Ом мыйзамы электр чынжырларынын негизги мыйзамы. Ошол эле учурда көптөгөн жаратылыш кубулуштарын түшүндүрүүгө мүмкүндүк берет. Маселен, зымдарда отурган канаттууларды эмне үчүн электр энергиясы «урбай» турганын түшүнсө болот. Физика үчүн Ом мыйзамы өтө маанилүү. Анын билими болбосо, туруктуу электр чынжырларын түзүү мүмкүн эмес же электроника такыр жок болмок.
Көз карандылык I=I(U) жана анын мааниси
Материалдардын каршылыгынын ачылышынын тарыхы ток-вольттун мүнөздөмөсү менен түздөн-түз байланыштуу. Бул эмне? Туруктуу электр тогу бар чынжырды алып, анын каалаган элементтерин карап көрөлү: лампа, газ түтүгү, металл өткөргүч, электролит колбасы ж.б.
Каралып жаткан элементке берилген U чыңалуусун (көбүнчө V деп аталат) өзгөртүү менен биз ал аркылуу өткөн токтун (I) күчүнүн өзгөрүшүнө көз салабыз. Натыйжада, I \u003d I (U) түрүндөгү көз карандылыкты алабыз, ал "элементтин чыңалуу мүнөздөмөсү" деп аталат жана анын түз көрсөткүчү болуп саналат.электрдик касиеттери.
V/A мүнөздөмөсү ар кандай элементтер үчүн башкача көрүнүшү мүмкүн. Анын эң жөнөкөй түрү Георг Ом (1789 - 1854) тарабынан жасалган металл өткөргүчтү эске алуу менен алынган.
Вольт-ампер мүнөздөмөсү сызыктуу байланыш. Демек, анын графиги түз сызык.
Мыйзам эң жөнөкөй формада
Омдун өткөргүчтөрдүн токтун чыңалуусунун мүнөздөмөлөрү боюнча изилдөөсү металл өткөргүчтүн ичиндеги токтун күчү анын учтарындагы потенциалдар айырмасына (I ~ U) пропорционалдуу жана белгилүү бир коэффициентке тескери пропорционал экенин көрсөттү, б.а. ~ 1/R. Бул коэффициент "өткөргүч каршылык" деп аталып калган жана электр каршылыгын өлчөө бирдиги Ом же V/A болгон.
Дагы бир нерсени белгилей кетүү керек. Ом мыйзамы көбүнчө схемалардагы каршылыкты эсептөө үчүн колдонулат.
Мыйзамдын редакциясы
Ом мыйзамы чынжырдын бир бөлүгүнүн ток күчү (I) бул бөлүмдөгү чыңалууга пропорционал жана анын каршылыгына тескери пропорционал экенин айтат.
Белгилей кетчү нерсе, бул формада мыйзам чынжырдын бир тектүү бөлүгү үчүн гана туура бойдон кала берет. Бир тектүү - бул электр чынжырынын ток булагы жок бөлүгү. Бир тектүү эмес схемада Ом мыйзамын кантип колдонуу керектиги төмөндө талкууланат.
Кийинчерээк, бул мыйзам чечимдер үчүн күчүндө кала берет деп эксперименталдык түрдө аныкталганэлектр чынжырындагы электролиттер.
Каршылыктын физикалык мааниси
Каршылык – бул электр тогунун өтүшүнө жол бербөө үчүн материалдардын, заттардын же медианын касиети. Сандык жактан алганда 1 Ом каршылык учтарындагы чыңалуусу 1 В болгон өткөргүчтө 1 А электр тогунун өтүшү мүмкүн экенин билдирет.
Электрдик каршылык
Эксперименттик жол менен өткөргүчтүн электр тогунун каршылыгы анын өлчөмдөрүнө: узундугуна, туурасына, бийиктигине жараша экени аныкталган. Ошондой эле анын формасы (шар, цилиндр) жана ал жасалган материал боюнча. Ошентип, мисалы, бир тектүү цилиндрдик өткөргүчтүн каршылыгынын формуласы: R \u003d pl / S.
