Ohm qanunu elektrik dövrələrinin əsas qanunudur. Eyni zamanda, bir çox təbiət hadisələrini izah etməyə imkan verir. Məsələn, elektrik cərəyanının naqillərdə oturan quşları niyə "döymədiyini" başa düşmək olar. Fizika üçün Ohm qanunu son dərəcə əhəmiyyətlidir. Onun biliyi olmadan sabit elektrik dövrələri yaratmaq qeyri-mümkün olardı və ya ümumiyyətlə elektronika olmazdı.
Asılılıq I=I(U) və onun dəyəri
Materialların müqavimətinin kəşf tarixi birbaşa cərəyan-gərginlik xarakteristikası ilə bağlıdır. Bu nədir? Sabit elektrik cərəyanı olan bir dövrə götürək və onun hər hansı elementini nəzərdən keçirək: lampa, qaz borusu, metal keçirici, elektrolit kolbası və s.
Sözügedən elementə verilən U (çox vaxt V kimi istinad edilir) gərginliyini dəyişdirərək, ondan keçən cərəyanın (I) gücünün dəyişməsini izləyəcəyik. Nəticədə, "elementin gərginlik xarakteristikası" adlanan və onun birbaşa göstəricisi olan I \u003d I (U) şəklində bir asılılıq əldə edəcəyik.elektrik xüsusiyyətləri.
V/A xarakteristikası müxtəlif elementlər üçün fərqli görünə bilər. Onun ən sadə forması Georg Ohm (1789 - 1854) tərəfindən hazırlanmış bir metal keçirici nəzərə alınmaqla əldə edilir.
Volt-amper xarakteristikası xətti əlaqədir. Buna görə də onun qrafiki düz xəttdir.
Qanun ən sadə formada
Ohm-un keçiricilərin cərəyan gərginliyi xüsusiyyətlərinə dair araşdırması göstərdi ki, metal keçiricinin daxilində cərəyan gücü onun uclarındakı potensial fərqlə (I ~ U) mütənasibdir və müəyyən bir əmsala tərs mütənasibdir, yəni I. ~ 1/R. Bu əmsal "keçirici müqavimət" kimi tanındı və elektrik müqavimətinin ölçü vahidi Ohm və ya V/A idi.
Bir şeyi qeyd etmək lazımdır. Sxemlərdə müqaviməti hesablamaq üçün çox vaxt Ohm qanunundan istifadə olunur.
Qanun ifadəsi
Ohm Qanunu deyir ki, dövrənin tək hissəsinin cərəyan gücü (I) bu bölmədəki gərginliklə mütənasibdir və onun müqaviməti ilə tərs mütənasibdir.
Qeyd etmək lazımdır ki, bu formada qanun yalnız zəncirin bircinsli hissəsi üçün doğru olaraq qalır. Homojen elektrik dövrəsinin cərəyan mənbəyi olmayan hissəsidir. Bircins olmayan dövrədə Ohm qanunundan necə istifadə ediləcəyi aşağıda müzakirə olunacaq.
Daha sonra qanunun həll yolları üçün qüvvədə olduğu eksperimental olaraq müəyyən edildielektrik dövrəsində elektrolitlər.
Müqavimətin fiziki mənası
Müqavimət materialların, maddələrin və ya mühitin elektrik cərəyanının keçməsinin qarşısını alan xüsusiyyətdir. Kəmiyyət baxımından 1 ohm müqavimət o deməkdir ki, uclarında gərginliyi 1 V olan keçiricidə 1 A elektrik cərəyanı keçə bilər.
Elektrik müqaviməti
Eksperimental olaraq müəyyən edilmişdir ki, keçiricinin elektrik cərəyanının müqaviməti onun ölçülərindən asılıdır: uzunluq, en, hündürlük. Həm də onun forması (kürə, silindr) və hazırlandığı material. Beləliklə, məsələn, homojen bir silindrik keçiricinin müqaviməti üçün düstur belə olacaq: R \u003d pl / S.
