Gamtoje yra dvi pagrindinės medžiagų rūšys – laidžios ir nelaidžios (dielektrikai). Šios medžiagos skiriasi tuo, kad jose yra elektros srovės (elektronų) judėjimo sąlygos.

Jie pagaminti iš laidžių medžiagų (vario, aliuminio, grafito ir daugelio kitų). elektros laidininkai, juose esantys elektronai nėra surišti ir gali laisvai judėti.

Dielektrikuose elektronai yra glaudžiai surišti su atomais, todėl jais negali tekėti srovė. Jie naudojami laidams ir elektros prietaisų dalims izoliuoti.

Kad elektronai imtų judėti laidininke (srovė teka per grandinės atkarpą), jiems reikia sudaryti sąlygas. Norėdami tai padaryti, grandinės sekcijos pradžioje turi būti elektronų perteklius, o pabaigoje - trūkumas. Tokioms sąlygoms sukurti naudojami įtampos šaltiniai - akumuliatoriai, baterijos, elektrinės.

1827 metais Georgas Simonas Ohmas atrado elektros srovės dėsnį. Jo vardu buvo pavadintas Įstatymas ir pasipriešinimo matavimo vienetas. Įstatymo prasmė yra tokia.

Kuo storesnis vamzdis ir didesnis vandens slėgis vandentiekyje (didėjant vamzdžio skersmeniui, atsparumas vandeniui mažėja) – tuo daugiau vandens tekės. Jei įsivaizduosime, kad vanduo yra elektronai ( elektros srovė), tada kuo storesnis laidas ir aukštesnė įtampa (didėjant laido skerspjūviui, srovės varža mažėja) – tuo didesnė srovė tekės grandinės sekcija.

Per tekanti srovė elektros grandinė, yra tiesiogiai proporcinga taikomai įtampai ir atvirkščiai proporcinga grandinės varžos vertei.

Kur aš– srovės stiprumas, matuojamas amperais ir nurodytas raide A; U IN; R– varža, matuojama omais ir nurodyta Om.

Jei maitinimo įtampa žinoma U ir elektros prietaiso varža R, tada naudodami aukščiau pateiktą formulę, naudodami internetinis skaičiuotuvas, nesunku nustatyti grandine tekančios srovės stiprumą aš.

Naudojant Ohmo dėsnį, apskaičiuojami elektros laidų, šildymo elementų ir visų šiuolaikinės elektroninės įrangos radijo elementų, nesvarbu, ar tai būtų kompiuteris, televizorius ar mobilusis telefonas, elektriniai parametrai.

Omo dėsnio taikymas praktikoje

Praktikoje dažnai reikia nustatyti ne srovės stiprumą aš, ir pasipriešinimo vertę R. Transformuodami Omo dėsnio formulę, galite apskaičiuoti pasipriešinimo vertę R, žinant tekančią srovę aš ir įtampos vertę U.

Atsparumo vertę gali tekti apskaičiuoti, pavyzdžiui, atliekant apkrovos bloką, kad būtų galima išbandyti kompiuterio maitinimo šaltinį. Paprastai ant kompiuterio maitinimo bloko yra etiketė, kurioje nurodyta maksimali kiekvienos įtampos apkrovos srovė. Pakanka į skaičiuotuvo laukus įvesti nurodytas įtampos reikšmes ir maksimalią apkrovos srovę ir atlikus skaičiavimą gauname tam tikros įtampos apkrovos varžos vertę. Pavyzdžiui, esant +5 V įtampai, kai didžiausia 20 A srovė, apkrovos varža bus 0,25 omo.

Džaulio-Lenzo įstatymo formulė

Apskaičiavome rezistoriaus vertę kompiuterio maitinimo bloko apkrovai padaryti, bet dar reikia nustatyti, kokios galios rezistorius turėtų būti? Čia padės kitas fizikos dėsnis, kurį, nepriklausomai vienas nuo kito, vienu metu atrado du fizikos mokslininkai. 1841 metais Jamesas Joule'as, o 1842 m Emilis Lencas. Šis įstatymas buvo pavadintas jų vardu - Džaulio-Lenco dėsnis.

Apkrovos suvartojama galia yra tiesiogiai proporcinga taikomai įtampai ir tekančiai srovei.

– srovės stiprumas, matuojamas amperais ir žymimas raide

Žinodami elektros prietaiso sunaudotą maitinimo įtampą ir srovę, galite naudoti formulę, kad nustatytumėte, kiek energijos jis sunaudoja. Tiesiog įveskite duomenis į žemiau esančius langelius internetinėje skaičiuoklėje.

Džaulio-Lenco dėsnis taip pat leidžia sužinoti elektros prietaiso suvartojamą srovę, žinant jo galią ir maitinimo įtampą. Sunaudotos srovės kiekis reikalingas, pavyzdžiui, norint pasirinkti laido skerspjūvį tiesiant elektros laidus arba apskaičiuoti vardinę vertę.

Kitas pavyzdys: nusprendžiate automobilyje sumontuoti papildomą žibintą arba garso stiprintuvą. Žinant sumontuoto elektros prietaiso elektros energijos sąnaudas, nesunku apskaičiuoti srovės suvartojimą ir parinkti tinkamą laido skerspjūvį prijungimui prie automobilio elektros instaliacijos. Tarkime, kad papildomas priekinis žibintas sunaudoja 100 W galią (žibinte sumontuotos lemputės galia), automobilio tinklo įtampa yra 12 V. Galios ir įtampos reikšmes pakeičiame skaičiuotuvo langus, nustatome, kad suvartojamos srovės stiprumas bus 8,33 A.

Supratę vos dvi paprastas formules, nesunkiai paskaičiuosite laidais tekančias sroves, bet kokių elektros prietaisų energijos sąnaudas – praktiškai pradėsite suprasti elektrotechnikos pagrindus.

Konvertuotos Ohmo dėsnio ir Džaulio-Lenco formulės

Internete aptikau apvalios planšetės pavidalo paveikslėlį, kuriame sėkmingai patalpintos Ohmo dėsnio ir Džaulio-Lenzo dėsnio formulės bei formulių matematinio transformavimo parinktys. Plokštelė reprezentuoja keturis tarpusavyje nesusijusius sektorius ir yra labai patogi praktiniam naudojimui

Naudojant lentelę, lengva pasirinkti reikiamo elektros grandinės parametro apskaičiavimo formulę naudojant kitus du žinomus. Pavyzdžiui, pagal žinomą maitinimo tinklo galią ir įtampą reikia nustatyti produkto suvartojamą srovę. Žvelgdami į lentelę esamame sektoriuje matome, kad skaičiavimui tinka formulė I=P/U.

O jei reikia nustatyti maitinimo įtampą U pagal energijos suvartojimą P ir srovę I, tuomet galite naudoti apatinio kairiojo sektoriaus formulę, tiks formulė U=P/I.

Formulėse pakeisti kiekiai turi būti išreikšti amperais, voltais, vatais arba omais.

« Fizika – 10 kl.

Elektros srovė- nukreiptas įkrautų dalelių judėjimas. Elektros srovės dėka apšviečiami butai, paleidžiamos staklės, šildomi degikliai ant elektrinių viryklių, veikia radijas ir kt.

Panagrinėkime paprasčiausią įkrautų dalelių kryptingo judėjimo atvejį – nuolatinę srovę.

Koks elektros krūvis vadinamas elementariuoju?
Kas yra elementarus elektros krūvis?
Kuo skiriasi laidininko ir dielektriko krūviai?

Kai įkrautos dalelės juda laidininke, elektros krūvis perkeliamas iš vieno taško į kitą. Tačiau jei įkrautos dalelės patiria atsitiktinį šiluminį judėjimą, pvz., laisvieji elektronai metale, tai krūvio pernešimas nevyksta (15.1 pav., a). Laidininko skerspjūvis vidutiniškai kertasi tas pats numeris elektronai dviem priešingomis kryptimis. Elektros krūvis perduodamas per skerspjūvis laidininkas tik tuo atveju, jei kartu su atsitiktiniu judėjimu elektronai dalyvauja nukreiptame judėjime (15.1 pav., b). Tokiu atveju sakoma, kad dirigentas eina elektros srovė.

Elektros srovė yra tvarkingas (kryptinis) įkrautų dalelių judėjimas.

Elektros srovė turi tam tikrą kryptį.

Srovės kryptis laikoma teigiamai įkrautų dalelių judėjimo kryptimi.

Jei judate apskritai neutralų kūną, tada, nepaisant užsakyto judesio didžiulis skaičius elektronai ir atomų branduoliai, elektros srovė neatsiras. Visas mokestis, pervestas per bet kurį skerspjūvį, bus lygus nuliui, nes skirtingų ženklų krūviai juda su tuo pačiu vidutinis greitis.

Srovės kryptis sutampa su įtampos vektoriaus kryptimi elektrinis laukas. Jei srovė susidaro judant neigiamą krūvį turinčioms dalelėms, tai atsižvelgiama į srovės kryptį priešinga kryptimi dalelių judesiai.