Эгер бул формулага s=1 m2 жана l=1 m деп койсок, анда R сан жагынан рга барабар болот. Бул жерден СИдеги өткөргүчтүн каршылык коэффициентинин өлчөө бирдиги эсептелет - бул Омм.
Каршылыктын формуласында p - өткөргүч жасалган материалдын химиялык касиеттери менен аныкталуучу каршылык коэффициенти.
Ом мыйзамынын дифференциалдык формасын карап чыгуу үчүн дагы бир нече түшүнүктөрдү карап чыгышыбыз керек.
Учурдун тыгыздыгы
Белгилүү болгондой, электр тогу – бул заряддалган бөлүкчөлөрдүн катуу иреттелген кыймылы. Мисалы, металлдарда ток алып жүрүүчүлөр электрондор, ал эми газдарда иондор.
Учурдагы бардык операторлор болгондо майда-чүйдөсүнө чейин карап көрөлүбир тектүү - металл өткөргүч. Бул өткөргүчтөгү чексиз кичинекей көлөмдү акыл-эс менен бөлүп алып, берилген көлөмдөгү электрондордун орточо (дрейф, иреттүү) ылдамдыгын u менен белгилейли. Андан ары n көлөмү бирдигине учурдагы алып жүрүүчүлөрдүн концентрациясын белгилейли.
Эми u векторуна перпендикуляр dS чексиз кичинекей аянтты тарталы жана ылдамдык боюнча бийиктиги udt болгон чексиз кичине цилиндрди куралы, мында dt каралып жаткан көлөмдө камтылган ток ылдамдыгынын бардык алып жүрүүчүлөрү өтө турган убакытты билдирет. дС аймагы аркылуу.
Мында q=neudSdt барабар заряд электрондор аркылуу аймак аркылуу өтөт, мында e – электрон заряды. Ошентип, электр тогунун тыгыздыгы j=neu вектору болуп саналат, ал бирдик аймак аркылуу убакыт бирдигине которулган заряддын көлөмүн билдирет.
Ом Мыйзамынын дифференциалдык аныктамасынын артыкчылыктарынын бири – каршылыкты эсептебестен эле жеңе аласыз.
Электр заряды. Электр талаасынын күчү
Талаанын күчү электр заряды менен бирге электр энергиясынын теориясында негизги параметр болуп саналат. Ошол эле учурда, алардын сандык идеясын мектеп окуучуларына жеткиликтүү болгон жөнөкөй эксперименттерден алууга болот.
Жөнөкөйлүк үчүн электростатикалык талааны карап чыгабыз. Бул убакыттын өтүшү менен өзгөрбөгөн электр талаасы. Мындай талаа стационардык электр заряддары аркылуу түзүлүшү мүмкүн.
Ошондой эле, биздин максаттарыбыз үчүн сыноо акысы керек. Анын кубаттуулугунда биз заряддалган денени колдонобуз - ушунчалык кичинекей болгондуктан, ал жарата албайткурчап турган объекттердеги ар кандай бузулуулар (зарядтарды кайра бөлүштүрүү).
Келгиле, өз кезегинде электростатикалык талаанын таасири астында мейкиндиктин бир чекитине катары менен жайгаштырылган эки сыноо зарядын карап көрөлү. Көрсө, айыптар анын тарабынан убакыттын өзгөрүүсүз таасир этет экен. F1 жана F2 заряддарга таасир этүүчү күчтөр болсун.
Эксперименталдык маалыматтарды жалпылоонун натыйжасында F1 жана F2 күчтөр бир же бирден багытталгандыгы аныкталды. карама-каршы багыттар боюнча жана алардын F1/F2 катышы мейкиндикте сыноо заряддары кезектешип жайгаштырылган чекиттен көз карандысыз. Демек, F1/F2 катышы заряддын өзүнө мүнөздүү болуп саналат жана талаадан көз каранды эмес.
Бул фактынын ачылышы денелердин электрлешүүсүн мүнөздөөгө мүмкүндүк берди жана кийинчерээк электр заряды деп аталды. Ошентип, аныктама боюнча, q1/q2=F1/F 2 , мында q1 жана q2 - талаанын бир чекитине коюлган төлөмдөрдүн суммасы жана F 1 жана F2 - талаанын капталындагы заряддарга таасир этүүчү күчтөр.
