Ignorarea legii nu scapă de responsabilitate.
aforism
Mă întreb ce legi vor fi discutate în lecția numărul trei. Există într-adevăr un munte întreg în ingineria electrică a acestor legi, sau chiar o grămadă și toți trebuie să fie amintiți? Acum vom afla. Bună ziua, dragă! Probabil mulți dintre voi trebuie să supărare în ochi se uite la următoarea lecție și cred că pentru mine: „Ce lucruri plictisitoare“, și poate chiar de gând să părăsească rândurile noastre zvelte? Nu te grăbi, totul începe doar! Etapa inițială este întotdeauna plictisitoare ... Această lecție va merge la toate cele mai interesante. Astăzi am să-ți spun cine în inginerie electrică, care este prieten și cine dușman, și că este, în cazul în care un student electronice de a se trezi în mijlocul nopții, și cum să folosească un deget pentru a înțelege jumătate din inginerie electrică. Interesat? Atunci să mergem!
Cu primul nostru prieten ne-am întâlnit la ultima lecție - aceasta este puterea curentului. Caracterizează electricitatea în ceea ce privește rata transferului de sarcină de la un punct de spațiu la altul, sub acțiunea câmpului. Dar, după cum sa observat, puterea curentă depinde, de asemenea, de proprietățile conductorului, asupra căruia acest curent "rulează". Rezistența curentului este direct afectată de valoarea conductivității electrice a materialului. Acum imaginați-vă un anumit conductor (potrivit ca în figura 3) cu electroni care se deplasează în el. Principalul dezavantaj al electronului, aș numi lipsa cârmei sale. Din cauza acestei deficiențe, mișcarea electronilor este determinată numai de câmpul care acționează asupra lor și de structura materialului în care se mișcă.
Deoarece electronii „nu se poate“ roti, unele dintre ele se pot confrunta sub influența fluctuante cristal temperaturii nodurilor cu zăbrele își pierd viteza de coliziune, și prin aceasta reduce rata de transfer de sarcină, adică amperaj inferior. Unii electroni pot pierde atât de multă energie încât se „lipească“ de ioni și de al transforma într-un atom neutru. Acum, dacă vom crește lungimea conductorului, este evident că numărul de astfel de coliziuni va crește la fel de bine, iar electronii vor da mai multă energie, adică, puterea actuală va scădea. Dar, prin creșterea ariei secțiunii transversale a conductorului crește doar numărul de electroni liberi și numărul de coliziuni pe unitatea de suprafață cu greu se schimbă, astfel încât în creștere cu o zonă și curent în creștere. Astfel, am constatat că conductivitatea electrică (ea deja nu a fost specifică, deoarece ia în considerare dimensiunile geometrice ale conductorului special) depinde în mod direct de caracteristicile celor trei conductoare: lungimea și aria secțiunii transversale a materialului.
Cu toate acestea, cu cât materialul conduce mai bine un curent electric, cu atât mai puțin îl "rezistă" trecerii sale. Aceste declarații sunt echivalente. E timpul să ne cunoaștem al doilea prieten - rezistența electrică. Aceasta este reciprocitatea conductivității și depinde de aceleași caracteristici ale conductorului.
Figura 3.1 - Care determină rezistența conductorului
Pentru a lua în considerare în calculul numeric efectul tipului de materie asupra rezistenței sale electrice, este introdusă o rezistență electrică specifică care caracterizează capacitatea unei substanțe de a conduce un curent electric. Rețineți că definițiile conductivității electrice și rezistenței electrice sunt identice, precum și afirmațiile de mai sus. Resistivitatea este definită ca rezistența unui conductor cu o lungime de 1 m și o arie a secțiunii transversale de 1 m 2. Acesta este notat cu litera latină # 961 ("ro") și are dimensiunea lui Om • m. Om este o unitate de măsurare a rezistenței, care este reciprocă a valorii Siemens. De asemenea, pentru determinarea rezistivității, se poate folosi dimensiunea Om • mm 2 / m, care este de un milion de ori mai mică decât dimensiunea de bază.
Astfel, rezistența electrică a conductorului poate fi descrisă prin proprietățile sale geometrice și fizice după cum urmează:
unde # 961 - rezistivitatea electrică a materialului conductorului;
l este lungimea conductorului;
S este secțiunea transversală a conductorului.
Se observă din dependență că rezistența conductorului crește cu creșterea lungimii conductorului și scade cu creșterea secțiunii transversale și, de asemenea, direct depinde de valoarea rezistivității materialului.
