ელექტრონული წრეები დღესდღეობით ყველგან საყოველთაოა. რთული ინტეგრირებული სქემებიდან, რომლებიც აკონტროლებენ მოწყობილობას, რომელსაც ამ სტატიას კითხულობთ, გაყვანილობაზე, რომელიც საშუალებას გაძლევთ ჩართოთ ა ნათურა თქვენს სახლში და გამორთული, მთელი თქვენი ცხოვრება რადიკალურად განსხვავებული იქნებოდა, თუ არ იქნებით გარშემორტყმული წრეებით ყველგან წადი
მაგრამ ადამიანების უმეტესობა ნამდვილად არ ისწავლის მწვავე მუშაობის სქემებს და საკმაოდ მარტივ განტოლებებს ომის კანონი - ეს განმარტავს ურთიერთობებს ისეთ მნიშვნელოვან ცნებებს შორის, როგორიცაა ელექტრული წინააღმდეგობა, ძაბვა და ელექტრო მიმდინარე ამასთან, ცოტა უფრო ღრმად ჩავუღრმავდეთ ელექტრონიკის ფიზიკას, გაცილებით ღრმად შეგვიძლია გავითვალისწინოთ ძირითადი წესები, რომლებიც ემყარება ყველაზე თანამედროვე ტექნოლოგიას.
რა არის ომის კანონი?
ომის კანონი ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი განტოლებაა, როდესაც საქმე ეხება ელექტრული წრეების გაგებას, მაგრამ თუ მის გაგებას აპირებთ, კარგად უნდა გაეცნოთ მის მიერ დამაკავშირებელ ძირითად ცნებებს:ვოლტაჟი, მიმდინარედაწინააღმდეგობა
. ომის კანონი უბრალოდ განტოლებაა, რომელიც აღწერს ამ სამ რაოდენობას შორის ურთიერთობას გამტარების უმეტესობისთვის.ძაბვა ორ წერტილს შორის ელექტროენერგიის პოტენციალის სხვაობის ყველაზე ხშირად გამოყენებული ტერმინია და ის უზრუნველყოფს "ბიძგს", რომელიც საშუალებას აძლევს ელექტრულ მუხტს გადაადგილდეს გამტარ მარყუჟზე.
ელექტრული პოტენციალი არის პოტენციური ენერგიის ფორმა, ისევე როგორც გრავიტაციული პოტენციური ენერგია, და იგი განისაზღვრება, როგორც ელექტრო პოტენციური ენერგია ერთეულის მუხტზე. ძაბვის SI ერთეული არის ვოლტი (V) და 1 V = 1 J / C, ან ენერგია ერთი ჯოული თითო კულონში. ზოგჯერ მას ასევე უწოდებენელექტრომამოძრავებელი ძალაან EMF.
ელექტრული მიმდინარეობა არის ელექტრული მუხტის გადაცემის სიჩქარე წრეში მოცემული წერტილის გასწვრივ, რომელსაც აქვს ამპერის SI ერთეული (A), სადაც 1 A = 1 C / წმ (წამში ერთი კოლონი მუხტი). იგი მოდის პირდაპირი დენის (DC) და ალტერნატიული დენის (AC) სახით, და მიუხედავად იმისა, რომ DC უფრო მარტივია, AC სქემები იყენებენ ელექტროენერგიის მიწოდებას მსოფლიოს ყველა შინამეურნეობაში, რადგან მისი გადაცემა უფრო ადვილია და უფრო უსაფრთხოა დისტანციებზე.
საბოლოო კონცეფცია, რომლის გაგებაც მოგიწევთ ომის კანონის მოგვარებამდე, არის წინააღმდეგობა, რომელიც წარმოადგენს წრეში მიმდინარე ნაკადის წინააღმდეგობის ზომას. წინააღმდეგობის მისაღწევად SI ერთეულია ომი (რომელიც იყენებს ბერძნულ ასოს ომეგა, Ω), სადაც 1 Ω = 1 V / A.
ომის სამართლის განტოლება
გერმანელმა ფიზიკოსმა გეორგ ომმა აღწერა მისი თანასახური განტოლებაში ძაბვის, დენის და წინააღმდეგობის ურთიერთმიმართება. ომის კანონის ფორმულაა:
V = IR
სადვარის ძაბვის ან პოტენციური განსხვავება,მეარის მიმდინარე და წინააღმდეგობის რაოდენობარარის საბოლოო რაოდენობა.