Srovės krypties pasirinkimas nėra labai sėkmingas, nes daugeliu atvejų srovė atspindi elektronų - neigiamai įkrautų dalelių - tvarkingą judėjimą. Srovės kryptis buvo pasirinkta tuo metu, kai laisvųjų elektronų jie vis dar nieko nežinojo apie metalus.

Srovės veikimas.

Mes tiesiogiai nematome dalelių judėjimo laidininke. Apie elektros srovės buvimą reikia spręsti pagal ją lydinčius veiksmus ar reiškinius.

Pirma, laidininkas, kuriuo teka srovė, įkaista.

Antra, elektros srovė gali keistis cheminė sudėtis laidininkas: pavyzdžiui, jo cheminių komponentų (vario iš tirpalo) izoliavimas vario sulfatas ir tt).

Trečia, srovė veikia gretimas sroves ir įmagnetintus kūnus. Šis srovės veiksmas vadinamas magnetinis.

Taigi, magnetinė adata šalia srovės laidininko sukasi. Srovės magnetinis poveikis, priešingai nei cheminis ir terminis, yra pagrindinis, nes jis pasireiškia visuose be išimties laidininkuose. Cheminis veiksmas srovė stebima tik tirpaluose ir elektrolitų lydaluose, o superlaidininkuose kaitinimo nėra.

Kaitrinėje lemputėje dėl elektros srovės pratekėjimo ji skleidžia matoma šviesa, o elektros variklis atlieka mechaninius darbus.

Srovės stiprumas.

Jei grandinėje teka elektros srovė, tai reiškia, kad elektros krūvis nuolat perduodamas per laidininko skerspjūvį.

Per laiko vienetą perduotas krūvis yra pagrindinė kiekybinė srovės charakteristika, vadinama srovės stiprumas.

Jei krūvis Δq per laidininko skerspjūvį perduodamas per laiką Δt, tai vidutinė srovės vertė yra lygi

Vidutinis stiprumas srovė lygi krūvio Δq, einančio per laidininko skerspjūvį per laiko intervalą Δt, santykiui su šiuo laikotarpiu.

Jei srovės stiprumas laikui bėgant nekinta, tada srovė vadinama nuolatinis.

Jėga AC V šiuo metu laikas taip pat nustatomas pagal (15.1) formulę, tačiau laiko intervalas Δt šiuo atveju turėtų būti labai mažas.

Srovės stiprumas, kaip ir krūvis, yra skaliarinis dydis. Ji gali būti kaip teigiamas, taip neigiamas. Srovės stiprumo ženklas priklauso nuo to, kuri iš krypčių aplink grandinę yra laikoma teigiama. Srovės stipris I > 0, jei srovės kryptis išilgai laidininko sutampa su sąlyginai pasirinkta teigiama kryptimi. Priešingu atveju aš< 0.

Srovės stiprumo ir dalelių kryptingo judėjimo greičio ryšys.

Tegul cilindrinis laidininkas (15.2 pav.) turi skerspjūvį, kurio plotas S.

Teigiamai srovės krypčiai laidininke imame kryptį iš kairės į dešinę. Kiekvienos dalelės krūvis bus laikomas lygiu q 0. Laidininko tūris, kurį riboja 1 ir 2 skerspjūviai su atstumu Δl tarp jų, yra nSΔl dalelių, kur n yra dalelių (srovės nešėjų) koncentracija. Jų bendras krūvis pasirinktame tūryje yra q = q 0 nSΔl. Jei dalelės juda iš kairės į dešinę vidutiniu greičiu υ, tai per tą laiką visos nagrinėjamame tūryje esančios dalelės praeis per 2 skerspjūvį. Todėl srovės stipris yra lygus:

Srovės SI vienetas yra amperas (A).

Šis vienetas nustatomas remiantis magnetine srovių sąveika.

Išmatuokite srovės stiprumą ampermetrai. Šių įrenginių projektavimo principas pagrįstas magnetinis veiksmas srovė

Tvarkingo elektronų judėjimo laidininke greitis.

Raskime tvarkingo elektronų judėjimo metaliniame laidininke greitį. Pagal (15.2) formulę kur e – elektrono krūvio modulis.

Tegul, pavyzdžiui, srovės stipris I = 1 A, o laidininko skerspjūvio plotas S = 10 -6 m 2. Elektronų krūvio modulis e = 1,6 10 -19 C. Elektronų skaičius 1 m 3 vario yra lygus atomų skaičiui šiame tūryje, nes vienas iš valentiniai elektronai kiekvienas vario atomas yra laisvas. Šis skaičius yra n ≈ 8,5 10 28 m -3 (šį skaičių galima nustatyti sprendžiant 6 uždavinį iš § 54). Vadinasi,

Kaip matote, tvarkingo elektronų judėjimo greitis yra labai mažas. Tai daug kartų mažesnis už elektronų šiluminio judėjimo metale greitį.

Sąlygos, būtinos elektros srovei egzistuoti.

Norint, kad medžiagoje atsirastų ir egzistuotų nuolatinė elektros srovė, būtina nemokamaiįkrautų dalelių.

Tačiau to vis dar nepakanka, kad atsirastų srovė.

Norint sukurti ir palaikyti tvarkingą įkrautų dalelių judėjimą, reikalinga jėga, kuri jas veiktų tam tikra kryptimi.

Jei ši jėga nustos veikti, tai įkrautų dalelių tvarkingas judėjimas nutrūks dėl susidūrimų su jonais kristalinė gardelė metalų ar neutralių elektrolitų molekulių ir elektronai judės atsitiktinai.

Įkrautas daleles, kaip žinome, veikia elektrinis laukas, kurio jėga:

Paprastai tai yra elektrinis laukas laidininko viduje, kuris sukelia ir palaiko tvarkingą įkrautų dalelių judėjimą.
Tik statiniu atveju, kai krūviai yra ramybės būsenoje, elektrinis laukas laidininko viduje yra lygus nuliui.

Jei laidininko viduje yra elektrinis laukas, tai yra potencialų skirtumas tarp laidininko galų pagal formulę (14.21). Kaip parodė eksperimentas, kai potencialų skirtumas laikui bėgant nekinta, a nuolatinė elektros srovė. Išilgai laidininko potencialas mažėja nuo didžiausios vertės viename laidininko gale iki minimumo kitame, nes teigiamas krūvis, veikiamas lauko jėgų, juda potencialo mažėjimo kryptimi.

Jei izoliuotas laidininkas dedamas į elektrinį lauką \(\overrightarrow(E)\), tada jėga \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) veiks laisvuosius krūvius \(q\) laidininke \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) Dėl to laidininke vyksta trumpalaikis judėjimas nemokami mokesčiai. Šis procesas baigsis, kai laidininko paviršiuje susidarančių krūvių elektrinis laukas visiškai kompensuos išorinį lauką. Gautas elektrostatinis laukas laidininko viduje bus lygus nuliui.

Tačiau laidininkuose tam tikromis sąlygomis gali vykti nuolatinis tvarkingas laisvųjų elektros krūvininkų judėjimas.

Įkrautų dalelių kryptingas judėjimas vadinamas elektros srove.

Elektros srovės kryptis laikoma teigiamų laisvųjų krūvių judėjimo kryptimi. Kad laidininke egzistuotų elektros srovė, jame turi būti sukurtas elektrinis laukas.

Kiekybinis elektros srovės matas yra srovės stiprumas\(I\) – skaliarinis fizinis kiekis, lygus santykiui krūvis \(\Delta q\), perduotas per laidininko skerspjūvį (1.8.1 pav.) per laiko intervalą \(\Delta t\), į šį laiko intervalą:

$$I = \frac(\Delta q)(\Delta t) $$

Jeigu srovės stiprumas ir jos kryptis laikui bėgant nekinta, tai tokia srovė vadinama nuolatinis .

Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) srovė matuojama amperais (A). Srovės vienetas 1 A nustatomas pagal magnetinė sąveika du lygiagrečiai laidininkai su srove.

Tiesioginė elektros srovė gali būti sukuriama tik viduje uždara grandinė , kuriame laisvieji krūvininkai cirkuliuoja uždaromis trajektorijomis. Elektrinis laukas viduje skirtingus taškus tokia grandinė laikui bėgant yra pastovi. Todėl elektrinis laukas grandinėje DC turi sustingusio pobūdį elektrostatinis laukas. Bet kai elektros krūvis elektrostatiniame lauke juda uždaru keliu, elektrinių jėgų atliktas darbas yra lygus nuliui. Todėl, kad egzistuotų nuolatinė srovė, elektros grandinėje būtina turėti įtaisą, galintį sukurti ir išlaikyti potencialų skirtumus grandinės atkarpose dėl jėgų darbo. neelektrostatinės kilmės. Tokie įrenginiai vadinami DC šaltiniai . Vadinamos neelektrostatinės kilmės jėgos, veikiančios laisvuosius krūvininkus iš srovės šaltinių išorės jėgos .

