Harakati ya umeme. Mkondo wa umeme ni nini? Masharti ya kuwepo kwa sasa ya umeme: sifa na vitendo

Ikiwa kondakta wa maboksi amewekwa ndani uwanja wa umeme\(\overrightarrow(E)\), basi malipo ya bure \(q\) katika kondakta yataathiriwa na nguvu \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) Kama matokeo, muda mfupi. -muda wa harakati ya malipo ya bure hutokea katika kondakta. Utaratibu huu utaisha wakati uwanja wa umeme wa malipo yanayotokea kwenye uso wa kondakta hulipa fidia kabisa kwa uwanja wa nje. Sehemu ya kielektroniki inayotokana ndani ya kondakta itakuwa sifuri.

Hata hivyo, katika waendeshaji, chini ya hali fulani, harakati zinazoendelea zilizoagizwa za flygbolag za malipo ya bure ya umeme zinaweza kutokea.

Harakati iliyoelekezwa ya chembe za kushtakiwa inaitwa sasa ya umeme.

Mwelekeo wa sasa wa umeme unachukuliwa kuwa mwelekeo wa harakati za malipo mazuri ya bure. Ili umeme wa sasa uwepo katika kondakta, shamba la umeme lazima liundwe ndani yake.

Kipimo cha kiasi cha sasa cha umeme ni nguvu ya sasa\(I\) - scalar wingi wa kimwili, sawa na uwiano wa malipo \(\Delta q\) kuhamishwa kupitia sehemu ya msalaba wa kondakta (Mchoro 1.8.1) wakati wa muda \(\Delta t\), hadi wakati huu:

$$I = \frac(\Delta q)(\Delta t) $$

Ikiwa nguvu za sasa na mwelekeo wake hazibadilika kwa wakati, basi mkondo huo unaitwa kudumu .

Katika Mfumo wa Kimataifa wa Vitengo (SI) sasa inapimwa kwa Amperes (A). Kitengo cha sasa cha 1 A kinatambuliwa na mwingiliano wa magnetic wa waendeshaji wawili wa sambamba na sasa.

Mara kwa mara umeme inaweza tu kuundwa ndani mzunguko uliofungwa , ambayo flygbolag za malipo ya bure huzunguka kwenye trajectories zilizofungwa. Shamba la umeme katika pointi tofauti za mzunguko huo ni mara kwa mara kwa muda. Kwa hiyo, uwanja wa umeme katika mzunguko wa sasa wa moja kwa moja una tabia ya waliohifadhiwa uwanja wa umeme. Lakini wakati malipo ya umeme yanapohamia kwenye uwanja wa umeme kwenye njia iliyofungwa, kazi inayofanywa na nguvu za umeme ni sifuri. Kwa hiyo, kwa kuwepo kwa sasa ya moja kwa moja, ni muhimu kuwa na kifaa katika mzunguko wa umeme ambacho kina uwezo wa kuunda na kudumisha tofauti zinazowezekana katika sehemu za mzunguko kutokana na kazi ya nguvu. asili isiyo ya umeme. Vifaa vile huitwa Vyanzo vya DC . Vikosi vya asili isiyo ya umeme vinavyofanya kazi kwa wabebaji wa malipo ya bure kutoka kwa vyanzo vya sasa vinaitwa vikosi vya nje .

Asili ya nguvu za nje inaweza kutofautiana. Katika seli za galvaniki au betri huibuka kama matokeo ya michakato ya kielektroniki; katika jenereta za moja kwa moja za sasa, nguvu za nje huibuka wakati waendeshaji wanasonga kwenye uwanja wa sumaku. Chanzo cha sasa katika mzunguko wa umeme kina jukumu sawa na pampu, ambayo ni muhimu kusukuma maji katika mfumo wa majimaji iliyofungwa. Chini ya ushawishi wa nguvu za nje, malipo ya umeme huhamia ndani ya chanzo cha sasa dhidi ya nguvu za uwanja wa umeme, kwa sababu ambayo mkondo wa umeme wa mara kwa mara unaweza kudumishwa katika mzunguko uliofungwa.

Wakati malipo ya umeme yanatembea kwenye mzunguko wa moja kwa moja wa sasa, nguvu za nje zinazofanya kazi ndani ya vyanzo vya sasa hufanya kazi.

Kiasi cha kimwili sawa na uwiano wa kazi \(A_(st)\) ya nguvu za nje wakati wa kuhamisha malipo \(q\) kutoka kwa pole hasi ya chanzo cha sasa hadi chanya hadi thamani ya malipo haya inaitwa. nguvu ya umeme ya chanzo (EMF):

$$EMF=\varepsilon=\frac(A_(st))(q). $$

Kwa hivyo, EMF imedhamiriwa na kazi iliyofanywa na nguvu za nje wakati wa kusonga malipo mazuri. Nguvu ya kielektroniki, kama tofauti inayoweza kutokea, hupimwa ndani Volti (V).

Wakati malipo chanya moja yanaposonga kwenye mzunguko wa sasa wa moja kwa moja uliofungwa, kazi iliyofanywa na nguvu za nje ni sawa na jumla ya emf inayofanya kazi katika mzunguko huu, na kazi iliyofanywa na uwanja wa umeme ni sifuri.

Mzunguko wa DC unaweza kugawanywa katika sehemu tofauti. Maeneo hayo ambapo hakuna nguvu za nje zinazofanya kazi (yaani maeneo ambayo hayana vyanzo vya sasa) huitwa zenye homogeneous . Maeneo yenye vyanzo vya sasa yanaitwa tofauti .

Wakati malipo chanya moja yanaposonga kwenye sehemu fulani ya mzunguko, kazi inafanywa na nguvu za umeme (Coulomb) na nje. Kazi ya nguvu za kielektroniki ni sawa na tofauti inayoweza kutokea \(\Delta \phi_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)\) kati ya alama za awali (1) na za mwisho (2) za sehemu isiyo na usawa. . Kazi ya nguvu za nje ni sawa, kwa ufafanuzi, na nguvu ya elektroni \(\mathcal(E)\) inayofanya kazi. eneo hili. Ndiyo maana kazi ya wakati wote sawa na

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \hisabati(E)$$

Ukubwa U 12 kawaida huitwa voltage kwenye kifungu cha 1-2. Katika kesi ya eneo lenye homogeneous, voltage ni sawa na tofauti inayowezekana:

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)$$

Mwanafizikia wa Ujerumani G. Ohm alianzisha majaribio mnamo 1826 kwamba nguvu ya sasa \(I\) inapita kupitia kondakta ya chuma yenye homogeneous (yaani, kondakta ambayo hakuna nguvu za nje hutenda) inalingana na voltage \(U\) kwenye ncha. ya kondakta:

$$I = \frac(1)(R) U; \: U = IR$$

wapi \(R\) = const.

Ukubwa R kawaida huitwa upinzani wa umeme . Kondakta yenye upinzani wa umeme inaitwa kinzani . Uwiano huu unaonyesha Sheria ya Ohm kwa sehemu ya homogeneous ya mnyororo: Ya sasa katika conductor ni sawia moja kwa moja na voltage kutumika na inversely sawia na upinzani wa kondakta.

Kitengo cha SI cha upinzani wa umeme wa waendeshaji ni Ohm (Ohm). Upinzani wa 1 ohm una sehemu ya mzunguko ambayo sasa ya 1 A hutokea kwa voltage ya 1 V.

Waendeshaji wanaotii sheria ya Ohm wanaitwa mstari . Utegemezi wa picha wa sasa \(I\) kwenye voltage \(U\) (grafu kama hizo huitwa sifa za volt-ampere , iliyofupishwa kama CVC) inaonyeshwa na mstari wa moja kwa moja unaopitia asili ya viwianishi. Ikumbukwe kwamba kuna vifaa vingi na vifaa ambavyo havitii sheria ya Ohm, kwa mfano, diode ya semiconductor au taa ya kutokwa kwa gesi. Hata waendeshaji wa chuma na mikondo ya kutosha nguvu kubwa Kuna kupotoka kutoka kwa sheria ya mstari wa Ohm, kwani upinzani wa umeme wa waendeshaji wa chuma huongezeka kwa kuongezeka kwa joto.

Kwa sehemu ya mzunguko iliyo na emf, sheria ya Ohm imeandikwa kwa fomu ifuatayo:

$$IR = U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \hisabati(E) = \Delta \phi_(12) + \mathcal(E)$$
$$\color(bluu)(I = \frac(U)(R))$$

Uwiano huu kawaida huitwa Sheria ya jumla ya Ohm au Sheria ya Ohm kwa sehemu isiyo ya sare ya mzunguko.

Katika Mtini. 1.8.2 inaonyesha mzunguko wa DC uliofungwa. Sehemu ya mnyororo ( CD) ni homogeneous.

Kielelezo 1.8.2. Mzunguko wa DC

Kulingana na sheria ya Ohm

$$IR = \Delta\phi_(cd)$$

Njama ( ab) ina chanzo cha sasa kilicho na emf sawa na \(\mathcal(E)\).

Kulingana na sheria ya Ohm kwa eneo tofauti,

$$Ir = \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Kuongeza usawa wote wawili, tunapata:

$$I(R+r) = \Delta\phi_(cd) + \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Lakini \(\Delta\phi_(cd) = \Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab)\).

$$\rangi(bluu)(I=\frac(\mathcal(E))(R + r))$$

Fomula hii inaeleza Sheria ya Ohm kwa mzunguko kamili : nguvu ya sasa katika mzunguko kamili ni sawa na nguvu ya electromotive ya chanzo iliyogawanywa na jumla ya upinzani wa sehemu za homogeneous na inhomogeneous ya mzunguko (upinzani wa ndani wa chanzo).

Upinzani r eneo tofauti katika Mtini. 1.8.2 inaweza kuzingatiwa kama upinzani wa ndani wa chanzo cha sasa . Katika kesi hii, eneo ( ab) katika Mtini. 1.8.2 ni sehemu ya ndani ya chanzo. Ikiwa pointi a Na b fupi na kondakta ambaye upinzani wake ni mdogo ikilinganishwa na upinzani wa ndani wa chanzo (\(R\ \ll r\)), basi mzunguko utapita. mzunguko mfupi wa sasa

$$I_(kz)=\frac(\mathcal(E))(r)$$

Mzunguko mfupi wa sasa ni kiwango cha juu cha sasa kinachoweza kupatikana kutoka kwa chanzo fulani kwa nguvu ya umeme \(\mathcal(E)\) na upinzani wa ndani \(r\). Kwa vyanzo vyenye upinzani mdogo wa ndani, sasa mzunguko mfupi unaweza kuwa juu sana na kusababisha uharibifu wa mzunguko wa umeme au chanzo. Kwa mfano, betri za asidi ya risasi zinazotumiwa katika magari zinaweza kuwa na mikondo ya mzunguko mfupi wa ampea mia kadhaa. Mzunguko mfupi katika mitandao ya taa inayoendeshwa na vituo vidogo (maelfu ya amperes) ni hatari sana. Ili kuepuka athari za uharibifu wa mikondo hiyo kubwa, fuses au wavunjaji maalum wa mzunguko hujumuishwa kwenye mzunguko.

Katika baadhi ya matukio, ili kuzuia maadili hatari ya mzunguko mfupi wa sasa, upinzani fulani wa nje umeunganishwa mfululizo kwa chanzo. Kisha upinzani r ni sawa na jumla ya upinzani wa ndani wa chanzo na upinzani wa nje, na wakati wa mzunguko mfupi nguvu ya sasa haitakuwa kubwa sana.

Ikiwa mzunguko wa nje umefunguliwa, basi \(\Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab) = \mathcal(E)\), i.e. tofauti inayoweza kutokea kwenye nguzo za betri iliyo wazi ni sawa na yake. emf.

Ikiwa upinzani wa mzigo wa nje R imewashwa na mkondo unatiririka kupitia betri I, tofauti inayoweza kutokea kwenye nguzo zake inakuwa sawa

$$\Delta \phi_(ba) = \mathcal(E) - Ir$$

Katika Mtini. 1.8.3 inaonyesha uwakilishi wa kimkakati wa chanzo cha sasa cha moja kwa moja na emf sawa na \(\mathcal(E)\) na upinzani wa ndani. r kwa njia tatu: "idling", operesheni ya mzigo na mode ya mzunguko mfupi (mzunguko mfupi). Uzito \(\overrightarrow(E)\) wa uwanja wa umeme ndani ya betri na nguvu zinazotumika kwenye chaji chanya zimeonyeshwa:\(\overrightarrow(F)_(e)\) - nguvu ya umeme na \(\overrightarrow( F)_(st )\) ni nguvu ya nje. Katika hali ya mzunguko mfupi, uwanja wa umeme ndani ya betri hupotea.

Kupima voltages na mikondo katika mizunguko ya umeme ya DC, vyombo maalum hutumiwa - voltmeters Na ammita.

Voltmeter iliyoundwa kupima tofauti inayoweza kutumika kwenye vituo vyake. Anaunganisha sambamba sehemu ya mzunguko ambapo tofauti inayowezekana inapimwa. Voltmeter yoyote ina upinzani wa ndani \(R_(V)\). Ili voltmeter isianzishe ugawaji unaoonekana wa mikondo wakati wa kushikamana na mzunguko unaopimwa, upinzani wake wa ndani lazima uwe mkubwa ikilinganishwa na upinzani wa sehemu ya mzunguko ambayo imeunganishwa. Kwa mzunguko unaoonyeshwa kwenye Mtini. 1.8.4, hali hii imeandikwa kama:

$$R_(B)\gg R_(1)$$

Hali hii inamaanisha kuwa \(I_(V) = \Delta \phi_(cd) / R_(V)\) ya sasa inayopita kwenye voltmeter ni ndogo sana kuliko ya sasa \(I = \Delta \phi_(cd) / R_ (1 )\), ambayo inapita kupitia sehemu iliyojaribiwa ya mzunguko.

Kwa kuwa hakuna nguvu za nje zinazofanya kazi ndani ya voltmeter, tofauti inayowezekana kwenye vituo vyake inafanana, kwa ufafanuzi, na voltage. Kwa hiyo, tunaweza kusema kwamba voltmeter hupima voltage.

Ammeter iliyoundwa kupima sasa katika mzunguko. Ammeter imeunganishwa kwa mfululizo kwa mzunguko wa wazi wa mzunguko wa umeme ili sasa nzima iliyopimwa inapita ndani yake. Ammita pia ina upinzani wa ndani \(R_(A)\). Tofauti na voltmeter, upinzani wa ndani wa ammeter lazima uwe mdogo kabisa ikilinganishwa na upinzani wa jumla wa mzunguko mzima. Kwa mzunguko katika Mtini. 1.8.4 Upinzani wa ammeter lazima ukidhi hali hiyo

$$R_(A) \ll (r + R_(1) + R(2))$$

ili ammeter inapogeuka, sasa katika mzunguko haibadilika.

Vyombo vya kupima - voltmeters na ammeters - kuja katika aina mbili: pointer (analog) na digital. Mita za umeme za dijiti ni vifaa vya elektroniki ngumu. Kwa kawaida, vyombo vya digital hutoa usahihi wa juu wa kipimo.

Umeme wa sasa unatumika katika kila jengo, ukijua sifa za sasa katika mtandao wa umeme nyumbani, unapaswa kukumbuka daima kuwa ni hatari kwa maisha.

Umeme wa sasa ni athari ya harakati ya mwelekeo wa mashtaka ya umeme (katika gesi - ions na elektroni, katika metali - elektroni), chini ya ushawishi wa shamba la umeme.

Harakati ya mashtaka chanya kwenye uwanja ni sawa na harakati ya mashtaka hasi dhidi ya shamba.

Kawaida mwelekeo wa malipo ya umeme huchukuliwa kuwa mwelekeo wa malipo mazuri.

• nguvu ya sasa;
• voltage;
• nguvu ya sasa;
• upinzani wa sasa.

Nguvu ya sasa.

Nguvu ya sasa ya umeme inaitwa uwiano wa kazi iliyofanywa na sasa kwa wakati ambapo kazi hii ilifanyika.

Nguvu ambayo sasa ya umeme inakua katika sehemu ya mzunguko ni sawa sawa na ukubwa wa sasa na voltage katika sehemu hiyo. Nguvu (umeme na mitambo) iliyopimwa kwa Wati (W).

Nguvu ya sasa haitegemei wakati wa pro-te-ka-niya ya mkondo wa umeme katika saketi, lakini inafafanuliwa kuwa voltage ya pro-kutoka-ve-de kwenye nguvu ya sasa.

Voltage.

Voltage ya umeme ni kiasi kinachoonyesha ni kiasi gani kazi inafanywa na uwanja wa umeme wakati wa kuhamisha chaji kutoka hatua moja hadi nyingine. Voltage katika sehemu tofauti za mzunguko itakuwa tofauti.

Mfano: voltage kwenye sehemu ya waya tupu itakuwa ndogo sana, na voltage kwenye sehemu yenye mzigo wowote itakuwa kubwa zaidi, na ukubwa wa voltage itategemea kiasi cha kazi iliyofanywa na sasa. Voltage hupimwa kwa volts (1 V). Kuamua voltage kuna formula: U = A / q, wapi

• U - voltage,
• A ni kazi inayofanywa na mkondo wa kusonga chaji q hadi sehemu fulani ya mzunguko.

Nguvu ya sasa.

Nguvu ya sasa inarejelea idadi ya chembe zilizochajiwa ambazo hutiririka kupitia sehemu ya msalaba ya kondakta.

A-kipaumbele nguvu ya sasa sawia moja kwa moja na voltage na inversely sawia na upinzani.

Nguvu ya sasa ya umeme kipimo kwa chombo kinachoitwa Ammeter. Kiasi cha sasa cha umeme (kiasi cha malipo kilichohamishwa) kinapimwa kwa amperes. Ili kuongeza anuwai ya kitengo cha uainishaji wa mabadiliko, kuna viambishi awali vya wingi kama vile micro - microampere (μA), maili - milliampere (mA). Consoles zingine hazitumiwi katika matumizi ya kila siku. Kwa mfano: wanasema na kuandika "ampere elfu kumi", lakini hawasemi au kuandika kilomita 10. Maadili kama haya ndani Maisha ya kila siku hazitumiki. Vile vile vinaweza kusemwa kuhusu nanoamps. Kawaida wanasema na kuandika 1 × 10-9 Amperes.

Upinzani wa sasa.

Upinzani wa umeme ni kiasi cha kimwili ambacho kina sifa ya mali ya kondakta ambayo inazuia kifungu cha sasa cha umeme na ni sawa na uwiano wa voltage kwenye ncha za kondakta kwa nguvu ya sasa inapita kupitia hiyo.

Upinzani kwa mizunguko mkondo wa kubadilisha na kwa kubadilisha mashamba ya sumakuumeme inaelezewa na dhana ya impedance na upinzani wa wimbi. Upinzani wa sasa(mara nyingi huonyeshwa na barua R au r) upinzani wa sasa unachukuliwa, ndani ya mipaka fulani, kuwa thamani ya mara kwa mara kwa kondakta aliyepewa. Chini ya upinzani wa umeme kuelewa uwiano wa voltage katika mwisho wa kondakta kwa sasa inapita kupitia conductor.

Masharti ya kutokea kwa umeme wa sasa katika njia inayoendesha:

1) uwepo wa chembe za malipo ya bure;

2) ikiwa kuna uwanja wa umeme (kuna tofauti inayowezekana kati ya pointi mbili za kondakta).

Aina za athari za sasa za umeme kwenye nyenzo za conductive.

1) kemikali - mabadiliko muundo wa kemikali conductors (hutokea hasa katika electrolytes);

2) mafuta - nyenzo ambayo sasa inapita inapokanzwa (athari hii haipo katika superconductors);

3) magnetic - kuonekana kwa shamba la magnetic (hutokea kwa waendeshaji wote).

Tabia kuu za sasa.

1. Nguvu ya sasa inaonyeshwa na barua I - ni sawa na kiasi cha umeme Q kupita kupitia kondakta wakati wa t.

I=Q/t

Nguvu ya sasa imedhamiriwa na ammeter.

Voltage imedhamiriwa na voltmeter.

3. Upinzani wa R wa nyenzo za conductive.

Upinzani unategemea:

a) kwenye sehemu ya msalaba ya kondakta S, kwa urefu wake l na nyenzo (iliyoonyeshwa resistivity kondakta ρ);

R=pl/S

b) kwa halijoto t°C (au T): R = R0 (1 + αt),

• ambapo R0 ni upinzani wa kondakta kwa 0 ° C,
• α - mgawo wa joto wa upinzani;

c) kupokea athari mbalimbali, waendeshaji wanaweza kuunganishwa wote kwa sambamba na kwa mfululizo.

Jedwali la sifa za sasa.

Kiwanja	Mfuatano	Sambamba
Thamani ya uhifadhi	I 1 = I 2 = … = I n I = const	U 1 = U 2 = …U n U = const
Thamani ya jumla	voltage e=Ast/q Thamani sawa na kazi inayotumiwa na nguvu za nje kusonga chaji chanya kwenye mzunguko mzima, pamoja na chanzo cha sasa, kwa malipo inaitwa nguvu ya umeme ya chanzo cha sasa (EMF): e=Ast/q Tabia za sasa lazima zijulikane wakati wa kutengeneza vifaa vya umeme.

Haiwezekani kufikiria maisha bila umeme mtu wa kisasa. Volts, Amps, Watts - maneno haya yanasikika wakati wa kuzungumza juu ya vifaa vinavyofanya kazi kwenye umeme. Lakini umeme wa sasa ni nini na ni masharti gani ya kuwepo kwake? Tutazungumza juu ya hili zaidi, tukitoa maelezo mafupi kwa wataalamu wa umeme wa novice.

Ufafanuzi

Umeme wa sasa ni harakati iliyoelekezwa ya flygbolag za malipo - hii ni uundaji wa kawaida kutoka kwa kitabu cha fizikia. Kwa upande mwingine, flygbolag za malipo huitwa chembe fulani za suala. Wanaweza kuwa:

• Elektroni ni wabebaji hasi wa malipo.
• Ioni ni wabebaji chaji chanya.

Lakini wabebaji wa malipo wanatoka wapi? Ili kujibu swali hili unahitaji kukumbuka maarifa ya msingi kuhusu muundo wa jambo. Kila kitu kinachotuzunguka ni maada; ina molekuli, chembe zake ndogo zaidi. Molekuli huundwa na atomi. Atomu ina kiini ambacho elektroni husogea katika obiti fulani. Molekuli pia husogea bila mpangilio. Mwendo na muundo wa kila chembe hizi hutegemea dutu yenyewe na ushawishi juu yake mazingira, kama vile joto, voltage, nk.

Ioni ni atomi ambayo uwiano wa elektroni na protoni umebadilika. Ikiwa atomi hapo awali haina upande wowote, basi ions, kwa upande wake, imegawanywa katika:

• Anion ni ioni chanya ya atomi ambayo imepoteza elektroni.
• Cations ni atomi yenye elektroni "ziada" zilizounganishwa kwenye atomi.

Sehemu ya kipimo cha sasa ni Ampere, kulingana na ambayo imehesabiwa kwa kutumia formula:

ambapo U ni voltage, [V], na R ni upinzani, [Ohm].

Au sawia moja kwa moja na kiasi cha malipo kinachohamishwa kwa muda wa kitengo:

ambapo Q - malipo, [C], t - wakati, [s].

Masharti ya kuwepo kwa sasa ya umeme

Tuligundua umeme wa sasa ni nini, sasa hebu tuzungumze juu ya jinsi ya kuhakikisha mtiririko wake. Ili mkondo wa umeme utiririke, masharti mawili lazima yakamilishwe:

1. Uwepo wa watoa huduma za malipo bila malipo.
2. Uwanja wa umeme.

Hali ya kwanza ya kuwepo na mtiririko wa umeme inategemea dutu ambayo sasa inapita (au haina mtiririko), pamoja na hali yake. Hali ya pili pia inawezekana: kwa kuwepo kwa uwanja wa umeme, uwepo wa uwezekano tofauti unahitajika, kati ya ambayo kuna kati ambayo flygbolag za malipo zitapita.

Hebu tukumbushe: Voltage, EMF ndio tofauti inayowezekana. Inafuata kwamba ili kutimiza masharti ya kuwepo kwa sasa - kuwepo kwa shamba la umeme na umeme wa sasa, voltage inahitajika. Hizi zinaweza kuwa sahani za capacitor iliyoshtakiwa, kipengele cha galvanic, EMF inayozalishwa chini ya ushawishi wa shamba la sumaku(jenereta).

Tumegundua jinsi inavyotokea, hebu tuzungumze juu ya wapi inaelekezwa. Hivi sasa, haswa katika matumizi yetu ya kawaida, husogea katika kondakta (wiring za umeme katika ghorofa, balbu za mwanga wa incandescent) au katika semiconductors (LED, kichakataji cha simu yako mahiri na vifaa vingine vya elektroniki), mara chache kwenye gesi (taa za fluorescent).

Kwa hivyo, wabebaji wakuu wa malipo katika hali nyingi ni elektroni; husogea kutoka kwa minus (hatua iliyo na uwezo hasi) hadi nyongeza (hatua iliyo na uwezo mzuri, utajifunza zaidi juu ya hii hapa chini).

Lakini ukweli wa kuvutia ni kwamba mwelekeo wa harakati ya sasa ulichukuliwa kuwa harakati ya malipo mazuri - kutoka kwa pamoja hadi minus. Ingawa kwa kweli kila kitu kinatokea kwa njia nyingine kote. Ukweli ni kwamba uamuzi juu ya mwelekeo wa sasa ulifanyika kabla ya kujifunza asili yake, na pia kabla ya kuamua jinsi sasa inapita na ipo.

Umeme wa sasa katika mazingira tofauti

Tayari tumeshasema kwamba katika mazingira tofauti Umeme wa sasa unaweza kutofautiana kulingana na aina ya flygbolag za malipo. Vyombo vya habari vinaweza kugawanywa kulingana na asili ya conductivity yao (katika utaratibu wa kushuka wa conductivity):

1. Kondakta (chuma).
2. Semiconductor (silicon, germanium, gallium arsenide, nk).
3. Dielectric (utupu, hewa, maji yaliyotengenezwa).

Katika metali

Vyuma vyenye flygbolag za malipo ya bure, wakati mwingine huitwa "gesi ya umeme". Watoa huduma za bure hutoka wapi? Ukweli ni kwamba chuma, kama dutu yoyote, ina atomi. Atomi husogea au kutetemeka kwa njia moja au nyingine. Ya juu ya joto la chuma, nguvu ya harakati hii. Wakati huo huo, atomi zenyewe mtazamo wa jumla kubaki katika maeneo yao, kwa kweli kutengeneza muundo wa chuma.

Katika shells za elektroni za atomi kuna kawaida elektroni kadhaa ambazo uhusiano wake na kiini ni badala dhaifu. Chini ya ushawishi wa joto, athari za kemikali na mwingiliano wa uchafu, ambayo ni katika hali yoyote katika chuma, elektroni ni detached kutoka atomi zao, na ions chaji chaji ni sumu. Elektroni zilizojitenga huitwa huru na husogea kwa machafuko.

Ikiwa wanaathiriwa na shamba la umeme, kwa mfano, ikiwa unganisha betri kwenye kipande cha chuma, harakati ya machafuko ya elektroni itakuwa ya utaratibu. Elektroni kutoka mahali ambapo uwezo hasi umeunganishwa (cathode ya seli ya galvanic, kwa mfano) itaanza kuelekea hatua yenye uwezo mzuri.

Katika semiconductors

Semiconductors ni nyenzo ambazo katika hali nzuri hakuna flygbolag za malipo ya bure. Wako katika eneo linaloitwa haramu. Lakini ikiwa nguvu za nje zinatumika, kama vile uwanja wa umeme, joto, mionzi mbalimbali (mwanga, mionzi, nk), hushinda pengo la bendi na kuhamia kwenye eneo la bure au bendi ya uendeshaji. Elektroni hutengana na atomi zao na kuwa huru, na kutengeneza ioni - wabebaji wa malipo chanya.

Flygbolag chanya katika semiconductors huitwa mashimo.

Ikiwa unahamisha tu nishati kwa semiconductor, kwa mfano, joto, harakati ya machafuko ya flygbolag za malipo itaanza. Lakini ikiwa tunazungumza juu ya vitu vya semiconductor, kama diode au transistor, basi EMF itatokea kwenye ncha tofauti za fuwele (safu ya metali inatumika kwao na miongozo inauzwa), lakini hii haihusiani na mada ya makala ya leo.

Ikiwa unatumia chanzo cha EMF kwa semiconductor, basi flygbolag za malipo pia zitahamia kwenye bendi ya uendeshaji, na harakati zao za mwelekeo pia zitaanza - mashimo yataenda kwa mwelekeo na uwezo wa chini wa umeme, na elektroni - kwa mwelekeo na moja ya juu.

Katika utupu na gesi

Ombwe ni chombo cha kati kilicho na ukosefu kamili (bora) wa gesi au kiasi kilichopunguzwa (kwa kweli) cha gesi. Kwa kuwa hakuna jambo katika utupu, hakuna mahali pa wabebaji wa malipo kutoka. Hata hivyo, mtiririko wa sasa katika utupu ulionyesha mwanzo wa umeme na zama nzima vipengele vya elektroniki- taa za utupu za umeme. Walitumiwa katika nusu ya kwanza ya karne iliyopita, na katika miaka ya 50 walianza hatua kwa hatua kutoa njia kwa transistors (kulingana na uwanja maalum wa umeme).

Hebu tuchukue kwamba tuna chombo ambacho gesi yote imepigwa nje, i.e. kuna utupu kamili ndani yake. Electrodes mbili zimewekwa kwenye chombo, hebu tuwaite anode na cathode. Ikiwa tunaunganisha uwezo mbaya wa chanzo cha EMF kwa cathode na uwezekano mzuri kwa anode, hakuna kitu kitatokea na hakuna sasa itapita. Lakini ikiwa tunaanza kupokanzwa cathode, sasa itaanza kutiririka. Utaratibu huu unaitwa chafu ya thermionic - utoaji wa elektroni kutoka kwa uso wa elektroni yenye joto.

Takwimu inaonyesha mchakato wa mtiririko wa sasa katika bomba la utupu. Katika zilizopo za utupu, cathode huwashwa na filamenti iliyo karibu kwenye takwimu (H), kama vile kwenye taa ya taa.

Wakati huo huo, ukibadilisha polarity ya ugavi wa umeme - tumia minus kwa anode, na uomba pamoja na cathode - hakuna sasa itapita. Hii itathibitisha kwamba sasa katika ombwe inapita kutokana na harakati ya elektroni kutoka CATHODE hadi ANODE.

Gesi, kama dutu yoyote, ina molekuli na atomi, ambayo inamaanisha kuwa ikiwa gesi iko chini ya ushawishi wa uwanja wa umeme, basi kwa nguvu fulani (voltage ya ionization) elektroni zitatengana na atomi, basi hali zote mbili za mtiririko. ya sasa ya umeme itakuwa kuridhika - shamba na vyombo vya habari bure.

Kama ilivyoelezwa tayari, mchakato huu unaitwa ionization. Inaweza kutokea sio tu kutoka kwa voltage iliyotumiwa, lakini pia wakati gesi inapokanzwa, mionzi ya x-ray, chini ya ushawishi wa mionzi ya ultraviolet na mambo mengine.

Sasa itapita hewani, hata ikiwa burner imewekwa kati ya elektroni.

Mtiririko wa sasa katika gesi ajizi unaambatana na mwanga wa gesi; jambo hili linatumika kikamilifu katika taa za fluorescent. Mtiririko wa sasa wa umeme katika kati ya gesi huitwa kutokwa kwa gesi.

Katika kioevu

Hebu sema kwamba tuna chombo na maji ambayo electrodes mbili huwekwa, ambayo chanzo cha nguvu kinaunganishwa. Ikiwa maji ni distilled, yaani, safi na haina uchafu, basi ni dielectric. Lakini ikiwa tunaongeza chumvi kidogo, asidi ya sulfuriki au dutu nyingine yoyote kwa maji, electrolyte huundwa na sasa huanza kutiririka kupitia hiyo.

Electrolyte ni dutu inayoendesha sasa ya umeme kwa sababu ya kutengana kwa ioni.

Ikiwa utaiongeza kwa maji sulfate ya shaba, basi safu ya shaba itakaa kwenye moja ya electrodes (cathode) - hii inaitwa electrolysis, ambayo inathibitisha kwamba sasa umeme katika kioevu hufanyika kutokana na harakati za ions - flygbolag chanya na hasi chaji.

Electrolysis ni mchakato wa kimwili na kemikali unaohusisha mgawanyiko wa vipengele vinavyofanya electrolyte kwenye electrodes.

Hivi ndivyo upakaji wa shaba, gilding na mipako na metali nyingine hutokea.

Hitimisho

Kwa muhtasari, ili mkondo wa umeme utiririke, vichukuzi vya malipo ya bure vinahitajika:

• elektroni katika conductors (metali) na utupu;
• elektroni na mashimo katika semiconductors;
• ions (anions na cations) katika vinywaji na gesi.

Ili harakati za flygbolag hizi ziagizwe, uwanja wa umeme unahitajika. Kwa maneno rahisi- tumia voltage hadi mwisho wa mwili au usakinishe electrodes mbili katika mazingira ambayo sasa ya umeme inatarajiwa kutiririka.

Inafaa pia kuzingatia kuwa sasa huathiri dutu kwa njia fulani; kuna aina tatu za ushawishi:

• joto;
• kemikali;
• kimwili.

Inafaa

Leo ni ngumu kufikiria maisha bila jambo kama umeme, lakini ubinadamu ulijifunza kuitumia kwa madhumuni yake sio zamani sana. Utafiti wa kiini na sifa za aina hii maalum ya jambo ilichukua karne kadhaa, lakini hata sasa hatuwezi kusema kwa ujasiri kwamba tunajua kila kitu kuhusu hilo.

Dhana na asili ya sasa ya umeme

Umeme wa sasa, kama unavyojulikana pia kutoka kozi ya shule fizikia, si chochote zaidi ya mwendo ulioamriwa wa chembe zozote zilizochajiwa. Mwisho unaweza kuwa elektroni zilizochajiwa vibaya au ioni. Inaaminika kuwa aina hii jambo linaweza kutokea tu kwa wanaoitwa conductors, lakini hii ni mbali na kesi hiyo. Jambo ni kwamba wakati miili yoyote inapogusana, idadi fulani ya chembe zenye kushtakiwa kinyume huibuka kila wakati, ambazo zinaweza kuanza kusonga. Katika dielectrics, harakati ya bure ya elektroni sawa ni ngumu sana na inahitaji nguvu kubwa za nje, ndiyo sababu wanasema kwamba hawafanyi sasa umeme.

Masharti ya kuwepo kwa sasa katika mzunguko

Wanasayansi wamegundua hii kwa muda mrefu jambo la kimwili haiwezi kutokea na muda mrefu shikilia peke yake. Masharti ya kuwepo kwa sasa ya umeme ni pamoja na kadhaa masharti muhimu zaidi. Kwanza, jambo hili haliwezekani bila uwepo wa elektroni na ioni za bure, ambazo hufanya kama visambazaji chaji. Pili, ili chembe hizi za msingi zianze kusonga kwa utaratibu, inahitajika kuunda shamba, sifa kuu ambayo ni tofauti inayowezekana kati ya vidokezo vyovyote vya fundi umeme. Hatimaye, tatu, sasa umeme hauwezi kuwepo kwa muda mrefu tu chini ya ushawishi wa vikosi vya Coulomb, kwa kuwa uwezo utasawazisha hatua kwa hatua. Hii ndiyo sababu vipengele fulani vinahitajika ambavyo ni viongofu aina mbalimbali nishati ya mitambo na mafuta. Kawaida huitwa vyanzo vya sasa.

Swali kuhusu vyanzo vya sasa

Vyanzo vya sasa vya umeme ni vifaa maalum, ambayo hutoa uwanja wa umeme. Muhimu zaidi wao ni pamoja na seli za galvanic, paneli za jua, jenereta, betri. inayojulikana na nguvu zao, tija na wakati wa kufanya kazi.

Sasa, voltage, upinzani

Kama jambo lingine lolote la kimwili, mkondo wa umeme una sifa kadhaa. Muhimu zaidi kati ya hizi ni pamoja na nguvu zake, voltage ya mzunguko na upinzani. Wa kwanza wao ni sifa za kiasi malipo ambayo hupitia sehemu ya msalaba ya kondakta fulani kwa wakati wa kitengo. Voltage (pia inaitwa nguvu ya umeme) sio zaidi ya ukubwa wa tofauti inayowezekana kutokana na malipo ya kupita hufanya kiasi fulani cha kazi. Hatimaye, upinzani ni tabia ya ndani kondakta, kuonyesha ni kiasi gani cha nguvu kinachopaswa kutumia ili kulipitia.

Bila ujuzi fulani wa msingi kuhusu umeme, ni vigumu kufikiria jinsi wanavyofanya kazi vifaa vya umeme, kwa nini wanafanya kazi kabisa, kwa nini unapaswa kuunganisha TV ili ifanye kazi, lakini tochi inahitaji tu betri ndogo ili kuangaza gizani.

Na hivyo tutaelewa kila kitu kwa utaratibu.

Umeme

Umeme-Hii jambo la asili, kuthibitisha kuwepo, mwingiliano na harakati za malipo ya umeme. Umeme uligunduliwa kwa mara ya kwanza nyuma katika karne ya 7 KK. Mwanafalsafa wa Kigiriki Thales. Thales aliona kwamba ikiwa kipande cha amber kinapigwa kwenye sufu, huanza kuvutia vitu vyenye mwanga. Amber katika Kigiriki cha kale ni elektroni.

Hivi ndivyo ninavyomfikiria Thales akiwa amekaa, akisugua kipande cha amber kwenye uso wake (hii ni nguo ya nje ya Wagiriki wa zamani), halafu kwa sura ya kutatanisha anatazama nywele, mabaki ya nyuzi, manyoya na mabaki ya karatasi yanavutiwa. kwa kahawia.

Jambo hili linaitwa umeme tuli. Unaweza kurudia uzoefu huu. Ili kufanya hivyo, kusugua vizuri kitambaa cha sufu mtawala wa kawaida wa plastiki na ushikilie kwenye vipande vidogo vya karatasi.

Ikumbukwe kwamba kwa muda mrefu jambo hili halijasomwa. Na mnamo 1600 tu katika insha yake "Kwenye Sumaku, Miili ya Sumaku na Sumaku Kubwa - Dunia" Mtaalamu wa asili wa Kiingereza William Gilbert alianzisha neno umeme. Katika kazi yake, alielezea majaribio yake na vitu vya umeme, na pia alianzisha kwamba vitu vingine vinaweza kuwa na umeme.

Kisha, katika kipindi cha karne tatu, ya juu zaidi wanasayansi wa dunia Wanasoma umeme, kuandika mikataba, kuunda sheria, kuvumbua mashine za umeme, na mnamo 1897 Joseph Thomson aligundua mtoaji wa kwanza wa umeme - elektroni, chembe ambayo hufanya michakato ya umeme katika vitu iwezekanavyo.

Elektroni-Hii chembe ya msingi, ina chaji hasi takriban sawa na -1.602·10 -19 Cl (Pendanti). Imeteuliwa e au e -.

Voltage

Kufanya chembe za kushtakiwa kuhamia kutoka pole moja hadi nyingine, ni muhimu kuunda kati ya miti tofauti inayowezekana au - Voltage. Kitengo cha voltage - Volt (KATIKA au V) Katika fomula na mahesabu, voltage inaonyeshwa na barua V . Ili kupata voltage ya 1 V, unahitaji kuhamisha malipo ya 1 C kati ya miti, huku ukifanya 1 J (Joule) ya kazi.

Kwa uwazi, fikiria tank ya maji iko kwenye urefu fulani. Bomba hutoka kwenye tangi. Maji chini ya shinikizo la asili huacha tank kupitia bomba. Tukubaliane kuwa ni maji malipo ya umeme, urefu wa safu ya maji (shinikizo) ni voltage, na kasi ya mtiririko wa maji ni umeme.

Hivyo, maji zaidi katika tank, shinikizo la juu. Vile vile kutoka kwa mtazamo wa umeme, malipo makubwa zaidi, juu ya voltage.

Hebu tuanze kukimbia maji, shinikizo litapungua. Wale. Kiwango cha malipo kinapungua - voltage inapungua. Hali hii inaweza kuzingatiwa katika tochi; balbu hupungua wakati betri zinaisha. Tafadhali kumbuka kuwa chini ya shinikizo la maji (voltage), chini ya mtiririko wa maji (sasa).

Umeme

Umeme ni mchakato wa kimwili wa harakati iliyoelekezwa ya chembe za kushtakiwa chini ya ushawishi uwanja wa sumakuumeme kutoka nguzo moja ya mzunguko wa umeme uliofungwa hadi nyingine. Chembe za kubeba chaji zinaweza kujumuisha elektroni, protoni, ioni na mashimo. Bila mzunguko uliofungwa, hakuna sasa inayowezekana. Chembe zinazoweza kubeba chaji za umeme hazipo katika vitu vyote; zile ambazo zipo huitwa makondakta Na halvledare. Na vitu ambavyo ndani yake hakuna chembe kama hizo - dielectrics.

Kitengo cha sasa - Ampere (A) Katika fomula na mahesabu, nguvu ya sasa inaonyeshwa na barua I . Sasa ya 1 Ampere huzalishwa wakati malipo ya 1 Coulomb (elektroni 6.241 · 10 18) inapita kupitia hatua katika mzunguko wa umeme katika sekunde 1.

Hebu tuangalie tena mlinganisho wetu wa maji na umeme. Sasa tu tuchukue mizinga miwili na kuijaza kiasi sawa maji. Tofauti kati ya mizinga ni kipenyo cha bomba la plagi.

Hebu tufungue mabomba na uhakikishe kwamba mtiririko wa maji kutoka kwenye tank ya kushoto ni kubwa (kipenyo cha bomba ni kubwa) kuliko kutoka kulia. Uzoefu huu ni ushahidi wazi wa utegemezi wa kasi ya mtiririko kwenye kipenyo cha bomba. Sasa hebu tujaribu kusawazisha mtiririko huo mbili. Ili kufanya hivyo, ongeza maji (malipo) kwenye tank ya kulia. Hii itatoa shinikizo zaidi (voltage) na kuongeza kiwango cha mtiririko (sasa). Katika mzunguko wa umeme, kipenyo cha bomba kinachezwa na upinzani.

Majaribio yaliyofanywa yanaonyesha wazi uhusiano kati ya voltage, mshtuko wa umeme Na upinzani. Tutazungumzia zaidi kuhusu upinzani baadaye kidogo, lakini sasa maneno machache zaidi kuhusu mali ya sasa ya umeme.

Ikiwa voltage haibadilishi polarity yake, pamoja na minus, na sasa inapita katika mwelekeo mmoja, basi hii ni. D.C. na vivyo hivyo shinikizo la mara kwa mara . Ikiwa chanzo cha voltage kinabadilisha polarity yake na sasa inapita kwanza katika mwelekeo mmoja, kisha kwa upande mwingine, hii tayari mkondo wa kubadilisha Na AC voltage. Upeo na maadili ya chini(imeonyeshwa kwenye grafu kama Io ) - Hii amplitude au viwango vya juu vya sasa. Katika soketi za nyumbani, voltage inabadilisha polarity yake mara 50 kwa pili, i.e. oscillates ya sasa hapa na pale, inageuka kuwa mzunguko wa oscillations hizi ni 50 Hertz, au 50 Hz kwa muda mfupi. Katika baadhi ya nchi, kwa mfano nchini Marekani, mzunguko ni 60 Hz.

Upinzani

Upinzani wa umeme- kiasi cha kimwili ambacho huamua mali ya kondakta ili kuzuia (kupinga) kifungu cha sasa. Kitengo cha upinzani - Ohm(iliyoashiria Ohm au herufi ya Kigiriki omega Ω ) Katika fomula na mahesabu, upinzani unaonyeshwa na barua R . Kondakta ina upinzani wa 1 ohm kwa miti ambayo voltage ya 1 V hutumiwa na sasa ya 1 A inapita.

Makondakta hufanya sasa tofauti. Yao conductivity inategemea, kwanza kabisa, juu ya nyenzo za kondakta, pamoja na sehemu ya msalaba na urefu. Sehemu kubwa ya msalaba, juu ya conductivity, lakini urefu mrefu, chini ya conductivity. Upinzani ni dhana ya nyuma conductivity.

Kutumia mfano wa mabomba kama mfano, upinzani unaweza kuwakilishwa kama kipenyo cha bomba. Kidogo ni, mbaya zaidi conductivity na juu ya upinzani.

Upinzani wa kondakta unajidhihirisha, kwa mfano, katika inapokanzwa kwa kondakta wakati sasa inapita ndani yake. Zaidi ya hayo, zaidi ya sasa na ndogo ya sehemu ya msalaba wa kondakta, inapokanzwa kwa nguvu zaidi.

Nguvu

Nguvu za umeme ni kiasi cha kimwili ambacho huamua kiwango cha ubadilishaji wa umeme. Kwa mfano, umesikia zaidi ya mara moja: "balbu ni wati nyingi." Hii ni nguvu inayotumiwa na balbu ya mwanga kwa kitengo cha muda wakati wa operesheni, i.e. kubadilisha aina moja ya nishati kuwa nyingine kwa kasi fulani.

Vyanzo vya umeme, kama vile jenereta, pia vina sifa ya nguvu, lakini tayari hutolewa kwa kitengo cha wakati.

Kitengo cha nguvu - Wati(iliyoashiria W au W) Katika fomula na mahesabu, nguvu inaonyeshwa na barua P . Kwa mzunguko wa sasa wa kubadilishana neno hutumiwa Nguvu kamili, kitengo - Volt-amps (VA au V · A), iliyoonyeshwa na barua S .

Na hatimaye kuhusu Mzunguko wa umeme. Mzunguko huu ni seti fulani ya vipengele vya umeme vinavyoweza kufanya sasa umeme na kuunganishwa ipasavyo.

Tunachokiona kwenye picha hii ni kifaa cha msingi cha umeme (tochi). Chini ya voltage U(B) chanzo cha umeme (betri) kupitia kondakta na vipengee vingine vyenye upinzani tofauti 4.59 (Kura 220)