Өміріңізді электр қуатынсыз елестету мүмкін бе? Заманауи адам өзін өмірге көмектесетін тұрмыстық техникамен тығыз қоршап алды. Біз енді өзімізді және өмірімізді смарт үй көмекшілерінсіз елестете алмаймыз.
Технология барған сайын электр энергиясын пайдалануға көшуде. Тіпті көлік бірте-бірте электр қозғалтқыштарына ауыстырылуда, бұл табиғатқа айтарлықтай зиян келтіреді.
Бүгін біз келесі сұрақтарға жауап беруге тырысамыз:
- Электр тогы дегеніміз не?
- Электр кернеуі дегеніміз не?
- Кернеуді қалай анықтауға болады?
- Кернеу немен өлшенеді?
Қазіргі не?
Электр тогы зерттелген кезде ол бір денені екінші денеге үйкету арқылы алынған. Табиғи разряд - найзағайдың көмегімен найзағай кезінде зарядтың көбірек қорын алуға болады. Бұл әдіс М. В. Ломоносов шәкірті – Рихтердің өмірін қиғаны белгілі.
Зарядтың өзін пайдалану қиын және қисынсыз. Оның бағытталған қозғалысын - электр тогын алу қажет. Ағымдағы сипаттар:
- өткізгішті қыздыру;
- химиялық әрекет;
- механикалық әрекет;
- магниттік әрекет.
Олар күнделікті өмірде және технологияда қолданылады. Токтың болуының қажетті шарты ток көзінің, бос электр зарядтарының және тұйық өткізгіштің болуы болып табылады.
Фон
1792 жылы атақты итальяндық физик, физиолог және өнертапқыш Алессандро Вольта өзінің отандасы Луиджи Гальванидің жануарлар ағзаларындағы ток импульстарының табиғаты туралы тұжырымдарына қызығушылық танытты. Металл ілмектерге бекітілген бақа аяқтарының жүріс-тұрысын ұзақ уақыт бақылау оған электр энергиясының көзі тірі организм емес, бір-біріне ұқсамайтын металдардың жанасуы деген қорытынды жасауға мүмкіндік берді. Дәл осы жағдай электр тогының ағуына ықпал етеді, ал жүйке ұштарының реакциясы тек токтың физиологиялық әсері болып табылады.
Бірегей жаңалық Вольта бағанасы деп аталатын әлемдегі бірінші тұрақты ток көзін жасауға әкелді. Бір-біріне ұқсамайтын металдар (Вольта олар бір-бірінен химиялық элементтер қатарында жойылуы керек деп тұжырымдады) «екінші түрдегі өткізгіш» сұйықтығымен сіңдірілген қағазбен төселеді.
Бұл құрылғы тұрақты кернеудің бірінші көзі болды. Электр кернеуінің бірлігі Алессандро Вольта есімін мәңгілікке қалдырды.
тұрақты ток көзі
Электр тізбегінің негізгі элементі ток көзі болып табылады. Оның мақсаты – электр өрісін құру, оның әсерінен бос зарядталған бөлшектер (электрондар, иондар) бағытталған қозғалысқа түседі. Жинақталғанбастапқы зарядтардың жеке элементтері (олар полюс деп аталады) әртүрлі белгілерге ие. Зарядтың өзі электрлік емес сипаттағы күштердің (механикалық, химиялық, магниттік, жылулық және т.б.) әсерінен көздің ішінде қайта бөлінеді. Ток көзінен тыс полюстер тудыратын электр өрісі жабық өткізгіштегі зарядты жылжыту жұмысын орындайды. Алессандро Вольта тұрақты ток жасау үшін тұйық тізбектің қажеттілігі туралы айтты.
Заряд электрлік емес күштердің әсерінен көздерде қозғалатындықтан, бұл күштер жұмыс істейді деп айтуға болады. Оларды сырттан келгендер дейік. Ток көзінің ішіндегі зарядты тасымалдау үшін сыртқы күштердің жұмысының заряд шамасына қатынасы электр қозғаушы күш деп аталады.
Осы қатынастың математикалық белгісі:
- Ε=Ast: q,
мұндағы E – электр қозғаушы күш (ЭМӨ), Ast– сыртқы күштердің жұмысы, q – көздегі сыртқы күштер көтеретін заряд.
ЭҚК көздің ток тудыру қабілетін сипаттайды, бірақ көздің негізгі сипаттамасы кейде электр кернеуі (потенциалды айырмашылық) болып саналады.
Кернеу
Өткізгіштегі зарядты жылжыту үшін өріс жұмысының заряд шамасына қатынасы электр кернеуі деп аталады.
Оны анықтау үшін дала жұмысының мәнін заряд мәніне бөлу керек. Ток көзінің электр өрісінің q зарядын жылжыту үшін жасаған жұмысы А болсын. U – электр кернеуі. Сәйкес формуланың математикалық белгісі:
U=A: q
Кез келген физикалық шама сияқты кернеудің өлшем бірлігі бар. Кернеу қалай өлшенеді? Дүние жүзіндегі бірінші тұрақты ток көзінің өнертапқышы Алессандро Вольтаның атымен бұл мәнге өзіндік өлшем бірлігі берілді. Халықаралық жүйеде кернеу вольтпен (V) өлшенеді.
1 В кернеуі 1 С зарядты жылжыту үшін 1 Дж жұмыс істейтін электр өрісінің кернеуі.
V=J/C=N•m/(A•s)=кг•м/(A•s3).
Негізгі SI бірліктерде электр кернеуінің бірлігі:
кг•м/(A•s3).
Міндетті мән
Ток күші ұғымын енгізу неліктен токты сипаттайтын жеткіліксіз? Ойлау экспериментін жасайық. Екі түрлі шамды алайық: кәдімгі тұрмыстық шам және шамның шамы. Оларды әртүрлі ток көздеріне (қалалық желі және аккумулятор) қосқанда, дәл сол ток мәнін алуға болады. Сонымен қатар, тұрмыстық шам көбірек жарық береді, яғни ондағы токтың жұмысы әлдеқайда көп.
Түрлі ток көздерінің кернеулері әртүрлі. Сондықтан бұл мән өте маңызды.
Пайдалы аналогия
Электр кернеуінің физикалық мағынасын түсіну қызықты аналогиядан туындайды. Байланысатын ыдыстарда, егер оларда қысым айырмашылығы болса, сұйықтық түтіктен түтікке өтеді. Теңдік жағдайында сұйықтық ағыны тоқтайдықысым.
Егер сұйық токты электр зарядының ағынымен салыстыратын болса, онда сұйық бағандардың қысым айырмашылығы ток көзіндегі потенциалдар айырмасымен бірдей рөл атқарады.
Полюстердегі зарядтың қайта бөлінуімен жүретін процестер ток көзінің ішінде жүріп жатқанда, ол өткізгіште ток тудыруға қабілетті. Электр тогының кернеуі вольтпен өлшенеді, қысым айырмашылығының өлшем бірлігі бар – паскаль.
Айнымалы ток
Өз бағытын мезгіл-мезгіл өзгертіп отыратын электр тогы айнымалы деп аталады. Ол айнымалы кернеу көзі арқылы жасалады. Көбінесе бұл генератор. Түсіндіруге тырысайық: айнымалы ток кернеуін өлшеу дегеніміз не?
Токтың пайда болу принципінің өзі электромагниттік индукция құбылысына негізделген. Магниттік өрісте тұйық контурдың айналуы өткізгіштегі потенциалдар айырмасының пайда болуына әкеледі. Кернеу вольтпен және өзгермелі ток жағдайында өлшенеді.
Кернеу өзгермейді деп дау айтуға бола ма? Әлбетте, контур жазықтығы мен оған нормаль арасындағы бұрыштың өзгеруіне байланысты туындайтын кернеу уақыт өте келе өзгереді. Оның мәні нөлден кейбір максималды мәнге дейін өседі, содан кейін қайтадан нөлге түседі. Белгілі бір құндылық туралы айтудың қажеті жоқ. Тиімді кернеу мәнін енгізіңіз:
- Ud=U: √2.
Кернеуді қандай құрал өлшейді?
Электр кернеуін өлшеуге арналған құрылғы - вольтметр. Оның жұмыс істеу принципі тізбектің токпен және магнит өрісімен әрекеттесуіне негізделгентұрақты магнит. Тогы бар контур магнит өрісінде айналатыны белгілі. Тізбектегі ток шамасына байланысты айналу бұрышы өзгереді.
Тізбекке көрсеткіні тіркесеңіз, тізбекте ток өткен кезде ол нөлден ауытқиды (әдетте катушка). Кернеу немен өлшенетініне байланысты құрылғының шкаласы градуирленген. Қосалқы және еселіктерді пайдалануға болады.
Төмен мәндер болған жағдайда электр кернеуі милливольтпен немесе микровольтпен өлшенеді. Керісінше, жоғары вольтты желілерде бірнеше блок қолданылады.
Кез келген вольтметр тізбектің кернеу өлшенетін бөлігіне параллель қосылған. Құрылғы тізбегінің негізгі қасиетін жоғары омдық кедергі деп атауға болады. Вольтметр, кернеу қандай өлшемде өлшенсе де, тізбектегі ток күшіне әсер етпеуі керек. Ол арқылы шағын ток өтеді, ол негізгі мәнге айтарлықтай әсер етпейді.
Кернеу кестесі
| Физикалық құрылғы | Оның контактілеріндегі кернеу, V |
| Вольт полюсі | 1, 1 |
| Шамның батареясы | 1, 5 |
| Сілтілік батарея | 1, 25 |
| Қышқылдық батарея | 2 |
| Қалалық желі | 220 |
| Жоғары кернеуэлектр желілері | 500 000 |
| Найзағайдағы бұлттардың арасында | 100 000 000 дейін |
Волтметрдің практикалық қолданылуы
Волтметрді тиімді пайдалану үшін оны пайдалануды үйрену керек. Қызықты экспериментаторға мектеп мұғалімдеріне хабарласуға кеңес беруге болады.
Мектептің физика кабинеттері кернеулерді өлшеуге арналған зертханалық және демонстрациялық аспаптармен жабдықталған.
Қарапайым ережелерді сақтай отырып, кез келген вольтметрді абайлап пайдаланыңыз:
- Вольтметрдің максималды өлшеу шегі бар. Бұл оның шкаласындағы ең жоғары мән. Оны жоғары кернеу элементі бар тізбекке қоспаңыз.
- Егер басқа көз немесе вольтметр болмаса, қосымша қарсылық жүйесін пайдалануға болады. Бұл жағдайда вольтметрдің шкаласын да өзгерту керек.
- Электр құрылғылары тұрақты ток тізбегіне оның терминалдарындағы заряд белгісінің көрсеткіштеріне байланысты қосылады. Ток көзінің оң терминалы вольтметрдің оң терминалына, теріс терминал теріс терминалға қосылуы керек. Егер араласса, құрылғының көрсеткілері майысып қалуы мүмкін, бұл өте қажет емес.
- Барлық қосылымдар тек қуатсыз тізбекке жасалған.
Денсаулық
Электр тогының әрекеті адамдар үшін қауіпті болуы мүмкін. 24 В-тан төмен кернеу зиянсыз болып саналады.
Қала желісінің кернеуі (220 В) астындағы токтың әрекеті айтарлықтай байқалады. Жалаңаш контактілерге қол тигізу айтарлықтай "шокпен" жүреді.
Найзағай кезіндегі кернеу адам денесі арқылы өте жоғары ток өткізетіні сонша, ол оны өлтіру қаупін тудырады. Өміріңіз бен денсаулығыңызға қауіп төндірмеңіз.
