თუ თქვენ ელექტროენერგიის ფიზიკაში ახალი ხართ, მსგავსი ტერმინებივოლტაჟიდაამპერიშეიძლება თითქმის ჩანდეს ურთიერთშემცვლელნი მათი გამოყენების მეთოდიდან გამომდინარე. სინამდვილეში, ისინი ძალიან განსხვავებული რაოდენობითაა, თუმცა მჭიდრო კავშირშია იმით, თუ როგორ მუშაობენ ისინი ერთად ელექტრულ წრეში, როგორც ეს აღწერილია ომის კანონის მიხედვით.
სინამდვილეში, "ამპერები" არის ელექტრული დენის საზომი (რომელიც იზომებაამპერები), და ძაბვა არის ტერმინი, რომელიც ნიშნავს ელექტრო პოტენციალს (იზომება inვოლტი), მაგრამ თუ დეტალებს არ გაეცანით, გასაგებია, რომ შეიძლება ორი ერთმანეთში აირიოთ.
იმის გასაგებად, თუ რა განსხვავებაა - და აღარასდროს აურიოთ ისინი ერთმანეთთან - თქვენ გჭირდებათ მხოლოდ ძირითადი პრაიმერი იმის შესახებ, თუ რას ნიშნავს ისინი და როგორ უკავშირდება ისინი ელექტრულ წრეს.
რა არის ძაბვა?
ძაბვა არის კიდევ ერთი ტერმინი ელექტრო პოტენციალის სხვაობას ორ წერტილს შორის და ის შეიძლება განისაზღვროს, როგორც ელექტროენერგიის პოტენციური ენერგია ერთეულის მუხტზე.
ისევე, როგორც გრავიტაციული პოტენციალი არის პოტენციური ენერგია, რომელსაც ობიექტი ფლობს თავისი პოზიციის მიხედვით a გრავიტაციული ველი, ელექტრული პოტენციალი არის პოტენციური ენერგია, რომელიც დამუხტულ ობიექტს გააჩნია ელექტრული ველი. ძაბვა კონკრეტულად აღწერს ამას ელექტროენერგიის მუხტის ერთეულზე და ასე შეიძლება დაწეროს:
V = \ frac {E_ {el}} {q}
სადვარის ძაბვა,ეელ არის ელექტრული პოტენციური ენერგია დაqარის ელექტრო მუხტი. ვინაიდან ელექტრული პოტენციური ენერგიის ერთეული არის ჯოული (J) და ელექტრო მუხტის ერთეული არის კულონი (C), ძაბვის ერთეული არის ვოლტი (V), სადაც 1 V = 1 J / C, ან სიტყვებით რომ ვთქვათ, ერთი ვოლტი ტოლია ერთი ჯოულის თითო კულონი.
ეს გეუბნებათ, რომ თუ დაუშვებთ 1 კულონის მუხტს, გაიაროს პოტენციური სხვაობა (ანუ ძაბვა) 1 ვ, მოიპოვეთ 1 J ენერგია, ან პირიქით, დასჭირდება ერთი ჯოული ენერგია, რომ გადაადგილდეს coulomb მუხტი პოტენციური სხვაობის 1-ით ვ. ძაბვას ასევე ზოგჯერ უწოდებენელექტრომამოძრავებელი ძალა(EMF)
ძაბვის სხვაობა (ან პოტენციური სხვაობა) ორ წერტილს შორის, მაგალითად ელემენტის ორივე მხარეს ელექტრო წრე, გაზომვა შესაძლებელია ვოლტმეტრის დამაკავშირებლად თქვენთვის საინტერესო ელემენტის პარალელურად წელს როგორც სახელი გვთავაზობს, ვოლტმეტრი ზომავს ძაბვას წრეზე ორ წერტილს შორის, მაგრამ როდესაც იყენებთ მას, ის უნდა იყოს დაკავშირებულიპარალელურადთავიდან აცილების მიზნით, ძაბვის კითხვაში ჩარევა ან მოწყობილობის დაზიანება.
რა არის მიმდინარე?
ელექტროენერგია, რომელსაც ზოგჯერ ამპრაზადაც მოიხსენიებენ (რადგან მას აქვს ამპერის ერთეული), არის ელექტრული მუხტის გადინების სიჩქარე წრეზე მდებარე წერტილზე. ელექტრულ მუხტს ატარებენ ელექტრონები, უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკები, რომლებიც გარს აკრავს ატომის ბირთვს, ასე რომ, მიმდინარე რაოდენობა ნამდვილად გიჩვენებთ ელექტრონების ნაკადის სიჩქარეს. ელექტრული დენის მარტივი მათემატიკური განმარტებაა:
I = \ frac {q} {t}
სადმეარის მიმდინარე (ამპერებში),qარის ელექტრო მუხტი (კულონებში) დატარის გასული დრო (წამებში). როგორც ეს განტოლება გვიჩვენებს, ამპერის (A) განმარტება არის 1 A = 1 C / წმ, ან ელექტრული მუხტის დინება წამში 1 კულონი. ელექტრონების მხრივ, ეს არის დაახლოებით 6,2 6 1018 ელექტრონები (დაახლოებით ექვსი მილიარდი მილიარდი) მიედინება წამში მითითების წერტილს წამში მხოლოდ 1 ა მიმდინარე დინებისათვის.