Și acum, să ne reamintim că forța curentului din conductor este afectată de intensitatea câmpului electric, sub acțiunea căruia apare un curent electric. De câte milioane de ori am menționat deja că un curent electric apare sub acțiunea unui câmp electric! Acest fapt ar trebui să fie întotdeauna în minte. Există, bineînțeles, și alte modalități de a crea un curent, dar până acum nu îl vom lua decât pe acesta. Așa cum am menționat mai sus, o creștere a intensității câmpului conduce la o creștere a curentului și, mai recent, am constatat că cu cât mai multă energie pe care electronul o reține atunci când se deplasează de-a lungul unui conductor, cu atât este mai mare valoarea curentului electric. Din cursul mecanicii se știe că energia unui corp este determinată de energia sa cinetică și potențială. Deci, o încărcătură punctată plasată într-un câmp electric are în momentul inițial de timp doar energia potențială (deoarece viteza sa este zero). Pentru a caracteriza această potențială energie a câmpului, pe care o are sarcina, a fost introdusă valoarea potențialului electrostatic egal cu raportul dintre energia potențială și valoarea încărcării punctuale:
unde Wp este energia potențială,
q este valoarea taxei punctuale.
După ce încărcătura se află sub acțiunea unui câmp electric, acesta va începe să se deplaseze cu o anumită viteză, iar o parte din energia sa potențială va ajunge la cea cinetică. Astfel, la două puncte ale câmpului încărcătura va avea o valoare diferită a energiei potențiale, adică două puncte de câmp pot fi caracterizate de valori diferite ale potențialului. Diferența de potențial este definită ca raportul dintre variația energiei potențiale (lucrarea completă a câmpului) și valoarea încărcării punctuale:
Mai mult, munca câmpului nu depinde de calea de mișcare a încărcăturii și caracterizează numai magnitudinea schimbării energiei potențiale. Diferența de potențial se numește și tensiunea electrică. Tensiunea este de obicei indicată de litera engleză (U), unitatea de măsurare a tensiunii este valoarea volților (V). numit după fizicianul și fiziologul italian Alessandro Volta, care a inventat prima baterie electrică.
Am întâlnit trei prieteni inseparabili în ingineria electrică: amp, volt și ohm sau curent, tensiune și rezistență. Orice componentă a circuitului electric poate fi caracterizată fără echivoc de aceste trei caracteristici electrice. Prima persoană care să se familiarizeze cu prietenii și să devină prieteni cu toți trei a fost Georg Om, care a descoperit că tensiunea, curentul și rezistența sunt legate între ele într-un anumit raport:
care a fost ulterior numită legea lui Ohm.
Rezistența curentului electric din conductor este direct proporțională cu tensiunea la capetele conductorului și invers proporțională cu rezistența conductorului.
Această formulare ar trebui să fie cunoscută de la majusculă litera C până la punctul de la sfârșit. Zvonurile spun că prima teză de orice student de electronice, trezit în noapte, va fi formularea legii lui Ohm. Aceasta este una dintre legile fundamentale ale ingineriei electrice. Această formulă este numită integrală. În plus, există, de asemenea, o formulare diferențială care reflectă dependența densității de curent de caracteristicile câmpului și de materialul conductorului:
unde # 033; # 963 - conductivitatea conductorului,
E este puterea câmpului electric.
Această formulare rezultă din formula dată în a doua lecție și diferă de integrale prin aceea că nu ia în considerare caracteristicile geometrice ale conductorului, luând în considerare numai caracteristicile sale fizice. Această formulare este interesantă numai din punctul de vedere al teoriei și în practică nu este aplicată.
Pentru a memora rapid și a folosi legea lui Ohm, puteți aplica diagrama prezentată în figura de mai jos.
Figura 3.2 - Legea "triunghiulară" a lui Ohm
Regula de utilizare a diagramei este simplă: închideți doar valoarea necesară și alte două simboluri vor da o formulă pentru calculul acesteia. De exemplu.
Figura 3.3 - Cum să memorăm legea lui Ohm
Am terminat triunghiul. Merită adăugat că numai una dintre formulele de mai sus este numită legea lui Ohm - una care reflectă dependența curentului de tensiune și rezistență. Două alte formule, deși sunt consecința lor, nu au nici un sens fizic. Deci, nu gresiti!
O bună interpretare a legii lui Ohm este un desen care reflectă cel mai clar esența acestei legi:
Figura 3.4 - Legea lui Ohm vizual
După cum se poate vedea, această figură arată doar trei dintre noii noștri prieteni: Om, Ampere și Volt. Volt încearcă să împingă Amperul prin secțiunea conductorului (curentul este direct proporțional cu tensiunea), iar Om, dimpotrivă, împiedică acest lucru (și este invers proporțional cu rezistența). Și cu cât mai mult Om va "trage" conductorul, cu atât mai greu va ajunge Amperu. Dar dacă Volt mai greu să lovească ...
