წარმოიდგინეთ, წყალი მიედინება დაღმართში მილების სისტემაში. თქვენსმა ინტუიციამ უნდა გითხრათ, თუ რა ფაქტორები განაპირობებს წყლის უფრო სწრაფ დინებას და რა გახდის მას ნელა. რაც უფრო მაღალია გორა, მით უფრო სწრაფი იქნება დენი და მით უფრო მეტი დაბრკოლებები მილში, მით უფრო ნელა შემოვა იგი.
ეს ყველაფერი განპირობებულია აპოტენციური ენერგეტიკული სხვაობა გორაკის მწვერვალსა და ძირას შორის, რადგან წყალს გრავიტაციული პოტენციური ენერგია აქვს გორაკის მწვერვალზე და არცერთია, როდესაც ის ფსკერამდე მივა.
ეს შესანიშნავი ანალოგია ელექტრულივოლტაჟი. ანალოგიურად, როდესაც ელექტრულ წრეზე ორ წერტილს შორის არსებობს ელექტრული პოტენციალის სხვაობა, ელექტრული დენი მიედინება წრედის ერთი ნაწილიდან მეორეში.
ისევე, როგორც წყლის მაგალითში, პოტენციური ენერგიის სხვაობა ორ წერტილს შორის (შექმნილია ელექტრული მუხტის განაწილებით) არის ის, რაც ქმნის მიმდინარე ნაკადს. რა თქმა უნდა, ფიზიკოსებს ამაზე უფრო ზუსტი განმარტებები აქვთ და ისეთი განტოლებების სწავლა, როგორიცაა ომის კანონი, საშუალებას გაძლევთ უკეთ გაიგოთ ძაბვა.
ძაბვის განმარტება
ძაბვა არის ელექტროენერგიის პოტენციური ენერგიის სხვაობა ორ წერტილს შორის და იგი განისაზღვრება, როგორც ელექტროენერგიის პოტენციური ენერგია ერთეულის მუხტზე. თუმცა
ელექტრო პოტენციალიუფრო ზუსტი ტერმინია, ის ფაქტი, რომ ელექტროენერგიის SI ერთეული არის ვოლტი (V) ნიშნავს, რომ მას ჩვეულებრივ უწოდებენ ძაბვა, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც ხალხი საუბრობს პოტენციური განსხვავების შესახებ ბატარეის ან სხვა ნაწილების ტერმინალებზე წრეგანმარტება შეიძლება დაიწეროს მათემატიკურად, როგორც:
V = \ frac {E_ {el}} {q}
სადვარის პოტენციური განსხვავება,ეელ არის ელექტრული პოტენციური ენერგია (ჯოულებში) დაqარის მუხტი (კულონებში). აქედან, თქვენ უნდა შეძლოთ დაინახოთ, რომ 1 V = 1 J / C, რაც ნიშნავს, რომ ერთი ვოლტი განისაზღვრება, როგორც თითო ჯოული თითო კულონზე (ანუ ერთეულად მუხტით). ზოგჯერ, ნახავთეგამოიყენება როგორც ძაბვის სიმბოლო, რადგან იგივე რაოდენობის კიდევ ერთი ტერმინი არის "ელექტროძრავის ძალა", მაგრამ მრავალი წყარო იყენებსვამ ტერმინის ყოველდღიური გამოყენების შესატყვისად.
ვოლტმა სახელი მიიღო იტალიელი ფიზიკოსის ალესანდრო ვოლტასგან, რომელიც ცნობილია პირველი ელექტრო ბატარეის გამოგონებით (სახელწოდებით "ვოლტაური წყობა").
განტოლება ძაბვისთვის
ამასთან, ზემოხსენებული განტოლება არ არის ყველაზე ხშირად გამოყენებული განტოლება ძაბვისთვის, რადგან უმეტესობა ამ ტერმინთან შეხვედრისას იგი მოიცავს ელექტრულ წრედ და ყველაზე სასარგებლო განტოლებისთვის ეს არისომის კანონი. ეს უკავშირებს ძაბვას წრეში მიმდინარე დინებას და მიკროსქემის ხაზებიდან და კომპონენტებიდან მიმდინარე ნაკადის წინააღმდეგობას და აქვს ფორმა:
V = IR
სადვარის პოტენციური განსხვავება ვოლტებში (V);მეარის მიმდინარე ნაკადი, ამპერის ან ამპის ერთეულით მოკლედ (A); დარარის წინააღმდეგობა ომებში (Ω). ერთი შეხედვით, ეს განტოლება გიჩვენებთ, რომ იგივე წინააღმდეგობისთვის, მაღალი ძაბვები წარმოქმნიან უფრო მაღალ დენებს (ანალოგიურია სიმაღლის სიმაღლის გაზრდისა გორაზე შესავალში) და იგივე ძაბვისთვის, დინების შემცირება ხდება უფრო მაღალი წინააღმდეგობებისთვის (მილების მილების ობსტრუქციის ანალოგი მაგალითი). თუ არ არსებობს ძაბვის სხვაობა, არცერთი დინება არ შემოვა.
წრის სხვადასხვა კომპონენტს განსხვავებული ექნებაძაბვის ვარდნამათ მასშტაბით და შეგიძლიათ გამოიყენოთ ომის კანონი იმის დასადგენად, თუ რა იქნება ისინი. კირხოფის ძაბვის კანონის შესაბამისად,წრეში ნებისმიერი სრული ციკლის გარშემო ძაბვის წვეთების ჯამი უნდა იყოს ნულის ტოლი.
როგორ გავზომოთ ძაბვა წრეში
ელექტრულ წრეში არსებული ელემენტის ძაბვის გაზომვა შესაძლებელია ვოლტმეტრით ან მულტიმეტრით, ეს უკანასკნელი შეიცავს ვოლტმეტრს, მაგრამ ასევე ამპმეტრივით სხვა საშუალებებს (დენის გაზომვისთვის). ვოლტმეტრს პარალელურად უერთებთ გაზომულ ელემენტს, რომ განვსაზღვროთ ძაბვის ვარდნა ორ წერტილს შორის - არასდროს შეუერთოთ მას სერიულად!
ანალოგური ვოლტმეტრები მუშაობენ გალვანომეტრის გამოყენებით (მცირე ელექტროენერგიის გაზომვის მოწყობილობა) სერიულად მაღალი ომის რეზისტორით, გალვანომეტრით, რომელიც შეიცავს მავთულის ხვია მაგნიტურ ველში. როდესაც მიმდინარე მავთულში გადის, ის ქმნის მაგნიტურ ველს, რომელიც ურთიერთქმედებს არსებულთან მაგნიტური ველი, რომ ხვია მოხდეს როტაციისთვის, რომელიც შემდეგ მოძრაობს კურსორით, რომ მიუთითოს ვოლტაჟი.
იმის გამო, რომ კოჭის ბრუნვა მიმდინარეობის პროპორციულია, ხოლო მიმდინარე თავის მხრივ პროპორციული ძაბვისა (ომის კანონით), რაც უფრო მეტად ბრუნავს ხვია, მით უფრო დიდია ძაბვა შორის ორი წერტილი. ეს უფრო რთულია, თუ თქვენ ზომავთ ალტერნატიულ დენას, ვიდრე პირდაპირ დენს, მაგრამ ამას სხვადასხვა დიზაინებიც იძლევა.
პარალელურად უნდა დააკავშიროთ ვოლტმეტრი, რადგან პარალელურად ორ წრიულ ელემენტს აქვს იგივე ძაბვა მათზე. ვოლტმეტრს უნდა ჰქონდეს მაღალი წინააღმდეგობა, რადგან ეს ხელს უშლის მას ძირითადი წრედან ძალიან დიდი დენის გაყვანას და ამით შედეგს ერევა. გარდა ამისა, ვოლტმეტრები არ არის აშენებული დიდი დენის მოსაზიდად, ასე რომ, თუკი მას სერიულად დააკავშირებთ, მას შეუძლია ადვილად გატეხოს ან დაუკრავს დაუკრავენ.
ძაბვის მაგალითები
ელექტრულ პოტენციალზე მუშაობის სწავლა გულისხმობს ომის კანონის გამოყენების სწავლას და Kirchhoff– ის ძაბვის კანონის გამოყენების სწავლას სქემის სხვადასხვა ელემენტზე ძაბვის ვარდნის დასადგენად. ყველაზე მარტივი რამ არის ომის კანონის გამოყენება მთელ წრეზე.
თუ წრე იკვებება 12-ვ ბატარეით და აქვს ჯამში 70 ომი წინააღმდეგობა, რა მიმდინარეობს დინების გავლით?
აქ თქვენ უბრალოდ უნდა მოაწყოთ ომის კანონი, რომ შექმნათ ელექტრული დენის გამოხატულება. კანონში წერია:
V = IR
თქვენ მხოლოდ უნდა დაყოთ ორივე მხარერდა შებრუნება, რომ მიიღოთ:
I = \ frac {V} {R}
მნიშვნელობების ჩასმა იძლევა:
\ დაწყება {გასწორება} I & = \ frac {1 \ ტექსტი {V}} {70 \ ტექსტი {Ω}} \\ & = 0.1714 \ ტექსტი {A} \ დასრულება {გასწორებული}
ასე რომ, მიმდინარე არის 0.1714 A, ანუ 171.4 მილიამპი (mA).
მაგრამ ახლა წარმოიდგინეთ, რომ ეს 70 Ω წინააღმდეგობა გაყოფილია სამ სხვადასხვა რეზისტორზე სერიულად, 20 Ω, 10 Ω და 40 Ω მნიშვნელობებით. რა არის ძაბვის ვარდნა თითოეულ კომპონენტზე?
კიდევ ერთხელ, შეგიძლიათ გამოიყენოთ ომის კანონი, რომ თითოეულ კომპონენტს თავის მხრივ გადახედოთ, აღნიშნოთ საერთო ელექტროენერგია 0.1714 ა-ს წრეზე. V = IR გამოყენებით სამი რეზისტორიდან თითოეული თავის მხრივ:
Პირველისთვის:
\ დაწყება {გასწორება} V_1 & = 0.1714 \ ტექსტი {A} × 20 \ ტექსტი {Ω} \\ & = 3.428 \ ტექსტი {V} \ დასრულება {გასწორებული}
Მეორე:
\ დაწყება {გასწორება} V_2 & = 0.1714 \ ტექსტი {A} 10 \ ტექსტი {Ω} \\ & = 1.714 \ ტექსტი {V} \ დასრულება {გასწორებული}
და მესამე:
\ დაწყება {გასწორება} V_3 & = 0.1714 \ ტექსტი {A} × 40 \ ტექსტი {Ω} \\ & = 6.856 \ ტექსტი {V} \ დასრულება {გასწორებული}
Kirchhoff- ის ძაბვის კანონის თანახმად, ამ სამი ძაბვის ვარდნა უნდა დაემატოს 12 V- ს:
\ დაწყება {გასწორება} V_1 + V_2 + V_3 & = 3.428 \ ტექსტი {V} + 1.714 \ ტექსტი {V} + 6.856 \ ტექსტი {V} \\ & = 11.998 \ ტექსტი {V} \ დასრულება {გასწორებული}
ეს უდრის 12 V– ს ორი ათობითი ადგილიდან, მცირედი შეუსაბამობა დამრგვალების შეცდომების გამო.
ძაბვის წვეთები პარალელურ კომპონენტებზე
დისკუსიაში, თუ როგორ უნდა გავზომოთ ძაბვა ზემოთ, აღინიშნა, რომ წრეში პარალელურ კომპონენტებზე ძაბვის ვარდნა იგივეა. ეს აიხსნება იმითKirchhoff– ის ძაბვის კანონი, სადაც ნათქვამია, რომ დახურულ მარყუჟში ყველა ძაბვის ჯამი (ელექტროენერგიის წყაროდან დადებითი ძაბვა და კომპონენტებიდან ძაბვა) უნდა იყოს ნულის ტოლი.
პარალელური წრისთვის, მრავალი განშტოებით, შეგიძლიათ შექმნათ ისეთი მარყუჟი, რომელიც მოიცავს რომელიმე პარალელურ განშტოებას და აკუმულატორს. თითოეული ფილიალის კომპონენტის მიუხედავად, ძაბვის ვარდნა ნებისმიერ ტოტზეუნდაამიტომ ტოლი უნდა იყოს ბატარეის მიერ მოწოდებული ძაბვის (სიმარტივისთვის სხვა კომპონენტების შესაძლებლობის იგნორირება). ეს ეხება ყველა განშტოებას და ამიტომ პარალელურ კომპონენტებს ყოველთვის ექნებათ თანაბარი ძაბვის წვეთები.
ძაბვა და სიმძლავრე ნათურებში
ომის კანონი ასევე შეიძლება გაგრძელდეს ძალაუფლებასთან დაკავშირებით (პ), რაც ენერგიის მიწოდების სიჩქარეა ჯოლებში წამში (ვატი,ვ), და აღმოჩნდება, რომ P = IV.
მიკროსქემის კომპონენტისთვის, მაგალითად, ნათურა, ეს გვიჩვენებს, რომ მისი გაფანტული ენერგია (ანუ იქცევა სინათლედ) დამოკიდებულია მის ძაბვაზე, უფრო მაღალი ძაბვები, რაც იწვევს უფრო მაღალ ენერგიას. წინა განყოფილებაში პარალელური კომპონენტების განხილვის შესაბამისად, პარალელურად განლაგებული მრავალი ნათურა უფრო ნათელია, ვიდრე იგივე ნათურები სერიულად, რადგან ელემენტის სრული ძაბვა ეცემა თითოეულ ნათურას პარალელურად შეერთებისას, ხოლო მისი მხოლოდ მესამედი ხდება, როდესაც ისინი ჩართულია სერიები.