Тұрақты токтағы сызықты. Электр тізбектері. Электр тізбегінің элементтері. Тізбекті түрлендіру. Ом заңы
жүктеу/скачать 45,84 Kb.
|
Электр тогы. Ток күші. Ток тығыздығы. Электр тізбегі. Кернеу. Электр энергиясы көзінің электр қозғаушы күші. Өткізгіштердің кедергісі. Өткізгіштердің кедергісінің температураға тәуелділігіне есептер шығару.
- Бұл бет үшін навигация:
- Электр қозғаушы күш (ЭҚК)
- Электр кедергісі
- Ом заңы
- Резисторларды тізбектеп қосу
| Тұрақты токтағы сызықты. Электр тізбектері. Электр тізбегінің элементтері. Тізбекті түрлендіру. Ом заңы.
Қарапайым электр тізбегі (1-сурет) электр энергиясының көзінен Е, энергия тұтынушыдан Т және энергия көзі мен тұтынушыны байланыстыратын екі өткізгіш жалғастырушы сымдардан С1 және С2 тұрады. Жалғастырушы өткізгіш сымдар электр энергиясының көзіне оң (+) және теріс (-) полюстер деп аталынатын екі қыс-қыштар арқылы қосылады. Электр энергиясының көзі механикалық, химиялық, жылулық тағы басқа энергия түрлерін электр энергиясына түрлендіреді. Тұтынушыда электр энергиясы басқа энергия түрлеріне — механикалык, жылулық, химиялық, жарық т. б. айналады. Электр энергиясының көзіне генераторлар қандай да болмасын механикалық қозғалтқыштармен қозғалысқа келетін электр машиналары, аккумуляторлар және гальваникалык элементтер жатады. Электр тұтынушылары ретінде жарықтандырғыш шамдар, электр қозғалтқыштары, электрқыздырғыш аспаптар т. б. пайдаланылады. Гальваникалық элементтерде, аккумуляторларда бірінші жағдайда гальваникалык элементтер батареяларын, екінші жағдайда аккумулятор батареяларын күру үшін бір-бірімен жалғастырылады. Электр энергиясының көзі оған өткізгіш сымдар арқылы қосылған энергия тұтынушымен бірге тұйықталған электр тізбегін қүрады. Тұйықталған электр тізбегінде үздіксіз зарядтар қозғалысы пайда болады, оны злектр тогы деп атайды. Металл өткізгіштеріндегі тұрақты ток еркін электрондардың тұйық тізбек арқылы қалыптасып бағытталған қозғалысы болып табылады. Сұлбаларда ток пен кернеудің оң бағыттарын плюстен минуске қарап бағдарланған нұсқамалар арқылы шартты түрде белгілеу қабылданған. Бір-бірінен белгілі қашықтықта орналасқан екі өткізгіштердегі ток осы өткізгіштерге әсер ететін механикалық күш туғызады. Ток өлшемінің бірлігі ампер (А) болады. Халықаралық бірліктер жұйесінде (СИ) ампер — өзгермейтін ток, ол ұзындығы шексіз, өте болмгшы дөңғелек қималы қатар түзу сызық бойымен вакуумде бір-бірмен 1 м қашықтықта орналасқан екі өткізгіштерден өткен қезде, осы өткізгіштер арасында әрбір метр үзындығына шакканда 2*10-7 Н (Ньютон) күш тудырады. Халыкаралық бірліктер жүйесінде күш бірлігі-ныотон (Н) бо- лады. Элеткр тогы өткізгіштің кесе-көлденең щимасы арқылы белгілі уақыт бірлігінде өткен (кулонмен өлшенетін) электр мөлшерін анықтайды. Егер өткізгіштен 1 А ток өтсе, онда осы өткізгіштің көлденең қимасы арқылы 1 с ішінде 1 Кл электр мөлшері өтеді. 
1 Сурет – Қарапайым электр тізбегі Жалғастырғыш өткізгіш сымдар мен энергия тұтынушы сыртқы электр тізбегін кұрады. Бұл тізбекте ток энергия көзінін, қысқыштары арасындағы потенциалдар айырымының әсерінен пайда болады және ол потенциалы жоғарырақ нүктеден (оң қысқыш) потенциалы төмендеу нүктеге (теріс қысқыш) қарай бағытталған. Потенциалдар айырымы сиякты потенциал да вольтпен (В) көрсетіледі. Электр қозғаушы күш (ЭҚК) Тұйықталған тізбектегі электр тогы энергия көзінің электр қоз-ғаушы күші әсерінен ағады. Тізбекте ток жоқ болған жағдайда да яғни тізбек ажыратылған кезде де энергия көзінде электр қозғаушы күші пайда болады. Тізбекте ток жоқ болған жағдайда да ЭҚК энергия көзінің қысқыштарындағы потенциалдар айырымына тең. Потенциалдар айырымы сиякты, ЭҚК вольтпен (В) көрсетіледі. Тұйықталған электр тізбегінде де, ажыратылған тізбетке де ЭҚК энергия көзінің қысқыштарындағы потенциалдар айырымын үзбей ұстап түрады. Түйықталған тізбекте ток үздіксіз ағуы үшін энергия көзі, ішіндегі зарядтар қозғалысы электр өрісі күшінің әсеріне қарама-қарсы бағытталған болуы керек. Зарядтардың мұндай қозғалысы сырттан берілген күштердің әсерінен болады. ЭҚК бар екендігіне көз жеткізу үшін энергия көзінің полюстеріне жалғастырушы өткізгіш сымдар орнына вольтметр деп аталатын аспапты косса болғаны. Ол кезде вольтметрдің нұсқама тілі (стрелкасы) белгілі бір бұрышқа ауытқиды. Энергия көзінің ЭҚК көп болған сайын вольтметр нұсқама тілінің ауытқуы да солғұрлым көп болады. Бірақ вольтметр төменде көрсетілетіндей, ЭҚК көрсетпейді, ол ток көзінің қысқыштарындағы кернеуді көрсетеді. Кернеу ЭҚК сияқты вольтпен (В), киловольтпен (кВ), милливольтпен (мВ) өлшенеді. Электр кедергісі Кез келген өткізгіштегі электр зарядтарының бағытталған қоз-ғалысына оның молекулалары мен атомдары бөгет жасайды. Сондықтан токтың өтуіне сыртқы тізбекте, энергия көзінің өзі де кедергілер туғызады. Электр тізбегінің электр тогы өтуіне қарсы әре-кеттілігін электр кедергісі (қысқаша кедергі) деп атайды. Тұйықталған электр тізбегіне қосылған электр энергиясының көзі электр энергиясын сыртқы және ішкі тізбектер кедергілерін жеңу үшін жұмсайды. Электр кедергісі R (г) әрпімен белгіленеді. Сұлбаларда кедергілер 2 — суретте көрсетілгендей бейнеленеді. Электр тізбегіне қосылатын және кедергілері бар құрылғыларды резисторлар деп атайды. Кедергінің өлшем бірлігі ом болады. Өткізгіш сымында тұрақты потенциал айырымы 1 В болған кезде одан 1 А ток өтсе, онда өткізгіш сымның электр кедергісі 1 Ом болады, яғни 1 Ом=1 В/ 1 А. Үлкен кедергілерді өлшеу үшін омнан мың және миллион есе көп бірліктер қолданылады. Олар кило ом (кОм) және мегаом (МОм) деп аталады; 1 кОм = 1000 Ом; 1 МОм = 1000000 Ом. Өтікзгіштердің электр тогына көрсететін кедергісі олар жасалынған материалға сонымен қоса оның ұзындығы мен көлденең қимасының ауданына байланысты болады. Егер бір материалдан жасалынған екі өткізгішті салыстырсақ, онда көлденең қима ау-дандары тең болған жағдайда, үзындау өткізгіштің кедергісі үлкен болады, ал ұзындығы бірдей өткізгіштердің қайсысының көлденең қима ауданы үлкен болса, оның кедергісі аз болады. Өткізгіш материалдың электрлік қасиеттерін бағалауға меншікті кедергі (ρ) қолданылады. Меншікті кедергі — ұзындығы 1 м, көлденең қима ауданы 1 мм2 өткізгіш сымның кедергісі. Егер меншікті кедергісі р материалынан жасалған өткізгіштің үзындығы / метр, көл-денең қима ауданы S мм2 болса, онда барлық өткізгіш кедергісі R = ρ/S (1.1) Өткізгіштер кедергісі температураға тәуелді болады және де металл өткізгіштердің кедергісі арта түседі. Әр металл үшін кедергінің температуралық коэффициенті α деп анықталған, ол өткізгіш температурасын 1С-қа өзгерткен кезде оның бастапқы кедергісінің 1 Омына шаққандағы өсімін анықтайды. Әр түрлі Т2 және Т1 температуралы R2 және R\ кедергілердің ара қатынасы былайша анықталады: R2=R1[1+α(T2-T1)] (1.2) 
2 Сурет – Кедергінің шартты белгілері: а-резистор (кедергі), б – реостат Бұл ара қатынас температура 100°С төмен болғанда ғана орнында алатынын ескеру қажет. Реттелетін кедергілерді реостаттар деп атайды. Реостаттар үлкен меншікті кедергілері бар сымдардан, мысалы, нихромнан жасалынады. Реостаттар кедергісі біркелкі немесе сатылап өзгерілуі мүмкін. Сұлбаларда реостаттар 2, б-суретінде көрсетілгендей шартты белгілермен бейнеленеді. Өткізгіштердің электр тогын өткізу қабілеттілігі өткізгіштілікпен g сипатталады, оның мәні кедергіге кері пропорционал. Өткізгіштіліктің бірлік өлшемі - сименс (1/Ом—См). Сонымен, кедергі мен өткізгіштілік арасындағы қатынас мынадай: g=1/R (1.3) және R=1/g (1.4) Өткізгіш материалының меншікті кедергісіне кері шама мен-шіктікті өткізгіштілік деп аталады да оны γ әрпімен бел-гілейді. Сонымен, заттың меншікті кедергісі мен меншікті өткізгіштілігі арасында мынадай қатынастар болады: γ=1/ρ (1.5) және ρ=1/γ (1.6) Ом заңы Тұйықталған тізбектегі ЭҚК, кедергі және ток арасындағы байланысты Ом заңымен өрнектеуге болады. Ом заңын былайша тұ-жырымдауға болады: тұйықталған тізбектегі ток электрқозғаушы күшіне тура пропорционал және барлық тізбектің кедергісіне кері пропорционал. Тізбектегі ток ЭҚК әрекетінен пайда болады; энергия көзінің ЭҚК көп болған сайын, тұйықталған тізбектегі ток та көп болады. Тізбек кедергісі ток өтуіне бөгет жасайды, сондықтан тізбек кедергісі өскен сайын ток мөлшері азаяды. Ом заңын мынадай формуламен өрнектеуге болады: I = E/(R+r0) (1.7) немесе Е = I (R+r0) (1.8) мұндағы R — тізбектің сыртқы бөлігінің кедергісі; r0— энергия көзінің ішкі кедергісі. Келтірілген формулаларда ток ампермен, ЭҚК вольтпен, кедер-гі оммен көрсетілген. Барльіқ тізбектің кедергісі: R+r0 = Е/I (1.9) Ом заңы барлық электр тізбегіне ғана емес, оның кез келген бөлігіне де тура келеді. Егер тізбек учаскесінде энергия көзі жоқ болса, онда бұл бөлікте оң зарядтар потенциалы жоғарылау нүктеден потенциалы темендеу нүктелерге ауысады. Энергия кезі осы учаскенің басы мен соңы аралығындағы потенциалдар айырымын ұстап тұрады да оған белгілі мөлшердегі энергия жұмсайды. Осы потенциалдар айырымын каралған учаскенің басы мен соңы аралығының кернеуі деп атайды. Сонымен, Ом заңын тізбектің учаскесіне қолдана отырып ала-тынымыз: I = U/R (1.10) Ом заңын былайша тұжырымдауға болады: электр тізбегі учас-кесіндегі ток, учаске ұштарындағы кернеуді оның кедергісіне бөлгенге тең болады. Тізбек учаскесіндегі кернеу ток пен осы учаске кедергісінің кө-бейтіндісіне тең, яғни U = IR (1.11) Ом заңы формуласынан тұйықталған тізбек үшін алатынымыз: E = IR + Ir0=U + Ir0 (1.12) мұндағы IR —кернеудің R кедергісінде кемуі, яғни сыртқы тізбекке түскен кернеу немесе энергия көзінің (генератордың) қысқыштарындағы кернеу U; Ir0 — кернеудің R0 кедергісінде кемуі, яғни энергия кезінің (генератордың) ішіне түскен кернеу. Тізбектегі токты өлшеу үшін амперметр (миллиамперметр) деп аталатын аспап қолданылады. Кернеу, жоғарыда айтылғандай, вольтметрмен өлшенеді. Амперметрді қосу үшін ток тізбегі ажыратылады, ажыратылған сымдардың екі ұшын амперметрдің қысқыштарына қосады (3-сурет). Сонда аспап арқылы барлық өлшенетін ток жүреді. Вольтметр берілген учаскеге тіскен кернеу-ді көрсетеді. Егер вольметрді сырткы тізбектің бас жағына —энергия көзінің полюстеріне қоссақ, онда ол барлык сыртқы тізбекке түскен кернеуді көрсетеді. Бұл әрі энергия кәзінің қысқыштарын-дағы кернеу болып табылады. 
3 Сурет – Амперметрмен вольтметрді қосу сұлбасы Энергия көзінің (генератордың) қысқыштарындағы кернеу ЭҚҚ мен осы энергия кезінің ішкі кедергісіне түскен кернеу айырымына тең, яғни U = E — IR0 (1.13) Егер сырткы тізбектің кедергісін R азайтсақ, онда тізбектің жалпы кедергісі R + r0 де азаяды, ал тізбектегі ток көбейеді. Токтың көбеюіне байланысты энергия көзінің ішкі кедергісіне түсетін кернеу (IRo) өседі, өйткені энергия көзінің ішкі кедергісі r0 тұрақты болып кала береді. Демек, сырткы тізбектің кедергісі азайған кезде энергия көзінің қысқыштарындағы кернеу де азаяды. Энергия көзінің қысқыштарын кедергісі нольге жақын өткізгіш сымдармен косса, онда тізбектегі ток I = E/R0 (1.14) Бұл формула қаралып отырған энергия көзі тізбегіндегі ең үлкен ток мөлшерін анықтайды. Сырткы тізбек кедергісінің іс жүзінде нольге тең болғандығы жұмыс тәртібін қысқа тұйықталу деп атайды. Ішкі кедергілері өте аз энергия көздері үшін, мысалы электр генераторлары (электр машиналары) және қышқылдық аккумляторлар үшін кысқа тұйыкталу өте қауіпті — аталған энергия көздері істен шығып қалуы мүмкін. Қысқа тұйыкталу, мысалы, энергия көзі мен қабылдағышты қосатын сымдардың оқшауламасының істен шы-ғуынан болуы мүмкін. Оқшаулағыш жамылғысы түсіп калған металл (әдетте мыс) сымдары өзара түйіскенде өтс аз ксдергі тудырады. Оны тұтынушы кедергісімен салыстырғанда нольге жақын деп қарауға болады. Электр аппаратын қысқа тұйықтау тогынан қорғау үшін әр тіүрлі сақтандырғыш құрылғыларын қолданады. Резисторларды тізбектеп қосу Электр тізбегінде әр түрлі кедергісі бар бірнеше энергия тұты-нушылар болуы мүмкін. Генератордың сыртқы тізбегі (4-сурет) R1, R2, R3 кедергілері бар үш энергия тұтынушыларынан тұрсын дейік. Әрбір тұтынушының тұйықталған бір электр тізбегіне бірінен соң бірін тізіп жалғауды тізбектеп қосу деп атайды. Мұндай тізбекте барлык тұтынушылардан бірдей ток өтетініне көз жеткізу киын емес. Ал сыртқы тізбектің кедергісі тұтынушылар кедергісінің қосындысына тең болады. Біздің жағдайда Ом заңы формуласы мынадай түрде болады: I = E/(r0 + R1 + R2 + R3) (1.15) Сонымен, тізбектеп қосылған үш өткізгіш болғанда, тізбектің жалпы кедергісі R = r0 + R1 + R2 + R3, ал сырткы тізбектін кедергісі R'= R1 + R2 + R3. 
4 Сурет – Резисторларды тізбектеп қосу Энергия көзінің қысқыштарындағы кернеу, сырткы тізбекке түсірілген кернеуге тең, ягни U= Е - Ir0 = I (R + R2 +R3) (1.16) мұндағы Ir0 —энергия көзінің ішкі кедергісіне түсетін кернеу. Тізбектеп қосылған энергия тұтынушыларының қысқыштарын-дағы кернеу, токпен кабылдағыш кедергісінің көбейтіндісіне тең, яғни U1 = IR1 U2=IR2 U3 = IR3 U1 + U2 + U3 = U Сонымен, тізбектеп қосылған тұтынушылардағы кернеулер қо-сындысы энергия көзінің қысқыштарындағы кернеуге тең. Тізбектеп қосылған тұтынушылардан тұратын тізбектің барлық учаскелеріндегі ток бірдей болғандықтан, кернеулер олардың ке-дергісін тура пропорционал немесе өткізгіштігіне кері пропорционал болады, яғни U1 *U2*U3 = R1*R2*R3=l/g1*l/g2 *l/g3 (1.17) Тұрақты кернеу кезінде ток тізбек кедергісіне тәуелді болады. Сондықтан тізбектеп қосылған тұтынушылардың бірінің кедергісі өзгерсе, онда ол тізбектің жалпы кедергісі мен әрі ондағы токтың өзгеруіне алып келеді. Бұл кезде барлық тұтынушылардағы кернеулер де өзгереді. Тізбектеп қосылған қосымша резисторлар іс жүзінде кернеулерді төмендету үшін (іске косқыш және реттегіш реостаттар) және де өлшеуіш аспаптардың, мысалы, вольтметрлердің өлшеу шегін кеңейту үшін қолданады. жүктеу/скачать 45,84 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|