Kulon qonuni

Ketma-ket ulangan kondansatkichlarning sig'imini hisoblash uchun onlayn kalkulyator elektr davri.

6. Elektr toki , Tok kuchi va tok zichligi nima?

Elektr toki qanday zaryadli zarralar hisobiga mavjud bo‘ladi? Nima sababdan elektr tokening o‘tishiga muhit qarshilik ko‘rsatadi? Bunday savollarga javob berishdan oldin elektr o‘tkazuvchanlik tushunchasini kiritamiz. Elektr qarshiligiga teskari bo‘lgan kattalikka elektr o‘tkazuvchanlik deyiladi. Birligi nemis olimi E. R. Siemens sharafi ga qo‘yilgan. Metallarning elektr o‘tkazuvchanligini o‘rganishga XX asrning boshida kirishilgan edi. 1901-yilda nemis olimi Karl Rikke juda yaxshi silliqlangan uchta silindrdan (ikkita aluminiy va bitta mis) iborat zanjir tuzadi va undan bir yil davomida tok o‘tkazadi (8.1-rasm). Bu vaqt ichida silindrlardan umumiy miqdori 3,5 · 106 C zaryad o‘tadi, lekin bu silindrlar moddasining kimyoviy tarkibi o‘zgarishiga olib kelmadi. Tajriba tugab, silindrlar ajratilgach, ularning massalari ham o‘zgarmaganligi aniqlandi. Atomlarning bir-biriga o‘tish izlari qattiq jismlardagi oddiy diffuziya natijalaridan ortiq bo‘lmadi. Lekin, bu tajriba metallarda aynan qanday zarralar tufayli tok o‘tishini tushuntirib bermadi. 1. Metallarda elektr o‘tkazuvchanlikning yuqori bo‘lishi, ularda birlik hajmga to‘g‘ri kelgan erkin elektronlarning ko‘pligidir. Masalan, misda erkin elektronlar konsentratsiyasi 8,4 · 1023 m–3 ga teng. Elektronlar xuddi gaz kabi panjara ionlari orasidagi fazoni to‘ldirib, tartibsiz va to‘xtovsiz harakatda bo‘ladi. Elektronlarning metallardagi tartibsiz harakat tezligi hisoblanganda taxminan 60–100 km/s ga teng chiqadi. Tashqi elektr maydon yo‘qligida, o‘tkazgichning istalgan kesim yuzasi orqali o‘tuvchi elektronlar harakati xaotik bo‘lganligidan elektr toki nolga teng bo‘ladi. 2*. P. Drude va X. Lorenslar o‘tkazuvchanlikning elektron nazariyasidan foydalanib zanjirning bir qismi uchun Om qonunini nazariy ravishda keltirib chiqarishdi. Buning uchun uzunligi l, elektronlar konsentratsiyasi n va ko‘ndalang kesim yuzi S bo‘lgan o‘kazgichni qaraymiz . O‘tkazgich uchlariga U kuchlanish berilsa, hosil bo‘lgan maydon kuchlanganligi E = ta’sirida elektronlar a = tezlanish oladi. t vaqtdan keyin elektronning tezligi bo‘ladi. t – elektronlarning ikkita to‘qnashishlari oralig‘idagi vaqt. To‘qnashishlarda elektron tezligi yo‘nalishi o‘zgaradi, lekin o‘rtacha tezlik o‘zgarmaydi. ; Tok kuchi ta’rifi ga ko‘ra, ; bunda hisobga olsak, ga ega bo’lamiz ifoda elektr o‘tkazuvchanlik deyiladi.o‘tkazuvchanlik ekanligi hisobga olinsa,elektr qarshi ligi ning ifodasi kelib chiqadi.Bunda ρ– solishtirma qarshilik deyiladi. Solishtirma qarshilik deyilganda uzunligi 1 m, ko‘ndalang kesim yuzasi bo‘lgan o‘tkazgich qarshiligi tushuniladi. Shunday qilib, Zanjirning bir qismidan o‘tuvchi tok kuchi, o‘tkazgich uchlariga qo‘yilgan kuchlanishga va o‘tkazuvchanlikka to‘g‘ri proporsional bo‘ladi. I = γ · U Mazkur bog‘lanishni XIX asr boshida tajriba yo‘li bilan nemis fizigi G. Om topgan edi. Odatda, bunday bog‘lanish ko‘rinishda ifodalanadi. O‘tkazgichlar, asboblar va iste’mol chilardan o‘tuvchi tok kuchining kuchlanishga bog‘liqlik grafigi volt-amper xarakteristikasi deyiladi (VAX).

