ომის კანონი არის ელექტრული წრეების ძირითადი კანონი. ამავდროულად, ის საშუალებას გვაძლევს ავხსნათ მრავალი ბუნებრივი მოვლენა. მაგალითად, შეიძლება გავიგოთ, რატომ არ „სცემეს“ელექტროენერგია სადენებზე მჯდომ ჩიტებს. ფიზიკისთვის ოჰმის კანონი ძალზე მნიშვნელოვანია. მისი ცოდნის გარეშე შეუძლებელი იქნებოდა სტაბილური ელექტრული სქემების შექმნა ან საერთოდ არ იქნებოდა ელექტრონიკა.
დამოკიდებულება I=I(U) და მისი მნიშვნელობა
მასალების წინააღმდეგობის აღმოჩენის ისტორია პირდაპირ კავშირშია დენი-ძაბვის მახასიათებელთან. რა არის ეს? ავიღოთ წრედი მუდმივი ელექტრული დენით და განვიხილოთ მისი რომელიმე ელემენტი: ნათურა, გაზის მილი, ლითონის გამტარი, ელექტროლიტური კოლბა და ა.შ.
შეცვლილი ძაბვის U (ხშირად მოხსენიებული როგორც V) მიწოდებული ელემენტისთვის, ჩვენ თვალყურს ვადევნებთ მასში გამავალი დენის (I) სიძლიერის ცვლილებას. შედეგად, ჩვენ მივიღებთ I \u003d I (U) ფორმის დამოკიდებულებას, რომელსაც ეწოდება "ელემენტის ძაბვის მახასიათებელი" და არის მისი პირდაპირი მაჩვენებელი.ელექტრული თვისებები.
V/A მახასიათებელი შეიძლება განსხვავებულად გამოიყურებოდეს სხვადასხვა ელემენტისთვის. მისი უმარტივესი ფორმა მიიღება ლითონის გამტარის გათვალისწინებით, რაც გააკეთა გეორგ ომმა (1789 - 1854).
ვოლტ-ამპერი მახასიათებელი არის წრფივი ურთიერთობა. ამიტომ, მისი გრაფიკი არის სწორი ხაზი.
კანონი უმარტივესი ფორმით
Ohm-ის კვლევამ დირიჟორების დენის ძაბვის მახასიათებლებზე აჩვენა, რომ დენის სიძლიერე ლითონის გამტარის შიგნით არის პროპორციული პოტენციალის სხვაობის მის ბოლოებში (I ~ U) და უკუპროპორციულია გარკვეული კოეფიციენტის, ანუ I. ~ 1/რ. ეს კოეფიციენტი ცნობილი გახდა როგორც "გამტარის წინააღმდეგობა" და ელექტრული წინააღმდეგობის საზომი ერთეული იყო Ohm ან V/A..
კიდევ ერთი რამ უნდა აღინიშნოს. ომის კანონი ხშირად გამოიყენება სქემებში წინააღმდეგობის გამოსათვლელად.
კანონის ფორმულირება
ოჰმის კანონი ამბობს, რომ წრედის ერთი მონაკვეთის დენის სიძლიერე (I) პროპორციულია ამ მონაკვეთში ძაბვისა და უკუპროპორციულია მის წინააღმდეგობასთან.
აღსანიშნავია, რომ ამ ფორმით კანონი მოქმედებს მხოლოდ ჯაჭვის ერთგვაროვან მონაკვეთზე. ჰომოგენური არის ელექტრული წრედის ის ნაწილი, რომელიც არ შეიცავს დენის წყაროს. როგორ გამოვიყენოთ ომის კანონი არაერთგვაროვან წრეში ქვემოთ იქნება განხილული.
მოგვიანებით, ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ კანონი ძალაში რჩება გადაწყვეტილებებისთვისელექტროლიტები ელექტრულ წრეში.
წინააღმდეგობის ფიზიკური მნიშვნელობა
რეზისტენტობა არის მასალების, ნივთიერებების ან საშუალებების თვისება, რომელიც ხელს უშლის ელექტრული დენის გავლას. რაოდენობრივად, 1 Ohm წინააღმდეგობა ნიშნავს, რომ გამტარში, რომლის ბოლოებში ძაბვაა 1 V, შეიძლება გაიაროს 1 ა ელექტრული დენი.
ელექტრული წინაღობა
ექსპერიმენტულად აღმოჩნდა, რომ გამტარის ელექტრული დენის წინააღმდეგობა დამოკიდებულია მის ზომებზე: სიგრძე, სიგანე, სიმაღლე. ასევე მის ფორმაზე (სფერო, ცილინდრი) და მასალაზე, საიდანაც იგი მზადდება. ამრიგად, წინააღმდეგობის ფორმულა, მაგალითად, ერთგვაროვანი ცილინდრული გამტარის იქნება: R \u003d pl / S.
თუ ამ ფორმულაში ჩავსვამთ s=1 m2 და l=1 m, მაშინ R რიცხვით ტოლი იქნება p. აქედან გამოითვლება გამტარის წინაღობის კოეფიციენტის საზომი ერთეული SI-ში - ეს არის Ohmm.
