Doğada iletken ve iletken olmayan (dielektrik) olmak üzere iki ana malzeme türü vardır. Bu malzemeler, içlerindeki elektrik akımının (elektronların) hareketi için koşulların varlığında farklılık gösterir.

İletken malzemelerden (bakır, alüminyum, grafit ve diğerleri) yapılırlar. elektrik iletkenleri, içlerindeki elektronlar bağlı değildir ve serbestçe hareket edebilir.

Dielektriklerde elektronlar atomlara sıkı bir şekilde bağlı olduğundan akım içlerinden akamaz. Elektrikli cihazların telleri ve parçaları için yalıtım yapmak için kullanılırlar.

Elektronların bir iletken içinde hareket etmeye başlaması için (akım devrenin bir bölümünden akar), koşulları yaratmaları gerekir. Bunun için zincir bölümünün başlangıcında elektron fazlalığı, sonunda ise eksiklik olması gerekir. Bu tür koşulları oluşturmak için voltaj kaynakları kullanılır - akümülatörler, piller, enerji santralleri.

1827'de Georg Simon Ohm elektrik akımı yasasını keşfetti. Kanun ve direnç ölçü birimi onun adını almıştır. Kanunun anlamı şu şekildedir.

Boru ne kadar kalın olursa ve su kaynağındaki su basıncı o kadar büyük olursa (borunun çapı arttıkça suya karşı direnç azalır) o kadar fazla su akacaktır. Suyun elektron olduğunu hayal edersek ( elektrik), o zaman tel ne kadar kalınsa ve voltaj ne kadar yüksek olursa (telin kesiti arttıkça akım direnci azalır) - devre bölümünden o kadar fazla akım akacaktır.

İçinden geçen akım elektrik devresi, uygulanan voltajla doğru orantılı, devre direncinin değeriyle ters orantılıdır.

Nerede BEN– amper cinsinden ölçülen ve harfle gösterilen akım gücü A; sen İÇİNDE; R– ohm cinsinden ölçülen ve belirlenen direnç Ohm.

Besleme voltajı biliniyorsa sen ve elektrikli cihazın direnci R, ardından yukarıdaki formülü kullanarak cevrimici hesap makinesi devreden geçen akımın gücünü belirlemek kolaydır BEN.

Ohm yasasını kullanarak, elektrik kablolarının, ısıtma elemanlarının ve modern elektronik ekipmanın tüm radyo elemanlarının (bilgisayar, TV veya cep telefonu) elektriksel parametreleri hesaplanır.

Ohm yasasının pratikte uygulanması

Uygulamada çoğu zaman mevcut gücü belirlemek gerekli değildir. BEN ve direnç değeri R. Ohm Kanununun formülünü dönüştürerek direncin değerini hesaplayabilirsiniz. R akan akımı bilerek BEN ve voltaj değeri sen.

Örneğin bir bilgisayarın güç kaynağını test etmek için bir yük bloğu oluştururken direnç değerinin hesaplanması gerekebilir. Genellikle bilgisayarın güç kaynağı kutusunda her voltaj için maksimum yük akımını listeleyen bir etiket bulunur. Hesap makinesinin alanlarına verilen voltaj değerlerini ve maksimum yük akımını girmeniz yeterlidir ve hesaplama sonucunda belirli bir voltaj için yük direncinin değerini elde ederiz. Örneğin, maksimum 20 A akımda +5 V'luk bir voltaj için yük direnci 0,25 Ohm olacaktır.

Joule-Lenz Yasası Formülü

Bilgisayarın güç kaynağı için bir yük bloğu oluşturmak için direncin değerini hesapladık, ancak yine de direncin hangi güce sahip olması gerektiğini belirlememiz gerekiyor. Birbirinden bağımsız olarak iki kişi tarafından aynı anda keşfedilen başka bir fizik yasası burada yardımcı olacaktır. fizik bilim adamları. 1841'de James Joule ve 1842'de Emil Lenz. Bu yasa onların adını almıştır. Joule-Lenz yasası.

Yük tarafından tüketilen güç, uygulanan voltaj ve akan akımla doğru orantılıdır. Yani voltaj ve akım değiştiğinde güç tüketimi de orantılı olarak değişecektir.

Elektrikli bir cihazın tükettiği besleme voltajını ve akımı bilerek, ne kadar güç tükettiğini belirlemek için bir formül kullanabilirsiniz. Verileri çevrimiçi hesap makinesinde aşağıdaki kutulara girmeniz yeterlidir.

