ЭҚК көзі және ток көзі. Ом және Кирхгоф заңдары жайлы мәлімет

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТІРЛІГІ СЕМЕЙ ҚАЛАСЫНЫҢ ШӘКӘРІМ АТЫНДАҒЫ МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

Автоматика және электротехника кафедрасы

С. Ө. Ж №1

Тақырыбы: «ЭҚК көзі және ток көзі. Ом және Кирхгоф заңдары. »

Орындаған: Тоқтарғазин Ә. А АУ-401

Тексерген: Турусбекова Б. Ш

«17. 09. 2015»

Семей 2015 ж

Жоспар

1. Кіріспе

2. Негізгі бөлім:

2. 1 Электр қозғаушы күші

2. 2 Тоқ көздері

2. 3 Ом және Кирхгоф заңдары

3. Қорытынды

4. Пайдаланылған әдебиеттер

Кіріспе

Электр Қозғаушы Күш - электр тізбегіне жалғанған, табиғаты электрстатикалық емес энергия көзі. Тек қана электрстатик. күштер тұйық тізбекпен тұрақты токтың үздіксіз жүруін қамтамасыз ете алмайды. Өйткені бұл күштердің тұйық контур бойымен зарядты қозғалтуы үшін жұмсайтын жұмысы нөлге тең, ал ток жүрген кезде әдетте энергия шығыны болады. Сондықтан тұйық контурмен үздіксіз ток жүруі үшін электр тізбегінен тыс басқа бір энергия көзі болу керек. Бұл энергия көзі энергияны сырттан ала отырып, оны зарядтардың қозғалыс энергиясына айналдырады да, қосымша электр өрісін (Е) тудырады. Мұндай қосымша электр өрісі күшінің тұйық контур бойымен істейтін жұмысы нөлге тең болмайды: . Е' шамасы Э. қ. к. деп аталады және оның шамасы бірлік зарядты қозғалтуға кететін электрстатик. емес күштердің жұмысына тең. Потенциал сияқты Э. қ. к-тің де өлшеу бірлігі - вольт (в) . Электролиттердегі иондардың диффузиясы, контур арқылы өткен магнит ағынының өзгеруі (эл. -магн. индукция), т. б. Э. қ. к-ін тудырады.

2. 1 Электр қозғаушы күші

Электр тогы тұрақты болу үшін өткізгіштің ұштарындағы потенциалдар айырымы (немесе кернеуі) тұрақты болуы керек. Өткізгіштердің тұрақты кернеуін болдыру үшін белгілі бір энергия қоры қажет. Осындай тұрақты кернеуді әдетте ток көздері немесе кернеу көздері деп атайды. Ток көздерінде энергияның басқа түрі электр энергиясына айналады. Мысалы: электр машиналарында механикалық энергия, гальвани элементі мен аккумуляторда химиялық реакция кезәнде бөлініп шығатын энергия, фотоэлементтерде жарық энергиясы, ядролық реакция кезіндегі тізбекте реакцияның энергиясы және тағы басқа энергиялардың түрлері электр энергиясына өзгеріп отырады.

1797 жылы Вольта екі түрлі металл алып, оларды біріне-бірін түйістірген. Сонда бір металдың оң, екіншісінің теріс зарядталғанын байқаған. Екі металдың арасында потенциалдар айырмасы пайда болады. Бұл құбылыс былайша түсіндіріледі. Айталық, бірінші металдың шығу жұмысы А ₁ , екіншісінікі - А ₂ *А ₁ >А ₂ делік. Сонда шығу жұмысының шамасы аз металдың электрондары шығу жұмысының шамасы көп металдарға қарағанда тезірек өтіп кетеді. Электронынан айырылған металл оң зарядталады да, электрон қабылдаған металл теріс зарядталады. Біздің мысалымызда 2-металл оң зарядталады да, 1-металл теріс зарядталады.

Көптеген тәжірибелердің нәтижесінде Вольта екі заң тұжырымдады: 1) металдарды түйістірген кезде пайда болатын потенциалдар айырмасы металдардың химиялық табиғатына және олардың температурасына байланысты; 2) бірнеше металды түйістіргенде пайда болатын потенциалдар айырмасы тек екі шеткі металдың табиғаты мен температурасына байланысты болады да, ортадағы металдардың саны мен табиғатына байланысты болмайды.

Екі түрлі металдан істелген өткізгіштен тұйық тізбек жасап, оның бір жапсарын қыздырып, екіншісін суытсақ, онда ол тізбектен ток жүргенін байқауға болады. Бұл термопараның жұмыс істеу принципі болып табылады. Тұйық тізбектің бір жапсарын қыздырып, екіншісін суытқанда Зеебек эффектісі байқалады.

