Fizika, Elektrodinamika

Sabit cərəyan və elektrik dövrəsi: Om qanunu sadə dillə

Om qanunu ilə müqaviməti, cərəyanı və istiliyi hesablamağı, qrafiki düzgün oxumağı və mənbənin daxili müqavimətini nəzərə almağı öyrənəcəksən.

Oxumaq üçün 3 dəqiqə

Süni intellektlə hazırlanmış şəkil: axşam düşəndə küçədə dayanmış maşın, qabaq işıqları yanır.

Maşının qabaq işıqları yanılı olanda mühərriki işə salsan, işıqların bir anlığa zəiflədiyini görə bilərsən. Akkumulyator həmin akkumulyatordur, lampalar da həmin lampalardır. Bəs işıq niyə azalır?

Səbəb akkumulyatorun öz içindədir. Hər mənbənin daxili müqaviməti var. Starter mühərriki çox böyük cərəyan çəkir. Cərəyan artdıqca daxili müqavimətdəki gərginlik düşgüsü artır və mənbənin qütblərindəki gərginlik azalır: $U=\mathcal E-Ir$ . Lampalara az gərginlik çatır, ona görə onlar zəif yanır.

Bu hadisəni bir neçə sadə düstur izah edir. Burada onları bir yerə yığırıq: Om qanunu, ardıcıl və paralel birləşmə, iş, güc və EHQ. Sonda dövrəni özün qurub rəqəmləri dəyişə biləcəksən.

Niyə lazımdır

Elektrik dövrəsi evdə hər gün işinə yarayır. Bir uzatma xəttinə çox cihaz qoşanda onlar paralel birləşir, ümumi cərəyan böyüyür və naqil qızır: bunu $Q=I^2Rt$ düsturu izah edir.

Fizikanın sonrakı bölmələri, məsələn maqnit sahəsi və elektromaqnit induksiyası, bu mövzunun üstündə qurulur. İmtahanda isə vahidləri düsturdan çıxarmağı bacaran şagird vaxt qazanır: uzun hesablama aparmadan cavabı bir-iki addımda tapır.

İmtahan bu mövzuda nə soruşur?

İmtahanda cərəyan–gərginlik qrafiklərindən müqavimətləri müqayisə edir, mürəkkəb vahid ifadəsinin hansı kəmiyyətə aid olduğunu tapırsan. Həmçinin daxili müqavimətli mənbəyə qoşulmuş dövrədə xarici müqavimət dəyişdikcə cərəyanın necə dəyişdiyini göstərən qrafiki seçirsən.

Qayda

Sabit cərəyan zamanı cərəyanın istiqaməti və şiddəti dəyişmir: $I=q/t$ . Burada $q$ en kəsikdən keçən yükdür. Gərginlik vahid yükə düşən işi göstərir: $U=A/q$ .
Om qanunu: dövrə hissəsində $I=U/R$ . Temperaturu sabit olan metal naqildə $U/I$ nisbəti dəyişmir. $R=U/I$ hesablama düsturudur; gərginliyin artırılması özlüyündə müqaviməti artırmır.
Qrafik: üfüqi oxda $U$ , şaquli oxda $I$ verilirsə, meyil $1/R$ -dir; daha dik xətt kiçik müqaviməti göstərir. Oxlar dəyişdikdə, yəni $U(I)$ qrafikində meyil $R$ olur.
Müqavimət: $R=\rho l/S$ ; $\rho$ materialın xüsusi müqavimətidir, vahidi $\text{Om}\times\text{m}$ -dir. Material və temperatur eyni olduqda, en kəsik sahələri bərabər naqillərdən uzunun müqaviməti böyük olur; uzunluqları bərabər naqillərdən isə qalının müqaviməti kiçik olur.
Temperatur: kiçik temperatur intervalında metal üçün $R=R_0(1+\alpha\Delta T)$ ; $R_0$ başlanğıc müqavimətdir. Təmiz metallar qızdıqca müqavimət artır. Bəzi maddələr böhran temperaturundan aşağıda müqavimətini itirir; bu, ifrat keçiricilikdir.
Ardıcıl birləşmə: cərəyan eynidir, $R=R_1+R_2$ , $U=U_1+U_2$ . Gərginlik müqavimətlərə uyğun bölünür: $U_1/U_2=R_1/R_2$ .
Paralel birləşmə: gərginlik eynidir, $I=I_1+I_2$ , $1/R=1/R_1+1/R_2$ . Ampermetri ölçülən hissəyə ardıcıl, voltmetri paralel qoşursan.
İş və güc: $A=UIt$ , $P=A/t=UI$ . Rezistorda $P=I^2R=U^2/R$ , ayrılan istilik $Q=I^2Rt$ olur. Vahidləri düsturdan çıxar: $\text{A}^2\times\text{Om}=\text{Vt}$ , $\text{Vt}\times\text{san}=\text{C}$ . Burada C coul, yük vahidi isə Kl-dir.
EHQ mənbədə kənar qüvvələrin vahid yükə verdiyi enerjidir: $\mathcal E=A_{\text{kənar}}/q$ . Tam dövrədə $I=\mathcal E/(R+r)$ , qütblərdə $U=\mathcal E-Ir$ ; $r$ daxili müqavimətdir.
$\mathcal E$ və $r>0$ sabitdirsə, $R$ artdıqca cərəyan əyri üzrə azalır. $R=0$ zamanı $I=\mathcal E/r$ sonludur; açıq dövrədə $I=0$ , $U=\mathcal E$ olur. Qısaqapanmada böyük cərəyan naqilləri təhlükəli dərəcədə qızdıra bilər.

Tapşırıqlarda işlənən düsturlar

Öyrənilməli düstur

R=\frac{U}{I}

6 tapşırıqda

$U$ naqilin uclarındakı gərginliyi, $I$ cərəyan şiddətini, $R$ isə müqaviməti göstərir. Temperatur sabitkən $I(U)$ qrafikində eyni gərginliyə uyğun cərəyanları müqayisə et: daha dik xətt daha kiçik müqavimətə uyğundur.

Müqaviməti tapmaq üçün qrafikdən oxunan gərginliyi ( $U$ ) ona uyğun cərəyan şiddətinə ( $I$ ) böl. Temperatur dəyişmirsə, $U(I)$ qrafikində daha dik xətt daha böyük müqaviməti göstərir.

Öyrənilməli düstur

Q=\frac{U^2t}{R}

Sabit gərginlikdə rezistordan ayrılan istilik $Q$ ilə, gərginlik $U$ ilə, müqavimət $R$ ilə, müddət isə $t$ ilə işarələnir. Düsturdan $R$ ifadə edib kəmiyyətlərin vahidlərini yerinə yaz; tapşırıqdakı $C$ enerji vahidi olan coulu bildirir.

Öyrənilməli düstur

Q=I^2Rt

Sabit cərəyanın rezistorda ayırdığı istilik $Q$ , cərəyan şiddəti $I$ , müqavimət $R$ , keçmə müddəti isə $t$ ilə göstərilir. Düsturun sağ tərəfindəki hər kəmiyyəti onun BS vahidi ilə əvəz edərək verilən ifadəni yoxla.

Öyrənilməli düstur

I=\frac{\mathcal{E}}{R+r}

$\mathcal{E}$ mənbənin elektrik hərəkət qüvvəsi, $r$ daxili, $R$ xarici müqavimət, $I$ isə cərəyan şiddətidir. $\mathcal{E}$ və müsbət $r$ dəyişmədikdə qrafik $R=0$ nöqtəsində sonlu cərəyandan başlayır, xarici müqavimət böyüdükcə əyilərək azalır və sıfıra yaxınlaşır.

Dövrəni özün qur

Mənbənin EHQ-sini, daxili müqavimətini və xarici müqaviməti dəyiş. Xarici müqaviməti sıfıra endir və bax: cərəyan böyüyür, amma sonsuz olmur.

Nümunələr

I(U)

qrafikində bir naqil üçün

U=8\ \text{V}

I=2\ \text{A}

, digəri üçün həmin gərginlikdə

I=4\ \text{A}

-dır. Müqavimətləri tap:

R_1=8/2=4\ \text{Om}

R_2=8/4=2\ \text{Om}

. Daha dik xətt ikinci naqilə aiddir.

$5\ \text{Om}$ rezistordan $3\ \text{A}$ cərəyan $4\ \text{san}$ keçir. Ayrılan istiliyi hesabla: $Q=3^2\times5\times4=180\ \text{C}$ . Deməli, $\text{A}^2\times\text{Om}\times\text{san}$ enerji vahididir.

$\mathcal E=12\ \text{V}$ , $r=2\ \text{Om}$ olsun. Xarici müqavimət $4\ \text{Om}$ -dan $10\ \text{Om}$ -a artırılır. Əvvəl $I_1=12/(4+2)=2\ \text{A}$ , sonra $I_2=12/(10+2)=1\ \text{A}$ alınır.

R_1=2\ \text{Om}

və

R_2=6\ \text{Om}

rezistorları ardıcıl birləşdirilib, dövrə hissəsinə

16\ \text{V}

gərginlik verilir. Hər rezistordakı gərginliyi tap.

Həllə bax

Ardıcıl birləşmədə müqavimətlər toplanır: $R=2+6=8\ \text{Om}$ .
Cərəyan hər yerdə eynidir: $I=U/R=16/8=2\ \text{A}$ .
Hər rezistor üçün Om qanunu: $U_1=2\times2=4\ \text{V}$ , $U_2=2\times6=12\ \text{V}$ .
Yoxla: $4+12=16\ \text{V}$ , $U_1/U_2=4/12=1/3=R_1/R_2$ . Böyük müqavimətə böyük gərginlik düşür.

$U_1=4\ \text{V}$ , $U_2=12\ \text{V}$

Tipik səhv

$\mathcal E=12\ \text{V}$ , $r=2\ \text{Om}$ , $R=0$ olduqda $I=\mathcal E/R=12/0$ , yəni cərəyan sonsuz olur.

$I=\mathcal E/(R+r)=12/(0+2)=6\ \text{A}$ . Cərəyan böyükdür, amma sonludur.

Tam dövrədə məxrəcə daxili müqaviməti də yaz: $r>0$ olduqda xarici müqavimətin sıfıra enməsi cərəyanı sonsuz etmir.

Qrafikli tapşırıqlarda da ehtiyatlı ol: yalnız xəttin dikliyinə baxıb qərar vermə, əvvəl oxların hansı kəmiyyətləri göstərdiyini yoxla.

Özünü yoxla

İki metal naqilin temperaturu sabitdir. Üfüqi oxda $I$ , şaquli oxda $U$ göstərilən qrafikdə birinci naqilin xətti daha dikdir. Müqavimətlər barədə hansı nəticəyə gəlirsən?

$6\ \text{Om}$ və $3\ \text{Om}$ rezistorlarını paralel qoşub uclarına $9\ \text{V}$ gərginlik verirsən. Ümumi cərəyan şiddəti nə qədərdir?

Daxili müqaviməti $r>0$ olan mənbəyə qoşulmuş dövrəni açırsan. Açıq dövrədə cərəyan şiddəti və mənbənin qütblərindəki gərginlik necə olur?

Bu mövzunun tapşırıqlarını həll et

Bu mövzunun tapşırıqlarını həll et və hər birinin izahına bax.

Mövzu üzrə sınaq, I qrup (RK)Mövzu üzrə sınaq, I qrup (Rİ)Mövzu üzrə sınaq, IV qrup

Digər mövzular

Bütün Fizika mövzuları

Dərslikdə bu mövzu

Dərslik: Fizika, 11-ci sinif, 2.2 «Dövrə hissəsi üçün Om qanunu. Müqavimət. İfrat keçiricilik», səh. 58
Dərslik: Fizika, 11-ci sinif, 2.3 «Elektrik hərəkət qüvvəsi. Tam dövrə üçün Om qanunu», səh. 62
Dərslik: Fizika, 9-cu sinif, «Metalların müqaviməti», səh. 12
Dərslik: Fizika, 9-cu sinif, «Gərginlik paylayıcı dövrəsi», səh. 17
Dərslik: Fizika, 9-cu sinif, «Elektrik cərəyanının gördüyü iş», səh. 23
Dərslik: Fizika, 9-cu sinif, «Elektrik cərəyanının gücü», səh. 26
Dərslik: Fizika, 9-cu sinif, «Elektrik cərəyanının canlı orqanizmə təsiri», səh. 30
Dərslik: Fizika, 7-ci sinif, «6.1 Elektrik dövrəsi və dövrə elementləri», səh. 38
Dərslik: Fizika, 7-ci sinif, «6.2 Elektrik cərəyanı», səh. 42
Dərslik: Fizika, 7-ci sinif, «6.3 Gərginlik», səh. 46
Dərslik: Fizika, 7-ci sinif, «6.4 Om qanunu», səh. 50
Dərslik: Fizika, 7-ci sinif, «6.5 Naqilin müqaviməti nədən asılıdır?», səh. 54
Dərslik: Fizika, 7-ci sinif, «6.6 Lampaların ardıcıl və paralel birləşdirilməsi», səh. 59