Օհմի օրենքը էլեկտրական սխեմաների հիմնական օրենքն է: Միևնույն ժամանակ դա մեզ թույլ է տալիս բացատրել բնական բազմաթիվ երևույթներ։ Օրինակ, կարելի է հասկանալ, թե ինչու էլեկտրականությունը «չի ծեծում» լարերին նստած թռչուններին։ Ֆիզիկայի համար Օհմի օրենքը չափազանց կարևոր է։ Առանց նրա իմացության անհնար կլիներ ստեղծել կայուն էլեկտրական սխեմաներ կամ ընդհանրապես չէր լինի էլեկտրոնիկա։
Կախվածություն I=I(U) և դրա արժեքը
Նյութերի դիմադրության հայտնաբերման պատմությունն ուղղակիորեն կապված է ընթացիկ-լարման բնութագրիչի հետ։ Ինչ է դա? Վերցնենք հաստատուն էլեկտրական հոսանք ունեցող շղթան և դիտարկենք դրա ցանկացած տարր՝ լամպ, գազատար, մետաղական հաղորդիչ, էլեկտրոլիտային կոլբ և այլն։
Փոխելով U (հաճախ կոչվում է V) լարումը, որը մատակարարվում է տվյալ տարրին, մենք կհետևենք դրա միջով անցնող հոսանքի (I) ուժգնության փոփոխությանը: Արդյունքում մենք կստանանք կախվածություն I \u003d I (U) ձևից, որը կոչվում է «տարրի լարման բնութագրիչ» և դրա ուղղակի ցուցիչն է։էլեկտրական հատկություններ։
V/A բնութագիրը կարող է տարբեր տեսք ունենալ տարբեր տարրերի համար: Նրա ամենապարզ ձևը ստացվում է՝ դիտարկելով մետաղական հաղորդիչը, որն արել է Գեորգ Օհմը (1789 - 1854):
Վոլտ-ամպերի բնութագիրը գծային հարաբերություն է: Հետևաբար, դրա գրաֆիկը ուղիղ գիծ է։
Օրենքն իր ամենապարզ ձևով
Օհմի հետազոտությունը հաղորդիչների հոսանք-լարման բնութագրերի վերաբերյալ ցույց է տվել, որ մետաղական հաղորդիչի ներսում հոսանքի ուժը համամասնական է նրա ծայրերի պոտենցիալ տարբերությանը (I ~ U) և հակադարձ համեմատական որոշակի գործակցի, այսինքն՝ I. ~ 1/R. Այս գործակիցը հայտնի դարձավ որպես «հաղորդիչ դիմադրություն», իսկ էլեկտրական դիմադրության չափման միավորը Օհմ կամ V/A էր։
Նշել ևս մեկ բան. Օհմի օրենքը հաճախ օգտագործվում է սխեմաներում դիմադրությունը հաշվարկելու համար:
Օրենքի ձևակերպում
Օհմի օրենքը ասում է, որ շղթայի մեկ հատվածի ընթացիկ ուժը (I) համամասնական է այս հատվածի լարմանը և հակադարձ համեմատական է նրա դիմադրությանը:
Հարկ է նշել, որ այս ձևով օրենքը գործում է միայն շղթայի միատարր հատվածի համար։ Միատարրը էլեկտրական շղթայի այն մասն է, որը չի պարունակում հոսանքի աղբյուր: Ինչպես օգտագործել Օհմի օրենքը անհամասեռ շղթայում, կքննարկվի ստորև:
Հետագայում փորձնականորեն հաստատվեց, որ օրենքը շարունակում է ուժի մեջ մնալ լուծումների համարէլեկտրոլիտներ էլեկտրական միացումում։
Դիմադրության ֆիզիկական իմաստը
Դիմադրությունը նյութերի, նյութերի կամ կրիչների հատկություն է՝ կանխելու էլեկտրական հոսանքի անցումը: Քանակականորեն 1 օմ դիմադրությունը նշանակում է, որ ծայրերում 1 Վ լարում ունեցող հաղորդիչում կարող է անցնել 1 Ա էլեկտրական հոսանք։
Էլեկտրական դիմադրողականություն
Փորձնական կերպով պարզվել է, որ հաղորդիչի էլեկտրական հոսանքի դիմադրությունը կախված է նրա չափերից՝ երկարություն, լայնություն, բարձրություն։ Եվ նաև դրա ձևի (գնդիկ, գլան) և նյութի վրա, որից այն պատրաստված է: Այսպիսով, միատարր գլանաձև հաղորդիչի դիմադրողականության բանաձևը կլինի՝ R \u003d pl / S.
Եթե այս բանաձևում դնենք s=1 m2 և l=1 մ, ապա R-ն թվայինորեն հավասար կլինի p-ին: Այստեղից հաղորդվում է SI-ում հաղորդիչի դիմադրողականության գործակցի չափման միավորը՝ սա Ohmm է։
Դիմադրողականության բանաձևում p-ն դիմադրության գործակիցն է, որը որոշվում է նյութի քիմիական հատկություններով, որից պատրաստված է հաղորդիչը:
Օհմի օրենքի դիֆերենցիալ ձևը դիտարկելու համար մենք պետք է դիտարկենք ևս մի քանի հասկացություններ:
Ընթացիկ խտություն
Ինչպես գիտեք, էլեկտրական հոսանքը ցանկացած լիցքավորված մասնիկի խիստ կարգավորված շարժում է: Օրինակ՝ մետաղներում հոսանքի կրիչներն են էլեկտրոնները, իսկ հաղորդող գազերում՝ իոնները։
Վերցրեք չնչին դեպքը, երբ բոլոր ընթացիկ օպերատորներըմիատարր - մետաղական հաղորդիչ: Եկեք մտովի առանձնացնենք այս հաղորդիչում անսահման փոքր ծավալը և u-ով նշանակենք էլեկտրոնների միջին (դրեյֆ, կարգավորված) արագությունը տվյալ ծավալում։ Ավելին, թող n-ը նշանակի ընթացիկ կրիչների կոնցենտրացիան միավորի ծավալի վրա:
Հիմա գծենք u վեկտորին ուղղահայաց dS տարածք և արագության երկայնքով կառուցենք udt բարձրությամբ անվերջ փոքր գլան, որտեղ dt-ը նշանակում է այն ժամանակը, որի ընթացքում կանցնեն դիտարկվող ծավալում պարունակվող բոլոր ընթացիկ արագության կրիչները: dS տարածքով:
Այս դեպքում q=neudSdt հավասար լիցքը էլեկտրոնների միջոցով կտեղափոխվի այն տարածքով, որտեղ e-ն էլեկտրոնային լիցքն է: Այսպիսով, էլեկտրական հոսանքի խտությունը վեկտոր է j=neu, որը նշանակում է միավորի տարածքով փոխանցվող լիցքի քանակը:
Օհմի օրենքի դիֆերենցիալ սահմանման առավելություններից մեկն այն է, որ դուք հաճախ կարող եք հաղթահարել առանց դիմադրությունը հաշվարկելու:
Էլեկտրական լիցքավորում. Էլեկտրական դաշտի ուժ
Դաշտի ուժը էլեկտրական լիցքի հետ մեկտեղ էլեկտրաէներգիայի տեսության հիմնարար պարամետր է: Միևնույն ժամանակ դրանց մասին քանակական պատկերացում կարելի է ստանալ դպրոցականներին հասանելի պարզ փորձերից։
Պարզության համար մենք կդիտարկենք էլեկտրաստատիկ դաշտը: Սա էլեկտրական դաշտ է, որը ժամանակի հետ չի փոխվում։ Նման դաշտ կարելի է ստեղծել անշարժ էլեկտրական լիցքերով։
Նաև, մեր նպատակների համար անհրաժեշտ է թեստային վճար: Իր հզորությամբ մենք կօգտագործենք լիցքավորված մարմին՝ այնքան փոքր, որ ի վիճակի չէ առաջացնելցանկացած շեղումներ (լիցքերի վերաբաշխում) շրջակա օբյեկտներում:
Եկեք հերթով դիտարկենք երկու փորձնական լիցքեր, որոնք հաջորդաբար տեղադրված են տիեզերքի մեկ կետում, որը գտնվում է էլեկտրաստատիկ դաշտի ազդեցության տակ: Պարզվում է, որ մեղադրանքը նրա կողմից ենթարկվելու է ժամանակային անփոփոխ ազդեցության։ Թող F1 և F2 լինեն մեղադրանքի վրա գործող ուժերը:
Փորձնական տվյալների ընդհանրացման արդյունքում պարզվել է, որ F1 և F2 ուժերն ուղղված են կամ մեկ կամ. հակառակ ուղղություններով, և նրանց հարաբերակցությունը F1/F2 անկախ է տարածության այն կետից, որտեղ փորձնական լիցքերը հերթով տեղադրվել են: Հետևաբար, F1/F2 հարաբերակցությունը բուն լիցքերի հատկանիշն է և կախված չէ դաշտից:
Այս փաստի բացահայտումը հնարավորություն տվեց բնութագրել մարմինների էլեկտրիզացումը և հետագայում կոչվեց էլեկտրական լիցք: Այսպիսով, ըստ սահմանման, ստացվում է q1/q2=F1/F 2 , որտեղ q1 և q2 - դաշտի մեկ կետում տեղադրված գանձումների քանակը, և F 1 և F2 - դաշտի կողմից լիցքերի վրա գործող ուժեր:
Նման նկատառումներից ելնելով փորձնականորեն հաստատվել են տարբեր մասնիկների լիցքերի մեծությունները։ Փորձնական լիցքերից մեկը պայմանականորեն հավասարեցնելով մեկին հարաբերակցությամբ՝ կարող եք հաշվարկել մյուս լիցքի արժեքը՝ չափելով F1/F2 հարաբերակցությունը:.
Ցանկացած էլեկտրական դաշտ կարելի է բնութագրել հայտնի լիցքի միջոցով: Այսպիսով, միավոր փորձնական լիցքի վրա ազդող ուժը հանգիստ վիճակում կոչվում է էլեկտրական դաշտի ուժ և նշվում է E-ով: Լիցքի սահմանումից մենք ստանում ենք, որ ուժի վեկտորն ունի հետևյալ ձևը. E=F/q:
Վեկտորների միացում j և E. Օհմի օրենքի մեկ այլ ձև
Համասեռ հաղորդիչում լիցքավորված մասնիկների կարգավորված շարժումը տեղի կունենա E վեկտորի ուղղությամբ: Սա նշանակում է, որ j և E վեկտորները կուղղորդվեն համատեղ: Ինչպես ընթացիկ խտությունը որոշելիս, մենք ընտրում ենք դիրիժորի մեջ անսահման փոքր գլանաձև ծավալ: Այնուհետև այս մխոցի խաչմերուկով կանցնի հոսանք, որը հավասար է jdS-ին, և մխոցի վրա կիրառվող լարումը հավասար կլինի Edl-ի: Հայտնի է նաև գլանների դիմադրողականության բանաձևը։
Այնուհետև, գրելով ընթացիկ ուժի բանաձևը երկու եղանակով, մենք ստանում ենք j=E/p, որտեղ 1/p արժեքը կոչվում է էլեկտրական հաղորդունակություն և էլեկտրական դիմադրողականության հակադարձությունն է: Այն սովորաբար նշվում է σ (սիգմա) կամ λ (լամբդա): Հաղորդունակության միավորը Sm/m է, որտեղ Sm-ը Siemens-ն է։ Օհմի հակադարձ միավոր:
Այսպիսով, մենք կարող ենք պատասխանել վերը նշված հարցին անհամասեռ շղթայի համար Օհմի օրենքի վերաբերյալ: Այս դեպքում հոսանքի կրիչների վրա կազդի էլեկտրաստատիկ դաշտի ուժը, որը բնութագրվում է E1 ինտենսիվությամբ, և նրանց վրա ազդող այլ ուժեր այլ հոսանքի աղբյուրից, որոնք կարող են լինել. նշանակված E 2: Այնուհետև կիրառվում էր Օհմի օրենքըշղթայի անհամասեռ հատվածը կունենա հետևյալ տեսքը՝ j=λ(E1 + E2).
Ավելին հաղորդունակության և դիմադրության մասին
Հաղորդավարի հոսանք վարելու ունակությունը բնութագրվում է նրա դիմադրողականությամբ, որը կարելի է գտնել դիմադրողականության բանաձևի կամ հաղորդունակության միջոցով, որը հաշվարկվում է որպես հաղորդունակության փոխադարձ: Այս պարամետրերի արժեքը որոշվում է ինչպես հաղորդիչ նյութի քիմիական հատկություններով, այնպես էլ արտաքին պայմաններով: Մասնավորապես՝ շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը։
Մետաղների մեծ մասի համար նորմալ ջերմաստիճանում դիմադրողականությունը համաչափ է դրան, այսինքն՝ p ~ T։ Այնուամենայնիվ, ցածր ջերմաստիճաններում շեղումներ են նկատվում։ Մեծ թվով մետաղների և համաձուլվածքների համար 0°K-ին մոտ ջերմաստիճանի դեպքում դիմադրության հաշվարկը ցույց է տվել զրոյական արժեքներ: Այս երեւույթը կոչվում է գերհաղորդականություն։ Օրինակ՝ սնդիկը, անագը, կապարը, ալյումինը և այլն:Յուրաքանչյուր մետաղ ունի իր կրիտիկական ջերմաստիճանը Tk, որի դեպքում դիտվում է գերհաղորդականության ֆենոմենը:
Նշեք նաև, որ գլանների դիմադրողականության սահմանումը կարող է ընդհանրացվել նույն նյութից պատրաստված լարերի վրա: Այս դեպքում դիմադրողականության բանաձևի խաչմերուկի մակերեսը հավասար կլինի մետաղալարի խաչմերուկին, իսկ l-ն՝ դրա երկարությանը:
