Janoblar, hammaga salom!

Bugun biz umuman fizikaning, xususan, elektronikaning asosiy tushunchasi haqida gaplashamiz joriy quvvat. Har biringiz, shubhasiz, bu atamani bir necha marta eshitgansiz. Bugun biz buni biroz yaxshiroq tushunishga harakat qilamiz.

Bugun biz bu haqda gaplashamiz DC . Ya'ni, kattaligi har doim kuch va yo'nalishda doimiy bo'lgan bunday narsa haqida. Hurmatli janoblar, zerikishlar qazishni boshlashi mumkin - "har doim" nimani anglatadi? Bunday atama yo'q. Bunga javob berish mumkinki, oqimning kattaligi butun vaqt davomida o'zgarmasligi kerak kuzatishlar.

Shunday dolzarb. Hozirgi kuch. Bu nima? Hammasi juda oddiy. Oqim - bu zaryadlangan zarralarning yo'naltirilgan harakati. E'tibor bering, janoblar, yo'naltirilgan. Tasodifiy - termal - metalldagi elektronlar yoki suyuqlik / gazdagi ionlarning oldinga va orqaga harakatlanishi bizni unchalik qiziqtirmaydi. Ammo agar bu tartibsiz harakat barcha zarrachalarning bir yo'nalishda harakati bilan birlashtirilgan bo'lsa, unda bu butunlay boshqacha kaliko.

Zaryadlangan zarralar nima? Va umuman olganda, nima bo'lishidan qat'i nazar, ahamiyat bermang. Ijobiy ionlar, manfiy ionlar, elektronlar, bu muhim emas. Agar bizda bu hurmatli o'rtoqlarning yo'naltirilgan harakati bo'lsa, unda elektr toki bor.

Shubhasiz, oqim qandaydir yo'nalishga ega. Orqada joriy yo'nalish Ijobiy zarrachalarning harakatini olish odatiy holdir. Ya'ni, elektronlar minusdan plyusgacha ishlayotgan bo'lsa-da, bu holda oqimning yo'nalishi teskari - ortiqcha dan minusgacha ekanligiga ishoniladi. Hammasi shu tarzda yakunlanadi. Siz nima qila olasiz - an'anaga hurmat.

Oqim bilan o'tkazgichning sxematik ko'rinishi 1-rasmda ko'rsatilgan.

1-rasm - oqim bilan o'tkazgichning sxematik ko'rinishi

Chivinli bulutni tasavvur qiling. Ha, bilaman, yovuz mavjudotlar, bulut esa, odatda, qandaydir dahshatdir. Ammo baribir, jirkanchlikni bostirgan holda, keling, ularni tasavvur qilishga harakat qilaylik. Xullas, bu bulutda har bir yaramas chivin o'z-o'zidan uchadi. Bu tasodifiy harakat. Endi qutqaruvchi shabadani tasavvur qiling. U bir vaqtning o'zida barcha chivinlar to'dasini bir yo'nalishda, umid qilamanki, bizdan uzoqlashtiradi. Bu yo'naltirilgan harakat. Chivinlarni elektronlar bilan va shabadani qandaydir sirli harakatlantiruvchi kuch bilan almashtirsak, biz, umuman olganda, qandaydir o'xshashlikka ega bo'lamiz. elektr toki urishi.

Ko'pincha elektronlar harakatidan kelib chiqadigan oqim mavjud. Ha, do'stlar, hayotimiz davomida biz yomon elektronika bilan o'ralganmiz, bir yo'nalishda harakat qilishga majbur bo'lamiz, deyish mumkin, shakllanishda, majburlash kuchi ta'sirida. Ular elektr uzatish simlari bo'ylab, barcha rozetkalarimizda, barcha aqlli qurilmalarimizda - kompyuterlar, noutbuklar, smartfonlarimizda ishlaydi va og'ir hayotimizni osonlashtirish va uni qulayliklar bilan to'ldirish uchun Karloning otasi kabi ishlaydi.

Chivinlar - chivinlar, hammasi ajoyib, ammo rasmiy ta'riflar vaqti keldi.

Shunday qilib, janoblar, oqim kuchi ∆t vaqt ichida o'tkazgichning S ma'lum bir qismi orqali uzatiladigan Dq zaryadining nisbati. Joriy quvvat, ko'pchilik bilganidek, Amperda o'lchanadi. Shunday qilib - o'tkazgichdagi oqim 1 Amper, agar 1 Kulon bu o'tkazgichdan 1 soniyada o'tsa.

"Ajoyib!" – deb hayqiradi aziz o‘quvchi. Va bu formula bilan nima qilishim kerak?! Xo'sh, vaqt yaxshi, mening iPhone-da sekundomer bor, men uni aniqlayman. Va to'lov haqida nima deyish mumkin? Men simdagi elektronlar sonini sanab, keyin bitta elektronning zaryadiga ko'paytirishim kerakmi, chunki bu oqimni aniqlash uchun ma'lum qiymatdir ?!

Tinchlaning, janoblar! Hammasi bo'ladi. Shoshmang. Hozircha, qandaydir formula borligini unutmang. Keyin ma'lum bo'lishicha, uning yordami bilan siz kondensatorlarning zaryadini va boshqa ko'p narsalarni hisoblashingiz mumkin.

Ayni paytda ... Hozircha siz ampermetrni olishingiz, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan tokni lampochka bilan o'lchashingiz va o'tkazgich bo'limidan har soniyada qancha zaryad oqishini bilib olishingiz mumkin. q = I t = I 1c= I.

Ha, har soniyada o'tkazgichning kesimidan zaryad oqib o'tadi, kuchiga teng undagi oqim. Endi siz ushbu qiymatni elektron zaryadiga ko'paytirishingiz mumkin (unutganlar uchun, bu teng ekanligini eslatib o'taman) va zanjirda qancha elektron ishlayotganini bilib olishingiz mumkin. Voros bo'lishi mumkin - nima uchun? Muallifning javobi - xuddi shunday, qiziqish uchun. Bundan amaliy foyda olishingiz dargumon. Agar o'qituvchingizni rozi qilsangiz. Bu savol faqat akademik.

Savol tug'ilishi mumkin - ampermetr oqimni qanday o'lchaydi? U elektronlarni hisoblayaptimi? Albatta yo'q, janoblar. Mana bizda bilvosita o'lchovlar. Ular eski uslubdagi analog ko'rsatkichli ampermetrlarda oqimning magnit ta'siriga yoki Ohm qonuniga asoslangan - ma'lum qarshilik orqali oqayotgan oqimni kuchlanishga aylantirish va keyin uni qayta ishlash orqali - barcha zamonaviy multimetrlarda. Ammo bu haqda keyinroq.

Endi men bu hisobni beraman. Bu juda oddiy va hatto gumanitar fanlar tomonidan ham hazm qilinishi kerak. Agar sizda matanga individual intolerans mavjud bo'lsa, unda siz shunchaki natijaga qarashingiz mumkin.

Keling, to'lovimizni eslaylik ∆q bu vaqt o'tib ketadi ∆t o'tkazgichning kesimi orqali ∆S bu haqda biz yuqorida gaplashdik. Haqiqiy matematiklar singari, biz ham buni sharmandalik darajasiga qadar murakkablashtiramiz, shundagina miyani siqib chiqarganimizdan keyingina shaxsiyatni yozganimiz aniq bo'ladi.

Rabbiy, shaxmat, aldov yo'q. e elektron zaryadidir, n - elektronlar kontsentratsiyasi, ya'ni bir kubometrdagi bo'laklar soni; v elektronlar tezligidir. Bu aniq v∙∆t∙∆S aslida elektronlar o'tadigan hajmdir. Biz konsentratsiyani hajmga ko'paytiramiz - biz bo'laklarni olamiz, qancha elektronlar o'tdi. Biz qismlarni bitta elektronning zaryadiga ko'paytiramiz - biz qismdan o'tgan umumiy zaryadni olamiz. Men sizga hamma narsa adolatli ekanligini aytdim!

Keling, oqim zichligi tushunchasini kiritaylik. Bu haqda biror narsa o'qigan zerikishlar endi hayqirishadi - aha, bu vektor miqdori! Men bahslashmayman, janoblar, vektor. Ammo biz allaqachon qiyin bo'lgan hayotni soddalashtirish uchun biz oqim zichligi vektorining yo'nalishi ko'p hollarda sodir bo'ladigan o'tkazgichning o'qiga to'g'ri keladi deb taxmin qilamiz. Shuning uchun vektorlar darhol skalyarga aylanadi. Taxminan aytganda, oqim zichligi - bu o'tkazgich kesimining kvadrat metriga qancha amper. Shubhasiz, buning uchun joriy quvvatni maydonga bo'lish kerak. Bizda ... bor

Endi, umid qilamanki, nima uchun formulani o'zgartirganimiz aniq? Bir nechta narsalarni kesish uchun!

Asosiy narsani unutmang - biz tezlikni qidiramiz. Biz buni ifodalaymiz:

Hammasi yaxshi bo'lardi, lekin biz hozircha konsentratsiyani bilmaymiz. Biz kimyoni eslaymiz. Formula bor edi

Qayerda r=8900 kg/m 3 misning zichligi, N A \u003d 6 10 23 avogadro raqami, M=0,0635 kg/mol- molyar massa.

Janoblar, umid qilamanki, bu formula qayerdan kelganini tushuntirishga hojat qolmaydi. Rostini aytsam, kimyodan unchalik yaxshi emasman. Men 11 yil kimyoni chuqur o'rganadigan maktabda o'qigan bo'lsam ham, 8-sinfda men fizika-matematika sinfiga kirdim, fizikaga, ayniqsa uning elektr toki haqida gapiradigan qismiga qiziqib qoldim, lekin aytishim mumkin. , Men kimyo haqida unutibman. Aslida, ular bizdan bu haqda chuqur so'rashmadi, biz fizik edik. Ammo, agar to'satdan, to'satdan zarurat tug'ilsa, men hali ham bu kimyoviy o'rmonni o'rganishga va nima ekanligini aytishga tayyorman.

Shunday qilib, oqim o'tkazuvchi o'tkazgichdagi elektronlarning tezligi

Muayyan raqamlarni almashtiring. Aniqlik uchun joriy zichlikni 5 A/mm 2 ga o'rnatamiz.

Bizda boshqa barcha raqamlar allaqachon mavjud. Savol tug'ilishi mumkin - nima uchun aynan 5 A / mm 2.

Bu oddiy, janoblar. Odamlar elektronika bilan shug'ullanishning birinchi yilida emas. Bu sohada ma'lum tajribalar yoki fan tili bilan aytganda, empirik ma'lumotlar to'plangan. Shunday qilib, ushbu empirik ma'lumotlarga ko'ra, ruxsat etilgan oqim zichligi mis simlar odatda bo'ladi 5-10 A / mm 2. Yuqori oqim zichligi bilan o'tkazgichning qabul qilinishi mumkin bo'lmagan qizib ketishi mumkin. Biroq, bosilgan elektron platadagi treklar uchun bu qiymat ancha katta va 20 A / mm 2 va undan ham ko'proqni tashkil qiladi. Biroq, bu butunlay boshqa muhokama uchun mavzu. Keling, muammomizga, ya'ni o'tkazgichdagi elektronlarning tezligini hisoblashga qaytaylik. Raqamlarni almashtirsak, biz buni olamiz

Janoblar, hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, tok o'tkazgichdagi elektronlar sekundiga atigi 0,37 millimetr tezlikda harakat qiladi! Juda sekin. To'g'ri, bu termal harakat emas, balki yo'naltirilgan harakat ekanligini unutmaslik kerak. Issiqlik harakati 100 km/s tezlikda ancha kattaroqdir. Mantiqiy savol - nega men kalitni aylantirganimda yorug'lik bir zumda miltillaydi? Va esingizdami, men qandaydir majburlash kuchi haqida gapirgan edim? Bu u haqida! Ammo bu haqda keyingi maqolada batafsilroq. Barchangizga omad va tez orada ko'rishguncha!

Bizga qo'shiling

§ 8-i da biz chiroq va ikkita sariq (rezistor) bilan tajribani ko'rib chiqdik. Biz ta'kidladikki, oqim kuchining o'zgarishi bilan biz o'tkazgichdan o'tadigan elektronlar oqimining o'zgarishini tushunamiz. Bu iboraga tegishli qattiq metall o'tkazgichlar. Suyuq metallarda (masalan, simobda), erigan yoki erigan moddalarda (masalan, tuzlar, kislotalar va ishqorlarda), shuningdek, gazlarda oqim elektronlar va ionlar tomonidan yaratiladi (8-§ §). Ularning hammasi tashuvchilar elektr zaryadi.
Shuning uchun oqim kuchini ma'lum vaqt ichida o'tkazgichdan o'tadigan turli zaryadlangan zarrachalar (elektronlar va / yoki ionlar) soni sifatida emas, balki tushunish qulayroqdir. vaqt birligida o'tkazgich orqali o'tkaziladigan umumiy zaryad. Formula shaklida u quyidagicha ko'rinadi:

Shunday qilib, joriy quvvat - vaqt birligida o'tkazgich orqali o'tadigan zaryadni ko'rsatadigan jismoniy miqdor.

Tokni o'lchash uchun qurilma ishlatiladi ampermetr. U oqim o'lchanadigan kontaktlarning zanglashiga olib keladigan qismiga ketma-ket ulanadi. Joriy quvvat birligi - 1 amper(1 A). U o'tkazgichlarning oqim bilan o'zaro ta'sir kuchini (tortishish yoki itarish) o'lchash yo'li bilan o'rnatiladi. Tushuntirish uchun ushbu mavzuning boshida joylashtirilgan folga chiziqlari bilan rasmga qarang.
1 amper uchun shunday oqimning kuchi olinadiki, vakuumda bir-biridan 1 m masofada joylashgan cheksiz uzunlikdagi va kichik diametrli ikkita parallel to'g'ri o'tkazgichdan o'tayotganda 0,0000002 H ga teng o'zaro ta'sir kuchini keltirib chiqaradi. 1 m uzunlikdagi o'tkazgichning bir qismida.
Keling, tanishamiz joriy tarqatish qonunlari o'tkazgichlarning turli xil aloqasi bo'lgan davrlarda. "A", "b", "c" diagrammalarida chiroq va reostat ulanadi ketma-ket."D", "d", "e" diagrammalarida lampalar ulangan parallel. Ampermetrni oling va qizil nuqta bilan belgilangan joylarda oqim kuchini o'lchang.
Birinchidan, reostat va chiroq o'rtasida ampermetrni yoqing (diagramma "a"), oqim kuchini o'lchang va uni belgi bilan belgilang. Iumumiy. Keyin ampermetrni reostatning chap tomoniga qo'yamiz (diagramma "b"). Keling, uni belgi bilan belgilab, joriy kuchni o'lchaymiz I1 . Keyin ammetrni chiroqning chap tomoniga joylashtiramiz, biz oqim kuchini bildiramiz I2 (sxema "c").



zanjirning barcha qismlarida ketma-ket ulanish Supero'tkazuvchilar, oqim kuchi bir xil:

Keling, parallel ravishda ulangan ikkita lampa bilan sxemaning turli qismlarida oqim kuchini o'lchaymiz. "D" sxemasida ampermetr umumiy oqim kuchini o'lchaydi; "d" va "e" diagrammalarida - yuqori va pastki lampalardan o'tadigan oqimlarning kuchi.



Ko'p o'lchovlar buni ko'rsatadi Supero'tkazuvchilar parallel ulanishi bilan zanjirning tarmoqlanmagan qismidagi oqim kuchi ( umumiy quvvat joriy) bu kontaktlarning zanglashiga olib barcha tarmoqlaridagi oqimlarning yig'indisiga teng.

Ehtimol, har bir kishi hayotida kamida bir marta his qilgan joriy harakat. Oddiy akkumulyator tilga qo'llanganda zo'rg'a chimchiladi. Agar siz yalang'och simlarga tegsangiz, kvartira rozetkasidagi oqim juda kuchli uradi. Ammo elektr stul va elektr uzatish liniyalari hayotni olib ketishi mumkin.

Barcha holatlarda biz harakat haqida gapiramiz elektr toki. Qanday qilib bir oqim boshqasidan shunchalik farq qiladiki, uning ta'siridagi farq shunchalik muhim? Shubhasiz, bunday farqni tushuntira oladigan ba'zi miqdoriy xarakteristikalar mavjud. Ma'lumki, oqim elektronlar o'tkazgich bo'ylab harakatlanadi. Taxmin qilish mumkinki, o'tkazgichning kesimidan qanchalik ko'p elektronlar o'tsa, oqimning ta'siri shunchalik katta bo'ladi.

Joriy formula

Supero'tkazuvchilar orqali o'tadigan zaryadni tavsiflash uchun biz joriy qildik jismoniy miqdor elektr tokining kuchi deb ataladi. O'tkazgichdagi oqim kuchi - bu o'tkazgichning kesimidan vaqt birligida o'tadigan elektr miqdori. Joriy quvvat elektr zaryadining uning o'tish vaqtiga nisbatiga teng. Joriy quvvatni hisoblash uchun formuladan foydalaniladi:

qaerda men hozirgi kuch,
q - elektr zaryadi,
t - vaqt.

Zanjirdagi tokning birligi fransuz olimi André Amper sharafiga 1 amper (1 A) ga teng. Amalda ko'pincha bir nechta birliklar qo'llaniladi: milliamperlar, mikroamperlar va kiloamplar.

Ampermetr bilan oqim o'lchovi

Ampermetrlar oqimni o'lchash uchun ishlatiladi. Ampermetrlar qanday o'lchovlar uchun mo'ljallanganligiga qarab farqlanadi. Shunga ko'ra, asbobning shkalasi kerakli qiymatlarda kalibrlanadi. Ampermetr tarmoqning istalgan joyiga ketma-ket ulangan. Ampermetrning qayerga ulanganligi muhim emas, chunki kontaktlarning zanglashiga olib o'tadigan elektr miqdori har qanday joyda bir xil bo'ladi. Elektronlar zanjirning biron bir joyida to'plana olmaydi, ular barcha simlar va elementlardan bir tekisda oqadi. Ampermetrni yukdan oldin va keyin ulashda u bir xil qiymatlarni ko'rsatadi.

Elektrni o'rgangan birinchi olimlarda oqim kuchi va zaryad kattaligini o'lchash uchun asboblar yo'q edi. Ular tokning mavjudligini o'zlarining his-tuyg'ulari bilan tekshirib, uni tanadan o'tkazdilar. Juda xunuk yo'l. O'sha paytda ular ishlagan oqimlarning kuchi unchalik yuqori emas edi, shuning uchun ko'pchilik tadqiqotchilar faqat yoqimsiz his-tuyg'ular bilan chiqishdi. Biroq, bizning davrimizda, hatto kundalik hayotda ham, sanoatni hisobga olmaganda, juda katta oqimlar qo'llaniladi.

Buning uchun bilishingiz kerak inson tanasi 1 mA gacha bo'lgan oqim qiymatlari xavfsiz deb tan olinadi. 100 mA dan ortiq oqim tanaga jiddiy zarar etkazishi mumkin. Bir necha amperlik oqim odamni o'ldirishi mumkin. Shu bilan birga, har bir kishi uchun har xil bo'lgan tananing individual sezuvchanligini ham hisobga olish kerak. Shuning uchun, elektr jihozlarini ishlatishda asosiy talabni - xavfsizlikni esga olish kerak.

Oqimning kuchi haqida gapirishdan oldin, bu kerak, in umumiy ma'noda, tasavvur qiling-a, bu nima - elektr toki?

Klassik ta'riflarga ko'ra, bu o'tkazgichdagi zaryadlangan zarrachalarning (elektronlarning) yo'naltirilgan harakatidir. Uning paydo bo'lishi uchun avvalo yaratish kerak elektr maydoni, bu zaryadlangan zarralarni harakatga keltiradi.

Tokning paydo bo'lishi

Barcha moddiy moddalar atomlarga bo'lingan molekulalardan iborat. Atomlar ham tarkibiy qismlarga bo'linadi: yadrolar va elektronlar. Kimyoviy reaksiya jarayonida elektronlar bir atomdan ikkinchisiga o'tadi. Buning sababi shundaki, ba'zi atomlarda elektronlar etishmaydi, boshqalari esa ularning ortiqcha bo'ladi. Bu, birinchi navbatda, "qarama-qarshi to'lovlar" tushunchasi. Bunday moddalar bilan aloqa qilganda, elektronlar harakati sodir bo'ladi, bu aslida elektr tokidir. Ikki moddaning zaryadlari tenglashtirilgunga qadar oqim oqimi davom etadi.

Qadim zamonlarda ham odamlar junga surtilgan amber turli xil yorug'lik moslamalarini o'ziga jalb qila olishini payqashgan. Keyinchalik, boshqa moddalar bir xil xususiyatlarga ega ekanligi ma'lum bo'ldi. Ular yunoncha "elektron" so'zidan kelib chiqqan holda elektrlashtirilgan deb atala boshlandi, ya'ni kehribar.

Elektr quvvati kuchli yoki zaif bo'lishi mumkin. Oqib turgan zaryad miqdoriga bog'liq elektr zanjiri ma'lum bir vaqt uchun. Elektronlar qutbdan qutbga qanchalik ko'p harakatlansa, elektronlar tomonidan olib boriladigan zaryadning qiymati shunchalik yuqori bo'ladi. To'lovning umumiy miqdori o'tkazgichdan o'tadigan elektr miqdori ham deyiladi.

Birinchi marta oqim kuchining ta'rifini frantsuz olimi Andre-Mari Amper (1775-1836) bergan. fizik va matematik. Uning ta'rifi hozirgi vaqtda biz ishlatadigan oqim kuchi tushunchasining asosini tashkil etdi.

Birlik

Oqim kuchi o'tkazgichning kesimidan o'tadigan zaryad miqdorining uning o'tish vaqtiga nisbatiga teng qiymatdir. Supero'tkazuvchilar orqali o'tadigan zaryad kulonlarda (C) o'lchanadi, o'tish vaqti soniyalarda (s). Oqim kuchining birligi uchun qiymat (C/s) olinadi. Fransuz olimi sharafiga ushbu birlik (A) deb nomlandi va hozirgi vaqtda oqim kuchini o'lchash uchun asosiy birlik hisoblanadi.

Hozirgi kuchni o'lchash uchun maxsus o'lchash moslamasi. U to'g'ridan-to'g'ri kontaktlarning zanglashiga olib, kuchni o'lchash kerak bo'lgan joyda yoqiladi. Kichik oqimlarni o'lchaydigan asboblar milliampermetr yoki mikroampermetr deb ataladi.

Supero'tkazuvchilar turlari

Zaryadlangan zarralar (elektronlar) o'zaro erkin harakatlanadigan moddalarga o'tkazgichlar deyiladi. Bularga deyarli barcha metallar, kislotalar va tuzlarning eritmalari kiradi. Boshqa moddalarda elektronlar o'zaro juda zaif harakat qiladi yoki umuman harakat qilmaydi. Ushbu moddalar guruhi dielektriklar yoki izolyatorlar deb ataladi. Bularga ebonit, amber, kvarts, o'zgartirilmagan gazlar kiradi. Hozirgi vaqtda juda ko'p miqdordagi sun'iy materiallar mavjud bo'lib, ular izolyator vazifasini bajaradi va elektrotexnikada keng qo'llaniladi.