Tok kuchi va tok zichligi.Elektr tokining ta’sirlari. Agar o‘tkazgichning ko‘ndalang kesim yuzasidan istalgan teng vaqtlar ichida teng miqdordagi zaryadlar oqib o‘tsa, o‘tkazgichdan o‘zgarmas tok o‘tmoqda deyiladi. O‘tkazgichning ko‘ndalang kesim yuzasidan oqib o‘tgan zaryad miqdori (q) ning shu sarfl angan t vaqt oralig‘iga nisbati bilan o‘lchanadigan fizik kattalikka tok kuchi deyiladi: ‑ Elektr tokining asosiy xarakteristikalaridan biri tok zichligi (j) hisoblanadi. Tok zichligi deb, tok kuchi I ning tok oqib o‘tayotgan yo‘nalishga perpendikulyar bo‘lgan ko‘ndalang kesim yuzasi S ga nisbati bilan o‘lchanadigan fizik kattalikka aytiladi:

Tok zichligi !larda o‘lchanadi. Tok kuchini " ko‘rinishda ifodalash mumkin. Bunda: n – zaryad tashuvchilar konsentratsiyasi; e – elektron zaryadi; #– zaryadli zarralar tartibli harakatining o‘rtacha tezligi; S – tok o‘tayotgan o‘tkazgichning ko‘ndalang kesim yuzasi. U holda tok zichligini $ ne – ko‘paytma zaryad zichligini xarakterlaydi (birlik hajmdagi zaryad). Shunga ko‘ra j = re υo‘rt bo‘ladi. Masala yechish namunasi: Diametri 1 mm bo‘lgan o‘tkazgichdan 5 A tok o‘tmoqda. O‘tkazgichdagi tok zichligini hisoblang.
7. Kuchlanish nima? Zanjirning bir jinsli bo`lmagan qismi uchun Om

qonuni?

Elektr toki haqida tushuncha. Kundalik hayotdan elektr tokini barcha biladi. Elektr toki tramvay, trolleybus, elektropoezdlarni harakatga keltiradi, uy va kuchalarni yoritadi, telefon, telegraf, radioni ishlatiladi va hokazo. Elektr toki deb, elektr zaryadlarining tartibli harakatiga yoki zaryadlarning ko`chishi ilan bogliq bo`lgan elektr maydonning tarqalishiga aytiladi. Vaqt o`tishi bilan miqdori va yo`nalishi o`zgarmaidigan tokka o`zgarmas tok deyiladi.

Tokning kuchi deb, o`tkazgichning ko`ndalang kesim yuzidan vaqt birligi ichida o`tgan elektr zaryadiga miqdor jihatdan teng bo`lgan fizik kattalikka aytiladi, yani:

Tok kuchining zichligi deb, o`tkazhgichning bir birlik ko`ndalang kesimi yuzidan o`tgan tokning kuchiga miqdor jihatdan teng bo`lgan fizik kattalikka aytiladi, yani:

Zanjirning bir qismi uchun Om qonuni. O`tkazgich bo`ylab zaryadlarning harakatlanishi uchun o`tkazgich uchlarida potensiallar ayirmasining bo`lishi, boshqacha qilib aytganda, o`tkazgich ichida maydon bo`lishi shart. O`tkazgich uchlaridagi potensiallar ayirmasi elektrostatikadan farqli ravishda kuchlanish deyiladi va U (lotincha "u") harfi bilan belgilanadi. Zaryadlarning o`tkazgich bo`lib ko`chishida o`tkazgichdagi elektr maydon kuchlari ish bajaradi. O`tkazgich uchlaridagi potensiallar ayirmasi yoki kuchlanish deb, bir birlik musbat zarjadni utkazgich builab kuchirishda utkazgichdagi elektr maydon kuchining bajargan ishiga miqdor jihatdan teng bo`lgan fizik kattalikka aytiladi, yani:

Demak, berilgan o`tkazgich uchlaridagi kuchlanish bilan o`tkazgichdagi elektr toki kuchi orasida boglanish mavjud bo`lishi kerak. Elektr toki vositasida bu boglanishni aniqlash uchun turli tajribalar o`tkazilgan. Qutblaridagi kuchlanishni asta–sekin o`zgartirsa bo`ladigan tok manbaiga o`tkazgich ulansa, undan o`tayiotgan elektr tokining kuchi o`tkazgich uchlariga q`oyiilgan kuchlanishga to`gri proporsional bular ekan

I = CU

SI da o`tkazuvchanlik birligi qilib simens (Sm) qabul qilingan. 1 simens (Sm) deb, uchlarida 1 V kuchldanish bo`lganda 1 A tok o`tadigan o`tkazgichning o`tkazuvchanligiga aytiladi. Odatda, amaliy hisoblashlarda o`tkazuvchanlikning teskari ifodasi bo`lgan kattalikdan foydalaniladi va unga o`tkazgichning qarshiligi deyiladi.

1781-yil yanvar oyida Jorj Omdan oldin  Genri Kavendish Leyden va turli diametr va uzunlikdagi tuz eritmasi bilan to'ldirilgan shisha naychalarda sinab ko'rdi . U elektr toki bilan kontaktlarning zanglashida, qanday kuchli zarba sezganiga qarab, tokni o'lchaydi. Kavendish yozishicha, "tezlik" (oqim) to'g'ridan-to'g'ri "elektrifikatsiya darajasi" (kuchlanish) kabi o'zgargan. U o'sha paytda o'z natijalarini boshqa olimlarga yetkazmagan, va uning natijalari Maksvell ularni 1879-yilda nashr etguniga qadar noma'lum edi. Ohm 1825 va 1826-yillarda qarshilikka qarshi ish olib bordi va natijalarini 1827 yilda " Die galvanische Kette, matemisch bearbeitet" ("Galvanik davri matematik tekshirdi") kitobida nashr etdi. Tok kuchini o'lchash uchun u galvanometrdan foydalangan va termojuft terminallari orasidagi kuchlanish ulanish haroratiga mutanosib ekanligini bilar edi. Keyin tok kuchinini o’lchash uchun turli uzunlik, diametrga ega sinov material simlarini qo'shdi. U ma'lumotlarini tenglama yordamida modellashtirish mumkinligini aniqladi

bu yerda, x – galvonometrdan olinayotgan natija, l - elektrod uzunligi,b- o’zgarmas doimiy. Shundan Om o'zining mutanosiblik qonunini aniqladi va natijalarini e'lon qildi.

Om qonuni empirik qonun bo'lib , ko'pgina tajribalar natijasida tok kuchi aksariyat materiallar uchun elektr maydoniga mutanosib ekanligini ko'rsatdi. Bu Maksvell tenglamalariga qaraganda kamroq fundamental asosga va har doim ham ularga bo'ysunmaydi. Berilgan har qanday material yetarli darajada kuchli elektr maydoni ostida parchalanadi. Om qonuni turli xil uzunlikdagi shkalalarda kuzatilgan. 20-asrning boshlarida, Om qonuni atom miqyosida muvaffaqiyatsiz deb o'ylangan edi , ammo tajribalar bu taxminni amalga oshirmadi. 2012 yilga kelib, tadqiqotchilar Om qonunining kengligini to'rt atomdan bitta va bitta atom balandligidan kichik bo'lgan silikon simlar uchun ishlashini isbotladilar

O`tkazgichning zanjiridagi tokni cheklash hossasiga o`tkazgichning qarshiligi deyiladi.O`tkazgichning qarshiligi R orqali tok kuchi I ning kuchlanish U ga bogliqligini quyidagi ko`rinishda yozish mumkin:

Tok kuchining kuchlanish va qarshilikka bunday ko`rinishdagi bogliqligiga zanjirning bir qismi uchun Om qonuni deyiladi. Bu qonun elektr hodisalari to`grisidagi talimotning asosiy qonunlaridan biri bo`lib, u quyidagicha tariflanadi: Zanjirning bir qismidan o`tayotgan tokning kuchi o`tkazgich uchlaridagi kuchlanishga to`gri proporsional va o`tkazgichning qarshiligiga teskari proporsionaldir. SI da o`tkazgichning qarshiligi Om (Ω ) hisobida o`lchanadi. Om deb, uchlaridagi kuchlanish 1 V bo`lganda 1 A tok o`tkazadigan o`tkazgichning qarshiligiga aytiladi. O`tkazgichning qarshiligi uning ulchamlariga va ichki tuzilishiga bogliq bo`lgan kattalikdir. Agar o`tkazgich silindrsimon shaklda bo`lsa, uning qarshiligi R, uzunligi l ga to`gri va ko`ndalang kesim yuzi S ga teskari proporsional bo`ladi:

bunda ρ –o`tkazgichiing solishtirma qarshiligi bo`lib, u o`tkazgich materialining ichki hususiyatlariga va tashqi sharoitga bogliq, SI da solishtirma qarshilik OM, m hisobida o`lchanadi.Yopiq zanjir uchun om qonuni. Tok manbaiga biror R qarshilikli rezistor ulab yopiq zanjir hosil qilinadi. Tok manbaining EYUK ξ va ichki qarshiligi r bo`lsin. Generatorda r ichki qarshilik deb chulgamlar qarshiligi, galvanik elementda esa elektrolit eritmasi va elektronlarning qarshiligi tushuniladi. Yopiq zanjir uchun Om qonuni zanjirdagi tokning kuchi I ni EYUK ξ va zanjirning to`la qarshiligi (R+r) ni bir–biriga boglaydi. Yopiq elektr zanjirning qismlariga Om qonuni tatbiq qilinsa, zanjirning tashqi va ichki qismlaridagi kuchlanishlarning yigindisi manbaning elektr yurituvchi kuchiga teng bo`ladi, yani:

ξ = IR + Ir

Bu tenglik yopiq zanjir uchun Om qonunining matematik ifodasi bo`lib, u quyidagicha tariflanadi. Yopiq zanjirdan o`tayotgan tokning kuchi manbaning elektr yurituvchi kuchiga to`gri proporsional va zanjirning to`la qarshiligiga teskari proporsionaldir.