დენის გაზომვა შესაძლებელია ელექტრულ წრეში ამრმეტრის სერიულად შეერთებით - რაც ნიშნავს ძირითადი დენის გზა - წრის მონაკვეთთან ერთად გსურთ გაზომოთ დენის რაოდენობა მეშვეობით.
წყლის ნაკადი: ანალოგია
თუ თქვენ კვლავ ცდილობთ გაიგოთ როლები, ვოლტაჟის სხვაობა და ელექტროენერგია თამაშობს ელექტრული წრეში გარკვევაში უნდა დაეხმაროს ელექტროენერგიასა და წყალს შორის ფართოდ გამოყენებული ანალოგია საგნები. ელექტრულ წრეში ძაბვის გამოსახატავად შეიძლება გამოყენებულ იქნას ორი განსხვავებული სცენარი: ან წყლის მილსადენი მიედინება გორაზე, ან წყლის ავზი, რომელიც ბოლოში ივსება გამომავალი ნაკადით.
წყლის მილისთვის, რომლის ერთი ბოლო გორაკის მწვერვალზეა, ხოლო მეორე ბოლოს - ბოლოში, თქვენი ინტუიცია უნდა იყოს გითხრათ, რომ წყალი უფრო სწრაფად ჩაედინებოდა მასში, თუ გორა უფრო მაღალი იყო და ნელა, თუ იგი უფრო დაბალი იყო. წყლის ავზის მაგალითისთვის, თქვენ რომ გქონდეთ ორი წყლის ავზი, რომლებიც სხვადასხვა დონეზე იყო შევსებული, თქვენ ელით უფრო სავსე ავზი გამონადენიდან წყლის უფრო სწრაფი სიჩქარით გასათავისუფლებლად, ვიდრე ქვედაში შევსებული დონის
იქნება ეს გორაკის სიმაღლიდან პოტენციალი (გრავიტაციული პოტენციალის გამო) თუ პოტენციალი ავზში შექმნილი წყლის წნევით, ორივე ეს მაგალითი წარმოადგენს ძაბვის შესახებ მნიშვნელოვან ფაქტს განსხვავებები. რაც უფრო მეტია პოტენციალი, მით უფრო სწრაფად შემოვა წყალი (ანუ მიმდინარე).
წყლის დინება თავისთავად ელექტრული დენის ანალოგია. თუ თქვენ გაზომეთ მილის წამში მყოფი წყალი ერთი წერტილის გასწვრივ, ეს ჰგავს წრეში მიმდინარე ნაკადს, გარდა წყლის ელექტრონულ მუხტის ნაცვლად წყლის ელექტრონებისა. ასე რომ, თუ ყველაფერი თანაბარია, მაღალი ძაბვა იწვევს მაღალ დინებას და პირიქით. სურათის ბოლო ნაწილი არის წინააღმდეგობა, რომელიც ანალოგიურია ხახუნის კედლებს შორის მილსადენი და წყალი, ან მილში მოთავსებული ფიზიკური შეფერხება წყლის ნაწილობრივ დაბლოკვით დინება
მსგავსება და განსხვავებები
\ def \ arraystretch {1.5} \ begin {array} {c: c} \ text {მსგავსება}} ძაბვა არის იზომება ვოლტებში, სადაც 1 V = 1 J / C} \\ & \ ტექსტი {ხოლო მიმდინარე იზომება ამპერებში, სადაც 1 A = 1 C / s} \\ \ hline \ text {ორივე გავლენას ახდენს იმაზე, თუ რამდენ ენერგიაზე იხარჯება წრე ელემენტი} & \ text {მიმდინარე თანაბრად ნაწილდება ყველა კომპონენტში სერიულად} \\ & \ text {ხოლო ძაბვის ვარდნა კომპონენტებზე შეიძლება განსხვავდებოდეს} \\ \ hline \ text {შეიძლება ორივე მონაცვლეობით იყოს პოლარობა (მაგ. მონაცვლეობა} & \ ტექსტი {ძაბვის ვარდნა ტოლია ყველა} \\ \ ტექსტში {მიმდინარე ან ალტერნატიული ძაბვა) ან პირდაპირი პოლარობა} და \ ტექსტი {კომპონენტები, პარალელურად დაკავშირებული, ხოლო მიმდინარე განსხვავდება} \\ \ hline \ text {ისინი ერთმანეთის პირდაპირ პროპორციულია ომის კანონის შესაბამისად} & \ text {ძაბვა წარმოქმნის ელექტრულ ველს, ხოლო მიმდინარე წარმოქმნის მაგნიტს ველი} \\ \ hline & \ text {ძაბვა იწვევს დენას, ხოლო მიმდინარე არის ძაბვის ეფექტი} \\ \ hline & \ text {მიმდინარე მხოლოდ მაშინ შემოდის, როდესაც წრე დასრულებულია, მაგრამ ძაბვის განსხვავებები დარჩება} \ end {მასივი}
როგორც ცხრილი გვიჩვენებს, ელექტრულ დენსა და ძაბვას უფრო მეტი განსხვავება აქვს, ვიდრე მსგავსებას, მაგრამ ასევე არსებობს მსგავსებაც. ამ ორს შორის ყველაზე დიდი განსხვავება არის ის ფაქტი, რომ ისინი აღწერენ სხვადასხვა რაოდენობას მთლიანად, ასე რომ მას შემდეგ რაც გაიგებთ რა არის თითოეული მათგანის საფუძვლები, ნაკლებად სავარაუდოა, რომ მათ ერთმანეთში აურიეთ სხვა
ურთიერთობა ძაბვასა და მიმდინარეობას შორის
ძაბვის სხვაობა და ელექტრული მიმდინარეობა ერთმანეთის პირდაპირპროპორციულია ომის კანონის შესაბამისად, ელექტრო წრეების ფიზიკაში ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი განტოლება. განტოლება უკავშირდება ძაბვას (ანუ ბატარეის ან სხვა ენერგიის წყაროს მიერ შექმნილი პოტენციური განსხვავება) წრეში მიმდინარე დენისა და კომპონენტების მიერ შექმნილი დინების ნაკადის წინააღმდეგობა წრე
ომის კანონი ამბობს:
V = IR
სადვარის ძაბვა,მეარის ელექტროენერგია დარარის წინააღმდეგობა (იზომება ომებში, Ω). ამ მიზეზით, ომის კანონს ზოგჯერ უწოდებენ ძაბვის, დენისა და წინააღმდეგობის განტოლებას. თუ იცით ამ განტოლებაში ორი ორი სიდიდე, შეგიძლიათ განლაგოთ განტოლება და იპოვოთ სხვა რაოდენობა, რაც მას გამოსადეგი ხდის ელექტრონიკის უმეტესი პრობლემების გადაჭრისას, რომელსაც ფიზიკაში შეხვდებით კლასი.
აღსანიშნავია, რომ ომის კანონი არ არისყოველთვისმოქმედებს და, როგორც ასეთი, ეს არ არის ფიზიკის "ჭეშმარიტი" კანონი, მაგრამ სასარგებლო მიახლოებაა იმისთვის, რასაც ეწოდებაომურიმასალები. ხაზოვანი დამოკიდებულება, რომელიც გულისხმობს დენსა და ძაბვას შორის, არ შეიცავს ისეთ ნივთებს, როგორიცაა ძაფი ბოლქვი, სადაც ტემპერატურის მომატება იწვევს წინააღმდეგობის ზრდას და ამით გავლენას ახდენს წრფივზე ურთიერთობა ამასთან, უმეტეს შემთხვევაში (და, რა თქმა უნდა, ფიზიკის უმეტესი პრობლემები მოგეთხოვებათ ძაბვის და ელექტროენერგიის ჩათვლით) მისი გამოყენება პრობლემების გარეშე შეიძლება.
ომის კანონი ძალაუფლებისთვის
ომის კანონი პირველ რიგში გამოიყენება ძაბვის დენის და წინააღმდეგობის დასაკავშირებლად; ამასთან, არსებობს კანონის გაფართოება, რომელიც საშუალებას გაძლევთ გამოიყენოთ იგივე რაოდენობები გამოთვალოთ ელექტრული სიმძლავრე წრეში, სადაც ენერგიაპარის ენერგიის გადაცემის სიჩქარე ვატებში (სადაც 1 W = 1 J / წმ). ამ განტოლების უმარტივესი ფორმაა:
P = IV
სიტყვებით რომ ვთქვათ, სიმძლავრე ტოლია მიმდინარეზე გამრავლებული ძაბვაზე. ამრიგად, ეს არის საკვანძო არე, რომელშიც ძაბვის სხვაობა და ელექტროენერგია მსგავსია: ორივე მათგანი პირდაპირ პროპორციულ კავშირშია წრეში გაფანტულ ენერგიასთან. თუ არ იცით მიმდინარეობა, შეგიძლიათ გამოიყენოთ ომის კანონის ხელახლა მოწყობა (I = V / R) ძალაუფლების გამოსახატავად, როგორც:
\ დაწყება {გასწორება} P & = \ frac {V} {R} V \\ & = \ frac {V ^ 2} {R} \ დასრულება {გასწორებული}
ან ომის კანონის სტანდარტული ფორმის გამოყენებით შეგიძლიათ შეცვალოთ ძაბვა და დაწეროთ:
P = I ^ 2R
ამ განტოლებების ხელახლა მოწყობით, თქვენ ასევე შეგიძლიათ გამოხატოთ ძაბვა, წინააღმდეგობა ან დენი ენერგიის და სხვა რაოდენობის მიხედვით.
კირხოფის ძაბვა და ამჟამინდელი კანონები
Kirchhoff- ის კანონები არის ელექტრული წრეების კიდევ ორი ყველაზე მნიშვნელოვანი კანონი და ისინი განსაკუთრებით სასარგებლოა მრავალი კომპონენტის მქონე სქემის გაანალიზებისას.
კირხოფის პირველ კანონს ზოგჯერ მოქმედ კანონს უწოდებენ, რადგან იგი აღნიშნავს, რომ მთლიანი მიმდინარეობაა გადაკვეთაზე მიედინება ტოლია მისგან გადინებული მიმდინარეობისა - არსებითად ეს მუხტი არის კონსერვირებული.
კირხოფის მეორე კანონს ძაბვის კანონი ეწოდება და იგი აცხადებს, რომ წრეში ნებისმიერი დახურული მარყუჟისთვის, ყველა ძაბვის ჯამი უნდა იყოს ნულის ტოლი. ძაბვის კანონის შესაბამისად, თქვენ ბატარეას განიხილავთ, როგორც დადებით ძაბვას და ნებისმიერ კომპონენტზე ძაბვის ვარდნას განიხილავთ, როგორც უარყოფით ძაბვას.
ომის კანთან ერთად, ეს ორი კანონი შეიძლება გამოყენებულ იქნას არსებითად ნებისმიერი პრობლემის გადასაჭრელად, რომელსაც სავარაუდოდ შეხვდებით ელექტრული წრეების ჩართვით.
ძაბვა და მიმდინარე: მაგალითი გაანგარიშებები
წარმოიდგინეთ, რომ გაქვთ სქემა, რომელშიც ჩართულია 12-ვტ ბატარეა და ორი რეზისტორი, რომლებიც სერიულად არის დაკავშირებული, წინააღმდეგობები 30 Ω და 15 Ω. წრეზე მთლიანი წინააღმდეგობა მოცემულია ამ ორი წინააღმდეგობის ჯამით, ასე რომ 30 Ω + 15 Ω = 45 Ω. გაითვალისწინეთ, რომ როდესაც რეზისტორები პარალელურად არიან განლაგებული, ურთიერთობა მოიცავს საპასუხო ურთიერთობებს, მაგრამ ეს არ არის მნიშვნელოვანი ძაბვის სხვაობასა და მიმდინარეობას შორის კავშირის გაგება, ასე რომ, ეს მარტივი მაგალითი საკმარისი იქნება დღეისათვის მიზნები
რა ელექტროენერგია მიედინება წრეში? წაკითხვის წინ შეეცადეთ თავად გამოიყენოთ ომის კანონი.
ომის კანონის შემდეგი ფორმა:
I = \ frac {V} {R}
საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ:
\ დაწყება {გასწორება} I & = \ frac {12 \ ტექსტი {V}} {45 \ ტექსტი {Ω}} \\ & = 0.27 \ ტექსტი {A} \ დასრულება {გასწორებული}
ახლა, იცის რა მიმდინარეობა წრეში, რა არის ძაბვის ვარდნა 15-Ω რეზისტორზე? ომის კანონი სტანდარტული ფორმით შეიძლება გამოყენებულ იქნას ამ კითხვის მოსაგვარებლად. მნიშვნელობების ჩასმამე= 0,27 ა დარ= 15 Ω იძლევა:
\ დაწყება {გასწორება} V & = IR \\ & = 0.27 \ ტექსტი {A} × 15 \ ტექსტი {Ω} \\ & = 4.05 \ ტექსტი {V} \ დასრულება {გასწორებული}
კირხოფის კანონების გამოყენების მიზნით, ეს იქნება უარყოფითი ძაბვა (ანუ ძაბვის ვარდნა). როგორც დასკვნითი სავარჯიშო, შეგიძლიათ აჩვენოთ, რომ დახურული მარყუჟის გარშემო მთლიანი ძაბვა იქნება ნულის ტოლი? გახსოვდეთ, რომ ბატარეას აქვს დადებითი ძაბვა და ძაბვის ყველა ვარდნა უარყოფითია.