Mevcut güç orana eşittir. Mevcut güç nedir
Akımı ölçmek için adı verilen bir ölçüm cihazı kullanılır. Akım gücünün, voltaj veya dirençten çok daha az ölçülmesi gerekir, ancak yine de bir elektrikli cihazın güç tüketimini belirlemeniz gerekiyorsa, o zaman tükettiği akım miktarını bilmeden güç belirlenemez.
Gerilim gibi akım da sabit veya değişken olabilir ve değerlerini ölçmek için farklı ölçüm cihazları gerekir. Akım harfle belirtilir BEN ve bunun geçerli değer olduğunu belirtmek için sayıya bir harf eklenir A. Örneğin I=5 A, ölçülen devredeki akımın 5 Amper olduğu anlamına gelir.
Açık ölçüm aletleri alternatif akımı ölçmek için A harfinin önünde " işareti bulunur ~ "ve doğru akımı ölçmeye yönelik olanlar yerleştirilir" – ". Örneğin, -A cihazın doğru akımı ölçmek üzere tasarlandığı anlamına gelir.
Akımın ne olduğunu ve akış yasalarını popüler bir biçimde “Mevcut Güç Yasası” web sitesinde okuyabilirsiniz. Ölçüm yapmadan önce bu kısa yazıyı okumanızı şiddetle tavsiye ederim. Fotoğrafta 3 Amper'e kadar doğru akımı ölçmek için tasarlanmış bir ampermetre gösterilmektedir.
Ampermetre ile akımı ölçmek için devre
Yasaya göre, aynı büyüklükteki kapalı bir devrede herhangi bir noktada akım tellerden akar. Bu nedenle akım değerini ölçmek için uygun herhangi bir yerde devreyi keserek cihazı bağlamanız gerekir. Akım değerini ölçerken elektrik devresine hangi voltajın uygulandığının önemli olmadığı unutulmamalıdır. Akım kaynağı 1,5 V'luk bir pil, 12 V'luk bir araba aküsü veya 220 V veya 380 V'luk bir ev tipi güç kaynağı olabilir.
Ölçüm diyagramı ayrıca ampermetrenin ekranda nasıl gösterildiğini de gösterir. elektrik şemaları. Bu Büyük harf Ve bir daire ile çevrilidir.
Bir devredeki akımı ölçmeye başladığınızda, diğer ölçümlerde olduğu gibi, cihazı hazırlamak, yani sabit veya alternatif tipini dikkate alarak anahtarları mevcut ölçüm konumuna ayarlamak gerekir. Beklenen akım değeri bilinmiyorsa anahtar maksimum akım ölçüm konumuna ayarlanır.
Elektrikli bir cihazın akım tüketimi nasıl ölçülür?
Elektrikli cihazların akım tüketimini ölçmenin rahatlığı ve güvenliği için iki prizli özel bir uzatma kablosu yapılması gerekmektedir. İle dış görünüş ev yapımı uzatma kablosunun sıradan bir uzatma kablosundan hiçbir farkı yoktur.
Ancak prizlerin kapaklarını çıkarırsanız terminallerinin tüm uzatma kablolarında olduğu gibi paralel değil seri olarak bağlandığını fark etmek hiç de zor değil.
Fotoğrafta da görebileceğiniz gibi prizlerin alt terminallerine şebeke gerilimi sağlanmakta, üst terminaller ise sarı izolasyonlu telden yapılmış jumper ile birbirine bağlanmaktadır.
Ölçüm için her şey hazır. Elektrikli cihazın fişini prizlerden herhangi birine, ampermetre problarını diğer prize takın. Ölçümlerden önce cihaz anahtarlarının akım türüne (AC veya DC) ve maksimum ölçüm limitine göre ayarlanması gerekmektedir.
Ampermetre okumalarından da görülebileceği gibi cihazın akım tüketimi 0,25 A idi. Cihaz ölçeği benim durumumda olduğu gibi doğrudan okumaya izin vermiyorsa sonuçları hesaplamak gerekir ki bu çok sakıncalıdır. Ampermetrenin ölçüm sınırı 0,5 A olduğundan bölme değerini bulmak için 0,5 A'yı skaladaki bölme sayısına bölmeniz gerekir. Bu ampermetre için 0,5/100=0,005 A çıkıyor. İbre 50 bölüm sapmış. Yani şimdi 0,005×50=0,25 A'ya ihtiyacınız var.