რეზისტენტობის ფორმულაში p არის წინააღმდეგობის კოეფიციენტი, რომელიც განისაზღვრება იმ მასალის ქიმიური თვისებებით, საიდანაც მზადდება გამტარი.
Ohm-ის კანონის დიფერენციალური ფორმის გასათვალისწინებლად, ჩვენ უნდა განვიხილოთ კიდევ რამდენიმე ცნება.
მიმდინარე სიმკვრივე
მოგეხსენებათ, ელექტრული დენი არის ნებისმიერი დამუხტული ნაწილაკების მკაცრად მოწესრიგებული მოძრაობა. მაგალითად, ლითონებში დენის მატარებლები არიან ელექტრონები, ხოლო გამტარ აირებში იონები.
მიიღეთ ტრივიალური შემთხვევა, როდესაც ყველა მიმდინარე ოპერატორიერთგვაროვანი - ლითონის გამტარი. გონებრივად გამოვყოთ უსასრულოდ მცირე მოცულობა ამ გამტარში და u-ით აღვნიშნოთ ელექტრონების საშუალო (დრიფტი, მოწესრიგებული) სიჩქარე მოცემულ მოცულობაში. გარდა ამისა, მოდით n აღვნიშნოთ დენის მატარებლების კონცენტრაცია მოცულობის ერთეულზე.
ახლა დავხატოთ უსასრულოდ მცირე ფართობი dS პერპენდიკულარულად u ვექტორზე და სიჩქარის გასწვრივ ავაშენოთ უსასრულოდ მცირე ცილინდრი სიმაღლით udt, სადაც dt აღნიშნავს დროს, რომლის დროსაც გაივლის ყველა მიმდინარე სიჩქარის მატარებელი, რომელიც შეიცავს განხილულ მოცულობას. dS ფართობის გავლით.
ამ შემთხვევაში, მუხტი, რომელიც ტოლია q=neudSdt ელექტრონებით გადაინაცვლებს იმ ფართობზე, სადაც e არის ელექტრონული მუხტი. ამრიგად, ელექტრული დენის სიმკვრივე არის ვექტორი j=neu, რომელიც აღნიშნავს დროში გადატანილი მუხტის რაოდენობას ერთეულ ფართობზე.
ოჰმის კანონის დიფერენციალური განმარტების ერთ-ერთი უპირატესობა ის არის, რომ ხშირად შეგიძლიათ გაუმკლავდეთ წინააღმდეგობის გაანგარიშების გარეშე.
ელექტრო დამუხტვა. ელექტრული ველის სიძლიერე
ველის სიძლიერე ელექტრულ მუხტთან ერთად ფუნდამენტური პარამეტრია ელექტროენერგიის თეორიაში. ამავდროულად, მათ შესახებ რაოდენობრივი წარმოდგენა შეიძლება მივიღოთ სკოლის მოსწავლეებისთვის ხელმისაწვდომი მარტივი ექსპერიმენტებიდან.
სიმარტივისთვის განვიხილავთ ელექტროსტატიკურ ველს. ეს არის ელექტრული ველი, რომელიც დროთა განმავლობაში არ იცვლება. ასეთი ველი შეიძლება შეიქმნას სტაციონარული ელექტრული მუხტებით.
ასევე, ჩვენი მიზნებისთვის საჭიროა სატესტო გადასახადი. მისი ტევადობით გამოვიყენებთ დამუხტულ სხეულს - იმდენად პატარა, რომ გამოწვევა არ ძალუძსნებისმიერი არეულობა (მუხტების გადანაწილება) მიმდებარე ობიექტებში.
მოდი რიგრიგობით განვიხილოთ აღებული ორი სატესტო მუხტი, თანმიმდევრულად განთავსებული სივრცეში ერთ წერტილში, რომელიც ელექტროსტატიკური ველის გავლენის ქვეშ იმყოფება. ირკვევა, რომ ბრალდებას მისი მხრიდან დროში უცვლელი გავლენა ექნება. დაე, F1 და F2 იყოს მუხტებზე მოქმედი ძალები.
ექსპერიმენტული მონაცემების განზოგადების შედეგად დადგინდა, რომ ძალები F1 და F2 მიმართულია ერთში ან საპირისპირო მიმართულებით და მათი თანაფარდობა F1/F2 დამოუკიდებელია სივრცეში იმ წერტილისგან, სადაც სატესტო მუხტები მონაცვლეობით იყო განთავსებული. ამიტომ, თანაფარდობა F1/F2 არის თავად მუხტების მახასიათებელი და არ არის დამოკიდებული ველზე.
ამ ფაქტის აღმოჩენამ შესაძლებელი გახადა სხეულების ელექტრიზაციის დახასიათება და მოგვიანებით ეწოდა ელექტრული მუხტი. ამრიგად, განსაზღვრებით, გამოდის q1/q2=F1/F 2 , სადაც q1 და q2 - ველის ერთ წერტილში განთავსებული გადასახადების რაოდენობა და F 1 და F2 - ძალები, რომლებიც მოქმედებენ მუხტებზე მოედნის მხრიდან.
ასეთი მოსაზრებებიდან გამომდინარე, ექსპერიმენტულად დადგინდა სხვადასხვა ნაწილაკების მუხტების სიდიდეები. პირობითად დაყენებით ერთ-ერთი სატესტო მუხტის ტოლი თანაფარდობით, შეგიძლიათ გამოთვალოთ მეორე მუხტის მნიშვნელობა F1/F2 თანაფარდობის გაზომვით..
ნებისმიერი ელექტრული ველი შეიძლება დახასიათდეს ცნობილი მუხტის საშუალებით. ამგვარად, ძალას, რომელიც მოქმედებს ერთეულ სატესტო მუხტზე მოსვენებულ მდგომარეობაში, ეწოდება ელექტრული ველის სიძლიერე და აღინიშნება E-ით. მუხტის განმარტებიდან მივიღებთ, რომ სიძლიერის ვექტორს აქვს შემდეგი ფორმა: E=F/q.
ჯ და E ვექტორების შეერთება. ომის კანონის სხვა ფორმა
ერთგვაროვან გამტარში, დამუხტული ნაწილაკების მოწესრიგებული მოძრაობა მოხდება ვექტორის E მიმართულებით. ეს ნიშნავს, რომ ვექტორები j და E იქნება თანამიმართული. როგორც დენის სიმკვრივის განსაზღვრისას, ჩვენ ვარჩევთ უსასრულოდ მცირე ცილინდრულ მოცულობას გამტარში. მაშინ ამ ცილინდრის ჯვარედინი მონაკვეთზე გაივლის ჟდს-ის ტოლი დენი და ცილინდრზე გამოყენებული ძაბვა ტოლი იქნება Edl. ასევე ცნობილია ცილინდრის წინაღობის ფორმულა.
შემდეგ, დენის სიძლიერის ფორმულის ორი გზით ჩაწერით, მივიღებთ: j=E/p, სადაც მნიშვნელობა 1/p ეწოდება ელექტრული გამტარობა და არის ელექტრული წინაღობის შებრუნებული. ჩვეულებრივ აღინიშნება σ (სიგმა) ან λ (ლამბდა). გამტარობის ერთეულია Sm/m, სადაც Sm არის Siemens. Ohm-ის შებრუნებული ერთეული.
ამგვარად, ჩვენ შეგვიძლია ვუპასუხოთ ზემოთ დასმულ კითხვას არაჰომოგენური წრედის შესახებ ოჰმის კანონის შესახებ. ამ შემთხვევაში დენის მატარებლებზე გავლენას მოახდენს ელექტროსტატიკური ველის ძალა, რომელიც ხასიათდება E1 ინტენსივობით და მათზე მოქმედი სხვა ძალები სხვა დენის წყაროდან, რაც შეიძლება იყოს დანიშნული E 2. შემდეგ ოჰმის კანონი ეხებოდაჯაჭვის არაერთგვაროვანი მონაკვეთი ასე გამოიყურება: j=λ(E1 + E2).
მეტი გამტარობისა და წინააღმდეგობის შესახებ
გამტარის უნარი, გაატაროს ელექტრული დენა, ხასიათდება მისი წინაღობით, რომელიც შეიძლება მოიძებნოს წინაღობის ფორმულით, ანუ გამტარობა, რომელიც გამოითვლება როგორც გამტარობის ორმხრივი. ამ პარამეტრების მნიშვნელობა განისაზღვრება როგორც გამტარი მასალის ქიმიური თვისებებით, ასევე გარე პირობებით. კერძოდ, გარემოს ტემპერატურა.
მეტალების უმეტესობისთვის, რეზისტენტობა ნორმალურ ტემპერატურაზე მისი პროპორციულია, ანუ p ~ T. თუმცა, გადახრები შეინიშნება დაბალ ტემპერატურაზე. დიდი რაოდენობით ლითონებისა და შენადნობებისთვის 0°K-თან ახლოს ტემპერატურაზე, წინააღმდეგობის გაანგარიშებამ აჩვენა ნულოვანი მნიშვნელობები. ამ ფენომენს სუპერგამტარობას უწოდებენ. მაგალითად, ვერცხლისწყალს, კალას, ტყვიას, ალუმინს და ა.შ აქვს ეს თვისება.თითოეულ მეტალს აქვს თავისი კრიტიკული ტემპერატურა Tk, რაზეც შეიმჩნევა ზეგამტარობის ფენომენი..
ასევე გაითვალისწინეთ, რომ ცილინდრის წინაღობის განმარტება შეიძლება განზოგადდეს იმავე მასალისგან დამზადებულ მავთულებზე. ამ შემთხვევაში, წინაღობის ფორმულიდან კვეთის ფართობი ტოლი იქნება მავთულის კვეთის ტოლი, ხოლო l - მისი სიგრძე.
