერგიას მნიშვნელოვანი სარგებელის მოტანა შეეძლო, თუ ის უსაფრთხოდ „გაკეთდა“ ან „დაიპყრო“ და ელექტროენერგია გამოყენებული იქნა სამუშაოს შესასრულებლად.
ელექტრული მუხტის დინება ადვილად ხდება ნივთიერებებში, რომლებიც კლასიფიცირებულიაგამტარი მასალები, ხოლო ეს ხელს უშლის მათ, ვინც ცნობილია, როგორციზოლატორები
. მაგალითად, ლითონის მავთულში, მაგალითად სპილენძის მავთულში, შესაძლებელია შექმნას აპოტენციური განსხვავებამავთულის ბოლოების გასწვრივ, რაც იწვევს მუხტის ნაკადს და ქმნის მიმდინარეობას.ელექტროენერგიის განმარტება
ელექტრო მიმდინარეარის ელექტრული მუხტის დინების საშუალო სიჩქარე (ე.ი. მუხტი ერთეულზე) სივრცის წერტილის გასწვრივ. ამ მუხტს ახორციელებსელექტრონებიელექტრო წრეში მავთულის გავლით. რაც უფრო მეტია ელექტრონების რაოდენობა, რომელიც წამში გადადის ამ წერტილს, მით მეტია დენის სიდიდე.
დენის SI ერთეული არის ამპერი (A), რომელსაც ხშირად არაფორმალურად უწოდებენ "ამპერებს". თავად ელექტრო მუხტი იზომება კულონებში (C).
- ერთ ელექტრონზე მუხტი არის -1.60 × 10-19 C, ხოლო ეს აპროტონისიდიდის ტოლია მაგრამპოზიტიურინიშნით. ეს რიცხვი ითვლებაფუნდამენტური მუხტი ე. ამპერის ძირითადი ერთეული არის კულონები წამში (C / წმ).
კონვენციის მიხედვით,ელექტრო მიმდინარე მიედინება ელექტრონების დინების საპირისპირო მიმართულებით. ეს იმიტომ ხდება, რომ დენის მიმართულება იყო აღწერილი მანამ, სანამ მეცნიერებმა არ იცოდნენ, რომელი მუხტის მატარებლები არიან ისინი, რომლებიც მოძრაობენ ელექტრული ველის გავლენით. ყველა პრაქტიკული მიზნით, დადებითი მუხტები, რომლებიც მოძრაობენ პოზიტიური მიმართულებით, გვთავაზობენ იგივე ფიზიკურს (გამოთვლითი) შედეგად ხდება უარყოფითი მუხტების მოძრაობა უარყოფითი მიმართულებით, როდესაც საქმე ეხება ელექტროს მიმდინარე
ელექტრონები გადადიან პოზიტიური ტერმინალისკენ ელექტრული წრეში. ელექტრონის ნაკადი, ან მოძრავი მუხტი, დაშორებულია უარყოფითი ტერმინალიდან. ელექტრონების მოძრაობა სპილენძის მავთულში ან სხვა გამტარ მასალაში წარმოქმნის აგრეთვე ამაგნიტური ველირომელსაც აქვს მიმართულება და სიდიდე, რომელიც განისაზღვრება ელექტრული დენის მიმართულებით და, შესაბამისად, ელექტრონების მოძრაობით; ეს არის პრინციპი, რომელზეც ანელექტრომაგნიტიაშენებულია.
ელექტრო დენის ფორმულა
მავთულის გადაადგილების ძირითადი ჩვეულებრივი მიმდინარე სცენარისთვის, დენის ფორმულა მოცემულია შემდეგით:
მე = neAv_d
სადნარის გადასახადების რაოდენობა კუბურ მეტრზე (მ3), ეარის ძირითადი მუხტი,აარის მავთულის განივი უბანი დავდარისდრიფტის სიჩქარე.
მართალია, მიმდინარეობას აქვს სიდიდეც და მიმართულებაც, ეს არის სკალარული სიდიდე და არა ვექტორული, რადგან არ ემორჩილება ვექტორის დამატების კანონებს.
ომის კანონის ფორმულა
ომის კანონიმოცემულია ფორმულა დენის დასადგენად, რომელიც შემოვა გამტარზე:
I- \ frac {V} {R}
სადვარისვოლტაჟიანელექტრული პოტენციალის სხვაობა, ვოლტებში იზომება დარარის ელექტრულიწინააღმდეგობამიმდინარე დინებაში, იზომებაომი (Ω).
იფიქრეთ ძაბვაზე, როგორც "გამწევ ძალაზე" (თუმცა ეს "ელექტროძრავი" სიტყვასიტყვით არ არის ძალა), რომელიც სპეციფიკურია ელექტრული მუხტებისთვის. როდესაც საპირისპირო მუხტები გამოიყოფა, ისინი ერთმანეთისკენ იზიდავენ ისე, რომ მათ შორის მანძილი იზრდება. იგი თავისუფლად ანალოგიურია გრავიტაციული პოტენციური ენერგიის კლასიკურ მექანიკაში; გრავიტაციას "სურს", რომ დედამიწაზე მოხვდეს მაღალი საგნები, ხოლო ძაბვას "სურს" გამოყოფილი (საპირისპირო) მუხტები ჩამოვარდეს.
ძაბვის ახსნა
ვოლტი ექვივალენტურია ჯოულის თითო კულონზე, ან J / C. ამრიგად, მათ აქვთ ენერგიის ერთეულები ერთეულის მუხტზე. ამრიგად, ამჟამინდელი დროის ძაბვა იძლევა (C / s) (J / C) = (J / s) ერთეულებს, რაც ითარგმნება (ამ შემთხვევაში ელექტროენერგიის) ერთეულებად:
P = IV
ამის ომის კანთან შერწყმა წარმოშობს სხვა სასარგებლო მათემატიკურ ურთიერთობებს, რომლებიც უკავშირდება დენის ნაკადს: P = I2R და P = V2/R. ეს აჩვენებს, სხვა საკითხებთან ერთად, რომ დენის ფიქსირებულ დონეზე, სიმძლავრე პროპორციულია წინააღმდეგობის, ხოლო თუ ძაბვა ფიქსირდება, სიმძლავრეპირიქითწინააღმდეგობის პროპორციული.
მიუხედავად იმისა, რომ მოძრავი მუხტები (მიმდინარე) იწვევს მაგნიტურ ველს, მაგნიტურ ველს შეუძლია თავად გამოიწვიოს ძაბვა მავთულში.
დენის სახეები
- პირდაპირი მიმდინარე (DC):ეს ხდება მაშინ, როდესაც ყველა ელექტრონი მუდმივად მიედინება ერთი და იგივე მიმართულებით. ეს არის ტიპის კვების ელემენტი, რომელიც დაკავშირებულია სტანდარტულ ბატარეასთან. რა თქმა უნდა, აკუმულატორებს შეუძლიათ და ამარაგებენ მხოლოდ ენერგიის უკიდურესად მცირე რაოდენობას, რომელიც საჭიროა ადამიანის ენერგიის მისაღებად ცივილიზაცია, თუმცა მზის ელემენტების მუდმივი გაუმჯობესების ტექნოლოგია უკეთეს პოტენციალს გვთავაზობს ენერგიის შენახვა.
- ალტერნატიული მიმდინარე (AC):აქ ელექტრონები ძალიან სწრაფად მოძრაობენ წინ და უკან ("გარკვევით" ტრიალებენ). ამ ტიპის დენის გამომუშავება ხშირად უფრო ადვილია ელექტროსადგურში და მას ასევე მოჰყვება ნაკლები ენერგიის დაკარგვა დიდ მანძილზე, რის გამოც იგი დღეს გამოიყენება სტანდარტად. XXI საუკუნის დასაწყისში არსებულ სტანდარტულ სახლში ყველა ნათურა და სხვა ელექტრო მოწყობილობა ენერგიით მუშაობს.
AC– ით ძაბვა იცვლება სინუსოიდული გზით და მოცემულია ნებისმიერ დროსტV = V გამოთქმით0ცოდვა (2πft), სადვ0არის საწყისი ძაბვა დავარის სიხშირე ან ვოლტაჟის სრული ციკლების რაოდენობა (მაქსიმალურიდან მინიმუმ თავში მაქსიმალური მნიშვნელობიდან) თითოეულ წამში.
დენის გაზომვა
ამპერმეტრი არის მოწყობილობა, რომელიც გამოიყენება ელექტროენერგიის წრეში მისი დამაკავშირებლად სერიულად - და არასდროს პარალელურად - ელექტრულ წრეში გაზომვისთვის. (პარალელური წრე აქვს მრავალჯერადი მავთულხლართებს შორის - სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ენერგიის წყაროსთან, კონდენსატორებთან და რეზისტორებთან - წრეში.) ის მუშაობს პრინციპით, რომ მიმდინარეობა ერთნაირია მავთულის ყველა ნაწილში ორს შორის კვანძები.
ამპერმეტრი აქვს ცნობილი, დაბალი შინაგანი წინააღმდეგობა და იქმნება იმისთვის, რომ ასრულმასშტაბიანი გადახრა(FSD) მოცემულ ამჟამინდელ დონეზე, ხშირად 0,015 A ან 15 mA. თუ იცით ძაბვა და მანიპულირებთ წინააღმდეგობას ამპერმეტრის გამანაწილებელი რეზისტენტობის ფუნქციის გამოყენებით, შეგიძლიათ განსაზღვროთ დენი; თქვენ იცით, რა მნიშვნელობა აქვს მიმდინარე ნაკადსუნდაგამოიყენე ომის კანონი.
ელექტრული დენის მაგალითები
1. გამოთვალეთ ელექტრონების დრიფტის სიჩქარე ცილინდრული სპილენძის მავთულში 1 მმ რადიუსით, ან 0.001 მ) 15-ა დინამიკით, სპილენძის შემთხვევაში, n = 8.342 × 1028 ე / მ3.
I = neAv_d \ გულისხმობს v_d = \ frac {I} {neA}
Ფართობიამავთულის განივი მონაკვეთი πr2ან π (0.001)2 = 3.14 10-6 მ2.
v_d = \ frac {I} {neA} = \ frac {15} {8.342 \ ჯერ 10 ^ {28} \ ჯერ -1,60 \ ჯერ 10 ^ {- 19} \ ჯერ 3,14 \ ჯერ 10 ^ {- 6}} = -3,6 \ ჯერ 10 ^ {- 4} \ ტექსტი {მ / წ}
- უარყოფითი ნიშანი მიუთითებს იმაზე, რომ მიმართულება წინააღმდეგია მიმდინარე ნაკადისა, როგორც ეს ელექტრონებისთვისაა მოსალოდნელი.
2. იპოვნეთ I მიმდინარეობა 120-V წრეში, რომელსაც აქვს 2-Ω, 4-Ω და 6-Ω რეზისტორების სერია.
რეზისტორების სერია უბრალოდ დანამატია (პარალელურ სქემებში, მთლიანი წინააღმდეგობის ჯამი ინდივიდუალური წინააღმდეგობის მნიშვნელობების საპასუხო ჯამია). ამრიგად:
I = \ frac {V} {R} = \ frac {120} {2 + 4 + 6} = 10 \ ტექსტი {A}
3. წრეში ჯამური წინააღმდეგობაა 15 Ω, ხოლო მიმდინარე დინება 20 ა. რა არის ძალა და ძაბვა ამ წრეში?
P = I ^ 2R = 20 ^ 2 \ ჯერ 15 = 6,000 \ ტექსტი {W} \ ტექსტი {და} V = IR = 20 \ ჯერ 15 = 300 \ ტექსტი {V}