Мындай ойлордун негизинде ар кандай бөлүкчөлөрдүн заряддарынын чоңдуктары эксперименталдык түрдө аныкталган. Шарттуу түрдө сыноо төлөмдөрүнүн бирин катышта бирине барабар коюу менен, башка заряддын маанисин F1/F2 катышын өлчөө менен эсептей аласыз..
Кандайдыр бир электр талаасын белгилүү заряд аркылуу мүнөздөөгө болот. Ошентип, тынч абалдагы бирдик сыноо зарядына таасир этүүчү күч электр талаасынын чыңдыгы деп аталат жана E менен белгиленет. Заряддын аныктамасынан күч векторунун төмөнкүдөй формага ээ экендигине ынанабыз: E=F/q.
j жана E векторлорунун байланышы. Ом мыйзамынын дагы бир формасы
Бир тектүү өткөргүчтө заряддалган бөлүкчөлөрдүн тартиптүү кыймылы E векторунун багытында болот. Бул j жана E векторлору бирге багытталат дегенди билдирет. Токтун тыгыздыгын аныктоодогудай эле өткөргүчтөгү чексиз кичинекей цилиндрдик көлөмдү тандайбыз. Анда бул цилиндрдин кесилишинен jdS ге барабар ток өтөт, ал эми цилиндрге берилген чыңалуу Edl ге барабар болот. Цилиндрдин каршылыгынын формуласы да белгилүү.
Андан кийин токтун күчүнүн формуласын эки жол менен жазып, төмөнкүнү алабыз: j=E/p, мында 1/p чоңдугу электр өткөргүчтүк деп аталат жана электрдик каршылыктын тескери коэффициенти. Ал көбүнчө σ (сигма) же λ (ламбда) деп белгиленет. Өткөргүчтүктүн бирдиги - Sm/m, мында Sm - Siemens. Омдун тескери бирдиги.
Ошентип, бир тектүү эмес чынжыр үчүн Ом мыйзамы жөнүндө жогоруда берилген суроого жооп бере алабыз. Бул учурда ток алып жүрүүчүлөргө E1 интенсивдүүлүгү менен мүнөздөлгөн электростатикалык талаадан келген күч жана башка ток булагынан аларга таасир этүүчү башка күчтөр таасир этет. дайындалган E 2. Андан кийин Ом мыйзамы колдонулатчынжырдын бир тектүү эмес бөлүгү төмөнкүдөй болот: j=λ(E1 + E2).
Өткөргүчтүк жана каршылык жөнүндө көбүрөөк маалымат
Өткөргүчтүн электр тогун өткөрүү жөндөмдүүлүгү анын каршылыгы менен мүнөздөлөт, аны каршылыктын формуласы аркылуу табууга болот, же өткөргүчтүктүн каршылыгы катары эсептелген өткөргүчтүк. Бул параметрлердин мааниси өткөргүч материалдын химиялык касиеттери жана тышкы шарттар менен да аныкталат. Атап айтканда, айлана-чөйрөнүн температурасы.
Көпчүлүк металлдар үчүн нормалдуу температурадагы каршылык ага пропорционалдуу, башкача айтканда p ~ T. Бирок төмөнкү температурада четтөөлөр байкалат. 0 ° К жакын температурада металлдардын жана эритмелердин көп саны үчүн, каршылык эсептөө нөлдүк маанилерди көрсөттү. Бул кубулуш супер өткөргүчтүк деп аталат. Мисалы, сымап, калай, коргошун, алюминий ж.б ушундай касиетке ээ. Ар бир металлдын өзүнүн критикалык температурасы Tk болот, мында өтө өткөргүчтүк кубулуш байкалат.
Ошондой эле цилиндрдин өздүк каршылыгынын аныктамасын ошол эле материалдан жасалган зымдарга жалпылаштырууга болорун эске алыңыз. Бул учурда, каршылыктын формуласынан кесилишинин аянты зымдын кесилишине, ал эми l - анын узундугуна барабар болот.
