Sheria ya Ohm ndiyo sheria ya msingi ya saketi za umeme. Wakati huo huo, inatuwezesha kuelezea matukio mengi ya asili. Kwa mfano, mtu anaweza kuelewa kwa nini umeme "haupigi" ndege wanaokaa kwenye waya. Kwa fizikia, sheria ya Ohm ni muhimu sana. Bila ujuzi wake, haingewezekana kuunda saketi thabiti za umeme au kungekuwa hakuna umeme hata kidogo.
Utegemezi I=I(U) na thamani yake
Historia ya ugunduzi wa ukinzani wa nyenzo inahusiana moja kwa moja na sifa ya sasa ya voltage. Ni nini? Hebu tuchukue mzunguko na sasa ya umeme ya mara kwa mara na fikiria yoyote ya vipengele vyake: taa, bomba la gesi, kondakta wa chuma, chupa ya electrolyte, nk.
Kubadilisha voltage U (ambayo mara nyingi hujulikana kama V) inayotolewa kwa kipengele kinachohusika, tutafuatilia mabadiliko katika nguvu ya mkondo (I) inayopita ndani yake. Kama matokeo, tutapata utegemezi wa fomu I \u003d I (U), ambayo inaitwa "tabia ya voltage ya kitu" na ni kiashiria cha moja kwa moja cha yake.sifa za umeme.
Tabia ya V/A inaweza kuonekana tofauti kwa vipengele tofauti. Fomu yake rahisi hupatikana kwa kuzingatia kondakta wa chuma, ambayo ilifanywa na Georg Ohm (1789 - 1854).
Sifa ya Volt-ampere ni uhusiano wa kimstari. Kwa hivyo, grafu yake ni mstari ulionyooka.
Sheria kwa njia rahisi
Utafiti wa Ohm kuhusu sifa za sasa za kondakta ulionyesha kuwa nguvu ya sasa ndani ya kondakta ya chuma inalingana na tofauti inayoweza kutokea kwenye ncha zake (I ~ U) na inawiana kinyume na mgawo fulani, yaani, I. ~ 1/R. Mgawo huu ulijulikana kama "upinzani wa kondakta", na kipimo cha upinzani wa umeme kilikuwa Ohm au V/A.
Jambo moja zaidi la kuzingatia. Sheria ya Ohm mara nyingi hutumika kukokotoa upinzani katika saketi.
Maneno ya sheria
Sheria ya Ohm inasema kwamba nguvu ya sasa (I) ya sehemu moja ya saketi inalingana na volteji katika sehemu hii na inawiana kinyume na upinzani wake.
Ikumbukwe kwamba katika fomu hii sheria inasalia kuwa kweli kwa sehemu moja tu ya mnyororo. Homogeneous ni sehemu ya mzunguko wa umeme ambayo haina chanzo cha sasa. Jinsi ya kutumia sheria ya Ohm katika mzunguko wa inhomogeneous itajadiliwa hapa chini.
Baadaye, ilithibitishwa kwa majaribio kuwa sheria inasalia kuwa halali kwa suluhuelektroliti katika saketi ya umeme.
Maana ya kimwili ya upinzani
Upinzani ni sifa ya nyenzo, dutu au vyombo vya habari ili kuzuia kupita kwa mkondo wa umeme. Kwa kiasi, upinzani wa 1 ohm ina maana kwamba katika kondakta yenye voltage ya 1 V mwisho wake, sasa ya umeme ya 1 A inaweza kupita.
Upinzani wa umeme
Kwa majaribio, ilibainika kuwa upinzani wa mkondo wa umeme wa kondakta hutegemea vipimo vyake: urefu, upana, urefu. Na pia juu ya sura yake (tufe, silinda) na nyenzo ambayo hufanywa. Kwa hivyo, formula ya kupinga, kwa mfano, ya conductor homogeneous cylindrical itakuwa: R \u003d pl / S.
Ikiwa katika fomula hii tunaweka s=1 m2 na l=1 m, basi R itakuwa sawa kiidadi na p. Kuanzia hapa, kitengo cha kipimo cha mgawo wa resistivity ya kondakta katika SI kinahesabiwa - hii ni Ohmm.
Katika fomula ya upinzani, p ni mgawo wa ukinzani unaobainishwa na sifa za kemikali za nyenzo ambayo kondakta imetengenezwa.
Ili kuzingatia aina tofauti ya sheria ya Ohm, tunahitaji kuzingatia dhana chache zaidi.
Msongamano wa sasa
Kama unavyojua, mkondo wa umeme ni mwendo ulioamriwa kabisa wa chembe zozote zinazochajiwa. Kwa mfano, katika metali, vibebaji vya sasa ni elektroni, na katika kutoa gesi, ioni.
Chukua kipochi kidogo wakati watoa huduma wote wa sasahomogeneous - conductor chuma. Hebu kiakili tutoe kiasi kidogo sana katika kondakta hii na tuonyeshe kwa u wastani (drift, kuamuru) kasi ya elektroni katika kiasi kilichotolewa. Zaidi ya hayo, acha n kuashiria mkusanyiko wa watoa huduma wa sasa kwa ujazo wa kitengo.
Sasa hebu tuchore eneo lisilo na kikomo la dS linalolingana na vekta u na tuunde kando ya kasi silinda isiyo na kikomo yenye urefu wa udt, ambapo dt inaashiria wakati ambapo vibeba kasi vyote vilivyomo katika sauti inayozingatiwa vitapita. kupitia eneo la dS.
Katika hali hii, malipo sawa na q=neudSdt itahamishwa na elektroni kupitia eneo ambalo e ni chaji ya elektroni. Kwa hivyo, msongamano wa sasa wa umeme ni vekta j=neu, inayoashiria kiasi cha malipo yanayohamishwa kwa muda wa kitengo kupitia eneo la kitengo.
Moja ya faida za ufafanuzi tofauti wa Sheria ya Ohm ni kwamba mara nyingi unaweza kuishi bila kuhesabu upinzani.
Chaji ya umeme. Nguvu ya uwanja wa umeme
Nguvu ya shamba pamoja na chaji ya umeme ni kigezo cha msingi katika nadharia ya umeme. Wakati huo huo, wazo la idadi yao linaweza kupatikana kutoka kwa majaribio rahisi yanayopatikana kwa watoto wa shule.
Kwa urahisi, tutazingatia sehemu ya kielektroniki. Hii ni uwanja wa umeme ambao haubadilika kwa wakati. Sehemu kama hii inaweza kuundwa kwa chaji za umeme zisizobadilika.
Pia, gharama ya jaribio inahitajika kwa madhumuni yetu. Kwa uwezo wake tutatumia mwili wa kushtakiwa - mdogo sana kwamba hauna uwezo wa kusababishamisukosuko yoyote (ugawaji upya wa malipo) katika vitu vinavyozunguka.
Hebu tuzingatie gharama mbili za majaribio zilizochukuliwa, zikiwekwa mfululizo katika nafasi moja, ambayo imeathiriwa na uga wa kielektroniki. Inabadilika kuwa mashtaka yatakabiliwa na ushawishi wa muda usiobadilika kwa upande wake. Wacha F1 na F2 ziwe nguvu zinazoshughulikia malipo hayo.
Kutokana na ujanibishaji wa data ya majaribio, ilibainika kuwa nguvu F1 na F2 zinaelekezwa ama katika moja au katika pande tofauti, na uwiano wao F1/F2 hautegemei sehemu katika nafasi ambapo gharama za majaribio ziliwekwa kwa kutafautisha. Kwa hivyo, uwiano F1/F2 ni sifa ya gharama zenyewe, na hautegemei uga.
Ugunduzi wa ukweli huu ulifanya iwezekane kubainisha uwekaji umeme wa miili na baadaye uliitwa chaji ya umeme. Kwa hivyo, kwa ufafanuzi, inageuka q1/q2=F1/F 2 , ambapo q1 na q2 - kiasi cha gharama zilizowekwa katika sehemu moja ya uwanja, na F 1 na F2 - hulazimisha kuchukua hatua kwa malipo kutoka upande wa uwanja.
