Электр тогу. Чынжырдын бөлүгү үчүн
Омдун закону

 

Жабдуулар:

                       - тажрыйба тактасы;

                       - турактуу ток булагы;

                       - туташтыруучу зымдар;

                      - мультиметр;

                       - резисторлор;

                       - миллиметрдик кагаз.

 

Максат: 

              1.  Каршылыкты, чыңалууну жана ток күчүн ченөөнү үйрөнүү.

2.    Резисторлорду түрдүү (удаалаш, жарыш, аралаш) туташтырууда жалпы каршылыктын, чыңалуунун жана ток күчүнүн өзгөрүшүн тажрыйба жүзүндө байкоо.

3.    Чынжырдын бөлүгү үчүн Омдун законунун тууралыгын текшерүү.

 

Электрдик потенциал жана чыңалуу.  Электр талаасынын берилген чекитиндеги энергетикалык мүнөздөмөсү   талаанын ошол чекитиндеги потенциалы деп аталат. Потенциал талаанын берилген чекитинде жайгашкан бирдик оң заряддын потенциалдык энергиясы менен ченелет:

Мындан талаанын берилген чекиттеги потенциалына төмөндөгүдөй аныктама берүүгө болот:

         Берилген чекиттин потенциалы деп, бирдик оң зарядды берилген чекиттен чексиздикке чейин которууда талаанын аткарган жумушуна сан жагынан барабар болгон чоңдукту айтабыз.

         Талаанын потенциалы скалярдык чоңдук. Талаанын берилген чекитинин потенциалынын сан маанисин аныктай албайбыз. Анткени, талаанын аракети нөл болгон чексиздикке чейинки жумушту практикада аныктоого мүмкүн эмес. Ошондуктан механикадагы потенциалдык энергия сыяктуу, бул жерде да потенциалдардын айырмасын аныктоо менен чектелебиз. Анда  аткарылган жумуш

 

формуласы менен аныкталат. Мындан

б.а. кандайдыр эки чекиттин потенциалдар айырмасы, бирдик оң  зарядды бир чекиттен экинчисине которууда талаанын аткарган жумушуна  барабар.

         Потенциалдар айырмасы электротехникада чыңалуу деп аталат. Аны  тамгасы менен белгилеп,

 

алабыз. Бул формуладан чыңалуунун бирдиги

,

деп алабыз. Эгерде электр талаасы 1С  зарядды бир чекиттен экинчи чекитке жылдырууда 1 J  жумуш аткарса, анда эки чекиттин потенциалдар айырмасы 1 вольтко (V) барабар  болот.

Чыңалуу вольтметр менен өлчөнөт. Вольтметр чынжырга жарыш туташтырылат.

Электр тогу. Ток күчү. Эми электр талаасынын өткөргүчтөгү заряддарга таасирин карайлы. Сырткы электр талаасы болбогон учурда өткөргүчтөрдөгү бош электр заряддары дайыма баш аламан, тартипсиз кыймылда болот жана алардын мындай кыймылы жылуулук кыймылы деп аталат. Заряддалган бөлүкчөлөрдүн багыттталган кыймылы электр тогу деп аталат  (3.1-сүрөт).

Өткөргүчтөрдөгү электр тогун баалоо жана салыштыруу үчүн ток күчү деп аталган атайын чоңдук киргизилген. Токтун күчүн  тамгасы менен белгилеп, аны өткөргүчтүн кесилиши боюнча убакыт бирдигинде өткөн заряддардын саны аркылуу аныктайбыз:

Ток күчүнүн бирдиги СИ системасында негизги бирдик катары атайын келишим боюнча кабыл алынган. Бири-биринен 1 аралыкта жайланышкан жана туурасынан кесилиши дээрлик жокко эсе деп алынган, эки жарыш түз өткөргүчтөрдүн ар бир метринде вакуумда  аракеттешүү күчүн пайда кылган ток күчү 1 амперге ()  барабар.

Ток күчү амперметр менен өлчөнөт. Амперметр чынжырга удаалаш туташтырылат.

         Жогоруда потенциалдар айырмасы заряддарды багыттуу кыймылга, б.а. токтун пайда болушуна алып келерин белгилеп кеткенбиз. Өткөргүчтүн кандайдыр бөлүгүндө потенциалдар айырмасы  канчалык чоң болсо, өткөргүчтө пайда болгон электр талаасынын чыңалышы да  ошончолук чоң болуп, заряддарды кыймылга келтирүүчү күч да  ошончолук чоң болот. Натыйжада өткөргүчтүн кесилиши боюнча убакыт бирдигинде өткөн заряддардын саны, демек, ток күчү да чоңоет. Ошентип, өткөргүчтөгү ток күчү анын учтарындагы потенциалдар айырмасына түз пропорциялуу болот.

Чынжырдагы токтун күчү потенциалдар айырмасы менен бирге өткөргүчтүн затынан жана анын геометриялык өлчөмдөрүнөн да көз каранды. Алар жалпысынан өткөргүчтүн өткөрүмдүүлүгү деп аталган чоңдук менен мүнөздөлөт. Эгерде биз аны  менен белгилесек, айтылгандар боюнча ток күчү потенциалдар айырмасына жана өткөргүчтүн өткөрүмдүүлүгүнө түз пропорциялуу болот.

 

  

 

         Өткөргүчтүн өткөрүмдүүлүгүнө тескери чоңдук өткөргүчтүн каршылыгы деп аталып,  тамгасы менен белгиленет:

 

болгондуктан, (3.5)-(3.7) ни эске алуу менен төмөнкүдөй жазып алууга болот:

 

 

(3.8) формуласы турактуу ток чынжырынын бөлүгү үчүн Омдун законун туюндурат. Чынжырдын бөлүгү үчүн ток күчү ошол бөлүктөгү чыңалууга түз жана анын каршылыгына тескери пропорциялуу.

Өткөргүчтүн каршылыгы. Механикада сүрүлүү нерселердин кыймылына каршы таасир таасир эткен сыяктуу, өткөргүчтүн каршылыгы заряддардын багыттуу кыймылына каршы таасир пайда кылат жана электр энергиясынын өткөргүчтүн ички энергиясына айлануусуна  себеп болот.

Өткөргүчтүн ички түзүлүшү жана анын бөлүкчөлөрүнүн башаламан кыймылы менен шартталган электр тогуна көрсөтүлгөн тескери таасирди мүнөздөөчү чоңдук өткөргүчтүн  электрдик  каршылыгы  деп аталат.

Чынжырдын бөлүгүнүн каршылыгы бул бөлүктө бир бирдикке барабар болгон ток күчүн алуу үчүн керек болгон чыңалуу менен өлчөнөт:

.

Каршылыктын өлчөө бирдигин келтирип чыгаралы:

 

СИ системасында каршылыктын бирдиги үчүн Ом () кабыл алынган. Учтарындагы чыңалуусу 1ко барабар болгондо 1 ток өтүүчү чынжырдын бөлүгүнүн каршылыгы 1 омго барабар.

         Каршылык омметр менен өлчөнөт. Омметр чынжырга жарыш туташтырылат.

Металл өткөргүчүнүн каршылыгы эмне менен аныкталарын тактайлы. Металлда заряддарды алып жүрүүчүлөр болуп эркин электрондор эсептелет. Алар баш аламан кыймылындарында өздөрүн газдын молекулалары сыяктуу алып жүрүшөт деп эсептесе болот. Ошондуктан, классикалык физикада металлдардагы эркин электрондорду электрондук газ деп аташат.

         Электрондук газдын тыгыздыгы жана кристаллдык торчонун түзүлүшү металлдын тегинен көз каранды. Ошондуктан, өткөргүчтүн каршылыгы, анын затынын тегинен көз каранды болуш керек. Мындан сырткары, ал өткөргүчтүн узундугунан, туурасынан кесилиш аянтынан жана температурасынан көз каранды.

         Белгилүү бир заттан жасалган, туурасынан кесилиш аянты , узундугу  болгон өткөргүчтүн каршылыгы төмөнкү формула менен аныкталат:

                                                                                              

Бул формуладан өткөргүчтүн каршылыгы анын узундугуна түз, ал эми туурасынан кесилиш аянтына тескери пропорциялуу экендиги көрүнүп турат. Өткөргүчтүн каршылыгынын өткөргүч жасалган материалдан көз карандылыгын мүнөздөөчү чоңдук заттын салыштырма каршылыгы деп аталат жана  тамгасы менен белгиленет. (3.14) кө ылайык

Бул формуладан  болгондо,   болору белгилүү. Демек, өткөргүчтүн салыштырма каршылыгы деп, узундугу 1 жана туурасынан кесилиш аянты 1ка  барабар болгон өткөргүчтүн каршылыгын айтабыз. Формула боюнча ал:

 

менен ченелет.  Мисалы, алюминий үчүн – 2, 69·10^{-8 ,} вольфрам үчүн – 5,5·10^-8 ,

жез үчүн – 1,67·10^-8  , темир үчүн – 9,71·10^-8  .

         Салыштырма каршылык, жогоруда белгилеп кеткендей, өткөргүчтүн затынан көз каранды болуучу чоңдук. Бирок, ал температурага да жараша өзгөрөт.

Каршылыктын температурадан көз карандылыгы. Затты ысытууда анын бөлүкчөлөрүнүн баш аламан кыймылы күчөгөндүктөн, токту алып жүрүүчүлөрдүн багыттуу кыймылына каршы аракет күчөйт. Ошондуктан, өткөргүчтөрдүн каршылыгы, алардын затынан жана геометриялык өлчөмдөрүнөн гана эмес, температурадан да

 

формуласы боюнча көз каранды. Мында   -   дагы өткөргүчтүн салыштырма каршылыгы.  - каршылыктын температуралык коэффициенти. Көпчүлүк таза металлдардын температуралык коэффициенттери бири-биринен аз айырмаланышат, болжолдуу аларды  ⁰С^-1 барабар деп эсептөөгө болот.

         Ар кандай температураларда өткөргүчтөрдүн каршылыгын эсептөө үчүн колдонулуучу формуланы чыгаралы:

,

 

Мында  -  температурасындагы, ал эми   -   кезиндеги өткөргүчтүн каршылыгы.

Резисторлорду удаалаш туташтыруу. Эгерде, алдыдагы резистордун аягына кийинки резистордун башы туташтырылса, мындай туташтыруу удаалаш туташтыруу деп аталат (№2 лабораториялык ишти карагыла). Резисторлорду удаалаш туташтыруу 3.2-сүрөттө көрсөтүлгөн. Мындай туташтыруу учурундагы ток күчүн, чыңалууну жана каршылыкты эсептөө төмөндө келтирилген эрежелер менен жүргүзүлөт.

1-эреже. Удаалаш туташтыруу учурунда ток күчү чынжырдын бардык бөлүгүндө бирдей:

 

Бул заряддардын сакталуу закону менен түшүндүрүлөт.

2-эреже. Удаалаш туташтыруу учурунда чынжырдагы чыңалуу чынжырдын бөлүктөрүндөгү чыңалуулардын суммасына барабар:

 

3-эреже. Удаалаш туташтыруу учурунда чынжырдын ар бир бөлүгүндөгү чыңалуу бөлүктөрдүн каршылыктарына түз пропорциялуу:

 

4-эреже. Удаалаш туташтыруу учурунда чынжырдын эквиваленттүү каршылыгы чынжырдын ар бир бөлүгүнүн каршылыктарынын суммасына барабар:

         Эгерде удаалаш туташтырылган резисторлордун бирөөсүндө чынжыр ажыраса, анда ток чынжырдын бардык бөлүгүндө жоголот. Ошондуктан, практикада удаалаш туташтыруу дайыма эле ыңгайлуу боло бербейт.

Резисторлорду жарыш туташтыруу. Эгерде бардык резисторлордун башы бир чекитке, ал эми аягы экинчи бир чекитке туташтырылса, анда мындай туташтыруу жарыш туташтыруу деп аталат (№2 лабораториялык ишти карагыла). Резисторлорду жарыш туташтыруу 3.3-сүрөттө көрсөтүлгөн. Экиден ашык өткөргүчтөр кесилишкен чекит түйүн деп аталат (3.3-сүрөттөгү В жана С чекиттери). Резисторлорду жарыш туташтырууда ток күчүн, чыңалууну жана каршылыкты эсептөө үчүн да төрт эреже колдонулат.

1-эреже. Жарыш туташтырууда ар бир бутактагы жана бутактануунун бардыгындагы чыңалуулар бирдей:

 

Бул эреже вольтметрдин көрсөтүүлөрү менен   тастыкталат.                               

         2-эреже. Бутактанууга чейинки жана бутактануудан кийинки ток күчү ар бир бутактагы ток күчүнүн суммасына барабар:

                                                                                                                          

 

3-эреже. Бутактануунун ар бир бутагындагы ток күчү, алардын каршылыктарына тескери пропорциялуу:

 

4-эреже. Бутактануунун өткөрүмдүүлүгү ар бир бутактын өткөрүмдүүлүктөрүнүн суммасына барабар:

 

же