Išorinių jėgų pobūdis gali skirtis. Galvaniniuose elementuose arba baterijose jie atsiranda dėl to elektrocheminiai procesai, nuolatinės srovės generatoriuose, laidininkams judant magnetiniame lauke, atsiranda išorinės jėgos. Srovės šaltinis elektros grandinėje atlieka tą patį vaidmenį kaip ir siurblys, būtinas skysčiui siurbti uždaroje hidraulinėje sistemoje. Veikiami išorinių jėgų, elektros krūviai juda srovės šaltinio viduje prieš elektrostatinio lauko jėgos, dėl kurių uždaroje grandinėje galima palaikyti pastovią elektros srovę.

Kai juda elektros krūviai Nuolatinės srovės grandinėje veikia išorinės jėgos, veikiančios srovės šaltinių viduje.

Fizinis dydis, lygus išorinių jėgų darbo \(A_(st)\) santykiui, perkeliant krūvį \(q\) iš neigiamo srovės šaltinio poliaus į teigiamą, ir šio krūvio vertės vadinamas šaltinio elektrovaros jėga (EMF):

$$EMF=\varepsilon=\frac(A_(st))(q). $$

Taigi EML lemia išorinių jėgų darbas, kai judina vienas teigiamas krūvis. Elektrovaros jėga, kaip ir potencialų skirtumas, matuojama Voltai (V).

Kai vienas teigiamas krūvis juda išilgai uždaros nuolatinės srovės grandinės, išorinių jėgų atliktas darbas lygus šioje grandinėje veikiančio emf sumai, o elektrostatinio lauko atliktas darbas lygus nuliui.

Nuolatinės srovės grandinę galima suskirstyti į atskiras dalis. Vadinamos tos sritys, kuriose neveikia išorinės jėgos (t. y. zonos, kuriose nėra srovės šaltinių). vienalytis . Sritys, kuriose yra srovės šaltinių, vadinamos nevienalytis .

Kai vienas teigiamas krūvis juda tam tikra grandinės atkarpa, darbą atlieka ir elektrostatinės (kulono), ir išorinės jėgos. Elektrostatinių jėgų darbas lygus potencialų skirtumui \(\Delta \phi_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)\) tarp nehomogeninės atkarpos pradinio (1) ir galutinio (2) taškų. . Išorinių jėgų darbas pagal apibrėžimą yra lygus tam tikroje srityje veikiančiai elektrovaros jėgai \(\mathcal(E)\). Štai kodėl darbas visu etatu lygus

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E)$$

Dydis U 12 paprastai vadinamas įtampa grandinės 1-2 skyriuje. Vienalytės srities atveju įtampa lygi potencialų skirtumui:

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)$$

Vokiečių fizikas G. Ohmas 1826 metais eksperimentiškai nustatė, kad srovės stipris \(I\), tekantis vienalyčiu metaliniu laidininku (t.y. laidininku, kuriame neveikia jokios išorinės jėgos), yra proporcinga įtampai \(U\) galuose. dirigento:

$$I = \frac(1)(R) U; \: U = IR$$

kur \(R\) = konst.

Dydis R paprastai vadinamas elektrinė varža . Vadinamas laidininkas su elektrine varža rezistorius . Šis santykis išreiškia Omo dėsnis už vienalytė grandinės dalis: Srovė laidininke yra tiesiogiai proporcinga naudojamai įtampai ir atvirkščiai proporcinga laidininko varžai.

Laidininkų elektrinės varžos SI vienetas yra Om (Ohom). 1 omo varža turi grandinės atkarpą, kurioje, esant 1 V įtampai, atsiranda 1 A srovė.

Vadinami laidininkai, kurie paklūsta Ohmo dėsniui linijinis . Grafinė srovės \(I\) priklausomybė nuo įtampos \(U\) (tokie grafikai vadinami voltų amperų charakteristikos , sutrumpintai CVC) pavaizduota tiesia linija, einančia per kilmę. Reikia pažymėti, kad yra daug medžiagų ir prietaisų, kurie nepaklūsta Omo dėsniui, pvz. puslaidininkinis diodas arba dujų išlydžio lempa. Užtenka net metalinių laidininkų su srovėmis didelė jėga Yra nukrypimas nuo tiesinio Ohmo dėsnio, nes elektrinė varža metaliniai laidininkai didėja didėjant temperatūrai.

Grandinės atkarpai, kurioje yra emf, Ohmo dėsnis parašytas tokia forma:

$$IR = U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E) = \Delta \phi_(12) + \mathcal(E)$$
$$\spalva(mėlyna)(I = \frac(U)(R))$$

Šis santykis paprastai vadinamas apibendrintas Ohmo įstatymas arba Omo dėsnis nevienodai grandinės atkarpai.

Fig. 1.8.2 rodo uždarą nuolatinės srovės grandinę. Grandinės dalis ( CD) yra vienalytis.

Pagal Ohmo dėsnį

$$IR = \Delta\phi_(cd)$$

Sklypas ( ab) yra srovės šaltinis, kurio emf lygi \(\mathcal(E)\).

Pagal Omo dėsnį nevienalytei sričiai,

$$Ir = \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Sudėjus abi lygybes, gauname:

$$I(R+r) = \Delta\phi_(cd) + \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Bet \(\Delta\phi_(cd) = \Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab)\).

$$\spalva(mėlyna)(I=\frac(\mathcal(E))(R + r))$$

Ši formulė išreiškia Omo dėsnis visai grandinei : srovės stipris visoje grandinėje yra lygus šaltinio elektrovaros jėgai, padalytai iš vienalytės ir nehomogeninės grandinės atkarpų varžų sumos (šaltinio vidinė varža).

Atsparumas r nevienalytė sritis pav. 1.8.2 gali būti laikomas srovės šaltinio vidinė varža . Šiuo atveju plotas ( ab) pav. 1.8.2 yra vidinė šaltinio dalis. Jei taškai a Ir b trumpas su laidininku, kurio varža yra maža, palyginti su šaltinio vidine varža (\(R\ \ll r\)), tada grandinė tekės srovė trumpasis jungimas

$$I_(kz)=\frac(\mathcal(E))(r)$$

Trumpojo jungimo srovė - maksimali jėga srovė, kurią galima gauti iš šis šaltinis su elektrovaros jėga \(\mathcal(E)\) ir vidine varža \(r\). Šaltinių, kurių vidinė varža maža, trumpojo jungimo srovė gali būti labai didelė ir sukelti elektros grandinės arba šaltinio sunaikinimą. Pavyzdžiui, pas švino rūgšties akumuliatoriai naudojami automobiliuose, trumpojo jungimo srovė gali būti keli šimtai amperų. Ypač pavojingi trumpieji jungimai apšvietimo tinkluose, maitinamuose iš pastočių (tūkstančiais amperų). Siekiant išvengti tokių didelių srovių destruktyvaus poveikio, į grandinę įtraukiami saugikliai arba specialūs grandinės pertraukikliai.

Kai kuriais atvejais, siekiant išvengti pavojingų trumpojo jungimo srovės verčių, tam tikra išorinė varža yra nuosekliai prijungta prie šaltinio. Tada pasipriešinimas r yra lygi šaltinio vidinės varžos ir išorinės varžos sumai, o trumpojo jungimo metu srovės stipris nebus per didelis.

Jei išorinė grandinė yra atvira, tada \(\Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab) = \mathcal(E)\), ty potencialų skirtumas atviros baterijos poliuose yra lygus jo emf.

Jei išorinės apkrovos pasipriešinimas Rįjungtas ir per akumuliatorių teka srovė aš, jo polių potencialų skirtumas tampa lygus

$$\Delta \phi_(ba) = \mathcal(E) – Ir$$

Fig. 1.8.3 parodytas scheminis nuolatinės srovės šaltinio vaizdas su EMF lygus\(\mathcal(E)\) ir vidinė varža r trimis režimais: „tuščioji eiga“, apkrovos veikimas ir trumpojo jungimo režimas (trumpasis jungimas). Rodomas akumuliatoriaus viduje esančio elektrinio lauko intensyvumas \(\overrightarrow(E)\) ir teigiamus krūvius veikiančios jėgos:\(\overrightarrow(F)_(e)\) - elektrinė jėga ir \(\overrightarrow(F)_(st)\) – trečiosios šalies jėga. Trumpojo jungimo režimu elektrinis laukas akumuliatoriaus viduje išnyksta.

Įtampai ir srovei nuolatinės srovės elektros grandinėse matuoti naudojami specialūs prietaisai - voltmetrai Ir ampermetrai.

Voltmetras skirtas matuoti potencialų skirtumą, taikomą jo gnybtams. Jis jungiasi lygiagrečiai grandinės atkarpa, kurioje matuojamas potencialų skirtumas. Bet kuris voltmetras turi tam tikrą vidinę varžą \(R_(V)\). Kad voltmetras nesukeltų pastebimo srovių perskirstymo, kai jis prijungtas prie matuojamos grandinės, jo vidinė varža turi būti didelė, palyginti su grandinės sekcijos, prie kurios jis yra prijungtas, varža. Dėl grandinės, parodytos fig. 1.8.4, ši sąlyga parašyta taip:

$$R_(B)\gg R_(1)$$

Ši sąlyga reiškia, kad srovė \(I_(V) = \Delta \phi_(cd) / R_(V)\), tekanti per voltmetrą, yra daug mažesnė nei srovė \(I = \Delta \phi_(cd) / R_ (1 )\), kuris teka per patikrintą grandinės atkarpą.

Kadangi voltmetro viduje nėra jokių išorinių jėgų, potencialų skirtumas jo gnybtuose pagal apibrėžimą sutampa su įtampa. Todėl galime pasakyti, kad voltmetras matuoja įtampą.

Ampermetras skirtas matuoti srovę grandinėje. Ampermetras yra nuosekliai prijungtas prie atviros elektros grandinės grandinės, kad visa išmatuota srovė praeina per ją. Ampermetras taip pat turi tam tikrą vidinę varžą \(R_(A)\). Skirtingai nuo voltmetro, ampermetro vidinė varža turi būti gana maža, palyginti su visa visos grandinės varža. Dėl grandinės pav. 1.8.4 Ampermetro varža turi atitikti sąlygą

$$R_(A) \ll (r + R_(1) + R(2))$$

kad įjungus ampermetrą srovė grandinėje nepasikeistų.

Matavimo priemonės – voltmetrai ir ampermetrai – būna dviejų tipų: rodyklės (analoginės) ir skaitmeninės. Skaitmeniniai elektros skaitikliai yra sudėtingi elektroniniai prietaisai. Paprastai skaitmeniniai prietaisai užtikrina didesnį matavimo tikslumą.

Elektros srovė yra nukreiptas įkrautų dalelių judėjimas tam tikra kryptimi išilgai laidininko.

Laidininko srovė

Kad laidininke atsirastų srovė, reikia, kad kurioje nors terpėje būtų laisvi elektros krūviai. Šie krūviai yra priversti judėti tam tikra jėga F, lygi vertei krūvis q padaugintas iš lauko stiprio E.

Teigiamų krūvių judėjimo kryptis laikoma srovės kryptimi.

Elektrinis laukas egzistuoja, jei potencialų skirtumas tarp bet kurių dviejų šiame lauke esančių laidininko taškų nėra lygus nuliui.

Tačiau tokiame lauke nukreiptas elektros krūvių judėjimas lems, kad potencialai laidininko galuose taps vienodi. Mokesčių judėjimas sustos. Vadinasi, elektrinis laukas taip pat išnyks. Norint išlaikyti elektrinio lauko egzistavimą, reikalingas prietaisas, vadinamas srovės šaltiniu. Srovės šaltinis gali būti baterijos, akumuliatoriai, elektros generatoriai, saulės baterijos.

Nuolatinė ir kintamoji srovė

D.C

Nuolatinė srovė – srovė, kurios kryptis ir dydis laikui bėgant nekinta. Nuolatinės srovės grafikas laiko ašies atžvilgiu yra tiesi linija.

Elektrinis laukas, kurio pagalba laidininke sukuriama nuolatinė srovė, vadinamas stacionariu.

Paprasčiausias nuolatinės srovės šaltinis yra cheminis elementas(baterija arba galvaninis elementas). Srovės kryptis tokiame šaltinyje negali spontaniškai keistis.

AC

Kintamoji srovė – tai srovė, kurios dydis ir kryptis, skirtingai nuo nuolatinės srovės, laikui bėgant kinta pagal tam tikrą modelį. Be to, šie pokyčiai kartojasi po tam tikro laiko.

Jei nubraižysime kintamos srovės grafiką, pamatysime, kad jis turi sinusoidės formą.

Laikotarpis, per kurį vyksta visas srovės pokyčio ciklas, vadinamas laikotarpį. Ir vadinamas pilnų laikotarpių skaičius per 1 sekundę AC dažnis. Didžiausia vertė srovės metu visas laikotarpis paskambino amplitudės srovės vertė. Iškviečiama dabartinė vertė bet kuriuo pasirinktu laiku momentinė srovės vertė.

Kintamosios srovės šaltiniai yra kintamosios srovės generatoriai.

Apšvietimui ir pramoniniams tikslams kintamąją srovę gamina galingi generatoriai, varomi variklių. vidaus degimas, garo ar vandens turbinos.

Srovės stiprumas

Srovės stiprumas nurodykite kiekį lygus krūviui, kuris prateka laidininko skerspjūviu per laiko vienetą.

IN tarptautinė sistema vienetų (SI) srovė matuojama amperais.