Kutokana na mazingatio kama haya, ukubwa wa malipo ya chembe mbalimbali ulianzishwa kwa majaribio. Kwa kuweka kwa masharti moja ya gharama za majaribio sawa na moja katika uwiano, unaweza kukokotoa thamani ya malipo mengine kwa kupima uwiano F1/F2.
Sehemu yoyote ya umeme inaweza kubainishwa kupitia chaji inayojulikana. Kwa hivyo, nguvu inayofanya malipo ya mtihani wa kitengo wakati wa kupumzika inaitwa nguvu ya shamba la umeme na inaonyeshwa na E. Kutoka kwa ufafanuzi wa malipo, tunapata kwamba vector ya nguvu ina fomu ifuatayo: E=F / q.
Muunganisho wa vekta j na E. Aina nyingine ya sheria ya Ohm
Katika kondakta yenye uwiano sawa, mwendo ulioagizwa wa chembe zinazochajiwa utatokea upande wa vekta E. Hii ina maana kwamba vekta j na E zitaelekezwa kwa pamoja. Kama katika kuamua wiani wa sasa, tunachagua kiasi kidogo cha silinda kwenye kondakta. Kisha sasa sawa na jdS itapita sehemu ya msalaba wa silinda hii, na voltage inayotumiwa kwenye silinda itakuwa sawa na Edl. Fomula ya upinzani wa silinda pia inajulikana.
Kisha, tukiandika fomula ya nguvu ya sasa kwa njia mbili, tunapata: j=E/p, ambapo thamani 1/p inaitwa conductivity ya umeme na ni kinyume cha kupinga umeme. Kwa kawaida huashiria σ (sigma) au λ (lambda). Kitengo cha conductivity ni Sm / m, ambapo Sm ni Siemens. Kipimo kinyume cha Ohm.
Kwa hivyo, tunaweza kujibu swali lililotolewa hapo juu kuhusu sheria ya Ohm kwa saketi isiyofanana. Katika hali hii, watoa huduma wa sasa wataathiriwa na nguvu kutoka kwa uga wa kielektroniki, ambayo ina sifa ya ukali E1, na nguvu zingine zinazoikabili kutoka kwa chanzo kingine cha sasa, ambacho kinaweza kuwa. imeteuliwa E 2. Kisha Sheria ya Ohm ilitumika kwasehemu isiyo sawa ya mnyororo itaonekana kama: j=λ(E1 + E2).
Mengi zaidi kuhusu Uendeshaji na Upinzani
Uwezo wa kondakta kuendesha mkondo wa umeme unaonyeshwa na ukinzani wake, ambao unaweza kupatikana kupitia fomula ya kupinga, au upitishaji, unaokokotolewa kama ulinganifu wa upitishaji. Thamani ya vigezo hivi imedhamiriwa na mali ya kemikali ya nyenzo za conductor na kwa hali ya nje. Hasa, halijoto iliyoko.
Kwa metali nyingi, uwezo wa kustahimili halijoto ya kawaida ni sawia nayo, yaani, p ~ T. Hata hivyo, mikengeuko huzingatiwa katika halijoto ya chini. Kwa idadi kubwa ya metali na aloi kwenye joto karibu na 0 ° K, hesabu ya upinzani ilionyesha maadili ya sifuri. Jambo hili linaitwa superconductivity. Kwa mfano, zebaki, bati, risasi, alumini, n.k. zina sifa hii. Kila chuma kina halijoto yake muhimu Tk, ambapo hali ya upitishaji hewa huzingatiwa.
Pia kumbuka kuwa ufafanuzi wa ustahimilivu wa silinda unaweza kujumlishwa kuwa nyaya zilizotengenezwa kwa nyenzo sawa. Katika kesi hii, eneo la sehemu ya msalaba kutoka kwa formula ya kupinga itakuwa sawa na sehemu ya msalaba wa waya, na l - urefu wake.
