Ом заңдары
Ом заңы: негізгі тұжырым
1827 жылы неміс ғалымы Георг Ом (1787–1854) көптеген тәжірибелердің нәтижесінде мынадай қорытындыға келді: тұрақты температурада (T = const) өткізгіш ұштарындағы кернеудің ток күшіне қатынасы әрқашан тұрақты болады: U / I = R. Мұндағы R — өткізгіштің кедергісі.
Формулалар
Ом заңы (кедергі арқылы)
R = U / I
Ом заңы (ток арқылы)
I = U / R
Байланыс түрі
U ↔ I — сызықтық
Осыдан ток күші өткізгіш ұштарындағы кернеуге тура пропорционал, ал кедергіге кері пропорционал екені шығады.
Кедергі және оның өлшем бірлігі
Формуладан кедергінің өлшем бірлігін анықтауға болады. Кедергінің бірлігі ретінде ұштарындағы кернеу 1 В болғанда, ток күші 1 А өтетін өткізгіштің кедергісі алынады. Бұл бірлік ом деп аталады: 1 Ом = 1 В / 1 А.
Өткізгіштік
Кедергіге кері шама өткізгіштік деп аталады: μ = 1 / R. Өткізгіштік сименспен (См) өлшенеді.
Вольт-амперлік сипаттама
Әр түрлі өткізгіштер үшін ток пен кернеудің тәуелділігі жалпы түрде былай жазылады: I = f(U). Бұл байланыс өткізгіштің вольт-амперлік сипаттамасын көрсетеді. Ом заңы өткізгіш ұштарындағы кернеу мен ток арасындағы сызықтық байланысты білдіреді. Мысалы, металдар мен электролиттер үшін Ом заңы кең түрде орындалады.
Кедергінің геометрияға тәуелділігі
Ом көптеген өткізгіштерді зерттей отырып, біртекті цилиндр тәрізді өткізгіштің кедергісі оның ұзындығына тура пропорционал, ал көлденең қимасының ауданына кері пропорционал екенін көрсетті: R = ρl / S.
Меншікті кедергі және меншікті өткізгіштік
Меншікті кедергі
ρ
Пропорционалдық коэффициент ρ — өткізгіштің меншікті кедергісі. Ол өткізгіштің қандай заттан жасалғанын сипаттайды. Өлшем бірлігі: Ом·м.
Меншікті өткізгіштік
γ = 1 / ρ
Меншікті кедергіге кері шама меншікті өткізгіштік деп аталады. Өлшем бірлігі: См/м.
Меншікті кедергісі өте аз материалдарға күміс пен мыс жатады. Сонымен қатар өткізгіштің меншікті кедергісі оның құрамындағы қоспаларға да тәуелді.
Өткізгіштерді тізбекке қосу
Өткізгіштерді тізбекке қосудың негізгі екі түрі бар: тізбектей және параллель қосу.
Параллель қосу және толық өткізгіштік
Өткізгіштің кедергісіне кері шама оның электр өткізгіштігі екенін ескерсек, параллель қосылған өткізгіштердің толық электр өткізгіштігі олардың жекелеген электр өткізгіштіктерінің қосындысына тең болады.
Ток көзінің ішкі кедергісі және тұйық тізбек үшін Ом заңы
Ом заңына сәйкес ток көзінің ішкі бөлігі үшін кернеудің түсуі: U1 = Ir, мұндағы r — ішкі кедергі, I — ток күші.
ЭҚК және кернеулердің қосындысы
Егер тізбек тұйықталған болса, ток көзінің электр қозғаушы күші ішкі бөліктегі кернеу мен сыртқы кернеудің қосындысына тең: ε = Ir + U. Бұл өрнек қарастырылып отырған жағдай үшін энергияның сақталу заңын сипаттайды.
Тұйық тізбекте электростатикалық күштердің жұмысы A = 0 болады, ал толық жұмыс бөгде күштер арқылы істелінеді. Сондықтан: U = ε − Ir.
Тұйық тізбек үшін Ом заңы
Тізбек бөлігі үшін Ом заңы U = IR екенін ескеріп, тұйық тізбектегі ток күшін табамыз: I = ε / (R + r).
Демек, тұйық тізбектегі ток күші ЭҚК-ке тура пропорционал, ал тізбектің сыртқы және ішкі кедергілерінің қосындысына кері пропорционал.
ЭҚК-тің физикалық мағынасы
ЭҚК-тің мәні мына түрде де жазылады: ε = IR + Ir. Мұндағы IR — зарядты сыртқы тізбек бойымен тасымалдауға кететін жұмыс, ал Ir — ток көзінің ішкі кедергісіне қарсы жасалатын жұмыс.
Осыған байланысты ЭҚК-ке мынадай анықтама беруге болады: ЭҚК — тұйық тізбектің барлық бөліктері арқылы зарядты тасымалдау үшін істелген жұмыстың шамасы.
Қорытынды: тізбекте ток үздіксіз болуы үшін электр өрісі де, ток көзі де міндетті түрде болуы керек; ал зарядтар электрлік күштердің әсерінен орын ауыстырады.