Joule-Lenz yasası ayrıca bir elektrikli cihazın gücünü ve besleme voltajını bilerek tükettiği akımı bulmanızı sağlar. Tüketilen akım miktarı, örneğin elektrik kablolarını döşerken tel kesitini seçmek veya derecelendirmeyi hesaplamak için gereklidir.

Örneğin bir çamaşır makinesinin mevcut tüketimini hesaplayalım. Pasaporta göre güç tüketimi 2200 W, ev elektrik şebekesindeki voltaj 220 V. Hesap makinesinin pencerelerindeki verileri değiştirdiğimizde çamaşır makinesinin 10 A akım tükettiğini görüyoruz.

Başka bir örnek: Arabanıza ek bir far veya ses yükseltici takmaya karar verdiniz. Kurulu elektrikli cihazın güç tüketimini bilerek, akım tüketimini hesaplamak ve aracın elektrik kablolarına bağlantı için doğru kablo kesitini seçmek kolaydır. Diyelim ki ek bir far 100 W güç tüketiyor (farın içine takılan ampulün gücü), araç ağının araç içi voltajı 12 V. Güç ve voltaj değerlerini yerine koyuyoruz hesap makinesinin pencerelerinde tüketilen akımın 8,33 A olacağını görüyoruz.

Yalnızca iki basit formülü anladıktan sonra, tellerden akan akımları, herhangi bir elektrikli cihazın güç tüketimini kolayca hesaplayabilirsiniz - pratik olarak elektrik mühendisliğinin temellerini anlamaya başlayacaksınız.

Ohm Yasası ve Joule-Lenz'in dönüştürülmüş formülleri

İnternette Ohm Yasası ve Joule-Lenz Yasası formüllerinin ve formüllerin matematiksel dönüşüm seçeneklerinin başarıyla yerleştirildiği yuvarlak tablet şeklinde bir resme rastladım. Plaka birbiriyle ilgisi olmayan dört sektörü temsil eder ve pratik kullanıma çok uygundur.

Tabloyu kullanarak, bilinen diğer iki parametreyi kullanarak elektrik devresinin gerekli parametresini hesaplamak için bir formül seçmek kolaydır. Örneğin, bir ürünün mevcut tüketimini, besleme ağının bilinen gücüne ve voltajına göre belirlemeniz gerekir. Mevcut sektördeki tabloya baktığımızda I=P/U formülünün hesaplamaya uygun olduğunu görüyoruz.

Güç tüketimi P ve akım I'e göre besleme voltajını U belirlemeniz gerekiyorsa, sol alt sektörün formülünü kullanabilirsiniz, U=P/I formülü işe yarayacaktır.

Formüllerde kullanılan miktarlar amper, volt, watt veya Ohm cinsinden ifade edilmelidir.

« Fizik - 10. sınıf"

Elektrik- yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketi. Elektrik akımı sayesinde daireler aydınlatılır, takım tezgahları çalıştırılır, elektrikli ocaklardaki ocaklar ısıtılır, radyo çalışır vb.

Yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketinin en basit durumunu - doğru akımı ele alalım.

Hangi elektrik yüküne temel denir?
Temel elektrik yükü nedir?
Bir iletkendeki ve dielektrikteki yükler arasındaki fark nedir?

Yüklü parçacıklar bir iletken içinde hareket ettiğinde elektrik yükü bir noktadan diğerine aktarılır. Bununla birlikte, yüklü parçacıklar, bir metaldeki serbest elektronlar gibi rastgele termal harekete maruz kalırsa, yük transferi gerçekleşmez (Şekil 15.1, a). İletkenin ortalama kesitlerdeki kesiti aynı numara Elektronlar iki zıt yönde. Elektrik yükü aktarılır enine kesit iletken yalnızca rastgele hareketle birlikte elektronlar yönlendirilmiş harekete katılırsa (Şekil 15.1, b). Bu durumda kondüktörün gittiğini söylüyorlar. elektrik.

Elektrik akımı yüklü parçacıkların düzenli (yönlendirilmiş) hareketidir.

Elektrik akımının belirli bir yönü vardır.

Akımın yönü pozitif yüklü parçacıkların hareket yönü olarak alınır.

Genel olarak nötr bir gövdeyi hareket ettirirseniz, o zaman düzenli harekete rağmen çok büyük sayı elektronlar ve atom çekirdeği herhangi bir elektrik akımı oluşmayacaktır. Herhangi bir kesitten aktarılan toplam yük, sıfıra eşit Farklı işaretli yükler aynı yönde hareket ettiğinden ortalama sürat.