Bu düsturda s=1 m2 və l=1 m qoysaq, onda R ədədi olaraq p-yə bərabər olacaqdır. Buradan SI-də keçiricinin müqavimət əmsalı üçün ölçü vahidi hesablanır - bu Ohmm.
Müqavimət düsturunda p, keçiricinin hazırlandığı materialın kimyəvi xassələri ilə müəyyən edilən müqavimət əmsalıdır.
Ohm qanununun diferensial formasını nəzərdən keçirmək üçün daha bir neçə anlayışı nəzərdən keçirməliyik.
Cari sıxlıq
Bildiyiniz kimi, elektrik cərəyanı istənilən yüklü hissəciklərin ciddi şəkildə nizamlanmış hərəkətidir. Məsələn, metallarda cərəyan daşıyıcıları elektronlar, keçirici qazlarda isə ionlardır.
Bütün cari daşıyıcılar olduqda əhəmiyyətsiz hadisəni götürünhomojen - metal keçirici. Bu keçiricidə sonsuz kiçik bir həcmi zehni olaraq ayıraq və verilmiş həcmdə elektronların orta (drift, nizamlı) sürətini u ilə işarə edək. Bundan əlavə, n vahid həcmdə cari daşıyıcıların konsentrasiyasını ifadə edək.
İndi u vektoruna perpendikulyar dS sonsuz kiçik sahəsi çəkək və sürət boyu udt hündürlüyünə malik sonsuz kiçik silindr tikək, burada dt nəzərdə tutulan həcmdə olan bütün cərəyan sürət daşıyıcılarının keçəcəyi vaxtı ifadə edir. dS ərazisi vasitəsilə.
Bu halda q=neudSdt-ə bərabər olan yük elektronlar tərəfindən e-elektron yükü olduğu sahədən ötürüləcək. Beləliklə, elektrik cərəyanının sıxlığı j=neu vektorudur və vahid ərazidən vahid vaxta ötürülən yükün miqdarını ifadə edir.
Ohm Qanununun diferensial tərifinin üstünlüklərindən biri də müqaviməti hesablamadan çox vaxt keçə bilməyinizdir.
Elektrik yükü. Elektrik sahəsinin gücü
Elektrik yükü ilə birlikdə sahənin gücü elektrik nəzəriyyəsində əsas parametrdir. Eyni zamanda, onlar haqqında kəmiyyət fikrini məktəblilər üçün mövcud olan sadə təcrübələrdən əldə etmək olar.
Sadəlik üçün biz elektrostatik sahəni nəzərdən keçirəcəyik. Bu zamanla dəyişməyən elektrik sahəsidir. Belə bir sahə stasionar elektrik yükləri tərəfindən yaradıla bilər.
Həmçinin, məqsədlərimiz üçün sınaq ödənişi tələb olunur. Onun gücündə yüklü bir bədəndən istifadə edəcəyik - o qədər kiçikdir ki, səbəb ola bilməzətrafdakı obyektlərdə hər hansı pozğunluqlar (yüklərin yenidən bölüşdürülməsi).
Növbə ilə elektrostatik sahənin təsiri altında olan fəzanın bir nöqtəsinə ardıcıl olaraq yerləşdirilmiş iki sınaq yükünü nəzərdən keçirək. Məlum olub ki, ittihamlar onun tərəfindən zamanla dəyişməz təsirə məruz qalacaq. F1 və F2 ittihamlar üzrə hərəkət edən qüvvələr olsun.
Təcrübi məlumatların ümumiləşdirilməsi nəticəsində məlum oldu ki, F1 və F2 qüvvələri ya bir, ya da əks istiqamətlərdədir və onların F1/F2 nisbəti fəzada sınaq yüklərinin növbə ilə yerləşdirildiyi nöqtədən müstəqildir. Buna görə də, F1/F2 nisbəti yüklərin özlərinə xas xüsusiyyətdir və sahədən asılı deyil.
Bu faktın kəşfi cisimlərin elektrikləşməsini xarakterizə etməyə imkan verdi və sonralar elektrik yükü adlandırıldı. Beləliklə, tərifə görə belə çıxır q1/q2=F1/F 2 , burada q1 və q2 - sahənin bir nöqtəsində yerləşdirilmiş ödənişlərin məbləği və F 1 və F2 - sahənin kənarından yüklərə təsir edən qüvvələr.
Bu cür mülahizələrdən müxtəlif hissəciklərin yüklərinin böyüklüyü eksperimental olaraq müəyyən edilmişdir. Test ödənişlərindən birini şərti olaraq nisbətdə birinə bərabər təyin etməklə, F1/F2 nisbətini ölçməklə digər ödənişin dəyərini hesablaya bilərsiniz..
Hər hansı bir elektrik sahəsi məlum yüklə xarakterizə edilə bilər. Beləliklə, sükunətdə vahid sınaq yükünə təsir edən qüvvə elektrik sahəsinin gücü adlanır və E ilə işarələnir. Yükün tərifindən güc vektorunun aşağıdakı formaya malik olduğunu alırıq: E=F/q.
j və E vektorlarının əlaqəsi. Ohm qanununun başqa forması
Bircins keçiricidə yüklü hissəciklərin nizamlı hərəkəti E vektoru istiqamətində baş verəcək. Bu o deməkdir ki, j və E vektorları birgə istiqamətləndiriləcək. Cari sıxlığı təyin edərkən olduğu kimi, keçiricidə sonsuz kiçik silindrik bir həcm seçirik. Sonra jdS-ə bərabər cərəyan bu silindrin kəsişməsindən keçəcək və silindrə tətbiq olunan gərginlik Edl-ə bərabər olacaqdır. Silindr müqavimətinin düsturu da məlumdur.
Sonra cərəyanın gücünün düsturunu iki şəkildə yazsaq, əldə edirik: j=E/p, burada 1/p dəyəri elektrik keçiriciliyi adlanır və elektrik müqavimətinin tərsidir. Adətən σ (siqma) və ya λ (lambda) ilə işarələnir. Keçiricilik vahidi Sm/m, burada Sm Siemens-dir. Ohm-un tərsi vahid.
Beləliklə, bircins olmayan dövrə üçün Ohm qanunu ilə bağlı yuxarıda verilən suala cavab verə bilərik. Bu halda, cari daşıyıcılara E1 intensivliyi ilə xarakterizə olunan elektrostatik sahənin qüvvəsi və onlara başqa cərəyan mənbəyindən təsir edən digər qüvvələr təsir edəcək. təyin edilmiş E 2. Sonra Ohm Qanunu tətbiq edildizəncirin qeyri-homogen hissəsi belə görünəcək: j=λ(E1 + E2).
Keçiricilik və Müqavimət haqqında ətraflı
Bir keçiricinin elektrik cərəyanını keçirmə qabiliyyəti onun müqaviməti ilə xarakterizə olunur, bu, müqavimət düsturu və ya keçiriciliyin əksi kimi hesablanan keçiricilik vasitəsilə tapıla bilər. Bu parametrlərin dəyəri həm keçirici materialın kimyəvi xüsusiyyətləri, həm də xarici şərtlərlə müəyyən edilir. Xüsusilə, ətraf temperaturu.
Əksər metallar üçün normal temperaturda müqavimət ona mütənasibdir, yəni p ~ T. Lakin aşağı temperaturda kənarlaşmalar müşahidə olunur. Çox sayda metal və ərintilər üçün 0 ° K-yə yaxın temperaturda müqavimətin hesablanması sıfır dəyərləri göstərdi. Bu fenomen superkeçiricilik adlanır. Məsələn, civə, qalay, qurğuşun, alüminium və s. bu xüsusiyyətə malikdir. Hər bir metalın öz kritik temperaturu Tk olur və bu temperaturda superkeçiricilik fenomeni müşahidə olunur.
Həmçinin nəzərə alın ki, silindrin müqavimətinin tərifi eyni materialdan hazırlanmış naqillər üçün ümumiləşdirilə bilər. Bu halda, müqavimət düsturundan kəsik sahəsi telin en kəsiyinə, l isə onun uzunluğuna bərabər olacaqdır.