განტოლება შეიძლება გადანაწილდეს მარტივი გზით, რათა წარმოიქმნას ძაბვისა და წინააღმდეგობის საფუძველზე დენის გაანგარიშების ფორმულა, ან მიმდინარე და ძაბვის საფუძველზე. თუ არ ხართ კომფორტულად განლაგებული განტოლებები, შეგიძლიათ მოძებნოთ ომის კანონის სამკუთხედი (იხ. რესურსები), მაგრამ ეს საკმაოდ მარტივია ყველასთვის, ვინც იცნობს ალგებრის ძირითად წესებს.
საკვანძო წერტილები, რომლებსაც ომის კანონის განტოლება გვიჩვენებს, არის ის, რომ ძაბვა პირდაპირპროპორციულია ელექტრული დენისა (ასე უფრო მაღალია ძაბვა, მით უფრო მაღალია მიმდინარეობა), და ეს მიმდინარეობა უკუპროპორციულია წინააღმდეგობის (ამიტომ რაც უფრო მაღალია წინააღმდეგობა, მით უფრო დაბალია მიმდინარე).
შეგიძლიათ გამოიყენოთ წყლის ნაკადის ანალოგია, რომ გახსოვდეთ ძირითადი პუნქტები, რომელიც ემყარება მილს, რომლის ერთი ბოლო გორაკის მწვერვალზეა და ერთი ბოლოთი ბოლოში. ძაბვა გორაკის სიმაღლეს ჰგავს (ციცაბო, გრძელი გორა უფრო მეტ ძაბვას ნიშნავს), მიმდინარე ნაკადი ჰგავს წყლის დინებას (წყალი უფრო სწრაფად მიედინება ციცაბო გორაზე) და წინააღმდეგობა არის მილის გვერდებსა და წყალს შორის არსებული ხახუნის მსგავსი (თხელი მილი ქმნის მეტ ხახუნს და ამცირებს წყლის ნაკადის სიჩქარეს, ისევე როგორც უფრო მაღალი წინააღმდეგობა ელექტროენერგიის დროს) დინება).
რატომ არის ომის კანონი მნიშვნელოვანი?
ომის კანონი სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია ელექტრული წრეების აღსაწერად, რადგან იგი უკავშირებს ძაბვას დენს, ხოლო წინააღმდეგობის სიდიდე ამცირებს ურთიერთობას ორს შორის. ამის გამო, შეგიძლიათ გამოიყენოთ ომის კანონი, რომ აკონტროლოთ წრეში მიმდინარე რაოდენობა, დაამატოთ რეზისტორები, რომ შეამცირონ მიმდინარე დინება და წაიღოთ ისინი, რათა გაზარდონ დენი.
იგი ასევე შეიძლება გაგრძელდეს ელექტროენერგიის აღსაწერად (ენერგიის დინების სიჩქარე წამში), რადგან ენერგია P = IV და, ასე რომ თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ, რომ თქვენი სქემა უზრუნველყოფს საკმარის ენერგიას, ვთქვათ, 60 ვატიან მოწყობილობას.
ფიზიკის სტუდენტებისთვის, ომის კანონის შესახებ ყველაზე მნიშვნელოვანი ის არის, რომ ის საშუალებას გაძლევთ გააანალიზოთ წრიული დიაგრამები, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც მას გააერთიანებთ კირხოფის კანონებთან, რომლებიც მას შემდეგ მოსდევს.
Kirchhoff– ის ძაბვის კანონი აცხადებს, რომ წრეში ნებისმიერი დახურული მარყუჟის გარშემო ძაბვის ვარდნა ყოველთვის ტოლია ნულისა და მოქმედი კანონი აცხადებს, რომ წრეში მიმდინარე კვანძში ან კვანძში მიედინება მიმდინარე სიდიდის ტოლი თანხის ტოლი მისგან შეგიძლიათ გამოიყენოთ ომის კანონი ძაბვის კანონის შესაბამისად, გამოთვალოთ ძაბვის ვარდნა წრეზე რომელიმე კომპონენტზე, რაც ელექტრონიკის კლასებში დასმული საერთო პრობლემაა.
ომის კანონის მაგალითები
შეგიძლიათ გამოიყენოთ ომის კანონი, რომ იპოვოთ სამიდან ნებისმიერი უცნობი რაოდენობა, იმ პირობით, რომ იცით დანარჩენი ორი რაოდენობა მოცემული ელექტრული წრისთვის. რამდენიმე ძირითადი მაგალითის გამოყენებით ნაჩვენებია, თუ როგორ ხდება ეს.
პირველი, წარმოიდგინეთ, რომ თქვენ გაქვთ 9 ვოლტიანი ბატარეა, რომელიც ჩართულია წრეზე, რომლის საერთო წინააღმდეგობაა 18 Ω. რა დენის მიედინება წრეში ჩართვისას? ომის კანონის გადალაგებით (ან სამკუთხედის გამოყენებით) ნახავთ:
\ დაწყება {გასწორება} I & = \ frac {V} {R} \\ & = \ frac {9 \ text {V}} {18 \ text {Ω}} \\ & = 0.5 \ text {A} \ დასრულება {გასწორებული}
ასე რომ, 0,5 ამპერიანი მიმდინარეობა მიდის წრეზე. ახლა წარმოიდგინეთ, რომ ეს არის სრულყოფილი დენი იმ კომპონენტისთვის, რომლის ენერგიის მიღებაც გსურთ, მაგრამ თქვენ მხოლოდ 12-V ბატარეა გაქვთ. რა წინააღმდეგობა უნდა დაამატოთ, რომ კომპონენტი მიიღებს დინების ოპტიმალურ რაოდენობას? კვლავ შეგიძლიათ ომის კანონის გადანაწილება და მისი ამოხსნა პასუხის მისაღებად:
\ დაწყება {გასწორება} R & = \ frac {V} {I} \\ & = \ frac {12 \ ტექსტი {V}} {0.5 \ ტექსტი {A}} \\ & = 24 \ ტექსტი {Ω} \ დასრულება {გასწორებული}
თქვენი სქემის დასასრულებლად დაგჭირდებათ 24-Ω რეზისტორი. დაბოლოს, რა არის ძაბვის ვარდნა 5-Ω რეზისტორზე წრეში, რომელშიც 2 ა დინება მიედინება? ამჯერად, კანონის სტანდარტული V = IR ფორმა კარგად მუშაობს:
\ დაწყება {გასწორება} V & = IR \\ & = 2 \ ტექსტი {A} 5 \ ტექსტი {Ω} \\ & = 10 \ ტექსტი {V} \ დასრულება {გასწორებული}
ომიკური და არაოჰამიკური რეზისტენტულები
შეგიძლიათ გამოიყენოთ ომის კანონი უზარმაზარ სიტუაციებში, მაგრამ მის მოქმედებას აქვს შეზღუდვები - ეს არ არის ფიზიკის ნამდვილად ფუნდამენტური კანონი. კანონი აღწერს წრფივ დამოკიდებულებას ძაბვასა და მიმდინარეობას შორის, მაგრამ ეს ურთიერთობა მხოლოდ მაშინ მოქმედებს რეზისტორს ან რეზისტენტულ წრედ ელემენტს, რომელთანაც თქვენ მუშაობთ, მუდმივი წინააღმდეგობა აქვს განსხვავებული ვოლტაჟივდა მიმდინარემეღირებულებებს.
მასალებს, რომლებიც ამ წესს ემორჩილებიან, ომიკურ რეზისტორებს უწოდებენ და მიუხედავად იმისა, რომ ფიზიკის უმეტესი პრობლემები მოიცავს ომურ რეზისტორებს, თქვენი ყოველდღიური ცხოვრებიდან ბევრ არაომიანურ რეზისტორს გაეცნობით.
მსუბუქი ბოლქვი არის არა-ომური რეზისტორის შესანიშნავი მაგალითი. როდესაც გრაფიკს აკეთებვწინააღმდეგმეომური რეზისტორებისთვის, ეს აჩვენებს აბსოლუტურად სწორხაზოვან ურთიერთობას, მაგრამ თუ ამას სინათლის ბოლქვის მსგავსი რამისთვის აკეთებთ, სიტუაცია შეიცვლება. როგორც ბოლქვში ძაფი თბება, ბოლქვის წინააღმდეგობა ხდებაიზრდება, რაც ნიშნავს, რომ გრაფიკი ხდება მრუდი, ვიდრე სწორი ხაზი, და ომის კანონი არ მოქმედებს.