Grandinės sekcijos srovės stipris pagal Ampero dėsnį yra tiesiogiai proporcingas grandinės sekcijai taikomai įtampai U ir atvirkščiai proporcingas šios sekcijos R laidininko varžai.

Ši formulė galioja nuolatinei srovei.

Srovės stiprumas matuojamas specialiu prietaisu – ampermetru.

kintamoji įtampa keičiasi pagal harmonikų dėsnį

U = U m cos ωt

Kintamoji elektros srovė laidininke atsiranda veikiant kintamam elektriniam laukui. Kintamosios srovės svyravimų dažnis ir fazė sutampa su įtampos svyravimų dažniu ir faze.

Kintamosios srovės momentinė vertė išreiškiama formule

i = I m cos ωt

Kur i– momentinė srovės vertė

aš m- srovės stiprumo amplitudės vertė

ω – kampinis dažnis

ω = 2πf

f– kintamosios srovės dažnis

Srovės amplitudės reikšmė lygi I m = U m /R

Efektyvioji kintamosios srovės vertė yra ta vertė, kuriai esant vidutinė galia kintamosios srovės grandinėje yra lygi galiai tame pačiame laidininke nuolatinės srovės grandinėje.

I D = 1,44 I m

Beveik visa elektros įranga pramonės įmonės, buitine technika maitinami iš kintamosios srovės tinklo.

8 dalyje mes pažvelgėme į eksperimentą su lempa ir dviem spiralėmis (rezistoriais). Pastebėjome, kad keisdami srovę turime omenyje elektronų, einančių per laidininką, srauto pasikeitimą. Ši frazė nurodyta kieto metalo laidininkai. Skystuose metaluose (pavyzdžiui, gyvsidabrio), išlydytose arba ištirpusiose medžiagose (pavyzdžiui, druskose, rūgštyse ir šarmuose), taip pat dujose, srovę sukuria elektronai ir jonai (žr. § 8). Visi jie yra elektros krūvio nešėjai.
Todėl pagal srovės stiprumą patogiau suprasti ne įvairių įkrautų dalelių (elektronų ir (arba) jonų), praeinančių per laidininką per tam tikrą laiką, skaičių, o viso per laidininką per laiko vienetą perduodamo krūvio. Pagal formulę tai atrodo taip:

Taigi, srovės stiprumas - fizinis dydis, rodantis krūvį, praeinantį per laidininką per laiko vienetą.

Srovės stiprumui matuoti naudojamas prietaisas ampermetras. Jis nuosekliai sujungtas su grandinės dalimi, kurioje reikia išmatuoti srovę. Srovės vienetas - 1 amperas(1 A). Jis montuojamas matuojant laidininkų sąveikos (traukos ar atstūmimo) jėgą su srove. Norėdami gauti paaiškinimą, žiūrėkite paveikslėlį su folijos juostelėmis, paskelbtą pačioje šios temos pradžioje.
1 amperas yra srovė, kuri, eidama per du lygiagrečius tiesius laidus, begalinis ilgis ir mažas skersmuo, esantis 1 m atstumu vienas nuo kito vakuume, sukelia sąveikos jėgą, lygią 0,0000002 N 1 m ilgio laidininko atkarpoje.
Susipažinkime srovės pasiskirstymo dėsniai grandinėse su skirtingomis laidininkų jungtimis. Diagramose „a“, „b“, „c“ lempa ir reostatas yra sujungti nuosekliai. Diagramose „d“, „e“, „f“ lempos yra sujungtos lygiagrečiai. Paimkime ampermetrą ir išmatuokime srovę raudonais taškais pažymėtose vietose.
Pirmiausia įjungiame ampermetrą tarp reostato ir lempos (grandinė „a“), išmatuojame srovės stiprumą ir pažymime jį simboliu ašapskritai. Tada dedame ampermetrą į kairę nuo reostato (schema „b“). Išmatuokime srovės stiprumą, pažymėdami jį simboliu aš1 . Tada dedame ampermetrą į kairę nuo lempos, pažymime srovės stiprumą aš2 (diagrama „c“).


visose grandinės atkarpose su nuosekliu laidininkų prijungimu srovės stipris yra vienodas:

Dabar išmatuokime srovės stiprumą įvairiose grandinės dalyse lygiagretus ryšys dvi lempos. Diagramoje "d" ampermetras matuoja bendrą srovę; diagramose „d“ ir „e“ - srovių, einančių per viršutinę ir apatinę lempas, stiprumas.


Keli matmenys parodyk tai srovės stipris nešakotoje grandinės dalyje su lygiagrečiu laidininkų prijungimu ( bendrą stiprumą srovė) yra lygi visų šios grandinės atšakų srovių sumai.