Ֆիզիկա

Ֆիզիկա. Տնային աշխատանք

Օհմի օրենք

Էլկտրական շղթայով հոսանքի անցումը բնութագրում են երեք մեծություններ. I՝ հոսանքի ուժը, U՝ լարումը, R՝ դիմադրությունը:

Այս մեծությունների միջև գոյություն ունի կապ, որը որպես օրենք սահմանել է Գ. Օհմը 1827թ.-ին:

Օհմը փորձնական եղանակով, չափելով շղթայի տեղամասով անցնող հոսանքի ուժը՝ ամպերաչափով, իսկ նրա ծայրերում լարումը՝ վոլտաչափով, ստացավ՝

                      

1. Անփոփոխ դիմադրության դեպքում տեղամասով անցնող հոսանքի ուժն ուղիղ համեմատական է լարմանը:

Այսինքն, որքան մեծ է U լարումը շղթայի տեղամասի ծայրերում, այնքան մեծ է նրանով անցնող I հոսանքի ուժը, և I(U) կախման գրաֆիկը իրենից ներկայացնում է ուղիղ գիծ:

 

2. Անփոփոխ լարման դեպքում հոսանքի ուժը հակադարձ համեմատական է դիմադրությանը:

Որքան մեծ է շղթայի տեղամասի R դիմադրությունն, այնքան փոքր է նրանում I հոսանքի  ուժը, և I(R) կախման գրաֆիկն իրենից ներկայացնում է հիպերբոլ:

Ընդհանրացնելով այս փորձնական արդյունքները՝ Օհմը սահմանեց օրենք:

Հոսանքի ուժը շղթայի տեղամասում հավասար է այդ տեղամասի լարման և նրա դիմադրության հարաբերությանը:

I=UR (1)

(1) բանաձևից հետևում է, որ  U=I⋅R  (2),  իսկ R=UI (3)

Օհմի օրենքից ստացվում է, որ դիմադրության նվազման դեպքում հոսանքի ուժն աճում է, և եթե հոսանքի ուժը գերազանցի տվյալ շղթայի համար թույլատրելի արժեքը, ապա շղթային միացված բոլոր սարքերը կարող են շարքից դուրս գալ: Այդպիսի իրավիճակ առաջանում է կարճ միացման դեպքում, երբ շղթայի երկու կետորը միացվում են շատ փոքր դիմադրություն ունեցող հաղորդիչով: Կարճ միացումը կարող է հրդեհի պատճառ դառնալ:

 

Դիմադրություն

Կազմենք շղթա՝ հոսանքի աղբյուրին հերթականորեն միացնելով հաղորդիչներ, որոնք միմյանցից տարբերվում են երկարությամբ, հաստությամբ կամ նյութի տեսակով:  Հաղորդիչներով անցնող հոսանքի ուժը  չափենք ամպերաչափի օգնությամբ:

Փորձը ցույց է տալիս, որ միևնույն հոսանքի աղբյուրի, այսինքն նույն լարման դեպքում տարբեր հաղորդիչներով անցնող հոսանքի ուժը տարբեր է: Այսինքն նրանք տարբեր կերպ են հակազդում իրենց միջով անցնող հոսանքակիր մասնիկներին:

Էլեկտրական հոսանքի նկատմամբ հաղորդչի հակազդեցությունը բնութագրող ֆիզիկական մեծությունը կոչվում է հաղորդչի էլեկտրական դիմադրություն և նշանակվում  R տառով:

Դիմադրության միավորը կոչվում է օհմ (Օմ), ի պատիվ գերմանացի գիտնական Գ. Օհմի, այն առաջինն է ներմուծել այդ մեծությունը:

1Օմ-ը այն հաղորդչի դիմադրությունն է, որում 1Վ լարման դեպքում հոսանքի ուժը հավասար է 1Ա-ի:

1Օմ=1Վ1Ա

Փորձը ցույց է տալիս, որ գլանաձև  հաղորդչի դիմադրությունը տվյալ ջերմաստիճանում կախված է նրա L երկարությանից, S լայնական հատույթի մակերեսից և նյութի տեսակից: Ընդ որում, հաղորդչի դիմադրությունը նրա L երկարությունից կախված է ուղիղ համեմատականորեն, իսկ S լայնական հատույթի մակերեսից՝ հակադարձ համեմատականորեն:

R=ρlS (1)

ρ-ն նյութի տեսակարար դիմադրություննէ:

Տեսակարար դիմադրությունը ցույց է տալիս, թե ինչ դիմադրությամբ է օժտված տվյալ նյութից պատրաստված միավոր երկարությամբ և միավոր լայնական հատույթի մակերեսով հաղորդիչը:

(1) բանաձևից հետևում է, որ

ρ=R⋅Sl

Տեսակարար դիմադրության միավորն է 1Օմ⋅մ: Սակայն գործնականում բարակ հաղորդիչների համար կիրառվում է 1Օմ⋅մմ²/մ միավորը, որը հավասար է՝ 1Օմ⋅մմ2/մ=10−6Օմ⋅մ

Տվյալ նյութի տեսակարար դիմադրությունը կարելի է որոշել աղյուսակից, որտեղ բերված արժեքները համապատասխանում են 20°C ջերմաստիճանին:

Ջերմաստիճանի փոփոխության դեպքում կփոխվի նաև նյութի տեսակարար դիմադրությունը: Աղյուսակից երևում է, որ ամենափոքր տեսակարար դիմադրություն ունեն հաղորդիչները՝ արծաթը, պղինձը, ոսկին: Իսկ մեկուսիչները՝ ճենապակին, էբոնիտը շատ մեծ տեսակարար դիմադրություն ունեն:

Էլեկտրական լարում: Վոլտաչափ:

Էլեկտրական հոսանքը լիցքավորված մասնիկների ուղղորդված շարժում է, որն առաջանում է, երբ էլեկտրական դաշտի կողմից նրանց վրա ուժ է ազդում և հետևաբար աշխատանք է կատարվում: Հոսանքի աշխատանքը համեմատական է տեղափոխված լիցքի քանակին՝ q-ին, հետևաբար նրա հարաբերությունը այդ լիցք քանակին հաստատուն մեծությունէ և  կարող է բնութագրել էլեկտրական դաշտը հաղորդչի ներսում: Այդ ֆիզիկական մեծությունը կոչվում է լարումև նշանակվում է U տառով:

Լարումը  ցույց է տալիս տվյալ տեղամասով 1Կլ լիցք անցնելիս էլեկտրական դաշտի կատարած աշխատանքը: Լարումը սկալյար ֆիզիկական մեծություն է, որը հավասար է դաշտի կատարած աշխատանքի  հարաբերությանը հաղորդչով տեղափոխված լիցքի քանակին:

U=Aq

Էլեկտրական լարման միավորը կոչվում է վոլտ (Վ) հոսանքի առաջին աղբյուր ստեղծող Ա. Վոլտայի պատվին: 1Վ այն լարումն է, որի դեպքում շղթայի տեղամասով 1Կլ լիցք տեղափոխելիս էլեկտրական դաշտը կատարում է 1Ջ աշխատանք:

 

1Վ=1Ջ1կլ=1Ջ/Կլ

Գործածվում են նաև 1մՎ, 1կՎ և 1ՄՎ միավորները:

Ընդ որում՝

1մՎ =10−3Վ1կՎ =103Վ1ՄՎ =106Վ

Լարումը չափող սարքը կոչվում է վոլտաչափ:

Վոլտաչափի  պայմանական նշանն է `

 

 

Էլեկտրական շղթային վոլտաչափ միացնելու դեպքում անհրաժեշտ է պահպանել հետևյալ կանոնները.

1. Վոլտաչափի սեղմակները միացվում են էլեկտրական շղթայի այն կետերին, որոնց միջև անհրաժեշտ է չափել լարումը՝ չափվող տեղամասին զուգահեռ:
2. Վոլտաչափի «+» նշանով սեղմակն անհրաժեշտ է միացնել էլեկտրական շղթայի չափվող տեղամասի այն կետի հետ, որը միացված է հոսանքի աղբյուրի դրական բևեռին, իսկ «−» նշանով սեղմակը՝ բացասական բևեռին:

          

 

Հոսանքի ուժ, ամպերաչափ

Էլեկտրական հոսանքի ազդեցությունները կարող են լինել թույլ կամ ուժեղ, ունենալ իրենց քանակական բնութագիրը: Էլեկտրական հոսանքը քանակապես բնութագրող ֆիզիկական մեծությունը կոչվում է հոսանքի ուժ: Հոսանքի ուժը ցույց է տալիս հողորդիչի լայնական հատույթով մեկ վայրկյանի ընթացքում անցնող լիցքի քանակը: Եթե կամայական հավասար ժամանակներում հաղորդչի լայնական հատույթով անցնում են լիցքի նույն քանակը, ապա ադպիսի հոսանքն անվանում են հաստատուն հոսանք: Հաստատուն հոսանքի ուժը նշանակում են I  տառով: Հաստատուն հոսանքի ուժը դրական սկալյար մեծություն է, որը հավասար է հաղորդչի լայնական հատույթով հոսանքի ուղղությամբ t ժամանակում անցած q լիցքի հարաբերությանը այդ ժամանակին:

I=qt (1)

Միավորների միջազգային համակարգում հոսանքի ուժի միավորը կոչվում է ամպեր(Ա), ի պատիվ ֆրանսիացի ֆիզիկոս Անդրե Ամպերի (1775-1836թ.):  Ամպերի սահմանման հիմքում ընկած է հոսանքի մագնիսական ազդեցությունը: 1Ա-ին զուգահեռ հաճախ գործածվում են 1մԱ =10−3Ա և 1մկԱ =10−6Ա  միավորները: Հոսանքի ուժի միջոցով, եթե այն հայտնի է, կարելի է որոշել t ժամանակում հաղորդիչով անցնող լիցքի մեծությունը.

q=I⋅t (2)

(2) բանաձևը թույլ է տալիս սահմանել էլեկտրական լիցքի միավորը՝ կուլոնը (Կլ).  1Կլ=1Ա⋅1վ=1Ավ

Մեկ կուլոնն այն լիցքն է, որն անցնում է հաղորդչի լայնական հատույթով 1 վայրկյանում, երբ հոսանքի ուժը հաղորդչում  1Ա է:  Հոսանքի ուժը չափում են հատուկ սարքի՝ ամպերաչափի կամ միլիամպերաչափի միջոցով:

Ամպերաչափի պայմանական նշանն է`

Ամպերաչափն այնպես է կառուցված, որ շղթային միացնելիս, հոսանքի ուժը շղթայում գրեթե չի փոխվում: Ամպերաչափը էլեկտրական շղթային միացնելու ժամանակ անհրաժեշտ է պահպանել հետևյալ կանոնները.

Ամպերաչափը միացնում են հաջորդաբար էլեկտրական շղթայի այն բաղադրիչին, որի հոսանքի ուժը պետք է չափեն:

Ընդ որում, ոչ մի նշանակություն չունի ամպերաչափը միացվել է հետազոտվող սպառիչի աջ, թե ձախ կողմում: Հետևաբար, հոսանքի ուժը շղթայի հաջորդաբար միացված տեղամասում նույնն է:

Ամպերաչափի «+» սեղմակը անհրաժեշտ է միացնել այն հաղորդալարի հետ, որը գալիս է հոսանքի աղբյուրի դրական բևեռից, իսկ «−» նշանով սեղմակը՝ այն հաղորդալարի հետ, որը գալիս է բացասական բևեռից: