Ni nini sasa? Sheria ya Ohm

Umeme wa sasa ni chembe za kushtakiwa zinazoweza kusonga kwa utaratibu katika kondakta yoyote. Harakati hii hutokea chini ya ushawishi uwanja wa umeme. Kuonekana kwa malipo ya umeme hutokea karibu daima. Hii hutamkwa hasa wakati vitu mbalimbali vinapogusana.

Ikiwa harakati kamili ya bure ya malipo ya jamaa kwa kila mmoja inawezekana, basi vitu hivi ni waendeshaji. Wakati harakati hiyo haiwezekani, jamii hii ya vitu inachukuliwa kuwa insulators. Kondakta ni pamoja na metali zote na viwango tofauti conductivity, pamoja na ufumbuzi wa chumvi na asidi. Insulators inaweza kuwa vitu vya asili kwa namna ya ebonite, amber, gesi mbalimbali na quartz. Wanaweza kuwa na asili ya bandia, kwa mfano, PVC, polyethilini na wengine.

Maadili ya sasa ya umeme

Kama kiasi cha kimwili, sasa inaweza kupimwa kulingana na vigezo vyake vya msingi. Kulingana na matokeo ya kipimo, uwezekano wa kutumia umeme katika eneo fulani umeamua.

Kuna aina mbili mkondo wa umeme- mara kwa mara na kutofautiana. Ya kwanza daima inabaki bila kubadilika kwa wakati na mwelekeo, na katika kesi ya pili, mabadiliko hutokea katika vigezo hivi kwa muda fulani.

Umeme wa sasa unatumika katika kila jengo, ukijua sifa za sasa katika mtandao wa umeme nyumbani, unapaswa kukumbuka daima kuwa ni hatari kwa maisha.

Umeme wa sasa ni athari ya harakati ya mwelekeo wa mashtaka ya umeme (katika gesi - ions na elektroni, katika metali - elektroni), chini ya ushawishi wa shamba la umeme.

Harakati ya malipo chanya kwenye uwanja ni sawa na harakati mashtaka hasi dhidi ya uwanja.

Kawaida mwelekeo wa umeme unachukuliwa kuwa mwelekeo malipo chanya.

• nguvu ya sasa;
• voltage;
• nguvu ya sasa;
• upinzani wa sasa.

Nguvu ya sasa.

Nguvu ya sasa ya umeme inaitwa uwiano wa kazi iliyofanywa na sasa kwa wakati ambapo kazi hii ilifanyika.

Nguvu ambayo sasa ya umeme inakua katika sehemu ya mzunguko ni sawa sawa na ukubwa wa sasa na voltage katika sehemu hiyo. Nguvu (umeme na mitambo) iliyopimwa kwa Wati (W).

Nguvu ya sasa haitegemei wakati wa pro-te-ka-niya ya mkondo wa umeme katika saketi, lakini inafafanuliwa kuwa voltage ya pro-kutoka-ve-de kwenye nguvu ya sasa.

Voltage.

Voltage ya umeme ni kiasi kinachoonyesha ni kiasi gani kazi inafanywa na uwanja wa umeme wakati wa kuhamisha chaji kutoka hatua moja hadi nyingine. Voltage katika sehemu tofauti za mzunguko itakuwa tofauti.

Mfano: voltage kwenye sehemu ya waya tupu itakuwa ndogo sana, na voltage kwenye sehemu yenye mzigo wowote itakuwa kubwa zaidi, na ukubwa wa voltage itategemea kiasi cha kazi iliyofanywa na sasa. Voltage hupimwa kwa volts (1 V). Kuamua voltage kuna formula: U = A / q, wapi

• U - voltage,
• A ni kazi inayofanywa na mkondo wa kusonga chaji q hadi sehemu fulani ya mzunguko.

Nguvu ya sasa.

Nguvu ya sasa inarejelea idadi ya chembe zilizochajiwa ambazo hutiririka kupitia sehemu ya msalaba ya kondakta.

A-kipaumbele nguvu ya sasa sawia moja kwa moja na voltage na inversely sawia na upinzani.

Nguvu ya sasa ya umeme kipimo kwa chombo kinachoitwa Ammeter. Kiasi cha sasa cha umeme (kiasi cha malipo kilichohamishwa) kinapimwa kwa amperes. Ili kuongeza anuwai ya kitengo cha uainishaji wa mabadiliko, kuna viambishi awali vya wingi kama vile micro - microampere (μA), maili - milliampere (mA). consoles nyingine si kutumika katika matumizi ya kila siku. Kwa mfano: wanasema na kuandika "ampere elfu kumi", lakini hawasemi au kuandika kilomita 10. Maadili kama haya ndani Maisha ya kila siku hazitumiki. Vile vile vinaweza kusemwa kuhusu nanoamps. Kawaida wanasema na kuandika 1 × 10-9 Amperes.

Upinzani wa sasa.

Upinzani wa umeme ni kiasi cha kimwili ambacho kina sifa ya mali ya kondakta ambayo inazuia kifungu cha sasa cha umeme na ni sawa na uwiano wa voltage kwenye ncha za kondakta kwa nguvu ya sasa inapita kupitia hiyo.

Upinzani kwa mizunguko mkondo wa kubadilisha na kwa kubadilisha mashamba ya sumakuumeme inaelezewa na dhana ya impedance na upinzani wa wimbi. Upinzani wa sasa(mara nyingi huonyeshwa na herufi R au r) ni upinzani wa sasa, ndani ya mipaka fulani, thamani ya kudumu kwa kondakta huyu. Chini ya upinzani wa umeme kuelewa uwiano wa voltage katika mwisho wa kondakta kwa sasa inapita kupitia conductor.

Masharti ya kutokea kwa umeme wa sasa katika njia inayoendesha:

1) uwepo wa chembe za malipo ya bure;

2) ikiwa kuna uwanja wa umeme (kuna tofauti inayowezekana kati ya pointi mbili za kondakta).

Aina za athari za sasa za umeme kwenye nyenzo za conductive.

1) kemikali - mabadiliko muundo wa kemikali conductors (hutokea hasa katika electrolytes);

2) mafuta - nyenzo ambayo sasa inapita inapokanzwa (athari hii haipo katika superconductors);

3) magnetic - kuonekana kwa shamba la magnetic (hutokea kwa waendeshaji wote).

Tabia kuu za sasa.

1. Nguvu ya sasa inaonyeshwa na barua I - ni sawa na kiasi cha umeme Q kupita kupitia kondakta wakati wa t.

I=Q/t

Nguvu ya sasa imedhamiriwa na ammeter.

Voltage imedhamiriwa na voltmeter.

3. Upinzani wa R wa nyenzo za conductive.

Upinzani unategemea:

a) kwenye sehemu ya msalaba ya kondakta S, kwa urefu wake l na nyenzo (iliyoonyeshwa resistivity kondakta ρ);

R=pl/S

b) kwa halijoto t°C (au T): R = R0 (1 + αt),

• ambapo R0 ni upinzani wa kondakta kwa 0 ° C,
• α - mgawo wa joto upinzani;

c) kupata athari mbalimbali, waendeshaji wanaweza kushikamana wote kwa sambamba na kwa mfululizo.

Jedwali la sifa za sasa.

Kiwanja	Mfuatano	Sambamba
Thamani ya uhifadhi	I 1 = I 2 = … = I n I = const	U 1 = U 2 = …U n U = const
Thamani ya jumla	voltage e=Ast/q Thamani sawa na kazi inayotumiwa na nguvu za nje kusonga malipo chanya kwenye mzunguko mzima, pamoja na chanzo cha sasa, kwa malipo, inaitwa. nguvu ya umeme chanzo cha sasa (EMF): e=Ast/q Tabia za sasa lazima zijulikane wakati wa kutengeneza vifaa vya umeme.

Umeme

KWA kategoria:

Waendeshaji crane na slingers

Umeme

Mkondo wa umeme unaitwaje?

Harakati iliyoagizwa (iliyoelekezwa) ya chembe za kushtakiwa inaitwa sasa ya umeme. Aidha, umeme wa sasa ambao nguvu zake hazibadilika kwa muda huitwa mara kwa mara. Ikiwa mwelekeo wa harakati za sasa unabadilika, basi mabadiliko yanabadilika. hurudiwa kwa mlolongo sawa kwa ukubwa na mwelekeo, basi mkondo huo unaitwa kubadilisha.

Ni nini husababisha na kudumisha mwendo wa utaratibu wa chembe zilizochajiwa?

Sehemu ya umeme husababisha na kudumisha mwendo ulioamuru wa chembe zilizochajiwa. Je, mkondo wa umeme una mwelekeo maalum?
Ina. Mwelekeo wa sasa wa umeme unachukuliwa kuwa harakati ya chembe zenye chaji.

Je, inawezekana kuchunguza moja kwa moja harakati za chembe za kushtakiwa kwenye kondakta?

Hapana. Lakini uwepo wa sasa wa umeme unaweza kuhukumiwa na vitendo na matukio yanayoambatana nayo. Kwa mfano, kondakta ambayo chembe za kushtakiwa husogea huwaka, na katika nafasi inayozunguka kondakta, uwanja wa sumaku huundwa na sindano ya sumaku karibu na kondakta na zamu za sasa za umeme. Kwa kuongeza, sasa kupita kwa gesi huwafanya kuangaza, na wakati wa kupitia ufumbuzi wa chumvi, alkali na asidi, huwatenganisha katika sehemu zao za vipengele.

Nguvu ya mkondo wa umeme imedhamiriwaje?

Nguvu ya sasa ya umeme imedhamiriwa na kiasi cha umeme kinachopita kupitia sehemu ya msalaba wa kondakta kwa wakati wa kitengo.
Kuamua nguvu za sasa katika mzunguko, kiasi cha umeme kinachozunguka lazima kigawanywe na wakati ambao umetoka.

Kitengo cha sasa ni nini?

Kitengo cha nguvu cha sasa kinachukuliwa kuwa nguvu ya sasa ya mara kwa mara, ambayo, kupita kwa njia mbili zinazofanana waendeshaji wa moja kwa moja urefu usio na kikomo hata sehemu ndogo ya msalaba, iko umbali wa m 1 kutoka kwa kila mmoja kwa utupu, inaweza kusababisha kati ya waendeshaji hawa nguvu sawa na Newtons 2 kwa mita. Sehemu hii iliitwa Ampere kwa heshima ya mwanasayansi wa Ufaransa Ampere.

Kitengo cha umeme ni nini?

Kitengo cha umeme ni Coulomb (Ku), ambayo hupita kwa sekunde moja kwa sasa ya 1 Ampere (A).

Ni vifaa gani vinavyopima nguvu ya sasa ya umeme?

Nguvu ya sasa ya umeme inapimwa na vyombo vinavyoitwa ammeters. Kiwango cha ammeter kinahesabiwa kwa amperes na sehemu za ampere kulingana na usomaji wa vyombo sahihi vya kawaida. Nguvu ya sasa inahesabiwa kulingana na usomaji wa mshale, ambao husogea kando ya kiwango kutoka kwa mgawanyiko wa sifuri. Ammeter imeunganishwa kwa mfululizo kwenye mzunguko wa umeme kwa kutumia vituo viwili au vifungo vilivyo kwenye kifaa. Voltage ya umeme ni nini?
Voltage ya sasa ya umeme ni tofauti inayowezekana kati ya alama mbili kwenye uwanja wa umeme. Ni sawa na kazi iliyofanywa na nguvu za uwanja wa umeme wakati wa kusonga chaji chanya, sawa na moja, kutoka hatua moja kwenye uwanja hadi nyingine.

Kitengo cha msingi cha voltage ni Volt (V).

Ni kifaa gani kinachopima voltage ya mkondo wa umeme?

Voltage ya sasa ya umeme inapimwa na kifaa; ramu, ambayo inaitwa voltmeter. Voltmeter imeunganishwa kwa sambamba na mzunguko wa sasa wa umeme. Tengeneza sheria ya Ohm kwenye sehemu ya mzunguko.

Upinzani wa kondakta ni nini?

Upinzani wa kondakta ni kiasi cha kimwili ambacho kina sifa ya mali ya kondakta. Kitengo cha upinzani ni Ohm. Kwa kuongeza, upinzani wa 1 ohm una waya ambayo sasa ya 1 A imeanzishwa na voltage kwenye ncha zake za 1 V.

Je, upinzani katika waendeshaji hutegemea kiasi cha sasa cha umeme kinachopita kupitia kwao?

Upinzani wa kondakta wa chuma homogeneous urefu fulani na sehemu ya msalaba haitegemei ukubwa wa sasa inapita ndani yake.

Ni nini huamua upinzani katika waendeshaji wa umeme?

Upinzani katika waendeshaji wa sasa wa umeme hutegemea urefu wa kondakta, eneo lake sehemu ya msalaba na aina ya nyenzo za kondakta (resistivity ya nyenzo).

Zaidi ya hayo, upinzani ni sawia moja kwa moja na urefu wa kondakta, kinyume chake kwa eneo la sehemu ya msalaba na inategemea, kama ilivyoelezwa hapo juu, juu ya nyenzo za kondakta.

Je, upinzani katika waendeshaji hutegemea joto?

Ndiyo, inategemea. Kuongezeka kwa joto la conductor chuma husababisha ongezeko la kasi harakati za joto chembe chembe. Hii inasababisha kuongezeka kwa idadi ya migongano elektroni za bure na, kwa hiyo, kwa kupungua kwa muda wa njia ya bure, kwa sababu ambayo conductivity hupungua na resistivity ya nyenzo huongezeka.

Mgawo wa joto wa upinzani metali safi ni takriban 0.004 °C, ambayo ina maana ongezeko la upinzani wao kwa 4% na ongezeko la joto la 10 °C.

Wakati joto katika electrolyte ya kaboni huongezeka, muda wa njia ya bure pia hupungua, wakati mkusanyiko wa flygbolag za malipo huongezeka, kwa sababu ambayo upinzani wao unapungua wakati joto linaongezeka.

Tengeneza sheria ya Ohm kwa mzunguko uliofungwa.

Nguvu ya sasa katika mzunguko uliofungwa ni sawa na uwiano wa nguvu ya electromotive ya mzunguko kwa upinzani wake wa jumla.

Fomula hii inaonyesha kuwa nguvu ya sasa inategemea idadi tatu: nguvu ya umeme E, upinzani wa nje R na upinzani wa ndani r. Upinzani wa ndani haina athari inayoonekana kwa nguvu ya sasa ikiwa ni ndogo ikilinganishwa na upinzani wa nje. Katika kesi hiyo, voltage kwenye vituo vya chanzo cha sasa ni takriban sawa na nguvu ya electromotive (EMF).

Nguvu ya umeme (EMF) ni nini?

Nguvu ya umeme ni uwiano wa kazi iliyofanywa na nguvu za nje ili kuhamisha malipo pamoja na mzunguko hadi malipo. Kama tofauti inayowezekana, nguvu ya elektroni hupimwa kwa volti.

Ni nguvu gani zinazoitwa nguvu za nje?

Nguvu yoyote inayofanya kazi kwenye chembe zinazochajiwa na umeme, isipokuwa nguvu zinazowezekana asili ya kielektroniki (yaani Coulomb) huitwa nguvu za nje. Ni kutokana na kazi ya nguvu hizi ambazo chembe za kushtakiwa hupata nishati na kisha kutolewa wakati wa kusonga katika waendeshaji wa mzunguko wa umeme.

Vikosi vya watu wengine huweka chembechembe za chaji ndani ya chanzo cha sasa, jenereta, betri, n.k.

Matokeo yake, malipo yanaonekana kwenye vituo vya chanzo cha sasa ishara kinyume, na kati ya vituo kuna tofauti fulani inayowezekana. Zaidi ya hayo, wakati mzunguko umefungwa, uundaji wa mashtaka ya uso huanza kutenda, na kujenga uwanja wa umeme katika mzunguko mzima, ambayo inaonekana kama matokeo ya ukweli kwamba wakati mzunguko umefungwa, karibu mara moja. malipo ya uso. Ndani ya chanzo, mashtaka huenda chini ya ushawishi wa nguvu za nje dhidi ya nguvu uwanja wa umeme(chanya kutoka minus hadi plus), na katika saketi iliyobaki wanaendeshwa na uwanja wa umeme.

Mchele. 1. Mzunguko wa umeme: 1- chanzo, umeme (betri); 2 - ammeter; 3 - mrithi wa nishati (lai pa incandescent); 4 - waya za umeme; 5 - moja-pole RuSidnik; 6 - fuses

Ugunduzi wa kwanza kuhusiana na kazi ya umeme ulianza katika karne ya 7 KK. Mwanafalsafa Ugiriki ya Kale Thales wa Mileto aligundua kwamba kaharabu inapopakwa kwenye pamba, inaweza kuvutia vitu vyepesi. "Umeme" hutafsiriwa kutoka kwa Kigiriki kama "amber." Mnamo 1820, André-Marie Ampere alianzisha sheria mkondo wa moja kwa moja. Baadaye, ukubwa wa sasa au kile kinachopimwa sasa cha umeme kilianza kuonyeshwa kwa amperes.

Maana ya neno

Dhana ya sasa ya umeme inaweza kupatikana katika kitabu chochote cha fizikia. Umeme wa sasa- hii ni harakati iliyoagizwa ya chembe za kushtakiwa kwa umeme katika mwelekeo. Kuelewa kwa mwananchi wa kawaida, ambayo inawakilisha sasa ya umeme, unapaswa kutumia kamusi ya fundi umeme. Ndani yake, neno hilo linasimama kwa harakati ya elektroni kupitia kondakta au ions kupitia electrolyte.

Kulingana na harakati za elektroni au ioni ndani ya kondakta, zifuatazo zinajulikana: aina za mikondo:

• mara kwa mara;
• kutofautiana;
• mara kwa mara au pulsating.

Vipimo vya msingi vya kipimo

Nguvu ya sasa ya umeme- kiashiria kuu ambacho umeme hutumia katika kazi zao. Nguvu ya sasa ya umeme inategemea kiasi cha malipo ambayo inapita kupitia mzunguko wa umeme kwa muda uliowekwa. Vipi kiasi kikubwa elektroni inapita kutoka mwanzo mmoja wa chanzo hadi mwisho, zaidi itakuwa malipo kuhamishwa na elektroni.

Kiasi ambacho hupimwa kwa uwiano wa chaji ya umeme inayopita kwenye sehemu ya msalaba ya chembe kwenye kondakta hadi wakati wa kupita kwake. Malipo hupimwa kwa coulombs, wakati hupimwa kwa sekunde, na kitengo kimoja cha mtiririko wa umeme kinatambuliwa na uwiano wa malipo kwa wakati (coulomb hadi pili) au amperes. Uamuzi wa sasa wa umeme (nguvu zake) hutokea kwa kuunganisha sequentially vituo viwili katika mzunguko wa umeme.

Wakati umeme wa sasa unafanya kazi, harakati za chembe za kushtakiwa hufanyika kwa kutumia uwanja wa umeme na inategemea nguvu ya harakati ya elektroni. Thamani ambayo kazi ya sasa ya umeme inategemea inaitwa voltage na imedhamiriwa na uwiano wa kazi ya sasa katika sehemu maalum ya mzunguko na malipo ya kupita sehemu sawa. Kitengo cha volts kipimo kinapimwa na voltmeter wakati vituo viwili vya kifaa vinaunganishwa na mzunguko kwa sambamba.

Kiasi cha upinzani wa umeme kinategemea moja kwa moja aina ya kondakta inayotumiwa, urefu wake na sehemu ya msalaba. Inapimwa katika ohms.

Nguvu imedhamiriwa na uwiano wa kazi iliyofanywa na harakati za mikondo hadi wakati ambapo kazi hii ilitokea. Nguvu hupimwa kwa watts.

Kiasi cha kimwili kama vile uwezo huamuliwa na uwiano wa malipo ya kondakta mmoja na tofauti inayoweza kutokea kati ya kondakta sawa na jirani. Chini ya voltage wakati waendeshaji wanapokea malipo ya umeme, uwezo wao mkubwa zaidi. Inapimwa katika farads.

Kiasi cha kazi iliyofanywa na umeme kwa muda fulani katika mlolongo hupatikana kwa kutumia bidhaa ya sasa, voltage na wakati ambapo kazi ilifanyika. Mwisho hupimwa kwa joules. Uendeshaji wa sasa wa umeme umedhamiriwa kwa kutumia mita inayounganisha usomaji wa wingi wote, yaani voltage, nguvu na wakati.

Mbinu za Usalama wa Umeme

Ujuzi wa sheria za usalama wa umeme zitasaidia kuzuia dharura na kulinda afya na maisha ya binadamu. Kwa kuwa umeme huwa na joto la conductor, daima kuna uwezekano wa hali ya hatari kwa afya na maisha. Ili kuhakikisha usalama nyumbani lazima kuzingatiwa zifuatazo rahisi lakini sheria muhimu:

1. Insulation ya mtandao lazima iwe katika hali nzuri ili kuepuka overloads au uwezekano wa mzunguko mfupi.
2. Unyevu haupaswi kupata kwenye vifaa vya umeme, waya, paneli, nk Pia, mazingira ya unyevu huchochea mzunguko mfupi.
3. Hakikisha unasaga vifaa vyote vya umeme.
4. Epuka kupakia nyaya za umeme kupita kiasi kwani kuna hatari ya nyaya kushika moto.

Tahadhari za usalama wakati wa kufanya kazi na umeme zinahusisha matumizi ya glavu za mpira, mittens, mikeka, vifaa vya kutokwa, vifaa vya kutuliza kwa maeneo ya kazi, vivunja mzunguko au fuses na ulinzi wa joto na wa sasa.

Wataalamu wa umeme wenye ujuzi, wakati kuna uwezekano wa mshtuko wa umeme, hufanya kazi kwa mkono mmoja, na mwingine ni katika mfuko wao. Kwa njia hii, mzunguko wa mkono kwa mkono unaingiliwa katika tukio la kugusa bila hiari kwa ngao au vifaa vingine vya msingi. Ikiwa kifaa kilichounganishwa kwenye mtandao kitashika moto, zima moto kwa kutumia poda au vizima moto vya kaboni dioksidi.

Utumiaji wa mkondo wa umeme

Umeme wa sasa una mali nyingi zinazoruhusu kutumika karibu na maeneo yote shughuli za binadamu. Njia za kutumia mkondo wa umeme:

Umeme leo ni rafiki wa mazingira zaidi mwonekano safi nishati. Katika hali uchumi wa kisasa maendeleo ya sekta ya nishati ya umeme ina umuhimu wa sayari. Katika siku zijazo, ikiwa kuna uhaba wa malighafi, umeme utachukua nafasi ya kuongoza kama a chanzo kisichoisha nishati.

Kwanza kabisa, inafaa kujua ni nini umeme wa sasa ni. Mkondo wa umeme ni mwendo ulioamuru wa chembe zilizochajiwa kwenye kondakta. Ili kutokea, shamba la umeme lazima kwanza liundwe, chini ya ushawishi ambao chembe zilizotajwa hapo juu zitaanza kusonga.

Ujuzi wa kwanza wa umeme, karne nyingi zilizopita, kuhusiana na "malipo" ya umeme zinazozalishwa kwa njia ya msuguano. Tayari katika nyakati za kale, watu walijua kwamba amber, iliyopigwa na pamba, ilipata uwezo wa kuvutia vitu vya mwanga. Lakini ndani tu marehemu XVI karne, daktari wa Kiingereza Gilbert alisoma jambo hili kwa undani na akagundua kuwa vitu vingine vingi vina mali sawa. Miili ambayo, kama kahawia, baada ya kusugua, inaweza kuvutia vitu vyenye mwanga, aliita umeme. Neno hili linatokana na elektroni ya Kigiriki - "amber". Hivi sasa, tunasema kwamba miili katika hali hii ina chaji za umeme, na miili yenyewe inaitwa "kushtakiwa."

Gharama za umeme daima hutokea kutokana na mawasiliano ya karibu vitu mbalimbali. Ikiwa miili ni imara, basi mawasiliano yao ya karibu yanazuiwa na protrusions microscopic na makosa yaliyopo kwenye uso wao. Kwa kufinya miili kama hiyo na kuisugua dhidi ya kila mmoja, tunaleta pamoja nyuso zao, ambazo bila shinikizo zingegusa tu kwa alama chache. Katika miili mingine, malipo ya umeme yanaweza kusonga kwa uhuru kati ya sehemu tofauti, lakini kwa wengine hii haiwezekani. Katika kesi ya kwanza, miili inaitwa "makondakta", na katika pili - "dielectrics, au insulators". Vyuma vyote ni makondakta ufumbuzi wa maji chumvi na asidi, nk Mifano ya vihami ni pamoja na amber, quartz, ebonite na gesi zote zinazopatikana katika hali ya kawaida.

Hata hivyo, ni lazima ieleweke kwamba mgawanyiko wa miili katika conductors na dielectrics ni kiholela sana. Dutu zote hufanya umeme kwa kiwango kikubwa au kidogo. Chaji za umeme ni chanya na hasi. Aina hii ya sasa haitadumu kwa muda mrefu, kwa sababu mwili ulio na umeme utaisha malipo. Kwa kuendelea kuwepo kwa sasa ya umeme katika kondakta, ni muhimu kudumisha shamba la umeme. Kwa madhumuni haya, vyanzo vya sasa vya umeme hutumiwa. Kesi rahisi zaidi ya tukio la sasa ya umeme ni wakati mwisho mmoja wa waya umeunganishwa na mwili wa umeme, na mwingine chini.

Mizunguko ya umeme inayosambaza umeme kwa balbu za mwanga na motors za umeme haikuonekana hadi uvumbuzi wa betri, ambao ulianza karibu 1800. Baada ya hayo, maendeleo ya mafundisho ya umeme yalikwenda haraka sana kwamba chini ya karne ikawa si sehemu tu ya fizikia, lakini iliunda msingi wa ustaarabu mpya wa umeme.

Kiasi cha msingi cha umeme wa sasa

Kiasi cha umeme na sasa. Madhara ya sasa ya umeme yanaweza kuwa na nguvu au dhaifu. Nguvu ya sasa ya umeme inategemea kiasi cha malipo ambayo inapita kupitia mzunguko katika kitengo fulani cha wakati. Kadiri elektroni zinavyosogezwa kutoka nguzo moja ya chanzo hadi nyingine, ndivyo malipo ya jumla yanayohamishwa na elektroni yanavyoongezeka. Chaji hii ya wavu inaitwa kiasi cha umeme kinachopita kupitia kondakta.

Hasa, athari ya kemikali ya sasa ya umeme inategemea kiasi cha umeme, i.e. malipo zaidi yanayopitishwa kupitia suluhisho la elektroliti, dutu zaidi itakaa kwenye cathode na anode. Katika suala hili, kiasi cha umeme kinaweza kuhesabiwa kwa kupima wingi wa dutu iliyowekwa kwenye electrode na kujua wingi na malipo ya ion moja ya dutu hii.

Nguvu ya sasa ni kiasi ambacho ni sawa na uwiano wa malipo ya umeme kupitia sehemu ya msalaba wa kondakta hadi wakati inapita. Kitengo cha malipo ni coulomb (C), wakati hupimwa kwa sekunde (s). Katika kesi hii, kitengo cha sasa kinaonyeshwa kwa C / s. Kitengo hiki kinaitwa ampere (A). Ili kupima sasa katika mzunguko, kifaa cha kupima umeme kinachoitwa ammeter hutumiwa. Kwa kuingizwa katika mzunguko, ammeter ina vifaa vya vituo viwili. Imeunganishwa katika mfululizo kwa mzunguko.

Voltage ya umeme. Tayari tunajua kwamba sasa umeme ni harakati iliyoamuru ya chembe za kushtakiwa - elektroni. Harakati hii imeundwa kwa kutumia shamba la umeme, ambalo hufanya kazi fulani. Jambo hili linaitwa kazi ya sasa ya umeme. Ili kuhamisha malipo zaidi kwa njia ya mzunguko wa umeme katika 1 s, shamba la umeme lazima lifanye kazi zaidi. Kulingana na hili, zinageuka kuwa kazi ya sasa ya umeme inapaswa kutegemea nguvu ya sasa. Lakini kuna thamani moja zaidi ambayo kazi ya sasa inategemea. Kiasi hiki kinaitwa voltage.

Voltage ni uwiano wa kazi iliyofanywa na sasa katika sehemu fulani ya mzunguko wa umeme kwa malipo inapita kupitia sehemu sawa ya mzunguko. Kazi ya sasa inapimwa kwa joules (J), malipo - katika coulombs (C). Katika suala hili, kitengo cha kipimo cha voltage kitakuwa 1 J/C. Kitengo hiki kiliitwa volt (V).

Ili voltage kutokea katika mzunguko wa umeme, chanzo cha sasa kinahitajika. Wakati mzunguko umefunguliwa, voltage iko tu kwenye vituo vya chanzo cha sasa. Ikiwa chanzo hiki cha sasa kinajumuishwa katika mzunguko, voltage pia itatokea katika sehemu za kibinafsi za mzunguko. Katika suala hili, sasa itaonekana kwenye mzunguko. Hiyo ni, tunaweza kusema kwa ufupi yafuatayo: ikiwa hakuna voltage katika mzunguko, hakuna sasa. Ili kupima voltage, chombo cha kupima umeme kinachoitwa voltmeter hutumiwa. kwake mwonekano inafanana na ammeter iliyotajwa hapo awali, na tofauti pekee ni kwamba barua V imeandikwa kwenye kiwango cha voltmeter (badala ya A kwenye ammeter). Voltmeter ina vituo viwili, kwa msaada wa ambayo inaunganishwa kwa sambamba na mzunguko wa umeme.

Upinzani wa umeme. Baada ya kuunganisha waendeshaji mbalimbali na ammeter kwenye mzunguko wa umeme, unaweza kuona kwamba wakati wa kutumia waendeshaji tofauti, ammeter inatoa masomo tofauti, yaani, katika kesi hii, nguvu ya sasa inapatikana katika mzunguko wa umeme ni tofauti. Jambo hili linaweza kuelezewa na ukweli kwamba waendeshaji tofauti wana tofauti upinzani wa umeme, ambayo inawakilisha wingi wa kimwili. Iliitwa Ohm kwa heshima ya mwanafizikia wa Ujerumani. Kama sheria, vitengo vikubwa hutumiwa katika fizikia: kilo-ohm, mega-ohm, nk. Upinzani wa kondakta kawaida huonyeshwa na herufi R, urefu wa kondakta ni L, na eneo la sehemu ya msalaba ni S. . Katika kesi hii, upinzani unaweza kuandikwa kama fomula:

R = r * L/S

ambapo mgawo p inaitwa resistivity. Mgawo huu unaonyesha upinzani wa kondakta urefu wa 1 m na eneo la sehemu ya msalaba sawa na 1 m2. Upinzani maalum unaonyeshwa katika Ohms x m Kwa kuwa waya, kama sheria, zina sehemu ndogo ya msalaba, maeneo yao kawaida huonyeshwa kwa milimita za mraba. Katika kesi hii, kitengo cha kupinga kitakuwa Ohm x mm2 / m. Katika jedwali hapa chini. Kielelezo 1 kinaonyesha upinzani wa baadhi ya nyenzo.

Jedwali 1. Resistivity ya umeme ya baadhi ya vifaa
Nyenzo	p, Ohm x m2/m	Nyenzo	p, Ohm x m2/m
Shaba	0,017	Aloi ya Platinum-iridium	0,25
Dhahabu	0,024	Grafiti	13
Shaba	0,071	Makaa ya mawe	40
Bati	0,12	Kaure	1019
Kuongoza	0,21	Ebonite	1020
Metali au aloi
Fedha	0,016	Manganin (alloi)	0,43
Alumini	0,028	Constantan (aloi)	0,50
Tungsten	0,055	Zebaki	0,96
Chuma	0,1	Nichrome (alloi)	1,1
Nickelin (alloi)	0,40	Fechral (alloi)	1,3
		Chromel (aloi)	1,5

Kulingana na jedwali. 1 inakuwa wazi kuwa shaba ina upinzani wa chini wa umeme, na aloi ya chuma ina ya juu zaidi. Aidha, dielectrics (insulators) zina upinzani wa juu.

Uwezo wa umeme. Tayari tunajua kwamba waendeshaji wawili waliotengwa kutoka kwa kila mmoja wanaweza kukusanya malipo ya umeme. Jambo hili lina sifa ya kiasi cha kimwili kinachoitwa capacitance ya umeme. Uwezo wa umeme wa waendeshaji wawili sio zaidi ya uwiano wa malipo ya mmoja wao kwa tofauti inayowezekana kati ya kondakta huyu na jirani. Chini ya voltage wakati waendeshaji wanapokea malipo, uwezo wao mkubwa zaidi. Kitengo cha uwezo wa umeme ni farad (F). Katika mazoezi, sehemu za kitengo hiki hutumiwa: microfarad (μF) na picofarad (pF).

Ikiwa unachukua conductors mbili pekee kutoka kwa kila mmoja na kuziweka kwa umbali mfupi kutoka kwa kila mmoja, utapata capacitor. Uwezo wa capacitor inategemea unene wa sahani zake na unene wa dielectri na upenyezaji wake. Kwa kupunguza unene wa dielectri kati ya sahani za capacitor, uwezo wa mwisho unaweza kuongezeka kwa kiasi kikubwa. Juu ya capacitors zote, pamoja na uwezo wao, voltage ambayo vifaa hivi vimeundwa lazima ionyeshe.

Kazi na nguvu ya sasa ya umeme. Kutoka hapo juu ni wazi kwamba sasa umeme hufanya kazi fulani. Wakati wa kuunganisha motors za umeme, sasa umeme hufanya kila aina ya vifaa vya kazi, husonga treni kando ya reli, huangaza barabara, huponya nyumba, na pia hutoa athari za kemikali, yaani, inaruhusu electrolysis, nk Tunaweza kusema kwamba kazi iliyofanywa. kwa sasa kwenye sehemu fulani ya mzunguko ni sawa na sasa ya bidhaa, voltage na wakati ambapo kazi ilifanyika. Kazi hupimwa kwa joules, voltage katika volts, sasa katika amperes, wakati kwa sekunde. Katika suala hili, 1 J = 1B x 1A x 1s. Kutoka kwa hili inageuka kuwa ili kupima kazi ya sasa ya umeme, vyombo vitatu vinapaswa kutumika mara moja: ammeter, voltmeter na saa. Lakini hii ni ngumu na haifai. Kwa hiyo, kwa kawaida, kazi ya sasa ya umeme inapimwa na mita za umeme. Kifaa hiki kina vifaa vyote vilivyo hapo juu.

Nguvu ya sasa ya umeme ni sawa na uwiano wa kazi ya sasa kwa wakati ambao ulifanyika. Nguvu imeteuliwa na herufi "P" na inaonyeshwa kwa watts (W). Katika mazoezi, kilowatts, megawati, hectowatts, nk. Ili kupima nguvu ya mzunguko, unahitaji kuchukua wattmeter. Wahandisi wa umeme wanaelezea kazi ya sasa katika saa za kilowati (kWh).

Sheria za msingi za mkondo wa umeme

Sheria ya Ohm. Voltage na sasa huchukuliwa kuwa sifa zinazofaa zaidi nyaya za umeme. Moja ya sifa kuu za matumizi ya umeme ni usafiri wa haraka wa nishati kutoka sehemu moja hadi nyingine na uhamisho wake kwa walaji katika fomu inayotakiwa. Bidhaa ya tofauti inayowezekana na ya sasa inatoa nguvu, yaani, kiasi cha nishati iliyotolewa katika mzunguko kwa muda wa kitengo. Kama ilivyoelezwa hapo juu, ili kupima nguvu katika mzunguko wa umeme, vifaa 3 vitahitajika. Inawezekana kupata na moja tu na kuhesabu nguvu kutoka kwa usomaji wake na tabia fulani ya mzunguko, kama vile upinzani wake? Watu wengi walipenda wazo hili na wakaona linazaa matunda.

Kwa hiyo ni upinzani gani wa waya au mzunguko kwa ujumla? Je, waya, kama mabomba ya maji au mabomba ya mfumo wa utupu, ina mali ya kudumu ambayo inaweza kuitwa upinzani? Kwa mfano, katika mabomba, uwiano wa tofauti ya shinikizo inayozalisha mtiririko uliogawanywa na kiwango cha mtiririko ni kawaida tabia ya mara kwa mara ya bomba. Vile vile, mtiririko wa joto katika waya hutawaliwa na uhusiano rahisi unaohusisha tofauti ya joto, eneo la sehemu ya msalaba wa waya, na urefu wake. Ugunduzi wa uhusiano huo kwa nyaya za umeme ulikuwa matokeo ya utafutaji uliofanikiwa.

Katika miaka ya 1820, Ujerumani mwalimu wa shule Georg Ohm alikuwa wa kwanza kuanza kutafuta uhusiano uliotajwa hapo juu. Kwanza kabisa, alijitahidi kupata umaarufu na umaarufu, ambayo ingemruhusu kufundisha chuo kikuu. Ndio sababu alichagua eneo la utafiti ambalo liliahidi faida maalum.

Om alikuwa mwana wa fundi, kwa hiyo alijua jinsi ya kuchora waya wa chuma wa unene tofauti, ambao alihitaji kwa majaribio. Kwa kuwa haikuwezekana kununua waya unaofaa siku hizo, Om aliifanya mwenyewe. Wakati wa majaribio yake, alijaribu urefu tofauti, unene tofauti, metali tofauti na hata joto tofauti. Alitofautisha mambo haya yote moja baada ya nyingine. Katika wakati wa Ohm, betri bado zilikuwa dhaifu na zinazozalisha sasa zisizo sawa. Katika suala hili, mtafiti alitumia thermocouple kama jenereta, makutano ya moto ambayo yaliwekwa kwenye moto. Kwa kuongeza, alitumia ammeter ghafi ya magnetic, na kupima tofauti zinazowezekana (Ohm aliwaita "voltages") kwa kubadilisha joto au idadi ya makutano ya joto.

Utafiti wa nyaya za umeme umeanza kuendeleza. Baada ya betri kuvumbuliwa karibu 1800, ilianza kukuza haraka sana. Vifaa mbalimbali viliundwa na kutengenezwa (mara nyingi kwa mkono), sheria mpya ziligunduliwa, dhana na maneno yalionekana, nk. Yote hii ilisababisha uelewa wa kina. matukio ya umeme na sababu.

Kusasisha maarifa juu ya umeme, kwa upande mmoja, ikawa sababu ya kuibuka kwa uwanja mpya wa fizikia, kwa upande mwingine, ilikuwa msingi wa maendeleo ya haraka ya uhandisi wa umeme, i.e. betri, jenereta, mifumo ya usambazaji wa umeme kwa taa. na gari la umeme, tanuu za umeme, motors za umeme, nk zilivumbuliwa , nyingine.

Ugunduzi wa Ohm ulikuwa muhimu sana kwa maendeleo ya utafiti wa umeme na kwa maendeleo ya uhandisi wa umeme uliotumika. Walifanya iwezekanavyo kutabiri kwa urahisi mali ya nyaya za umeme kwa sasa ya moja kwa moja, na baadaye kwa kubadilisha sasa. Mnamo 1826, Ohm alichapisha kitabu ambacho alielezea hitimisho la kinadharia na matokeo ya majaribio. Lakini matumaini yake hayakuwa na haki; Hii ilitokea kwa sababu mbinu ya majaribio machafu ilionekana kutovutia katika enzi ambayo wengi walipendezwa na falsafa.

Hakuwa na budi ila kuacha nafasi yake ya ualimu. Hakupata miadi ya chuo kikuu kwa sababu hiyo hiyo. Kwa miaka 6, mwanasayansi aliishi katika umaskini, bila kujiamini katika siku zijazo, akipata hisia ya tamaa kali.

Lakini polepole kazi zake zilipata umaarufu, kwanza nje ya Ujerumani. Om aliheshimiwa nje ya nchi na alinufaika na utafiti wake. Katika suala hili, watu wenzake walilazimishwa kumtambua katika nchi yake. Mnamo 1849 alipata uprofesa katika Chuo Kikuu cha Munich.

Ohm aligundua sheria rahisi kuanzisha uhusiano kati ya sasa na voltage kwa kipande cha waya (kwa sehemu ya mzunguko, kwa mzunguko mzima). Kwa kuongeza, alikusanya sheria zinazokuwezesha kuamua nini kitabadilika ikiwa unachukua waya wa ukubwa tofauti. Sheria ya Ohm imeundwa kama ifuatavyo: nguvu ya sasa katika sehemu ya mzunguko ni sawia moja kwa moja na voltage katika sehemu hii na inversely sawia na upinzani wa sehemu.

Sheria ya Joule-Lenz. Umeme wa sasa katika sehemu yoyote ya mzunguko hufanya kazi fulani. Kwa mfano, hebu tuchukue sehemu yoyote ya mzunguko kati ya mwisho ambao kuna voltage (U). A-kipaumbele voltage ya umeme, kazi iliyofanywa wakati wa kusonga kitengo cha malipo kati ya pointi mbili ni sawa na U. Ikiwa nguvu ya sasa katika sehemu fulani ya mzunguko ni sawa na i, basi kwa wakati t malipo itapita, na kwa hiyo kazi ya mkondo wa umeme katika sehemu hii utakuwa:

A = Uit

Usemi huu ni halali kwa mkondo wa moja kwa moja kwa hali yoyote, kwa sehemu yoyote ya mzunguko, ambayo inaweza kuwa na kondakta, motors za umeme, nk. Nguvu ya sasa, i.e. kazi kwa kila kitengo, ni sawa na:

P = A/t = Ui

Njia hii hutumiwa katika mfumo wa SI kuamua kitengo cha voltage.

Hebu tuchukue kwamba sehemu ya mzunguko ni conductor stationary. Katika kesi hii, kazi yote itageuka kuwa joto, ambayo itatolewa katika kondakta huyu. Ikiwa kondakta ni homogeneous na anatii sheria ya Ohm (hii inajumuisha metali zote na electrolytes), basi:

U = i

ambapo r ni upinzani wa kondakta. Kwa kesi hii:

A = rt2i

Sheria hii ilitolewa kwanza kwa majaribio na E. Lenz na, bila yeye, na Joule.

Ikumbukwe kwamba conductors inapokanzwa ina maombi mengi katika teknolojia. Ya kawaida na muhimu kati yao ni taa za taa za incandescent.

Sheria induction ya sumakuumeme . Katika nusu ya kwanza ya karne ya 19 Mwanafizikia wa Kiingereza M. Faraday aligundua jambo la induction magnetic. Ukweli huu, baada ya kuwa mali ya watafiti wengi, ulitoa msukumo mkubwa kwa maendeleo ya uhandisi wa umeme na redio.

Wakati wa majaribio, Faraday aligundua kuwa wakati idadi ya mistari ya induction ya sumaku inayopenya uso uliofungwa na kitanzi kilichofungwa inabadilika, mkondo wa umeme unatokea ndani yake. Huu ndio msingi wa labda sheria muhimu zaidi ya fizikia - sheria ya induction ya umeme. Ya sasa ambayo hutokea katika mzunguko inaitwa induction. Kutokana na ukweli kwamba sasa umeme hutokea katika mzunguko tu wakati malipo ya bure yanaonekana kwa nguvu za nje, basi kwa mabadiliko ya magnetic flux kupita kwenye uso wa mzunguko uliofungwa, nguvu hizi za nje zinaonekana ndani yake. Kitendo cha nguvu za nje katika fizikia inaitwa nguvu ya umeme au iliyosababishwa emf.

Uingizaji wa sumakuumeme pia inaonekana katika makondakta wazi. Katika kesi wakati conductor huvuka magnetic mistari ya nguvu, mvutano hutokea mwisho wake. Sababu ya kuonekana kwa voltage hiyo ni emf iliyosababishwa. Kama flux ya magnetic, kupita kwa mzunguko uliofungwa haubadilika, sasa ya induction haionekani.

Kwa kutumia dhana " iliyosababishwa emf"Unaweza kuzungumza juu ya sheria ya induction ya sumakuumeme, yaani induced emf in kitanzi kilichofungwa sawa kwa ukubwa na kiwango cha mabadiliko ya flux magnetic kupitia uso uliofungwa na contour.

Utawala wa Lenz. Kama tunavyojua tayari, mkondo unaosababishwa huibuka kwenye kondakta. Kulingana na hali ya kuonekana kwake, ina mwelekeo tofauti. Katika tukio hili, mwanafizikia wa Kirusi Lenz alitengeneza kanuni ifuatayo: sasa iliyosababishwa inayotokana na mzunguko uliofungwa daima ina mwelekeo huo kwamba shamba la magnetic linalojenga hairuhusu flux ya magnetic kubadilika. Yote hii husababisha kuibuka sasa iliyosababishwa.

Induction ya sasa, kama nyingine yoyote, ina nishati. Hii ina maana kwamba ikiwa sasa induction hutokea, Nishati ya Umeme. Kwa mujibu wa sheria ya uhifadhi na mabadiliko ya nishati, nishati iliyotajwa hapo juu inaweza kutokea tu kutokana na kiasi cha nishati ya aina nyingine ya nishati. Kwa hivyo, sheria ya Lenz inalingana kikamilifu na sheria ya uhifadhi na mabadiliko ya nishati.

Mbali na induction, kinachojulikana kama induction inaweza kuonekana kwenye coil. Asili yake ni kama ifuatavyo. Ikiwa sasa inatokea kwenye coil au nguvu zake hubadilika, shamba la magnetic linalobadilika linaonekana. Na ikiwa flux ya magnetic inapita kupitia coil inabadilika, basi nguvu ya electromotive inaonekana ndani yake, ambayo inaitwa Kujitegemea emf.

Kwa mujibu wa utawala wa Lenz, emf ya kujitegemea wakati wa kufunga mzunguko huingilia nguvu ya sasa na inazuia kuongezeka. Wakati mzunguko umezimwa, emf ya kujitegemea inapunguza nguvu ya sasa. Wakati sasa katika coil hufikia thamani fulani, uwanja wa sumaku huacha kubadilika na emf ya kujiingiza inakuwa sifuri.