Rămâne de văzut de ce termenul "multe legi" apare în titlul lecției, pentru că avem o lege - legea lui Ohm. Ei bine, în primul rând, există două formulări pentru el, și în al doilea rând, știm doar așa-numita legea lui Ohm pentru subcircuit, și, de fapt, nu este legea lui Ohm pentru lanțul complet, pe care o vom lua în considerare în următoarea lecție, în al treilea rând, avem , cel puțin două consecințe ale legii lui Ohm, care ne permit să găsim valoarea rezistenței secțiunii circuitului și a tensiunii în această secțiune. Deci, legea este doar una și o poți folosi în moduri diferite.
În cele din urmă, vă voi spune un alt fapt interesant. 10 ani de la apariția „Legea lui Ohm“, un fizician francez (și în Franța, lucrarea lui Ohm încă nu este cunoscut), pe baza experimentelor a ajuns la aceleași concluzii. Dar i sa spus că legea pe care a stabilit-o încă din 1827. a fost descoperit de Om. Se pare că elevii francezi studiază în continuare legea lui Ohm sub un alt nume - pentru ei aceasta este legea din Puglia. Aici și așa mai departe. La următoarea lecție sa terminat. Până data viitoare!
- Orice secțiune sau element al circuitului electric poate fi caracterizat fără echivoc de trei caracteristici: curent, tensiune și rezistență.
- Rezistența (R) - caracteristica conductorului, care reflectă gradul de conductivitate electrică și în funcție de dimensiunile geometrice ale conductorului și de tipul materialului din care este fabricat.
- Tensiunea (U) este aceeași cu diferența de potențial; o cantitate egală cu raportul dintre lucrarea câmpului electric pentru deplasarea încărcăturii punctuale de la un punct al spațiului la altul.
- Curentul, tensiunea și rezistența sunt relaționate unul cu celălalt prin raportul I = U / R, numit legea lui Ohm (curentul electric din conductor este direct proporțional cu tensiunea la capetele conductorului și invers proporțional cu rezistența conductorului).
Și, de asemenea, sarcinile:
- Dacă lungimea firului este dublată de întindere, cum se va schimba rezistența sa?
- Care conductor reprezintă o rezistență mai mare: o tijă de cupru solidă sau un tub de cupru având un diametru exterior egal cu diametrul tijei?
- Diferența de potențial la capetele conductorului din aluminiu este de 10V. Determinați densitatea curentului care curge prin conductor, dacă lungimea sa este de 3 m.
1) de asemenea de două ori
2) Deoarece tubul este gol în interior, zona de forfecare va fi mult mai mică și, prin urmare, rezistența va fi mai mare decât cea a tijei
3) Eu tot decid
După cum o înțeleg, diferența potențială este tensiunea. Apoi, în cea de-a treia sarcină, am obținut acest lucru:
U = I * R și j = I / S și R = p * (L / S) =>
Acum înlocuiți numerele și obțineți densitatea curentului. Dacă placa rezistențelor electrice specifice am găsit nu minte, atunci p (aluminiu) = 2,7 · 10 (-8), ceea ce înseamnă
j = 10 / (2,7 · 10 (-8) * 3) = 10 / 8,1 * 10 (-8) = 8,1 * 10 (9) (dacă nu ați confundat transferul de grade de zeci)
Aștept verificarea.
PS: La școală nu a fost atât de interesant să decizi asta :)
Din păcate, doar 2 răspunsuri sunt corecte. Ceva, Evgeny, lipsesc :)
În ceea ce privește 3 probleme - formula este corectă, s-au făcut calcule. Pentru valoarea indicată 2,7 · 10 (-8), răspunsul corect este de 123,45 A / mm ^ 2. Valoarea este, desigur, nerealistă, dar teoria este o astfel de teorie :)
Prima rezistență va crește de 4 ori, pentru că în afară de creșterea lungimii unei scăderi de 2 ori și aceeași arie a secțiunii este de 2 ori (t. K. Lungimea crește sârmă prin întindere).
2. Depinde de caracteristica curentă, poate fi același, deoarece se deplasează de-a lungul suprafeței conductorului
Densitatea curentului alternativ este mult mai mare la suprafața conductorului, dar aceasta nu înseamnă că acesta este complet absent în centru, în afară de aceasta, tipul de curent nu este indicat în problemă, iar rezistența depinde de grosimea secțiunii. La tub, cu toate acestea răci rezistența va fi mai mare.
"Foaia de înșelăciune triunghiulară" este predată elevilor școlilor de muzică engleză din lecțiile de fizică. Această metodă este concepută pentru persoanele care nu înțeleg deloc matematica. Știind cum să folosești formula școlară S = v * t, poți înțelege cu ușurință legea lui Ohm.
P.S. litera "ro", în măsura în care știu, este greacă, nu latină.
P.P.S Și, în general, un site foarte cognitiv. Vă mulțumim pentru munca făcută!
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: