Досаева Б. Т., Койшыбаев Н., Жаугашева С. А
Толық тізбек үшін Ом заңы
жүктеу/скачать 4.06 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Э.қ.к.-і бар учаскесі және бірнеше э.қ.к.-і бар учаске үшін Ом заңы.
| Толық тізбек үшін Ом заңы. Э.қ.к.-і болатын сыртқы тізбекте І тоқ өтіп жатсын, осы кезде көздің полюстерінің арасына қосылған вольтметр сыртқы тізбектегі кернеудің U болатындығын көрсететін болсын (3.16 а-сурет).
Электр энергиясының көзі де өткізгіш болып табылады, сондықтан оның қайсы-бір r кедергісі болады, осы кедергіде жылу бөлініп шығады. Осы кедергіні көздің ішкі кедергісі деп атайды. Энергияның сақталу заңының негізінде мынандай қорытынды жасауға болады. Э.Қ.К. сан мәні жағынан ішкі тізбекте бірлік электр зарядының алатын энергиясына тең, ал U кернеу оның сыртқы тізбекте жоғалтатын энергиясына тең. Сонымен қатар бұл заряд ішкі тізбекте Іr энергия жоғалтып, электр тоғының көзіндегі бөлініп шығатын жылуға айналады. Энергияның тізбекте пайда болмайтындығынан және оның жоғалып кете алмайтындығынан, заряд тұйық тізбекті толық өткен кезде қанша энергия алса, ол сонша энергияны жоғалтады. Сондықтан: =U+Іr. (3.49) Егер сыртқы тізбек металл өткізгіштерден тұратын болса және олардың эквиваленттік кедергісі R болса, онда U=ІR болады, себебі бұл жағдайда электр энергиясы толығынан жылуға айналады. (3.49)-дағы U кернeуді ІR көбейтіндісіне алмастырып, мынаны аламыз: =ІR+Іr, (3.50) осыдан І= /(R+r). (3.51) Бұл қатынасты толық тізбек үшін Ом заңы деп атайды: бір э.қ.к. көзі бар электр тізбегіндегі тоқтың күші электр қозғаушы күшке турa пропорционал және сыртқы және ішкі тізбектің кедергілерінің қосындысына кері пропорционал болады. Егер электр энергиясының белгілі көзін пайдаланатын болсақ, онда (3.49)-дағы және r шамаларын тұрақты деп санауға болады. Осы көздің сыртқы тізбегіне түрліше R кедергілері бар резисторларды қосуға болады. Осыған байланысты І тоқтың және U кернeудің түрліше мәндері пайда болады. Осы кезде U+Іr қосындысы тұрақты болып қалатындықтан, І мәні артқан кезде U төмендеу керек және керісінше. Сонымен, сыртқы тізбектің кедергісі неғұрлым үлкен болған сайын, бірлік заряд сыртқы тізбекте солғұрлым көп энергия жұмсайды да, ішкі тізбекте солғұрлым аз энергия жұмсайды (Іr азаяды). r мәнімен салыстырғанда R өте үлкен болған кезде, ішкі тізбекте кернеудің түсуі U мәнімен салыстырғанда соншалықты аз болып, оны ескермеуге болады. Сөйтіп, үлкен R кедергі кезде сыртқы тізбектегі U кернеу шамамен э.қ.к.-ке тең: U . (3.52) Осының негізінде э.қ.к.-ті өлшеуге болады. Шындығында да, сыртқы тізбек жоқ кезде, электр энергиясының көзі вольтметрге тұйықталады (3.23,б-сурет), ол өзіндегі кернеудің ІR түсуін көрсетеді, ал бұл шама U мәніне тең. Вольтметрдің кедергісі өте үлкен борғандықтан, (3.52) қатынас орындалады. Э.қ.к.-і бар учаскесі және бірнеше э.қ.к.-і бар учаске үшін Ом заңы. Тосын күштер бір мезгілде тұйық тізбектің көптеген учаскелерінде, оның ішінде тұтынушыларда да әсер етуі мүмкін. Сондықтан э.қ.к. тек қана батареяда (генераторда) ғана емес, сонымен қатар тізбектің тосын күштер әсер ететін учаскелерінде де болуы мүмкін. Тізбектің учаскесіндегі зарядтар оларға әсер ететін тосын күштер бағытында қозғалатын болса, онда учаскенің э.қ.к.-і оң болып саналады. Осы учаскеде міндетті түрде энергияның басқа түрлерінің электр энергиясына айналуы өтіп жатады. Егер зарядтар оларға әсер ететін тосын күштер бағытына қарсы қозғалатын болса, онда э.қ.к. теріс болып саналады. Бұл кезде электр зарядтары тосын күштер кедергісіне қарсы жұмыс атқарып, өздерінің энергиясын жоғалтады. Осындай учаскелердегі электр қозғаушы күшті қарсы – Э.Қ.К. деп атау келісілген. Зарядтардың кедергіге қарсы жұмыс атқарып, энергиясын жоғалтатынын білеміз, бұл шығын өткізгіштің ішкі энергиясына айналады, яғни оны қыздыруға кетеді. Дәл осылай тізбектің теріс э.қ.к.-і бар учаскесінде тосын күштерге қарсы жұмыс атқарып, зарядтар өзінің энергиясын жоғалтады, бұл энергия ішкі энергиядан басқа энергия түрлеріне айналады. Сонымен, учаскесінде э.