Gördüğünüz gibi işaretçi cihazlardan güncel okumalar almak zahmetlidir ve kolayca hata yapabilirsiniz. M890G multimetre gibi dijital aletleri kullanmak çok daha uygundur.
Fotoğraf, AC akım ölçüm modunda 10 A sınırına kadar açılmış evrensel bir multimetreyi göstermektedir. Elektrikli cihaz tarafından tüketilen ölçülen akım, 220 V besleme voltajında 5,1 A'dır. Bu nedenle cihaz 1122 W güç tüketir.
Multimetrenin akımı ölçmek için harflerle gösterilen iki sektörü vardır A- DC için ve Ah~ Bir değişkeni ölçmek için. Bu nedenle ölçümlere başlamadan önce akımın türünü belirlemeniz, büyüklüğünü tahmin etmeniz ve anahtar işaretçisini uygun konuma ayarlamanız gerekir.
Yazılı multimetre soketi COM tüm ölçüm türleri için ortaktır. İşaretli soketler mA Ve 10 A yalnızca akımı ölçerken bir probu bağlamak için tasarlanmıştır. Ölçülen 200 mA'den düşük bir akım için prob fişi bir mA soketine, 10 A'ya kadar bir akım için ise 10 A'lik bir sokete takılır.
Dikkat, prob fişi mA soketindeyken 200 mA'dan birçok kez daha büyük bir akım ölçerseniz multimetre zarar görebilir.
Ölçülen akımın değeri bilinmiyorsa ölçüm limiti 10 A olarak ayarlanarak ölçümlere başlanmalıdır. Akım 200 mA'nin altında ise cihazı uygun pozisyona getirin. Multimetre ölçüm modlarının değiştirilmesi yalnızca ölçülen devrenin enerjisi kesilerek yapılabilir..
Akım tüketimine göre bir elektrikli cihazın gücünün hesaplanması
Mevcut değeri bilerek, ister arabadaki bir ampul, ister bir apartman dairesindeki klima olsun, herhangi bir elektrik enerjisi tüketicisinin güç tüketimini belirleyebilirsiniz. Kullanmanız yeterli basit yasa ikisini aynı anda kuran fizikçiler fizik bilim adamları, birbirinden bağımsız olarak. 1841'de James Joule ve 1842'de Emil Lenz. Bu yasa onların adını almıştır. Joule-Lenz yasası.
Göz kamaştırıcı bir şimşek, gök gürültüsü. İnsanlık uzun zamandır bu müthiş doğa olaylarını gözlemledi ve onları anlamadan onlardan korktu. Ve yüz yılı aşkın bir süre önce insanlar doğanın elektriksel kuvvetlerinin kendilerine hizmet etmesini öğrettiler.
Ekspres Fizik
Doğada çok küçük yüklü parçacıklar vardır. Yüklü ve artı işaretli yüke sahip parçacıklar vardır ve eksi işaretli negatif yüke sahip parçacıklar vardır. Negatif yüke sahip parçacıklara elektron denir. Metal iletkenler üzerinde çalışabilirler. Ve bilim adamları bu yüklü parçacıkların akışına elektrik akımı adını verdiler.
Akımın hangi özellikleri vardır? Birincisi bu akımın gücü ve yoğunluğu, ikincisi ise mevcut güçtür. Akım yoğunluğuna ve gücüne başka bir yazımızda bakacağız; şimdi dikkatimizi mevcut güce çevirelim. Ne olduğunu, bu miktarın fizikte ne gibi bir tanımı ve anlamı olduğunu düşünelim. Akım için hangi tanımlar kullanılır? Mevcut güç nasıl bulunur? Mevcut güç hakkında ilginç ve eğitici gerçekleri öğrenelim.
Formül dili
Mevcut güç: fiziksel miktar Bu, iletkenin kesitinden geçen parçacıkların çeşitliliğini değil, birim zamanda iletkenden aktarılan toplam yükü belirler. Şuna benziyor:
- ben=q/t
Burada I, Amper (A) cinsinden ölçülen mevcut gücümüzdür, q, iletkenden geçen yüktür, ölçüm birimleri Coulomb'tur (C) ve t, saniye (s) cinsinden ölçülen gözlem süresidir.
Ve Ohm yasasına göre, akım şu şekilde belirlenebilir ve bunun için devre bölümünün U voltajını volt (V) cinsinden ve direncini R (Ohm (Ohm) cinsinden) bilmemiz gerekir:
- ben=U/R
İletkenden geçen yükü bilmiyorsak akım gücünü nasıl belirleyebiliriz? Bu bir okul sorunu değilse mevcut güç nasıl bulunur? Bunun için özel bir cihaz var - bir ampermetre. Akım gücünü belirlemek için cihazımızı devrenin akım gücünü ölçtüğümüz bölümüne seri olarak bağlamamız gerekir. Mevcut gücü belirleyebilmek çok önemlidir ve basitçe gereklidir. Gündelik Yaşam. 0,01 Amperlik bir akım hissedilmez veya hissedilmez, ancak çok zayıftır. Ancak 0,1 Amperlik bir akım insan vücudunda büyük rahatsızlıklara neden olur. Ve 0,2 Amperden fazla bir akım ölümcüldür, sonuç ise ciddi yanıklar ve solunum durması. Mevcut güce karşı son derece dikkatli ve dikkatli olun!
Doğada iletken ve iletken olmayan (dielektrik) olmak üzere iki ana malzeme türü vardır. Bu malzemeler, içlerindeki elektrik akımının (elektronların) hareketi için koşulların varlığında farklılık gösterir.
İletken malzemelerden (bakır, alüminyum, grafit ve diğerleri) yapılırlar. elektrik iletkenleri, içlerindeki elektronlar bağlı değildir ve serbestçe hareket edebilir.
Dielektriklerde elektronlar atomlara sıkı bir şekilde bağlı olduğundan akım içlerinden akamaz. Elektrikli cihazların telleri ve parçaları için yalıtım yapmak için kullanılırlar.
Elektronların bir iletken içinde hareket etmeye başlaması için (akım devrenin bir bölümünden akar), koşulları yaratmaları gerekir. Bunun için zincir bölümünün başlangıcında elektron fazlalığı, sonunda ise eksiklik olması gerekir. Bu tür koşulları oluşturmak için voltaj kaynakları kullanılır - akümülatörler, piller, enerji santralleri.
1827'de Georg Simon Ohm elektrik akımı yasasını keşfetti. Kanun ve direnç ölçü birimi onun adını almıştır. Kanunun anlamı şu şekildedir.
Boru ne kadar kalın olursa ve su kaynağındaki su basıncı da o kadar büyük olur (borunun çapı arttıkça suya karşı direnç azalır) - o kadar fazla su akacaktır. Suyun elektron olduğunu hayal edersek ( elektrik), o zaman tel ne kadar kalınsa ve voltaj ne kadar yüksek olursa (telin kesiti arttıkça akım direnci azalır) - devre bölümünden o kadar fazla akım akacaktır.
Bir elektrik devresinden geçen akım, uygulanan voltajla doğru orantılı, devre direncinin değeriyle ise ters orantılıdır.
Nerede BEN– amper cinsinden ölçülen ve harfle gösterilen akım gücü A; sen İÇİNDE; R– ohm cinsinden ölçülen ve belirlenen direnç Ohm.
Besleme voltajı biliniyorsa sen ve elektrikli cihazın direnci R, ardından yukarıdaki formülü kullanarak cevrimici hesap makinesi devreden geçen akımın gücünü belirlemek kolaydır BEN.
Ohm yasasını kullanarak, elektrik kablolarının, ısıtma elemanlarının ve modern elektronik ekipmanın tüm radyo elemanlarının (bilgisayar, TV veya cep telefonu) elektriksel parametreleri hesaplanır.
Ohm yasasının pratikte uygulanması
Uygulamada çoğu zaman mevcut gücü belirlemek gerekli değildir. BEN ve direnç değeri R. Ohm Kanununun formülünü dönüştürerek direncin değerini hesaplayabilirsiniz. R akan akımı bilerek BEN ve voltaj değeri sen.
Örneğin bir bilgisayarın güç kaynağını test etmek için bir yük bloğu oluştururken direnç değerinin hesaplanması gerekebilir. Genellikle bilgisayarın güç kaynağı kutusunda her voltaj için maksimum yük akımını listeleyen bir etiket bulunur. Hesap makinesinin alanlarına verilen voltaj değerlerini ve maksimum yük akımını girmeniz yeterlidir ve hesaplama sonucunda belirli bir voltaj için yük direncinin değerini elde ederiz. Örneğin, maksimum 20 A akımda +5 V'luk bir voltaj için yük direnci 0,25 Ohm olacaktır.
Joule-Lenz Yasası Formülü
Bilgisayarın güç kaynağı için bir yük bloğu oluşturmak için direncin değerini hesapladık, ancak yine de direncin hangi güce sahip olması gerektiğini belirlememiz gerekiyor. İki fizikçi tarafından aynı anda birbirinden bağımsız olarak keşfedilen başka bir fizik yasası burada yardımcı olacaktır. 1841'de James Joule ve 1842'de Emil Lenz. Bu yasa onların adını almıştır. Joule-Lenz yasası.
Yük tarafından tüketilen güç, uygulanan voltaj ve akan akımla doğru orantılıdır. Yani voltaj ve akım değiştiğinde güç tüketimi de orantılı olarak değişecektir.
Nerede P- Watt cinsinden ölçülen ve belirlenen güç W;
sen– Volt cinsinden ölçülen ve harfle gösterilen voltaj İÇİNDE;
BEN– amper cinsinden ölçülen ve harfle gösterilen akım gücü A.
Elektrikli bir cihazın tükettiği besleme voltajını ve akımı bilerek, ne kadar güç tükettiğini belirlemek için bir formül kullanabilirsiniz. Verileri çevrimiçi hesap makinesinde aşağıdaki kutulara girmeniz yeterlidir.
Joule-Lenz yasası ayrıca bir elektrikli cihazın gücünü ve besleme voltajını bilerek tükettiği akımı bulmanızı sağlar. Tüketilen akım miktarı, örneğin elektrik kablolarını döşerken tel kesitini seçmek veya derecelendirmeyi hesaplamak için gereklidir.
Örneğin bir çamaşır makinesinin mevcut tüketimini hesaplayalım. Pasaporta göre güç tüketimi 2200 W, ev elektrik şebekesindeki voltaj 220 V. Hesap makinesi pencerelerindeki verileri yerine koyarsak şunu elde ederiz: çamaşır makinesi 10 A akım tüketir.
Başka bir örnek: Arabanıza ek bir far veya ses yükseltici takmaya karar verdiniz. Kurulu elektrikli cihazın güç tüketimini bilerek, akım tüketimini hesaplamak ve aracın elektrik kablolarına bağlantı için doğru kablo kesitini seçmek kolaydır. Diyelim ki ek bir far 100 W güç tüketiyor (farın içine takılan ampulün gücü), araç ağının araç içi voltajı 12 V. Güç ve voltaj değerlerini yerine koyuyoruz hesap makinesinin pencerelerinde tüketilen akım miktarının 8,33 A olacağını görüyoruz.
Yalnızca iki basit formülü anladıktan sonra, tellerden akan akımları, herhangi bir elektrikli cihazın güç tüketimini kolayca hesaplayabilirsiniz - pratik olarak elektrik mühendisliğinin temellerini anlamaya başlayacaksınız.
Ohm Yasası ve Joule-Lenz'in dönüştürülmüş formülleri
İnternette Ohm Yasası ve Joule-Lenz Yasası formüllerinin ve formüllerin matematiksel dönüşüm seçeneklerinin başarıyla yerleştirildiği yuvarlak tablet şeklinde bir resme rastladım. Plaka birbiriyle ilgisi olmayan dört sektörü temsil eder ve pratik kullanıma çok uygundur.
Tabloyu kullanarak, elektrik devresinin gerekli parametresini bilinen diğer iki parametreyi kullanarak hesaplamak için bir formül seçmek kolaydır. Örneğin, bir ürünün mevcut tüketimini, besleme ağının bilinen gücüne ve voltajına göre belirlemeniz gerekir. Mevcut sektördeki tabloya baktığımızda I=P/U formülünün hesaplamaya uygun olduğunu görüyoruz.
Güç tüketimi P ve akım I'e göre besleme voltajını U belirlemeniz gerekiyorsa, sol alt sektörün formülünü kullanabilirsiniz, U=P/I formülü işe yarayacaktır.
Formüllerde kullanılan miktarlar amper, volt, watt veya Ohm cinsinden ifade edilmelidir.
16. Elektrik akımı. Mevcut güç. Akım Yoğunluğu
Elektrik akımı, bir elektrik alanının etkisi altında elektrik yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketidir.
Akım gücü (I), iletkenin kesitinden geçen yükün (q) akımın aktığı süreye (t) oranına eşit bir skaler miktardır.
I=q/t, burada I akımdır, q yüktür, t zamandır.
Akımın SI birimi: [I]=1A (amper)
17. Güncel kaynaklar. Kaynak em'leri
Akım kaynağı, bir tür enerjinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü bir cihazdır.
EMF, kaynağın enerji karakteristiğidir. Bu, bir elektrik yükünü kapalı bir devre boyunca hareket ettirirken dış kuvvetlerin yaptığı işin bu yüke oranına eşit fiziksel bir miktardır:
Volt (V) cinsinden ölçülür.
EMF kaynağı, terminallerindeki voltajın kaynaktan akan akıma bağlı olmadığı ve EMF'sine eşit olduğu iki terminalli bir ağdır. Kaynak emk'si sabit veya zamanın bir fonksiyonu olarak veya harici kontrol etkisinin bir fonksiyonu olarak ayarlanabilir.
18. Ohm kanunu : Bir iletkenin homojen bir bölümünden akan akımın gücü, iletken üzerindeki voltaj düşüşüyle doğru orantılıdır:
-Ohm yasasının integral formu R - elektrik direnci kondüktör
Direncin karşılıklılığına iletkenlik denir. Direncin karşılığına iletkenlik denir: Ohm'un karşılığına Siemens [Sm] denir.
- Diferansiyel formda Ohm yasası.
19. Genelleştirilmiş Ohm yasası
Genelleştirilmiş Ohm yasası bir direnç içeren bir DC devresinin bir bölümündeki temel elektriksel büyüklükler ile ideal bir emk kaynağı arasındaki ilişkiyi belirler (Şekil 1.2):
Formül, Şekil 1.2'de gösterilen devre bölümündeki gerilim düşüşünün pozitif yönleri için geçerlidir. Uab), ideal bir EMF kaynağı ( e) ve akımın pozitif yönü ( BEN).
Joule-Lenz yasası
Joule-Lenz yasasının ifadesi
Yasanın ayrılmaz şekli
İletkenin akım gücünün ve direncinin zamanla değişmediğini varsayarsak Joule-Lenz yasası basitleştirilmiş bir biçimde yazılabilir:
Ohm yasasını ve cebirsel dönüşümleri uygulayarak aşağıdaki eşdeğer formülleri elde ederiz:
Ohm kanununa göre eşdeğer ısı ifadeleri
Joule-Lenz yasasının sözlü tanımı
İletkenin akım gücünün ve direncinin zamanla değişmediğini varsayarsak Joule-Lenz yasası basitleştirilmiş bir biçimde yazılabilir:
20. Bir manyetik alan - hareket durumlarına bakılmaksızın, hareketli elektrik yüklerine ve manyetik momentli cisimlere etki eden bir kuvvet alanı; elektromanyetik alanın manyetik bileşeni
Bir manyetik alan, yüklü parçacıkların akımı ve/veya elektronların manyetik momentleri (ve genellikle çok daha az ölçüde kendini gösteren diğer parçacıkların manyetik momentleri) (kalıcı mıknatıslar) tarafından oluşturulabilir.
Ayrıca zamanla elektrik alanın değişmesi sonucu ortaya çıkar.
Manyetik alanın ana güç özelliği manyetik indüksiyon vektörü (indüksiyon vektörü manyetik alan). Matematiksel açıdan bakıldığında, manyetik alanın fiziksel kavramını tanımlayan ve belirten bir vektör alanıdır. Kısaca belirtmek gerekirse, manyetik indüksiyon vektörüne genellikle manyetik alan adı verilir (her ne kadar bu muhtemelen terimin en katı kullanımı olmasa da).
Manyetik alanın bir diğer temel özelliği (manyetik indüksiyona alternatif ve onunla yakından ilişkili, fiziksel değer olarak neredeyse ona eşit) vektör potansiyeli .
Birlikte manyetik veelektrikalanlar formuelektromanyetik alantezahürleri özellikleışıkve diğerlerielektromanyetik dalgalar.
Bir manyetik alan yaratılır (oluşturulur)yüklü parçacıkların akımıveya zamanla değişiyorElektrik alanı, veya kendimanyetik anlarparçacıklar (ikincisi, resmin tekdüzeliği adına resmi olarak elektrik akımlarına indirgenebilir)
Manyetik alanların grafiksel gösterimi
Manyetik indüksiyon çizgileri, manyetik alanları grafiksel olarak temsil etmek için kullanılır. Manyetik indüksiyon çizgisi, her noktada manyetik indüksiyon vektörünün kendisine teğet olarak yönlendirildiği bir çizgidir.
Yalıtılmış bir iletken \(\overrightarrow(E)\) elektrik alanına yerleştirilirse, o zaman \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) kuvveti serbest yüklere \(q\) etki edecektir. iletkende \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) Sonuç olarak iletkende kısa süreli serbest yük hareketi vardır. İletkenin yüzeyinde oluşan yüklerin kendi elektrik alanı, dış alanı tamamen telafi ettiğinde bu işlem sona erecektir. İletkenin içinde ortaya çıkan elektrostatik alan sıfır olacaktır.
Ancak iletkenlerde belirli koşullar altında serbest elektrik yük taşıyıcılarının sürekli düzenli hareketi meydana gelebilir.
Yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketine elektrik akımı denir.
Elektrik akımının yönü pozitif serbest yüklerin hareket yönü olarak alınır. Bir iletkende elektrik akımının oluşması için, içinde bir elektrik alanının oluşması gerekir.
Elektrik akımının niceliksel bir ölçüsü mevcut güç\(I\), \(\Delta t\) zaman aralığı boyunca iletkenin kesiti boyunca (Şekil 1.8.1) aktarılan yükün \(\Delta q\) oranına eşit bir skaler fiziksel niceliktir. bu zaman aralığına:
$$I = \frac(\Delta q)(\Delta t) $$
Akımın gücü ve yönü zamanla değişmiyorsa böyle bir akıma denir. kalıcı .
İÇİNDE Uluslararası sistem Akımın SI birimleri Amper (A) cinsinden ölçülür. 1 A'lık akım birimi, iki paralel iletkenin akımla manyetik etkileşimi ile belirlenir.
Doğru elektrik akımı yalnızca kapalı devre serbest yük taşıyıcılarının kapalı yörüngeler boyunca dolaştığı. Böyle bir devrenin farklı noktalarındaki elektrik alanı zaman içinde sabittir. Sonuç olarak, bir doğru akım devresindeki elektrik alanı donmuş bir elektrostatik alan karakterine sahiptir. Ancak bir elektrik yükü elektrostatik alanda kapalı bir yol boyunca hareket ettiğinde, elektrik kuvvetlerinin yaptığı iş sıfırdır. Bu nedenle, doğru akımın varlığı için, elektrik devresinde, kuvvetlerin çalışması nedeniyle devrenin bölümlerinde potansiyel farklılıklar yaratabilen ve koruyabilen bir cihazın bulunması gerekir. elektrostatik olmayan kökenli. Bu tür cihazlara denir DC kaynakları . Akım kaynaklarından serbest yük taşıyıcılarına etki eden, elektrostatik kökenli olmayan kuvvetlere denir. dış güçler .
Dış kuvvetlerin doğası değişebilir. Galvanik hücrelerde veya pillerde, elektrokimyasal işlemlerin bir sonucu olarak ortaya çıkarlar; doğru akım jeneratörlerinde, iletkenler manyetik alanda hareket ettiğinde dış kuvvetler ortaya çıkar. Elektrik devresindeki akım kaynağı, kapalı bir hidrolik sistemde sıvıyı pompalamak için gerekli olan pompa ile aynı rolü oynar. Dış kuvvetlerin etkisi altında elektrik yükleri akım kaynağının içinde hareket eder aykırı kapalı bir devrede sabit bir elektrik akımının muhafaza edilebilmesi nedeniyle elektrostatik alan kuvvetleri.
Elektrik yükleri bir doğru akım devresi boyunca hareket ettiğinde, akım kaynaklarının içine etki eden dış kuvvetler iş gerçekleştirir.
Bir \(q\) yükünü akım kaynağının negatif kutbundan pozitif kutbuna hareket ettirirken dış kuvvetlerin \(A_(st)\) işinin bu yükün değerine oranına eşit bir fiziksel niceliğe denir kaynağın elektromotor kuvveti (EMF):
$$EMF=\varepsilon=\frac(A_(st))(q). $$
Böylece EMF, tek bir pozitif yükü hareket ettirirken dış kuvvetlerin yaptığı işe göre belirlenir. Potansiyel fark gibi elektromotor kuvvet de ölçülür. Volt (V).
Tek bir pozitif yük kapalı bir doğru akım devresi boyunca hareket ettiğinde, dış kuvvetlerin yaptığı iş bu devreye etki eden emk'nin toplamına eşittir ve elektrostatik alanın yaptığı iş sıfırdır.
Bir DC devresi ayrı bölümlere ayrılabilir. Hiçbir dış kuvvetin etki etmediği alanlara (yani mevcut kaynakları içermeyen alanlara) denir. homojen . Akım kaynaklarının bulunduğu alanlara denir heterojen .
Tek bir pozitif yük devrenin belirli bir bölümü boyunca hareket ettiğinde, hem elektrostatik (Coulomb) hem de dış kuvvetler tarafından iş gerçekleştirilir. Elektrostatik kuvvetlerin işi, homojen olmayan bölümün başlangıç (1) ve son (2) noktaları arasındaki \(\Delta \phi_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)\) potansiyel farkına eşittir. . Dış kuvvetlerin işi, tanımı gereği, belirli bir alanda etki eden elektromotor kuvvete \(\mathcal(E)\) eşittir. Bu nedenle toplam iş eşittir
$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E)$$
Boyut sen genellikle 12 denir Gerilim zincir bölümü 1-2'de. Homojen bir alan olması durumunda voltaj potansiyel farka eşittir:
$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)$$
Alman fizikçi G. Ohm, 1826'da deneysel olarak homojen bir metal iletkenden (yani hiçbir dış kuvvetin etki etmediği bir iletken) geçen akım kuvvetinin \(I\) uçlardaki voltajla \(U\) orantılı olduğunu tespit etti. iletkenin:
$$I = \frac(1)(R) U; \: U = IR$$
burada \(R\) = sabit.
Boyut R genellikle denir elektrik direnci . Elektrik direncine sahip iletkene denir direnç . Bu oran ifade eder Ohm kanunu zincirin homojen bölümü: Bir iletkendeki akım, uygulanan voltajla doğru orantılı, iletkenin direnciyle ise ters orantılıdır.
İletkenlerin elektriksel direncinin SI birimi Ohm (Ohm). 1 ohm'luk bir direnç, devrenin 1 V'luk bir voltajda 1 A'lık bir akımın meydana geldiği bir bölümüne sahiptir.
Ohm kanununa uyan iletkenlere denir doğrusal . Akımın \(I\) gerilime \(U\) grafiksel bağımlılığı (bu tür grafiklere volt-amper özellikleri (CVC olarak kısaltılır) koordinatların orijininden geçen düz bir çizgi ile gösterilir. Yarı iletken diyot veya gaz deşarj lambası gibi Ohm kanununa uymayan birçok malzeme ve cihazın mevcut olduğu unutulmamalıdır. Metal iletkenlerde bile, yeterince yüksek akımlarda, metal iletkenlerin elektrik direnci artan sıcaklıkla arttığından, Ohm'un doğrusal yasasından bir sapma gözlenir.
Bir devrenin emk içeren bir bölümü için Ohm yasası aşağıdaki biçimde yazılır:
$$IR = U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E) = \Delta \phi_(12) + \mathcal(E)$$
$$\renk(mavi)(I = \frac(U)(R))$$
Bu oran genellikle denir genelleştirilmiş Ohm yasası veya Devrenin düzgün olmayan bir bölümü için Ohm yasası.
İncirde. 1.8.2 kapalı bir DC devresini göstermektedir. Zincir bölümü ( CD) homojendir.
|
|
|
Şekil 1.8.2. DC devresi |
Ohm kanununa göre
$$IR = \Delta\phi_(cd)$$
Komplo ( ab) emf'si \(\mathcal(E)\)'ye eşit olan bir akım kaynağı içerir.
Heterojen bir alan için Ohm yasasına göre,
$$Ir = \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$
Her iki eşitliği de topladığımızda şunu elde ederiz:
$$I(R+r) = \Delta\phi_(cd) + \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$
Ancak \(\Delta\phi_(cd) = \Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab)\).
$$\renk(mavi)(I=\frac(\mathcal(E))(R + r))$$
Bu formül ifade eder Tam bir devre için Ohm kanunu : tüm devredeki akım gücü, kaynağın elektromotor kuvvetinin devrenin homojen ve homojen olmayan bölümlerinin dirençlerinin toplamına bölünmesine eşittir (kaynağın iç direnci).
Rezistans RŞekil 2'deki heterojen alan 1.8.2 şu şekilde düşünülebilir akım kaynağının iç direnci . Bu durumda alan ( ab) incirde. 1.8.2 kaynağın iç kısmıdır. Eğer puan A Ve B Direnci kaynağın iç direncine (\(R\ \ll r\) kıyasla küçük olan bir iletkenle kısa devre yapılırsa devre akacaktır. kısa devre akımı
$$I_(kz)=\frac(\mathcal(E))(r)$$
Kısa devre akımı - elde edilebilecek maksimum akım bu kaynak elektromotor kuvveti \(\mathcal(E)\) ve iç direnci \(r\) ile. İç direnci düşük olan kaynaklarda kısa devre akımı çok yüksek olabilir ve elektrik devresinin veya kaynağın tahrip olmasına neden olabilir. Örneğin otomobillerde kullanılan kurşun-asit bataryalar birkaç yüz amperlik kısa devre akımına sahip olabilir. Trafo merkezlerinden (binlerce amper) beslenen aydınlatma ağlarındaki kısa devreler özellikle tehlikelidir. Bu kadar büyük akımların yıkıcı etkilerinden kaçınmak için sigortalar veya özel makineler ağ koruması.
Bazı durumlarda kısa devre akımının tehlikeli değerlerini önlemek için kaynağa bazı harici dirençler seri bağlanır. Daha sonra direniş R kaynağın iç direncinin ve dış direncin toplamına eşittir ve kısa devre sırasında akımın gücü aşırı büyük olmayacaktır.
Harici devre açıksa, o zaman \(\Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab) = \mathcal(E)\), yani açık bir pilin kutuplarındaki potansiyel fark, buna eşittir. emf.
Harici yük direnci ise R açık ve pilden akım akıyor BEN kutuplarındaki potansiyel fark eşit olur
$$\Delta \phi_(ba) = \mathcal(E) - Ir$$
İncirde. 1.8.3 emf'si \(\mathcal(E)\)'ye eşit ve iç direnci olan bir doğru akım kaynağının şematik temsilini gösterir Rüç modda: “rölantide”, yükte çalışma ve kısa devre modu (kısa devre). Pilin içindeki elektrik alanının yoğunluğu \(\overrightarrow(E)\) ve pozitif yüklere etki eden kuvvetler gösterilir:\(\overrightarrow(F)_(e)\) - elektrik kuvveti ve \(\overrightarrow( F)_(st )\) bir dış kuvvettir. Kısa devre modunda pilin içindeki elektrik alanı kaybolur.
DC elektrik devrelerindeki voltajları ve akımları ölçmek için özel aletler kullanılır - voltmetreler Ve ampermetreler.
Voltmetre terminallerine uygulanan potansiyel farkını ölçmek için tasarlanmıştır. O bağlanır paralel devrenin potansiyel farkının ölçüldüğü bölümü. Herhangi bir voltmetrenin bir miktar iç direnci \(R_(V)\) vardır. Voltmetrenin, ölçülen devreye bağlandığında akımların gözle görülür bir şekilde yeniden dağılımını sağlamaması için, iç direncinin, bağlı olduğu devre bölümünün direnciyle karşılaştırıldığında büyük olması gerekir. Şekil 2'de gösterilen devre için 1.8.4'te bu koşul şu şekilde yazılmıştır:
$$R_(B)\gg R_(1)$$
Bu durum, voltmetreden akan \(I_(V) = \Delta \phi_(cd) / R_(V)\) akımının \(I = \Delta \phi_(cd) / R_ akımından çok daha az olduğu anlamına gelir. (1 )\), devrenin test edilen bölümünden akar.
Voltmetrenin içine etki eden herhangi bir dış kuvvet olmadığından, terminallerindeki potansiyel fark tanım gereği voltajla örtüşür. Bu nedenle voltmetrenin voltajı ölçtüğünü söyleyebiliriz.
Ampermetre Bir devredeki akımı ölçmek için tasarlanmıştır. Ampermetre seri olarak açık devreye bağlanır, böylece ölçülen akımın tamamı içinden geçer. Ampermetrenin ayrıca bir miktar iç direnci vardır (R_(A)\). Bir voltmetreden farklı olarak ampermetrenin iç direnci, tüm devrenin toplam direnciyle karşılaştırıldığında oldukça küçük olmalıdır. Şekil 2'deki devre için 1.8.4 Ampermetrenin direnci koşulu sağlamalıdır
$$R_(A) \ll (r + R_(1) + R(2))$$
böylece ampermetre açıldığında devredeki akım değişmez.
Ölçüm cihazları - voltmetreler ve ampermetreler - iki tipte gelir: işaretçi (analog) ve dijital. Dijital elektrik sayaçları karmaşık elektronik cihazlardır. Tipik olarak dijital cihazlar daha yüksek ölçüm doğruluğu sağlar.