Хүчдэл, гүйдэл, эсэргүүцэл ба Омын хууль: 5 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:05

Энэхүү гарын авлагад хамрагдсан болно

Цахилгаан цэнэг нь хүчдэл, гүйдэл, эсэргүүцэлтэй хэрхэн холбогддог.

Хүчдэл, гүйдэл, эсэргүүцэл гэж юу вэ.

Ом -ийн хууль гэж юу вэ, үүнийг хэрхэн ашиглах талаар цахилгааныг ойлгох.

Эдгээр ойлголтыг харуулах энгийн туршилт.

Алхам 1: Цахилгаан цэнэг

Цахилгаан цэнэг нь цахилгаан соронзон орон дээр байрлуулахдаа хүчийг мэдрэхэд хүргэдэг бодисын физик шинж чанар юм. Цахилгаан цэнэгийн хоёр төрөл байдаг: эерэг ба сөрөг (ихэвчлэн протон ба электроноор дамжуулдаг). Төлбөрийг няцаах, татахаас ялгаатай. Цэвэр цэнэг байхгүй бол төвийг сахисан гэж нэрлэдэг. Хэрэв объект хэт их электронтой бол сөрөг цэнэгтэй, өөрөөр эерэг цэнэгтэй эсвэл цэнэглэгдээгүй болно. SI -ээс гаралтай цахилгаан цэнэгийн нэгж нь кулон (C) юм. Цахилгаан инженерчлэлийн хувьд ампер цагийг ашиглах нь элбэг байдаг (Ah); химийн хичээлийн хувьд энгийн цэнэг (e) -ийг нэгж болгон ашиглах нь түгээмэл байдаг. Q тэмдэг нь ихэвчлэн цэнэгийг илэрхийлдэг. Цэнэглэгдсэн бодисууд хэрхэн харилцан үйлчлэлцдэг тухай эртний мэдлэгийг сонгодог электродинамик гэж нэрлэдэг бөгөөд квант эффектийг тооцох шаардлагагүй асуудлын хувьд үнэн зөв хэвээр байна.

Цахилгаан цэнэг нь зарим дэд атомын бөөмсийн хадгалагдан үлдэх үндсэн шинж чанар бөгөөд тэдгээрийн цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийг тодорхойлдог. Цахилгаан цэнэгтэй бодис нь цахилгаан соронзон орны нөлөөнд автдаг. Хөдөлж буй цэнэг ба цахилгаан соронзон орны харилцан үйлчлэл нь дөрвөн үндсэн хүчний нэг болох цахилгаан соронзон хүчний эх үүсвэр юм (Мөн үзнэ үү: соронзон орон).

20-р зууны туршилтууд нь цахилгаан цэнэгийг тоон хэлбэрээр хэмждэг болохыг харуулсан; өөрөөр хэлбэл энэ нь 1.602 × 10−19 кулонтой ойролцоогоор тэнцүү, энгийн цэнэг гэж нэрлэгддэг бие даасан жижиг нэгжүүдийн бүхэл тоогоор ирдэг (1/3e -ийн бүхэл тооны үржвэр бүхий цэнэгтэй кварк гэж нэрлэгддэг хэсгүүдээс бусад). Протон нь +e цэнэгтэй, электрон нь −e цэнэгтэй. Цэнэглэгдсэн тоосонцорыг судлах, тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийг фотоноор хэрхэн зохицуулахыг квант электродинамик гэж нэрлэдэг.

Алхам 2: Хүчдэл:

Хүчдэл, цахилгаан потенциалын ялгаа, цахилгаан даралт эсвэл цахилгаан хурцадмал байдал (∆V эсвэл ∆U гэж албан ёсоор тэмдэглэсэн боловч ихэвчлэн V эсвэл U гэж хялбаршуулсан байдаг, жишээлбэл, Ом эсвэл Кирхгофын хэлхээний хуулийн хүрээнд) хоёрын хоорондох цахилгаан потенциал энергийн ялгаа юм. нэгж цахилгаан цэнэгийн оноо. Хоёр цэгийн хоорондох хүчдэл нь туршилтын цэнэгийг хоёр цэгийн хооронд шилжүүлэх статик цахилгаан талбайн эсрэг цэнэгийн нэгжийн хийсэн ажилтай тэнцүү байна. Үүнийг вольтын нэгжээр хэмждэг (кулон тутамд joule).

Хүчдэл нь статик цахилгаан орон, соронзон орны цахилгаан гүйдэл, цаг хугацааны соронзон орон эсвэл эдгээр гурвын хослолоос үүдэлтэй байж болно. [1] [2] Системийн хоёр цэгийн хоорондох хүчдэл (эсвэл боломжит зөрүү) -ийг хэмжихийн тулд вольтметр ашиглаж болно; Ихэнхдээ системийн үндэс гэх мэт нийтлэг лавлах потенциалыг цэгүүдийн нэг болгон ашигладаг. Хүчдэл нь энергийн эх үүсвэр (цахилгаан хөдөлгөгч хүч) эсвэл алдагдсан, ашигласан эсвэл хадгалагдсан энергийг (боломжит уналт) илэрхийлж болно.

Хүчдэл, гүйдэл, эсэргүүцлийг тодорхойлохдоо нийтлэг зүйрлэл бол усны сав юм. Энэ зүйрлэлд цэнэгийг усны хэмжээгээр, хүчдэлийг усны даралтаар, гүйдлийг усны урсгалаар илэрхийлнэ. Тиймээс энэ зүйрлэлийг санаарай:

Ус = Цэнэглэх

Даралт = Хүчдэл

Урсгал = Одоогийн

Газрын гадаргаас тодорхой өндөрт байрлах усны савыг авч үзье. Энэ савны ёроолд хоолой байна.

Тиймээс өндөр эсэргүүцэлтэй танканд гүйдэл бага байна.

Алхам 3: Цахилгаан:

Цахилгаан гэдэг нь цахилгаан цэнэгийн оршихуй ба урсгал юм. Түүний хамгийн алдартай хэлбэр бол зэс утас гэх мэт дамжуулагчуудаар дамждаг электронуудын урсгал юм.

Цахилгаан гэдэг нь байгалиас (аянгын адил) тохиолддог, эсвэл үйлдвэрлэдэг (генераторын нэгэн адил) эерэг ба сөрөг хэлбэрээр ирдэг энергийн нэг хэлбэр юм. Энэ бол машин, цахилгаан хэрэгслийг ажиллуулахад ашигладаг энергийн нэг хэлбэр юм. Цэнэг хөдлөхгүй бол цахилгаан эрчим хүчийг статик цахилгаан гэж нэрлэдэг. Цэнэгүүд хөдөлж байх үед тэдгээрийг цахилгаан гүйдэл, заримдаа "динамик цахилгаан" гэж нэрлэдэг. Аянга бол байгальд хамгийн алдартай бөгөөд аюултай цахилгаан төрөл боловч заримдаа статик цахилгаан нь аливаа зүйлийг хооронд нь наалдуулдаг.

Ус нь дамжуулагчийн нэг хэлбэр тул цахилгаан эрчим хүч, ялангуяа усны эргэн тойронд аюултай байж болно. XIX зуунаас хойш цахилгаан эрчим хүчийг бидний амьдралын бүх хэсэгт ашиглаж ирсэн. Тэр болтол энэ нь аянга цахилгаантай бороонд харагдсан сониуч зан төдий зүйл байв.

Хэрэв соронз төмөр утсанд ойрхон өнгөрвөл цахилгаан үүсгэж болно. Энэ бол генераторын ашигладаг арга юм. Хамгийн том генераторууд цахилгаан станцад байдаг. Химийн бодисыг саванд хоёр өөр төрлийн төмөр саваагаар нэгтгэснээр цахилгаан үйлдвэрлэх боломжтой. Энэ бол батерейнд ашигладаг арга юм. Статик цахилгаан нь хоёр материалын үрэлтийн үр дүнд бий болдог. Жишээлбэл, ноосон малгай, хуванцар захирагч. Тэднийг хооронд нь үрэх нь оч үүсгэж болзошгүй. Цахилгаан эрчим хүчийг фотоэлектрик эсийн нэгэн адил нарны энергийг ашиглан үүсгэж болно.

Цахилгаан нь үйлдвэрлэсэн газраасаа утсаар дамжин айлуудад ирдэг. Үүнийг цахилгаан чийдэн, цахилгаан халаагуур гэх мэт ашигладаг. Угаалгын машин, цахилгаан агшаагч гэх мэт олон гэр ахуйн цахилгаан хэрэгсэл цахилгаан хэрэглэдэг. Үйлдвэрүүдэд цахилгаан эрчим хүчний машинууд байдаг. Манай гэр, үйлдвэрт цахилгаан, цахилгаан төхөөрөмжтэй харьцдаг хүмүүсийг "цахилгаанчин" гэж нэрлэдэг.

Одоо бид хоёр танктай, тус бүр нь доороос нь хоолойтой хоолойтой ирдэг гэж хэлье. Танк бүр яг ижил хэмжээний устай байдаг боловч нэг савны хоолой нөгөө хоолойноос нарийн байдаг.

Бид аль ч хоолойны төгсгөлд ижил хэмжээний даралтыг хэмждэг боловч ус урсаж эхлэхэд илүү нарийн хоолойтой сав дахь усны урсгалын хурд нь савны усны урсгалын хурднаас бага байх болно. илүү өргөн хоолой. Цахилгааны хувьд нарийн хоолойгоор дамжих гүйдэл нь өргөн хоолойгоор дамжих гүйдэлээс бага байна. Хэрэв бид хоёр хоолойгоор дамжих урсгалыг ижил байлгахыг хүсч байвал бид нарийхан хоолойтой сав дахь усны хэмжээг (цэнэг) нэмэгдүүлэх ёстой.

Алхам 4: Цахилгаан эсэргүүцэл ба цахилгаан дамжуулах чанар

Гидравлик аналогид утсаар (эсвэл резистороор) урсаж буй гүйдэл нь хоолойгоор урсах ус шиг, утсан дээрх хүчдэлийн уналт нь хоолойгоор дамжин усыг түлхэж буй даралтын уналттай адил юм. Цахилгаан дамжуулалт нь тухайн даралтын хувьд хичнээн их урсгал гарахтай пропорциональ бөгөөд эсэргүүцэл нь тухайн урсгалд хүрэхийн тулд хичнээн их даралт шаардагдахтай пропорциональ байна. (Дамжуулах чанар ба эсэргүүцэл нь харилцан хамааралтай байдаг.)

Хүчдэлийн уналт (өөрөөр хэлбэл резисторын нэг талын хүчдэл ба нөгөө талын хүчдэлийн зөрүү) нь хүчдэл биш харин эсэргүүцэгчээр гүйдэл дамжуулах хүчийг өгдөг. Гидравликийн хувьд үүнтэй төстэй: хоолойн хоёр талын даралтын зөрүү нь даралтыг өөрөө тодорхойлдоггүй бөгөөд энэ нь дамжин өнгөрөх урсгалыг тодорхойлдог. Жишээлбэл, хоолойн дээр усыг доош нь түлхэхийг оролдож буй хоолойн дээр том усны даралт байж болно. Гэхдээ хоолойн доор усыг буцааж түлхэхийг оролддог хоолойн доор усны даралт их байж магадгүй юм. Хэрэв эдгээр даралт тэнцүү байвал ус урсахгүй. (Баруун талын зураг дээр хоолойн доорх усны даралт тэг байна.)

Утас, эсэргүүцэл эсвэл бусад элементийн эсэргүүцэл ба дамжуулалтыг ихэвчлэн хоёр шинж чанараар тодорхойлдог.

• геометр (хэлбэр), ба
• материал

Өргөн, богино хоолойноос урт нарийн хоолойгоор ус шахах нь илүү хэцүү байдаг тул геометр нь чухал ач холбогдолтой юм. Үүнтэй адил урт, нимгэн зэс утас нь зузаан, зузаан зэс утаснаас өндөр эсэргүүцэлтэй (бага дамжуулалттай) байдаг.

Материал нь бас чухал юм. Үсээр дүүргэсэн хоолой нь ижил хэлбэр, хэмжээтэй цэвэр хоолойноос илүү усны урсгалыг хязгаарладаг. Үүний нэгэн адил электронууд зэс утсаар чөлөөтэй, амархан урсдаг боловч ижил хэлбэр, хэмжээтэй ган утсаар амархан дамждаггүй, мөн хэлбэрээс үл хамааран резин шиг тусгаарлагчаар огт урсдаггүй. Зэс, ган, резин хоёрын ялгаа нь тэдгээрийн микроскоп бүтэц, электрон тохиргоотой холбоотой бөгөөд эсэргүүцэл гэж нэрлэгддэг шинж чанараар хэмжигддэг.

Геометр, материалаас гадна эсэргүүцэл ба дамжуулалтад нөлөөлдөг өөр өөр хүчин зүйлүүд байдаг.

Нарийн хоолойгоор бид ижил даралтаар илүү өргөн хоолойноос илүү их эзлэхүүнийг багтааж чадахгүй байгаа нь ойлгомжтой юм. Энэ бол эсэргүүцэл. Нарийхан хоолой нь ус нь илүү өргөн хоолойтой савтай ижил даралттай байдаг ч гэсэн дамжин өнгөрөх усны урсгалыг "эсэргүүцдэг".

Цахилгаан хэллэгээр үүнийг ижил хүчдэлтэй, өөр эсэргүүцэлтэй хоёр хэлхээгээр дүрсэлдэг. Илүү их эсэргүүцэлтэй хэлхээ нь бага цэнэг урсах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь илүү эсэргүүцэлтэй хэлхээгээр дамжих гүйдэл багатай гэсэн үг юм.

Алхам 5: Омын хууль:

Ом -ийн хуульд хоёр цэгийн хоорондох дамжуулагчаар дамжих гүйдэл нь хоёр цэг дээрх хүчдэлтэй шууд пропорциональ байна гэж заасан байдаг. Пропорциональ байдлын тогтмол, эсэргүүцлийг танилцуулж, энэ харилцааг дүрсэлсэн ердийн математикийн тэгшитгэлд хүрэв.

энд би дамжуулагчаар дамжих гүйдэл нь ампер нэгжээр, V нь вольтын нэгжээр дамжуулагчаар хэмжигдэх хүчдэл, R нь омын нэгжээр дамжуулагчийн эсэргүүцэл юм. Бүр тодруулбал, Ом -ийн хуулинд R нь энэ харьцаа нь урсгалаас хамааралгүй, тогтмол байна гэж заасан байдаг.

Энэхүү хуулийг 1827 онд хэвлэгдсэн трактатад янз бүрийн урттай утас агуулсан энгийн цахилгаан хэлхээгээр дамжуулан хүчдэл ба гүйдлийн хэмжилтийг тайлбарласан Германы физикч Георг Омын нэрээр нэрлэжээ. Ом өөрийн туршилтын үр дүнг дээрх орчин үеийн хэлбэрээс арай илүү төвөгтэй тэгшитгэлээр тайлбарласан (Түүхийг үзнэ үү).

Физикийн хувьд Ом -ийн хууль гэсэн нэр томъёог анх Ом -оос боловсруулсан хуулийн янз бүрийн ерөнхий ойлголтод бас ашигладаг.