Akımın yönü gerilim vektörünün yönü ile çakışmaktadır. Elektrik alanı. Akım negatif yüklü parçacıkların hareketiyle oluşuyorsa, akımın yönü dikkate alınır. ters yön parçacık hareketleri.

Akım yönünün seçimi pek başarılı değildir, çünkü çoğu durumda akım, elektronların - negatif yüklü parçacıkların - sıralı hareketini temsil eder. Akım yönünün seçimi o dönemde yapıldı. serbest elektronlar hâlâ metaller hakkında hiçbir şey bilmiyorlardı.

Akımın eylemi.

Bir iletken içindeki parçacıkların hareketini doğrudan görmeyiz. Elektrik akımının varlığı, ona eşlik eden eylemler veya olaylarla değerlendirilmelidir.

Öncelikle içinden akımın geçtiği iletken ısınır.

İkincisi, elektrik akımı değişebilir kimyasal bileşim iletken: örneğin, kimyasal bileşenlerini (bir çözeltiden bakır) izole etmek bakır sülfat vesaire.).

Üçüncüsü, akım komşu akımlara ve mıknatıslanmış cisimlere bir kuvvet uygular. Akımın bu eylemine denir manyetik.

Böylece akım taşıyan bir iletkenin yakınındaki manyetik bir iğne döner. Akımın manyetik etkisi, kimyasal ve termalin aksine, istisnasız tüm iletkenlerde kendini gösterdiği için ana etkidir. Kimyasal etki akım yalnızca elektrolit çözeltilerinde ve eriyiklerinde gözlenir ve süper iletkenlerde ısıtma yoktur.

Akkor ampulde, elektrik akımının geçmesi nedeniyle ışık yayar. görülebilir ışık ve elektrik motoru mekanik iş gerçekleştirir.

Mevcut güç.

Bir devrede elektrik akımı akıyorsa, bu, iletkenin kesiti boyunca sürekli olarak bir elektrik yükünün aktarıldığı anlamına gelir.

Birim zaman başına aktarılan yük, akımın ana niceliksel özelliği olarak hizmet eder. mevcut güç.

Bir iletkenin kesiti boyunca Δt süresi boyunca bir Δq yükü aktarılırsa, akımın ortalama değeri şuna eşittir:

Ortalama güç akım, Δt zaman aralığı boyunca iletkenin kesitinden geçen Δq yükünün bu zaman periyoduna oranına eşittir.

Akımın gücü zamanla değişmiyorsa akım denir. kalıcı.

Güç alternatif akım V şu an zaman da formül (15.1) ile belirlenir, ancak bu durumda Δt zaman aralığı çok küçük olmalıdır.

Akım gücü, yük gibi skaler bir miktardır. O gibi olabilir pozitif, Bu yüzden olumsuz. Akımın işareti devre etrafındaki yönlerden hangisinin pozitif olarak alındığına bağlıdır. Akımın yönü iletken boyunca koşullu olarak seçilen pozitif yön ile çakışıyorsa akım gücü I > 0. Aksi halde ben< 0.

Akım gücü ile parçacıkların yönsel hareket hızı arasındaki ilişki.

Silindirik bir iletkenin (Şekil 15.2) alanı S olan bir kesiti olsun.

Bir iletkendeki akımın pozitif yönü için yönü soldan sağa alırız. Her parçacığın yükünün q 0'a eşit olduğu kabul edilecektir. Aralarında Δl mesafe bulunan 1 ve 2 kesitleriyle sınırlı olan iletkenin hacmi, nSΔl parçacıkları içerir; burada n, parçacıkların (akım taşıyıcıları) konsantrasyonudur. Seçilen hacimdeki toplam yükleri q = q 0 nSΔl'dir. Parçacıklar ortalama υ hızıyla soldan sağa hareket ederse, bu süre zarfında söz konusu hacimde bulunan tüm parçacıklar kesit 2'den geçecektir. Bu nedenle, akım gücü şuna eşittir:

Akımın SI birimi amperdir (A).

Bu birim akımların manyetik etkileşimi temel alınarak oluşturulmuştur.

Akım gücünü ölçün ampermetreler. Bu cihazların tasarım prensibi dayanmaktadır. manyetik eylem akım.

Bir iletkendeki elektronların düzenli hareket hızı.

Metal bir iletkendeki elektronların düzenli hareket hızını bulalım. Formül (15.2)'ye göre burada e, elektron yükünün modülüdür.

Örneğin, akım gücü I = 1 A ve iletkenin kesit alanı S = 10 -6 m2 olsun. Elektron yük modülü e = 1,6 · 10 -19 C. 1 m3 bakırdaki elektron sayısı bu hacimdeki atom sayısına eşittir, çünkü değerlik elektronları her bakır atomu serbesttir. Bu sayı n ≈ 8,5 10 28 m -3'tür (bu sayı § 54'teki problem 6'nın çözülmesiyle belirlenebilir). Buradan,

Gördüğünüz gibi elektronların düzenli hareket hızı çok düşüktür. Metaldeki elektronların termal hareket hızından birçok kez daha azdır.

Elektrik akımının varlığı için gerekli koşullar.

Bir maddede sabit bir elektrik akımının oluşması ve var olması için özgür yüklü parçacıklar.

Ancak bu yine de bir akımın oluşması için yeterli değildir.

Yüklü parçacıkların düzenli hareketini oluşturmak ve sürdürmek için, onlara belirli bir yönde etki eden bir kuvvet gereklidir.

Bu kuvvetin etkisi sona ererse, yüklü parçacıkların düzenli hareketi iyonlarla çarpışma nedeniyle duracaktır. kristal kafes metaller veya nötr elektrolit molekülleri ve elektronlar rastgele hareket edecektir.

Bildiğimiz gibi, yüklü parçacıklar bir elektrik alanı tarafından şu kuvvetle etkilenmektedir:

Tipik olarak, yüklü parçacıkların düzenli hareketine neden olan ve bu hareketi sürdüren, iletkenin içindeki elektrik alanıdır.
Yalnızca statik durumda, yükler hareketsizken iletkenin içindeki elektrik alanı sıfırdır.

İletkenin içinde bir elektrik alanı varsa, o zaman formül (14.21)'e göre iletkenin uçları arasında bir potansiyel farkı vardır. Deneyin gösterdiği gibi, potansiyel fark zamanla değişmediğinde, doğrudan elektrik akımı. İletken boyunca potansiyel, iletkenin bir ucundaki maksimum değerden diğer ucundaki minimum değere düşer, çünkü pozitif yük, alan kuvvetlerinin etkisi altında, azalan potansiyel yönünde hareket eder.

Yalıtılmış bir iletken \(\overrightarrow(E)\) elektrik alanına yerleştirilirse, o zaman \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) kuvveti serbest yüklere \(q\) etki edecektir. iletkende \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) Bunun sonucunda iletkende kısa süreli hareket meydana gelir ücretsiz masraflar. İletkenin yüzeyinde oluşan yüklerin kendi elektrik alanı, dış alanı tamamen telafi ettiğinde bu işlem sona erecektir. İletkenin içinde ortaya çıkan elektrostatik alan sıfır olacaktır.

Ancak iletkenlerde belirli koşullar altında serbest elektrik yük taşıyıcılarının sürekli düzenli hareketi meydana gelebilir.

Yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketine elektrik akımı denir.

Elektrik akımının yönü pozitif serbest yüklerin hareket yönü olarak alınır. Bir iletkende elektrik akımının oluşması için, içinde bir elektrik alanının oluşması gerekir.

Elektrik akımının niceliksel bir ölçüsü mevcut güç\(I\) - skaler fiziksel miktar, orana eşit\(\Delta q\) yükü, iletkenin kesiti boyunca (Şekil 1.8.1) \(\Delta t\) zaman aralığı boyunca bu zaman aralığına aktarılır:

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

Akımın gücü ve yönü zamanla değişmiyorsa böyle bir akıma denir. kalıcı .

Uluslararası Birim Sisteminde (SI) akım Amper (A) cinsinden ölçülür. 1 A'nın mevcut birimi aşağıdakilere göre ayarlanır: manyetik etkileşim iki paralel iletkenler akım ile.

Doğru elektrik akımı yalnızca kapalı devre serbest yük taşıyıcılarının kapalı yörüngeler boyunca dolaştığı. Elektrik alanı farklı noktalar böyle bir zincir zaman içinde sabittir. Bu nedenle devredeki elektrik alanı doğru akım donmuş karaktere sahiptir elektrostatik alan. Ancak bir elektrik yükü elektrostatik alanda kapalı bir yol boyunca hareket ettiğinde, elektrik kuvvetlerinin yaptığı iş sıfırdır. Bu nedenle, doğru akımın varlığı için, elektrik devresinde, kuvvetlerin çalışması nedeniyle devrenin bölümlerinde potansiyel farklılıklar yaratabilen ve koruyabilen bir cihazın bulunması gerekir. elektrostatik olmayan kökenli. Bu tür cihazlara denir DC kaynakları . Akım kaynaklarından serbest yük taşıyıcılarına etki eden, elektrostatik kökenli olmayan kuvvetlere denir. dış güçler .

Dış kuvvetlerin doğası değişebilir. Galvanik hücrelerde veya pillerde bunun sonucunda ortaya çıkarlar. elektrokimyasal süreçler Doğru akım jeneratörlerinde iletkenler manyetik alanda hareket ettiğinde dış kuvvetler ortaya çıkar. Elektrik devresindeki akım kaynağı, kapalı bir hidrolik sistemde sıvıyı pompalamak için gerekli olan pompa ile aynı rolü oynar. Dış kuvvetlerin etkisi altında elektrik yükleri akım kaynağının içinde hareket eder aykırı kapalı bir devrede sabit bir elektrik akımının muhafaza edilebilmesi nedeniyle elektrostatik alan kuvvetleri.

Hareket ederken elektrik ücretleri Doğru akım devresinde, akım kaynaklarının içine etki eden dış kuvvetler iş gerçekleştirir.

Bir \(q\) yükünü akım kaynağının negatif kutbundan pozitif kutbuna hareket ettirirken dış kuvvetlerin \(A_(st)\) işinin bu yükün değerine oranına eşit bir fiziksel miktara denir kaynağın elektromotor kuvveti (EMF):

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

Böylece EMF, tek bir pozitif yükü hareket ettirirken dış kuvvetlerin yaptığı işe göre belirlenir. Potansiyel fark gibi elektromotor kuvvet de ölçülür. Volt (V).

Tek bir pozitif yük kapalı bir doğru akım devresi boyunca hareket ettiğinde, dış kuvvetlerin yaptığı iş bu devreye etki eden emk'nin toplamına eşittir ve elektrostatik alanın yaptığı iş sıfırdır.

Bir DC devresi ayrı bölümlere ayrılabilir. Hiçbir dış kuvvetin etki etmediği alanlara (yani mevcut kaynakları içermeyen alanlara) denir. homojen . Akım kaynaklarının bulunduğu alanlara denir heterojen .

Tek bir pozitif yük devrenin belirli bir bölümü boyunca hareket ettiğinde, hem elektrostatik (Coulomb) hem de dış kuvvetler tarafından iş gerçekleştirilir. Elektrostatik kuvvetlerin işi, homojen olmayan bölümün başlangıç ​​(1) ve son (2) noktaları arasındaki \(\Delta \phi_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)\) potansiyel farkına eşittir. . Dış kuvvetlerin işi, tanımı gereği, belirli bir alanda etki eden elektromotor kuvvete \(\mathcal(E)\) eşittir. Bu yüzden tam zamanlı iş eşittir

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

Boyut sen genellikle 12 denir Gerilim zincir bölümü 1-2'de. Homojen bir alan olması durumunda voltaj potansiyel farka eşittir:

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

Alman fizikçi G. Ohm, 1826'da deneysel olarak homojen bir metal iletkenden (yani hiçbir dış kuvvetin etki etmediği bir iletken) geçen akım kuvvetinin \(I\) uçlardaki voltajla \(U\) orantılı olduğunu tespit etti. iletkenin:

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

burada \(R\) = sabit.

Boyut R genellikle denir elektrik direnci . Elektrik direncine sahip iletkene denir direnç . Bu oran ifade eder Ohm kanunu zincirin homojen bölümü: Bir iletkendeki akım, uygulanan voltajla doğru orantılı, iletkenin direnciyle ise ters orantılıdır.

İletkenlerin elektriksel direncinin SI birimi Ohm (Ohm). 1 ohm'luk bir direnç, devrenin 1 V'luk bir voltajda 1 A'lık bir akımın meydana geldiği bir bölümüne sahiptir.

Ohm kanununa uyan iletkenlere denir doğrusal . Akımın \(I\) gerilime \(U\) grafiksel bağımlılığı (bu tür grafiklere volt-amper özellikleri (CVC olarak kısaltılır) koordinatların orijininden geçen düz bir çizgi ile gösterilir. Ohm kanununa uymayan birçok malzeme ve cihazın bulunduğunu belirtmek gerekir; yarı iletken diyot veya gaz deşarj lambası. Akımları olan metal iletkenler bile yeterli büyük güç Ohm'un doğrusal yasasından bir sapma vardır, çünkü elektrik direnci metal iletkenler sıcaklıkla artar.

Bir devrenin emk içeren bir bölümü için Ohm yasası aşağıdaki biçimde yazılır:

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

Bu oran genellikle denir genelleştirilmiş Ohm yasası veya Devrenin düzgün olmayan bir bölümü için Ohm yasası.

İncirde. 1.8.2 kapalı bir DC devresini göstermektedir. Zincir bölümü ( CD) homojendir.

Ohm kanununa göre

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

Komplo ( ab) emf değeri \(\mathcal(E)\)'ye eşit olan bir akım kaynağı içerir.

Heterojen bir alan için Ohm yasasına göre,

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

Her iki eşitliği de topladığımızda şunu elde ederiz:

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

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

$$\renk(mavi)(I=\frac(\mathcal(E))(R + r))$$

Bu formül ifade eder Tam bir devre için Ohm kanunu : tüm devredeki akım gücü, kaynağın elektromotor kuvvetinin devrenin homojen ve homojen olmayan bölümlerinin dirençlerinin toplamına bölünmesine eşittir (kaynağın iç direnci).

Rezistans RŞekil 2'deki heterojen alan 1.8.2 şu şekilde düşünülebilir akım kaynağının iç direnci . Bu durumda alan ( ab) incirde. 1.8.2 kaynağın iç kısmıdır. Eğer puan A Ve B Direnci kaynağın iç direncine (\(R\ \ll r\) kıyasla küçük olan bir iletkenle kısa devre yapılırsa devre akacaktır. akım kısa devre

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

Kısa devre akımı - maksimum güç elde edilebilecek akım bu kaynak elektromotor kuvveti \(\mathcal(E)\) ve iç direnci \(r\) ile. Düşük iç dirençli kaynaklar için kısa devre akımı çok büyük olabilir ve elektrik devresinin veya kaynağın tahrip olmasına neden olabilir. Örneğin, kurşun asit piller otomobillerde kullanıldığında kısa devre akımı birkaç yüz amper olabilir. Trafo merkezlerinden (binlerce amper) beslenen aydınlatma ağlarındaki kısa devreler özellikle tehlikelidir. Bu kadar büyük akımların yıkıcı etkilerinden kaçınmak için devreye sigortalar veya özel devre kesiciler dahil edilir.

Bazı durumlarda kısa devre akımının tehlikeli değerlerini önlemek için kaynağa bir miktar harici direnç seri bağlanır. Daha sonra direniş R kaynağın iç direncinin ve dış direncin toplamına eşittir ve kısa devre sırasında akımın gücü aşırı büyük olmayacaktır.

Harici devre açıksa, o zaman \(\Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab) = \mathcal(E)\), yani açık bir pilin kutuplarındaki potansiyel fark, buna eşittir. emf.

Harici yük direnci ise R açık ve pilden akım akıyor BEN kutuplarındaki potansiyel fark eşit olur

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

İncirde. 1.8.3 bir doğru akım kaynağının şematik gösterimini göstermektedir. EMF eşit\(\mathcal(E)\) ve iç direnç Rüç modda: “rölantide”, yükte çalışma ve kısa devre modu (kısa devre). Pilin içindeki elektrik alanının gücü \(\overrightarrow(E)\) ve pozitif yüklere etki eden kuvvetler gösterilir:\(\overrightarrow(F)_(e)\) - Elektrik gücü ve \(\overrightarrow(F)_(st)\) - üçüncü taraf kuvveti. Kısa devre modunda pilin içindeki elektrik alanı kaybolur.

DC elektrik devrelerindeki voltajları ve akımları ölçmek için özel aletler kullanılır - voltmetreler Ve ampermetreler.

Voltmetre terminallerine uygulanan potansiyel farkını ölçmek için tasarlanmıştır. O bağlanır paralel devrenin potansiyel farkının ölçüldüğü bölümü. Herhangi bir voltmetrenin bir miktar iç direnci \(R_(V)\) vardır. Voltmetrenin, ölçülen devreye bağlandığında akımların gözle görülür bir şekilde yeniden dağılımını sağlamaması için, iç direncinin, bağlı olduğu devre bölümünün direnciyle karşılaştırıldığında büyük olması gerekir. Şekil 2'de gösterilen devre için. 1.8.4'te bu koşul şu şekilde yazılmıştır:

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

Bu durum, voltmetreden akan \(I_(V) = \Delta \phi_(cd) / R_(V)\) akımının \(I = \Delta \phi_(cd) / R_ akımından çok daha az olduğu anlamına gelir. (1 )\), devrenin test edilen bölümünden akar.

Voltmetrenin içine etki eden herhangi bir dış kuvvet olmadığından, terminallerindeki potansiyel fark tanım gereği voltajla örtüşür. Bu nedenle voltmetrenin voltajı ölçtüğünü söyleyebiliriz.

Ampermetre Bir devredeki akımı ölçmek için tasarlanmıştır. Ampermetre, elektrik devresinin açık devresine seri olarak bağlanır, böylece ölçülen akımın tamamı içinden geçer. Ampermetrenin ayrıca bir miktar iç direnci vardır (R_(A)\). Bir voltmetreden farklı olarak ampermetrenin iç direnci, tüm devrenin toplam direnciyle karşılaştırıldığında oldukça küçük olmalıdır. Şekil 2'deki devre için 1.8.4 Ampermetrenin direnci koşulu sağlamalıdır

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

böylece ampermetre açıldığında devredeki akım değişmez.

Ölçüm cihazları - voltmetreler ve ampermetreler - iki türde gelir: işaretçi (analog) ve dijital. Dijital elektrik sayaçları karmaşıktır elektronik aletler. Tipik olarak dijital cihazlar daha yüksek ölçüm doğruluğu sağlar.

Elektrik akımı, yüklü parçacıkların bir iletken boyunca belirli bir yönde yönlendirilmiş hareketidir.

İletken akımı

Bir iletkende akımın oluşabilmesi için, bir ortamda serbest elektrik yüklerinin bulunması gerekir. Bu yükler belirli bir F kuvveti tarafından hareket etmeye zorlanır, değere eşit yük q çarpı alan gücü E.

Pozitif yüklerin hareket yönü akımın yönü olarak alınır.

Bu alanda bulunan bir iletkenin herhangi iki noktası arasındaki potansiyel farkı sıfır değilse, bir elektrik alanı vardır.

Ancak böyle bir alanda elektrik yüklerinin yönlendirilmiş hareketi iletkenin uçlarındaki potansiyellerin aynı olmasına yol açacaktır. Yüklerin hareketi duracak. Sonuç olarak elektrik alanı da ortadan kalkacaktır. Bir elektrik alanının varlığını sürdürmek için akım kaynağı adı verilen bir cihaza ihtiyaç vardır. Akım kaynağı piller, akümülatörler, elektrik jeneratörleri, güneş panelleri olabilir.

Doğru ve alternatif akım

DC

Sabit akım, yönü ve büyüklüğü zamanla değişmeyen bir akımdır. Doğru akımın zaman eksenine göre grafiği düz bir çizgidir.

Bir iletkende doğru akımın oluşturulduğu elektrik alanına sabit denir.

En basit DC kaynağı kimyasal element(pil veya galvanic hücre). Böyle bir kaynakta akımın yönü kendiliğinden değişemez.

Alternatif akım

Değişken akım, doğru akımdan farklı olarak büyüklüğü ve yönü zamanla belirli bir düzene göre değişen bir akımdır. Üstelik bu değişiklikler belli süreler sonra tekrarlanıyor.

Alternatif akımın grafiğini çizersek sinüzoid şeklinde olduğunu görürüz.

Tam bir akım değişimi döngüsünün meydana geldiği zaman periyoduna denir dönem. 1 saniyede tamamlanan periyotların sayısına denir AC frekansı. Maksimum değer sırasındaki akım tam dönem isminde genlik akım değeri. Zaman içinde seçilen herhangi bir andaki mevcut değere denir anlık akım değeri.

Alternatif akımın kaynakları alternatif akım jeneratörleridir.

Aydınlatma ve endüstriyel amaçlar için, motorlarla çalıştırılan güçlü jeneratörler tarafından alternatif akım üretilir. içten yanma, buhar veya su türbinleri.

Mevcut güç

Mevcut güç miktarı adlandırın yüke eşit birim zamanda iletkenin kesitinden akan.

İÇİNDE uluslararası sistem birim (SI) akım amper cinsinden ölçülür.

Devrenin bir bölümü için, Ampere yasasına göre akım gücü, devrenin bölümüne uygulanan U voltajıyla doğru orantılıdır ve bu bölüm R'nin iletkeninin direnciyle ters orantılıdır.

Bu formül doğru akım için geçerlidir.

Akım gücü özel bir cihaz - bir ampermetre kullanılarak ölçülür.

alternatif akım voltajı Harmonik kanuna göre değişiklikler

U = U m çünkü ωt

Alternatif bir elektrik alanının etkisi altında bir iletkende alternatif bir elektrik akımı ortaya çıkar. Alternatif akım salınımlarının frekansı ve fazı, voltaj salınımlarının frekansı ve fazıyla örtüşür.

Alternatif akımın anlık değeri formülle ifade edilir

ben = ben m çünkü ωt

Nerede Ben– anlık akım değeri

Ben- akım gücünün genlik değeri

ω - açısal frekans

ω = 2πf

F– AC frekansı

Akımın genlik değeri eşittir ben m = U m /R

Alternatif akımın etkin değeri, alternatif akım devresindeki bir iletkendeki ortalama gücün, doğru akım devresindeki aynı iletkendeki güce eşit olduğu değerdir.

ben D = 1,44 benm

Hemen hemen tüm elektrikli ekipmanlar endüstriyel Girişimcilik, Aletler AC şebekesinden güç alırlar.

§ 8'de bir lamba ve iki spiral (direnç) ile yapılan bir deneye baktık. Akımı değiştirmekle iletkenden geçen elektronların akışındaki bir değişikliği kastettiğimizi belirtmiştik. Bahsedilen bu ifade katı metal iletkenler. Sıvı metallerde (örneğin cıva), erimiş veya çözünmüş maddelerde (örneğin tuzlarda, asitlerde ve alkalilerde) ve gazlarda akım, elektronlar ve iyonlar tarafından oluşturulur (bkz. § 8). Onların hepsi elektrik yükünün taşıyıcıları.
Bu nedenle, akım gücünden belirli bir süre boyunca bir iletkenden geçen çeşitli yüklü parçacıkların (elektronlar ve/veya iyonlar) sayısını değil, fakat Bir iletkenin birim zamanda aktardığı toplam yük. Formül formunda şöyle görünür:

Bu yüzden, mevcut güç - birim zamanda bir iletkenden geçen yükü gösteren fiziksel miktar.

Akım gücünü ölçmek için bir cihaz kullanılır ampermetre. Akımın ölçülmesi gereken devre bölümüne seri olarak bağlanır. Akım birimi - 1 amper(1 A). İletkenlerin akımla etkileşim kuvveti (çekme veya itme) ölçülerek kurulur. Açıklama için bu konunun en başında yayınlanan folyo şeritli resme bakın.
1 amper iki paralel düz iletkenden geçerken oluşan akım olarak alınır. sonsuz uzunluk ve vakumda birbirinden 1 m uzaklıkta bulunan küçük çap, 1 m uzunluğunda bir iletkenin kesiti üzerinde 0,0000002 N'ye eşit bir etkileşim kuvvetine neden olur.
Tanışalim akım dağıtım yasaları farklı iletken bağlantılarına sahip devrelerde. “A”, “b”, “c” şemalarında lamba ve reosta bağlanmıştır sırayla.“D”, “e”, “f” şemalarında lambalar bağlanır paralel. Bir ampermetre alıp kırmızı noktalarla işaretlenen yerlerdeki akımı ölçelim.
Öncelikle reostat ile lamba arasındaki ampermetreyi (“a” devresi) açıyoruz, akım gücünü ölçüyoruz ve sembolüyle gösteriyoruz BENgenel olarak. Daha sonra ampermetreyi reostatın soluna yerleştiriyoruz (“b” şeması). Mevcut gücü sembolüyle belirterek ölçelim BEN1 . Daha sonra ampermetreyi lambanın soluna yerleştiririz, mevcut gücü belirtiriz BEN2 (şema “c”).


seri iletken bağlantılı devrenin tüm bölümlerinde akım gücü aynıdır:

Şimdi devrenin çeşitli bölümlerindeki akım gücünü ölçelim. paralel bağlantı iki lamba. "d" diyagramında ampermetre toplam akımı ölçer; “d” ve “e” diyagramlarında - üst ve alt lambalardan geçen akımların gücü.


Çoklu Boyutlar göstermektedir iletkenlerin paralel bağlanmasıyla devrenin dallanmamış kısmındaki akım gücü ( genel güç akım) bu devrenin tüm dallarındaki akımların toplamına eşittir.