Термопара көмегімен өте жоғары немесе өте төмен температураны өлшеуге болады. Ол үшін екі түрлі өткізгіш алып олардан тұйық тізбек жасайды. Тізбектің бір жапсарын (b) еріп тұрған мұзға салады да, екіншісін (а) температурасы өлшенетін затқа салады.

2. 2 Тоқ көздері

Тізбектегі потенциалдар айырмасын ұстап тұратын, яғни электр тогын демеп тұратын ток көздері (кернеу көздері) болып табылады.

Энергияның кез-келген түрін электр энергиясына айналдыратын қондырғыларды ток көздері деп атайды. Ток көздеріне гальвани элементтері, аккумуляторлар, күн батареялары, термобатареялар және т. б. жатады.

Гальвани элементтерінде химиялық энергия электр энергиясына, күн батареясында сәулелік энергия электр энергиясына түрленеді.

болғанда ток сыртқы тізбекте ток көзінің оң полюсінен теріс полюсіне қарай бағытталады.

Ток көзінің ішінде электр өрісіне қарсы зарядтарды қозғалысқа келтіретін, электр өрісінің күшіне қарсы бағытталған бөгде күштер жұмыс атқарады.

Табиғаты жағынан электрлік емес күштердің барлығын бөгде күштер деп атайды.

Бөгде күштердің бірлік оң зарядты орын ауыстырғанда атқаратын жұмысын электр қозғаушы күш (Э. Қ. К. ) деп атайды. Өлшем бірлігі .

Бөгде күштер әсер етпейтін тізбектің бөлігін біртекті, ал бөгде күштер әсер ететін тізбектің бөлігін біртексіз деп атайды.

Ток көздерінің кедергілерін ішкі кедергі деп атайды.

2. 3 Ом заңы және Кирхгов заңы

Ом заңы - электр тогының негізгі заңдарының бірі. Ом заңы - өткізгіштегі ток күшінің (І) осы өткізгіштің ұштары арасындағы кернеумен (U) байланысын анықтайды:

U=r*І (1) мұндағы r өткізгіштің геометриялық өлшемдеріне, электрлік қасиеттеріне жәнетемпературасына байланысты болатын пропорционалдық коэффициенті r - омдық кедергі немесе өткізгіштің берілген бөлігінің кедергісі деп аталады. Ом заңын 1826 ж. неміс физигі Г. Ом (1787 - 1854) ашқан.

Жалпы жағдайда І мен U арасындағы тәуелділік - сызықты емес, бірақ кернеудің белгілі бір аралығында оны сызықтық деп есептеп, Ом заңын қолдануға болады; ал металдар мен олардың құймалары үшін бұл аралық іс жүзінде шектеусіз. (1) түрдегі Ом заңы ток көздері жоқ тізбек бөлігі үшін орынды. Тізбекте ток көздері (аккумуляторлар, генераторлар, т. б. ) болған жағдайда Ом заңы мына түрде жазылады:

rІ=U+ε, (2) мұндағы - қарастырылып отырған тізбек бөлігіне қосылған барлық ток көздерінің қорытқы электр қозғаушы күші. Тұйықталған тізбек үшін Ом заңы былай жазылады: rmІ=ε, (3) мұндағы толық кедергі (rm) сыртқы кедергі (r) мен ЭІК көзінің ішкі кедергісінің rі қосындысына тең: rm=r+rі . О. з-ның дифференциалды түрі өткізгіштің әрбір нүктесіндегі ток тығыздығын (j) электр өрісінің толық кернеулігімен байланыстырады: rj=Е+Еб немесе j=G(Е+Еб), (4) Бұл жерде r - өткізгіш материалының меншікті кедергісі, ал G=1/r - оның менш. электр өткізгіштігі, Е - потенциалды электр өрісінің, Еб - бөгде ток көздері тудыратын электр өрісінің кернеуліктері.

Ом заңы электр тізбегінің негізгі параметрлерін байланысын сипатайды

а) Толық тізбек үшін Ом заңы

(1. 2

б) Тізбектің бөлігі үшін Ом заңы

(1. 2. 2)

Густав Роберт Кирхгоф (нем. Gustav Robert Kirchhoff ; 12 наурыз 1824, Кёнигсберг - 17 қазан 1887, Берлин) - неміс физигі, Берлин Ғалымдар академиясының мүшесі (1874), Петербург Ғалымдар академиясының корреспондент мүшесі (1862) . 1846 ж. Кенигсберг университетін бітірген. Бреслау (1850) және Гейдельберг (1854) университетінің профессоры. 1875 жылдан бастап Берлин университетінің математика-физика кафедрасын басқарды. Ол оптикамен, электродинамикамен және физиканың т. б. салаларымен айналысқан. 1847 ж. тарамдалған электр тізбегінде электр тоғының бөліну заңын, ал 1859 ж. неміс химигі Р. В. Бунзенмен бірге спектрлік анализ тәсілін ашты. 1859 ж. жылулық сәле шығару құбылысының негізгі заңдарының бірін ашты және физикаға абсолют қара дене ұғымын енгізді.

Кирхговтың бірініші заңы - Электр тізбегінің тұйініндегі тоқтардың алгебралық суммасы әрқашанда нольге тең.

(1. 2. 3)

мұндағыы, m - түйінге жалғанған тармақтар саны

Екінші заң - Кирхгофтың екінші заңы контурлар үшін жалғанған. Электр тізбегінің контурындағы кернеулердің алгебралық суммасы осы контурдағы ЭҚК дің алгебралық суммасына тең болады.

(1. 2. 4)

мұндағы, n - контурға кіретін тармақтар саны.

Кирхгофтың заңдарын тізбектерді есептеуде қолдану. Электр тізбектерін талдау немесе есептеу тізбектің және тізбек элементтерінің электрлік күйін анықтап, белгісіз параметрлері мен электрлік шамаларын табу деп түсініледі. Тізбектің электрлік күйі ұғымы өте кең ұғым болғанмен, көп жағдайда Кирхгофтың екінші заңы бойынша жазылған өрнекті тізбектің электрлік күйінің теңдеуі деп атайды.

Әдетте токтардың нақты (шын) бағыттары белгісіз болатындықтан, алдымен олардың шартты оң бағыттары еркінше (қалауынша) таңдап алынады да, тізбектің электрлік схемасында стрелкамен көрсетіледі.

Бұдан кейін Кирхгофтың бірінші заңы бойынша бір түйіннен басқа түйіндер үшін теңдеулер жазылады. Қарастырып отырған тізбекте екі түйін бар, ендеше Кирхгофтың бірінші заңы бойынша бір теңдеу құру керек:

a түйінінде (1. 2. 5)

б түйінінде (1. 2. 6)

Кирхгофтың екінші заңы бойынша теңдеулер жазу үшін контурларды айналып өту бағыты еркінше таңдап алынады. Қарастырылып отырған тізбекте бірінші және екінші контурларды сағат тілінің бағытында айналып өту қабылданған. Ал жалпы алғанда әртүрлі контурларды әртүрлі бағытта айналып өтуге болады. Контурларды айналып өткен кезде, егер кернеу көзінің кернеуі, ЭҚК және пассивті элементтегі ток, айналып өту бағытымен бағыттас болса, онда олар оң таңбамен, ал қарсы бағытта болса теріс таңбамен алынады.

бірінші контурында (1. 2. 7)

екінші контурында (1. 2. 8)

Құрылған теңдеулер жүйесі ретінде шешіліп, белгісіз токтар анықталады.

Қуаттар балансы. Тізбектің пассивті элементтері, олармен токтың қай бағытта жүріп жатқанынан тәуелсіз энергия тұтынып тұрады. Әдетте, тізбек элементтерінің электр энергиясын қаншалықты қабылдап немесе өндіріп тұрғандығын салыстырмалы көрсету үшін олардың қуаты алынады. Тізбектің элементінің қуаты деп уақыт бірлігі ішінде осы элементте тұтынылған немесе өндірілген электр энергиясын айтады. Тізбек элементінің қуаты, жалпы алғанда, оның кернеуі мен тогының көбейтіндісіне тең. Пассивті элементтің қуаты әрқашанда оң таңбалы және келесі формуламен анықталады.

(1. 2. 9)

Қорек көздері өндіріп, яғни тізбекке энергия беріп, немесе энергия қабылдап тұруы мүмкін. Қорек көздерінің жұмыс режимдері олардағы ток пен ЭҚК-тің немесе ток пен кернеудің оң бағыттарына байланысты, егер ЭҚК бағыты оның бойындағы тоқтың бағытымен бірдей болса, онда ЭҚК көзі тізбекке энергия беріп тұрады, яғни қорек көзі болып табылады(генератор режимінде жұмыс жасап тұр), ал қарама-қарсы бағытта болса, онда энергия тұтынып тұрады, яғни электр қабылдағыш режимінде жұмыс жасап тұр.

ЭҚК көзінің қуаты:

(1. 2. 10)

Тоқ көзінің қуаты

(1. 2. 11)

Егер ЭҚК немесе тоқ көздері энергия көзі режимінде жұмыс істеп тұрса, онда олардың қуаттары оң таңбамен, ал электр қабылдағыш режимінде істеп тұрса, онда теріс таңбамен алынуы керек.

Әдетте, тізбектерді есептеу қуаттар балансының теңдеуін құрып, оны тексерумен аяқталады. Қуаттар балансының теңдеуі деп тізбектегі энергия көздерімен қабылдағыштардың қуаттарының теңдестігін көрсететін теңдеуді айтады:

(1. 2. 12)

Егер қуаттар балансының теңдеуінде теңдіктің сол жағы оң жағына тең болады.