O‘quv materiallari ma’ruzalar matni 1 – ma’ruza

POTENSIAL VA ELEKTR YURITUVCHI KUCH

Potentsial (lat. potentia —imkoniyat so‘zidan) yordamchi kattalik bo‘lib, kuch maydonidagi (xususan elektr maydondagi) fizik jismning ish bajara olish xususiyatini xarakterlaydi.

Musbat elektr zaryadi elektr energiyasi manbaining musbat qutbida bo‘lganida muayyan potentsial energiyaga ega bo‘ladi. U tekis maydonda kuchlanganlik Ye_m ta'sirida maydon yo‘nalishida t masofaga siljiganida kuyidagicha ish bajaradi:

A = qE_mt.

Zaryad q ning potentsial energiyasi xuddi shuncha kattalikka kamayadi. Potentsial energiyaning bunday kamayishi zaryadning ancha yuqori potentsialli nuqtadan (musbat qutbda) potevtsiali pastroq nuqtaga (u zanjirda musbat qutbdan t masofada bo‘ladi) o‘tishi natijasida sodir bo‘ladi. Potentsialga nisbatan «katta» va «kichik» terminlar o‘rniga «yuqori» va «past» degan terminlar ishlatishga sabab uni mexanik sistemaga o‘xshatishdandir. Bunday sistemada yuk G turgan balandlik h yukning potentsial evergiyasi Gh ni belgilaydi. Potentsialning xarfiy belgisi— yoki V. Zaryad q m nuqtadan n nuqtaga o‘tganida ish bajariladi, bu ish shu nuqtadagi potentsiallar ayirmasining zaryadga ko‘paytmasiga teng:

Xuddi shu ishni m va n nuqtalar orasidagi kuchlanish orqali aniklash mumkin:

Keyingi ikkala formulani o‘zaro taqqoslab, kuyidagicha yozish mumkin:

Binobarin, o‘zgarmas tok zanjirining ikki nuqtasidagi (potentsial elektrostatik maydonning ikki nuqtasidagi) potentsiallar ayirmasi shu nuqtalar orasidagi kuchlanishga teng. Bu ifoda kuchlanish qanday birlikda ifodalansa potentsial ham shu birlikda, ya'ni volt xisobida ifodalanishi lozimligini ko‘rsatadi.

1.8- rasm. Poteniialning yopik elektrzaijir bo‘ylab
o‘zgarishining hajmiy modeli

Potentsial son jihatidan musbat elektr zaryad birligining ko‘rilayotgan nuqtadan potentsiali nolga teng deb qabul qilingan nuqtaga tomon siljnganida maydon kuchlari bajargan ishi (teskari qiymatli) bilan aniqlanadi. Elektrotexnikada yerning potentsiali, ya'ni nixoyatda yirik o‘tkazgich bo‘lgan yer sharining potentsiali nolinchi potentsial deb hisoblanadi. Ko‘p hollarda potentsial emas, balki nolning tanlanishiga bog’liq bo‘lmagan potentsiallar ayirmasi amaliy ahamiyatga ega bo‘ladi.
Elektr zanjirida elektr toki asosan manfiy zaryadli erkin elektronlarning elektr maydonning shartln yo‘nalishiga teskari yo‘nalishda harakatlanishidan vujudga keladi. Lekin elektronlarning harakati musbat zaryadlarning maydon yo‘nalishi bo‘yicha harakatlanishiga ekvivalent bo‘ladi. Elektr zanjirlar nazariyasini o‘rganishda, odatda, musbat zaryadlarniig harakatlanishi ana shunday tasavvur qilinadi. Elektr energiyasi manbaining tashqi zanjirida musbat zaryadlar yuqori potentsialli nuqtalardan ancha past potentsialli nuqtalarga tomon harakatlanadi. Elektr energiyasi manbaining ichida sharoit boshqacha bo‘ladi, Bunda shu zaryadlar past potentsialli nuqtadan — energiya manbaining manfiy qismasidan — yuqori potentsialli nuqtaga — shu manbaniig musbat qismasiga tomon siljishi kerak. Zaryadlarning yuqori potentsialli nuqtalarga bunday siljishi tashqi kuchlar (yopiq zanjirga nisbatan), masalan mashina generagorlarida elektromagnit induktsiya, fotoelementlarda nur energiyasi, galvanik elementlarda ximiyaviy proiess ta'sirida sodir bo‘ladi. Bu tashqi kuchlar elektr energiyasi manbainyng ichida elektr yurshpuvchi kuch (e yu k) hosil qiladi, bu kuch zanjirda musbat zaryadlarning past potentsialli nuqtalardan siljishiga sabab bo‘ladi. U E yoki ye harfi bilan belgilanadi. E.yu.k. go‘yo elektr zaryadlarni eng yuoqori elektr sathga ko‘taradi. 8- rasmda ko‘rsatilgan xajmiy diagramma elektr zanjirda zaryadlarning aylanma harakatini tasvirlaydi.
Tashqi kuchlar bajaradigan ish A ning musbat elektr birligiga nisbati elektr energiyasi manbaining e.yu.k ga teng, ya'ni:
A/q = Ye.

Lekin bu ish tashqi zanjirda q ni elektr energiyaci manbaining musbat qismasidan manfiy qismasiga siljiganida sarflanadi.

Demak, bunda —yopiq zanjir qismlaridagi kuchlanishlar yig’indisi, u zanjirdagi e.yu.k ga teng, ya'ni:



QUVVAT

Energetik sharoitlar xarakteristikasi uchun ish qanchalik tez bajarilganligi muhim ahamiyatga ega. Vaqt birligi ichida bajarilgan ishga quvvat deyiladi:

R = A/t.
Agar zaryadlarning harakati o‘zgarmas tok hosil qilgan bo‘lsa, u holda:
q = I t
bunda t— zaryadning ko‘chishi uchun ketgan vaqt. Binobarin, t vaqt ichida bajarilgan ish A q UIt. O‘zgarmas tok va kuchlanish elektr zanjiridagi quvvat
P = A/t = U I.
Shu ifodani Uq I r yoki I q Ug Om qonuniga asosan o‘zgartirsak, o‘zgarmas tok quvvatining uch ifodasini hosil qilamiz:
P = U I = I²r = U² g . (10)
Quvvatning bu ifodalaridan hisoblash shartiga qarab foydalaniladi.
Quvvatning o‘lchov birligi sifatida vatt ishlatiladi (Vt) = V. A.s = J/s yoki J = Vt•s.
Vatt — bu 1 s davomida 1 J ga teng ish bajariladigan quvvat. Elektr zanjirida bu quvvat o‘tkazgichda uning uchlaridagi kuchlanish 1 V va tok kuchi I A bo‘lganda sarflanadigan quvvatdir. Katta kuvvatlarni o‘lchash uchun qarrali birliklar ishlatiladi: kilovatt (kVt) q 1000 Vt va megavatt (mVt) q 1 000 000 Vt.= 1.10⁶ Vt; kichik quvvatlar uchun — millivatt (mVt) = 10^-3 Vt va mikrovatt= 1.10^-6 Vt.
Quvvat o‘lchanadigai pribor - vatt-metrning ikkita o‘lchov zanjiri (ikkita g’altagi) bo‘ladi, ulardan biri (tok zanjiri) ampermetr singari o‘lchash ob'ektibilan kstma-ket ulanadi (9-rasm), ikkinchi kuchlanish zanjiri bulib, u shu ob'ektga voltmetr kabi parallel ulanadi.



1.9- rasm. Vattmetrni ulash sxemasi

Ish va energiyaning asosiy birligi joul kichik bo‘lgani sababli elektrotexnik ustanovkalarda o‘lchashda ishni) o‘lchashning amaliy birligi sifatida, odatda joulga nisbatan ancha katta birlik - kilovatt-soat ishlatiladi. U 1 kVt o‘zgarmas quvvatda bir soat davomida bajarilgan ishdir, Demak, 1 kVt-s =3600.000 J.