қ.к.-тің болуы энергияның басқа түрлерінің электр энергиясына (генераторда), немесе теріс э.қ.к. кезінде электр энергиясының энергияның басқа түрлеріне (ішкі энергиядан басқа) ауысуын қамтамасыз етеді. Мысалы, электродвигателдің жұмысы кезінде э.қ.к.-тің болуы электр энергиясының механикалық энергияға айналуын қамтамасыз етеді. Айтылғандарды қорытындылайтын болсақ, мынаған келер едік. Тізбектің учаскесінде тосын күштер әсер ететін кезде мынандай түрліше үш жағдайдың болуы мүмкін. 1) электр және тосын күштер зарядтарға қарама-қарсы жақтарда әсер етеді, э.қ.к кернеуден артық; 2) электр және тосын күштер зарядтарға қарама-қарсы жақтарда әсер етеді де, кернеу э.қ.к.-тен артық болады; 3) электр және тосын күштер зарядтарға бір бағытта әсер етеді. Бірінші жағдай генераторға қатысты, яғни тізбектің басқа учаскелерін электр энергиясымен қамтамасыз ететін учаскесіне қатысты. Оның э.қ.к.-і сан мәні жағынан бірлік зарядтың қабылдайтын электр энергиясына тең болады. Егер R осы учаскенің кедергісі болса (бұған генератордың ішкі r кедергісі де кіреді), ал ондағы U кернеу, онда бұл учаскемен І тоқ өткен кезде U=-ІR. (3.53) Шындығына да энергияның сақталу заңы бойынша, егер бірлік заряд бұл учаскеде энергия алып, осы жерде жылулық әсерге ІR энергия жоғалтса, онда оның -ІR энергиясы ғана қалады. Осы энергияны заряд генераторға қосылған тізбекке береді. І шамасын (3.53)-ден анықтап, тізбектің генератор болып табылатын учаскесі үшін Ом заңын аламыз: І=(–U)/R. (3.53,а) Бұл формуланың генераторға кез келген тізбекті қосқан кезде де орындалатындығын айта кетелік. Екінші жағдай аккумуляторды зарядтағанда және электродвигательдің жұмысы кезінде бақыланады. Бірлік зарядтың осындай учаскеде жоғалтқан электр энергиясы U=1–2 кернеумен анықталады (3.17-сурет). Егер осы учаскенің кедергісі R, ал ондағы тоқ І болса, онда бірлік зарядтың жылуға айналдырған энергиясы ІR, ал энергияның басқа түрлеріне айналдырған энергиясы болады. Сөйтіп, энергияның сақталу заңының негізінде U=ІR+ (3.54) болады, осыдан қарсы – э.қ.к.-і бар тізбек учаскесі үшін Ом занын аламыз: І=(U– )/R. (3.54,а) Үшінші жағдайда, электр және тосын күштер бір бағытта бағытталған. Сондықтан зарядтар сол жаққа қарай қозғалатын болады. Бұл дегеніміз мұндай учаскеге міндетті түрде тізбектің басқа учаскелерінен алынған энергияны тұтынушы болады деген сөз. Сонымен қатар тосын күштердің әсерінен ол қосымша энергия алады. Сөйтіп, бірлік заряд тізбектің қалған бөлігінен U энергия алып, тізбектің осы учаскесінен тағыда энергия алып және барлық осы U+ энергияны жылулық әсерге айналдырады, ал ол кернеудің ІR түсуі түрінде бағаланады. Сонымен, ІR=+U. (3.55) І мәнін анықтап, тізбектің осындай учаскесі үшін Ом заңын аламыз: І=(+U)/R. (3.55,a) Осы үш жағдайларды біріктіріп, э.қ.к.-і бар тізбек учаскесі үшін Ом заңын былайша тұжырымдауға болады: тізбектің э.қ.к.-і бар учаскесінде тоқ күші кернеу мен осы учаскедегі э.қ.к.-тің алгебралық қосындысына тура пропорционал және оның кедергісіне кері пропорционал болады. U және таңбалары белгісіз жағдайда есептеулер жүргізген кезде (3.55) формуланы пайдалану керек. Егерде есептің шешуіне табылған U немесе шамасы теріс болып шықса, онда бұл дегеніміз оның зарядқа әсері есептегі қабылдаған бағытқа кері болады дегенді білдіреді. Бірнеше э.қ.к.-тері бар тармақталған тізбек үшін Ом заңының түрі мынандай болады І=(1+2+…+m)/(R1+R2+…+Rn). (3.56) Мұндағы m – э.қ.к.-тердің саны, ал n – түгел тізбектегі кедергілер саны. Мұнда – алымында барлық э.қ.к.-тердің алгебралық қосындысы, әрі осы учаскеде тоқ бағытында потенциал артатын болса, онда бұл учаскедегі э.қ.к. оң, ал егер осы учаскеде тоқ бағытында потенциал түсетін болса, онда э.қ.к. мәні теріс таңбамен алынады. Бөлімінде тізбектің барлық кедергілерінің қосындысы. 3.18-суреттегі схема үшін (3.56) формула мына түрде жазылады: І=(1+2-3)/(r1+r2 +r3+R). жүктеу/скачать 4.06 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|